原创《Aktuelle Entwicklungen bei der thermischen Klärschlammbehandlung》
INHALTSVERZEICHNIS1 Einleitung
1.1 Definition der thermischen Klärschlammbehandlung
1.2 Ziele der Klärschlammbehandlung
1.3 Art der thermischen Klärschlammbehandlung
2 Trocknung
2.1 Trocknungsarten
2.2 Verfahrung der Klärschlammtrocknung
2.2.1 Bandtrockner
2.2.2 Trommeltrockner
2.2.3 Scheibentrockner
2.2.4 Dünnschichttrocknung
2.2.5 Wirbelschichttrockner
2.2.6 Solare Klärschlammtrocknung
3 Verbrennung
3.1 Heizwert des Schlammes
3.2 Luftbedarf und Rauchgasmenge
3.3 Verbrennungsofenbauarten
3.3.1 Verbrennung im Etagenofen
3.3.2 Verbrennung im Drehrohrofen
3.3.3 Verbrennung im Wirbelschichtöfen
3.4 Mitverbrennung in der Müllverbrennungsanlagen
3.5 Mitverbrennung im Heizkraftwerk
3.6 Mitbrennung in Zementwerk
4 Entgasung(pyrolyse)
4.1 Allgemeines
4.2 Verfahrensablauf
4.3 Verfahrenskonzeptionen
4.4 Vor- und Nachteile
4.5 Beispiele
5 Mengenentwicklung und Maktentwicklung
$m14$ $m14$ $m14$ 1.Einleitung
1.1 Definition der thermischen Klärschlammbehandlung
Thermisch nenn man die Schlammbehandlungsverfahren, die unter Zufuhr oder Entwicklung von Wärme ablaufen.
1.2 Ziele der Klärschlammbehandlung
Klärschlamm ist nicht vermeidbar, aber reduzierbar!
Reduzierung der zu entsorgenden Klärschlammmengen
1. Wassergehalt
2. organischer Anteil
Stabilisierung der Klärschlämme
1. Verringerung der Organik
2. Geruch
3. Aktivität
4. Energiegewinn
Handhabbarkeit erhöhen
Kosten minimieren
1.3 Art der thermischen Klärschlammbehandlung
Verdampfung des Schlammwassers in Form einer Trocknung.(Trocknung)
Oxidation der organischen Stoff in Form einer Verbrennung. (Verbrennung)
Zersetzung der organischen Stoffe in Form einer Entgasung. (Pyrolyse)
Die Trocknung und die Verbrennung sind zur Zeit wichtigsten thermischen Verfahren zur Schlammbehandlung. Und die Pyrolyse von Klärschlamm ist bis jetzt nur im Labor versucht worden.
2. Trocknung
Nach der Schlammentwässerung werden die Restwassergehalt noch immer von mindester 50% gewesen, wenn man die weitere Entwässerung machen möchte, oder wenn man die weitere Verwertungsverfahrung benutzen möchte, (zum Beispiel, weitere
Schlammtransport zum Deponie oder zu der landwirtschaftliche Klärschlammverwertung ist den Schlammvolumen einen große Problem) muss man die thermischen Klärschlammbehandlung machen. Durch die thermische Behandlung des entwässerten Schlammes erfolgt eine Verringerung des Schlammvolumens und der Schlammmenge (Abbildung 1). Hier rede ich über die Trocknung, die durch der Verdampfung oder der Verdunstung gemacht werden, hier zu benötigt man Energie in Form von Wärme, Diese Wärme wird bei der thermischen Trocknungsverfahren durch Verbrennen von Heizöl oder Erdgas, manchmal auch von Abfallstoffen wie Mull und Klärschlamm erzeugt.
Normaleweisen ist es billiger den Schlamm zu Verbrenn als nur zu Trocken, da hierbei die in seinen brennbaren Bestandteilen steckende wärme Energie direkt genutzt werden kann.
2.1 Trocknungsarten
Bei den Verfahren zur Klärschlammtrocknung unterscheide man in drei Trocknungsarten.
