Bundesministerium für Bildung und Forschung

Abschlußbericht

Recycling aluminiumhaltiger Fäll- und/oder Flockungsschlämme aus

Wasseraufbereitungsanlagen

Verbundvorhaben Wasserwerksschlämme

Teilvorhaben 5

Förderkennzeichen 02 WT 9427 / 5

Projektleiter:

Dipl.- Chem. Gunter Geiler

Freiberger NE-Metall GmbH

Freiberg / Sachsen

Projektträgerschaft: Kernforschungszentrum

Karlsruhe GmbH

Leiter: Prof. Dr. S. H. Eberle

Berichtsblatt

1. ISBN 2. Berichtsart 3.

Abschlußbericht

4. Titel des Berichts

Recyclierung aluminiumhaltiger Fäll- und/oder Flockungsschlämme aus Wasseraufberei-tungsanlagenVerbundvorhaben: Wasserwerksschlämme, TV 5

5. Autor(en), (Name, Vorname(n) 6. Abschlußdatum des Vorhabens

Geiler, Gunter 31. 07. 1996

7. Veröffentlichungsdatum

8. Durchführende Institution(en) (Name, Adresse) 9. Ber. Nr. Durchführende Institution

Freiberger NE-Metall GmbHLessingstraße 4109599 Freiberg

10. Förderkennzeichen

02 WT 9427/5

11. Seitenzahl

23

12. Literaturangaben

9

13. Fördernde Institution (Name, Adresse) 14. Tabellen

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 4

15. Abbilldungen

5

16. Zusätzliche Angaben

17. Vorgelegt bei (Titel, Ort, Datum)

18. Kurzfassung

In dem BMBF-Forschungsvorhaben 02-WT 9427/5 wird für aluminiumhaltige Wasserwerks-

schlämme aus der Wasseraufbereitung weicher, saurer und huminstoffreicher Oberflächen-

wässer ein Rückgewinnungsverfahren in den Stufen Schlammentwässerung, thermische

Schlammbehandlung und salzsaurer Aufschluß der bis zu 65 % Al O enthaltenden Behand-2 3

lungsrückstände (Aschen) untersucht. Es wird eine AlCl -Recyclinglösung ge-wonnen, die als3

Flockungsmittel in der Abwasseraufbereitung, aber auch modifiziert in Verfahren zur Gewin-

nung hochwertiger Polyaluminiumchloridsulfate für die Trinkwasseraufbereitung eingesetzt

werden kann.

19. Schlagwörter

Aluminiumflockungsschlämme, Rückgewinnungsverfahren, Verwertung, Flockungsmittel

20. Verlag 21. Preis

Document Control Sheet

1. ISBN 2. Type of Report 3.

final report

4. Report Title

Recycling of aluminiumbearing wastes from drinking water purification

5. Author(s), (Family Name, First Name(s) 6. End of Project

Geiler, Gunter31. 07. 1996

7. Publication Date

8. Performing Organization(s) (Name, Adress) 9. Organisator’s Report No.

Freiberger NE-Metall GmbHLessingstraße 4109599 Freiberg

10. Reference No.

02 WT 9427/5

11. No. of Pages

23

12. No. of References

9

13. Sponsoring Agency (Name, Adress) 14. No. of Tables

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 4

15. No. of Figures

5

16. Supplementary Notes

17. Presented (Title, Placa, Date)

18. Abstract

A new process about recycling aluminiumbearing wastes from the water treatment of soft,

acidic and rich on humidic acid water is described. The steps of the technology are following:

dewatering with mechanical methods, heating at elewated temperatures, leaching of the

ashes with hydrochloric acid. The aluminium chloride solution produced can be used as

flocculant in the sewage treatment. It ist also possible to make high effective polyaluminium

chloride as flocculant for demanding application such as those in the field of drinking water

purification.

