DE19634208C2 - Process for the treatment of municipal wastewater - Google Patents

Process for the treatment of municipal wastewater

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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.

Aus der JP 81 60691, Referat aus Chemical Abstracts, Vol. 95, 1981, p. 338, Ref. Nr. 95: 138048q ist ein Vorrichtung zur Abwasserbehandlung ent­ nehmbar, bei der biologisch vorgereinigtes Wasser unter Verwendung einer Edelstahl-Anode elektrolytisch behandelt wird. Anschließend wird das Wasser gefiltert, wobei ein Membran- und anschließend ein Aktivkohlefilter einge­ setzt wird.From JP 81 60691, presentation from Chemical Abstracts, Vol. 95, 1981, p. 338, Ref. No. 95: 138048q is a device for waste water treatment ent acceptable when using biologically pre-purified water Stainless steel anode is treated electrolytically. Then the water filtered, with a membrane filter and then an activated carbon filter is set.

Aus der DE 41 11 706-A1 ist ein Verfahren bekannt, nach dem die zu reinigende Abwassersuspension so dicht wie möglich nahe der Eingangsstufe der Reini­ gungsanlage unter Verwendung einer Mikrofiltrations-Behandlungsstufe blankgefiltert wird, wobei in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Abwasser­ suspension vor Eintritt in die Mikrofiltrations-Behandlungsstufe Hilfsmittel zur Eliminierung oder Umwandlung unerwünschter Stoffe zudosiert werden.From DE 41 11 706-A1 a method is known, according to which to be cleaned Waste water suspension as close as possible to the entrance stage of the Reini system using a microfiltration treatment stage is filtered blank, the wastewater in an advantageous embodiment suspension before entering the microfiltration treatment stage Elimination or conversion of undesirable substances can be added.

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, 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 reaction in which atomic oxygen is released 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 50 mal, vorzugsweise 20 bis 30 mal 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 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 waste water 6 flows intensely past the large surface of a stainless steel electrode 8 connected as an anode. 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 (8)

1. Verfahren zur physikalisch-chemischen Behandlung von vorgeklärten, von groben Verunreinigungen befreiten Abwässern, die einen hohen Anteil an kolloidalen und hochmolekularen organischen Inhaltsstoffen aufweisen, mit
  • 1. einem ersten Verfahrensschritt, bei dem eine oxidativ-elektrochemische Be­ handlung erfolgt, wobei in diesem Schritt das Abwasser in einem Reaktions­ raum über eine als Anode geschaltete, Sauerstoff erzeugende Edelstahlektro­ de geleitet wird, um kolloidale Feststoffe und partiell oxidierte gelöste Ab­ wasserinhaltsstoffe auszuflocken,
  • 2. einen zweiten Verfahrensschritt, bei dem das Abwasser über einen Filter geführt, das Permeat abgeleitet und das entstehende Retentat wieder dem Verfahrensschritt 1 unterworfen wird,
  • 3. einen dritten Verfahrensschritt, bei dem das aufkonzentrierte Retentat zur vollständigen Fixierung in ein Material mit hohem Wasseraufnahmevermögen geleitet wird, wobei das Volumen des entnommenen konzentrierten Retentats maximal 1/10 der eingesetzten Abwassermenge beträgt und
  • 4. in einem vierten Verfahrensschritt das Wasser aus dem aufkonzentrierten Retentat durch Verdunsten oder Verdampfen entfernt wird, und die Abwas­ serinhaltsstoffe in den wasserspeichernden Materialien gebunden bleiben, um so eine Mehrfachnutzung der wasserspeichernden Materialien zu ermögli­ chen.
1. Process for the physico-chemical treatment of pre-clarified wastewater freed from coarse impurities, which have a high proportion of colloidal and high-molecular organic ingredients
  • 1. a first process step in which an oxidative-electrochemical treatment takes place, in which step the wastewater in a reaction chamber is passed over an oxygen-producing stainless steel electrode connected as an anode in order to flocculate colloidal solids and partially oxidized dissolved waste water constituents,
  • 2. a second process step, in which the wastewater is passed through a filter, the permeate is drained off and the resulting retentate is again subjected to process step 1,
  • 3. a third process step in which the concentrated retentate is passed to a material with a high water absorption capacity for complete fixation, the volume of the concentrated retentate removed being a maximum of 1/10 of the amount of waste water used, and
  • 4. In a fourth process step, the water is removed from the concentrated retentate by evaporation or evaporation, and the waste water constituents remain bound in the water-storing materials, so as to enable multiple use of the water-storing materials.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als was­ serspeichernde Materialien vernetzte organische Polymere, insbesondere Acrylamid/Acrylsäure-Copolymerisate eingesetzt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that as what storage materials crosslinked organic polymers, in particular Acrylamide / acrylic acid copolymers are used. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Fixiermaterial in einem Luftstrom getrocknet wird.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized ge indicates that the fixing material is dried in an air stream. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Konzentratvolumen 1/20 bis 1/30 der zu behandeln­ den Abwassermenge beträgt.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized ge indicates that the concentrate volume to treat 1/20 to 1/30 of the the amount of waste water. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Wasser 10 bis 50 mal über die Edelstahlelektrode ge­ leitet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized ge indicates that the water ge 10 to 50 times over the stainless steel electrode is leading. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Wasser 20 bis 30 mal über die Edelstahlelektrode ge­ leitet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized ge indicates that the water ge 20 to 30 times on the stainless steel electrode is leading. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die oxydativ-elektrochemische Behandlung bei einer Kleinspan­ nung von bis zu 24 V erfolgt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that the oxidative-electrochemical treatment in a small chip up to 24 V. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Filterverfahren eine Membran-Querstrom-Filtration ist.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized records that the filtering process is membrane cross-flow filtration.
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