AT394356B

AT394356B - Verfahren zum klaeren von abwaessern

Info

Publication number: AT394356B
Application number: AT88990A
Authority: AT
Original assignee: Pfefferkorn Herbert
Priority date: 1989-04-20
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1992-03-25
Also published as: ATA88990A; DE3913044A1

Description

AT394 356 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klären von Abwässern durch Fällungsreaktion unter Anwendung von Kalk.

Bisher bestehen große Schwierigkeiten beim Klären von Abwässern, die mit folgenden Stoffen verunreinigt sind: Organischen und anorganischen Phosphaten oder anderen anorganischen Salzen, Farben, Schwametallen, organischen Stoffen wie beispielsweise Fäkalien aus dem Landwirtschafts- und dem Hausbereich oder organischen Stoffen von Industrieabwässem, beispielsweise Abwässer der Papierindustrie, der Lebensmittelindustrie, der Petro-Chemie oder Brauereiabwässer.

Die üblichen Filter- und Sickermethoden liefern keine ausreichende Klärung. Auch liefert die Fällungsreaktion mit Eisen-(1I)-Salzen in belasteten Abwässern kein zufriedenstellendes Ergebnis.

Ferner ist aus der AT-PS 280 171 ein Verfahren zur Abwasserreinigung bekannt, bei dem in zwei Behandlungsabschnitten gearbeitet wird. Zunächst werden nur Toilettenabwässer in einem Bearbeitungstank mit Kalk versetzt, und ggf. wird freiwerdendes Ammoniak mit Luft ausgetrieben. Im zweiten Behandlungsabschnitt werden dann die so vorgereinigten Toilettenabwässer mit ungereinigten Abwässern aus anderen sanitären Anlagen wie Badewannen, Küchenwaschbecken oder Waschmaschinen zusammengebracht und nach Absetzen des Schlamms die gereinigte Flüssigkeit abgezogen. Dagegen erfolgt gemäß der Erfindung nicht eine Kalkung von Toilettenabwässer, die nach ihrer Vorreinigung und Abtrennung mit Abwässern anderer sanitärer Anlagen vereinigt werden, sondern es findet eine Klärung von Abwässern in einem Arbeitsgang statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Salzen, anorganischen und organischen Phosphaten, Farben, Schwermetallen oder organischen Stoffen belastete Abwässer ohne erheblichen Aufwand, insbesondere ohne mehrstufige Behandlungsmaßnahmen in zufriedenstellender Weise zu klären.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das zu klärende Abwasser mit Kalk in einer Menge von mindestens 0,1 kg/m^ Abwasser vermischt wird, eine Reaktionszeit von mindestens 0,1 sec abgewartet wird und anschließend organische Substanzen beinhaltende Wässer, insbesondere Fäkalabwässer, zugesetzt werden und dadurch eine Flockenbildung und Ausfällung da Inhaltsstoffe des Abwassers herbeigeführt wird.

Durch die Kombination der Kalkung von Abwässern und der Anwendung von organische Substanzen beinhaltenden Wässern, insbesondere ungeklärte Fäkalabwässer, als Flockungsmittel wird eine einwandfreie Klärung, insbesondere von Industrieabwässem erreicht und somit ein doppeltes Problem der Abwasserklärung gelöst.

Es ist besonders zweckmäßig, die zur Flockenbildung benötigten organischen Substanzen in Form von belasteten Abwässern, insbesondere Fakalabwässem, mit organischen Substanzen versetzten Wässern oder durch pulverförmige organische Stoffe zuzuführen. Diese mit organischen Substanzen belasteten Abwässer werden im vorliegenden Verfahren vorzugsweise in der doppelten Menge, bezogen auf das als Ausgangsmaterial eingesetzte zu klärende Wasser verwendet

Der Kalk wird dem zu klärenden Abwasser zweckmäßig in einer Menge von 0,1 bis 100 kg je nr Abwasser unter Erhalt guter Klärergebnisse zugesetzt. Es können jedoch auch höhere Kalkmengen verwendet werden.

