AT410314B - Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von organisch belasteten abwässern - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von organisch belasteten Abwässern, bei dem ein wiederverwendbarer Brauchwasserstrom und ein Abwasserstrom erzeugt wird, der zur umweltgerechten Einleitung in Kläranlagen und Vorfluter geeignet ist, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. 



   Das Verfahren und die Vorrichtung sind verwendbar zur Aufbereitung von Abwässern, die in grossen Mengen anfallen und eine hohe organische Belastung aufweisen, insbesondere zur Aufbe- reitung betrieblicher Abwässer in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. 



   Die Lebensmittel- und speziell die Getränkeindustrie benötigen grosse Mengen von Wasser zur Herstellung ihrer Produkte. An dieses Wasser werden bezüglich der Hygiene Anforderungen gestellt, wie sie in vielen anderen Industriezweigen nicht bestehen. Deshalb wird in Lebensmittel- betneben fast ausschliesslich Trinkwasser benutzt, meist auch vom Gesetzgeber gefordert. Obwohl es nun zum Stand der Technik gehört - und auch vom Wasserhaushaltsgesetz gefordert wird - Wasser einzusparen und wiederzuverwenden wo immer das möglich ist, verlässt der grösste Teil dieses Trinkwassers den Betrieb als Abwasser, nur ein kleiner Teil in Form des Produktes. 



   Nach der EP 0 561 458 B1 ist ein Verfahren zur Reinigung von Wasser, insbesondere aus der Landwirtschaft, bekannt, wobei eine Sauerstoff/Ozon-Gasmischung unter hohem Druck in in das zu reinigende Wasser eingeführt wird, dieses mit Sauerstoff und Ozon angereicherte Wasser durch mindestens einen Reaktor geleitet und das Wasser aus dem Reaktor einer Membranfiltereinheit mit einer Membran mit einem Ausschlusswert   von:;; 100   Dalton zugeführt wird. Zur besseren Oxida- tion der organischen Bestandteile wird in einem zusätzlichen Reaktor Wasserstoffperoxid in Anwe- senheit von Aktivkohle als Katalysator verwendet.

   Obwohl nach diesem Verfahren ein wiederver- wendbares Brauchwasser nach der Membranfiltration erzeugt werden kann, hat es den Nachteil, dass die Oxidation unter hohem Druck und zur vollstandigen Oxidation der organischen Bestandtei- le des Abwassers eine zusätzliche katalytische Reaktion in einem weiteren Reaktor durchzuführen ist. Zur Überführung der organischen Bestandteile in biologisch abbaubare Produkte ist auch eine durch   Eisen(11)salze   katalysierte Reaktion mit Wasserstoffperoxid ( H2 O2 ) bekannt (Solvay Interox GmbH, Abwasserreinigung mit Fenton's Reagenz (Wasserstoffperoxid/Eisensalz), Technische Information FA 1 4. 33].

   Der Vorteil bei der Anwendung dieser Methode in Lebensmittel- oder Getränkebetrieben besteht darin, dass das erhaltene Wasser direkt in Kläranlagen oder Vorfluter eingeleitet werden kann, sie hat aber die Nachteile, dass grosse Abwasserströme schlecht zu bewal- tigen sind und dass hierbei zunächst kein wiederverwendbares Brauchwasser anfällt. Versucht man nämlich nach der katalytischen Oxidation mit Fenton's Reagenz Brauchwasser durch eine an- schliessende Membranfiltration durchzuführen, führt das durch eine rasche Verblockung der Mem- bran, die offensichtlich durch den Eisenkatalysator hervorgerufen wird, zum Misserfolg. 



   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren zur Aufbereitung grosser Men- gen von Abwässern, insbesondere aus der Lebensmittel- und Getränkeindustrie aufzufinden, bei dem ein möglichst grosser Teilstrom als betrieblich wiederverwendbares Brauchwasser anfällt und ein zweiter Teilstrom soweit aufbereitet wird, dass er direkt in Kläranlagen oder Vorfluter eingeleitet werden kann sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen. 



