<Desc/Clms Page number 1>
Kommunale Abwässer enthalten stets erhebliche Mengen an Phosphaten, die sowohl aus biologischen als auch aus synthetischen Quellen (z. B Wasch- und Reinigungsmitteln) stammen.
Wegen der eutrophierenden Wirkung von Phosphaten wird seit langem die zulässige Phosphatkonzentration im Ablauf von Kläranlagen begrenzt.
Der Grossteil des im Abwasser vorliegenden Phosphatgehalts kann beispielsweise durch Calciumphosphatfällung abgetrennt werden. Hierbei werden in einer Vorfällstufe vor dem Vorklärbecken mit einem Kalkprodukt wie Kalkmilch Calciumphosphate ausgefällt Bei dieser herkömmlichen Verfahrensweise fallen entsprechend ungünstig grosse Schlammengen im Vorklärbecken an. Die Phosphat-Restkonzentration im Ablauf des Vorklärbeckens beträgt ferner bei den angewandten pH-Werten von etwa 9 + 0,5 ungünstigerweise noch etwa 3 bis 5 mg P/l
Die Rahmenabwasserverwaltungsvorschrift vom 1.1.1990 schreibt für kommunale Kläranlagen ab 20000 EGW einen Gesamt- P-Gehalt < 2 mg/l und für Grosskläranlagen über 100000 EGW einen Gesamt- P-Gehalt < 1 mg/l im Ablauf der Kläranlagen vor.
Der Grenzwert von 1 mg P/1 kann nach dem Stand der Technik durch sog Simultanfallung mit sauren Aluminium- oder Eisensalzen eingehalten werden. Unter Simultanfällung wird dabei die Ausfällung von Aluminium bzw. Eisenphosphaten durch Zugabe des Fällungsmittels in den Zulauf zum Belebungsbecken, in das Belebungsbecken, in seinen Ablauf oder in den sog Rücklaufschlamm verstanden, da die Fällung simultan mit dem Abbau der organischen Substanzen in der biologischen Reinigungsstufe erfolgt.
Da beim Belebtschlammverfahren ein Teil der ausgefällten Aluminium- bzw. Eisenphosphate an den feinen Schlammflocken adsorbiert wird, müssen oft nach dem Nachklärbecken zusätzliche Massnahmen zu ihrer Abscheidung, z. B. durch Flockenfiltration oder Filtration mit Sandfiltern, herangezogen werden, um den Grenzwert sicher einzuhalten.
Da bei der oben erläuterten Simultanfällung praktisch der gesamte Phosphatgehalt des Abwassers, in Form von Aluminium- bzw. Eisenphosphaten abgetrennt wird, bringt diese Verfahrensweise nicht nur einen entsprechend hohen Verbrauch an Aluminium- bzw Eisensalzen, sondern auch eine entsprechende Belastung des Ablaufwassers mit sehr unerwünschten Anionen, wie Chlorid und Sulfat, mit sich.
Bekannt ist ferner die sog. Kombinationsfällung, bei der die oben erwähnte Vorfällung von Calciumphosphaten in einer Vorfällstufe und eine Restphosphatabtrennung in einer Simultanfällung mit Aluminium- bzw. Eisensalzen vorgenommen werden. Durch diese Kombinationsfällung können zwar Phosphat-Restkonzentrationen < 1 mg pA, wiederum in Verbindung mit den genannten Flockenabscheidungsmassnahmen, eingehalten werden, jedoch ist hierbei wiederum nachteilig, dass unerwünschte Anionen, wie Chlorid und Sulfat, in das Ablaufwasser eingeführt werden und im übrigen zwei separate Dosierstationen, für Kalkprodukt bzw. Kalkmilch sowie für die Aluminium- bzw Eisenverbindung, mit entsprechenden Einmischeinrichtungen sowie Steuereinrichtungen erforderlich sind.
Die Kalkprodukte werden in der Regel in Form von Kalkmilch eingebracht, die pH- gesteuert dosiert wird. Die Al- bzw. Fe- Verbindung wird dagegen proportional zur Abwassermenge und/oder nach einer vorab ermittelten sog. Phosphat-Wochenganglinie dosiert. Daraus ergibt sich zwangsläufig eine Überdosierung des zur Restphosphatabtrennung eingesetzten Metallsalzes.
