<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze voor het behandelen van slib.
Deze uitvinding betreft een werkwijze voor het behandelen van mechanisch ontwaterd slib afkomstig van een waterzuivering, waarbij het slib in een reactor wordt gebracht en onderworpen wordt aan een combustieve verdamping in aanwezigheid van een additionele brandstof voor het verhogen van de temperatuur tijdens de combustieve verdamping.
Mechanisch ontwaterd waterzuiveringsslib bevat vanwege het waterbindend vermogen van de in het slib aanwezige organische bestanddelen nog een vrij grote (80%) hoeveelheid water, onder meer colloïdaal, intracellulair en capillair gebonden water, en neemt bijgevolg een groot volume in wanneer het wordt gestort. Bovendien bevat slib na mechanische ontwatering nog actieve ziektekiemen en is het biologisch actief : het kan schimmelen, rotten en verspreidt daarbij een hinderlijke stank. Om het volume van dit slib te verlagen wordt het slib onderworpen aan een combustieve verdamping. Daartoe wordt het slib in een wervelbed reactor gebracht bij hoge temperatuur, die wettelijk gezien hoger moet zijn dan bij benadering 850 C. Tijdens de combustieve verdamping wordt het in het slib aanwezige organisch materiaal, verbrand.
De bij de combustieve verdamping vrijgestelde rookgassen bevatten onder meer zure zwaveloxiden, met name S02 en SOg, en stikstofoxiden NOx, die in een afzonderlijke rookgasreinigingsstap uit de rookgassen verwijderd worden. De bij de verbranding vrijgestelde warmte zorgt ervoor, dat gelijktijdig met het verbranden van het organisch materiaal, het in het slib aanwezige water verdampt wordt. Aangezien de temperatuur tijdens
<Desc/Clms Page number 2>
de combustieve verbranding vaak onvoldoende hoog is om een voldoende verdamping van het water te realiseren, met eerbiediging van de wettelijk vereiste van een temperatuur van ten minste ongeveer 850 C, wordt meestal een additionele brandstof toegevoegd. Veel gebruikte additionele brandstoffen zijn bijvoorbeeld steenkool, aardolie, biogas enz.
De bekende additionele brandstoffen vertonen echter het nadeel dat ze bij verbranding zwaveloxiden vrijstellen, en dus aanleiding geven tot de vorming van additionele zwaveloxiden tijdens de combustieve verdamping. De van een dergelijke combustieve verdamping afkomstige rookgassen bevatten bijgevolg niet alleen de van de verbranding van het slib afkomstige zwaveloxiden, maar eveneens zwaveloxiden afkomstig van de verbranding van de additionele brandstof, wat een ongewenste verhoging van de kosten van de rookgasreiniging met zich meebrengt.
Het doel van deze uitvinding bestaat erin een vereenvoudigde werkwijze te verschaffen voor het behandelen van mechanisch ontwaterd slib.
Dit wordt volgens de uitvinding bereikt doordat diermeel als additionele brandstof wordt gebruikt.
Diermeel is een brandstof die verkregen wordt door het drogen en vermalen van dode dieren. Dergelijk diermeel biedt het voordeel dat het een hoge stookwaarde heeft, zodat met relatief geringe hoeveelheden diermeel een significante verhoging van de temperatuur tijdens de combustieve verdamping verkregen kan worden. Het diermeel kan als zodanig gebruikt worden en behoeft geen verdere voorbehandeling.
Diermeel werd tot nog toe veelal gerecycleerd en toegepast o. m. voor het bereiden van gelatine, en als veevoeder. De laatste tijd bestaat er echter enige terughoudendheid ten aanzien van het recycleren van diermeel in voeding, en wordt het diermeel niet meer nuttig
<Desc/Clms Page number 3>
gebruikt maar als afvalstof verbrand. Met deze uitvinding is het mogelijk het diermeel nuttig in te zetten en tegelijkertijd het volume van het slib met ongeveer 90% te verminderen.
Verrassenderwijs werd nu gevonden dat door het gebruik van diermeel als additionele brandstof, de zwaveloxiden die tijdens de combustieve verdamping worden vrijgesteld, in situ, tijdens de combustieve verdamping geneutraliseerd worden. Het is namelijk gebleken dat diermeel een hoeveelheid kalk bevat, afkomstig van de beenderen van de dieren, die in staat is met de zwaveloxiden te reageren.
