AT392634B - Verfahren zur abscheidung der festen phase aus abwaessern - Google Patents

Description

AT 392 634 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abscheidung der festen Phase aus Abwässern. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können schwebende Stoffe, Emulsionen, Suspensionen, Stoffe in gelöstem oder kolloidem Zustand - oder von diesen mehrere oder alle - enthaltende Flüssigkeiten sowie Schlämme und Trüben behandelt werden, d. h. daß auch Schlämme und Trüben im Rahmen der Erfindung als "Abwässer" betrachtet werden sollen.

Bekanntlich entstehen Abwässer weltweit in laufend größeren Anteilen und auch die Zahl der anfallenden Abwasserarten nimmt zu. Die in den Boden bzw. in lebende Gewässer gelangenden Abwässer verursachen schwere Umweltschäden und deshalb ist deren effektive Reinigung eine wichtige Aufgabe. Trotz aller in dieser Richtung unternommenen Anstrengungen gelangt jedoch nur ein verhältnismäßig geringer Teil der Abwässer in Kläranlagen. In einem Teil der Siedlungen stehen bei Erweiterung des Wasserversorgungsnetzes und Anstieg des Wasserverbrauchs die zur Abwasserreinigung erforderlichen Kapazitäten entweder überhaupt nicht oder in unzureichendem Maße zur Verfügung. Die Bemühungen zur Intensivierung der vorhandenen Kapazitäten waren jedoch zum Teil wegen der hohen Investitionskostenaufwendungen und zum Teil wegen der Schwerfälligkeit der vorgeschlagenen Methoden von keinem bedeutenden Erfolg begleitet

Die zur Reinigung der kommunalen - und andere organische Verunreinigungen enthaltenden - Abwässer angewandten bekannten Verfahren beruhen auf dem biologischen Abbau der Verunreinigungen. Im Verlauf der in verschiedenen Anlagen in mehreren Stufen und mehreren Bauwerken (Sandfang, Vorklär-, Belüftungs-, Nachklär-, Schlammbehandlungsanlagen usw.) durchgeführten Behandlung werden die im Abwasser vorhandenen organischen und anorganischen Verunreinigungsstoffe durch die im Behandlungssystem vermehrten Mikroorganismen im Verlaufe ihrer Lebensfunktionen umgewandelt, verbraucht und in ihren Organismus eingegliedert. Der Großteil der lebenden Organismen bildet einen Teil der im Verlauf der Reinigung entstandenen Abwasserschlämme und diese Schlämme erfordern eine weitere anaerobe oder aerobe - biologische - Behandlung. Die durch die anaerobe Behandlung zusätzlich bedingten Bauwerke sind jedoch mit einem wesentlichen Mehraufwand verbunden.

Wegen des ziemlich großen Zeitbedarfes der biologischen Vorgänge ist jedoch der Aufbau einer das der täglich in die Abwasserkläranlagen einlangenden Abwassermenge entsprechende Volumen wesentlich überschreitenden Volumskapazität erforderlich, soweit ein optimaler Reinigungswirkungsgrad erreicht werden soll. Gleichzeitig kann jedoch die zur Bereitstellung der für die biologischen Vorgänge erforderlichen Bedingungen nötige Bewegung und Belüftung der Abwassermenge nur durch durch elektrische Energie betätigte maschinelle Hochleistungsanlagen erreicht werden. Aus diesen Bedingungen resultierend sind die auf Abwasser-Kubikmeter bezogenen spezifischen Investitionskosten der biologischen Abwasserkläranlagen sehr hoch und, je kleiner die Reinigungskapazität der aufzubauenden Anlage ist, desto höher liegen die spezifischen Investitionskosten.

Als Ergänzung der biologischen Abwasserklärverfahren werden üblicherweise sekundäre bzw. tertiäre chemische Behandlungen angewandt, mit denen die biologisch nicht oder nur zum Teil abbaubaren Komponenten des Abwassers entfernt werden. Auf diese Weise wird z. B. Phosphor aus dem Abwasser ausgefällt. In überwiegendem Maße werden die bei der Trinkwasseraufbereitung verwendeten Chemikalien, z. B. Aluminiumsulfat, Kalkmilch, dreiwertige Eisensalze, Polyelektrolyte und dgl., auch in der Abwasserreinigung eingesetzt

Die Behandlung der nicht-organische oder zumindest in überwiegendem Maße nicht-organische Verunreinigungsstoffe enthaltenden Industrieabwässer erfolgt grundsätzlich durch die Zumischung von verschiedenen Chemikalien in das Abwasser. Zweck der zugemischten Chemikalien ist die Neutralisierung und Bindung der im Verlaufe der verschiedenen Industrieprozesse in das Abwasser gelangenden chemischen Stoffe.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abscheidung dar festen Phase aus Abwässern, insbesondere zur Reinigung der verschiedenen Abwässer sowie zur Behandlung von Trüben, Schlämmen und schlammartigen Stoffen vorzusehen, mit dessen Hilfe die Phasentrennung innerhalb einer sehr kurzen Zeit effektiv durchgeführt und dadurch der Anteil des in dem gegebenen Bauwerkvolumen während der Zeiteinheit zu behandelnden Abwassers im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren in wesentlichem Maße erhöht werden kann bzw. die spezifischen Investitionskostei in einem großem Maße herabgesetzt werden könnet.

Gegenstand de Erfindung ist somit ein Verfahren zur Abscheidung der festen Phase aus Abwässern, wobei dem Abwasser Zement, Flockungsmittel und Koaguliermittel beigemischt werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Abwasser während seiner kontinuierlichen turbulenten Strömung an aufeinanderfolgenden Stellen in Strömungsrichtung gleichzeitig Zement an ein» ersten Stelle, Eisen(m)-chloridsulfat an einer anderen Stelle und anionischer Polyelektrolyt an einer darauffolgenden Stelle zugegeben werden.