Durch Kalk-Simultanfällung kann bei pH-Werten von etwa 8,7 bis 9,3 nur der Grenzwert von 2
EMI1.1
Kalksimultanfällung nicht eingehalten werden. In der Regel wird dieser Grenzwert nicht einmal erreicht. Dies ist der Grund dafür, dass die Phosphatfällung bei grossen Kläranlagen mit mehr als 100000 EGW zur Einhaltung eines Grenzwertes von < 1 mg P/1 derzeit ausschliesslich mit Eisen - oder Aluminiumsalzen erfolgt.
EMI1.2
erforderlich.
Die sauren aluminium- bzw. eisenhaltigen Fällungsmittel enthalten ca. 5 bis 20 % Fe bzw. AI pro Liter. Damit beträgt die Dosiermenge für eine simultane Phosphatfällung je nach Produkt 40 bis 160 mg Metallsalz/l Abwasser. Bei den für die Phosphatfällung verwendeten Metallsalzen handelt es sich in der Regel um technische Rückstandsprodukte. Bei Verwendung dieser Produkte ergeben sich zusammengefasst folgende Nachteile:
EMI1.3
z. B. Chlorid und/ oder Sulfat, in das Abwasser und damit auch in den Vorfluter eingebracht.
2. Die verwendeten Metallsalze können beträchtliche Schwermetallkonzentrationen enthalten, welche grösstenteils in den Schlamm gelangen, teilweise im Abwasser verbleiben und so
<Desc/Clms Page number 2>
in den Vorfluter gelangen, so dass sowohl der resultierende Klärschlamm als auch das Ablaufwasser kontaminiert werden.
3 Saure Metallsalze können den pH-Wert des Abwassers senken und vermindern insbesondere die Pufferkapazität des Abwassers Dies wirkt sich negativ auf die Stick- stoffelimination in der/den biologischen Stufen des Klärprozesses aus und kann in Weichwassergebieten mit geringen Kalkgehalten im Wasser beträchtliche Schädigungen des Belebtschlammes und damit eine erhebliche Verringerung der biologischen Reinigungsleistung nach sich ziehen, die wiederum durch Kalkzugabe vermieden werden müssen.
4 Die sichere Einhaltung eines Grenzwertes von < 1 mg P/l erfordert in der Regel aufwendige, teure, zusätzliche Massnahmen zur Abscheidung feinster Flocken
5 Bei der Simultanfällung mit Eisen- und Aluminiumsalzen können im Ablauf der Kläranlagen Konzentrationen an Fe bzw. AI deutlich über 3 mg/l auftreten.
6 Bei pH-Werten um den Neutralpunkt, bei Fällung mit Metallsalzen und bei geringen Sauerstoffkonzentrationen bzw anaeroben Verhältnissen im Nachklärbecken gehen gefällte Metallphosphate teilweise wieder in Lösung und erhöhen so den End-Phosphatgehalt im Ablaufwasser.
7. Gefällte Metallphosphate sind bekanntlich nur sehr schlecht pflanzenverfügbar und bei landwirtschaftlicher Klärschlammverwertung daher praktisch nicht nährstoffrelevant.
Es wäre daher wünschenswert und wirtschaftlich, anlagentechnisch und ökologisch sinnvoll, über ein Verfahren zur Phosphatfällung zu verfügen, das die genannten Nachteile vermeidet
Durch Zudosierung von Kalkprodukten, etwa in Form von Kalkmilch, ist dies bei pH-Werten von 8,7 bis 9,3 bei Simultanfällung nicht möglich. Erst bei pH-Werten um 10 können Phosphat- Restkonzentrationen < 1 mg P/l eingehalten werden. Die Kalkdosierung auf so hohe pH-Werte ist in der Praxis jedoch nicht möglich oder hat zumindest erhebliche Nachteile:
1 Im Nachklärbecken sinkt der pH-Wert nur geringfügig um 0,1 bis 0,3 pH- Einheiten ab.
Abwasser darf, regional etwas unterschiedlich, nur mit pH-Werten von maximal 8,8 bis 9,0 in einen Vorfluter abgeleitet werden.
2. Wird die Kalkfällung bei hohen pH-Werten durchgeführt, so wird das Abwasser enthärtet, und es können erhebliche Mengen zusätzlicher Schlamm entstehen.
3. Die Kalkdosierung auf hohe pH-Werte kann zu Störungen im Kläranlagenbetrieb durch Anbackungen von Calciumcarbonat und Portlandit führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abtrennung von Phosphaten aus Abwässern, insbesondere kommunalen Abwässern, anzugeben, das möglichst viele der vorgenannten Nachteile vermeidet.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäss gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindungskonzeption.