Direkte Trocknung ( Konvektionstrocknung)
Indirekte Trocknung (Kontakttrocknung)
Strahlungstrocknung
Bei der direkten Trocknung wird das Heißluft oder Rauchgas direkt mit der Klärschlamm Kontakt gebracht. Die verdampfte Wasser wird abgeleitet. Abbildung 2 zeigt den Prinzip der direkte Trocknung. Hier hat diese Verfahrung eine Nachteil getroffen. Nach dem Heißluft durchlauft, werden die Ammonium-Gehalt von dem Reststoffen relativ hoch gewesen, dann muss man eine Nachhandlung machen.
Abbildung. 2 Prinzip der direkte Trocknung
Quelle : Perspektiven der solaren Klärschlammtrockung im Land Bremen
Die folgenden Klärschlammtrocknungsverfahren sind nach dem Prinzip der direkte Trocknung :
Trommeltrockner
Bandtrockner
Etagentrockner
Wirbelschichttrockner
Solare Klärschlammtrocknung
Bei der indirekten Trocknung wird das Heißluft oder Rauchgas nicht direkt mit der Klärschlamm Kontakt gebracht, sondern wird in einem geschlossenen System im Kreislauf geführt. Gegenüber der direkten Trocknung liegen die indirekten Trocknung günstige Voraussetzung für wärmetechnisches Optimierung vor. Abbildung 3 zeigt den Prinzip der indirekte Trocknung.
Abbildung. 3 Prinzip der indirekte Trocknung
Quelle : Perspektiven der solaren Klärschlammtrockung im Land Bremen
Die indirekte Trocknung haben die folgenden wesentlichen Verfahrenstechnischen Vorteile :
Niedriger Energiebedarf
Geringe zu behandelnde Bürdenmenge
Regelbarkeit des Entwasserungsrades
Optimierte Wärmerückgewinnung
Die folgenden Klärschlammtrocknungsverfahren sind nach dem Prinzip der indirekte Trocknung :
Dünnschichttrockner
Scheibentrockner
Solare Klärschlammtrocknung mit Zusatzheizung
Bei der Strahlungstrocknung wird die Strahlungsquellen emittierten elektromagnetischen Strahlungsenergie, dann die Klärschlamm absorbiert. Die absorbierte Energie wird zur Aufwärmung des Guts und zur Verdampfung das Wasser gemacht. Es ist auch eine zusätzliche Anteil bei solaren Klärschlammtrocknung.
2.2 Verfahrung der Klärschlammtrocknung
Normaleweisen gibt es zwei Trocknungsphase.
Halbe Trocknung, bis 45% TS
Volle Trocknung, mindesten 90% TS
Aber die Restwassergehallt oder TSgehalt ist nicht einzige Kenngrößen für verschieden Verfahrungen zu verwerten. Verschiedene Verfahrungen brauchen verschiedene Energiebedarf, Formforderung, usw., z.B. die landschaftliche Verwertung braucht den Form in Granulat zu machen. Und die hohe Sauerstoffanteil bei der Trocknung wird sich vermeidet, wenn nicht, dann wird es selbst verbrennt.
Die wichtigsten thermischen Trocknungsverfahren für Klärschlamm werden im folgenden vorgestellt.
2.2.1 Bandtrockner
Bandtrockner gehört zu direkte Trocknungstechnologie. Bei der Klärschlammbehandlung im Chemieindustrie und Lebensmittelindustrie benutzen man immer Bandtrockner. Bei horizontalen Bandtrockner durchlaufen Förderbänder, die zu trocknende Schlamm liegt auf dem Förderbänder. Der Trocknbänder laufen durch viele parallele Kammer, und jede Kammer hat einen Umluftventilator und einem eigenen Zugluftanschluss und Abluftanschluss. Die heiße Rauchgasen strömten langsam jede Kammer durch, und wird im Kreuzgegen- oder Kreuzgleichstrom zum Klärschlamm geführt, um eine maximale Wasseraufnahme zu erzielen. Weil in diese Verfahrung braucht man nicht mechanische Beanspruchung des Klärschlamm, ist der Staubanfall sehr gering. Die Abwärmequellen kann man auch mit einem niedrige Temperaturniveau (maximal 150 0C) benutzen. Und die Abwärmequellen kann auch in Öle oder Wasser sein.Bei dieser Betriebsweise ist keine Abluftreinigung erforderlich. Bandtrockner kann nicht für Halbtrocknungstechnologie anwenden, nur für Volltrocknungstechnologie. Abbildung 3 zeigt, was ein Bandtrockner ist.