Die Koagulation, d. h. die aus der Flüssigkeit Verunreinigungen ausfällende Reaktion, wird durch elektrische und chemische Kräfte, adsorptive Bindungseffekte und den pH-Wert des zu behandelnden Materials beeinflußt.

Die Effektivität der Koagulation hängt vor allem davon ab, ob die oben erwähnten Faktoren auf physikalischchemische Weise beeinflußt werden können oder ob sie, beispielsweise in Abhängigkeit von den adsorptiven Bindungseffekten, ausnützbar sind. Für das Erzielen der Koagulationsfähigkeit der schwebenden Verunreinigungen, insbesondere der Kolloide, haben die Verminderung des Oberflächenladungspotentials (sogenanntes Zeta-Potential) der Verunreinigungen und die Veränderung der Ladungsverhältnisse durch chemische Reaktion (z. B. durch Bildung von Metallhydroxokomplexen) eine große Bedeutung.

In den bekannten Reinigungsverfahren sind im allgemeinen Aluminium- oder Eisen(III)-salze die -2-

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Koagulationsmittel und das Verfahren selbst besteht aus Teilreaktionen, z. B. pH-Einstellung (Regelung), Chemikalieneinmischung, Flockenvergrößerung und dgl., d. h. das Verfahren ist intermittierend (diskontinuierlich), wobei die einzelnen Phasen, in einem optimalen Fall, wenigstens jeweils 30 bis 40 min dauern. 5 Auf der ganzen Welt ist man bemüht, die Effektivität der Koagulation zu steigern und die Reaktionsdauer und die Zahl der Verfahrensphasen zu vermindern. Diese Bestrebungen waren aber bis heute nur teilweise erfolgreich.

Es wurde nun sowohl durch Versuche als auch in der Praxis bewiesen, daß - der Zement einen für die gewünschte Reaktion günstigen pH-Wert einstellt und gleichzeitig infolge seiner kationischen Ladung, seiner großen Masse und seiner intensiven adsorptiven Bindungswirkung der elementare 10 Ausgangspunkt der Flockenbildung ist; - das Vermischen der zementhaltigen Trübe mit Eisen(IH)-chloridsulfat und anionischem Polyelektrolyten in einem kontinuierlichen turbulenten Strom gleichzeitig das Abbinden der Ladung der gegen die Koagulation wirkenden Verunreinigungen und das Agglomerieren, Konditionieren und Stabilisieren um den Zementkem der Mikroflocken bewirkt. IS Diese positiven Effekte entstehen ausschließlich infolge der erfindungsgemäß verwendeten Kombination der Chemikalien und der zwingenden Reihenfolge der Dosierung in einem turbulenten Flüssigkeitsstrom dieser Chemikalien. Als Erfolg ausschließlich dieser Verfahrensschritte findet der volle Ausfällungsprozeß (Koagulation-Flockulierung) in einigen Sekunden statt und dieser Erfolg kann mit keinem bekannten Verfahren verglichen werden. Die entstandenen Flocken können außerordentlich schnell absitzen und der ausgeschiedene 20 Schlamm kann später sehr leicht entwässert werden. Dieser Schlamm kann als ausgezeichnet konditioniert betrachtet werden, wodurch ein weiterer und bis jetzt üblicher technologischer Schritt entfällt. Eine weitere vorteilhafte Folge der Erfindung ist die Einfachheit der Technologie und Einrichtung und die Tatsache, daß eine große Reinigungskapazität durch kleine Einrichtungsdimension erreichbar ist.

Die in den US-PS 4 383 928 und 4 454 048 beschriebenen Verfahren können ausschließlich zur Reinigung 25 von Abwässern, die von Farbenfabriken stammen und Latex enthalten, verwendet werden. Das Verfahren gemäß der US-PS 4 454 048 stellt eine Weiterentwicklung des Gegenstandes der US-PS 4 383 928 dar.

Bei diesen Verfahren wird dem Abwasser nur Zement zugemischt, die anderen beiden Chemikalien gemäß vorliegender Erfindung sind nicht erwähnt. Der Reinigungsvorgang ist auf Teilvorgänge aufgeteilt, die voneinander getrennt sind und unterschiedlich lange dauern. 30 Der Zweck der Verwendung von Zement ist die Verbesserung der Verdichtbarkeit und Trennbarkeit der Farben-

Latex-Verunreinigungen, die im Abwasser suspendiert sind und eine niedrige Konzentration aufweisen. Daraus folgt, daß der Zement ausschließlich der Flockulierung dient

Es ist somit offensichtlich, daß die einzige Ähnlichkeit der Lösungen die Anwendung des Zements ist, und daß die durch die vorliegende Erfindung erzielbaren positiven Effekte bisher nicht erreicht werden konnten. 35 Beim Gegenstand der US-PS 4 600 514 handelt es sich um ein Verfahren, in dem die Gelierzeit gefährlicher Abfälle reguliert wird. Dem zu behandelnden Material wird Zement, flüssiges Alkalimetallsilikat und Alkalimetallsilikatpulver zugegeben. Zweck dieses Verfahrens ist die Erhöhung der Trennbarkeit der suspendierten Abfälle und die Verbesserung der Verfestigungseigenschaft der abgetrennten Phase.

Dieses Verfahren unterscheidet sich, was die Aufgabenstellung betrifft, grundsätzlich vom erfindungsgemäßen 40 Verfahren. Außerdem ist auch in diesem Falle die Anwendung von Zement das einzige gemeinsame Element in den zu vergleichenden Lösungen.

Gegenstand der ΕΡ-Α1Ό119179 ist eine Zusammensetzung zur Wasserreinigung, die mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung nichts zu tun hat.

