Prozesse und Technologien zur Schlammbehandlung

Bei Condorchem Envitech bieten wir Lösungen für die Behandlung von Schlamm an, der während industrieller Abwasserbehandlungsprozesse entsteht.

Dank unserer Systeme und Verfahren zur Schlammbehandlung können folgende Vorteile erzielt werden:

• Reduzierung des Volumens und Gewichts des Abfalls, der an den Entsorger abgegeben wird
• Wiederverwendung von behandeltem Wasser
• Rückgewinnung wertvoller im Schlamm gelöster Materialien
• Düngerproduktion dank des Phosphat- und Nitratgehalts
• Energieerzeugung (Biogas und Methan)
• Beseitigung gesundheitlicher Risiken im Zusammenhang mit Klärschlamm

Condorchem Envitech verfügt über verschiedene Prozesse und Technologien zur Schlammbehandlung, sodass die Auswahl des am besten geeigneten Systems von den Besonderheiten des jeweiligen Falls und den Zielen des Kunden abhängt.

Die Behandlung des in Abwasserbehandlungsprozessen anfallenden Schlamms ist in jedem Land durch spezifische Gesetzgebungen geregelt.

KLASSIFIZIERUNG VON SCHLAMM

Der während der Abwasserbehandlungsprozesse anfallende Schlamm kann je nach verwendetem Kriterium in 3 Typen eingeteilt werden:

a) Nach Herkunft des zu behandelnden Abwassers

• Kommunaler Schlamm
• Industrieller Schlamm

b) Nach der Stufe der Abwasserbehandlung

• Primärschlamm
• Sekundärschlamm (biologisch)
• Gemischter Schlamm
• Tertiärschlamm (chemisch oder physikalisch-chemisch)

c) Nach der Schlammbehandlungslinie

• Verdickung: dicker Schlamm
• Stabilisierung: stabilisierter Schlamm (vergoren)
• Entwässerung: entwässerter Schlamm

SCHLAMMBEHANDLUNG

Der zu behandelnde Schlamm wird durch verschiedene Analysesysteme charakterisiert, wie Chromatographie, Röntgenfluoreszenzspektroskopie und bakteriologische Analyse. Anschließend werden Werte für folgende Parameter ermittelt, die die am besten geeigneten Behandlungsprozesse für das Endziel bestimmen.

Insbesondere sind die Parameter, die hauptsächlich die Eignung des Schlamms für die landwirtschaftliche Nutzung beeinflussen und daher vor und nach der Schlammbehandlung analysiert werden müssen:

1) Schwermetalle: Cd, Cr, Ni, Hg, Pb, Zn und Cu

Schwermetalle sind einer der zu berücksichtigenden Parameter bei der Charakterisierung des Schlamms. Seit den 1970er Jahren ist ihr Gehalt in Klärschlamm deutlich zurückgegangen. Dies ist auf die verschiedenen Gesetzgebungen zurückzuführen, die in den einzelnen Ländern erlassen wurden, um diese Elemente aufgrund ihrer schädlichen Umweltauswirkungen zu regulieren und zu begrenzen. Dies hat die Industrie und die beteiligten Verwaltungen dazu veranlasst, ihre Managementsysteme zu entwickeln und zu optimieren, um die Emissionen von Schwermetallen in die Umwelt zu reduzieren. Die beiden Prozesse, die hierzu am meisten beigetragen haben, sind:

• Recycling
• Substitution

Dank der Entwicklung immer optimierter Technologien und alternativer Verfahren, die mit beiden verbunden sind, wurde in den letzten 30 bis 40 Jahren eine sehr deutliche Reduzierung der Emissionen von Metallen wie Cadmium erreicht, was deren Emission in die Umwelt drastisch verringert hat (http://www.cadmium.org/environment/cadmium-emissions)

2) Pathogene Mikroorganismen: Salmonella spp, Escherichia coli
3) Agronomisch: pH, H Leitfähigkeit, organische Substanz, NT, org NH3, P, Ca, Mg, K und Fe
4) Organische Schadstoffe: AOS, LAS, Phthalate, Nonylphenole, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, polychlorierte Biphenyle, Dioxine, Furane und bromierte Diphenylether.

Daher besteht die Schlammbehandlungslinie aus 3 Hauptbehandlungsstufen, innerhalb derer verschiedene zugehörige Prozesse stattfinden:

1. Verdickung

Die in dieser Stufe eingesetzten Prozesse führen zu einer Volumenreduzierung des zu behandelnden Schlamms durch Wasserentzug und Erhöhung der Feststoffkonzentration. Das Hauptziel ist die Steigerung der Effizienz und finanziellen Optimierung nachfolgender Prozesse.