19. Keywords

Aluminium water works sludges, recycling, utilization, coagulants

20. Publisher 21. Price

FNE-GmbH

Inhaltsverzeichnis

Seite

1 Einleitung, Stand der Forschung 1

2. Zielstellung 4

3. Untersuchungen zum Schlammrecycling in den Verfahrensstufen 4

3.1 Schlammentwässerung 4

3.2 Direkter Salzsäureaufschluß der Flockungsschlämme 6

3.3 Thermische Schlammbehandlung 7

3.3.1 Laboruntersuchungen 7

3.3.2 Technikumsuntersuchungen 7

3.4 Salzsaurer Aufschluß der Verbrennungsaschen 12

3.4.1 Ergebnis der Druckaufschlüsse mit 50% Al O -Überschuß 122 3

3.4.2 Ergebnis der Normaldruckaufschlüsse

3.5 Verwertung der Aufschlußlösung 14

3.5.1 Abwasseraufbereitung 14

3.5.2 Trinkwasseraufbereitung 15

4. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 16

5. Schlußfolgerungen 22

6. Literatur 23

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1. Einleitung, Stand der Forschung

Bundesweit durchgeführte Recherchen haben ergeben, daß jährlich etwa 500000 t

Wasserwerksschlamm mit einem Trockenrückstand (TR) von ca. 120 000 t anfallen.

Diese werden vorwiegend deponiert. Die Deponierungskosten bewegen sich in

dreistelliger Millionenhöhe [1]. Bei der Aufbereitung von Rohwässern zur

Trinkwassererzeugung werden Eisen- oder Aluminiumsalze zur Ausflockung von

Schadstoffen eingesetzt. Es fallen eisenreiche oder aluminiumreiche Flockungs-

mittelschlämme an.

Die Menge der anfallenden Aluminiumschlämme beläuft sich auf rd. 22 000 tTR/a.

Dies ergaben Recherchen des ESWE-Institutes Wiesbaden und der Freiberger

NE-Metall GmbH (FNE) [2;3].

In der Trinkwasseraufbereitung Deutschlands werden Flockungsmittel mit über 6500

t Aluminium eingesetzt. Umgerechnet resultieren daraus Flockungsschlämme mit

ca. 40000tTR/a.

Durch höhere Anforderungen an die Trinkwasserqualität und einen nicht zu über-

sehenden Nachholebedarf bei der Trinkwasseraufbereitung in den neuen Bundes-

ländern, wo 40% des Trinkwassers aus Oberflächenwasser gewonnen wird [4], ist

künftig mit steigendem Einsatz von Polyaluminiumchloridsulfaten (PACS) zu rech-

nen.

Im Regierungsbezirk Chemnitz beispielsweise werden durch die Südsachsen Wasser

GmbH 70% des Trinkwassers aus Talsperren zur Verfügung gestellt. Diese

Talsperenwässer sind extrem sauer, sehr weich und oft aluminium- und huminstoff-

reich.

Das BMFT-Projekt 02-WT 9163/3 "Entwicklung eines Verfahrens zur Aufbereitung

sehr weicher saurer Talsperrenwässer durch Erforschung der Einsetzbarkeit ver-

schiedener physikalisch-chemischer Aufbereitungsstufen" unterstreicht besonders in

der Aufbereitungsstufe "Flockungssedimentation" die sehr gute Eignung eines PACS

- bezeichnet als PAC 27 - im direkten Vergleich zu FeClSO und Al (SO ) [5]. 4 2 4 3

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Das PAC 27 ist ein Produkt des sogenannten "Freiberger Verfahrens", das FNE ge-

meinsam mit der Sachtleben Chemie GmbH als BMFT-Projekt 01 VQ 914 A/5 "Ver-

meidung des Abproduktzwangsanfalls bei der Herstellung von Polyaluminiumchlori-

den als hochwirksame Flockungsmittel der Wasseraufbereitung" entwickelt hat [6],

(Bild 1):

In einem Lösebehälter (1) wird Tonerdehydrat mit Salzsäure unter Siedebedingungen

umgesetzt. Ein Überschuß an Tonerdehydrat wird sedimentiert, filtriert (2) und in die

Lösestufe zurückgeführt.

