DE102012102473A1 - Treating sewage sludge, useful for improving its storage- and/or transport properties, comprises mechanically dewatering sludge, and mixing dewatered sludge with superabsorbent or hydrogel to obtain granules with specific moisture content - Google Patents
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Abstract
Description
Klärschlamm fällt üblicherweise an bei der Abwasserreinigung als Flüssigschlamm oder nach mechanischer Entwässerung als ein feuchter Feststoff. Die mechanische Entwässerung erfolgt dabei beispielsweise durch Filterpressen, Zentrifugen, Siebbandpressen oder Schneckenpressen, nachdem dem Flüssigschlamm Flockungsmittel, z. B. organische polymere Verbindungen zugegeben wurden.Sewage sludge usually accumulates in sewage treatment as liquid sludge or after mechanical dewatering as a moist solid. The mechanical dewatering takes place for example by filter presses, centrifuges, belt presses or screw presses, after the liquid sludge flocculant, z. B. organic polymeric compounds were added.
Ein besonderes Problem sind die schlechten Lager- und Transporteigenschaften von Klärschlamm. Aufgrund der hohen Feuchte und teilweise thixotropem Verhalten bilden sich häufig Anbackungen.A particular problem is the poor storage and transport properties of sewage sludge. Due to the high humidity and partly thixotropic behavior, caking is often formed.
In
Nach der mechanischen Entwässerung steigt der Trockenstoffgehalt auf etwa 15 bis 40%. Für eine wirtschaftlich sinnvolle Verwertung, beispielsweise als Brennstoff, sind jedoch erheblich höhere Trockenstoffgehalte erforderlich. Diese höheren Trockenstoffgehalte können erreicht werden durch Trocknung. Neben konventionellen Trocknungsverfahren wurde auch eine Trocknung mittels solarer Energie vorgeschlagen. Nachteilig bei den Trocknungsverfahren ist entweder der Energiebedarf oder der Flächen- und der Zeitbedarf. Im Fall der solaren Trocknung kommt noch die Anhängigkeit von der Sonneneinstrahlung hinzu.After mechanical dehydration, the dry matter content increases to about 15 to 40%. For economically viable recycling, for example as a fuel, however, significantly higher dry matter contents are required. These higher dry matter contents can be achieved by drying. In addition to conventional drying methods, drying by means of solar energy has also been proposed. A disadvantage of the drying process is either the energy requirements or the area and the time required. In the case of solar drying, the dependence on solar radiation is added.
In
Nachteile beim Stand der Technik:Disadvantages of the prior art:
- – Mechanische Entwässerung führt zu Trockenstoffgehalten von typischerweise nur 15 bis 25 Gew.-%, mit aufwändigen Hochdruck-Filterpressen maximal 40 bis 50 Gew.-%.- Mechanical dewatering leads to dry matter contents of typically only 15 to 25 wt .-%, with elaborate high-pressure filter presses a maximum of 40 to 50 wt .-%.
- – Schlämme sind nicht einfach zu handhaben, insbesondere nachteilig ist die Neigung zu Anbackungen bei Lagerung und Transport- Sludge are not easy to handle, especially disadvantageous is the tendency to caking during storage and transport
- – Thermische Trocknungsverfahren sind aufwändig und teuer und benötigen entsprechendes Equipment- Thermal drying processes are complex and expensive and require appropriate equipment
- – Trocknung mit Luft benötigt aufwändige Vorrichtungen, um eine große Kontaktoberfläche bereitzustellen; dazu eine große Verweilzeit Air drying requires expensive equipment to provide a large contact surface; to a large residence time
- – Solare Trocknungsverfahren benötigen große Fläche, solare Einstrahlung und große Verweilzeit und häufig mechanische Vorrichtungen, um den Kontakt mit der Gasatmosphäre zu verbessern- Solar drying processes require large area, solar radiation and long residence time and often mechanical devices to improve the contact with the gas atmosphere
Aufgabe war es ein Verfahren bereit zu stellen, welches es erlaubt, die Lager- und/oder Transporteigenschaften von Klärschlamm zu verbessern sowie den Klärschlamm vorzugsweise auf eine besonders einfache und energiesparende Weise ganz oder teilweise zu trocknen.The object was to provide a method which makes it possible to improve the storage and / or transport properties of sewage sludge and to dry the sewage sludge, preferably completely or partially, in a particularly simple and energy-saving manner.