Die wichtigsten Verdickungsverfahren für die Schlammbehandlung basieren auf Folgendem:

• Schwerkraft: Der Schlamm gelangt in den zentralen Bereich; der verdickte Schlamm sammelt sich im unteren Teil und das Überstandswasser verbleibt im oberen Teil. Dieses System wird bei Primär-, physikalisch-chemischem und gemischtem Schlamm verwendet, der sich gut durch Schwerkraft absetzt. Biologischer Schlamm setzt sich langsam ab.
• Flotation: Der Schlamm konzentriert sich im oberen Bereich durch den Effekt von Mikroschaumblasen, meist Luft, auf die suspendierten Feststoffe, die dadurch weniger dicht als Wasser werden. Dieses System ist nützlich zur Verdickung von biologischem Schlamm aufgrund seiner geringen Sedimentationsfähigkeit.
• Mechanisch: Der Schlamm wird durch Erhöhung der Gravitationskräfte konzentriert.
  • Zentrifugation: Die Zentrifugalkraft wird hauptsächlich zur Trennung von biologischem Schlamm genutzt. Die Ausrüstung ist oft teuer und erfordert angemessene Wartung.
  • Rotationssieb: Die Trennung erfolgt durch Filtration durch den rotierenden Trommel, und dies wird für biologischen Schlamm verwendet. Die Betriebskosten sind nicht hoch, es wird wenig Platz benötigt und unangenehme Gerüche entstehen nicht.
  • Schwerkraftbandfilter: Die Trennung erfolgt durch das Ablaufen des Wassers durch ein bewegliches poröses horizontales Band. Dies ist geeignet für aktiven oder vergorenen Schlamm, jedoch nicht für physikalisch-chemischen Schlamm.

2. Stabilisierung

Einer der 3 Hauptprozesse, die bei der Stabilisierung des Schlamms eingesetzt werden, führt zu einer Reduzierung des organischen Materials, um:

a) Krankheitserreger zu reduzieren
b) Gerüche zu beseitigen
c) die Fäulnisfähigkeit des organischen Materials zu reduzieren oder zu eliminieren.

Die Stabilisationsprozesse werden unterteilt in

2.1 Biologische Stabilisierung

2.1.1 Aerobe Stabilisierung

Dies ist ein biologischer Prozess zur Oxidation organischer Substanz durch mikrobiologische Aktivität und Sauerstoffzufuhr in offenen Faulbehältern. Dies reduziert die Endmasse des Schlamms, um ihn für spätere Prozesse anzupassen.

Es wird als Sekundärbehandlung in Kläranlagen ohne Primärbehandlung verwendet und kann auch für gemischten Schlamm mit höherer Sauerstoffzufuhr eingesetzt werden. Die Faktoren, die diesen Prozess beeinflussen, sind:

• Verweilzeit
• Temperatur
• Sauerstoff- und Mischungsbedarf

2.1.2 Aerophil-thermophile Stabilisierung

Dies ist eine thermophile, selbst erwärmende, aerobe Faulung, die entwickelt wurde, um immer strengeren Vorschriften gerecht zu werden. Sie basiert auf der Nutzung der thermischen Energie, die bei der aeroben Faulung organischer Substanz aus dem Schlamm erzeugt wird, um die thermophilen Temperaturen (50-70°C) zu erreichen und aufrechtzuerhalten.

2.1.3 Kompostierung

Dies ist ein Prozess der biologischen Zersetzung und Stabilisierung organischer Substanz unter kontrollierten und aeroben Bedingungen bei thermophilen Temperaturen, als Folge der biologisch erzeugten Wärme. Organisches Material wird in CO2, Wasser und Mineralien zersetzt, was zu stabilem, pathogenfreiem organischem Material führt.

Er kann nur mit Schlamm oder durch Mischen mit Strukturierungsmitteln durchgeführt werden, die aerobe Bedingungen fördern. Die Hauptphasen sind:

• Mischen
• Fermentation oder Kompostierung
• Reifung
• Veredelung

Er ist wirksam bei der Dekontamination organischer Schadstoffe wie Erdölkohlenwasserstoffe, monoaromatische Verbindungen, Sprengstoffe, Chlorphenole, einige Pestizide und polyzyklische aromatische Verbindungen.

Die Mikroorganismen wirken durch Mineralisierung oder teilweise Umwandlung.

