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Verfahren zur Behandlung von Abwässern unter Anwendung der flammlosen Oxydation
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undAbwässern enthaItenenStoffeinzumindesteinerB. ehandlungszoneabsetzenlässt, den abgesetzten Schlamm, gegebenenfalls nach einer Vorwärmung, der flammlosen Oxydation unterwirft, bei welcher 60-85ob des darin enthaltenen oxydierbaren Materials oxydiert werden, und dass man nach Abtrennung von im Wasser unlöslichen Feststoffen, Gasen und Dämpfen, die verbleibende Flüssigkeit zumindest zum Teil in die Behandlungszone bzw. die Behandlungszonen zurückführt, in welchen die Absetzung des Schlammes erfolgt. Durch die flammlose Abtrennung wird der grösste Teil der organischen Feststoffe oxydiert.
Es wird ein. wesentlicher Teil des Wassers verdampft und das aus der Oxydationszone abfliessende Gemisch in eine Gasphase, eine wässerige Phase und eine im wesentlichen Asche enthaltende Feststoffphase getrennt. Die wässerige Phase, welche infolge der Konzentration der organischen.. Materialien in dieser wässerigen Phase einen erhöhten chemischen Sauerstoffbedarf und einen erhöhten biochemischen Sauerstoffbedarf aufweist, wird in die Behandlungszone bzw. in die Behandlungszonen zurückgeführt, in welcher bzw. in welchen sich die im Abwasser enthaltenen Stoffe absetzen. Diese wässerige Phase weist einen biochemischen Sauerstoffbedarf von zwischen ungefähr 1500 und 15000 Teilen pro Million auf und stellt die Nährsubstanz für die Mikroorganismen im Abwasser in der Absetzzone dar.
Alle im folgenden enthaltenen Prozentangaben sind als Gewichtsprozente zu verstehen.
Bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird Abwasser in Klärbassins geleitet, in welchen sich die im Abwasser gelöst oder dispergiert enthaltenen Feststoffe in Form von Schlamm absetzen. Das Absetzen des Schlammes kann mittels verschiedener Verfahren hervorgerufen bzw. gefördert werden, wie beispielsweise durch Zugabe von chemischen Fällungsmitteln, durch Einwirkung von aeroben Bakterien bei einem Verfahren mit aktiviertem Schlamm oder die Einwirkung von anaeroben Bakterien bei einem Schlammgärungsverfahren. Der Schlamm kann vom Boden der Klärbassins abgelassen und durch das eine Ende eines Wärmeaustauschers geleitet werden, während die aus der Nassverbrennung des Schlammes kommende Flüssigkeit dem andern Ende des Wärmeaustauschers zugeleitet wird.
Auf diese Weise wird der Schlamm auf eine Temperatur vorgewärmt, bei welcher die Oxydation beginnt. Hierauf wird der erhitzte Schlamm in eine Nassverbrennungsvorrichtung eingeleitet, wo er mit Sauerstoff enthaltendem Gas, wie beispielsweise Luft bei Temperaturen zwischen 1700C und 3200C und Drücken zwischen 21 und 210 kg/cm2 3 Sekunden bis 30 Minuten lang in Berührung gebracht wird.
Die Behandlungsbedingungen in der Nassverbrennungseinrichtung werden so gewählt, dass 60-85 Gel.-% des brennbaren Materials zu Endprodukten, wie beispielsweise Kohlendioxyd und Wasser oxydiert werden.
Es wurde festgestellt, dass bei Oxydation des brennbaren Materials im Ausmass von 60-85 Gew.-% ein geeigneter Ablauf aus der Nassverbrennungsanlage erhalten wird, dessen unlöslicher Rückstand weniger als 15% organische Feststoffe enthält und welcher im folgenden mit Asche bezeichnet wird. Der Ablauf besteht aus einer flüssigen Phase von gelöstes Material enthaltendem Wasser, wasserunlöslicher Asche, welche aber einen geringen Gehalt von wasserunlöslicher brennbarer Substanz aufweist. Die im Wasser unlösliche Asche setzt sich am Boden ab. Nach Verlassen der Nassverbrennungsanlage wird das Gemisch einer Abscheidevorrichtung zugeführt, in welcher der bei der Oxydation gebildete Dampf und die bei der Oxydation gebildeten Gase von der Flüssigkeit und der Asche getrennt werden.