Die Aluminiumchloridaufschlußlösung wird eingedampft, zum

Aluminiumchloridhexahydrat (ACH) kristallisiert (3) und in einer Zentrifuge (4) von der

Kristallisationsmutterlauge abgetrennt. Die Zersetzung des ACH bei Temperaturen

von 175-180°C in einem Wirbelschichtreaktor (5) ergibt als Final- oder Zwischen-

produkt ein 5/6tel-basisches, wasserlösliches Aluminiumchloridpulver (BAC) der Zu-

sammensetzung

Al (OH) Cl H O.2 5 2.

Außerdem entsteht ein HCl-Wassergemisch (6), das als Rücksäure wieder der To-

nerdehydratlösestufe (1) zugeführt wird.

Die Konditionierung des BAC-Pulvers zu PACS kann sehr variabel erfolgen, je nach

Verwendungszweck des Flockungsmittels und der damit geforderten Produktzusam-

mensetzung nach der allgemeinen Formel

[Al(OH) Cl (SO ) ] (x+y+2z = 3) x y 4 z n

und speziell für PAC27 nach der Summenformel

[Al(OH) Cl (SO ) ] .2 0,82 4 0,09 n

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2. Zielstellung

Seit April 1994 wird in der FNE das BMBF-Forschungsvorhaben 02-WT 9427/5 "Re-

cyclierung aluminiumhaltiger Fäll- und/oder Flockungsschlämme aus Wasseraufbe-

reitungsanlagen" als Teilvorhaben 5 im Verbundvorhaben Wasserwerksschlämme

bearbeitet. Ziel der Arbeiten ist,die Schlämme durch geeignete Behandlung

aufzubereiten und zu untersuchen, inwieweit sie als alternativer Aluminiumrohstoff

durch salzsauren Aufschluß und nachfolgende Weiterverarbeitung z.B. im "Freiber-

ger Verfahren" bis zu wiedereinsetzbaren Flockungsmitteln verwertbar sind.

3. Untersuchungen zum Schlammrecycling in den Verfahrensstufen

3.1 Schlamment wässerung

Im Wasserwerk Carlsfeld/Erzg. wurden unter Einsatz von PAC27 einige m Filter -3

Rückspülschlamm mit 1% TR und 10% TOC im TR gewonnen. Die hohen TOC -

Gehalte waren vorwiegend eliminierte Huminstoffe. Steigende Huminstoffbeladung

der Flockungsschlämme erschweren deren Entwässerbarkeit [7]. Untersuchungen

zum Entwässerungsverhalten dieser Schlämme haben ergeben, daß für die

Schlammsedimentation und die Druckfiltration erheblicher apparativer Aufwand und

der Einsatz polymere Flockungshilfsmittel erforderlich ist, um Schlämme mit >15%

TR zu erhalten. Die Glühverluste dieser Schlämme, bezogen auf TR, lagen bei

>30%, die TOC - Gehalte bei 4-10%.

Im Harzwasserwerk "Niedersachsen" an der Sösetalsperre bei Osterode wurde die

Entwässerung und Trocknung solcher "Problemschlämme" wie folgt gelöst (Bild 2):

Nach Verlassen der Absetzbecken (1) beträgt der Schlamminhalt 0,2-0,3 % TR.

Durch Zumischen von anionischen Flockungshilfsmitteln (FHM), wiederholtem Absit-

zen (2;3;4) und Eindicken in einem Spezialreaktor (5) wird er auf 5-7 % TR ange-

reichert.

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Dieser Dickschlamm wird zur Schlammstabilisierung und besseren Entwässerung mit

kationischem FHM versetzt, in einer Siebbandpresse (8) auf 15-18 % TR verdichtet,

anschließend pelletiert und im Bandtrockner (9) bei 60 C bis auf 83 % TR getrocknet.o

Die Kapazität der Anlage beträgt 60-90kg/h TR, die Verdampferleistung 200 l H O/h.2

3.2 Direkter Salzsäureaufschluß der Flockungsschlämme

Aus Untersuchungen im ESWE-Institut ist bekannt, daß schwefelsaurer Aufschluß

von Aluminiumflockungsschlämmen zu einem Recyclat führt, das als Flockungsmittel

in

der Abwasserreinigung eingesetzt werden kann [8].

In der FNE wurde der salzsaure Schlammaufschluß untersucht, mit dem Ziel, die

erhaltenen Recyclate ebenfalls in der Abwasserreinigung oder im Freiberger Verfah-

ren

alternativ zur Aluminiumchloridlösung einzusetzen.