Metallkontaminanten werden während des Prozesses nicht signifikant entfernt. Oxidations- und Reduktionsreaktionen beeinflussen die Löslichkeit, wodurch deren Verfügbarkeit und Toxizität in der festen Fraktion reduziert werden.

Eine angemessene Kontrolle der kritischen Parameter (pH, Belüftung, Feuchtigkeit, C/N-Verhältnis) ist erforderlich, um anaerobe Bedingungen in der Kompostmasse zu vermeiden, die zu einer Zunahme unangenehmer Gerüche führen können.

2.1.4 Anaerobe Stabilisierung

Dies ist eine der gebräuchlichsten Methoden zur Schlammstabilisierung und besteht im Abbau organischer Substanz durch Reaktion unter Sauerstoffausschluss. Dabei werden Energie, Methan (CH4), Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) durch die Aktivität bestimmter Bakterien freigesetzt.

Der Prozess verläuft in 4 Stufen: Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese.

Diese Systeme werden klassifiziert in: Niedriglast-, Hochlast-, anaerobe Kontakt- und Systeme mit Gasabscheidung. Der Prozess muss folgende Parameter kontrollieren:

• pH
• Temperatur
• Schlammanlieferung
• Verweilzeit
• Gasproduktion

2.2 Chemische Stabilisierung

Dies ist eine Alternative zur biologischen Stabilisierung, deren Zweck es ist, Krankheitserreger zu reduzieren oder zu minimieren und geruchsverursachende Mikroorganismen erheblich zu verringern.

2.2.1 Stabilisierung mit Kalk

Vor allem wird dem Schlamm Kalk in der geeigneten Dosierung zugegeben, um den pH-Wert für eine ausreichende Zeit (mindestens 2 Stunden) auf 12 zu halten, um pathogene Mikroorganismen und geruchsverursachende Organismen zu eliminieren oder zu reduzieren. Das folgende System wird üblicherweise verwendet:

• Kleine Kläranlagen, die Schlamm für natürliche Böden einbinden oder vor dem Transport lagern
• Abwasserbehandlungsanlagen mit zusätzlichen Stabilisationsanforderungen
• Ergänzendes Stabilisierungssystem während Zeiten, in denen andere Systeme außer Betrieb sind

Es wird normalerweise vor der Trocknung des Schlamms eingesetzt, kann aber auch danach mit kleineren Kalkmengen erfolgen. Die Kalkdosierung hängt ab von:

• Schlammtpy
• Chemischer Zusammensetzung des Schlamms (einschließlich organischer Substanz)
• Schlammkonzentration

Während des Kalkschlammbehandlungsprozesses muss der pH-Wert mindestens 2 Stunden lang über 12 gehalten werden, um die Zerstörung der Krankheitserreger sicherzustellen und eine ausreichende Restalkalität zu gewährleisten, damit der pH nicht unter 11 fällt. Dies gibt ausreichend Zeit, den stabilisierten Schlamm zu lagern oder zu entsorgen. Die benötigte Kalkmenge zur Stabilisierung des Schlamms wird durch dessen Typ, chemische Zusammensetzung und Feststoffkonzentration bestimmt, die in der Regel im Bereich von 6-51 % liegt. Primärschlamm benötigt die geringste Kalkmenge, während Belebtschlamm die höchste benötigt.

2.2.2 Oxidation mit Chlor

Eine hohe Chlormenge wird dem zu behandelnden Schlamm in geschlossenen Reaktoren und für kurze Verweilzeiten zugegeben. Dieses System ist derzeit auf industrieller Ebene nicht weit verbreitet.

2.3 Konditionierung

Gelartiger Schlamm kann Trocknungsprozesse erschweren. In diesen Fällen wird eine Vorkonditionierung durchgeführt, um die Eigenschaften des Schlamms vor der Entwässerung zu verbessern. Die häufigsten Methoden sind:

2.3.1 Chemische Konditionierung

Diese koaguliert die Feststoffe und setzt gebundenes Wasser frei und wird vor jedem Trocknungsprozess durchgeführt. Die verwendeten Chemikalien sind:

• Eisen(III)-chlorid
• Kalk
• Aluminiumsulfat
• Organische Polymere

Die ersten drei sorgen für Desinfektion und Stabilisierung des Schlamms. Polymere haben keine desinfizierende Wirkung, sind aber leichter zu dosieren und oft günstiger.

Das Ziel dieser Art der Stabilisierung ist es, Krankheitserreger zu reduzieren oder zu minimieren und die Mikroorganismen, die Gerüche verursachen können, erheblich zu verringern.