   Die Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, nach dem grosse Mengen von organisch bela- steten Abwässern durch kombinierte Behandlung mittels Crossflow-Membranfiltration und katalyti- scher Oxidation mit Wasserstoffperoxid aufbereitet werden, wobei zunächst die Abwässer mittels Ultrafiltration und Umkehrosmosefiltration in einen Brauchwasserstrom und in einen intermediären Abwasserstrom aufgetrennt werden, der eine höhere Belastung an organischen Stoffen aufweist als die ursprünglichen Abwässer.

   Anschliessend wird der intermediäre Abwasserstrom einer kataly- tischen Oxidation mittels aus Wasserstoffperoxid und   Eisen(11)Salzen   bestehendem Fenton's Reagenz unterworfen, wobei ein Abwasserstrom mit einer verminderten organischen, biologisch abbaubaren Belastung erzeugt wird, der nach Abtrennung des Eisens umweltgerecht in ein Klär- werk oder einen Vorfluter eingeleitet wird. Für den Fall, dass die organisch belasteten Abwässer lediglich eine geringe Salzfracht aufweisen, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- dung die Umkehrosmosefiltration durch eine Nanofiltration ersetzt, die bei geringeren Drücken betrieben wird. 



   Dadurch, dass zuerst die Membranfiltration durchgeführt wird, können grosse Mengen an Ab- wässern aufbereitet werden, weil der dabei gewonnene Brauchwasserstrom die Menge an durch katalytische Oxidation zu behandelndem Abwasser entsprechend reduziert. Ein Verblocken der 

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 Membranen durch den Katalysator ist ausgeschlossen. Die in dem intermediären Abwasserstrom enthaltenen organischen Stoffe werden nicht vollständig zu Kohlendioxid, sondern lediglich zu biologisch abbaubaren Stoffen umgewandelt.

   Damit kann das Verfahren durch entsprechende Reaktionsführung, beispielsweise über die Menge an Wasserstoffperoxid oder den Anteil an Brauchwasser, technisch flexibel und wirtschaftlich so gesteuert werden, dass die durch die Um- weltgesetzgebung oder Einleitungsvorschriften festgelegten Grenzwerte an organischer Abwasser- belastung gerade erreicht oder unterschritten werden. 



   Erfindungsgemäss wird der Brauchwasserstrom aus dem Permeat einer Umkehrosmosefiltrati- on gewonnen, welcher mindestens ein Teil des Permeats einer vorgelagerten Ultrafiltration zuge- führt wurde. Erforderlichenfalls kann das Brauchwasser nachbehandelt werden, zum Beispiel durch UV-Bestrahlung oder Chlorung. Aus den Konzentratströmen oder Teilen der Konzentratströme der Ultrafiltration und der Umkehrosmosefiltration wird ein intermediärer Abwasserstrom gesammelt, der eine höhere organische Belastung aufweist als das ursprüngliche Abwasser. Deshalb wird der intermediäre Abwasserstrom einer katalytischen Oxidation mittels aus Wasserstoffperoxid und   Eisen(11)salzen   bestehendem Fenton's Reagenz unterworfen, um einen Abwasserstrom mit einer verminderten organischen, biologisch abbaubaren Belastung zu erzeugen.

   Dazu wird der pH-Wert des intermediären Abwasserstroms durch Zugabe einer anorganischen Säure auf 3 bis 4 einge- stellt, das Wasserstoffperoxid als Fenton's Reagenz für den angestrebten Grad der Oxidation der organischen Bestandteile langsam zudosiert und nach Beendigung der Reaktion das Eisen durch Einstellen des pH-Wertes auf etwa 10 mittels Lauge ausgefällt und abfiltriert. Das als Filtrat anfal- lende Abwasser wird in ein Klärwerk oder einen Vorfluter eingeleitet. Die   Eisen(11)salze   können beispielsweise elektrolytisch regeneriert und wieder eingesetzt werden. Das Verfahren kann konti- nuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist vorzugsweise für die Aufbereitung betrieblicher Abwässer aus der Lebensmittelindustrie geeignet, weil dort grosse Mengen an Abwässern anfallen und be- trächtliche Mengen an Brauchwasser benötigt werden. Durch die erfindungsgemässe Aufbereitung lässt sich der Verbrauch an wertvollem Trinkwasser deutlich senken. 