Quelle :ATV-Klärschlamm
Abbildung.4SEVAR-Bandtrockner
Quelle : http://www.sult.de/de_SULT/Prozesstechnik/Bandtrockner/bandtrockner.html
Vorteile der Bandtrockner :
Problemloses Durchfahren der Leimphase
Gut einstellbare Produktqualität
Geringer Verschleiß im Trockner
Nachteile der Bandtrockner :
Klärschlammentwässerung auf Pellestierung anpassen
Gefahr lokaler Überhitzung → hohe Brandgefahr
Der Konstruktion der Bandtrockner ist komplex
2.2.2 Trommeltrockner
Trommeltrockner gehört zu direkte Trocknungstechnologie. Der Konstruktion von Trommeltrockner ist einfach. Ein zylindrische Rohr rotiert langsam um seine Achse. Und die Trocknungsgase ist Gleichstrom zum Klärschlamm geführt. Das Trockengut fällt als granulatförmiges Material an. Die Verweilzeit im Trockner beträgt 30-60 Minuten. Die Abwärmequelle kann in Rauchgasen sein, deswegen muss es eine Reinigung der abgekühlten Rauchgase und Brüdern erfolgen.
In der Vergangenheit wurden Trommel-Trocknungsanlagen als direkte Trockner ausgeführt, die Rauchgase und Luft vermischt in die Trocknungstrommel. Die Vermischung der Verbrennungsabgase kann zu den Geruchs- und Emissionsproblem passieren. Wegen diese ungünstigen Wärmeübertragungseigenschaften ist der thermischen Energiebedarf älterer Trommeltrocknungsanlagen deutlich größer als bei indirekte Trocknungsanlagen. So jetzt gibt die moderne Trommeltrockner einen Umluftbetriebsystem, vor dem Abführt der Rauchgase hat Trockner eine Wärmetausche eingesetzten, dann kann man die Emissionsproblem gute lösen. Und gleichzeitig kann man auch die Energie sparen, die heutige thermische Energiebedarf von der Trommeltrockner ist ca. 4,5 MJ/kg H2O (vorher über 5 MJ/kg H2O ). Abbildung 5 zeigt einen Trommeltrockner.
Abbildung.5 Trommeltrockner
Quelle : Lehrbuch aus der Uni Tsinghua China
Vorteile von Trommeltrockner :
Robustes Verfahren
Gut geeignet für große Durchstanzmengen
Gut einstellbare Produktqualität
Nachteile von Trommeltrockner :
Diskontinuierlicher Betrieb ungünstig
Niedriger Wärmeübergangsköffizient
Rückmischung erforderlich
2.2.3 Scheibentrockner
Scheibentrockner gehört zu indirekte Trocknungstechnologie. Beim Scheibentrockener rotiert die zahlreiche beheizte Hohlschreiben auf einer horizontalen Welle. In den Hohlschreiben sind Dampf oder Thermoöl als Wärmeträger wirkt. Die Schreiben tauchen in den etwa bis zur Welle eingefüllten vorentwässerten des Schlamm ein. Wenn eine Volltrocknung erforderlich ist, muss die Leim- oder Klebephase des Schlammes, die bei TS-Gehalten von 50%-55% eintritt, durch die Rückführung von Trockengut können Feststoffgehalte bis zu 95% TS erreicht werden. Auf diese Grund werden den Schreibentrockner oft in Verbindung mit Schlammverbrennungsanlagen eingesetzt, wo sie vom mechanisch vorentwässerten Schlamm noch soviel Wasser verdampfen sollen. Der Konstruktion der Scheibentrockner ist kompakt, weil die hohen Heizflächenbelastung erforderlich ist. Die Verweilzeit ist bis zu 90 Minuten. Der Scheibentrockner kann bei Halbtrocknung und Volltrocknung anwenden. Abbildung 6 zeigt den Scheibentrockner.
