DE1459458B2 - Verfahren zur weitgehenden Entfernung oberflächenaktiver Mittel aus Abwässern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur weit- Schaumfraktionierer ein Belüftungsbecken mit akti-

gehenden Entfernung oberflächenaktiver Mittel aus viertem Schlamm und anschließend ein Absetz-

Abwässern mittels Hindurchleiten von Gas durch becken durchlaufen und der Schaum in das gleiche

das Abwasser in einem Schaumfraktionierer unter Belüftungsbecken zum anschließenden biologischen

Bildung von Schaum und Abtrennung des Schaums. 5 Abbau zurückgeführt werden.

Synthetische oberflächenaktive Mittel machen nur Es zeigt sich, daß man so auf kontinuierliche einen Teil der vielen organischen Verbindungen aus, Weise Wasser mit Konzentrationen an beständigen die in Abwässern auftreten, doch muß ihrer Be- oberflächenaktiven Mitteln von etwa 1,0 oder seitigung besondere Aufmerksamkeit geschenkt wer- weniger ppm bei gleichzeitiger Schaumbeseitigung den, da sie selbst in niedrigen Konzentrationen zu io ohne zusätzliche Einrichtungen erreichen kann,
starker Schaumentwicklung neigen. Es zeigt sich, Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden daß das aus der üblichen Abwasserbehandlung er- Erfindung wird der aus einem einem Belüftungstank haltene Wasser in vielen Gebieten, insbesondere in nachgeschalteten Absetztank kommende Abwasser-Industrie- und Stadtgebieten, eine große Menge strom, welcher aus einer Flüssigkeit besteht, die im schaumbildender Stoffe enthält. Ein Beispiel für die 15 wesentlichen frei von suspendiertem Feststoffmaterial synthetischen oberflächenaktiven Mittel, welche unter ist, gewöhnlich mittels einer Pumpe in ein Schaumder üblichen Behandlung nicht ausreichend bio- fraktioniergefäß geleitet. Der Strom wird an einer logisch zersetzt werden, sind synthetische Reini- Stelle zwischen dem oberen und unteren Ende der gungsmittel wie z. B. Alkylbenzolsulfate, worin die Flüssigkeitskolonne, vorzugsweise oberhalb der Alkylgruppe verzweigt ist, beispielsweise eine Tetra- 20 Mitte, in das Schaumfraktioniergefäß eingeführt. Gas propylengruppe ist. Das Schäumen tritt gewöhnlich oder Dampf wird in einen unteren Teil des Gefäßes bei Konzentrationen der synthetischen Reinigungs- in Form von zahlreichen Blasen eingeführt. Die mittel über etwa 1 ppm auf. Die schaumbildenden Blasen strömen durch das Abwasser rasch aufwärts, Mittel, welche bei der Abwasserbehandlung nicht wobei sie eine mäßige Bewegung verursachen und ohne weiteres biologisch abgebaut werden und deren 25 entlang der Kolonne ein senkrechtes Konzentrations-Konzentration im gewöhnlichen Abwasser häufig so differential der beständigen oberflächenaktiven Mittel hoch ist, daß auch nach der Behandlung des Ab- im Strom verursachen. Durch die Einwirkung der wassers Schaumbildung eintritt, werden »beständig« durch den Strom fließenden Blasen wird an der genannt. Oberseite der Flüssigkeit Schaum erzeugt. Dieser

Bisher wurden verschiedene Verfahren vorgeschla- 30 Schaum wird zur Weiterbehandlung mit aktiviertem gen, um die Konzentration der beständigen schaum- Schlamm in den Belüftungstank zurückgeleitet. Sobildenden Mittel so weit herabzusetzen, daß kein bald das obere Ende des Schaumfraktionierkessels Schaum mehr auftritt. Insbesondere ist aus der Zeit- geschlossen ist, treibt die Kraft des Luftstroms den schrift »Sewage and Industrial Wastes«, 1959, Schaum in den Auslaß, und gewöhnlich reichen der Bd. 31, S. 877 bis 899, bes. S. 896 und 897, ein Ver- 35 Luftstrom und das Gewicht aus, um die Bewegung fahren der eingangs genannten Art bekannt. Hier des Schaumes durch eine Leitung in den Belüftungswird vorgeschlagen, den auf der Abwasseroberfläche tank fortzusetzen. Gegebenenfalls können auch andurch Belüftung oder mittels eines zusätzlichen dere Vorrichtungen, wie z. B. Pumpen, verwendet Schaumbildners erzeugten Schaum abzuziehen und werden. Der Schaum kann auch durch einfaches zu verbrennen. Aus der Zeitschrift »Water Pollution 40 Überfließen aus einem offenen Schaumtank in eine Control Federation Journal«, 1961, Bd. 33, S. 914 Schrägwanne unter der Wirkung der Schwerkraft in bis 931, ist ebenfalls eine Herabsetzung des Gehalts den Belüftungstank zurückgeführt werden. Das an löslichen organischen Bestandteilen durch Wasser wird im unteren Teil des Schaumfraktionier-Schaumfraktionierung bekannt, wobei hier die Be- gefäßes mit einer etwas niedrigeren Geschwindigkeit seitigung des Schaums durch Versickernlassen vor- 45 abgezogen, als das behandelte Abwasser in das geschlagen wird. Beide vorgeschlagenen Methoden Gefäß eingeführt wird. Die niedrigere Geschwindigder Schaumbeseitigung sind unbefriedigend, sei es keit ist erforderlich, um den in Form von Schaum im Hinblick auf die hohen Betriebskosten bei der entfernten Strom aus dem Absetztank auszugleichen. Schaumverbrennung, sei es im Hinblick auf die Das Schaumfraktioniergefäß ist gewöhnlich min-Boden- und Wasserverunreinigung, die bei der Ver- 50 destens 0,30 m hoch und besteht vorzugsweise aus sickerung eintreten kann. einer Kolonne mit einer Höhe von mindestens 0,90 m.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende In der Praxis ist die Kolonne gewöhnlich etwa

Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren der ein- 1,5 bis 9 m hoch, kann jedoch gegebenenfalls auch

gangs genannten Art zu finden, das eine geeignetere höher sein. Der Durchmesser der Kolonne ist von

Beseitigung des im Zuge der Abwasserreinigung ge- 55 der Höhe der Kolonne sowie von der Fließgeschwin-

bildeten Schaums ermöglicht. digkeit und dem Volumen des zu behandelnden

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Er- Abwassers abhängig. Je größer die zu behandelnde

findung darin, daß man den Schaum einem biolo- Menge Abwasser ist, desto größer muß der Durch-

gischen Abbau unterwirft. messer sein, wenn man eine konstante Verweilzeit

Hierdurch wird erreicht, daß der gebildete Schaum 60 und Höhe annimmt. Die Kolonne hat einen Luftunter Vermeidung zusätzlicher hoher Betriebskosten einlaß nahe dem Boden, einen Auslaß für das ge- und ohne die Gefahr einer Boden- und Wasser- reinigte Wasser in einem unteren Teil der Kolonne, verunreinigung beseitigt wird, und zwar in einer einen Einlaß für den Strom aus dem Absetztank an biologischen Abbaustufe, wie sie bei größeren Klär- einem Punkt in der Mitte, vorzugsweise im oberen anlagen neuerdings ohnehin meist vorhanden ist, so 65 Teil der Kolonne, und einen Auslaß für Schaum, daß eine zusätzliche Einrichtung zur Schaumbeseiti- der mit einer Leitung in Verbindung steht, weiche gung nicht erforderlich ist. den Schaum zur weiteren Behandlung in den Be-

Dabei kann das Abwasser vor Einführung in den lüftungstank zurückleitet.

Das Schaumfraktioniergefäß kann einen konstanten Querschnitt oder vorzugsweise einen nach oben hin abnehmenden Querschnitt haben. Den abnehmenden Querschnitt kann man auf verschiedene Arten erreichen. Zum Beispiel kann man einen Kegelstumpfkörper verwenden, oder man kann Kessel mit abnehmendem Querschnitt übereinanderstellen, so daß man einen einzigen Kessel mit sich verringerndem Querschnitt erhält. Es sind verschiedene. Konstruktionen möglich, die sich vorteilhaft verwenden lassen.

Eine besonders vorteilhafte Konstruktion besteht aus einem ersten zylindrischen Kessel mit verhältnismäßig großem Durchmesser in senkrechter Stellung und einem zweiten zylindrischen Kessel mit geringerem Durchmesser, welcher auf den oberen Teil des ersten Zylinders aufgesetzt wird. Der zweite Kessel steht an seinem oberen Ende in Verbindung mit einem Ausdehnungskessel, der vorzugsweise die Form einer Kugel hat. Der Strom aus dem Absetztank wird durch einen Einlaß nahe dem oberen Teil des ersten Kessels eingeführt, während das behandelte Wasser aus einem Auslaß nahe dem Boden des ersten Kessels entfernt wird. Außerdem ist nahe dem Boden des ersten Kessels ein Lufteinlaß vorgesehen. DSr Ausdehnungskessel hat einen Auslaß für den Schaum in seinem oberen Teil.

Beim ersten Kessel ist die Querschnittsfläche zweibis viermal größer als die des zweiten Kessels, während seine Höhe nur der Hälfte bis zu einem Fünftel der des zweiten Kessels entspricht. Der Ausdehnungskessel hat gewöhnlich eine größte Querschnittfläche, die zwischen den Querschnittflächen der beiden Kessel liegt.