Gemäß dem Verfahren der AT-PS 379 791 wird im ersten Schritt Alkalihumat und im zweiten Schritt 45 Mineralsäure oder Metallsalz dem Abwasser zugegeben. Der entstandene Schlamm wird durch Absetzen oder Flotation getrennt

Bei diesem Verfahren wird kein einziges der Mittel gemäß vorliegender Erfindung angewandt Außerdem ist aus den Beispielen ersichtlich, daß das einzige zwingend verwendete Element dieser AT-PS das Alkalihumat ist, die anderen Elemente worden alternativ verwendet Daraus folgt daß die praktische Anwendung des Verfahrens in 50 jedem Fall, in Abhängigkeit von dem zu behandelnden Material, immer eine andersartige Aufgabe (Vorbereitung und Dosieren der Chemikalien, Abtrennen des Schlammes, und dgl.) bedeutet

Die Herstellung des Alkalihumates, besonders in Abwasser, ist ziemlich kompliziert.

Es sei betont daß die Flotation einen großen Energieaufwand benötigt (gemäß vorliegender Erfindung gibt es keine Flotation) und das Absetzen, wie bei den herkömmlichen Methoden, sehr langsam erfolgt Dagegen erfolgt 55 das Absetzen gemäß vorliegender Erfindung außerordentlich schnell.

Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen; • die Effektivität der Koagulations- und Flockungsvorgänge beinflussenden Oberflächenladung und das ZETA-Potential können durch Erzeugung eines Adsorptionskemes intensiv vermindert werden; • ein entbrechend ausgewähltes Koagulationsmittel bewirkt neben der Begünstigung der Koagulation zugleich 60 auch ein Brechen der Emulsion; - die im Verlaufe des Vorganges entstehenden Flocken können mit einem entsprechenden Hilfsklärmittel gut um den Adsorptionskem stabilisiert worden. -3-

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Es wurde gefunden, daß der erwähnte Adsorptionskem durch Zugabe des eine sehr große spezifische Oberfläche und Dichte aufweisenden Zements zu dem in intensiver Mischung gehaltenen Abwasser am günstigsten erzeugt werden kann. Hiebei macht der Zement das zu behandelnde Abwasser schwach basisch (pH 8 bis 9), wodurch günstige Bedingungen zur Verwendung von Eisen(III)-chloridsulfat als Hauptklärmittel (Koagulations-Flockungsmittel) und von anionischem Polyelektrolyt als Hilfsklärmittel geschaffen werden. Als Folge dar Zugabe dieser Chemikalien erfolgen Koagulation und Flockung fast im gleichen Schritt. Die Zementkömehen sind, neben der Ausübung ihr«- Absorptionswirkung, auch in der Lage, die Ladung der im Abwasser schwebenden Materialteilchen zu verändern. Während des ständigen intensiven Mischvorganges prallen die Schmutzstoffteilchen mit großer Bewegungsenergie aneinander und an die Zementkömehen und als Folge werden die zum größten Teil bereits adsorbierten Schmutzstoffteilchen durch das FeClSO^ und den Polyelektrolyten mit einem sehr guten Wirkungsgrad geflockt. Durch die große Dichte des in den Flocken vorhandenen Zements kommt es mit der Verminderung der Intensität und danach mit der Einstellung des Mischvorganges sehr schnell zu einem Absetzen der Flocken, wobei die Flocken auch bei hohen Rühr- und Strömungsgeschwindigkeiten stabil bleiben, worauf die flüssige Phase beispielsweise durch Dekantieren oder Schnellfiltiieien effektiv von der festen Phase getrennt werden kann.

Im allgemeinen wird dem zu behandelnden Stoff Zement in einem Anteil von 0,1 bis 20,0 kg/m^ zugemischt und Eisen(ni)-chloridsulfat in einem Anteil von 67 bis 3350 gjn? sowie anionischer Polyelektrolyt in einem Anteil von 1 bis 100 g/m^ zugegeben.

Vorteilhafterweise wird das Eisen(III)-chloridsulfat innerhalb von 10 Sekunden nach Beginn der Zementbeimengung zugegeben.

Vorteilhafterweise wird auch der anionische Polyelektrolyt innerhalb von 10 Sekunden nach Beginn der Beimengung des Eisen(lH)-chloridsulfats zugegeben. Die benötigte Zeit für den Zusatz aller Chemikalien beträgt im allgemeinen 30 bis 60 Sekunden.

Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung werden das zu behandelnde Abwasser, der Zement, das Eisen(m)-chloridsulfat und der Polyelektrolyt nach Abschluß des Beimengungsvorganges des als letzter zugegebenen Polyelektrolyts während höchstens 120 Sekunden zusammengemischt und danach die entstandenen Flocken absetzen gelassen. Am Ende der Chemikalienbeimengung werden die zu diesem Zeitpunkt bereits entstandenen Riesenflocken demgemäß bei langsamem Rühren weiter im allgemeinen 1 bis 2 Minuten aufeinander prallen gelassen.

Zur Begünstigung der Verminderung des Chemikalienverbrauchs kann es vorteilhaft sein, einen Teil der abgeschiedenen festen Phase zu dem zu behandelnden Abwasser rückzirkulieren zu lassen. Hiebei ist zu bemerken, daß der Chemikalienverbrauch des Verfahrens schmutzstoff- und ausbeuteproportional ist, was eben dadurch optimiert werden kann, daß ein Teil des bereits abgesetzten Schlammes in die Koagulations- und Flockungszone der zur Durchführung des Verfahrens dienenden Anlage rückzirkulieren gelassen wird.

Die Erfindung wird im weiteren anhand der Zeichnung detailliert beschrieben, wobei diese das allgemeine Blockschema des Verfahrens darstellt, an Hand dessen die Reinigung des Abwassers erläutert wird.