Der Erfindung liegt die überraschende Feststeilung zugrunde, dass durch einstufige Phosphatfällung mit einem Fällungsmittelgemisch, das aus einem Kalkprodukt und einer Aluminiumverbindung und/oder einer Eisenverbindung besteht oder diese Substanzen als wesentliche Komponenten, etwa neben Hilfsstoffen, wie z. B. Flockungshilfsmitteln, enthält, bei pH- Werten im Bereich von etwa 8,5 bis etwa 9,5 eine höchst effiziente Phosphatfällung erzielt werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Abtrennung von Phosphaten aus Abwässern beruht auf der Simultanfällung von Phosphaten durch Zugabe eines Kalkprodukts als Fällungsmittel und Ausfällung von Calciumphosphaten sowie Zugabe einer Aluminiumverbindung oder einer Eisenverbindung und Ausfällung des restlichen Phosphats in Form von Aluminium oder Eisenphosphaten bei einem pH-Wert im alkalischen Bereich ;
es ist dadurch gekennzeichnet, dass - das Kalkprodukt und die Aluminiumverbindung und/oder die Eisenverbindung - in Form eines Gemisches - in den Ablauf einer biologischen Reinigungsstufe und/ oder in den Rücklaufschlamm dosiert werden und - die Fällung bei einem pH-Wert von 9 + 0,5 durchgeführt wird
Das Verfahren wird vorteilhaft so durchgeführt, dass der pH-Wert bei der Phosphatfällung durch pH- gesteuerte Zudosierung des Fällungsmittelgemisches während der gesamten Dauer der Fällungsreaktion im Bereich von 9+0,5 konstantgehalten wird.
Es ist femer vorteilhaft, die Fällung unter kurzer, aber intensiver Vermischung von Abwasser und Fällungsmittel vorzunehmen.
<Desc/Clms Page number 3>
Es hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, dass, unabhängig von der Phosphat- Zulaufkonzentration, die Hauptmenge des Phosphats durch die in der entsprechenden Menge zudosierte Kalkkomponente und die mit Kalk im genannten pH- Bereich nicht mehr fällbare Phosphat-Restkonzentration durch eine geringe Menge der Aluminium- oder Eisenkomponente ge- fällt werden können. Es ist überraschend, dass bei einem pH-Wert von 8,5 bis 9,5 eine ausreichende Menge an Aluminium bzw Eisen zur Fällung des restlichen Phosphats in einer Konzentration von etwa 1 bis 2 mg P/l verfügbar ist, die zum Teil aus dem Belebtschlamm wieder zur Verfügung gestellt wird. Aufgrund des aus der Literatur bekannten Fällungs- pH-Wertes müssten Eisen und Aluminium im pH- Bereich von 8,5 bis 9,5 bereits vollständig gefällt und damit nicht mehr verfügbar sein.
Beim erfindungsgemässen Verfahren, das eine Simultanfällung im eigentlichen Sinne darstellt, entstehen die Fällungsprodukte (Calciumphosphate, Aluminium- bzw. Eisenphosphate) nicht getrennt, wie bei herkömmlichen Verfahren, sondern simultan in einem einzigen Fällungsschritt, wodurch die Fällungseffizienz unerwarteterweise erhöht wird. Vorteilhaft ist nicht nur, dass im Prinzip nur eine einzige Dosiereinrichtung und nur eine einzige Einführeinrichtung gebraucht werden, sondern vor allem, dass die Verwendung von Aluminium- und/oder Eisenverbindungen möglich ist, die nicht zu einer Belastung des Ablaufwassers mit unerwünschten Anionen führen, insbesondere die Verwendung von Alkali- und/oder Erdalkalialuminaten, vorzugsweise was- serlöslichen Aluminaten, sowie von Eisencarbonat.
Beim erfindungsgemässen Verfahren werden gleichzeitig die Pufferkapazität des Abwassers erhöht und die Nitrifikation durch günstige Milieubedingungen bei pH 8,5 bis 9,5 gefördert Dadurch kann das Verfahren ohne zusätzliche Massnahmen auch in Weichwassergebieten eingesetzt werden.