Weiterhin war es Aufgabe, Granulate aus Klärschlamm bereitzustellen, welche gute Lager- und Transporteigenschaften aufweisen.Furthermore, it was an object to provide granules of sewage sludge, which have good storage and transport properties.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Behandlung von Klärschlamm, wobei der Klärschlamm zuerst mechanisch entwässert wird und anschließend 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 2 Gew.-%, eines Superabsorbers oder Hydrogels zugemischt wird, so dass dabei Granulate erhalten werden, die eine Feuchte von 40 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 85 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 85 Gew.-%, aufweisen und einen mittleren Durchmesser von 0,1 bis 20 mm, bevorzugt 0,5 bis 10 mm, besonders bevorzugt 1 bis 5 mm, aufweisen.The object is achieved by a method for the treatment of sewage sludge, wherein the sewage sludge is first dehydrated mechanically and then 0.01 to 10 wt .-%, preferably 0.05 to 3 wt .-%, particularly preferably 0.3 to 2 wt .-%, of a superabsorbent or hydrogel is mixed, so that in this case granules are obtained, which have a moisture content of 40 to 90 wt .-%, preferably 50 to 85 wt .-%, particularly preferably 70 to 85 wt .-% and an average diameter of 0.1 to 20 mm, preferably 0.5 to 10 mm, particularly preferably 1 to 5 mm.
Die erhaltenen Granulate bilden ein nicht klebendes, transportfähiges, insbesondere pneumatisch förderbares und nicht zu Anbackungen neigendes Schüttgut. Die Morphologie und Partikelgröße der Granulate ist dabei abhängig von Art und Menge des Superabsorbers oder Hydrogels sowie Art und Intensität der Mischung bzw. des Mischaggregats. Auch die Zusammensetzung des Klärschlamms kann einen Einfluss haben. Bevorzugt wird durch geeignete Auswahl und Dosiermenge des Superabsorbers oder Hydrogels eine geeignete Granulatgröße eingestellt. Diese Zusammenhänge können für die jeweilige Klärschlammzusammensetzung und -qualität durch einfache routinemäßige Mischversuche ermittelt werden. Dabei gilt: Je höher die Dosiermenge, desto feinere Granulatpartikel werden erhalten.The resulting granules form a non-adhesive, transportable, in particular pneumatically conveyable and not prone to caking bulk material. The morphology and particle size of the granules is dependent on the type and amount of the superabsorbent or hydrogel and the type and intensity of the mixture or the mixing unit. The composition of sewage sludge can also have an influence. Preferably, a suitable granule size is adjusted by suitable selection and metered amount of the superabsorbent or hydrogel. These relationships can be determined for the particular sewage sludge composition and quality by simple routine mixing experiments. The following applies: the higher the dosage, the finer the granules are obtained.
Als Mischaggregat können alle Mischer, Rührer, Kneter oder sonstige Vorrichtungen verwendet werden, welche eine hinreichend große Homogenität des Mischguts in vertretbarer Zeit ermöglichen. Vorteilhaft sind dabei Vorrichtungen mit schnelllaufenden Mischwerkzeugen. Aber auch Kneter sind grundsätzlich geeignet.As a mixing unit, all mixers, stirrers, kneaders or other devices can be used, which allow a sufficiently large homogeneity of the mix in a reasonable time. Advantageously, devices with high-speed mixing tools. But even kneaders are basically suitable.
Unter dem Begriff „Superabsorber” werden insbesondere solche Polymere zusammengefasst, die in der Lage sind, durch Quellung ein Mehrfaches ihres eigenen Gewichts an Wasser oder anderen Flüssigkeiten aufzunehmen und die absorbierte Flüssigkeitsmenge auch unter einem bestimmten Druck zurückzuhalten. Superabsorber können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Aus der
Superabsorber sind i. d. R. kleine, pulverförmige Teilchen mit Durchmessern vom Nanometerbereich bis hin zu mehreren hundert Mikrometern, können aber auch eine Größe im Millimeter-Bereich aufweisen.Superabsorbents are i. d. R. small, powdery particles with diameters ranging from the nanometer range up to several hundred micrometers, but can also have a size in the millimeter range.