2.3.2 Thermische Konditionierung

Der Schlamm wird bei Temperaturen von 160-210°C für kurze Zeit unter Druck erhitzt. Dies koaguliert die Feststoffe und verändert deren Struktur, indem die Affinität des Wassers zu den Feststoffen im Schlamm reduziert wird.

Der Schlamm wird sterilisiert, praktisch geruchsfrei und mit deutlich erhöhter Entwässerungskapazität.

3. Entwässerung

Dies ist ein physikalischer Vorgang (natürlich oder mechanisch), der verwendet wird, um den Feuchtigkeitsgehalt des Schlamms und dessen Volumen zu reduzieren. Die Hauptziele sind:

• Erhöhung des Trockensubstanzgehalts des Bodens um 3-40 %
• Reduzierung der Transportkosten durch Volumenverringerung
• Verbesserung der Handhabung und des Transports des Schlamms
• Vermeidung von Gerüchen
• Erhöhung des Heizwerts durch Verringerung der Feuchtigkeit

Die am weitesten verbreiteten Systeme sind mechanisch statt natürlich. Die Kosten der Entwässerungstechnologie sind in folgender absteigender Reihenfolge:

• Zentrifugen
• Schwerkraftbandfilter
• Pressfilter

3.1 Mechanische Systeme

3.1.1 Zentrifugal

Sie bestehen aus einem zylindrisch-konischen Trommelgehäuse in horizontaler Ebene und basieren auf der Nutzung der Zentrifugalkraft zur Trennung der Feststoffphase vom Wasser. Es gibt zwei Arten der Zentrifugation zur Entwässerung von Schlamm:

a) Gegenstrom: Feststoffe und Flüssigkeit fließen in entgegengesetzter Richtung im Inneren des Zylinders.
b) Gleichstrom: Feststoffe und Flüssigkeitsanteil fließen in dieselbe Richtung.

3.1.2 Pressfilter

Pressfilter bestehen aus einer Reihe von vertikalen rechteckigen Platten, die hintereinander auf einem Rahmen angeordnet sind. Filtertücher, meist aus synthetischen Stoffen, werden auf die Flächen dieser Platten gelegt. Der Raum zwischen zwei Platten in deren zentraler Aussparung bestimmt die Dicke des entstehenden Filterkuchens. Diese Dicke kann zwischen 15 und 30 mm variieren.

Die Oberfläche der Pressfilter kann bis zu 400 m² betragen, die Plattenfläche 2 m², und sie bestehen üblicherweise aus über 100 Platten. Der Filterprozess dauert etwa 25 Stunden, abhängig von der Dauer der folgenden Phasen:

• Füllen
• Filtrieren
• Entladen
• Reinigen

Dieser Prozess erreicht eine Konzentration von 35-45 %, je nach Eigenschaften des zu behandelnden Schlamms. Für Wartung und Betrieb werden spezialisierte und qualifizierte Fachkräfte benötigt.

3.1.3 Schwerkraftbandfilter

Der Schlamm wird in diesem System kontinuierlich zugeführt, wobei auch eine chemische Konditionierungsstufe, meist mit Polyelektrolyten, erfolgt.

Im Bandfilter erfolgt eine Schwerkraftentwässerung, danach wird der Schlamm durch mechanischen Druck entwässert, bedingt durch die Wirkung der porösen Gewebe.

Es ist ein kostengünstiges Verfahren, da keine großen Anfangsinvestitionen nötig sind, die Wartungs- und Betriebskosten gering sind und der Energieverbrauch niedrig ist.

3.2 Natürliche Systeme

3.2.1 Trocknungsbecken

Dies ist ein natürliches Entwässerungssystem, bestehend aus Schichten von Drainagematerialien, die vertikal in einem geschlossenen Bereich angeordnet sind.

Der Schlamm fließt über Schichten aus Kies oder Sand, wo er gefiltert und durch Verdunstung entwässert wird. Die Verdunstung hängt von den klimatischen Bedingungen der Region, der Expositionszeit des Schlamms und dessen Eigenschaften ab.

Das Drainagematerial besteht üblicherweise aus 10 cm Sand auf einer 10-20 cm dicken Kiesschicht, mit einem Rohrnetz darunter, um das Wasser zur weiteren Behandlung in der Kläranlage aufzufangen. Die Sandschicht muss von Zeit zu Zeit erneuert werden, da Sand im Filter- und Sammelprozess verloren geht.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist der große Flächenbedarf.