Das rohe Abwasser wird zum Entfernen von die Korngröße von etwa 10 mm überschreitenden Schmutzstoffteilchen, Schwebstoffen und dgl. sowie des Sandes den Pfeilen (a) und (c) entsprechend durch das Gitter (1) und den Sandfang (2) geführt und dann entsprechend dem Pfeil (e) in das Zubringbecken (6) geleitet Das Entfernen der durch das Gitter (1) aufgehaltenen Schmutzstoffteilchen wird durch den Pfeil (b) und das Entfernen des Sandes durch den Pfeil (d) veranschaulicht

Aus dem Saugraum des Zubringbeckens (6) wird das Abwasser durch die in die Leitung (11) eingebaute Zubringpumpe (12) mit annähernd gleicher Intensität in den insgesamt mit (9) bezeichnten Reaktor befördert (Pfeil (i)). Die Zuführung des Zements zu dem durch die Betätigung der Pumpe intensiv gemischten Abwasser erfolgt entweder nach dem Zubringbecken (6) auf die Saugseite der Pumpe (12) oder unmittelbar vor dem Reaktor (9) in die Zuführleitung (11) aus der mit der unterbrochen»! Linie bezeichnten Leitung (13). Der Zement wird im Silo (3) gelagert und gelangt von dort in Richtung des Pfeiles (f) in den Pulverdosierer (4) und von hier im jeweils erforderlichen Anteil in die Aufschwemmeinheit (5) (Pfeil (g)), wo aus dem Zement durch Zugabe von Wasser eine Suspension zubereitet und der Zement in dieser Form nach dem Pfeil (h) oder (s) in die in den Reaktor (9) mündende Leitung (11) weitergeleitet wird.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Anlage gegebener Kapazität ist hinsichtlich der anteilsmäßigen und qualitätsmäßigen Änderungen in ihrem Verhalten grundsätzlich elastisch, wobei jedoch das zu behandelnde rohe Abwasser für die Vereinfachung der Betriebsführung, weiterhin der Sicherung des Erreichens eines optimalen Wirkungsgrades zweckmäßig mit einer konstanten oder zumindest annähernd konstanten Intensität der Anlage zuzuleiten ist, was durch die oben beschriebene Zubringerpumpe gewährleistet wird. Für eine günstige Betriebsführung ist nach Möglichkeit ein langer, mindestens 1 Stunde dauernder kontinuierlicher Betrieb zu sichern und deshalb ist der Saugraum der Zubringerpumpe im Zubringbecken (6) diesem einstündigen stetigen Betrieb entsprechend zu dimensionieren. Als sekundäre Wirkung dieser Dimensionierungsmaßnahme können eventuelle Spitzen des Schmutzstoffanfalles gemäßigt werden. Infolge der ausgleichenden Wirkung des Speichenraumes muß die Chemikaliendosierung den Schwankungen der Qualität des rohen Abwassers nicht folgen, wodurch der Betrieb in wesentlichem Maße vereinfacht wird, da die -4-

AT 392 634 B einmal einregulierten Chemikaliendosen nur im Falle einer wesentlichen Veränderung der anteilsmäßigen und/oder die Beschaffenheit betreffenden Parameter des rohen Abwassers korrigiert bzw. verändert werden müssen.

An einer Stelle, die sich - in Strömungsrichtung betrachtet - nach der Stelle der Zuführung des mit dem Zement vermischten Abwassers befindet, wird in den Chemikalienzuführraum (9a) des Reaktors (9) aus dem S Behälter (7) dem Pfeil (k) entsprechend das FeClS04 (das vorteilhafterweise der Wirkstoff eines flüssigen Klärmittelpräparats ist), und gleichzeitig aus dem Behälter (8) dem Pfeil (j) entsprechend der Polyelektrolyt ebenfalls in Form einer Lösung zugeführt. Hier befindet sich die aufwärtsströmende Flüssigkeit (Pfeil (p)) in einer intensiven turbulenten Bewegung, der Zement und die Chemikalien vermischen sich effektiv mit dem Abwasser und miteinander, und die Koagulation und Flockulierung verlaufen innerhalb einer sehr kurzen Zeit 10 (einige Sekunden). Der gemischte Stoff tritt in den Nachflockulierungsraum (9b) des Reaktors (9) ein. In diesem Raum findet während etwa 120 Sekunden das Flockungswachstum statt. Auch im Reaktorraum (9c) (Absetzraum) erfolgt das Absetzen sehr schnell. Von hier gelangt der Schlamm dem Pfeil (m) entsprechend zum Schlammentwässerer (10), wogegen das gereinigte Wasser in Richtung des Pfeiles 0) austritt Ein Teil des Schlammes kann entsprechend Pfeil (n) aus dem Reaktorraum (9c) in den Chemikalienzufuhr-Reaktorraum (9a) 15 rückzirkuliert werden, was - durch Nutzung der Aktivität des im Schlamm befindlichen eventuellen Chemikalienüberflusses · die Möglichkeit einer Chemikalieneinsparung bietet Die Zement/Zementsuspension gelangt, wie bereits erwähnt, mit Wasser geschwemmt auf die Saugseite der in die das Zubringbecken (6) mit dem Reaktor (9) verbindende Leitung (11) eingebauten Zubringpumpe (12), oder durch mit unterbrochener Linie bezeichnete Leitung (13) in die Leitung (11) vor dem Reaktor (9); die Zuführung von FeClS04 und 20 Polyelektrolyt in den Reaktor (9) erfolgt mit Hilfe von Zufuhrpumpen (Pfeile ($) und (k)).