Das Fällungsmittelgemisch wird vorzugsweise als etwa 3-bis 10- %ige wässerige Suspension dosiert, unabhängig davon, ob sie bereits als Suspension oder als Feststoff angeliefert wird, der vor Ort zu einer Suspension aufbereitet wird. Die handelsübliche Kalkmilch, die eine Konzentration von etwa 20 bis 40 Masse- % aufweist, wird entsprechend mit Wasser verdünnt. Der Zusatz der übrigen Komponenten kann vor, während oder nach dem Verdünnen erfolgen. Besonders vorteilhaft ist, dass für die Dosierung nur eine einzige Dosieranlage erforderlich ist, die pH- gesteuert bzw pH- geregelt betrieben werden kann, da mit dem pH-Wert eine einfache, genaue Regelgrösse zur Verfügung steht.
Das Fällungsmittelgemisch kann erfindungsgemäss auch in Form eines trockenen Gemisches in die Abwasserreinigungsanlage eindosiert werden. Entsprechende, über den pH- Wert steuerbare Dosiereinrichtungen sind dem Fachmann ebenso geläufig wie Dosiereinrichtungen für Flüssigkeiten bzw. Suspensionen.
Das eingesetzte Fällungsmittelgemisch weist vorzugsweise einen Gehalt an AI oder Fe von 0,2 bis 5 Masse- % und noch bevorzugter von 0,3 bis 1,5 Masse- % auf, bezogen auf die Trockenmasse des Fällungsmittelgemisches
Es ist im Rahmen der Erfindung ferner vorteilhaft, die Phosphatfällung mit dem Kombinationsreagens in einem Reaktor mit intensiver Vermischung vorzunehmen, insbesondere einem Rührreaktor mit einer oder zwei Tauchwänden, bei denen ein reaktionskinetischer Kaskadeneffekt erzielt werden kann. Der Einsatz einer sog volldurchmischten Fällungskaskade ist entsprechend bevorzugt. Die Verweilzeit in der Fällungsstufe beträgt dabei vorzugsweise etwa 30 bis 180 s.
Da die Hauptmenge des Phosphats beim Verfahren gemäss der Erfindung durch die Kalkkomponente als Calciumphosphat ausgefällt wird, ist es nun erforderlich, die Menge der zudosierten Kalkkomponente dem Calciumgehalt des jeweiligen Abwassers anzupassen, also der Wasserhärte, was in einem einfachen Vorversuch erfolgen kann. Bei weichem Wasser ist entsprechend ein etwas höherer Kalkeinsatz erforderlich
Da unter den erfindungsgemässen Verfahrensbedingungen eine nur sehr geringe Phosphat- Restkonzentration von 1 bis 2 mg P/l in nicht mit Kalk gefälltem Zustand verbleiben würde, wird der AI- bzw Fe-Gehalt des Fällungsmittelgemisches, dessen Kalk-Dosiermenge, wie oben erwähnt, an die
Wasserhärte angepasst wird, auf eine Phosphat-Restkonzentration von 1 bis 2 mg P/l berechnet.
Demzufolge bleibt, nach einmaliger Einstellung der Dosiermenge des Fällungs- mittelgemisches und seines AI- bzw. Fe-Gehalts, die zugesetzte Al- bzw. Fe-Menge pro Volumeneinheit Abwasser im Trockenwetterbetrieb immer etwa gleich.
<Desc/Clms Page number 4>
Eine veränderliche Phosphatfracht des Abwassers ist bei der erfindungsgemässen Verfahrensweise aufgrund der pH- gesteuerten Dosierung des Fällungsmittelgemisches und da- mit seiner Kalkkomponente ohne Einfluss auf den Phosphat-Restgehalt, der stets der unter den Fällungsbedingungen nicht mit Kalk fällbaren Phosphatmenge von etwa I bis 2 mg P/l entspricht.
Damit ist eine verfahrensmässige Berücksichtigung unterschiedlicher Phosphatfrachten beim vorliegenden Verfahren nicht erforderlich.
Die Definition, dass das Kalkprodukt und die Aluminiumverbindung und/oder die Eisenverbindung "in Form eines Gemisches" dosiert werden, soll in erster Linie zum Ausdruck bringen, dass das Gemisch der Komponenten bereits vor dem Eintrag in das Abwasserreinigungssystem vorliegt, da sich in diesem Fall eine besonders einfache Dosierung mit nur einer Dosiereinrichtung ergibt. Die obige Definition soll jedoch auch den Fall mit einschliessen, dass die Komponenten des Fällungsmittels am gleichen Ort, d h. an der gleichen Zugabestelle, unabhängig in vorgegebenem Mischungsverhältnis in trockener oder flüssiger Form (Suspension) zudosiert werden, so dass das Fällungsmittelgemisch gewissermassen erst am Mischort vorliegt
Mit dem erfindungsgemässen Phosphatfällungsverfahren lassen sich extrem niedrige P- Restkonzentrationen erzielen So konnten in Versuchen über Stunden bzw.
