DE102004001900A1

DE102004001900A1 - Verfahren zur Reduzierung der biogenen Schwefelsäurekorrosion und von Gerüchen bei der Abwasserableitung

Info

Publication number: DE102004001900A1
Application number: DE200410001900
Authority: DE
Inventors: Josef Maria Bischoff; Jürgen Dipl.-Ing. Kochan; Wolfgang Dipl.-Chem. Rabe; Roland Prof. Dr. Koch
Original assignee: ETA AG ENGINEERING
Current assignee: ETA AG ENGINEERING
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2005-08-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Anlagen zur Abwasserableitung und -behandlung und insbesondere auf die Reduzierung der biogenen Schwefelsäurekorrosion. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lösung zu schaffen, die bei der Abwasserableitung auftretenden Korrosionsprobleme und entstehenden geruchsintensiven Emissionen auf einfache Weise wirksam einzudämmen bzw. zu begrenzen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird das Abwasser auf geeignete Weise an Abwassersammelstellen und in definierten Leitungsabschnitten gekühlt.

Description

Für die Einleitung von Abwasser in öffentliche Abwasseranlagen besteht die gesetzliche Forderung, Schadstoffe durch produktions- und abwassertechnische Maßnahmen auf ein Minimum zu begrenzen. Es ist sicherzustellen, daß die Anlagen in ihrem Bestand und ihrer bestimmungsgemäßen Funktion nicht beeinträchtigt und dass das in ihnen beschäftigte Personal gesundheitlich nicht gefährdet werden. Darüber hinaus darf die Abwasserreinigung nicht über Gebühr erschwert sein, und es dürfen keine belästigenden Gerüche auftreten. Eine Hauptaufgabe der Abwassertechniker ist deshalb, Abwasser in aeroben, d.h. frischen und sauerstoffreichen Zustand dem Klärprozeß zuzuführen. Geht Abwasser in den anaeroben, d.h. sauerstofffreien Zustand über, können aus einem zunächst völlig harmlosen Abwasser neue Probleme, sog. Sulfidprobleme entstehen. (Zement-Merkblatt Tiefbau -Sulfide in Abwasseranlagen- 1999)
Der allgemein rückläufige Wasserverbrauch und der damit verbundene geringere Abwasseranfall mit hohen Aufenthaltszeiten in den Leitungssystemen verstärkt zunehmend diese neuen Sulfidprobleme.
Sulfid im Abwasser begünstigt die Entstehung und das Entweichen von Schwefelwasserstoff. Dabei werden in anaeroben Teilen der Abwasserleitungen Schwefelverbindungen durch sulfatreduzierende Mikroorganismen zu Schwefelwasserstoff abgebaut. Anaerobe Teilstrecken kommen in Druckleitungen, aber auch in tieferen Zonen von Biofilmen vor, wie sie überall in flüssigkeitsbenetzten Teilen des Systems nachgewiesen werden können. Der von den Mikroorganismen gebildete Schwefelwasserstoff wird durch die Verwirbelungen in die Kanalatmosphäre emittiert, z.B. an Übergängen von Druckleitungen zu Freispiegelleitungen oder auch in Abwasserbehandlungsanlagen. Bei unzureichender Belüftung dieser Bereiche reichert sich der Schwefelwasserstoff an den im Gasraum liegenden Wandungen an, wo es durch Luftsauerstoff zu elementarem Schwefel oxidiert. Elementarer Schwefel dient dann verschiedenen Organismen der Gattung Thiobacillus als Substrat. Die biochemischen Aktivitäten führen zur Bildung von Schwefelsäure. Dadurch sinkt der pH-Wert an der Innenoberfläche der Abwasserleitung bis auf 1,0 ab, der Rohrwerkstoff wird somit einem extrem starken Säureangriff ausgesetzt. Dieser Vorgang wird als biogene Schwefelsäurekorrosion bezeichnet. Des weiteren verursacht Schwefelwasserstoff:

– Geruchsbelastigung in Wohngebieten,
– Gefährdung der Arbeitssicherheit des Betriebspersonals,
– Probleme bei der Abwasserreinigung.