Die Art des eingesetzten Kalks ist nicht kritisch. Es können beliebige Sorten Verwendung finden. Beispiele für verwendbare Kalke sind: 1. Kalk ans Kalkstein, z. B. Wettersteinkalk:

Es wurden verschiedene derartige Kalke aus den unterschiedlichsten Rohsteinvorkommen Europas, Asiens und Amerikas geprüft. Diese Kalke zeichnen sich durch einen hohen CaO-Gehalt von über 90 % (berechnet in der Glühverlust-freien Form) aus. 2. Kalk aus Dolomiten:

Diese Kalke weisen im allgemeinen einen CaO-Gehalt von 59 bis 85 % auf und einen entsprechenden MgO-Gehalt von 10 bis 39 %. Es können geringfügige tonige Bestandteile enthalten sein. 3. KalkausKalkmergeln:

Unter diese Gruppe fallen alle nicht bereits unter den vorstehenden Punkten 1) und 2) angeführten Kalke die entweder aus mergeligen Kalken oder aus durch Mischen von Kalken der Kalksorten 1) und 2) mit hydraulisch latenten Stoffen, z. B. Trass, Schlacke, Puzzolane hergestellten Kalken bestehen. Der CaO-Gehalt kann daher in einem weiten Bereich schwanken; in der Regel liegt er bei etwa 50 %. Für sämtliche vorgenannte Kalksorten gilt, daß weich gebrannte Kalke gegenüber hart gebrannten vorzuziehen sind.

Der Kalk wird in zerkleinerter Form dem Abwasser zugesetzt. Dabei ist die Feinheit der Körnung in weitem Bereich variierbar. Mit Vorteil werden Kalke mit einer solchen Komfeinheit verwendet, daß der Rückstand bei der Siebung auf einem Sieb der Maschenweite 0,09 mm maximal 20 % beträgt.

Das Verfahrensgemisch aus zu klärendem Abwasser, Kalk und organischen Substanzen, insbesondere Fäkalabwässem, wird zur guten Kontaktierung und Umsetzung der Bestandteile bevorzugt während einer Reaktionszeit von etwa 0,1 bis 30 Minuten gerührt. Die anzuwendende Temperatur kann beliebig gewählt werden -2-

AT 394 356 B und liegt günstigerweise im Bereich von 15 bis 90 °C.

Das Vermischen von zu klärendem Abwasser in Gegenwart von organischen Substanzen mit Kalk kann in einem Reaktionsgefäß, z. B. einen Topf, duichgeführt werden. Es ist jedoch auch sehr günstig, ein sogenanntes Fließverfahren anzuwenden, d. h. in ein fließendes verunreinigtes Abwasser, das organische Substanzen enthält, wird Kalk in den vorstehend beschriebenen Mengenverhältnissen laufend eingegeben, und die Reaktionszeit findet dann im Fließprozeß, z. B. in einem Kanal, statt.

Es wurde festgestellt, daß das Reaktionsgemisch aus dem mit den vorher beschriebenen Stoffen verunreinigten Abwasser und dem zugegebenen Kalk etwa einen pH-Wert von 11 bis 12 aufweist. Dieser pH-Wert ist nur wenig durch die zugegebene Kalkmenge beeinflußbar.

Sobald aber zu diesem Reaktionsgemisch nach Ablauf der Reaktionszeit das mit organischen Substanzen, insbesondere Fäkalien, belastete Abwasser zugegeben wird, sinkt der pH-Wert auf einen Bereich von etwa 8 bis 11.

Statt der Zugabe von mit organischen Substanzen verunreinigtem Abwasser ist es auch möglich, das vorstehend beschriebene Reaktionsgemisch durch entsprechende organische Substanzen zu impfen. Derartige organische Substanzen sind vor allem Polyelektrolyte, verschiedenste organische Abwässer von Industrien, z. B. der Papier(Cellulose)-Industrie. Darüberhinaus können sämtliche organische Stoffe enthaltende Abwässer, wie beispielsweise Brauereiabwässer, Abwässer der Lebensmittelindustrie oder Abwässer der Petra-Chemie zur Erzielung der vorliegenden Ausfällungsreaktion verwendet werden.

Der Ort der Abwasseiklärung unter Durchführung des vorliegenden Verfahrens kann verschieden sein.