Aus dem Schlammentwässerer (10) wird der entwässerte Schlamm dem Pfeil (o) entsprechend entfernt

Die Zubringpumpe läuft von dem sich im Zubringbecken (6) (im Zubringschacht) einstellenden Wasserspiegel gesteuert automatisch an und gleichzeitig laufen - ebenfalls ohne Eingriff einer Bedienungsperson -auch die Zement- und Chemikalienzufuhrpumpen an. Die Bestimmung und Einstellung des Chemikalienbedarfes 25 erfolgt bei Aufnahme des Probebetriebes. Nach Einstellen der Zement- und Chemikalienzufuhrmengen kann der

Reinigungsvorgang unverzüglich aufgenommen und die Anlage in Betrieb gesetzt werden; eine Einfahrzeit ist nicht erforderlich, da bei korrekten Chemikalienzufuhrmengen die Qualität des gereinigten Wassers sofort zufriedenstellend wird.

Aus der vom Wasserspiegel her erfolgenden Pumpenbetätigung ergibt sich ein genaues zu behandelndes 30 Flüssigkeitsteilvolumen, dem genaue Zement- und Chemikalienanteile in Abhängigkeit von der Abwasserzusammensetzung beigemengt werden können.

Die Untersuchung der Trenn- bzw. Aufspaltbarkeit des jeweils zu behandelnden flüssigen Materials, im allgemeinen Abwasser, und die Bestimmung des optimalen Anteils des Zementzuschlages sowie der beiden zur Verwendung gelangenden Chemikalien erfolgt zweckmäßig unter Zugrundelegung von Laboruntersuchungen. 35 Unter Einhaltung der vorstehend detailliert angegebenen Zuführungsreihenfolge werden der Zement und die Chemikalien bei intensiver Mischung des zu behandelnden Abwassers, praktisch ohne Zeitverzug oder zumindest mit einer minimalen zeitlichen Verschiebung (von einigen Sekunden) zugegeben.

Zur Ermittlung der erforderlichen Behandlungszusätze können z. B. 11-Bechergläser verwendet werden, in welche Proben aus dem zu behandelnden Abwasser gefüllt werden, wonach dann zu jeder Probe in verschiedenen 40 Anteilen Zement zugegeben wird. Es folgt die Beimengung von Eisen(ÜI)-chloridsulfat in verschiedenen Anteilen unter kräftigem Rühren und abschließend wird der Polyelektrolyt dem Inhalt der Bechergläser zugemischt.

Das Eisen(m)-chloridsulfat (FeClS04) kann z. B. mit einem bekannten Klärmittel dem zu behandelnden Stoff zugeführt werden. Der Wirkstoff dieser eine flüssige Konsistenz und eine Dichte von 1,5 bis 1,6 t/m3 aufweisenden Präparate ist FeClS04. Der Gesamt-Fe-Gehalt der Präparate beträgt etwa 200 kg/m3, der * 45 Fe(III)-Gehalt hingegen mindestens 196 kg/m .

Was die Proben betrifft, kann bereits visuell festgestellt werden, bei welchen Chemikalien- und Zementzuschlägen sich der beste Klärungswirkungsgrad (Faibton, Transparenz und dgl.) ergibt. Der genaue Anteil der für optimale Wirkung erforderlichen Chemikalien- und Zementzuschläge wird durch analytisches Auswiegen erhalten. 50 Der dem zu reinigenden (zu klärenden) Abwasser in der dem Blockschema der Zeichnung entsprechenden Einrichtung unter intensivem Mischen zugeführte Zement mit großer Oberfläche und Dichte, dessen Anteil wie oben bestimmt wurde, prallt an die im Wasser schwebenden emulgierten, in Suspension befindlichen und/oder gelösten Stoffteilchen, die unterschiedliche Korngröße und Dichte aufweisen. Als Folge der Beimengung und teilweisen Auflösung des Zements wird das rohe Abwasser schwach basisch und nimmt einen pH-Wert von 8 bis 55 9 an; dieses Medium sichert besonders günstige Bedingungen zur Ausübung der optimalen Klärwirkung des

FeClS04. Wie bereits erwähnt, wird unmittelbar nach Beimengung des Zements unter Aufrechterhaltung des intensiven ununterbrochenen Rührens, FeClS04 in den Reaktorraum (9a) eingebracht und unmittelbar danach der anionische Polyelektrolyt. Der Mischvorgang wird fortgesetzt, wobei sich Makroflocken bilden und schnell absetzen. Der Zement, der ein eine große, spezifische Oberfläche und Dichte aufweisendes Material ist, verändert -5-

AT 392 634 B nämlich die elektrische Ladung der mit ihm als Folge des ununterbrochenen Rührvorganges zusammenprallenden Schmutzteilchen und adsorbiert hiebei auch diese Teilchen, so daß noch vor der Zumischung der Koagulationsund Flockungsmittel sozusagen ein Vorflockungsprozeß stattfindet, dα die sich bildenden kleineren Flocken durch das FeClSO^ und den Polyelektrolyt sehr schnell zu großen Makroflocken anwachsen läßt. Während des Mischvorganges und der oben beschriebenen Behandlung mit den Chemikalien kommt es zum Einbau der im Abwasser befindlichen gelösten Stoffe, der schwebenden festen Schmutzstoffteilchen und da emulgierten oder suspendierten Komponenten in die Makroflocken. Die Erklärung für das schnelle Absetzen der Makroflocken besteht darin, daß die Dichte der in diese eingebauten Zementkömehen die Dichte da sonstigen Komponenten da Makroflocken wesentlich überschreitet. Mit Nachlassen der Intensität oder Aussetzen des Mischvorganges setzen sich die Flocken mit einer hohen, 5 bis 10 m/s erreichenden Geschwindigkeit ab, sodaß die Absetzdauer in herkömmlichen Reaktoren üblicha Größe na einige Sekunden dauert Die Phasentrennung hat zugleich auch eine Klärung des Abwassers za Folge. Der pH-Wat des behandelten Abwassers ist praktisch neutral. Danach kann das reine Wasser (Flüssigkeitsphase) z. B. durch Dekantieren oder Schnellfiltem von da abgesetzten festen Phase getrennt werden. Labormessungen bestätigen, daß ein Teil der Parameter des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigten Abwassers günstiger als diese Parameter des mit dem herkömmlichen biologischen Verfahren gereinigten Abwassos ist