Dann kann das Gemisch aus Flüssigkeit und Asche durch den Wärmeaustauscher geleitet werden, in welchem es den Schlamm vorwärmt, welcher der Nassverbrennungsanlage zugeführt wird. Dieses Gemisch wird dann einer Fest-FlüssigTrennvorrichtung zugeführt, in welcher die Asche, welche weniger als 15 Get.-% an brennbarem Material enthält, von der Flüssigkeit getrennt wird. Die abgetrennte Flüssigkeit enthält lösliche brennbare Stoffe und weist einen biochemischen Sauerstoffbedarf von ungefähr 1500 bis 15000 Teilen pro Million auf. Diese erwärmte Flüssigkeit, deren biochemischer Sauerstoffbedarf durch die Konzentration infolge der Abscheidung von Dampf, Gasen und Asche erhöht wurde, wird der bzw. den Behandlungszonen zugeführt, in welchen sich die im Abwasser enthaltenen Stoffe absetzen.
Die Rückführung der die Nassverbrennungszone verlassenden Flüssigkeit bringt die Biolyse und die Bakterienwirkung in Gang und beschleunigt diese, wodurch ein verbessertes Absetzen des Schlammes erzielt wird.
Wenn im Falle des Auftretens heftiger Regenfälle die Abwässer stark verdünnt werden, so kann entweder das Absetzen des Schlammes in den Klärbassins ausbleiben oder zu langsam erfolgen. Gemäss dem vorliegenden Verfahren bietet nun die in den Beginn dieses Verfahrens zurückgeführte Flüssigkeit Nährstoffe für die Nahrung und Vermehrung der Bakterien. Es werden auf diese Weise die Reaktionen, welche das Absetzen auslösen, durch die zurückgeführte Flüssigkeit beschleunigt und verbessert.
Es kann eine Vielzahl von Klärstufen unter Verwendung von mehreren Klärbassins angewendet werden. Der Schlamm aus allen Klärbassins kann vereinigt und einer einzigen Nassverbrennungsanlage zugeführt werden. Es kann aber auch eine Vielzahl von Nassverbrennungsanlagen vorgesehen werden, wobei
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für den Schlamm eines jeden Klärbassins eine Nassverbrennungsanlage bestimmt ist.
Durch Anwendung des vorliegenden Verfahrens wird der in Abwässern enthaltene Schlamm in einem flammlosen Oxydationsprozess oxydiert, wodurch ein angereicherter flüssiger Ablauf und ein fester Rückstand von in der Hauptsache wasserunlöslicher Asche, welche nicht mehr als 15% brennbaren Materials enthält, entsteht.
Der abgesetzte Schlamm wird einer Nassverbrennung unterworfen, u. zw. unter solchen Bedingungen, unter welchen 60-85% des im Schlamm enthaltenen brennbaren Materials oxydiert werden, wodurch man eine Flüssigkeit erhält, welche einen erhöhten biochemischen Sauerstoffbedarf aufweist und wodurch weiters wasserunlösliche Asche entsteht, welche hauptsächlich anorganischer Natur ist (mehr als 85% anorganische Stoffe), wobei die entstehende Flüssigkeit in die Klärbassins zurückgeleitet wird.
Als Endprodukt des vorliegenden Verfahrens erhält man wasserunlösliche Asche, welche hauptsächlich anorganischer Natur ist und unschädliches Wasser.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Bei dem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel für eine für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Einrichtung ist mit 10 eine Leitung bezeichnet, mittels welcher unbehandeltes Abwasser aus einem städtischenAbwassersystem (mit einem biochemischen Sauerstoffbedarf von 200 bis 300 Teilen pro Million) einem ersten Klärbassin 12 zugeleitet wird. Arr Boden dieses Klärbassins 12 setzt sich Schlamm 14 ab. Die überstehende Flüssigkeit wird durch eine Leitung 16 zu einem zweiten Behandlungsbehälter 18 geleitet, in welchem eine weitere Bildung von Schlamm 20 erfolgt. Der aus dem Bassin 12 entnommene Schlamm 14 wird zusammen mit dem aus dem Behälter 18 entnommenen Schlamm 20 mittels einer Leitung 22 einem Wärmeaustauscher 24 zugeführt, in welchem dieser Schlamm vorgewärmt wird.
Hierauf wird der Schlamm durch eine Leitung 26 geleitet und mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas, wie beispielsweise Luft, gemischt. Das Gemisch aus Schlamm und Luft wird nun in eine Nassverbrennungsanlage 28 geleitet, in welcher die oxydierbaren Substanzen in wässeriger Dispersion im Rahmen einer flammlosen Verbrennung oxydiert werden. Die Oxydation erfolgt während das oxydierbare Material in flüssigem Wasser dispergiert ist. Der in die Nassverbrennungsanlage 28 eintretende Schlamm enthält ungefähr 2-12% Feststoffe. Die Reaktionsbedingungen sind die folgenden : Temperatur 170-320 C, Druck 21-210 kg/cm2. Der Schlamm wird in der Nassverbrennungsanlage 28 drei Sekunden bis dreissig Minuten lang gehalten.