Es wurden WW-Schlämme mit

- Al-Gehalten zwischen 17% und 23%,

- Fe-Gehalten von 0,6% bis 2,9% und

- TOC-Gehalten von 4-10%

mit Salzsäure behandelt. Die HCl-Konzentration der Aufschlußsäure betrug 22%. Die

Säuremenge entsprach der Stöchiometrie zum Lösen von Aluminium und Eisen. Die

Aufschlußtemperaturen betrugen 104-108 C, je nach Feuchte des eingesetzteno

Schlammes und den damit erreichten Salzgehalten in der Aufschlußlösung.

Gelaugt wurden mehr als 90% der im Schlamm enthaltenen Bestandteile, einschließ-

lich TOC. SiO verbleibt quantitativ im Rückstand. Die Rückstandsmenge nach dem2

Aufschluß betrug 20-30% der eingesetzten Schlammenge. Es resultierten stark

schäumende, dunkelbraune bis schwarze, sehr schwer filtrierbare

Aufschlußsuspensionen. Die gleichen Resultate wurden mit Versuchen erzielt, bei

denen durch schonenden Aufschluß das Aluminium selektiv aus dem Schlamm ge-

löst werden sollte. Variiert wurden hierbei die Aufschlußparameter Temperatur, Zeit,

Säurestöchiometrie und Säuredosierung.

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3.3 Thermische Schlammbehandlung

3.3.1 Laboruntersuchungen

Thermogravimetrische Untersuchungen an stark TOC-belasteten Schlämmen zei-

gen von 300-500 C in oxydierender Atmosphäre exotherme Reaktionsenthalpieo

(s.Bild 3). Die größte Enthalpie für die Gesamtreaktion wurde im Trockenschlamm

Söse mit 4600 J/g gemessen. Ab diesem Wert wird eine autotherme Schlammver-

brennung möglich. Der Wärmeinhalt der Verbrennungsgase kann zur Weiternutzung

für die Schlammtrocknung eingesetzt werden.

Parallel zu den thermogravimetrischen Untersuchungen wurden verschiedene

Schlämme über 1h bei Temperaturen zwischen 250 C und 650 C im Muffelofeno o

behandelt. Aus Bild 4 ersieht man, daß in jedem der untersuchten Schlämme durch

organische Substanz verursachte Masseverluste auftreten. Besonders trifft das für

die Wasserwerksschlämme aus der Aufbereitung huminstoffreicher, saurer und

weicher Talsperrenwässer zu (Söse, Carlsfeld, Sosa, Burkersdorf), bei denen die

Glühverlustgrenzwerte in der Deponieklasse 1

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Die für die Versuche benötigten Trockenschlämme wurden von den Harzwasser-

werken Niedersachsen bereitgestellt.

Im Bild 5 ist die Apparatekombination [9] aus Wirbelschicht-Ofen für die

Schlammverbrennung und Heißgasabsorber zur SO -Absorption der Verbrennungs-2

abgase dargestellt. Sie wurde gewählt, weil der Schlamm 1% Schwefel

enthielt und damit eine Abgasnachbehandlung erforderlich wurde. Der Wirbelschich-

treaktor (1) besteht aus der Brennkammer, dem Rostboden und dem eigentlichen

Wirbelschichtofen. In der Brennkammer erzeugt der Brenner ein heißes Rauchgas,

das die Rostplatte durchströmt und eine Wirbelschicht bis in Höhe des Bettaustrags-

rohres erzeugt. Das Schlammgranulat wird über Schnecken in

den Wirbelschichtofen eingetragen, die Restfeuchte und das Hydratwasser verflüch-

tigt und die organischen Anteile verbrannt. Der Schlammrückstand verläßt die

Wirbelschicht als Aschegranulat über das Bettaustragsrohr. Die Feinanteile werden

im Ofenabgas mitgerissen und über einen Zyklon (3) abgeschieden.