Die Größe der verwendeten Anlage sowie die Wirksamkeit der Behandlung sind abhängig von dem zu behandelnden Abwasservolumen, von der Konzentration der beständigen oberflächenaktiven Mittel im Abwasser aus dem Absetztank und der zulässigen Menge der beständigen oberflächenaktiven Mittel in dem schließlich erzielten Wasser. Die verschiedenen Bedingungen und Grenzen sind daher größtenteils voneinander abhängig und müssen aufeinander abgestimmt werden.

Die Verweilzeit des Abwasserstroms in der Fraktionierkolonne ist von den verschiedenen bereits erwähnten Variablen abhängig sowie von der Wirksamkeit der Fraktionierkolonne. Daher ist ein Kompromiß zwischen der Höhe der Kolonne, welche die Wirksamkeit erhöht, und einer Verkürzung der Verweilzeit zulässig, denn eine kurze Verweilzeit erweist sich als zweckmäßig zur Steigerung der Leistungsfähigkeit der Anlage. Unter den üblichen Bedingungen beträgt daher die Verweilzeit etwa 10 Minuten bis 24 Stunden. Verweilzeiten im Bereich von 10 Minuten bis 2 Stunden werden bevorzugt.

Die erforderliche Gasmenge ist von der Menge der beständigen oberflächenaktiven Mittel sowie von der Höhe der Schaumfraktionierkolonne abhängig. Das Gas, gewöhnlich Luft, wird in Kubikzentimeter freier Luft pro Liter behandeltes Abwasser bemessen. Mengen im Bereich von 0,000074 cbm bis 3,74 cbm/Liter sind verwendbar, doch werden Mengen von 0,00074 bis 0,037 cbm/Liter bevorzugt.

Das Gas sollte in Form von kleinen Blasen in das \bwasser eingeführt werden. Blasen von nur 0,05 mm lind verwendbar und können je nach der Größe des Schaumfraktioniergefäßes bis zu 5 cm groß sein.

Gewöhnlich haben die Blasen jedoch einen Durchmesser von 0,1 bis 1 cm. Die Blasen lassen sich auf verschiedene Arten herstellen, doch werden sie am zweckmäßigsten so hergestellt, daß man die Luft durch eine grobe, poröse Platte leitet. Die poröse Platte ist von solcher Größe, daß sie einen ausreichenden Querschnitt bedeckt, so daß ein großer Teil des Abwassers im Schaumfraktioniergefäß durch das Gas bewegt wird.

ίο Eine wesentliche Abnahme der Konzentration der beständigen oberflächenaktiven Mittel läßt sich sowohl bei einem Abwasser mit nur etwa 1 ppm an solchen Mitteln als auch bei Abwässern mit bis zu etwa 20 ppm erzielen. Der chemische Oxydationsbedarf (COD) des rohen Abwassers liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 100 bis 500 ppm. Nach der Behandlung des rohen Abwassers beträgt der chemische Oxydationsbedarf gewöhnlich nur 20 bis 200 ppm.

Es wurde gefunden, daß die folgenden Abweichungen von dem oben beschriebenen Verfahren die Leistung der Abwasserbehandlung verbessern. Durch Verwendung einer Ausdehnungskammer im Schaumbereich des Schaumfraktioniergefäßes, d. h. im Bereich zwischen dem Schaumauslaß und der Oberfläche des Abwasserstromes, kann eine Konzentration der beständigen oberflächenaktiven Mittel im Schaum erreicht werden. Durch eine Konzentration dieser Mittel wird weniger Wasser zur Behandlung in den Belüftungstank eingeführt, so daß die Wirksamkeit des Systems in der pro Zeiteinheit behandelten Menge Wasser gesteigert wird. Eine größere Wirksamkeit bei der Entfernung von beständigen oberflächenaktiven Mitteln erreicht man außerdem durch Verwendung mehrerer Schaumfraktioniergefäße an Stelle eines einzigen Schaumfraktioniergefäßes. Es wurde gefunden, daß zwei Kolonnen mit der halben Höhe einer einzelnen Kolonne eine viel wirksamere Entfernung der beständigen oberflächenaktiven Mittel als eine einzelne Kolonne ergeben.