Abbildung.6 Scheibentrockner
Quelle : http://www.stadtentwaesserung-dresden.de/templates/content_popup.php?topic=scheibentrockner
Vorteile von Scheibentrockner :
Guter Wärmeübergang
Kompakte Bauweise
Gut geeignet für hohen Durchsatz
Nachteile von Scheibentrockner :
Diskontinuierlicher Betrieb ungünstig
Rückmischung erforderlich
Hoher Staub- und Faseranteil im Produkte
2.2.4 Dünnschichttrocknung
Dünnschichttrockner gehört zu indirekte Trocknungstechnologie. Das Trocknergehäuse besteht aus einem horizontalen Hohlzylinder, der mit Thermoöl oder Dampf beheizt wird. Der Klärschlamm wird durch einen Rotor mit Misch- und Förderelementen in dünnen Schichten auf die Zylinderwand aufgebracht, abgeschabt und zum Trocknschlammauswurf transportiert.
Vorteile von Dünnschichttrockner :
Unempfindlich auf schwankende TR-Gehalt im Eintrag
Problemloses Durchfahren der Leimphase
Robustes Verfahren
Nachteile von Dünnschichttrockner :
Volltrocknung energetisch ungünstig → große Baueinheit
2.2.5 Wirbelschichttrockner
Wirbelschichttrockner gehört zu direkte Trocknungstechnologie. Beim Wirbelschichttrockner trocknen die Klärschlamm in einem Wirbelbett (Fließbett). Diese Verfahren gibt es zwei Eigenschaften, ersten ist die Mengen von Abwärmeträge sehr hoch, zweiten ist Abwärme durch Dampf sich bewirkt. Vor der Aufgabe in den Wirbelschichttrockner wird der Schlamm mit Trocknergutin einem Mischerhomogenisiert und granuliert. Schlamm und unlaufende Dampf sind in den geschlossene Gehäuse sich bewirkt. Abbildung 7 zeigt ein Wirbelschichttrockner.
Abbildung.7 Wirbelschichttrockner
Quelle : Lehrbuch aus der Uni Tsinghua China
Vorteile von Wirbelschichttrockner :
Problemloses Durchfahren der Leimphase
Gleichmäßige Produktqualität
Keine bewegten Teile im Trockner → kaum Verschließ
Nachteile von Wirbelschichttrockner :
Hoher Druckverlust
Bisher ausgeführt für kleine Durchsätze
2.2.6 Solare Klärschlammtrocknung
Die Solare Klärschlammtrocknung ist ein neues Verfahren für die Klärschlammtrocknungstechnologie. Das Prinzip der Trocknung beruht auf dem natürlichen Feuchtigkeitsaufnahmenpotenzial der Trocknungsluft und der Nutzung von Sonnenenergie. Im Vergleich zu den konventionellen thermischen Trocknungsverfahren ist diese Verfahren mit geringer Einsatz umweltfreundlich.
Für die solare Klärschlammtrocknung wird drei Punkte benötigt :
Das Niederschlagswasser wird ferngehalten.
Erhöhung der Verdunstungsrate.
Effektive Schlammwendung um die Bildung anaerober Zonen zu Vermeiden.
Zur Zeit ist das Anlagenkonzept des Anbieters Thermo-System Industrie- und Trocknungstechnik GmbH das einzige am Markt vertretene solare Trocknungssystem. Abbildung 8 zeigt den Anlagenkonzept dieses GmbH. In diese System gibt es ein selbststeuernder Roboter, das „Elektrische Schwein“ sogenannt, die Klärschlamm werden von diesem Schwein durchmischt und zerkleinert.