Das SO -kontaminierte Zyklonabgas wird im Absorber (4) in einer Diffusorwirbel-2

schicht mit Kalkmehl verwirbelt. Bei Temperaturen >850 C wird das SO oxydierto 2

und in einfacher Stöchiometrie zu über 85% in CaSO umgesetzt. Als Ergebnis der4

durchgeführten Versuche können folgende Aussagen getroffen werden:

- Die Schlammbehandlung muß bei 750 C und einer Zeit >2h erfolgen, um o

TOC-freie, gut filtrierbare Aschen mit maximaler Aluminiumlöslichkeit beim

Säureaufschluß zu erhalten. Temperaturen >800 C verschlechtern die o

Löslichkeit, Temperaturen

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3.4 Salzsaurer Aufschluß der Verbrennungsaschen

Es wurden Verbrennungsaschen mit

- Al-Gehalten zwischen 34 und 37%,

- Fe-Gehalten von 1,2 bis 1,4% und

- TOC-Gehalten von

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- Sinkende Aufschlußtemperaturen bedingen sinkende Al-Konzentrationen

und sinkende Basizitäten der Aufschlußlösung; die Filtrierbarkeit wird bes

ser, die Rückstandsmenge nimmt zu.

- Aufschlüsse bei 120 C über 1h ergeben gut filtrierbare Aufschlußlösungen o

mit bis zu 8% Al und Basizitäten um 25%. 20% der Einsatzasche bleiben

ungelöst.

3.4.2 Ergebnis der Normaldruckaufschlüsse

- Bei stöchiometrischem Säureeinsatz unter Siedebedingungen über 1h er

reicht man eine nahezu gesättigte Recycling-Lösung mit 5,5% Al, und einem

Al-Ausbringen von >90%.

- Der verbleibende Ascherückstand läßt sich gut filtrieren und waschen. Er

besteht vorwiegend aus SiO und beträgt etwa 12% der Trockenschlammas2

se vor der Schlammglühung.

- Durch die Schlammglühung bei 750°C wird trotz Luftüberschuß das Mn im 4+

Trockenschlamm zum Mn nach:3+

2MnO(OH) ---------> Mn O + 2H O + 1/2 O2 2 3 2 2

umgesetzt, wodurch beim salzsauren Aufschluß annähernd stöchiometrisch

nach:

Mn O + 6HCl ---------> 2MnCl + 3H O + Cl2 3 2 2 2

Chlor entwickelt wird, das bei einer alkalischen Naßgasreinigung zu einer

Hypochloridlösung aufgearbeitet werden kann, die eventuell zur Wasserdes-

infektion eingesetzt werden könnte. Die Chlormengen betrugen bei dem

untersuchten Sösetrockenschlamm 1g Cl / kg Trockenschlamm.2

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3.5 Verwertung der Aufschlußlösung

3.5.1 Abwasseraufbereitung

Beim Normaldruckaufschluß der Söse-Schlamm-Aschen wurden

Aluminiumchloridlösungen mit der in Tabelle 1 wiedergegebenen durchschnittlichen

Zusammensetzung erhalten.

Tabelle 1. Zusammensetzung der Aufschlußlösung (Recyclat)

___________________________________________________________________Hauptbestandteile Nebenbestandteile___________________________________________________________________

Al 5,5 % Zn 500 ppmFe 0,3 % Pb,Cu 50 ppmMn 0,6 % As,Cd,Cr 5 ppmCl 23 % Hg 0,1 ppm___________________________________________________________________

Diese Lösungen wurden in ersten Flockungsversuchen an Abwässern des Klärwer-

kes Freiberg mit marktüblichen Flockungsmitteln verglichen. Geflockt wurde in

1-Liter- Reihenrührwerken nach dem Jar-Test.