Door nu de combustieve verbranding van het organisch slib uit te voeren in aanwezigheid van kalk, kunnen de bij de combustieve verbranding gevormde zwaveloxiden, in situ, in de reactor geneutraliseerd worden. De van een dergelijke combustieve verdamping afkomstige rookgassen hebben bijgevolg een verlaagde inhoud aan zwaveloxiden, zodat volstaan kan worden met een vereenvoudigde, goedkopere rookgasreiniging.
Doordat de kalk reeds tijdens de combustieve verdamping met het in het slib aanwezige organisch materiaal in contact wordt gebracht, is het bovendien mogelijk de verblijfstijd van de kalk met de zure component van de rookgassen te verlengen, waardoor de neutralisatiegraad van de zwaveloxiden in de rookgassen verder verhoogd kan worden.
Verrassenderwijs werd eveneens gevonden dat door gebruik te maken van diermeel als additionele brandstof, tegelijkertijd een aanzienlijke reductie van de bij de verbranding van het slib gevormde stikstofoxiden verkregen kan worden. Het is namelijk gebleken dat diermeel eveneens een hoeveelheid eiwitten bevat. De in de eiwitten aanwezige aminegroepen blijken in staat te zijn een selectieve reductie tot stand te brengen van de stikstofoxiden die bij de verbranding van het organisch afval worden gevormd.
Met de werkwijze volgens de uitvinding is het dus niet alleen mogelijk om reeds tijdens de combustieve
<Desc/Clms Page number 4>
verdamping de in de rookgassen aanwezige hoeveelheid zwaveloxiden te verlagen, maar is het eveneens mogelijk een aanzienlijke verlaging van de inhoud aan stikstofoxiden te realiseren, zodat volstaan kan worden met een vereenvoudigde, goedkopere rookgasreiniging.
De van de bekende combustieve verbranding afkomstige rookgassen bevatten namelijk meestal een hoeveelheid stikstofoxiden, die in een aparte stap in de rookgasreiniging gereduceerd moeten worden. Met de werkwijze volgens deze uitvinding kan de noodzaak voor een dergelijke additionele stap worden weggenomen.
De hoeveelheid diermeel die bij de combustieve verdamping wordt ingezet kan binnen brede grenzen gevarieerd worden.
De hoeveelheid diermeel die bij de verbranding wordt ingezet is onder meer afhankelijk van de temperatuur waarbij de combustieve verdamping wordt uitgevoerd, de hoeveelheid slib die verbrand moet worden en de samenstelling van het slib. De hoeveelheid diermeel moet voldoende zijn om de voor de combustieve verdamping gewenste temperatuur van bijvoorbeeld 850-1150 C, bij voorkeur bij benadering 1050 C, te verkrijgen. Ook de hoeveelheid slib wordt zodanig gekozen dat de tijdens de combustieve verdamping heersende temperatuur binnen deze grenzen blijft.
Volgens de uitvinding kan het diermeel vooraf met het slib gemengd worden, of tijdens de verbranding naar de reactor toegevoerd worden.
De van de combustieve verdamping afkomstige rookgassen kunnen verder ingezet worden voor het produceren van stoom. De rookgassen hebben meestal een vrij hoge temperatuur (in de buurt van 8500C of hoger), en worden meestal afgekoeld vooraleer ze naar de rookgas reinigingseenheid worden gestuurd. Door de bij de afkoeling vrijkomende warmte te gebruiken voor het verwarmen van water, en de rookgassen naar een stoomketel te voeren, kan de in de
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
rookgassen aanwezige thermische energie nuttig gebruikt worden voor de produktie van stoom. De stoom kan dan verder gebruikt worden, onder meer voor het produceren van elektriciteit, of voor het drogen en steriliseren van diermeel.
Om te voorkomen dat al te veel corrosie in de stoomketel zou optreden, is het beter de rookgassen vooraf ten minste gedeeltelijk te neutraliseren, zodat ze zo weinig mogelijke bevatten. De werkwijze van deze uitvinding laat reeds een voorafgaandelijke neutralisatie van de rookgassen toe, zodat de van de combustieve verdamping afkomstige rookgassen ingezet kunnen worden voor de produktie van stoom, zonder dat ze aan een voorafgaandelijke rookgasreiniging onderworpen moeten worden.
De combustieve verdamping van deze uitvinding wordt bij voorkeur uitgevoerd in een wervelbed reactor. Daarbij wordt mechanisch ontwaterd slib in een gefluïdiseerde laag zand gebracht.