Zur Beeinflussung der Korrosionswirkung wurden bisher überwiegend bauliche Maß nahmen vorgeschlagen, die insbesondere durch Veränderung von Zement- bzw. Betonrezepturen die Korrosionsfestigkeit der betreffenden Bauelemente verbessern sollte. Ebenfalls wurden zahlreiche Lösungen zur Auskleidung der betreffenden Bauelemente mit Kunststoffen vorgeschlagen. In folgenden Veröffentlichungen wird der Stand der Technik dokumentiert:

(1) (Vincke, Elke; Van Wanseele, Ellen; Monteny, Joke; Beeldens, Anne; De Belie, Nele; Waerwe, Luc, Van Gemert, Dionys; Verstraete, Willy, Fakultät der landwirtschaftlichen und angewandten biologischen Wissenschaften, des Labors von Mikrobenökologie u. des Technologie, Gentuniversität, Gent, 9000 Einfluß von Polymer-Plastik auf den biogenen Schwefelsäureangriff auf Beton, 03.10.2002)
(2) Fachverband Steinzeugindustrie e.V. Deutschland, Umwelt-Technologie Aktuell (2001),12(1),12-15, GIT Verlag GmbH
(3) Afridi, M; Zement und Zusammensetzungen 1990, v12,9163 CA
(4) De Belie, N: Trans ASAE 1998, v41(1),p227
(5) De Puy. G; Internationaler ICPI Workshop „Polymer-Plastiken auf Beton für zentrales Europa" 1996,p63
(6) Fessenden, R; Grundlagen der organischen Chemie 1990
(7) Justnes, H; IX. Internationaler Kongresses Verfahren zur Anwendung von Polymeren auf Beton 1998, p225
(8) Mehta, P; Betonstruktur, Eigenschaften und Materialien 1993
(9) Mewis, J:; Kunststoffe 1994–1995
(10) Monteny, J; Internationalen Konferenz: Verfahren der Infrastrukturregeneration und Rehabilitation 1999, p715
(11) Ohama, Y; Handbuch der modifizierten Polymere und Mörtel, Eigenschaften und Verfahrenstechnik 1995
(12) Putermann, M; IX. Intrenationaler Kongress Verfahren zur Anwendung von Polymeren auf Beton 1998, p166
(13) Bielecki, R; Mitteilungeb des leichtwei.beta.- Institutes für Wasserbau der Technischen Universität Braunschweig 1987,94
(14) Kämpfer, W; IX ICPIC Verfahren 1998,p229
(15) Meyer, W; Journal WPCF 1980, v52(11),p2666 CA
(16) Parker, C; Abwasserkanal und Industrieabfälle 1951, v9(12), p1477
(17) Pomeroy, R; Fortschritt in der Wassertechnologie 1977, v9 CA
(18) Schmidt, M; Technologie der Betonvorfertigung 1997,4 p64 CA
(19) Thistlethwayte, D; Sulfidkontrollen in Abwasserkanalsystemen
(20) DE 41 22 962 C2

Weitere vorgeschlagene Möglichkeiten zur Minimierung der biogenen Schwefelsäurekorrosion und der Gerüche bei der Abwasserableitung sind, den H₂S-Gehalt in Abwassersystemen durch Inhibieren oder durch Entfernung zu verringern.

In DE 102 21 362 A1 , US 33000 404 und 4681 687 werden zur Inhibierung Zusätze von Nitraten und Nitriten zum Abwasser vorgeschlagen. Diese Verfahren sind aufwendig und bringen andere Probleme durch Stickstoffeintrag in das Abwasser mit sich.

Zur Entfernung von H₂S aus dem Abwasser wird nach US 4 680 127 vorgeschlagen Glyoxal und Formaldehyd zum Auswaschen einzusetzen. Dieses Verfahren ist aufwendig hinsichtlich der Anlagenauslegung und. Produktbereitstellung und führt zusätzlich zu unangenehmen Nebenprodukten.

Es ist weiterhin bekannt, nach DE 102 04 488 eisenhydroxidhaltige Suspensionen zur Bindung von H₂S aus dem Abwasser einzusetzen. Dieses Verfahren erfordert eine aufwendige Dosieranlage und führt zu erhöhtem Schlammanfall im Klärwerk.

Nach ATV-Merkblatt 168 von 1998 wurde ein definierter Sauerstoffgehalt im Abwasser durch Belüftung zur Vermeidung der biogenen Schwefelsäurekorrosion und von Gerüchen bei der Abwasserableitung empfohlen. Hierfür ist die Bereitstellung von Anlagentechnik und Elektroenergie erforderlich. Zusätzlich sind aufwendige Mess- und Steuereinrichtungen zu betreiben.