Auswertungskriterien waren Bildung und Größe der Flocken, deren Sedimentations-

verhalten sowie der Abbau von TE/F, SAK und CSB. Dosiert wurden adäquate254

Flockungsmittelmengen mit jeweils 9mg/l Eisen bzw. Aluminium bei einer Tempera-

tur von 12 C. o

Die mit dem Recyclat im Vergleich zu Ferrifloc und Sachtoklar erzielten Flockungs-R R

ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

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Tabelle 2. Ergebnisse der Abwasserflockung mit Recyclat___________________________________________________________________

Abwasser Ferrifloc Sachtoklar Recyclat___________________________________________________________________

Flockenbildung keine sehr schlecht sehr gut sehr gutFlockengröße [mm] keine < 0,5 2,5 2,0Sedimentationszeit [min] keine >15 4,0 3,0pH-Wert 9,2 8,1 8,0 7,6CSB [mg/l] 444 339 268 274SAK [m ] 91 85 59 44254

-1

TE/F 78 38 12 8___________________________________________________________________

Es können folgende Aussagen getroffen werden:

Bei der Bildung und Größe der Flocken sowie bei deren Sedimentation erreicht das

Recyclat etwa gleich gute Ergebnisse wie das PACS Sachtoklar. Ferrifloc benötigt

zur vollen Flockenausbildung erheblich mehr Zeit, die Flocke ist nur 1/4 so groß, die

Sedimentationszeit beträgt das Vierfache gegenüber den Al-Flockern.

Beim Abbau der Schadstoffe erreichten PACS und Recyclat ebenfalls deutlich bes-

sere Werte als Ferrifloc.

Mit diesen beachtlichen Ergebnissen eröffnen sich vielversprechende

Einsatzmöglichkeiten in der Abwassertechnik.

3.5.2 Trinkwasseraufbereitung

Wenn die Recyclate in einer angewendeten Verdünnung von etwa 1/10.000

hinsichtlich ihrer Schadstoffgehalte unbedenklich für die Abwasseraufbereitung ein-

gesetzt werden können, so ist das in der Trinkwasseraufbereitung nicht möglich.

Nach der Trinkwasserverordnung von 1991 gelten Flockungsmittel zwar als nicht der

Zulassung unterliegende Zusatzstoffe, dürfen aber im aufbereiteten Wasser nur

als unvermeidbare und technisch unwirksame Reste verbleiben, müssen gesund-

heitlich, geruchlich und geschmacklich unbedenklich sein und sollten pro kg

Wirksubstanz nicht mehr als 3mg As, 10mg Pb, 25mg Zn und 50mg Cu+Zn enthal-

ten.

FNE-GmbH 16

Außerdem darf der Konzentrationszuwachs toxischer Stoffe maximal 1%, der Zu-

wachs sonstiger Stoffe maximal 10% vom Grenzwert der Trinkwasserverordnung

abweichen.

Das würde am Beispiel des Mn bei einem geforderten Grenzwert von 0,05mg/l im

Trinkwasser und einem erlaubten Zuwachs von 0,005mg/l eine Verdünnung der

Recyclinglösung von 1 zu 1 Million erfordern.

Für den Einsatz der Recyclinglösung im Freiberger Verfahren ergibt sich für die

Kristallisationsstufe bei anhaftender Restfeuchte von 2% am Kristallisat und

Waschen mit reiner gesättigter Aluminiumchloridlösung ein Mutterlaugeabstoß von

ca. 20%. Dieser Abstoß könnte auch in der Abwasseraufbereitung eingesetzt wer-

den. Die hergestellten Flockungsmittel würden damit den Forderungen der

Trinkwasserverordnung genügen.

4. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

In Anlehnung an die Labor- und Technikumsuntersuchungen mit Trockenschlamm

des Wasserwerkes Sösetalsperre wurde ein Rechenmodell erstellt, das die

Schlammtrocknung vom mechanisch aufbereiteten Naßschlamm mit 15% Trocken-

rückstand (TR) über den Tockenschlamm mit 83% TR bis zur Schlammglühung für

einen Trockenschlammdurchsatz von 300kg/h beschreibt (Tabelle 3).

In Tabelle 3 (Fortsetzung) ist, basierend auf dieser Kapazität, ein salzsaurer Auf-

schluß des geglühten Schlammes als Basismodell für eine Technologie zur Her-

stellung von einer für die Abwasserbehandlung geeigneten, nahezu gesättigten

Al/Fe/Mn-Chloridlösung dargestellt. Der hier anfallende Rückstand beträgt ohne

Trocknung etwa 1/5tel des ursprünglich zu deponierenden Trockenschlammes und

ist bis auf geringe Mengen anhaftender Chloridionen schadstofffrei deponierbar.