Tage hinweg im Ablauf der Nachklärung Phosphat-Restkonzentrationen von 0,1 bis 0,3 mg Gesamt- P/l eingehalten werden. Ein weiterer wichtiger Vorteil des Verfahrens ist, dass nach Abschaltung der Fällungsmitteldosierung kein mehr oder weniger sprunghaftes Ansteigen der Phosphatkonzentration zu beobachten ist, da über den Rücklaufschlamm eine so grosse Fällungs- mittelmenge in gebundener Form rückgeführt wird, dass über längere Zeit der Grenzwert von < 1 mg P/l auch ohne Fällung eingehalten werden kann.
In einer Versuchskläranlage wurde festgestellt, dass. nach Abschalten der
EMI4.1
möglich war, wobei dann erst 0,7 mg Gesamt- P/l im Ablauf der Nachklärung gemessen wurden.
Störungen bei der Dosieranlage oder etwa in Abständen erforderliche Wartungsarbeiten, die ein Abschalten der Fällungsmitteldosierung erfordern, sind daher völlig unproblematisch, da die Abwasserreinigung nicht unterbrochen wird und auch ohne Fällungsmitteldosierung der Grenzwert
EMI4.2
Aufgrund dieses Umstands ist es prinzipiell möglich, das erfindungsgemässe Verfahren bei entsprechender Überwachung der Phosphat-Restkonzentration intermittierend zu betreiben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren 1 und 2 näher erläutert.
In Fig. 1 ist eine Abwasserreinigungsanlage dargestellt, mit der das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann.
Die in Fig. 1 dargestellte Versuchsanlage weist einen 300 1-Vorratsbehälter auf, aus welchem vorgeklärtes Abwasser mit Hilfe einer Schlauchpumpe in ein Belebungsbecken 1 dosiert wird. Das Belebungsbecken 1 hat ein Nutzvolumen von 70 I und ist in drei Kaskadenstufen 1a, 1b, 1c unterteilt Ober drei Belüftungskerzen 2a, 2b, 2c, welche aus einem Kompressor 3 mit Druckluft versorgt werden, wird der für den biologischen Abbau erforderliche Sauerstoff eingebracht
Der Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken 1 bzw. in den Kaskadenstufen 1a, 1b, 1c ist durch Ventile 3a, 3b, 3c regelbar Zwischen dem Belebungsbecken 1 und einem Nachklärbecken 5 ist eine Mischkaskade 4 mit Rührwerk M und einem Nutzvolumen von 400 ml angeordnet.
Die Verweilzeit in der Mischkaskade 4 beträgt je nach Versuch 30 bis 180 s. Die Mischkaskade 4 dient zur homogenen Vermischung des Abwassers mit dem Fällungsmittelgemisch (Kalkprodukt + AI- Komponente), das aus einem Fällungsmittelbehälter 6, der mit einem Rührwerk M ausgerü- stet ist, über eine Dosierpumpe 7 in die Mischkaskade 4 pH- gesteuert bzw. pH- geregelt (PH/MVICA) eindosiert wird.
Die pH- Elektrode in der Mischkaskade 4 steuert entsprechend die Dosierpumpe 7. Das Nachklärbecken 5 weist je nach Versuch ein Nutzvolumen von 90 bzw. 40 1 auf. Im Ablauf des Nachklärbeckens 5 wird ebenso wie in der Mischkaskade 4 der pH-Wert überwacht (PHIRA) und mit einem Schreiber aufgezeichnet.