Weitere bekannte Möglichkeiten zur Reduzierung der biogenen Schwefelsäurekorrosion und von Gerüchen bei der Abwasserableitung sind eine Verdünnung durch Fremdwasserzuspeisung, welches in Trockenperioden nicht vorhanden ist oder aufwendige Biofilter zur Geruchsreduzierung an relevanten Emissionsstellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei der Abwasserableitung auftretenden Korrosionsprobleme und entstehenden geruchsintensiven Emissionen auf einfache Weise wirksam einzudämmen bzw. zu begrenzen und die Arbeitssicherheit in den betreffenden Anlagen zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass auf physikalische Weise durch Absenkung der Abwassertemperatur auf < 20 °C und bis auf > 4 °C an definierten Stellen im Abwassersystems, insbesondere vor einer Druckerhöhung in Pumpstationen, Sammelbehältern und Abwassersammelgruben sowie in speziell ausgerüsteten Abschnitten von Entwässerungskanälen die Faulprozesse des Abwassers vermindert bzw. ausgeschlossen werden. Dabei erfolgt die Abkühlung des Abwassers bei der Durchführung des Verfahrens vorzugsweise durch Wärmeentzug.

Vorzugsweise erfolgt die Abkühlung des Abwasser dort, wo ein technologisch bedingtes Ansammeln von Abwasser (z.B. Pumpstationen) ohnehin notwendig ist.

Für die Durchführung des Verfahrens können zusätzlich oder separat Abwasserleitungsstücke bis zu einer Länge von 300 m mit Stauschleusen und Kühleinrichtungen ausgestattet werden und in Abhängigkeit von der Abwassertemperatur bei Unterschreitung eines Temperaturgrenzwertes nach Kühlung der angestauten Abwassermenge und/oder eines Zeit- und/oder eines Mengengrenzwertes kann mittels der Stauschleusen ein Schwall ausgelöst werden, der zusätzlich einen Reinigungseffekt im Abwasserableitungssystem bewirkt.

Durch die Verringerung der Faulprozesse infolge Absenkung der Abwassertemperatur werden die Bildung von H₂S und damit die bei der Freisetzung dieses Gases entstehenden Geruchsprobleme unterdrückt. Den Mikroorganismen im Abwassersystem und an den Bauwerksoberflächen wird die Grundlage für die biologische Schwefelsäurebildung aus H₂S entzogen und somit die dadurch verursachte Korrosion an zementgebundenen Betonelementen als auch an metallischen Bauteilen erheblich verringert. Die Nutzungsdauer von Materialien und Bauteilen bei der Abwasserableitung und Abwasserbehandlung wird verlängert und der Instandhaltungsaufwand deutlich reduziert.

Die bei der Durchführung des Verfahrens dem Abwasser entzogene Wärme kann zur Warmwasserbereitung bzw. zur Beheizung von anliegenden Gebäuden und im Sommer zur Kühlung genutzt werden.

In einem Ausführungsbeispiel soll die erfinderische Lösung näher erläutert werden: Das anfallende Abwasser in einem Kanalnetz mit einer Anfallmenge von 20 m³/h hat eine Temperatur von 25 °C. Um das Abwasser im aeroben Zustand zu halten bzw. zurück zu versetzen, wird das Abwasser in einer Pumpstation in einer Pumpenvorlage von 5 m³ mittels 3 Wärmepumpen von 25 °C auf 8 °C heruntergekühlt.
Die mittels der Wärmepumpen gewonnene Wärmemenge von 390 kW wird im Winter zu Heizzwecken und Erzeugung von Warmwasser und im Sommer zusätzlich für das Betreiben von Kühleinrichtungen genutzt.
Mit Realisierung der Maßnahme werden die nachgeschaltenden Anlagen in ihrem Bestand und ihrer bestimmungsgemäßen Funktion über einen langen Zeitraum nicht beeinträchtigt und das in ihnen beschäftigte Personal wird durch entstehende H₂S-Emissionen gesundheitlich nicht gefährdet.

Claims

Verfahren zur Reduzierung der biogenen Schwefelsäurekorrosion und von Gerüchen bei der Abwasserableitung und Abwasserbehandlung, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser in Pumpstationen, Sammelbehältern und Abwassersammelgruben insbesondere vor einer Druckerhöhung sowie in Entwässerungskanälen auf < 20 °C und bis auf > 4 °C gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser in mit Stauschleusen ausgerüsteten Abwasserleitungsabschnitten zusätzlich oder separat gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer oder mehrerer Stauschleusen in Abhängigkeit von der Abwassertemperatur bei Unterschreitung eines Temperaturgrenzwertes nach Kühlung der angestauten Abwassermenge und/oder eines Zeit- und/oder eines Mengengrenzwertes ein Schwall ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die dem Abwasser bei der Kühlung entzogenen Wärme zur Warmwasserbereitung und zu Heiz- und oder zu Kühlzwecken verwendet wird.