Door het intense contact met de lucht die het bed doet wervelen, bij de optimale temperatuur, kan een onmiddellijke verdamping van het in het slib aanwezige water en een onmiddellijke en optimale verbranding van het organisch materiaal verkregen worden.
Deze uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het verbranden van diermeel, waarbij een verbrandingsremmer toegevoerd, om te voorkomen dat de temperatuur in de reactor te hoog zou oplopen. Bij stoechiometrische verbranding van diermeel kan de temperatuur namelijk oplopen tot ongeveer 1500 C. De verbranding van deze uitvinding wordt bij voorkeur in een wervelbed reactor uitgevoerd.
Daarbij kunnen diverse stoffen als verbrandingsremmer worden toegepast, onder meer lucht of water of mechanisch ontwaterd slib afkomstig van de waterzuivering. Bij wordt voorkeur slib afkomstig van de waterzuivering als verbrandingsremmer gebruikt. Dergelijk slib bevat meestal ongeveer 80% water. Door het toevoeren van slib verbrandingsremmer, kan de
<Desc/Clms Page number 6>
zwaveloxidenhoeveelheid lucht die naar de reactor moet worden gevoerd voor het koelen van de reactor, beperkt worden zodat de vorming van een additionele hoeveelheid rookgassen vermeden kan worden.
De uitvinding wordt verder toegelicht in de bijgevoegde figuur. Figuur 1 toont een mogelijke uitvoeringsvorm van de voor de combustieve verbranding gebruikte wervelbed reactor. Deze reactor 1 bevat een wervelbed van deeltjes 2. Het wervelbed 2 bevat bij voorkeur korrels van een inert materiaal, bijvoorbeeld zand, silica, aluminiumoxide en/of zirkoonoxide korrels of mengsels daarvan. Bij voorkeur wordt silica of alumina gebruikt. De korrels hebben bij voorkeur een gemiddelde deeltjesgrootte tussen 20 u en 2 mm, met meer voorkeur tussen 100 en 1000 um ten einde tegelijkertijd een stabiel wervelbed te verkrijgen en een optimale warmte-overdracht van het wervelbed naar het afval te realiseren. De warmte-overdracht is namelijk gerelateerd aan de oppervlakte-volume verhouding van de korreis die zo groot mogelijk moet zijn.
Met grotere korreis kan een goed wervelend bed verkregen worden, maar is de warmte-overdracht onvoldoende efficient. Met kleine korrels anderzijds kan een efficiente warmte-overdracht verkregen worden, maar is het moeilijker een efficiente werveling te verkrijgen en de vorming van propstromen te voorkomen.
De reactor 1 bevat een inlaat 6 voor het gas (meestal lucht) voor het wervelen van het bed. Het gas wordt vooraf verwarmd door het minste gedeeltelijk langs de reactor 1 te leiden.
Onderaan in de reactor 1 bevindt zich een geperforeerde plaat 3, waarlangs het gas voor het wervelen van het bed in de reactor 1 geleid wordt. Het slib 5, wordt langs een toevoer 8 naar een inlaat 4 in de reactor 1 geleid. Bij de in figuur 1 getoonde inrichting wordt de verbrandingsremmer, bij voorkeur diermeel, eveneens via de inlaat 4 naar de reactor 1 gevoerd. Het is echter ook mogelijk de verbrandingsremmer langs een aparte inlaat toe te voeren. De hoeveelheid diermeel die naar de
<Desc/Clms Page number 7>
reactor 1 wordt gevoerd, is meestal instelbaar, en zal door de vakman zodanig worden ingesteld dat de voor de combustieve verdamping optimale temperatuur van 850-1150 C, bij voorkeur ongeveer 1050 C verkregen wordt.
Desgewenst kunnen de van de verbranding afkomstige gassen 7 via een stoomketel naar een rookgasreinigingsinrichting geleid worden, voor het neutraliseren van het in de rookgassen aanwezige restant ongewenste zure componenten.
Bij deze uitvinding wordt gebruik gemaakt van een wervelbed reactor. Het is echter ook mogelijk de combustieve verdamping in andere typen industriële reactoren uit te voeren.
Voorbeeld.
Aan een wervelbed reactor, waaraan lucht werd gedoseerd met een stroomsnelheid van 1, 7 m/s voor het wervelen van het bed, werd 8, 3 ton slib per uur gedoseerd. Per uur werd 1 ton diermeel toegevoerd als brandstofremmer. De temperatuur van het wervelbed bedroeg ongeveer 850 C.
<Desc / Clms Page number 1>
Method for treating sludge.