Es ist auch möglich, die pH- Elektrode im Ablauf des Nachklärbeckens 5 zur zusätzlichen Steuerung oder Regelung der Fällungsmittelzugabe in der Mischkaskade 4 zu verwenden, um so beispielsweise bei Erreichen eines bestimmten vorgegebenen maximalen Grenz- pH-Wertes im Nachklärbecken 5 die Fällungsmitteldosierung in die Mischkaskade 4 zu verringern oder zu
<Desc/Clms Page number 5>
sperren Diese Möglichkeit ist in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie zwischen den beiden pH- Regeleinrichtungen angedeutet.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Abwasserreinigungsanlage kann aus dem Ablauf des Nachklärbeckens 5 über eine Pumpe 8, im vorliegenden Fall eine Schlauchpumpe, Rücklauf- schlamm in den Zulauf zum Belebungsbecken 1 zurückgeführt werden. Bei allen Versuchen wurde ein Rücklauf Verhältnis von etwa 1:1 eingestellt, das praxisüblich ist.
Bei den Versuchen wurde das Belebungsbecken 1 mit Belebtschlamm aus zwei verschiedenen kommunalen Kläranlagen betrieben. Der Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken 1 wurde je nach Versuch auf 1,8 bis 3 mg O2/l eingestellt. Der Sauerstoffgehalt war in allen Fällen ausreichend für einen weitgehenden biologischen Abbau
Als Fällungsmittel wurde Kalkmilch mit zugesetzter Aluminium- bzw. Eisenverbindung verwendet.
Die Versuchsanlage wurde mit konstanten Zulaufmengen von 8,10 und 20 l/h beschickt, die Rücklaufschlammenge war jeweils genauso hoch wie die Zulaufmenge. Die zu erwartende Oberschussschlammenge wurde errechnet und ein- bis zweimal je 24 h aus der Rücklauf- schlammleitung ausgeschleust.
Die Versuchsanlage wurde vor den Versuchen mit Belebtschlamm und vorgeklärtem Abwasser der jeweiligen Kläranlage jeweils so lange ohne Fällung betrieben, bis sich stabile Verhältnisse eingestellt hatten.
EMI5.1
1 Die Zulaufmenge wurde zwischen 8 und 20 l/h variiert.
2. Die Verweilzeit im Belebungsbecken 1 wurde zwischen 1,75 und 4,4 h (unter Berücksichtigung des Rücklaufverhältnisses) eingestellt.
3. Die Verweilzeit im Nachklärbecken 5 lag zwischen 2,3 und 11 h.
4. Das Mischungsverhältnis Calcium zu Aluminium in der Fällungsmittelsuspension wurde variiert. In einem Versuch wurde Kalkmilch mit Eisencarbonat dosiert.
5. Das vorgeklärte Abwasser und der Belebtschlamm stammten aus einer 25000 EGW- und einer 400000 EGW- Kläranlage.
6. Durch Dosierung des Fällungsmittelgemisches wurde ein pH-Wert zwischen 8,4 und 9,4 eingestellt bzw. aufrechterhalten.
7. An insgesamt drei Versuchstagen wurde der P-Gehalt im Zulauf variiert. Durch Zugabe von Phosphorsäure wurde die P-Zulaufkonzentration auf 12,20 bzw. 26 mg P/l angehoben.
Es wurden folgende Ergebnisse erhalten-
1. Es konnten im Dauerbetrieb sehr niedrige P- Ablaufkonzentrationen < 1 mg Pli eingehalten werden. Es war sogar möglich, über mehrere Tage P-Ablaufkonzentrationen von 0,2 bis 0,3 mg Gesamt- P/l einzuhalten. Diese Phosphat-Restkonzentrationen wurden ohne nachgeschaltete Flockenfiltration bzw. sonstige dem Nachklärbecken nachgeschaltete flockenabscheidende Massnahmen erzielt.
2. Es traten keinerlei negative Beeinflussungen des Kläranlagenbetriebes auf. Vielmehr wurde die Nitrifikation positiv beeinflusst - es wurde praktisch fast der gesamte Ammoniumstickstoff zu Nitratstickstoff oxidiert. Gleiche Ergebnisse wurden mit vorgeschalteter Denitrifikation erreicht. Bei diesen Versuchen wurde die erste Kaskadenstufe 1a des Belebungsbeckens 1 zur vorgeschalteten Denitrifikation genutzt.
3. Die geringen Phosphat-Restkonzentrationen waren unabhängig davon, ob das Belebungsbecken 1 als ein Becken oder als zwei- bzw dreistufige Kaskade betrieben wurde.