Abbildung.8 Anlagenkonzept des Anbieters Thermo-System Industrie- und Trocknungstechnik GmbH
Quelle : Perspektiven der solaren Klärschlammtrockung im Land Bremen
Abbildung 9 zeigt eine Solare Trocknungsanlagen in Bredstedt :
Abbildung.9 Solare Trocknungsanlagen in Bredstedt
Quelle : Perspektiven der solaren Klärschlammtrockung im Land Bremen
3.Verbrennung
Nach der Verbrennung der Schlammes kann die Schlammsvolumen deutlich reduziert, die organische Inhaltstoffe umsetzen und die Reststoffen erzeugen, dann kann Schlamm weitere Nutzungen anwenden. Z.B zu große mengen von Schlamm kann es nicht direkt zu Landwirtschaft anwenden, und zu viele organische Inhaltstoff von Schlamm kann es nicht nach Deponie beseitigen. Klärschlamm kann als zusätzlich Brennensstoff mit Müll oder Kohl, als Abwärmeträgen im Klärschlammtrocknungsanlagen, als separate Verbrennungsanlagen oder als Brennstoff in Steinkohlekraftwerken, Zementwerken, Ziegeleien oder Asphaltwerken eingesetzt werden.
Im 1962 wurde die erste Schlammverbrennungsanlagen in der Bundesrepublik Deutschland gebaut, die ist auch die erste Schlammverbrennungsanlagen in Europa. In USA hat man schon früher die Klärschlamm gebrannt, aber nur im Etagenöfen verbrennen, ab 1963 kamen dann die Wirbelschichtöfen dazu.
3.1 Heizwert des Schlammes
Von der brennbarere Substanzanteile kann man den Heizwert der Schlammes bestimmen. Der Heizwert wird als Glühverlust ermittelt, d.h. je größer der Glührückstand ist, desto niedriger ist der Heizwert. Das kann in folgen Gleichung darstellen.
Hu = 250*(100-GR%)〖kJ/kgmT〗
=250*GV% 〖kJ/kgmT〗
Wobei
GV = Glühverlust in % der Gesamttrockenmassen
GR = Glührückstand = Aschegehalt in % der Gesamttrockenmassen
MT = Gesamttrockenmassen des Schlammes
Durch der Heizwertbestimmung kann man deutlich weisen, wie viele brauche die Schlammmengen für die weitere Nutzungen.
3.2 Luftbedarf und Rauchgasmenge
Mit den bekannte Heizwert des Schlammes kann man nach Rosin-Fehling Luftbedarf und Rauchgasmenge bestimmen. Die folgen Gleichung sind näherungsweise gerechnet :
Theoretischer Luftbedarf :
L0 = 1,01*Hu/4,1868 + 0,5 〖m3/kg〗 mit n = 1,0
Theoretische Rauchgasmenge :
V0 = 0,89*Hu/4,1868+1,65〖m3/kg〗
Wahre Rauchgasmenge :
V = V0 +(n-1)*L0〖m3/kg〗
Wobei
Hu = Heizwert der brennbaren Schlammstoff
N = Luftverhältnis
3.3 Verbrennungsofenbauarten
Nach der Ofenbauarten kann man in folgenden System verteilen :
Etagenofen
Drehrohrofen
Wirbelschichtofen
3.3.1 Verbrennung im Etagenöfen
Die ersten Etagenöfen in der Bundesrepublik Deutschland heißt Gegenstrometagenöfen, weil die Rauchgase und Schlamm im Gegenstrom durch den Ofen sich bewegen. Der Ofen besteht aus einem senkrechten Stahlzylinder, der ist innen mit feuerfesten Steinen ausgekleidet und durch horizontale Etagen unterteilt, in der mittel ist eine vertikale, drehbare Hohlwelle mit Rührarmen und Rührzähnen. Die Verbrennung ist in den mittleren Etagen, die heiße Verbrennungsgase steigen von untere Etagen nach obere Etagen auf, gleichzeitlich sinken die Schlamm von obere Etagen nach untere Etagen ab.
Später kamen dann die Gleichstrometagenöfen, beim der Gleichstrometagenöfen bewegen sich die Ruchgase und Schlamm im Gleichstrom durch den Ofen. Um diese Betriebsweise zu ermöglichen, müssen die heißen Rauchgase aus der Verbrennungszone durch außerhalb des Ofens liegende Gassammler zu den oben Trocknungszonen geleitet werden.
