DE19634208A1 - Waste water treatment treated by low-voltage oxidative-electrochemical process on stainless steel cathode electrode - Google Patents

Waste water treatment treated by low-voltage oxidative-electrochemical process on stainless steel cathode electrode

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Abstract

A process treats pre-treated waste water which has been freed of coarse impurities, but which still has a large proportion of colloidal and high-molecular organic residues comprising (a) in a first step, the water is treated using an oxidative-electrochemical process. The water is passed over a stainless steel cathode electrode generating oxygen, with the result that the colloidal solids and partially oxidised dissolved substances flocculate; (b) in a second stage of the process, the flocculated substances are concentrated by filtration. The concentrate volume is at maximum 1/10 of the volume of waste water and; (c) in a third process stage, the concentrate is discharged to a hydrophilic fixing agent, such that the concentrate is fully fixed; (d) the volume of concentrate is pref. 1/20 to 1/30 of the volume of waste water; (e) the waste water passes the electrode 20 to 30 times; (f) the hydrophilic agent is an organic polymer e.g. acrylamide/acrylic acid copolymer or material with comparable properties; (g) water is subsequently expelled from the copolymer by steam or evaporation for re-use of both the water and the co-polymer; (h) the filter is a cross-flow membrane; (i) the oxidative electrochemical treatment is conducted at a max. of 24V; (j) the stainless steel electrode offers a large surface area; (k) the fixing agent is dried by an air current.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Abwässern, ins­ besondere von kommunalen oder ähnlich zusammengesetzten Abwässern, die einen hohen Anteil an kolloidalen und hochmolekularen organischen Inhaltsstoffen aufweisen.The invention relates to a method for treating waste water, ins particular from municipal or similarly composed wastewater, which has a high proportion of colloidal and high molecular weight organic Have ingredients.

Das Verfahren ist bevorzugt für den Einsatz bei der dezentralen Abwasser­ entsorgung vorgesehen und ermöglicht die Abwasserreinigung mit einem hohen Wirkungsgrad in einer Kompaktanlage. Für den Aufbau von Kom­ paktanlagen, die für die dezentrale Abwasserentsorgung eingesetzt werden sollen, sind biologische Verfahren im Nachteil, da mit diesen nur geringe Stoffumsätze erzielbar sind und somit Vorrichtungen mit großen konstrukti­ ven Abmessungen erfordern. Ein weiterer Nachteil biologischer Aufberei­ tungsverfahren ist der großvolumige Anfall von Biomasse (Überschuß­ belebtschlamm), die in einer Reihe von Prozeßstufen, wie z. B. Sedimenta­ tion, mechanische Entwässerung, Trocknung, Verbrennung, weiterbehan­ delt werden muß.The method is preferred for use in decentralized wastewater disposal and enables wastewater treatment with a high efficiency in a compact system. For building com Compact systems that are used for decentralized wastewater disposal biological processes are at a disadvantage since they are only minor Material sales are achievable and thus devices with large designs require dimensions. Another disadvantage of biological treatment is the large volume of biomass (excess activated sludge), which in a number of process stages, such as. B. Sedimenta tion, mechanical drainage, drying, incineration, further processing must be delt.