4. Die erforderlichen Fällungsmittelmengen schwankten zwischen etwa 150 und 300 g trockenes Mischprodukt/m3 Abwasser. Die Gemische wurden so eingestellt, dass eine AI-Menge von 0,5 bis 8 mg Al/l Abwasser eingehalten wurde Die bevorzugten Gemische ergeben bei der
Dosierung einen AI- Gehalt von 1,0 bis 3 mg Al/l Abwasser Das entspricht bei P- Konzentrationen von 3 bis 5 mg/l im Ablauf des Belebungsbeckens 1 einem #-Wert von ca. 0,3 bis 0,9.
5. Im Ablauf der Kläranlage konnten pH-Werte von 8,5 bis 9,0 eingehalten werden. Der bevorzugte Ablauf- pH-Wert liegt bei etwa 8,8. Die Aluminium-Restkonzentration im Ablauf betrug
EMI5.2
6. In der Mischkaskade 4 erwiesen sich sehr kurze Verweilzeiten von 30 bis 180 s als völlig ausreichend.
7. Schwankende Abwassermengen und schwankende P-Zulaufkonzentrationen zeigten keinen negativen Einfluss auf das Fällungsergebnis.
<Desc/Clms Page number 6>
8. Ablaufwerte < 1 mg P/l konnten bei Pufferkapazitäten von 1,8 bis 6,2 mmolll eingehalten werden. Der Anlagenbetrieb blieb stabil.
Beispiele :
In der Tabelle sind Versuchsergebnisse zur Phosphatfällung anhand der erfindungsgemässen Fällungsversuche A - D, die unter Verwendung einer mit AI - bzw. Fe-Verbindung (Me3+) modifizierten Kalkmilch durchgeführt wurden, Ergebnissen ohne Fällung bzw. im sog. Nullversuch Ergebnissen mit Kalksimultanfällung mit Hilfe nichtmodifizierter Kalkmilch gegenübergestellt.
In den Versuchen A und B wurde die Kalkmilch mit Natriumaluminat als Aluminiumverbindung versetzt, bei Versuch C wurde als Aluminiumverbindung Aluminiumchlorid (in Form von AICI3- 6H20) verwendet. Versuch D bezieht sich auf die Verwendung von Eisencarbonat als zusätzliches Fällungsmittel (dessen Menge nicht weiter optimiert wurde).
EMI6.1
EMI6.2
<tb> ohne <SEP> Mull- <SEP> suche
<tb> Fällung <SEP> versuch <SEP> @ <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb>
EMI6.3
EMI6.4
<tb> P-ges.
<SEP> < <SEP> 1 <SEP> mg/l <SEP> in <SEP> h
<tb>
EMI6.5
<Desc/Clms Page number 7>
Die Versuche A - D zeigen, dass mit Hilfe des erfindungsgemäss eingesetzten Fällungsmittelgemisches bei eingestellten pH-Werten von 9 + 0,2 betriebssicher Phosphat - Restkonzentrationen, gemessen als P-gesamt, von weniger als 1 mg P-gesamt/l eingehalten werden können. Damit kann mit der erfindungsgemäss modifizierten Kalkfällung bei Kläranlagen > 100000 EGW der Grenzwert von 1 mg P/l garantiert werden. Die erforderliche Konzentration des Metallsalzes in 3-wertiger Form (Me3+) betrug weniger als die Hälfte der bei alleiniger Metallsalzfällung einzusetzenden Menge Dadurch wird bei Einsatz eines mit einem Aluminiumsalz gemischten Kalkproduktes (Versuch C) die eingebrachte Salzfracht gegenüber der üblichen Metallsalzfällung halbiert.
In Versuch C ist in der Tabelle der Anstieg der Cl -Konzentration im Ablauf gegenüber der Cl -Fracht des eingesetzten Abwassers angegeben.
Die in Fig. 2 dargestellten Fällungskurven zeigen, dass innerhalb von 8 bis 16 h nach Inbetriebnahme der Fällung der Grenzwert von 1 mg P/l im Ablauf unterschritten wird. Nach 16 bis 26 h haben sich stabile Verhältnisse mit Ablaufkonzentrationen von weniger als 0,5 mg P/l einge- stellt Die stabilen Fällungsbedingungen bleiben aufgrund der Schlammruckführung erstaunlicherweise 22 bis 80 h nach Abschaltung der Fällungsmitteldosierung erhalten.