Die Reaktionsbedingungen, einschliesslich der Luftzufuhr, werden so gehalten, dass in der Nassverbrennungsanlage 28 60-85oxo der oxydierbaren Substanzen oxydiert werden.
Der Ablauf d aus der Nassverbrennungsanlage 28 wird durch eine Leitung 30 zu einer Flüssig-GasTrennanlage 32 geleitet. Aus der Trennanlage 32 treten durch die Leitung 34 Dampf sowie einige flüchtige brennbarestoffe und Gas. Die Flüssigkeit und die Feststoffe gehen durch die Leitung 36 zum Wärmeaustauscher 24, in welchem die in ihnen enthaltene Wärme auf den Schlamm übertragen wird, welcher der Nassverbrennungsanlage 28 zugeführt wird. Das Gemisch aus Flüssigkeit und Feststoffen wird dann durch die Leitung 38 in eine Trennanlage 40 geleitet, in welcher die Flüssigkeit von den Feststoffen getrennt wird. Aus der Trennanlage 40 tritt Asche in Form einer wässerigen Aufschlämmung durch die Leitung 42 aus und wird in irgendeiner Weise abgelagert.
Die Asche ist ungefährlich und vollkommen harmlos, sie enthält wenigstens 88% nicht flüchtiges anorganisches Material und nicht mehr als 15% brennbares Material.
Die aus der Trennanlage 40 austretende Flüssigkeit wird den Klärbassins 12 und 18 über eine Leitung 44 zugeführt. Diese Flüssigkeit enthält organisches Material in Lösung und weist einen erhöhten biochemischen Sauerstoffbedarf von 1500 bis 15 000 Teilen pro Million auf. Diese Flüssigkeit enthält Stoffe, welche den in den Behandlungsbehältern befindlichen Bakterien als Nährsubstanz dienen.
Aus dem letzten Behandlungsbehälter 18 fliesst Wasser durch die Leitung 46 ab. Dieses Wasser weist im allgemeinen einen biochemischen Sauerstoffbedarf von nicht mehr als 25 Teilen pro Million auf.
Bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist die chemische Oxydation von ungefähr 60 bis 850to des Schlammes als Kriterium für das mittels des erfindungsgemässen Verfahrens erzielbare Ergebnis zu betrachten, da nämlich im Falle, dass weniger als 60% oxydiert werden, die Trennung des Ablaufes aus der Nassverbrennungsanlage in einen flüssigen Anteil und in im Wasser unlösliches Material schwierig und zeitraubend wird und das im Wasser unlösliche Material übermässig grosse Mengen von unangenehm riechenden brennbaren Stoffen enthält.
Anderseits müssen, falls die Oxydation den Wert von 85% überschreitet, gewisse Bedingungen in der Nassverbrennungsanlage derart strikte eingehalten werden, dass dies die Durchführung des Verfahrens in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht unnötig belasten würde.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens bei Durchführung dieses Verfahrens in einer in der Zeichnung dargestellten Anlage beschrieben.
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Es wurden 435 000 000 1 unbehandelten Abwassers mit einem biochemischen Sauerstoffbedarf von 200 Teilen pro Million in das Klärbassin 12 geleitet. Das spezifische Gewicht des Abwassers betrug 0, 99 kg/l. Somit betrug das Gesamtgewicht an Abwasser 435449 000 kg, mit einem Gehalt von 87090 kg an biochemischem Sauerstoffbedarf.
Bei der primären Behandlung setzen sich 50 t Schlamm (Trockengewicht) ab, wodurch aus dem Abwasser ein Drittel(29 030 kg) des biochemischen Sauerstoffbedarfes entfernt wurde. Dieser primäre Schlamm, welcher 50 t Feststoff enthielt, wurde als 87/oigerSchlamm oxydiert. Das Gewicht des Schlammes (Nassgewicht) betrug 756151 kg. Bei der Oxydation verdampften 189151 kg Wasser in Form von weiterverwendbarem Dampf und es verblieb ein Rückstand von 567 000 kg Wasser und Asche. Die Asche (Trockengewicht), deren Gewicht 15 t (300/0) betrug, kann in einfacher Weise in einer Trennvorrichtung abgetrennt werden, wobei eine Höchstmenge von 552000 kg Wasser mit einem biochemischen Sauerstoffbedarf von 1361 bis 2722 kg zurückblieb.