Da dach den im Schlammentwässerer (10) durchgeführtoi Phasentrennarbeitsgang erhaltene, Chemikalien enthaltende Schlamm gibt seinen Wassergehalt schnell ab und kann deshalb nach einer herkömmlichen Schlammentwässerungsmethode, z. B. auf einem Schlammtrockenbett, effektiv getrocknet werden. Das getrocknete Gut erfordert keine Kompostierung, da es fast vollkommen gauchlos, in seina Konsistenz bröckelig und mit landwirtschaftlichen Bodenbestellungsgeräten gut in den Boden eingearbeitet waden kann, im Gegensatz zu den aus herkömmlichen biologischen Kläranlagen kommenden, schmierige Konsistenz aufweisenden übelriechenden Schlämmen.

Die Erfindung wird im weiteren anhand von Beispielen detailliert beschrieben.

Beispiel 1:

Angesaugtes kommunales Abwasser wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt Die hinsichtlich da Reinigungstechnologie wichtigsten Parameter des rohen Abwassers sind folgende: pH 7,8 CSBct (chemischer Sauerstoffbedarf) 3240,0 mg/1 BSBg (biologischer Sauerstoffbedarf) 870,0 mg/1

Fe 3,2 mg/1 OLE (organischer Sauerstoffbedarf) 82,0 mg/1

Das rohe Abwasser wird beispielsweise durch eine mittels Pumpen bewirkte tabulente Strömung intensiv

gemischt und dabei, auf das zu behandelnde Abwasservolumen berechnet, 1,5 kg/m3 Zement zugegeben. 5 s nach Beginn der Zementzugäbe wird mit der Zugabe eines bekannten flüssigen Klärmittels, nachstehend Klärmittel A genannt, in einem Anteil von 0,71/m3 begonnen. Der FeClSO^Gehalt des Klärmittels A beträgt 670 g/1, d. h. pro m3 Abwasser werden 489 g Eisen(III)-chloridsulfat zugemischt. 5 s nach Beginn der Zugabe desselben, wird dem Abwasser der anionische Polyelektrolyt in Form eines weiteren bekannten flüssigen Klärmittels, nachstehend Klärmittel B genannt, zugegeben, dessen Wirkstoffgehalt 5 g/1 beträgt. Von dem Klärmittel B wird pro m3 behandelndem Abwassa 11, d. h. 5 g Wirkstoff, zugegeben. Das den Zement und auch die Klärmittel enthaltende Abwasser wird nach Abschluß der Zuführung des Polyelektrolyten weitere 30 s gemischt. Nach Abschluß dieses Mischvorganges setzen sich die koagulierten und flockulierten Makroflocken, in die sich auch die Schmutzteilchen des kommunalen Abwassers eingefügt haben, mit einer Geschwindigkeit von ca. 5 bis 10 cm/s, d. h. sehr schnell, ab. Mit dem Entfernen des abgesetzten Schlammes kann sofort begonnen werden. Dieser Arbeitsgang kann periodisch oda kontinuierlich vorgenommen werden.

Die charakteristischen biologischen Parameter der gereinigten Flüssigphase sind folgende:

pH csbct bsb5 Fe OLE 7,3 . 187,0 mg/1 52,0 mg/1 3,7 mg/1 8,0 mg/1 -6-

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Beispiel 2:

Durch das Abwasser-Kanalisationsnetz gesammeltes kommunales Abwasser wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt, wobei die wichtigsten reinigungstechnologischen Parameter des Abwassers folgende sind: PH 7,3 csbct 570,0 mg/I bsb5 120,0 mg/1 OLE 35,0 mg/1 Fe 0,65 mg/1 Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wird wiederholt, wobei jedoch die Behandlungsmittel in folgenden Anteilen zugegeben werden: Zement 0,8 kg/m3 FeClS04 (Wirkstoff) (0,3 1/m3 Klärmittel A) 201 g/m3 Polyelektrolyt (Wirkstoff) (11/m3 Klärmittel B) 5 g/m3 Die wichtigsten charakteristischen Parameter des nach der Phasentrennung erhaltenen gereinigten Wassers sind folgende: pH 7,2 csbct 80,0 mg/1 bsb5 22,0 mg/1 OLE 2,5 mg/1 Fe 0,71 mg/1 Beispiel 3: Schlachthofabwasser wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt Die wichtigsten reinigungstechnologischen Parameter dieses Abwassern sind folgende: pH 6,9 CSBcr 5150,0 mg/1 bsb5 1060,0 mg/1 OLE 350,0 mg/1 Fe 0,58 mg/1

Dem durch eine turbulente Strömungseinwirkung in intensiver Mischung gehaltenen Abwasser wird Zement in einem Anteil von 2,5 kg/m3 zugegeben. 3 s nach Beginn der Zementzugabe wird bereits das Klärmittel A in einem Anteil von 0,81/m3 (dies bedeutet einen FeClSO^-Wirkstoffanteil von 536 g/m3) zugeführt und 6 s nach Zugabe des Klärmittels A wird das Klärmittel B in einem Anteil von 2,01/m3 (d. h. Polyelektrolytwirkstoff in einem Anteil von 10 g/m3) dem in intensiver Mischung gehaltenen Abwasser beigemengt. Das Abwasser und die aufgezählten Komponenten werden weitere 40 s intensiv gemischt und danach die sich bildenden Makroflocken absetzen gelassen.