   Der Kern der Anlage zur Durchführung des Verfahrens besteht aus mindestens einer Ultrafiltra- tionsvorrichtung und nachgeschaltet mindestens einer Umkehrosmosevorrichtung, der mindestens teilweise das Filtrat der Ultrafiltrationsvorrichtung zugeführt wird. Die Konzentratausgänge beider Vorrichtungen gestatten die Sammlung von Teilen des Konzentrats in einem Vorlagentank, das den intermediären Abwasserstrom darstellt. Aus ihm wird mindestens ein Reaktor gespeist, in welchem die katalytische Oxidation durchgeführt wird und der mit Vorratsgefässen für die Reagen- zien verbunden ist. Zum kontinuierlichen Betrieb verfügt die Anlage vorzugsweise über mehrere derartige Reaktoren. Zur Abtrennung des ausgefallenen Eisens ist dem Reaktor eine Filtervorrich- tung, beispielsweise ein Bandfilter nachgeschaltet.

   Die Anlage kann rechnergestützt und mit ent- sprechenden Sensoren, Messinstrumenten und Ventilen bestückt, automatisch betrieben werden. 



   In einer bevorzugten Verfahrensweise wird mittels der Anlage der aufzubereitende Abwasser- strom in einen Brauchwasserteilstrom von ca. 2/3 der Eingangsmenge und einen Abwasserteil- strom von ca. 1/3 der Eingangsmenge, der fast die gesamte Schmutz- und Salzfracht enthält, aufgeteilt. 



   Die Erfindung soll anhand der Figur näher erläutert werden. 



   Dabei zeigt die Figur schematisch den erfinderischen Teil einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens zur Aufbereitung von organisch belasteten Abwässern. 



   Die aufzubereitenden organisch belasteten Abwässer 1 werden beispielsweise über Sandfilter (nicht dargestellt) aus einem Tank 2, beispielsweise einem Senkschacht, einer im Crossflow- Regime arbeitenden Ultrafiltrationsvorrichtung 3 mittels nicht dargestellter Pumpe zugeführt. Der Filtratausgang 4 der Ultrafiltrationsvorrichtung 3 ist mit dem Eingang einer Umkehrosmosefiltrati- onsvorrichtung, alternativ einer Nanofiltrationsvorrichtung 5 verbunden, die an ihrem Filtratausgang 6 den Brauchwasserstrom 7 liefert. Wahlweise kann der Brauchwasserstrom eine Nachbehand- lungsvorrichtung 8 passieren.

   Die Konzentrate der Ultrafiltrationsvorrichtung 3 und der Umkehros- mosefiltrationsvorrichtung 5 passieren über Kreisläufe 9,10 die jeweiligen Crossflow-Module und ein einstellbarer Anteil der Konzentrate wird als intermediärer Abwasserstrom über die Leitungen 11 und 12 einem Vorlagentank 13 zugeführt. Der Vorlagentank 13 ist mit mindestens einem Reak- tor 14 für die Durchführung der katalytischen Oxidation des intermediären Abwasserstroms verbun- 

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 den. Er kann über nicht dargestellte Umwälz- oder Rühreinrichtungen verfügen und ist mit Vorrats- gefässen fur   Eisen(11)salz   15, Säure 16, Lauge 17 und Wasserstoffperoxid 18 verbunden, aus denen die Reagenzien entsprechend der Reaktionsführung zudosiert werden.

   Der Ausgang des Reaktors 14 ist mit einer Filtervorrichtung 19 für die Abtrennung von ausgefälltem Eisenkatalysator (Eisenhydroxid/-oxid) verbunden, das in einer Regenierungsvornchtung 20 als   Eisen(11)salz   für den Prozess zurückgewonnen werden kann. Der aus der Filtervorrichtung 19 austretende Abwasser- strom 21 mit einer verminderten organischen, biologisch abbaubaren Belastung kann umweltge- recht direkt in ein Klärwerk oder in einen Vorfluter (nicht dargestellt) eingeleitet werden. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Verfahren zur Aufbereitung von organisch belasteten Abwässern (1) durch eine kombinier- te Behandlung der Abwässer mittels Crossflow-Membranfiltration und katalytischer Oxida- tion mit Wasserstoffperoxid, dadurch gekennzeichnet, dass 
A) in einer ersten Gruppe von Schritten die Abwässer (1) mittels Ultrafiltration (3) und 
Umkehrosmosefiltration (5) in einen Brauchwasserstrom (7) und in einen intermediären 
Abwasserstrom aufgetrennt werden, indem das Permeat (4) der Ultrafiltration (3) der Um- kehrosmosefiltration (5) zugeführt wird und das Permeat (6) der Umkehrosmosefiltration (5) als Brauchwasserstrom (7) abgeführt und indem mindestens ein Teil des Konzentrats der Ultrafiltration (11) und der Umkehrosmosefltration (12) als intermediärer Abwasser- strom in einem Vorlagentank (13) gesammelt wird und 
B)