3.3.2 Verbrennung im Drehrohröfen
Der Drehrohröfen besteht aus einem innen feuerfest ausgemauerten Stahlzylinder, diese Stahlzylinder ist mit eine kleine Neigung herzustellen. Die Klärschlamm werden von obere Linkseiten aufgegeben, durch selbst Drehbewegung der geneigten Stahlzylinder und den Schwerkraft der Schlammes bewegen die Schlamm sich nach untere Rechtseiten. Die Rauchgase werden nach obere Rechtseiten verlasst, dann in einer Nachbrennkammer mit Verweilzeiten von ≥ 2 Sekunden und der Temperatur von 800 0C bis 10000C verbrennen. Diese Wärm kann man auch zurückgewinnen.
Quelle : www.fernwaermewien.at/.../sh/drehrohrofen.gif
3.3.3 Verbrennung im Wirbelschichtöfen
Im 1964 hat der erste Wirbelschichtöfen zur Schlammverbrennung in der Bundesrepublik Deutschland erzeugt. Wegen einer 70 bis 100cm hohen Sandschicht an der Sohle des Ofens hat der Wirbelschichtöfen seinen Namen bekommen, die durch untere Heißluft wirbelnd gemacht wird. Diese Technologie wird bei Firma BASF erste gemacht. Der zu Verbrennende Schlamm fällt von oben auf die Wirbelschicht, aber wenn man die gleichmäßige Verteilung des Schlammes erhalten möchte, dann muss man einen Wurfbeschicker zusätzlich herstellen. Der Wirbelschichtofen verlassen die Rauchgase und Asche in Temperatur von 800 bis 900 0C, und ist die geruchlos. Dann braucht man nicht die Nachverbrennungsanlagen wie bei Etagenöfen.
Quelle : www.fernwaermewien.at/.../wirbelschichtofen.gif
Vorteile von Wirbelschichtverbrennung :
Niedrige und konstante Feuerraumtemperatur
Gute Zündung des Brennstoffes und vollständiger Ausbrand
Geringer Luftüberschuss und kleine Rauchgasmengen
Mögliche feuerungsinterne Einbindung von Schadstoffen
Schnelle Prozessregelung über den Durchsatz
Die obere drei Klärschlammverbrennungsverfahren kann man auch Monoklärschlammverbrennung nennen, die nur Klärschlamm in der Ofen verbrennt werden, um Energie erzeugen. Die Monoklärschlammverbrennung erfolgt überwiegend in Wirbelschichtöfen nach dem Prinzip der Stationären Wirbelschicht,nur vereinzelt in Etagenöfen und Drehrohrofen,und wird vorwiegend in Süd- und Westdeutschland angewendet
Standorte der kommunalen und betriebseigenen Monoverbrennungsanlagen
Vorteile von Monoverbrennung :
Zerstören von organische Schadstoff.
Abscheidung von Schwermetallen
Nachteile von Monoverbrennung :
Geringerer elektrische Wirkungsgrad ( ≤20% )
Hohe Kosten
3.4 Mitverbrennung in der Müllverbrennungsanlagen
Bei der Müllverbrennung entstehenden Wärmeüberschuss kann man die Schlamm mitverbrennen. Z.B bei Etagenofen aufgab man die Schlamm in die oberste Etage, und die Schlamm war vorher in einer Zentrifuge auf etwa 75% Wassergehalt entwässert worden. Dann führte man die Müll in der zweiten Etage zu. Die Müll war vorher in einer Hammermühle zerkleinert und die Eisenanteile von der Müll war schon befreit worden, dann kann die Müll problemlos in der Ofen einwürfen.
2001 wurden in der BRD mit einer Gesamtmenge von 63,000 t/a (TS) Klärschlamm beschickt. Diese Mengen ist ca. 2% der Gesamt-Klärschlammmenge in der BRD.
Kapazitäten für die Klärschlammverbrennung im Müllverbrennungsanlagen sind über Preise geregelt. Im Vergleichung zu Monoverbrennung ist diese Verfahren ökologisch und ökonomisch.
3.5 Mitverbrennung im Heizkraftwerk
Die in der Kraftwerkstechnik eingesetzten Feuerungssystem sind Rostfeuerung, Wirbelschicht und Staubfeuerung. Steinkohle und Braunkohle ist die Brennstoff. bei der Einsetzen von Klärschlamm wird Feuerwärmeleistung oder Dampfwärmeleistung konstant gehalten, dann kann man die Kohle sparen. Mechanisch entwässerter Klärschlamm kann in Braukohlekraftwerken mit 5% thermischen Anteil eingesetzt werden. In Steinkohle gefeuerten Kraftwerken kann mechanisch Anteil entwässerter Klärschlamm bis maximal 1,5% eingesetzt werden, nur in Ausnahmefällen kann thermisch getrockneter KS mit höherem Anteil eingesetzt werden.