Nach einer ersten Ausführung des Verfahrens kann die beschriebene Klärung im Betrieb selbst stattfinden, wo die belasteten Abwässer anfallen. Es erfolgt dann entweder eine Reaktion im Reaktionsgefäß (Topf) oder als Fließverfahren, indem man den belasteten Abwässern auf dem Weg im Kanal in Richtung zur Kläranlage die beschriebene Menge Kalk und später das mit Fäkalien belastete Abwasser zugibt.

In einer zweiten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens findet die erfindungsgemäße Abwasseiklärung in der Kläranlage selbst statt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird aufgrund der Kombination des zu klärenden Abwassers mit organischen Substanzen, insbesondere Fäkalabwasser, und Kalk eine Koagulation in Form von Flocken erhalten, die sich als Niederschlag am Boden des Reaktionsgefäßes äbsetzt

Das überstehende Wasser ist optimal gereinigt Sämtliche das Abwasser belastende Stoffe wie Salze, z. B. anorganische Phosphate, organische Phosphate, Farben, organische Stoffe, wie insbesondere Fäkalien, sowie Schwermetalle liegen in der Flockung vor und werden damit abgetrennt, so daß ein hervorragend gereinigtes Abwasser erhalten wird.

Statt der vorstehend beschriebenen Niederschlagreaktion ist selbstverständlich auch die kinematische Umkehrung möglich, indem man das Reaktionsgemisch von unten begast, um dadurch die sich niederschlagenden Flocken aufzuschwemmen, die dann von der Oberfläche her abgenommen werden oder zumindest an der Oberfläche verbleiben, während das gereinigte Abwasser unterhalb dieser aufgeschwemmten Ausflockung bleibt.

Der zugrundeliegende Mechanismus der Ausflockungsreaktion ist noch nicht geklärt. Möglicherweise sind die in dem organisch belasteten Abwasser enthaltenen Eiweißstoffe für den Flockungsmechanismus maßgebend.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung:

Beispiel 1

Von einer Färbemaschine in einem Textilbetrieb wurde eine Färbeflüssigkeit bei laufendem Betrieb entnommen. Es handelte sich dabei um einen dunkelblauen Reaktivfarbstoff. Diese Lösung wurde in unverdünntem Zustand mit unterschiedlichen Mengen an Kalken versetzt und durchgemischt. Nach der eingestellten Reaktionszeit wurde dem Reaktionsgemisch die doppelte Flüssigkeitsmenge an häuslichem Abwasser (übliches, Fäkalien enthaltendes Abwasser aus dem häuslichen Bereich) zugegeben und ebenfalls vermischt. Nach der eingestellten Reaktionszeit tritt eine Flockenbildung mit Ausfüllung des Farbstoffes auf. Es wurde die Sedimentationsgeschwindigkeit und der Grad der Farbausfällung in Abhängigkeit von der verwendeten Kalksorte und Kalkmenge gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1

Ausfüllung eines blauen Reaktivarbstoffes mit pH 11,6

Verhältnis Färbereiabwasser zu Fäkalabwaser: 1:2

Reaktionstemperatur 50 °C

Reaktionszeiten: 3 Minuten pH-Wert des Reaktionsgemisches: 12,0 bis 12,9

Farbgrad des unbehandelten Färbereiabwassers = 100 % -3-

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Tabelle 1 (Fortsetzung)

Kalksorte Kalkmenge in kg/πΡ Färbereiabwasser Flocken bildung Sedimen tationsge schwindigkeit cm/min Entfärbungsgrad des behandelten Färbereiabwassers in % Kalk aus CaCOj 10 ja 0,1 10 (92 % CaO) 40 ja 0,2 70 80 ja 0,8 97 200 ja 0,9 98 Kalk aus Dolomit 10 ja 0,1 15 (59 % CaO + 40 ja 0,3 77 39 % MgO) 80 ja 0,9 96 Kalk aus Kalk- 10 ja 0,05 4 mergeln 40 ja 0,1 35 (51 % CaO) 80 ja 0,3 66

