Projekt 01577/03

Verfahrenstechnische Optimierung der Schlammkonditionierung / Bau und Betrieb von Pilot- und Versuchsanlagen des Flockungsreaktors und der Elektrofiltration

Projektdurchführung

Hans Huber GmbH, Maschinen- und Anlagenbau
Mariahilfstr. 3 - 5
92334 Berching

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Gesamtziel des Vorhabens war die Verbesserung der Schlammentwässerung durch eine Verfahrenskombination von Pelletierungsflockung und Elektrofiltration. Untersuchungen im Labormaßstab im Rahmen der ersten Phasen AZ 01577/01 - /02 hatten Vorteile der Verfahrenskombination für verschiedenartige Schlämme gezeigt und zur Planung von Versuchsanlagen geführt.
Die Zielsetzung der zweiten Phase AZ 01577/03 des Projektes beinhaltete daher Konstruktion, Bau und Erprobung der kontinuierlich arbeitenden Pilotapparaturen. Durch Versuchsreihen mit diesen Apparaturen waren unter Variation verschiedener Parameter verfahrenstechnische Daten zu ermitteln.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie verfahrenstechnische Gestaltung der Prozessstufe Konditionierung sollte durch eine gezielte Prozessführung zur optimalen Ausnutzung der Konditionierungsmittel in einem speziellen Pelletierungsreaktor erfolgen, in dem eine Pelletierungsflockung mit äußerer Umlaufströmung und gesteuertem Flockenwachstum realisiert wird. Dabei sollte durch eine mechanische Synärese die Teilentwässerung der Flockenaggregate schon während der Konditionierungsphase bewirkt werden.
Zur Erhöhung des Feststoffgehaltes des mechanisch weitgehend vorentwässerten Klärschlammes sollte die Apparatur zur Elektrofiltration so gestaltet werden, dass unter Einsatz elektrischer Felder dem Schlamm kontinuierlich weiteres Filtrat entzogen wird, um hierdurch die Restfeuchte der Pellets weiter zu vermindern, d. h. den Feststoffgehalt des Schlamms zu erhöhen. Durch die Verfahrenskombination Pelletierungsreaktor/Elektrofiltration sollte die Wirksamkeit der Elektrofiltration durch günstigere Anfangsbedingungen (höherer Trockensubstanzgehalt und größerer Filtratfluss nach der Pelletierung) verbessert werden.


Ergebnisse und Diskussion

Ausgehend von kleintechnischen Untersuchungen zur Pelletierungsflockung, bei denen die Effizienz des Konditionierungsverfahrens gegenüber der herkömmlichen Flockungstechnik für den Pelletierungsreaktor mit Kegelführer nachgewiesen worden ist, wurden in Auswertung zahlreich durchgeführter Parameterstudien die Auslegungsgrundlagen für einen halbtechnischen Pelletierungsreaktor erarbeitet. Da diese Reaktorkonfiguration fertigungstechnisch sehr anspruchsvoll und daher sehr aufwendig war, wurde für den technischen Einsatz eine andere Reaktorkonstruktion, der Zylinderrührreaktor, auf seine Eignung als Konditionierungsapparat geprüft. Die Untersuchungen sowohl im Versuchs- als auch im Pilotmaßstab ergaben, dass der Zylinderrührer grundsätzlich für das Verfahren der Pelletierungsflockung gut geeignet ist. Es konnten in der Pilotphase durch die systematische Variation der Betriebsparameter kausale Zusammenhänge über den Prozessverlauf und deren Auswirkungen auf den Pelletierungserfolg gewonnen werden, die aber trotz positiver Tendenz der Ergebnisse für eine ausgereifte Betriebsweise noch nicht ausreichten.
Die kontinuierlich fördernde Apparatur zur elektrokinetischen Entwässerung von Klärschlamm wurde erprobt. Die Untersuchungen zeigten, dass eine Trocknung nach diesem Verfahrenskonzept möglich ist. Der Behandlungserfolg stellte sich sowohl durch die Erhöhung der Filtratmenge als auch durch die Steigerung des Feststoffgehaltes ein. Bei einem Durchsatz von 10 kg pro Stunde konnte der Feststoffgehalt bis auf 34 plus/minus 1 % gegenüber 28 plus/minus 1 % ohne Behandlung erhöht werden. Die Verbesserung durch pelletierten Schlamm war gegenüber konventionell geflocktem Material gering. Um 1 l Filtrat aus dem Filterkuchen zu gewinnen, war ebenso wie bei den diskontinuierlichen Laborversuchen eine geringe Energie von 0,1 bis 0,4 kWh erforderlich. Darüber hinaus wurden aus Problemen beim Versuchsbetrieb Erkenntnisse zur Verbesserung des Verfahrens gewonnen, die darauf hindeuteten, dass durch einfach anzusetzende Maßnahmen eine Erhöhung der Filtratausbeute und somit eine Senkung des Energiebedarfs um den Faktor 2 erreicht werden konnte.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Battelle Ingenieurtechnik veröffentlichte den Projektteil Elektrofiltration in zwei Publikationen in deutsch- und englischsprachiger Fachliteratur.


Fazit

Auf der Basis der positiv verlaufenen Vorversuche stimmte das Kuratorium der Deutschen Bundesstif-tung Umwelt dem Bau und der Erprobung der halbtechnischen Versuchsanlage zu. Dabei wurde festgestellt, dass der Projektteil ‚Elektrofiltration des Battelle Institutes gegenüber dem konstruktiven Reaktorbau der Firma Huber verfahrenstechnisch erfolgreicher gestaltet werden konnte.