Die folgen Punkte sind die Verfahren „Mitverbrennung im Heizkraft“ zu benötigen.
Für die Steinkohlekraftwerke braucht die Klärschlamm mit Volltrocknung auf mindestens 88%.
Entsorgung der Verbrennungsruckstand.
Hohe Anforderung der Abgasreinigungssystem
3.6 Mitbrennung in Zementwerk
Zementklinker wird bei Temperatur von 1200-15000C im Drehrohr gebrannt. Schlämme aus Wasseraufbreitung wird als Sekundärrohstoffe bis 35% der Primärrohstoffe eingesetzt. Stein- und Braukohle sind die Hauptwärmeträger.
Die Schadstoffpfade müssen bei der Mitverbrennung von Klärschlamm in Zementwerk betrachtet werden. Organische Schadstoffe werden auf Grund der hohen Temperatur vollständig zerstört. Schwermetallen werden im Zement eingebunden und damit über das Baugewerbe in die Umwelt eingebracht oder über das Abgas in die Atmosphäre abgegeben( Zementwerk haben außer der Staubabscheidung keine weitern Rauchgasreinigungsstufen).
4 Entgasung(pyrolyse)
4.1 Allgemeines
Als Entgasung oder Pyrolyse bezeichnet man die thermische Zersetzung brennbarer (organischer) Stoffe unter Luftabschluß bzw.Luftmangel.Dabei werden größer zusammengesetzte Moleküle in kleinere einfach zusammengesetzte zerlegt.Im Gegensatz zur Verbrennung finden die Entgasungsreaktionen unter sauerstoffabschluß in Intertgasatmosphäre statt,und die für den Reaktionsablauf erfordliche Wärme muß von außen zugeführt werden.Die angewandten Temperaturen liegen je nach Verfahren zwischen 150 °C und 900°C.
4.2 Verfahrensablauf
Die Entwicklung von Anlagen zur Pyrolyse von Klärschlamm steht noch ziemlich am Anfang.Auch ist das Pyrolyseverfahren nur in Labor getestet worden.
Während bei der Verbrennung des Klärschlammes wird der Umsatz der organischen Substanz direkt zur Wärmeerzeugung genutzt.Die Entgasung hat das Ziel.die organischen Schlammbestandteile soweit wie möglich zu konvertieren und zu isolieren,so kann die speicherbare Energie oder Rohstoffe zur Weiterverarbeitung herstellen werden.Ende des Ablauf erfolgt eine Trennung in den festen Pyrolysekoks und in ein Primärgas.Daserzeugte Pyrolysegas,das 35 bis 40％ an brennbaren Bestandteilen enthält,kann zur Deckung des Wärmebedarfs im Pyrolysereaktor eingesetzt werden.Das gewonnene Öl hat eine hohe Viskosität,ist besitzt einen oberen Heizwert von 29 bis 38MJ/kg.
4.3 Verfahrenskonzeptionen
In der BRD liegen Schwerpunkte der Untersuchungen auf zum Beispiel folgene Verfahrenskonzeptionen
Pyrolyse im Drehrohr (Entwicklung von Prof. Bayer an der Universität Tübingen)
Das von Bayer unersuchte Verfahren arbeitet bei einer Temperatur von etwa 300°C.Der Kohlenstoffgehalt dieser Öle liegt zwischen 70 und 80％und damit nahe bei den Gehalten von Erdöl.
Pyrolyse in der Wirbelschicht(Entwicklung von Prof. Kaminsky an der TU Hamburg)
Gearbeitet wird mit Laboranlagen,die Durchsätze von 0,1 bis 1,0kg/h erlauben,sowie mit einer Technikumsanlage.die 20 bis 30kg/h getrockneten Klärschlamm verarbeiten kann.