   in einer zweiten Gruppe von Schritten der intermediäre Abwasserstrom aus dem 
Vorlagentank (13) der katalytischen Oxidation mittels aus Wasserstoffperoxid und 
Eisen(II)Salzen bestehendem Fenton's Reagenz unterworfen wird, um einen Abwasser- strom (21) mit einer verminderten organischen, biologisch abbaubaren Belastung zu er- zeugen, indem der pH-Wert des in einen Reaktor (14) überführten intermediären Abwas- serstroms durch Zugabe von Säure (16) auf 3 bis 4 eingestellt, das Wasserstoffperoxid (15,18) für den angestrebten Grad der Oxidation der organischen Bestandteile langsam zudosiert und nach der Reaktion der Eisenkatalysator durch Einstellung des pH-Werts auf etwa 10 mittels Lauge (17) ausgefällt und in einer nachgeordneten Filtervorrichtung (19) abfiltriert wird und der als Filtrat anfallende Abwasserstrom (21) in ein Klärwerk oder einen 
Vorfluter eingeleitet wird.

   



   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Steuerung des Permeatanteils (6) aus der Umkehrosmosefiltration (5) und der Kon- zentratanteile (11,12), die aus der Ultrafiltration (3) und Umkehrosmosefiltration (5) dem 
Vorlagentank (13) zugeführt werden, die Anteile an dem Brauchwasserstrom (7) und dem 
Abwasserstrom (21),in die die aufzubereitenden Abwässer (1) aufgeteilt werden, einstell- bar sind. 



   3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrosmosefiltration durch eine Nanofiltration ersetzt wird. 



   4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Brauchwasserstroms (7) auf einen Wert zwischen 50 und 80 % bezogen auf die aufzubereitenden Abwässer (1) eingestellt wird. 



   5. Verfahren nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass 
Abwässer (1) aus der Lebensmittelindustrie aufbereitet werden.

Claims (1)

1. 6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens zur Aufbereitung von organisch belasteten Ab- wässern (1) nach Anspruch 1 bestehend aus mindestens einer Crossflow-Membranfiltra- tionsvorrichtung (3,5) und mindestens einem Reaktor (14) zur katalytischen Oxidation mit Wasserstoffperoxid, dadurch gekennzeichnet, dass <Desc/Clms Page number 4> die Crossflow-Membranfiltrationsvorrichtung (3,5) aus mindestens einer Ultrafiltrationsvor- richtung (3) und nachgeschaltet mindestens einer Umkehrosmosefiltrationsvorrichtung (5) besteht derart, dass die Permeatleitung (4) der Ultrafiltrationsvorrichtung (3) mit dem Ein- gang der Umkehrosmosefiltrationsvorrichtung (5) verbunden ist, deren Permeatausgang (6) einen Brauchwasserstrom (7) liefert und derart, dass die Konzentratausgänge (11,12) der Ultrafiltrations- (3) und der Umkehrosmosefiltrationsvorrichtung (5)

   zumindest teilweise in einem Vorlagentank (13) zur Aufnahme eines intermediären Abwasserstroms münden, und dem Vorlagentank (13) ein Reaktor (14) für die Durchführung einer katalytischen Oxidation der organischen Bestandteile des intermediären Abwasserstroms mit Fenton's Reagenz nachgeschaltet ist, welcher mit Vorratsgefässen für eine Zudosierung von Eisen(11)salz (15), Säure (16), Lauge (17) und Wasserstoffperoxid (18) und an seinem Ausgang mit einer Filtervorrichtung (19) zum Abfiltrieren von ausgefälltem Eisenkatalysator von einem als Filtrat anfallenden Abwasserstrom (21) verbunden ist.

   7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrosmosefiltrationsvorrichtung (5) durch eine Nanofiltrationsvorrichtung (5) er- setzt ist.