Ohne Fällung wurden 3,1 mg P-gesamt im Ablauf der Kläranlage gefunden. Im Nullversuch mit alleiniger Kalksimultanfällung waren dies 1,5 mg/1 und bei den erfindungsgemässen Fällungen durchschnittlich 0,35 bis 0,43 mg P-gesamt/1
Die Fällungsschlämme zeigten sehr gutes Absetzverhalten Die Phosphat-Ablaufwerte der Tabelle wurden an unfiltrierten Proben gemessen. Das heisst, es mussten im Fällungsbetrieb keine zusätzlichen flockenabscheidenden Massnahmen durchgeführt werden. Im Fällungsbetrieb stieg der Trockensubstanzgehalt im Belebungsbecken von 3,3 auf bis zu 5,9 g/l an. Damit ging eine
EMI7.1
besserte sich von 110 auf 42 bis 63 ml/g.
EMI7.2
erforderliche höhere Dosiermittelmenge wurde automatisch durch die pH- gesteuerte Dosierung nachgeregelt.
Bei allen Versuchen wurden im Ablauf Aluminium- bzw. Eisen-Restkonzentrationen < 2 mg/l eingehalten.
Messungen der Calciumionen- Konzentration zeigten, dass ein Grossteil der dosierten Calciummenge die Anlage in Form von Calciumhydrogencarbonat wieder verlässt, was einer hohen Pufferkapazität entspricht. Bei Calciumkonzentrationen von 90 bis 115 mg/l im Normalbetrieb der Belebungsanlage wurden im Fällungsbetrieb Calciumkonzentrationen von 134 bis 164 mg/l im Ablauf der Anlage festgestellt.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat folgende Vorteile:
1. Fällung des Phosphat-Restgehaltes bei kommunalen Kläranlagen auf Phosphor- Restkonzentrationen < 1 mg P-gesamtll.
2. Stabiler Kläranlagenbetrieb unter Erhöhung des Trockensubstanzgehalts im Belebungsbecken und Senkung des
Schlammindexes. Dadurch ausgezeichnete Sedimentationseigenschaften des Schlammes im Nachklärbecken.
3. Bei den bevorzugten Ausführungsformen werden keine zusätzlichen Anionen in Form von Chlorid, Sulfat oder Nitrat in das System eingebracht.
4. Da nur geringe Mengen an Me3+ -Salzen eingesetzt werden, wird der Eintrag von Schwermetallionen verringert.
5. Durch die Kalkkomponente wird gleichzeitig die Pufferkapazität des Abwassers durch Hydrogencarbonatbildung um 2 bis 5 mmol/l angehoben. Das Fällungsverfahren kann daher besonders in Weichwassergebieten eingesetzt werden.
6 Zur Anwendung des Fällungsverfahrens sind nur eine einzige Dosieranlage und eine einfach handzuhabende pH- Steuerung erforderlich.
7. Durch die erfindungsgemässe Verfahrensweise wird die bisher übliche Überdosierung von Metall- 111-tonen minimiert.
8. Der grösste Teil des im Abwasser enthaltenen Phosphates wird als gut pflanzenverfügbares Calciumphosphat gefällt. Damit sind die Schlämme in der Landwirtschaft verwertbar, wobei sowohl das Phosphat als auch das Calcium düngewirksam sind.
9 Der Betrieb der Kläranlage und der Betrieb der Phosphatfällungsanlage werden durch den erfindungsgemässen Einsatz des Fällungsmittelgemisches stabilisiert. Dies zeigt sich unter anderem an der Schlammtrockensubstanzmenge im Belebungsbecken, am Schlammindex und
<Desc/Clms Page number 8>
an der Tatsache, dass nach Abschalten der Fällungsanlage über einen Zeitraum von 1 bis 3 Tagen die Phosphat-Ablaufkonzentration im Nachklärbecken nicht überschritten wird.
Patentansprüche:
1. Verfahren zur Abtrennung von Phosphaten aus Abwässern durch Simultanfällung unter
Zugabe eines Kalkprodukts als Fällungsmittel und Ausfällung von Calciumphosphaten sowie Zugabe einer Aluminiumverbindung oder einer Eisenverbindung und Ausfällung des restlichen Phosphats in Form von Aluminium- oder Eisenphosphaten bei einem pH-
Wert im alkalischen Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass - das Kalkprodukt und die Aluminiumverbindung und/oder die Eisenverbindung - in Form eines Gemisches - in den Ablauf einer biologischen Reinigungsstufe und/oder in den Rücklaufschlamm dosiert werden und - die Fällung bei einem pH-Wert von 9 + 0, 5 durchgeführt wird.