This invention relates to a method of treating mechanically dewatered sludge from a water purification wherein the sludge is placed in a reactor and subjected to a combustible evaporation in the presence of an additional fuel to raise the temperature during the combustive evaporation.
Due to the water-binding capacity of the organic components present in the sludge, mechanically dewatered sewage sludge still contains a fairly large (80%) amount of water, including colloidal, intracellular and capillary-bound water, and therefore takes up a large volume when it is dumped. Moreover, after mechanical dewatering, sludge still contains active germs and is biologically active: it can mold, rot and spread a nasty smell. To decrease the volume of this sludge, the sludge is subjected to a combustible evaporation. To this end, the sludge is placed in a fluidized bed reactor at a high temperature, which must legally be higher than approximately 850 C. During the combustive evaporation, the organic material present in the sludge is burned.
The flue gases released during the combustive evaporation contain, among other things, acid sulfur oxides, in particular SO2 and SOg, and nitrogen oxides NOx, which are removed from the flue gases in a separate flue gas cleaning step. The heat released during combustion ensures that the water present in the sludge is evaporated simultaneously with the burning of the organic material. Since the temperature during
<Desc / Clms Page number 2>
the combustible combustion is often insufficient to achieve sufficient evaporation of the water, while respecting the legal requirement of a temperature of at least about 850 C, an additional fuel is usually added. Commonly used additional fuels are, for example, coal, petroleum, biogas, etc.
The known additional fuels, however, have the drawback that they release sulfur oxides upon combustion, and thus give rise to the formation of additional sulfur oxides during combustive evaporation. The flue gases from such combustible evaporation therefore contain not only sulfur oxides from the incineration of the sludge, but also sulfur oxides from the incineration of the additional fuel, which entails an undesirable increase in the cost of the flue gas cleaning.
The object of this invention is to provide a simplified method for the treatment of mechanically dewatered sludge.
This is achieved according to the invention in that animal meal is used as an additional fuel.
Animal meal is a fuel obtained by drying and grinding dead animals. Such animal meal offers the advantage that it has a high calorific value, so that with relatively small amounts of animal meal a significant increase in the temperature during the combustive evaporation can be obtained. The animal meal can be used as such and requires no further pretreatment.
Animal meal has hitherto often been recycled and used, inter alia, for the preparation of gelatin, and as animal feed. Recently, however, there has been some reluctance to recycle animal meal in food, and the animal meal is no longer useful
<Desc / Clms Page number 3>
used but burned as waste. With this invention it is possible to utilize the animal meal usefully and at the same time reduce the volume of the sludge by about 90%.
Surprisingly, it has now been found that by using animal meal as an additional fuel, the sulfur oxides released during the combustive evaporation are neutralized in situ during the combustive evaporation. Namely, it has been found that animal meal contains an amount of lime, from the bones of the animals, which is able to react with the sulfur oxides.
By now carrying out the combustible combustion of the organic sludge in the presence of lime, the sulfur oxides formed during the combustible combustion can be neutralized in situ in the reactor. The flue gases from such combustible evaporation therefore have a reduced content of sulfur oxides, so that simplified, cheaper flue gas purification will suffice.
Moreover, because the lime is already brought into contact with the organic material present in the sludge during the combustive evaporation, it is also possible to extend the residence time of the lime with the acid component of the flue gases, so that the degree of neutralization of the sulfur oxides in the flue gases further can be increased.
Surprisingly, it has also been found that by using animal meal as an additional fuel, at the same time a considerable reduction of the nitrogen oxides formed during the combustion of the sludge can be obtained. Namely, it has been found that animal meal also contains an amount of proteins. The amine groups present in the proteins appear to be able to effect a selective reduction of the nitrogen oxides formed during the combustion of the organic waste.
With the method according to the invention it is thus not only possible to already use the combustive
<Desc / Clms Page number 4>
evaporation to reduce the amount of sulfur oxides present in the flue gases, but it is also possible to realize a substantial reduction in the content of nitrogen oxides, so that simplified, cheaper flue gas cleaning is sufficient.
The flue gases from the known combustive combustion usually contain an amount of nitrogen oxides, which must be reduced in a separate step in the flue gas purification. With the method of this invention, the need for such an additional step can be eliminated.
The amount of animal meal used in the combustive evaporation can be varied within wide limits.