Im Allgemeinen werden synthetische Superabsorber hergestellt, indem teilneutralisierte Acrylsäuren in wässriger Lösung in Gegenwart von mehrfunktionellen Vernetzern durch radikalische Reaktion zu einem Gel polymerisiert werden, welches getrocknet, zermahlen und in die gewünschte Partikelgröße klassiert wird. Typische Verfahren offenbaren die
Ein weiteres Herstellverfahren für synthetische Superabsorber besteht in der inversen Suspensionspolymerisation und der Emulsionspolymerisation. Diese Verfahren sind beispielsweise der
Eine zusätzliche Möglichkeit, die wasserbindenden Zusätze zu modifizieren besteht darin, bei der Polymerisation der Acrylatharze Co-Monomere einzusetzen. Dafür kommen als Co-Monomer im weitesten Sinne alle chemischen Verbindungen mit mindestens einer ethylenischen Doppelbindung in Frage. Mannigfaltige Beispiele für solche Monomere sind in der
Auch sind Superabsorber bekannt, die bei der Umsetzung von natürlichen Verbindungen mit synthetischen Materialien oder Monomeren entstehen. Solche Produkte sind beispielsweise beschrieben in
Ferner ist bekannt, dass die im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendbaren Superabsorber aus polymeren Kügelchen bestehen können, die von innen nach außen zunehmend vernetzt sind (
Weiterhin sind Hybridmaterialien bestehend aus polymeren Superabsorbern in Kombination mit organischen und/oder anorganischen Hohlkugeln bekannt (
Es sind eine ganze Reihe weiterer superabsorbierender Stoffe bekannt, die ein Gemisch aus polymeren Superabsorbern und gemahlenen mineralischen Zusätzen ausbilden (
In der Superabsorbertechnologie wird weiterhin unterschieden zwischen Superabsorbern und Hydrogelen. Während man unter Superabsorbern die nahezu trockenen, Wasser ziehenden Substanzen versteht, sind Hydrogele bereits ganz oder teilweise gequollene Superabsorber. So können Superabsorberteilchen Teilchen aus superabsorbierendem Polymer im trockenen Zustand, speziell Teilchen, die entweder überhaupt kein Wasser oder bis zu etwa 10 Gew.-% Wasser enthalten, sein wie dies die
Von der
- – „Free Swell Capacity” (FSC) ERT 440.2-02
- – Centrifuge Retention Capacity, (CRC) ERT 441.2-02
- – Absorption under Pressure, (AUP) ERT 442.2-02.
- - Free Swell Capacity (FSC) ERT 440.2-02
- - Centrifuge Retention Capacity, (CRC) ERT 441.2-02
- - Absorption under Pressure, (AUP) ERT 442.2-02.
Alle vorstehend aufgeführten Materialen stellen einen Superabsorber im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere werden unter einem Superabsorber oder Hydrogel alle superabsorbierenden Zusammensetzungen verstanden, die Superabsorber oder Hydrogele enthalten, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie gemäß EDNA ERT 440.2-02 (bzw.
Vorzugsweise enthalten die Superabsorber oder Hydrogele Polymerisate der Acrylsäure, bevorzugt ein Copolymer aus Natriumacrylat und Acrylamid, oder sind daraus aufgebaut. Die vorliegend angegebenen Superabsorber oder Hydrogele oder diese enthaltenden Stoffe oder Materialien sind somit Bestandteil des Erfindungsgegenstandes. Besonders vorteilhaft an den Superabsorbern oder Hydrogelen ist, dass aufgrund ihres großen Wasserbindungspotenzials nur eine geringe Dosiermenge benötigt wird. Auf diese Weise wird die Gesamtmasse des Klärschlamms nur unwesentlich erhöht und der Aufwand für das Mischen, Verpacken, Lagern und Transportieren hält sich in Grenzen.The superabsorbents or hydrogels preferably comprise polymers of acrylic acid, preferably a copolymer of sodium acrylate and acrylamide, or are composed thereof. The presently specified superabsorbents or hydrogels or substances or materials containing them are thus part of the subject of the invention. It is particularly advantageous with the superabsorbers or hydrogels that only a small amount is required due to their high water binding potential. In this way, the total mass of sewage sludge is increased only slightly and the cost of mixing, packaging, storage and transport is limited.
Es hat sich gezeigt, dass die Superabsorber nur einen kleinen Teil des vorhandenen Wassers absorbieren müssen, um eine erhebliche Veränderung der Konsistenz des Klärschlamms zu erreichen (Suspension, Schlamm, Filterkuchen oder Paste wird in Granulat umgewandelt). Aufgrund der geringen Zusatzmenge der Superabsorber ist die Restfeuchte der erhaltenen Granulate in der Regel nur wenig geringer als die Restfeuchte des Klärschlamms vor Zugabe der Superabsorber. Mit Hilfe der Superabsorber oder Hydrogele können deshalb stabile Granulate mit einem in der Regel sehr hohen Wassergehalt erhalten werden.It has been shown that the superabsorbents must absorb only a small part of the existing water in order to achieve a significant change in the consistency of the sewage sludge (suspension, sludge, filter cake or paste is converted into granules). Due to the small amount of superabsorbent added, the residual moisture content of the resulting granules is generally only slightly lower than the residual moisture of the sewage sludge prior to the addition of the superabsorbent. With the help of superabsorbents or hydrogels therefore stable granules can be obtained with a usually very high water content.
Beispielsweise können Verwendung finden Luquasorb 1161 der Firma BASF oder Favor der Firma Ashland/Evonik. Bei gleicher Dosierung bzw. Verarbeitung werden mit Luquasorb 1161 etwas feinere Granulate erhalten.For example, Luquasorb 1161 from BASF or Favor from Ashland / Evonik can be used. With the same dosage or processing, Luquasorb 1161 gives slightly finer granules.