Vergleicht man den Aluminiuminhalt des Glühschlammes mit dem des für die Alumi-

niumchloridherstellung konventionell eingesetzten Tonerdehydrates und dessen

Preis von ca. 350DM/t, so ergibt sich ein rein rechnerischer Alternativrohstoff-Bonus

von 150DM/t Trockenschlamm (Tabelle 4 unten).

FNE-GmbH 17

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In Tabelle 4 sind die Durchsatzparameter der Kombination Schlammtrocknung-

Schlammglühung, eine Investkostenabschätzung der für die Glühung erforderlichen

Wirbelschichtanlage einschließlich Naßgasreinigung sowie ein Kostenvergleich bei-

der Verfahren mit Schwerpunkt auf die Energiekosten zusammengestellt.

Aus der Gegenüberstellung wird deutlich, daß der Energiekostenaufwand für die

Schlammtrocknung mit im Wasserwerk erzeugter Elektroenergie (0,07DM/kWh !)

gegenüber der Kombination Trocknung-Glühung mit Erdgas als Energieträger fast

das Doppelte beträgt. Hauptsächlich aber ist die Energiekosteneinsparung dadurch

bedingt, daß die Glühofenabgase 44% des bei der Trocknung zu verdampfenden

Wassers bis zu ihrer Sättigung aufnehmen können.

Wenn man berücksichtigt, daß huminstoffreicher Trockenschlamm ein "Brennstoff"

ist (Bild 3), so kann man auch die Schlammglühung als Brennkammer zur Erzeu-

gung der benötigten heißen Trocknungsgase als Alternative zu den Heißluftgenera-

toren sehen. Damit ist die Glühung energetisch fast kostenfrei.

Als Trocknungsaggregat für Wasserwerksschlämme sind Wirbelschichttrockner im

Vergleich mit anderen Trocknungsaggregaten bezüglich der Energie- und Investi-

tionskosten zu bevorzugen und bilden im Verbund mit einer Wirbelschichtglühung

eine ideale Apparatekombination. Derzeit wird im Wasserwerk Torgau

(Fernwasserversorgung Elbaue-Ostharz GmbH) für Eisenschlämme mit 38% Trok-

kensubstanz eine Wirbelschichttrocknungsanlage mit einem Schlammdurchsatz von

1,5t/h und einer Verdampferleistung von 0,9t H O/h durch FNE Freiberg realisiert.2

Die Deponierung der glühverlustfreien Schlammrückstände kann problemlos nach

TA Siedlungsabfall erfolgen, die Kosten betragen, bedingt durch den Masseverlust

beim Glühen, nur 36% der Trockenschlammdeponierung (die in Zukunft nicht mehr

problemlos erfolgen wird).

FNE-GmbH 22

5. Schlußfolgerungen

Aus den Untersuchungen geht hervor, daß Al-Flockungsschlamm aus Trinkwasser-

aufbereitunsanlagen durch salzsauren Aufschluß bis zu einer Restmenge von ca.

16% recyclierbar ist. Der Einsatzschlamm muß entwässert, getrocknet und bei

750 C geglüht werden. Wegen der guten Löslichkeit der Schlammaschekomponen-o

ten mit Salzsäure - nur SiO verbleibt quantitativ im Rückstand - und wegen der 2

hohen Al O Gehalte von 65% ist die Asche ein Alternativrohstoff zu Tonerdehydrat,2 3

das bei der Aluminiumchloridherstellung eingesetzt wird. Der umgerechnete Wert-

stoffinhalt beträgt ca. 150DM/t Trockenschlamm. Die erhaltene, nahezu gesättigte

AlCl - Aufschlußlösung (Recyclinglösung) ist je nach Schlammzusammensetzung3

mit Metallchloriden verunreinigt. Wie erste Tests belegen, eignet sich diese Lösung

sehr gut als Flockungsmittel für die Abwasseraufbereitung.

Beim Einsatz der Recyclinglösung im Freiberger Verfahren müssen, um ein Anrei-

chern der mitgelösten Metallverunreinigungen zu vermeiden, ca. 20% der Kristallisa-

tionsmutterlauge ausgekreist werden, um der Trinkwasserverordnung entsprechen-

de Flockungsmittel herstellen zu können.