Die durch die Phasentrennung erhaltene gereinigte Flüssigkeit weist folgende Parameter auf: PH 6,5 CSBcr 380,0 mg/1 bsb5 75,0 mg/1 OLE 15,0 mg/1 Fe 0,71 mg/1 -7- 5 10

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Beispiel 4; Durch nachstehende Parameter gekennzeichnetes Molkereiabwasser wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt. pH 6,4 csbct 4750,0 mg/1 bsb5 1100,0 mg/1 OLE 270,0 mg/1 Fe 0,6 mg/1

Die in Beispiel 3 beschriebenen Arbeitsgänge werden mit der Abweichung vorgenommen, daß die Reinigungsmittel (Klärmittel) in folgenden Anteilen zugegeben werden:

Zement 4,0 kg/m3 15 FeClS04 (Wirkstoff) 1005,0 g/m3 (1,51/m3 Klärmittel A) Polyelektrolyt (Wirkstoff) 10,0 g/m3 (2,01/m3 Klärmittel B) 20 Die Parameter der durch die Phasentrennung erhaltenen reinen Flüssigkeit sind folgende: pH csbct bsb5 25 OLE Fe ea 640.0 mg/1 105.0 mg/1 20,0 mg/1 0,9 mg/1

Beispiel 5: Eine trübenartige Konsistenz aufweisende Schweinegülle wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren 30 behandelt. Die hinsichtlich der Reinigungstechnologie wichtigen Eigenschaften der Schweinegölle werden durch folgende Parameter charakterisiert: pH CSBa 35 BSBe OLE Fe 6 a 4370.0 mg/1 1075.0 mg/1 170.0 mg/1 0,9 mg/1

Das in Beiqriel 3 beschriebene Verfahren wird wiederholt, wobei aber folgende Anteile da* Reinigungsmittel 40 verwendet werden: 45

Zement 3,5 kg/m3 FeClS04 (Wirkstoff) 1005,0 g/m3 (1,51/m3 Klärmittel A) Polyelektrolyt (Wirkstoff) 10,0 g/m3 (2,01/m3 Klärmittel B) Die Parameter der nach Abscheidung der festen Phase erhaltenen flüssigen Phase sind folgende: 50 pH CSBCT bsb5 OLE Fe 6,2 860.0 mg/1 98.0 mg/1 28.0 mg/1 1,1 mg/1 -8- 55

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Beispiel 6:

Eine im Maschinenbau verwendete Emulsion wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt. Die charakteristischen reinigungstechnologischen Parameter der Emulsion sind folgende: pH 6,9 CSBcr 35000,0 mg/1 Fe 4,8 mg/1 OLE 5200,0 mg/1

Unter kräftigem Mischen der Emulsion werden 5,0 kg/m^ Zement zugegeben. 8 min nach Zugabe des Zements erfolgt die Zufuhr von FeClSO^Wirkstoff in einem Anteil von 1340 g/m^ (2,0 l/m^ Klärmittel A). 6 s nach Beginn der Zugabe dieses Materials wird der Emulsion der Polyelektrolyt in einem Anteil von 20 gln? (4,0 Mrs? Klärmittel B) zugegeben. Nach Zugabe des letztgenannten Mittels wird das Mischen der Emulsion noch 50 s lang fortgesetzt. Die entstehenden Makroflocken setzen sich nach dem Abstellen des Mischvorganges sehr schnell ab. Die Kennwerte der durch die Phasentrennung entstandenen Flüssigkeit sind die folgenden: pH ea csbct 580,0 mg/1 Fe 5,3 mg/1 OLE 35,0 mg/1

Im Falle der vorgenannten Beispiele erfolgt die Behandlung in jedem Fall nach Abscheidung der durch das Gitter zurückgehaltenen groben Schmutzteilchen, jedoch ohne Vorabsetzen, wobei jedoch höchstens der Einsatz eines Sandfanges erforderlich werden kann. Aus den Beispielen ist gut ersichtlich, daß der Anteil der zur Verwendung gelangenden Chemikalien und Zementzuschläge in Abhängigkeit von dem Ursprung des der Behandlung unterzogenen Abwassers und den Kennwerten des Schmutzstoffes unterschiedlich ist, wobei jedoch auch festgestellt werden kann, daß die Wirksamkeit der Reinigung annähernd die gleiche ist. Hiebei ist zu unterstreichen, daß im Falle sämtlicher Beispiele frische (nicht gefaulte) Abwasser behandelt werden, was hinsichtlich der Effektivität der Reinigung keineswegs belanglos ist (da gefaulte Abwasser leichter behandelt werden können).

Der Schmutzstoffe enthaltende Schlamm setzt sich im allgemeinen innerhalb von 1 bis 2 min ab und seine Masse beträgt meistens 20 bis 50 ml/1. Nach der durch Gravitation erfolgenden Entwässerung weist der Schlamm einen Trockengehalt von ca. 30 % auf.

Die mit der Erfindung verbundenen vorteilhaften Effekte sind folgende: der technologische Zeitaufwand der erfindungsgemäßen, mit Chemikalien erfolgenden Reinigung ist um Größenordnungen geringer als der der biologischen Prozesse und daher ist auch der Kostenaufwand an Bauwerken und sonstigen Investitionen wesentlich geringer als der der biologischen Abwasserreinigung. Sinngemäß ist auch der zur Reinigung erforderliche Raum sowie der Bedarf der zur Durchführung der erfindungsgemäßen Technologie erforderlichen Anlage an Platz und Bauwerken wesentlich geringer als die der zur Zeit bekannten ähnlichen Ausführungslösungen.

Das Verfahren kann auf einfache Weise und mit minimalem Aufwand an Personal in Einrichtungen, die zur Inbetriebhaltung nur wenig Arbeitskräfte erfordern, durchgefühlt und die Bedienung leicht automatisiert werden. Der zum Verfahren zwingend erforderliche Mischarbeitsgang kann mit mechanischen Mitteln, aber auch mit Druckluft bewirkt werden und auch das Strömenlassen des Abwassers gilt als natürlicher Mischvorgang; in dem in den Reaktor zugeführten Abwasserstrom können der Zement und die Flockungsmittel sehr gut verteilt werden.