Größere Stoffumsätze werden mit physikalisch-chemischen Verfahren er­ zielt. Demzufolge weisen die Aufbauten für diese Verfahren geringere kon­ struktive Abmessungen auf. Zur Aufbereitung von kommunalen oder ähn­ lich zusammengesetzten Abwässern sind bisher physikalisch-chemische Verfahren wegen zu hoher Betriebskosten nicht zum Einsatz gelangt.Larger material sales are achieved with physico-chemical processes aims. As a result, the constructions for these methods have lower con structural dimensions. For the preparation of municipal or similar So far, composite wastewater has been physico-chemical Process not used due to high operating costs.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein physikalisch-chemisches Verfahren zur Abwasseraufbereitung zu schaffen, das einen verbesserten Wirkungs­ grad und somit geringe Betriebskosten aufweist. Weiterhin soll der Anteil an anfallenden Feststoffen minimiert werden.It is the object of the invention, a physico-chemical process to create wastewater treatment that has an improved effectiveness degree and thus has low operating costs. The share should continue of the resulting solids can be minimized.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren nach Patentan­ spruch 1 gelöst. Mit der Kombination der erfindungsgemäßen Verfahrens­ schritte ist eine hocheffektive Abwasserbehandlung möglich. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu biologischen Verfahren nur sehr kleine Mengen an festen Abfallstoffen anfallen, kann das Verfahren mit Anlagen durchgeführt werden, die im Vergleich zu biologischen Ab­ wasserreinigungsanlagen sehr geringe bauliche Abmessungen aufweisen. Das Verfahren eignet sich daher besonders zur Realisierung von Kom­ paktanlagen, die für eine dezentrale Abwasseraufbereitung vorgesehen sind. Die verwendete Edelstahlelektrode bewirkt durch eine elektrochemi­ sche Reaktion, bei der atomarer Sauerstoff freigesetzt wird, und durch ei­ nen katalytischen Effekt einen hohen Wirkungsgrad bei der Ausflockung der kolloidalen Feststoffe und der partiell oxydierten gelösten Abwasserin­ haltsstoffe. Da sich die Edelstahlelektrode nicht auflöst, entsteht auch kein zusätzlich zu entsorgender Schlammanfall.According to the invention the object is achieved with a method according to Patentan spell 1 solved. With the combination of the method according to the invention highly effective wastewater treatment is possible. Because with that Process according to the invention compared to biological processes only The process can generate very small amounts of solid waste be carried out with systems which, in comparison to biological ab water purification systems have very small structural dimensions. The method is therefore particularly suitable for realizing com Compact systems intended for decentralized wastewater treatment are. The stainless steel electrode used causes an electrochemical chemical reaction, in which atomic oxygen is released, and by ei a high efficiency in flocculation  colloidal solids and partially oxidized dissolved wastewater ingredients. Since the stainless steel electrode does not dissolve, none is created additional sludge to be disposed of.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens beträgt das Konzen­ tratvolumen 1/20 bis 1/30 der zu behandelnden Abwassermenge. Eine Er­ höhung des Wirkungsgrades wird erzielt, wenn das zu behandelnde Wasser 10 bis 50mal, vorzugsweise 20 bis 30mal über die Edelstahlelektrode gelei­ tet wird. Als wasserspeichernde Materialien sind vorzugsweise vernetzte organische Polymere, wie z. B. Acrylamid/Acrylsäure-Copolymerisate oder Materialien mit vergleichbaren Eigenschaften geeignet, da diese Materialien ein sehr hohes Wasseraufnahmevermögen aufweisen, wobei das aufge­ nommene Wasser durch Verdunsten oder Verdampfen wieder aus den wasserspeichernden Materialien entfernbar ist, so daß eine Mehrfachbela­ dung der Materialien möglich wird. Als Filterverfahren ist vorzugsweise ei­ ne Membran-Querstrom-Filtration geeignet. Es können jedoch in Abhängig­ keit von den jeweiligen Prozeßbedingungen auch andere Filterverfahren zum Einsatz kommen. Wenn die zwischen der Edelstahlanode und einer Kathode angelegte Spannung nicht größer als 24 V ist, können die Kosten für Sicherheitsmaßnahmen gering gehalten werden, da lediglich die Sicher­ heitsvorschriften für Kleinspannung einzuhalten sind.In an advantageous embodiment of the method, the concentration is tread volume 1/20 to 1/30 of the amount of wastewater to be treated. An he Increased efficiency is achieved when the water to be treated 10 to 50 times, preferably 20 to 30 times over the stainless steel electrode is tested. Crosslinked materials are preferred as water-storing materials organic polymers such as B. acrylamide / acrylic acid copolymers or Suitable materials with comparable properties as these materials have a very high water absorption capacity, the up taken water by evaporation or evaporation from the water-storing materials is removable, so that a multiple Bela the materials. The filter method is preferably egg Suitable for membrane cross-flow filtration. However, it can be dependent other filter processes depending on the respective process conditions are used. If the between the stainless steel anode and one Applied cathode voltage is not greater than 24 V, the cost security measures are kept low, since only the safe safety regulations for low voltage are to be observed.

Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den ver­ bleibenden Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung des Aus­ führungsbeispiels in Verbindung mit der beigefügten schematischen Zeich­ nung, wobei sich die Erfindung auf alle daraus entnehmbaren neuen Merk­ male oder Merkmalskombinationen richtet, auch wenn diese nicht aus­ drücklich in den Ansprüchen angeführt sein sollten.Further measures and advantages of the invention result from the ver permanent subclaims and the following description of the Aus example in connection with the attached schematic drawing tion, with the invention referring to all the new notes which can be derived therefrom male or combinations of features, even if they are not aligned should be expressly stated in the claims.

Fig. 1 zeigt den schematischen Ablauf einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Patentanspruch 1. Fig. 1 shows the schematic sequence of a preferred embodiment of the method according to claim 1.

Kommunales Abwasser 1 wird mit einer Schneidradpumpe 2 in einen Grobfilter 3 gefördert und dort durch Schwerkraftfiltration nach dem Beu­ tel-Filter-Prinzip von Feststoffen getrennt. Es können jedoch auch andere, vergleichbare Stofftrenntechniken eingesetzt werden. Die anfallenden Schlämme 4 werden abgezogen und in die örtliche Entsorgung 5 gegeben.Municipal wastewater 1 is fed with a cutting wheel pump 2 into a coarse filter 3 and separated from solids there by gravity filtration according to the Beu tel filter principle. However, other comparable material separation techniques can also be used. The resulting sludge 4 is drawn off and placed in the local disposal 5 .

Das vorgeklärte Abwasser 6 wird in einen Reaktionsraum 7 zur oxydativ- elektrochemischen Behandlung geleitet. Der Reaktionsraum 7 ist so gestal­ tet, daß das Abwasser 6 an der großen Oberfläche einer, als Anode ge­ schalteten und katalytisch wirkenden Edelstahlelektrode 8 intensiv vorbei­ strömt. Die Betriebsspannung beträgt in diesem Fall 24 V. Die geometri­ schen Abmessungen der Kathode (nicht gezeigt) und der Edelstahlanode 8 sind so zu wählen, daß in Abhängigkeit vom Wasserdurchsatz eine ausrei­ chende Menge an reaktionsfähigem, d. h. atomaren Sauerstoff erzeugt wird. Das Wasser wird anschließend mittels einer Ultra-Membranfilteran­ lage 9 in der Weise gefiltert, daß das Wasser mittels einer Pumpe 10 über den Reaktionsraum 7 und der Ultra-Membranfilteranlage 9 mehrfach um­ gewälzt wird, wobei das Klarwasser 11 aus der Ultra-Membranfilteranlage 9 abgezogen wird und in den Vorfluter verbracht werden kann.The pre-clarified wastewater 6 is passed into a reaction chamber 7 for the oxidative-electrochemical treatment. The reaction chamber 7 is designed so that the wastewater 6 flows intensely past the large surface of a switch, connected as an anode and catalytically active stainless steel electrode 8 . The operating voltage in this case is 24 V. The geometrical dimensions of the cathode (not shown) and the stainless steel anode 8 are to be selected such that a sufficient amount of reactive, ie atomic oxygen is generated as a function of the water throughput. The water is then filtered using an ultra-membrane filter system 9 in such a way that the water is circulated several times by means of a pump 10 via the reaction chamber 7 and the ultra-membrane filter system 9 , the clear water 11 being withdrawn from the ultra-membrane filter system 9 and can be placed in the receiving water.

Die festen, d. h. die ausgefilterten Inhaltsstoffe 12 weisen einen Volumen­ anteil von ca. 1/20 des Gesamtvolumens des vorgeklärten Abwassers 6 auf und werden in eine mit Acrylamid/Acrylsäure-Copolymerisat (Fixiermit­ tel) gefüllte Reaktionssäule 13 geleitet. Wenn die Reaktionssäule 13 keine Inhaltsstoffe 12 mehr aufnehmen kann, wird die beladene Reaktionssäule 13 gegen eine neue oder gegen eine regenerierte ausgetauscht. Die bela­ dene Reaktionssäule wird in einem Luftstrom getrocknet, d. h. regeneriert. Wenn keine Regenerierung mehr möglich ist, wird das Fixiermittel entsorgt.The solid, ie the filtered ingredients 12 have a volume fraction of approximately 1/20 of the total volume of the pre-clarified wastewater 6 and are passed into a reaction column 13 filled with acrylamide / acrylic acid copolymer (fixative). If the reaction column 13 can no longer accommodate ingredients 12 , the loaded reaction column 13 is exchanged for a new or a regenerated one. The loaded reaction column is dried in an air stream, ie regenerated. If regeneration is no longer possible, the fixative is disposed of.