In einem Kostenvergleich der erdgasbeheizten Apparatekombination Wirbelschicht-

trocknung-Wirbelschichtglühung mit herkömmlichen Bandtrocknern auf der Basis

von mit Wasserwerkselektrizität erzeugter Heißluft konnte eine Energiekostenein-

sparung von ca. 100DM/t Trockenschlamm nachgewiesen werden.

Die Deponierung der geglühten Wassewerksschlämme kann, da glühverlustfrei,

problemlos nach TA Siedlungsabfall erfolgen. Die Glührückstände beinhalten nur

noch 36% der Trockenschlammasse.

Beim Einsatz der Glührückstände zur Flockungsmittelherstellung mittels salzsaurem

Aufschluß betragen die ebenfalls problemlos zu deponierenden Aufschlußrückstän-

de im Vergleich ihrer Trockengehalte nur noch 16% der Trockenschlammasse.

FNE-GmbH 23

Literatur

[1] DVGW-Arbeitskreis "Entsorgung": Forschungs- und Entwicklungsbedarf bei

der Entsorgung von Rückständen aus der Wasseraufbereitung.

DVGW-Forschung 2 (1992) H. 2, S. 1/4

[2] Scheider,S.: Studie Rückstände aus der Trinkwasseraufbereitung. 3. Kollo-

quium DVGW-Fachausschuß "Wasserwerksrückstände", Hamburg,

25.01.1995

[3] Geiler, G.: Recyclierung Al-haltiger Flockungsmittel aus Wasseraufbereitungs-

anlagen. 3. Kolloquium DVGW-Fachausschuß "Wasserwerksrückstände",

Hamburg, 25.01.1995

[4] Wiegleb, K.: Aktuelle Probleme der Aufbereitung von Grundwasser in Sach-

sen. gwf-Wasser/Abwasser 136 (1995) Nr. 3, S. 145/153

[5] Bernhard, H.; Rebohle, P.; Schulze, H.; Udich, W.:

Entwicklung eines Verfahrens zur Aufbereitung sehr weicher, saurer

Talsperrenwässer. DVGW-Schriftenreihe Wasser (1995) Nr. 110, S. 101/121

[6] Haake, G.; Geiler, G.; Haupt, F.; Wirths, W.:

Eigenschaften neuartiger Polyaluminiumchloride als Flockungsmittel für die

Wasseraufbereitung.

bbr Wasser und Rohrbau, Köln, 45 (1994) H. 11, S. 29/34

[7] Koppers, H.M.M.: Schlammeigenschaften - Bestimmung

und Beeinflussung. DVGW-Schriftenreihe Wasser (1991) Nr. 68, S. 19/37

[8] Eckhardt, H.; Fink, A.; Haberer, K.; Hertsch, R.: Rückgewinnung von

Flockungsmitteln aus Aluminiumhydroxidschlämmen.

Vom Wasser 75 (1990), S. 159/169

[9] Maiwald, R.; Haake, G.; Kempe, W.: Kombinationsreaktor.

Freiberger NE-Metall GmbH, Abschlußbericht

Marktvorbereitende Industrieforschung, BMWI-Reg.-Nr. 784/94

Inhaltsverzeichnis1. Einleitung, Stand der Forschung2. Zielstellung3. Untersuchungen zum Schlammrecycling in den Verfahrensstufen3.1 Schlammentwässerung3.2 Direkter Salzsäureaufschluß der Flockungsschlämme3.3 Thermische Schlammbehandlung3.3.1 Laboruntersuchungen3.3.2 Technikumsuntersuchungen3.4 Salzsaurer Aufschluß der Verbrennungsaschen3.4.1 Ergebnis der Druckaufschlüsse mit 50% Al O -Überschuß 2 33.4.2 Ergebnis der Normaldruckaufschlüsse3.5 Verwertung der Aufschlußlösung3.5.1 Abwasseraufbereitung3.5.2 Trinkwasseraufbereitung4. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung5. SchlußfolgerungenLiteratur