Dem geringen Platzbedarf der technologischen Einrichtungen zufolge kann eine eine verhältnismäßig große Kapazität aufweisende Abwasserreinigungseinheit auch innerhalb eines Gebäudes ökonomisch eingerichtet werden, wodurch die die Umwelt störenden Einflüsse der Abwasserreinigung auf einen Mindestwert herabgesetzt werden können. Die Abwasserreinigung kann nahe einer Siedlungsgrenze, eventuell auch innerhalb einer Siedlung, errichtet werden und demgemäß eine wesentliche Verminderung der zum Bau des Kanalisationsnetzes nötigen Kosten «reicht werden (die herkömmlichen biologischen Abwasserkläranlagen müssen im allgemeinen fern von Siedlungen angelegt werden).

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können zur effektiven Reinigung und für geringe Abwassermengen geeignete Anlagen aufgebaut werden, was bereits deshalb vorteilhaft ist, als bekanntlich im Falle der herkömmlichen Systeme die spezifischen Anlagekosten umso niedriger liegen, je größer die täglich zu reinigende Abwassermenge ist Das Verfahren ist auf anteilsmäßige Schwankungen und Änderungen der Zusammensetzung des eintreffenden Abwassers nicht empfindlich, da die Schwankungen und Zusammensetzungsänderungen mit der Änderung der Zement· und Flockungsmittelanteile gut ausgeglichen werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Ausgleich der Spitzenbelastungen bereits bestehender Kläranlagen, im allgemeinen biologischer Abwasseranlagen, auch mit den herkömmlichen Reinigungsmethoden kombiniert eingesetzt werden. -9-

Claims (6)

1. AT 392 634 B Wie bereits erwähnt, besitzt der nach diesem Verfahren erhaltene Schlamm, die feste Phase, vorteilhafte Eigenschaften, da er leicht entwässert werden kann und nach dem Trocknen fast vollkommen geruchlos und in den Boden leicht einarbeitbar ist. Außerdem ist der bei diesem Verfahren verwendete Zement kein umweltfremdes Material, so daß der Schlamm in agronomischer Hinsicht bei gewissen Bodenarten zufolge seiner strukturverbessernden Wirkung auch vorteilhaft sein kann. Der Schlamm kann natürlich auch in kommunalen Mülldeponien untergebracht werden, wo er sich aufgrund seiner Struktur und Handhabbarkeit zum Bedecken von Mülldeponien eignet Der auf CSBcr bezogene Gesamtreinigungswirkungsgrad der Erfindung erreicht im allgemeinen 80 %, wogegen der in OLE ausgedrückte Wirkungsgrad des Entfemens von Öl und Fett meistens mindestens 95 % beträgt. Zufolge der Verwendung von Chemikalien gelangen die Verunreinigungen in den Niederschlag und im wässerigen Eluat des sich bildenden Niederschlages ist die Schmutzstoffkonzentration ziemlich gering. Die Qualität des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigten Wassers kann durch Oxidation weiter verbessert und dieses kann, gegebenenfalls nach Desinfizierung, in lebende Gewässer geleitet werden. Bei der Bemessung der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Anlage kann die Oberflächenbelastung mit einem Wert von mindestens 5 m^/m^h berücksichtigt werden, was einen außerordentlich günstigen Wert darstellt. Wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Reinigung von gefährlichen Stoffen, z. B. Schwermetallionen enthaltenden Industrieabwässem, vorgenommen, so ermöglicht die Qualität der erhaltenen Wasserphase zumindest deren Zuleitung in das öffentliche Kanalisationsnetz oder es kann die Wasserphase, z. B. im Falle von Kraftfahrzeug-Waschanlagen, durch Rückzirkulation erneut verwendet werden. Die Erfindung beschränkt sich natürlich keineswegs auf die im vorstehenden angeführten Verfahrensbeispiele, sondern kann innerhalb des durch die Ansprüche definierten Schutzumfanges auf vielerlei Weise verwirklicht werden. Das Verfahren eignet sich zur Behandlung von sämtlichen Abwässern, in denen die Verunreinigungen Schwebstoffe sind oder in denen die Verunreinigungen in Kolloidform, Emulsion, Suspension oder in gelöstem Zustand Vorkommen. Aus den Abwässern kann neben dem hocheffektiven Entfernen der schwebenden und kolloidalen Zustand aufweisenden Stoffe auch die Entfernung von Ölen, Detergentien, Fetten, Pigmenten, Phosphaten und dgl. mit einem hohen Wirkungsgrad vorgenommen werden. Gleichzeitig eignet sich die Erfindung auch zur Behandlung von Schlämmen und Trüben. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Abscheidung der festen Phase aus Abwässern, wobei dem Abwasser Zement, Flockungsmittel und Koaguliermittel beigemischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasser während seiner kontinuierlichen turbulenten Strömung an aufeinanderfolgenden Stellen in Strömungsrichtung gleichzeitig Zement an einer ersten Stelle, Eisen(III)-chloridsulfat an einer anderen Stelle und anionischer Polyelektrolyt an einer darauffolgenden Stelle zugegeben werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasser Zement in einem Anteil von 0,1 bis 20,0 kg/π? zugemischt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasser Eisen(III)-chloridsulfat in einem Anteil von 67 bis 3350 g/m^ zugegeben wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasser anionischer Polyelektrolyt in einem Anteil von 1 bis 100 g/π? zugegeben wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der abgeschiedenen festen Phase zu dem Abwasser rückzirkulieren gelassen wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Zugabe des Polyelektrolyten das Abwasser, der Zement, das Eisen(ni)-chloridsulfat und der Polyelektrolyt während eines Zeitraums von höchstens 120 s gemischt und die sich bildend«! Flocken danach äbsetzen gelassen werden. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -10-