4.4 Vor- und Nachteile
Vorteile
Verminderung der Umweltbelastung infolge weniger und reiner Rauchgase und durch problemlosere Schlacke und Koks
Produktion einer speicherbaren Energieform(Gas und Öl)
Nachteile
Kostenungüstig
4.5 Beispiele
Das von Pyromex entwickelte Verfahren zur Klärschlammbehandlung ist eine Ultrahochtemperatur Entgasung. Mit diesem Verfahren ist es möglich, die gesamte Organik im Klärschlamm in ein energiereiches, nutzbares Brenngas umzuwandeln. Die Anlage ist ab10 t/Tag Trockensubstanz einsetzbar. Es wurde bereits eine Anlage in Düsseldorf (D) und eine Großanlage in Neustadt a.d. Weinstraße (Mannheim, D) gebaut, die nach diesem Verfahren betrieben werden.
Frontansicht einer Hochtemperatur-Entgasungsanlage; (Quelle: Pyromex AG)
5 Mengenentwicklung und Maktentwicklung
Klärschlammentsorgungs- und –verwertungswege, Stand: 2003
Angaben laut Kläranlagenbetreiber
59% des Klärschlämmaufkommens werden direkt zu landwirtschaftlichen Betrieben verbracht und die restlichen 41% werden berechtigten Entsorgern zur Abfallbehandlung ( Verbrennung) übergeben.
Von den im Jahr 2004 anfallenden 25.580 Tonnen Klärschlamm wurden
60% einer Verwertung in der Landwirtschaft und im Landschaftsbau zugeführt,
10% wurden deponiert und
19% thermisch verwertet.
11% wurden einer sonstigen Verwertung zugeführt.
Rund 45% des gesamten Klärschlammanfalls (rd. 11.600 Tonnen) wurden vor der Verwendung in der Landwirtschaft und im Landschaftsbau kompostiert.
Durch die Vergleichung der Mengenentwirklung zwieschen Jahre 2003 und 2004,war eine Zunahme der thermischen klärschlammbehandlung zu beobacheten.
Mit dem Auslaufen der Übergangsregeln nach § 6 der AbfAblV ist nach § 3 (3) der Verordnung eine Ablagerung auf Deponie nur dann möglich, wenn die Zuordnungskriterien nach Anhang 1 eingehalten werden. Von den im Anhang 1 der AbfAblV aufgeführten Werten stellen die Forderungen zum organischen Anteil (oTS) die entscheidende Hürde dar (Glühverlust:Deponieklasse I: < 3 Masse-%, Deponieklasse II: < 5 Masse-%). Der organische Anteil im stabilisierten, entwässerten kommunalen Klärschlamm liegt zwischen 35 – 50 %, auch durch Einsatz zusätzlicher Behandlungsverfahren auf der Kläranlage, wie z. B. der Klärschlammdesintegration
oder der Trocknung, werden die geforderten oTS-Werte nicht annähernd erreicht.
Die Ablagerung von Klärschlamm auf Deponien ist deshalb ohne vorherige thermische Behandlung (Verbrennung, Vergasung) nicht mehr möglich.
Ab Jahre 2005 ist eine Schlammdeponie verboten,so dürften die thermische klärschlammbehandlung sich künftig nicht nur behaupten,sondern wahrscheinlich in ihrer Bedeutung zunehmen.
Literatur
【1】Belting, Karl.-W : Klärschlamm in der BRD
【2】 ATV-Handbuch Klärschlamm
【3】 Klärschlammbehandlung und Klärschlammentsorgung
【4】 Klärschlammbehandlung
【5】 Neue Entsorgungswege für den bayerischen Klärschlamm
【6】 Perspektiven der solaren Klärschlammtrocknung im Land Bremen
【7】 Dezentrale thermische Klärschlammverwertung
【8】 Natürliche Verfahren der Schlammentwässerung
【9】 Abfallwirtschaft in Baden-Württemberg
【10】 Ökobilanzielle Betrachtung von Entsorgungsoptionen für Klärschlamm im Land Schleswig-Holstein
【11】 Thermische Klärschlammbehandlung, ATV-Arbeitsbericht 6/1991 mm 辛苦了，感觉德国环保已经很好了，但是中国还是刚刚起步$郁闷$
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