Claims (10)

1. Verfahren zur Aufbereitung von vorgeklärten, von groben Verunreini­ gungen befreiten Abwässern, die einen hohen Anteil an kolloidalen und hochmolekularen organischen Inhaltsstoffen aufweisen, gekennzeichnet durch
  • - einen ersten Verfahrensschritt, bei dem eine oxydativ-elektrochemische Behandlung erfolgt, wobei in diesem Schritt das Abwasser mehrfach in ei­ nem Reaktionsraum über eine als Anode geschaltete, Sauerstoff erzeugen­ de und katalytisch wirkende Edelstahlelektrode geleitet wird, so daß kolloida­ le Feststoffe und partiell oxydierte gelöste Abwasserinhaltsstoffe zur Aus­ flockung kommen,
  • - einen zweiten Verfahrensschritt, bei dem die ausgeflockten Abwasserin­ haltsstoffe mittels Filtration aufkonzentriert werden, wobei das Konzentrat­ volumen max. 1/10 der zu behandelnden Abwassermenge beträgt, und
  • - einen dritten Verfahrensschritt, bei dem das Konzentrat in ein Fixiermate­ rial mit hohem Wasseraufnahmevermögen geleitet wird, so daß eine voll­ ständige Fixierung des Konzentrats erfolgt.
1. Process for the treatment of pre-clarified, coarse impurities from wastewater, which have a high proportion of colloidal and high molecular weight organic ingredients, characterized by
  • - A first process step in which an oxidative-electrochemical treatment takes place, in which step the wastewater is passed several times in a reaction chamber via an anode connected as an anode, oxygen-generating and catalytic stainless steel electrode, so that colloidal solids and partially oxidized dissolved Waste water constituents flocculate,
  • - A second process step in which the flocculated waste water contents are concentrated by means of filtration, the concentrate volume being max. 1/10 of the amount of wastewater to be treated, and
  • - A third process step in which the concentrate is passed into a fixing material with a high water absorption capacity, so that the concentrate is fully fixed.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzen­ tratvolumen 1/20 bis 1/30 der zu behandelnden Abwassermenge beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the concentration tread volume is 1/20 to 1/30 of the amount of wastewater to be treated. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser 10 bis 50mal über die Edelstahlelektrode geleitet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Water is passed 10 to 50 times over the stainless steel electrode. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser 20 bis 30mal über die Edelstahlelektrode geleitet wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the water Is passed 20 to 30 times over the stainless steel electrode. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als wasserspeichernde Materialien vernetzte organische Po­ lymere, wie z. B. Acrylamid/Acrylsäure-Copolymerisate oder Materialien mit vergleichbaren Eigenschaften verwendet werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that as water-storing materials cross-linked organic Po polymers such. B. acrylamide / acrylic acid copolymers or materials with comparable properties can be used. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Wasser durch Verdunsten oder Verdampfen aus den wasserspeichernden Materialien entfernt wird, so daß eine Mehrfachnut­ zung der Materialien möglich ist. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that the water by evaporation or evaporation from the water-storing materials is removed, so that a multiple groove material is possible.   7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Filterverfahren eine Membran-Querstrom-Filtration ist.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that the filtering process is membrane cross-flow filtration. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die oxydativ-elektrochemische Behandlung bei einer Klein­ spannung von max. 24 V erfolgt.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that the oxidative-electrochemical treatment in a small voltage of max. 24 V takes place. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Edelstahlelektrode so aufgebaut ist, daß eine große Reak­ tionsoberfläche vorliegt.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that the stainless steel electrode is constructed so that a large Reak surface is present. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Fixiermaterial in einem Luftstrom getrocknet wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized ge indicates that the fixing material is dried in an air stream.
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