Nachstehend sind zwei Versuchsausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Beispiel I

Es wurde eine kleine Schaumanlage für Laboratoriumszwecke hergestellt. Sie bestand aus einem 2-Liter-Rundkolben, welcher mit einer Vigreauxkolonne mit einer Länge von etwa 50 cm und einer Weite von 2 cm ausgestattet war. Am oberen Ende der Vigreauxkolonne war ein 1-Liter-Rundkolben mit einem 0,8 cm rohrförmigen Auslaß aufgesetzt, durch weichen der Schaum in einen Behälter strömte. Der einfließende Strom wurde nahe der Mitte des 2-Liter-Kolbens eingeführt, während der Strom am Boden des Kolbens abgezogen wurde. Die Belüftung wurde dadurch erreicht, daß man feuchte Luft durch ein Luftdispergierrohr einspritzte, das bis zum Boden des 2-Liter-Kolbens verlief. Die Luftgeschwindigkeiten wurden an einem Strommesser gemessen und so reguliert, daß die Flüssigkeitssäule in der Vigreauxkolonne nie ihre Kontinuität mit der Flüssigkeitsmasse in dem 2-Liter-Kolben verlor.

Mit einer Beschickungslösung, welche 10 ppm ABS (Alkylbenzolsulfonat) enthielt, worin das ABS vorwiegend aus Tetrapropylenbenzolsulfat bestand, wurde Luft in einem Umfang von etwa 500 bis 600 ccm/Minute eingeführt. Die Verweilzeit für die Beschickungslösung wurde bei etwa 2 Stunden ge-

halten. Es zeigte sich, daß der ausfließende Strom etwa 1 ppm ABS enthielt. Sobald die Zeit auf 11,5 Stunden gesteigert wurde, sank die ABS-Konzentration im ausfließenden Strom auf 0,45 ppm.

Mit einer Beschickung, welche 3 ppm ABS enthielt, und einer Verweilzeit von 2,6 Stunden wurde die Konzentration von ABS im Strom um das Zehnfache auf 0,3 ppm herabgesetzt, die ABS-Konzentration im Schaum betrug 1,24 °/o.

Beispiel II

In einem Abwasserbehandlungssystem für die Reinigung von täglich 3 780 000 Liter Wasser verwendet man einen Belüftungstank mit einem Fassungsvermögen von etwa 945 000 Liter. Der aktivierte Schlamm hat eine durchschnittliche Konzentration von etwa 2000 bis 3000 ppm, während das Abwasser einen chemischen Sauerstoffbedarf von etwa 300 bis 350 ppm hat. Die ABS-Konzentration des eingeführten Abwassers beträgt durchschnittlich etwa 5 bis 10 ppm. Das Abwasser wird 6 Stunden im Belüftungstank behandelt und wird dann in einen Absetztank geleitet. Nach etwa 1- bis 2stündigem Stehen wird die oben schwimmende Flüssigkeit, welche verhältnismäßig frei von suspendierten Feststoffen ist, in einen Schaumfraktionierkessel mit einem Fassungsvermögen von etwa 160 000 Liter geleitet. Der Kessel hat einen Durchmesser von etwa 5,4 m, eine Höhe von etwa 6,6 m und ist an beiden Enden geschlossen. Am Boden des Schaumfraktionierkessels befinden sich mehrere Lufteinlässe, welche mit groben porösen Platten ausgestattet sind. Der Strom aus dem Absetztank wird zu einer Stelle etwa 4,2 m vom Boden des Kessels gepumpt. Dieser Punkt befindet sich etwa 0,6 m unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Die Luft wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,0074 cbm/Liter Abwasser eingeführt. Der Flüssigkeitsstrom wird bei einer Geschwindigkeit gehalten, welche in der Kolonne eine Ve von etwa 1 Stunde erlaubt. Das behände wasser wird aus dem Kessel durch einen etwa 0,45 m vom Boden des Kessels entfe: erzielte Wasser hat weniger als 1 ppm Alk> sulfonat. Der im Kreislauf geführte Schaum 1 in einem Bereich von etwa 200 bis 250 ρ eine Wassermenge, welche etwa 1% des g behandelten Abwassers entspricht. Das a Schaumfraktionierkessel ausfließende Was; einen chemischen Sauerstoffbedarf von durcr lieh etwa 75 bis 90 ppm.

Es wurde ferner gefunden, daß sich durcl laufführung des Schaums auch andere org Stoffe im Wasser entfernen lassen, wodurch ( logische Sauerstoffbedarf (BOD) und der chi Sauerstoffbedarf (COD) gesenkt werden. Das Wasser schäumt nicht und hat außerdei niedrigere Konzentration an unerwünschten nischen Verunreinigungen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur weitgehenden Entf oberflächenaktiver Mittel aus Abwässern Hindurchleiten von Gas durch das Abwa einem Schaumfraktionierer unter Bildun Schaum und Abtrennen des Schaums, dad gekennzeichnet, daß der Schaum biologischen Abbau mit aktiviertem Sei unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadun kennzeichnet, daß das Abwasser vor Einft in den Schaumfraktionierer ein Belüftungst mit aktiviertem Schlamm und anschließer Absetzbecken durchläuft und daß der Sc in das gleiche Belüftungsbecken zum ans ßenden biologischen Abbau zurückgeführt