Im Gegensatz zu den als Superabsorber verwendeten organischen polymeren Materialien, welche in Wasser unlöslich sind, weisen die als Flockungshilfsmittel für Klärschlamm verwendeten organischen polymeren Materialien eine ähnliche chemische Grundstruktur, aber keine Vernetzung der Polymerketten auf und sind wasserlöslich.In contrast to the organic polymeric materials used as superabsorbents, which are insoluble in water, the organic polymeric materials used as flocculants for sewage sludge have a similar basic chemical structure but no crosslinking of the polymer chains and are water-soluble.
Der Zweck der Flockungshilfsmittel ist es, Feststoffpartikel oder Mikroflocken zu größeren Gebilden zu vereinigen, während es der Zweck der Superabsorber ist, Wasser zu binden bzw. zu absorbieren.The purpose of the flocculants is to combine solid particles or microflakes into larger structures, while the purpose of the superabsorbents is to bind or absorb water.
Auch ist es möglich, dass zur Erhöhung der Stabilität der Granulate zusätzlich 0,1 bis 20 Massen-%, bevorzugt 0,1 bis 5 Massen-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 3 Massen-%, Materialien, welche Wasser oder Feuchtigkeit chemisch binden können, zugegeben werden, bevorzugt Zement, insbesondere Zement mit einer Abbindezeit von weniger als 1 Stunde, gebrannter Kalk, Flugasche, Anhydrid oder Salze, welche in der Lage sind in eine kristallwasserreichere Form überzugehen. Auf diese Weise werden die erhaltenen Granulate mechanisch stabilisiert sowie hinsichtlich ihrer Lager- und Transporteigenschaften verbessert und können auch im Baubereich verwendet werden.It is also possible that in order to increase the stability of the granules additionally 0.1 to 20% by mass, preferably 0.1 to 5% by mass, particularly preferably 0.1 to 3% by mass, of materials containing water or moisture chemically Cement, in particular cement with a setting time of less than 1 hour, quicklime, fly ash, anhydride or salts, which are able to convert into a form rich in crystal water, preferably cement. In this way, the resulting granules are mechanically stabilized and improved in terms of their storage and transport properties and can also be used in the construction sector.
Vorzugsweise erfolgt die Zugabe der Materialien, welche Wasser oder Feuchtigkeit chemisch binden können, im Anschluss an die Zugabe des Superabsorbers oder Hydrogels und Ausbildung der Granulate, da auf diese Weise ein Abbinden und Aushärten der gesamten Masse beim Mischen vermieden wird.Preferably, the addition of the materials which can bind water or moisture chemically, following the addition of the superabsorbent or hydrogel and formation of the granules, since in this way a hardening and hardening of the entire mass is avoided during mixing.
Weiterhin können neben dem Superabsorber oder dem Hydrogel zur Verringerung der Geruchsentwicklung, beispielsweise Eisensulfat, zugemischt werden.Furthermore, in addition to the superabsorbent or the hydrogel to reduce the development of odors, such as iron sulfate, are added.
Besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine energetische Verwertung des Klärschlamms ist es, wenn dem Klärschlamm neben dem Superabsorber oder dem Hydrogel weitere Materialien zugemischt werden, bevorzugt, brennbare Materialien, besonders bevorzugt feinteilige, brennbare Materialien. Beispielsweise kommen hierfür Kohle, Koks, Holzmehl, Mehl oder andere brennbare Stäube in Frage oder solche Stoffe, welche die genannten Materialien enthalten. Auf diese Weise ergeben sich günstige synergistische Eigenschaften: Die benötigte Menge an Superabsorber zur Ausbildung geeigneter Granulate ist dabei geringer, und das brennbare Material hat neben seiner die Granulatbildung fördernden Funktion zusätzlich den positiven Effekt eines Energieträgers bei einer nachfolgenden Verbrennung der Granulate. It is particularly advantageous with regard to an energetic utilization of the sewage sludge if, in addition to the superabsorber or the hydrogel, further materials are admixed to the sewage sludge, preferably combustible materials, particularly preferably finely divided, combustible materials. For example, for this purpose coal, coke, wood flour, flour or other combustible dusts in question or such substances containing the materials mentioned. In this way, favorable synergistic properties result: the required amount of superabsorbent for the formation of suitable granules is lower, and the combustible material has in addition to its function promoting the granulation additionally the positive effect of an energy carrier in a subsequent combustion of the granules.