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wurde analog wie beim Beispiel 1 vorgegangen. Es wurde ebenfalls ein blauer Reaktivfarbstoff verwendet und einer Kalkfällung unterzogen. Nachdem in der Klärtechnik bekannt ist, daß mit Eisen(II)-Salzen ebenfalls Fällungseffekte erzielt werden können, wurde im vorliegenden Beispiel ein Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem bekannten Eisen(II)- Verfahren angestellt. Dabei wurde auch der Einfluß der Reaktionszeiten untersucht

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengestellt

Tabelle 2

Ausfällung eines blauen Reaktivfarbstoffes mit pH 11,6 mit Kalk und Fäkalwasser im Vergleich zur Eisen(II)-Fällung

Verhältnis Färbereiabwasser zu Fäkalabwasser bzw. Eisen(II)-Lösung: 1:2

Reaktionstemperatur 25 °C

Reaktionszeiten: 3 und 6 Minuten pH-Wert des Reaktionsgemisches: 12,0 bis 12,9

Kalksorte: Dolomitisch«1 Kalk

Farbgrad des unbehandelt«! Färbereiabwassers = 100 %

Versuch Kalkmenge Flocken Sedimen Entfärbungsgrad in kg/m^ Färbereiabwasser bildung tationsge schwindigkeit cm/min des behandelten Färbereiabwassers in %

Nr. 2.1

Zusatz von Fäkalabwasser im Verhältnis 2:1 Reaktionszeit 3 Minuten 60 ja 0,6 91 6 Minuten 60 ja 0,7 99 -4-

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Tabelle 2 (Fortsetzung)

Versuch Kalkmenge Flocken Sedimen Entfärbungsgrad in kg/m^ Färbereiabwasser bildung tationsge schwindigkeit cm/min des behandelten Fäibereiabwassers in %

Nr. 2.2

Zusatz von Eisen(II)-Lösung im Verhältnis 1:2 (6,8 kg Eisen/m Lösung)

Reaktionszeit 3 Minuten 60 ja 0,03 25 6 Minuten 60 ja 0,09 41

Beispiel 3

Da in der Praxis in einer Färberei sehr unterschiedliche Abwässer anfallen, die sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung der Farben und der Konzentrationen der Inhaltstoffe stark unterscheiden können, wurde im vorliegenden Beispiel ein Gemisch aus verschiedenen Färbeabwässem hergestellt, um die realen Verhältnisse in einem Industriebetrieb nachzuvollziehen. Die originalen Farbabwässer wurden so miteinander vermischt, daß sie in einer Verdünnung von 1: 5 im Gemisch Vorlagen.

Farbstoffgemisch: 20 % Reaktivfarbstoff, pH 11,6 20 % Säurefarbstoff I, pH 8,1 20 % Dispersionsfarbstoff, pH 8,5 20 % SäurefarbstofF Π, pH 5,0 20 % Metallkomplexfarbstoff, pH 3,9 pH-Wert des Gemisches: 9,7

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengestellt.

Tabelle 3

Ausfällung eines Farbstoffgemisches mit Kalk und Fäkalwasser

Verhältnis Färbereiabwasser zu Fäkelabwasser bzw. Eisen(II)-Lösung: 1:2

Reaktionstemperatun 75 °C

Reaktionszeiten: 1 und 10 Minuten pH-Wert des Reaktionsgemisches: 12,0 bis 12,9

Kalksorte: Dolomitischer Kalk

Farbgrad des unbehandelten Färbeieiabwassers = 100 %

Sedimentations geschwindigkeit cm/min

Entfarbungsgrad des unbehandelten Färbeieiabwassers in %

Versuch Kalkmenge Reaktionszeit Fällungsmittel Flockenin kg/m^ in Minuten bildung Färbereiabwasser

Nr. 3.1 1,8 1,0 Fäkalabwasser ja 0,08 82

Nr. 3.2 1,8 10,0 Fäkalabwasser ja 0,08 91 -5-

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Tabelle 3 (Fortsetzung)