Das Volumen dieses ablaufenden Wassers betrug nur 550000 l und wurde mit den 35 000 000 # des behandelten überstehenden wässerigen Ablaufes vermischt, welcher aus einem Klärbassin, beispielsweise aus dem Klärbassin 12, durch die Leitung 16 abgeleitet wurde und welcher einen biochemischen Sauerstoffbedarf von 58 060 kg aufwies.
Wenn man den primären Ablauf, welcher aus dem Behälter 12 durch die Leitung 16 fliesst, im Behälter 18 weiter behandelt, so erhält man eine zusätzliche Menge von 50 t (Trockengewicht) aktivierten Schlammes. Der primäre Schlamm und der aktivierte Schlamm werden vereinigt und das so entstehende Gemisch wird dann durch die Nassverbrennungsanlage geleitet. Es handelt sich hiebei um eine Menge von 1512300 kg Obigen Schlammes, mit einem Volumen von 1480 000 1. In diesem Falle sind die Ergebnisse dieselben wie die im vorstehenden Absatz beschriebenen, ausser dass auf Grund der Tatsache, dass die Menge verdoppelt wurde, der Ablauf, die Asche, der biochemische Sauerstoffbedarf usw., ebenfalls verdoppelt sind.
Das zurückbleibende Wasser machte 1100000 I aus und weist einen biochemischen Sauerstoffbedarf von nur 2721 bis 5442 kg auf und kann durch die Leitung 44 zu den Belüftungsbehältern 12 und 18 der aktivierten Behandlung zurückgeleitet werden, wo es die in diesen Behältern enthaltene Abwassermenge nur um 5-10go erhöht.
In der folgenden Tabelle sind Zahlenangaben zusammengestellt, welche bei Durchführung mehrerer Versuche entsprechend den oben beschriebenen Verfahren erhalten wurden.
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<tb>
<tb>
1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP>
<tb> Versuch <SEP> Dauer <SEP> der <SEP> Schlamm-Art <SEP> des <SEP> Chem. <SEP> Sauer-Heizwert <SEP> des
<tb> Nr. <SEP> Oxydation <SEP> volumen <SEP> in <SEP> l <SEP> Schlammes <SEP> stoffbedarf <SEP> p/l <SEP> Schlammes
<tb> in <SEP> Std. <SEP> Schlamm <SEP> in <SEP> Kcal/l
<tb> 1 <SEP> und <SEP> 2 <SEP> 23,75 <SEP> 22475 <SEP> aktiviert <SEP> 28-34
<tb> 3 <SEP> 10, <SEP> 33 <SEP> 10049 <SEP> aktiviert <SEP> 36, <SEP> 1
<tb> 4 <SEP> 8 <SEP> 6907 <SEP> 50% <SEP> primär <SEP> 60, <SEP> 1 <SEP> 212
<tb> 5rP/o <SEP> aktiviert
<tb> 5 <SEP> 30 <SEP> 25927 <SEP> 50% <SEP> primär <SEP> 42, <SEP> 8 <SEP> 142
<tb> 50% <SEP> aktiviert
<tb> 6 <SEP> 13 <SEP> 10371 <SEP> primär <SEP> 67, <SEP> 1 <SEP> 226
<tb> 7 <SEP> 17 <SEP> 15268 <SEP> aktiviert <SEP> 40,6 <SEP> 118
<tb> 8 <SEP> 137 <SEP> 123 <SEP> 803 <SEP> 60go <SEP> primär <SEP> 63,
<SEP> 7 <SEP> 209
<tb> 40% <SEP> aktiviert
<tb> 9 <SEP> 58 <SEP> 44148 <SEP> primär <SEP> 83, <SEP> 2 <SEP> 262
<tb> 10 <SEP> 255, <SEP> 5 <SEP> 213557 <SEP> 5rP/o <SEP> primär <SEP> 65,7 <SEP> 205
<tb> 50% <SEP> aktiviert
<tb> 11 <SEP> 19 <SEP> 16900 <SEP> 5calo <SEP> primär <SEP> 84,7 <SEP> 263
<tb> 50% <SEP> aktiviert
<tb> 12 <SEP> 58 <SEP> 52649 <SEP> 50% <SEP> primär <SEP> 96, <SEP> 3 <SEP> 299
<tb> 50% <SEP> aktiviert
<tb>
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<tb>
<tb> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 11
<tb> Verwendete <SEP> Reaktions-Ausmass <SEP> der <SEP> Restl. <SEP> chem. <SEP> Restl. <SEP> chem.