Ganz besonders vorteilhaft ist eine Kombination eines Superabsorbers und eines feinteiligen, brennbaren Materials als Additive für Klärschlamm, wenn das feinteilige, brennbare, Material in feuchtem Zustand vorliegt und für den beabsichtigten Verwendungszweck als Energieträger) einem Trocknungsschritt zu unterziehen ist, beispielsweise feuchte Kohle, besonders Braunkohle. In diesem Fall wird eine gemeinsame Verarbeitung und Trocknung ermöglicht, was erhebliche Kosteneinsparungen zur Folge hat.Very particularly advantageous is a combination of a superabsorbent and a finely divided, combustible material as additives for sewage sludge when the finely divided, combustible, material is in a moist state and for the intended use as an energy source) is subjected to a drying step, such as wet coal, especially lignite , In this case, joint processing and drying is possible, resulting in significant cost savings.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist es aber auch möglich, dass außer einem Superabsorber oder Hydrogel dem Klärschlamm keine weiteren Zusätze zugegeben werden.In a further embodiment of the invention, however, it is also possible that, apart from a superabsorber or hydrogel, no further additives are added to the sewage sludge.
Es ist auch möglich, als Superabsorber oder Hydrogel sogenannte „off-spec”-Ware zu verwenden, d. h. Materialien, die fehlerhaft hergestellt oder behandelt wurden. Aufgrund der hohen Qualitätsanforderungen an Stoffe, die mit dem menschlichen Körper in Kontakt kommen können, kann es vorkommen, dass Superabsorber oder Hydrogele zwar für Hygieneanwendungen nicht (mehr) geeignet sind, z. B. wegen mikrobiologischer Verunreinigungen, für die Klärschlammbehandlung aber völlig problemlos verwendbar sind. Insofern kann das erfindungsgemäße Verfahren eine praktikable und wirtschaftlich attraktive Verwertungsmöglichkeit für derartige Fehlchargen darstellen. Auch ist es möglich, Superabsorber oder Hydrogele einzusetzen, welche bereits für eine andere Anwendung verwendet wurden, aber noch einen Teil ihrer Absorptionskapazität aufweisen.It is also possible to use so-called "off-spec" products as superabsorbent or hydrogel, i. H. Materials that have been manufactured or treated incorrectly. Due to the high quality requirements for substances that may come into contact with the human body, it may happen that superabsorbents or hydrogels are not (anymore) suitable for hygiene applications, eg. B. because of microbiological contaminants, but are easily used for sludge treatment. In this respect, the method according to the invention can represent a practicable and economically attractive exploitation possibility for such faulty batches. It is also possible to use superabsorbents or hydrogels which have already been used for another application but still have a part of their absorption capacity.
Vorzugsweise wird der Klärschlamm vor der Zugabe des Superabsorbers oder Hydrogels mechanisch entwässert, beispielsweise mittels einer Filterpresse oder einer Zentrifuge. Dabei kann vorzugsweise ein Trockenstoffgehalt von 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 35 Gew.-%, erreicht werden. Nach der mechanischen Entwässerung liegt der Klärschlamm bevorzugt in stückiger oder pastöser Form vor und wird dann mit dem des Superabsorber oder Hydrogel vermischt und in ein Granulat überführt. Die Vermischung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Eine kontinuierliche Vermischung kann anfängliche Anbackungen des Klärschlamms besser vermeiden.Preferably, the sewage sludge is mechanically dewatered before the addition of the superabsorbent or hydrogel, for example by means of a filter press or a centrifuge. In this case, preferably a dry matter content of 10 to 50 wt .-%, preferably 15 to 45 wt .-%, particularly preferably 20 to 35 wt .-%, can be achieved. After the mechanical dewatering, the sewage sludge is preferably present in particulate or pasty form and is then mixed with that of the superabsorbent or hydrogel and converted into a granulate. The mixing can be continuous or discontinuous. Continuous mixing can better prevent initial caking of sewage sludge.
Die mechanische Entwässerung ist vorteilhaft, da auf diese Weise nur vergleichsweise geringe Mengen an Superabsorber oder Hydrogel erforderlich sind, um die erfindungsgemäßen Granulate auszubilden.The mechanical dehydration is advantageous because in this way only comparatively small amounts of superabsorbent or hydrogel are required to form the granules according to the invention.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Granulate weisen gute Lager- und Transporteigenschaften auf und können als Schüttgut in Behälter gefüllt und aus diesen wieder entnommen werden. Insbesondere sind die Granulate dadurch gekennzeichnet, dass pneumatisch förderbar sind.The granules obtained according to the invention have good storage and transport properties and can be filled as bulk material in containers and removed from them again. In particular, the granules are characterized in that they are pneumatically conveyable.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Feuchtegehalt der bei der Mischung erhaltenen Granulate durch Kontakt mit einem gasförmigen Medium verringert.In a preferred embodiment of the invention, the moisture content of the granules obtained in the mixture is reduced by contact with a gaseous medium.