The amount of animal meal used in incineration depends, among other things, on the temperature at which the combustive evaporation is carried out, the amount of sludge to be burned and the composition of the sludge. The amount of animal meal must be sufficient to obtain the temperature of, for example, 850-1150 ° C, preferably approximately 1050 ° C, for the combustive evaporation. The amount of sludge is also chosen in such a way that the temperature prevailing during the combustive evaporation remains within these limits.
According to the invention, the animal meal can be mixed with the sludge beforehand, or can be fed to the reactor during combustion.
The flue gases from combustible evaporation can be used further to produce steam. The flue gases usually have a fairly high temperature (close to 8500C or higher) and are usually cooled before being sent to the flue gas cleaning unit. By using the heat released during the cooling process to heat water, and feeding the flue gases to a steam boiler, the
<Desc / Clms Page number 5>
EMI5.1
flue gases thermal energy present are usefully used for the production of steam. The steam can then be used further, for example for the production of electricity, or for drying and sterilizing animal meal.
To avoid too much corrosion in the steam boiler, it is better to at least partially neutralize the flue gases in advance, so that they contain as little as possible. The method of this invention already permits a prior neutralization of the flue gases, so that the flue gases from the combustive evaporation can be used for the production of steam, without having to be subjected to a preliminary flue gas cleaning.
The combustive evaporation of this invention is preferably conducted in a fluidized bed reactor. Mechanically dewatered sludge is introduced into a fluidized layer of sand.
Due to the intense contact with the air that makes the bed whirl, at the optimum temperature, an immediate evaporation of the water present in the sludge and an immediate and optimal combustion of the organic material can be obtained.
This invention also relates to a method of burning animal meal, in which a combustion inhibitor is supplied, to prevent the temperature in the reactor from rising too high. Namely, in stoichiometric combustion of animal meal, the temperature may rise to about 1500 ° C. The combustion of this invention is preferably carried out in a fluidized bed reactor.
In addition, various substances can be used as combustion inhibitors, including air or water or mechanically dewatered sludge from water treatment. Sludge from the water treatment is preferably used as a combustion inhibitor. Such sludge usually contains about 80% water. By feeding sludge combustion inhibitor, the
<Desc / Clms Page number 6>
sulfur oxides amount of air to be fed to the reactor to cool the reactor so that the formation of an additional amount of flue gases can be avoided.
The invention is further elucidated in the attached figure. Figure 1 shows a possible embodiment of the fluidized bed reactor used for the combustive combustion. This reactor 1 contains a fluidized bed of particles 2. The fluidized bed 2 preferably contains granules of an inert material, for example sand, silica, aluminum oxide and / or zirconium oxide granules or mixtures thereof. Preferably, silica or alumina is used. The granules preferably have an average particle size between 20 µm and 2 mm, more preferably between 100 and 1000 µm, in order to simultaneously obtain a stable fluidized bed and realize an optimal heat transfer from the fluidized bed to the waste. The heat transfer is in fact related to the surface-to-volume ratio of the tour which must be as large as possible.
With a larger travels, a good swirling bed can be obtained, but the heat transfer is insufficiently efficient. On the other hand, with small grains, an efficient heat transfer can be obtained, but it is more difficult to obtain an efficient vortex and to prevent the formation of plug flows.
The reactor 1 contains an inlet 6 for the gas (usually air) for swirling the bed. The gas is preheated by passing at least partially past the reactor 1.
At the bottom of the reactor 1 there is a perforated plate 3, along which the gas for swirling the bed is passed into the reactor 1. The sludge 5 is passed along an inlet 8 to an inlet 4 in the reactor 1. In the device shown in figure 1, the combustion inhibitor, preferably animal meal, is also fed via the inlet 4 to the reactor 1. However, it is also possible to supply the combustion inhibitor via a separate inlet. The amount of animal meal that goes to the
<Desc / Clms Page number 7>
reactor 1 is usually adjustable and will be adjusted by those skilled in the art to obtain the optimum temperature of 850-1150 ° C, preferably about 1050 ° C, for the combustive evaporation.
If desired, the gases 7 from combustion can be fed via a steam boiler to a flue gas cleaning device, in order to neutralize the residual undesired acidic components present in the flue gases.
This invention uses a fluidized bed reactor. However, it is also possible to perform the combustive evaporation in other types of industrial reactors.
Example.
To a fluidized bed reactor, to which air was metered at a flow rate of 1.7 m / s for the fluidization of the bed, 8.3 tons of sludge was metered per hour. 1 ton of animal meal was supplied as fuel inhibitor per hour. The fluidized bed temperature was about 850 ° C.