<tb>
Luftmenge <SEP> in <SEP> kg/l <SEP> temperatur <SEP> Oxydation <SEP> des <SEP> Sauerstoffbe- <SEP> Sauerstoffbe- <SEP>
<tb> Schlamm <SEP> in <SEP> C <SEP> Schlammes <SEP> bedarf <SEP> des <SEP> verbl. <SEP> darf <SEP> in <SEP> den
<tb> in <SEP> % <SEP> Wassers <SEP> in <SEP> % <SEP> verbl. <SEP> Feststoffen <SEP> in
<tb> 1 <SEP> und <SEP> 2 <SEP> 2, <SEP> 11 <SEP> 243 <SEP> 72 <SEP> - <SEP> 82 <SEP> 18 <SEP> - <SEP> 28 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 1,89 <SEP> 258 <SEP> 77 <SEP> 18 <SEP> 5
<tb> 4 <SEP> 3, <SEP> 45 <SEP> 266 <SEP> 84,2 <SEP> 12,2 <SEP> 3, <SEP> 6
<tb> 5 <SEP> 2,23 <SEP> 268 <SEP> 78,7 <SEP> 18, <SEP> 4 <SEP> 2,9
<tb> 6 <SEP> 3,78 <SEP> 268 <SEP> 83,6 <SEP> 13,7 <SEP> 2,7
<tb> 7 <SEP> 1,98 <SEP> 253 <SEP> 78,3 <SEP> 17,3 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 8 <SEP> 3, <SEP> 69 <SEP> 263 <SEP> 79, <SEP> 6 <SEP> 15, <SEP> 5 <SEP> 4, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 9 <SEP> 4,13 <SEP> 270 <SEP> 77,
2 <SEP> 18,7 <SEP> 4,1
<tb> 10 <SEP> 3, <SEP> 44 <SEP> 260 <SEP> 76, <SEP> 0 <SEP> 16, <SEP> 9 <SEP> 7, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 11 <SEP> 4, <SEP> 47 <SEP> 272 <SEP> 79,2 <SEP> 13,5 <SEP> 7,3
<tb> 12 <SEP> 5, <SEP> 15 <SEP> 270 <SEP> 81,7 <SEP> 12,9 <SEP> 5, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
EMI5.2
<tb>
<tb> 12 <SEP> 13 <SEP> 14 <SEP> 15 <SEP> 16
<tb> Chem.
<SEP> Sauer- <SEP> Chem.Sauer- <SEP> Aschengehalt <SEP> Entfernte <SEP> feste <SEP> Biochem.
<tb> stoffbedarf <SEP> des <SEP> stoffbedarf <SEP> der <SEP> der <SEP> Feststoffe <SEP> organische <SEP> Sauerstoffbeablaufenden <SEP> Feststoffe <SEP> des <SEP> des <SEP> Ablaufes <SEP> Substanz <SEP> in <SEP> % <SEP> darf <SEP> des <SEP> abWassers <SEP> in <SEP> g/l <SEP> Ablaufes <SEP> in <SEP> g/l <SEP> in <SEP> % <SEP> laufenden <SEP> Wassers <SEP> in <SEP> Teilen
<tb> pro <SEP> Million
<tb> 1 <SEP> und <SEP> 2 <SEP> 6, <SEP> 3- <SEP>
<tb> 3 <SEP> 6, <SEP> 6 <SEP> 1, <SEP> 7 <SEP> 85, <SEP> 3 <SEP> 90, <SEP> 0 <SEP> - <SEP>
<tb> 4'7, <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 2 <SEP> 89, <SEP> 4 <SEP> 94, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 7, <SEP> 9 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 87, <SEP> 7 <SEP> 92, <SEP> 1 <SEP> 5270
<tb> 6 <SEP> 9, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 87, <SEP> 0 <SEP> 94,
<SEP> 3 <SEP> 4630
<tb> 7 <SEP> 7, <SEP> 0 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 88, <SEP> 4 <SEP> 92, <SEP> 0 <SEP> 3930
<tb> 8 <SEP> 9, <SEP> 9 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP> 84, <SEP> 1 <SEP> 91, <SEP> 8 <SEP> 5420
<tb> 9 <SEP> 15,6 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP> 90, <SEP> 4 <SEP> 95,6 <SEP> 8890
<tb> 10 <SEP> 11, <SEP> 1 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 86, <SEP> 0 <SEP> 93, <SEP> 1 <SEP> 6850
<tb> 11 <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP> 6, <SEP> 1 <SEP> 86, <SEP> 3 <SEP> 94, <SEP> 1 <SEP> 7320
<tb> 12 <SEP> 12, <SEP> 4 <SEP> 5, <SEP> 2 <SEP> 86, <SEP> 8 <SEP> 93, <SEP> 9 <SEP> 6590
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