Die Granulate können getrocknet werden, indem ein gasförmiges Medium, z. B. Luft, durch die Granulate oder an den Granulaten vorbei geleitet wird. Aufgrund der im Vergleich zum flüssigen, pastösen oder stückigen Ausgangsmaterial deutlich vergrößerten Oberfläche der Granulate erfolgt die Trocknung sehr rasch.The granules can be dried by adding a gaseous medium, e.g. As air is passed through the granules or past the granules. Due to the significantly larger compared to the liquid, pasty or lumpy starting material surface of the granules drying takes place very quickly.
Gegenüber einem stückigen Material mit einem angenommenen durchschnittlichen Durchmesser von 20 cm (ein nicht untypischer Wert für Filterkuchen aus einer Filterpresse) wird die geometrische Oberfläche von Granulaten mit einem Durchmesser von 10 mm um den Faktor 20 größer, bei einem Durchmesser von 1 mm beträgt der Faktor der Oberflächenvergrößerung 200, bei einem Durchmesser von 0,1 mm beträgt der Faktor der Oberflächenvergrößerung 2000.Compared to a lumpy material with an assumed average diameter of 20 cm (a not untypical value for filter cake from a filter press), the geometric surface of granules with a diameter of 10 mm becomes larger by a factor of 20, with a diameter of 1 mm the factor the surface enlargement 200, with a diameter of 0.1 mm, the factor of the surface enlargement 2000.
Hinzu kommt, dass die Zeit, die das Wasser benötigt, um vom Innern eines Partikels an dessen Oberfläche zu gelangen, bei kleineren Partikeln erheblich geringer ist als bei großen. Bei einem guten Gasaustausch an der Oberfläche der Partikel kann dies der Geschwindigkeit bestimmende Schritt für die Trocknung sein.In addition, the time it takes water to get from the inside of a particle to its surface is considerably smaller for smaller particles than for large ones. With good gas exchange at the surface of the particles, this may be the rate-determining step for drying.
Als gasförmiges Medium kann Luft, bevorzugt erwärmte Luft mit einer Temperatur von weniger als 70°C, besonders bevorzugt mit einer Temperatur von 40 bis 60°C, verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, den Feuchtegehalt der bei der Mischung erhaltenen Granulate mit einem Gas zu trocknen, welches Abwärme enthält, die anderweitig nicht verwertbar ist. So kann die Abwärme eines industriellen Verbrennungsprozesses genutzt werden, welche sich nicht mehr zur Erzeugung von Elektrizität oder Dampf verwenden lässt. Beispielsweise kann die Abwärme bei der Verbrennung von Klärschlamm dazu genutzt werden, um angelieferten Klärschlamm vorzutrocknen.As gaseous medium, air, preferably heated air having a temperature of less than 70 ° C, particularly preferably having a temperature of 40 to 60 ° C, can be used. It is particularly advantageous to add the moisture content of the granules obtained during the mixing with a gas dry, which contains waste heat that is otherwise unusable. Thus, the waste heat of an industrial combustion process can be used, which can no longer be used to generate electricity or steam. For example, the waste heat during the incineration of sewage sludge can be used to pre-dry supplied sewage sludge.
Aufgrund der großen geometrischen Oberfläche der Granulatpartikel kann aber auch mit Luft mit einer Temperatur von weniger als 50°C, bevorzugt von weniger als 40°C, besonders bevorzugt von weniger als 30°C, getrocknet werden. Dies hat den Vorteil, dass entweder nur geringe oder gar keine Energiekosten für die Trocknung erforderlich sind.Due to the large geometric surface of the granules but can also with air at a temperature of less than 50 ° C, preferably less than 40 ° C, more preferably less than 30 ° C, dried. This has the advantage that either little or no energy costs for drying are required.
Aufgrund der guten Lager- und Transportfähigkeit der Granulate, welche beim Mischen von Klärschlamm mit dem Superabsorber oder Hydrogek erhalten werden kann der Klärschlamm problemlos an einen Ort verbracht werden, an welchem derartige Abwärme anfällt.Due to the good storage and transportability of the granules, which are obtained when mixing sewage sludge with the superabsorber or Hydrogek the sewage sludge can be easily moved to a place where such waste heat is generated.
Auch wird eine Lagerung in Silos oder ein Transport in Silofahrzeugen ermöglicht wird, so dass Geruchsbelästigungen vermieden werden. Weiterhin ist es möglich, die Trocknung der Granulate im Silofahrzeug vorzunehmen, indem Luft durch das Silo geleitet wird.Also, a storage in silos or a transport in silo vehicles is made possible, so that odors are avoided. Furthermore, it is possible to carry out the drying of the granules in the silo vehicle by passing air through the silo.