Versuch Kalkmenge Reaktionszeit Fällungsmittel Flocken- Sedimentations- Entfärbungsgrad inkg/m^ in Minuten bildung geschwindigkeit des unbehandelten Färbereiab- cm/min Färbereiabwassers wasser in % Nr. 3.3 18,0 1,0 Fäkalabwasser ja 0,3 92 Nr. 3.4 18,0 10,0 Fäkalabwasser ja 0,4 96 Nr. 3.5 40,0 1,0 Fäkalabwasser ja 0,6 96 Nr. 3.6 40,0 10,0 Fäkalabwasser ja 0,6 99 Nr. 3.7 40,0 1,0 reines Wasser ja 0,2 71 Nr. 3.8 40,0 10,0 reines Wasser ja 0,2 84 Nr. 3.9 80,0 1,0 Fäkalabwasser ja 0,8 99 Nr. 3.10 80,0 10,0 Fäkalabwasser ja 0,9 99

Beispiel 4

Mit dem im Beispiel 3 angeführten Farbgemisch wurde die Wirkung von unterschiedlichen Fällungsmitteln untersucht. Auch wurde der Einfluß auf die Ausfüllung von Schwermetallen aus dem Abwasser durch Zusatz von Kalk und Zeolithen aufgezeigt.

Farbstoffgemisch: 20 % Reaktivfarbstoff, pH 11,6 20 % Säurefarbstoff I, pH 8,1 20 % Dispersionsfarbstoff, pH 8,5 20 % Säurefarbstoff II, pH 5,0 20 % Metallkomplexfarbstoff, pH 3,9 pH-Wert des Gemisches: 9,7

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 zusammengefaßt.

Tabelle 4

Ausfüllung eines Farbstoffgemisches mit Kalk und Zeolith einerseits und Fäkalabwasser oder organisch-synthetischen Polymeren andererseits

Reaktionstemperatur. 22 °C

Reaktionszeiten: 5 Minuten pH-Wert des Reaktionsgemisches: 12,0 bis 12,9

Kalksorte: Kalk mit 92 % CaO

Farbgrad des unbehandelten Färbereiabwassers = 100 % -6-

Claims

AT 394 356 B Tabelle 4 (Fortsetzung! Versuch Kalkmenge in kg/m^ Fäibereiab- wasser Fällungsmittel Verhältnis Faibwasser zu Fällungsmittel Sedimenta tionsge schwindigkeit cm/min Entfärbungs- grad d. unbehandelten Färbereiabwassers in % Ausfällungsgrad für Cadmium Nr. 4.1 10 Fäkalabwasser 1:2 0,1 87 92 Nr. 4.2 10 Fäkalabwasser 1:10 0,1 85 91 Nr. 4.3 10 Methylcellulose 1:2 0,07 56 81 0,l%ig Nr. 4.4 10 Hydroxyethyl- 1:2 0,08 63 83 cellulose 0,l%ig PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Klären von Abwässern durch Fällungsreaktion unter Anwendung von Kalk, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser mit Kalk in einer Menge von mindestens 0,1 kg/m^ Abwasser vermischt wird, eine Reaktionszeit von mindestens 0,1 sec abgewartet wird und anschließend organische Substanzen beinhaltende Wässer, insbesondere Fäkalabwässer, zugesetzt werden und dadurch eine Flockenbildung und Ausfällung der Inhaltsstoffe des Abwasser herbeigeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herbeiführung der Flockungsreaktion kommunale oder industrielle Abwässer aber auch sonstige in Wasser gelöste oder aufgeschlämmte organische Substanzen oder pulverförmige Stoffe verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung der organischen Substanzen mit organischen Substanzen belastete Abwässer, insbesondere Fäkalabwässer, eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu klärende Abwasser nach Vermischen mit dem Kalk mit der doppelten Menge Fäkalabwasser, bezogen auf das zu klärende Abwasser, versetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus zu klärendem Abwasser und Kalk während einer Reaktionszeit von 0,1 bis 30 min gerührt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu klärenden Abwasser 0,1 bis 100 kg Kalk pro nP Abwasser zugesetzt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es stationär in einem Reaktionsgefäß oder kontinuierlich in einem Fließverfahren durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit anorganischen Salzen, insbesondere Phosphaten, organischen Phosphaten, Farben, Schwermetallen und/oder organischen Stoffen, insbesondere Fäkalien, belastete Abwässer geklärt werden. -7-