Ebenfalls möglich ist es zur Trocknung ein Gas zu verwenden, welches Staubpartikel enthält. Auf diese Weise wird neben dem Trocknungseffekt gleichzeitig eine Entstaubung des Gases ermöglicht.It is also possible to use for drying a gas containing dust particles. In this way, in addition to the drying effect at the same time allows dedusting of the gas.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung liegen die erhaltenen Granulate in Form einer Schüttung in einem Schüttgutbehälter vor, bevorzugt einem Silo, welches mit einem Gas durchströmt wird, besonders bevorzugt von unten nach oben durchströmt wird. Die Gasgeschwindigkeit wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass die erhaltenen Granulate in Form eines Festbetts vorliegen und keine makroskopische Bewegung aufweisen.In one embodiment of the invention, the resulting granules are in the form of a bed in a bulk material container, preferably a silo, which is flowed through by a gas, is particularly preferably flows through from bottom to top. The gas velocity is preferably chosen so that the resulting granules are in the form of a fixed bed and have no macroscopic motion.
Alternativ können die erhaltenen Granulate in Form einer flach ausgebreiteten Schüttung vorliegen, wobei die Höhe der Schüttung kleiner als 0,5 m, bevorzugt kleiner als 0,3 m, besonders bevorzugt kleiner als 0,1 m, ist. Auf diese Weise wird aufgrund der großen geometrischen Oberfläche der Granulatpartikel eine wirksame Trocknung erreicht, ohne dass aufwändige mechanische Verfahren zum Wenden der Granulatschüttung erforderlich sind. Der Trocknungseffekt kann zusätzlich beschleunigt werden, indem die Granulate von einem Gasstrom überstrichen werden, welcher bevorzugt von Ventilatoren erzeugt wird.Alternatively, the granules obtained may be in the form of a flat bed, wherein the height of the bed is less than 0.5 m, preferably less than 0.3 m, more preferably less than 0.1 m. In this way, due to the large geometric surface of the granules an effective drying is achieved without complex mechanical methods for turning the granulate are required. The drying effect can be additionally accelerated by the granules are swept by a gas stream, which is preferably produced by fans.
Vorzugsweise kann der Feuchtegehalt der bei der Mischung erhaltenen und durch Kontakt mit einem gasförmigen Medium getrockneten Granulate weniger als 30 Gew.-%, bevorzugt weniger als 15 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 7 Gew.-%, betragen.Preferably, the moisture content of the granules obtained in the mixture and dried by contact with a gaseous medium may be less than 30% by weight, preferably less than 15% by weight, particularly preferably less than 7% by weight.
Der Feuchtegehalt bzw. die Feuchte bzw. die Restfeuchte (alle diese Begriffe werden hier synonym verwendet) entspricht dem Gewichtsverlust, welcher bei 105°C im Trockenschrank bis zur Erreichung der Massenkonstanz eintritt. Massenkonstanz gilt als erreicht, wenn die Massenänderung zwischen 30-minütigen Wägeintervallen weniger als 0,1% absolut beträgt. Der Trockenstoffgehalt (oder Feststoffgehalt) in % entspricht 100% minus Restfeuchte (in %).The moisture content or the moisture or the residual moisture (all these terms are used synonymously here) corresponds to the weight loss, which occurs at 105 ° C in a drying oven until the mass constancy is reached. Mass constancy is considered to be achieved if the mass change between 30-minute weighing intervals is less than 0.1% absolute. The dry matter content (or solids content) in% corresponds to 100% minus residual moisture content (in%).
Gegenstand der Erfindung sind außerdem Granulate, welche nach einem der beanspruchten Verfahren erhältlich sind.The invention also granules, which are obtainable by one of the claimed methods.
Vorzugsweise umfasst die Erfindung Granulate enthaltend Klärschlamm sowie 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 2 Gew.-%, eines Superabsorbers oder Hydrogels, wobei die Granulate eine Feuchte von 40 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 85 Gew.-%, besonders bevorzugt 70 bis 85 Gew.-%, aufweisen und einen mittleren Durchmesser von 0,1 bis 20 mm, bevorzugt 0,5 bis 10 mm, besonders bevorzugt 1 bis 5 mm, aufweisen.Preferably, the invention comprises granules containing sewage sludge and 0.01 to 10 wt .-%, preferably 0.05 to 3 wt .-%, particularly preferably 0.3 to 2 wt .-%, of a superabsorbent or hydrogel, wherein the granules a Humidity of 40 to 90 wt .-%, preferably 50 to 85 wt .-%, particularly preferably 70 to 85 wt .-%, and have an average diameter of 0.1 to 20 mm, preferably 0.5 to 10 mm, more preferably 1 to 5 mm.
Vorzugsweise beträgt der Volumenanteil der Hohlräume in der Granulatschüttung 2 bis 35 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20%.Preferably, the volume fraction of the voids in the granular bed is 2 to 35 wt .-%, preferably 5 to 25 wt .-%, particularly preferably 10 to 20%.
Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die erfindungsgemäße Konditionierung des Klärschlamms eine Lagerung in Silos oder ein Transport in Silofahrzeugen ermöglicht wird, so dass Geruchsbelästigungen vermieden werden.A further advantage is that storage in silos or transport in silo vehicles is made possible by the conditioning of the sewage sludge according to the invention, so that odor nuisance is avoided.
Die erfindungsgemäße Behandlung von Klärschlamm kann für die mineralische Fraktion (Vorklärschlamm), die Belebtschlamm-Fraktion (auch biologische Fraktion) oder für beide gemeinsam erfolgen.The treatment of sewage sludge according to the invention can be carried out jointly for the mineral fraction (primary sludge), the activated sludge fraction (also biological fraction) or both.
Die optimale Granulatgröße ergibt sich aus den angestrebten Verwendungen.The optimum granule size results from the intended uses.
Wenn die erhaltenen Granulate getrocknet werden sollen, ist es vorteilhaft ein Granulat bereitzustellen, welches einerseits eine möglichst große geometrische Oberfläche aufweist, andererseits aber nicht durch den zur Trocknung verwendeten Gasstrom weggeblasen wird. Bevorzugt werden deshalb Granulate mit einem mittleren Durchmesser (Volumenmittelwert) von 0,1 bis 20 mm, bevorzugt 0,5 bis 10 mm, besonders bevorzugt 1 bis 5 mm hergestellt. Die Bestimmung der Granulatgröße erfolgt durch (lichtmikroskopische) Auszählung unter Annahme einer konstanten Dichte und einer kugelförmigen Gestalt der einzelnen Partikel.If the granules obtained are to be dried, it is advantageous to provide granules which, on the one hand, have the largest possible geometric surface area, but on the other hand are not blown away by the gas stream used for drying. Preference is therefore given to granules having an average diameter (volume average) of 0.1 to 20 mm, preferably 0.5 to 10 mm, more preferably 1 to 5 mm produced. The granule size is determined by (light microscopic) counting assuming a constant density and a spherical shape of the individual particles.
Je höher die Dosiermenge des Superabsorbers oder Hydrogels gewählt wird, desto feiner werden üblicherweise die Granulatpartikel. Wenn ausreichend Zeit und Raum für die Trocknung verfügbar ist, können die Granulate auch einen durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 5 mm aufweisen, wenn jedoch der Trocknungsprozess sehr effizient durchgeführt werden soll, sind kleinere Granulate anzustreben. Entsprechend sind die Kosten des Verfahrens bei feinen Granulaten aufgrund der Kosten der Additive höher.The higher the dosing amount of the superabsorbent or hydrogel is selected, the finer are usually the granules particles. If sufficient time and space is available for drying, the granules may also have an average diameter of more than 5 mm, but if the drying process is to be carried out very efficiently, smaller granules are desirable. Accordingly, the cost of the fine granule process is higher due to the cost of the additives.
In jedem Fall ist es vorteilhaft eine Schüttung der Granulate anzustreben, welche ein möglichst großes Hohlraumvolumen und einen möglichst geringen Strömungswidersand für das zur Trocknung verwendete Gas aufweist. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, indem keine zu feinen Granulate und eine weitgehend einheitliche Granulatgröße verwendet werden.In any case, it is advantageous to strive for a bed of granules which has the largest possible void volume and the lowest possible flow resistance for the gas used for drying. This is preferably achieved by not using too fine granules and a largely uniform granule size.
Bevorzugt ist die Schüttdichte des Klärschlamm-Granulats mindestens 10%, besonders bevorzugt mehr als 20% geringer als die Dichte des Klärschlamms vor der Zugabe der Additive.Preferably, the bulk density of the sewage sludge granules is at least 10%, more preferably more than 20% less than the density of the sewage sludge prior to the addition of the additives.
Zusammenfassend zeigt die Erfindung die Vorteile, dass Klärschlamm durch einfachen Zusatz eines Superabsorbers oder Hydrogels in ein Granulat und damit in eine gut handhabbare Form überführt werden kann, so dass eine Lagerung oder ein Transport als Schüttgut oder eine pneumatische Förderung wesentlich erleichtert wird. Außerdem ermöglicht die Granulatstruktur eine wesentlich erleichterte Verdunstung oder Verdampfung der Feuchtigkeit und damit eine effiziente Trocknung des Klärschlamms, welche nach dem Stand der Technik nur mittels aufwändiger mechanischer Unterstützung oder unter Zuhilfenahme von thermischer Energie möglich war.In summary, the invention shows the advantages that sewage sludge can be converted by simple addition of a superabsorbent or hydrogel in a granulate and thus in a manageable form, so that storage or transport as bulk material or pneumatic conveying is much easier. In addition, the granule structure allows a much easier evaporation or evaporation of moisture and thus efficient drying of sewage sludge, which was possible in the prior art only by means of complex mechanical support or with the aid of thermal energy.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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