DE19642260C2

DE19642260C2 - Biologisch-adsorptives Verfahren zur Reinigung von Grundwasser

Info

Publication number: DE19642260C2
Application number: DE1996142260
Authority: DE
Inventors: Karl Riederle; Dieter Klockner
Original assignee: Siemens Axiva GmbH and Co KG
Current assignee: Axiva GmbH
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2016-10-12
Also published as: DE19642260A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologisch-adsorptiven Reinigung von kontaminiertem Wasser bei dem man das kontaminierte Wasser kontinuierlich in ein Behältnis leitet und in Gegenwart von Bakterien und eines Adsorptionsmittels belüftet.

Verfahren der genannten Art sind bekannt, beispielsweise von K. Eisenächer und U. Neumann, Chemische Industrie, (1983) 6 und von A. Bauer, G. Sell, L. Schäfer, Chemie Technik, 11(1982) 5.

Solche Verfahren eignen sich besonders zur Reinigung von Wässern, die schwer abbaubare Substanzen enthalten. Der Einsatz eines Adsorptionsmittels dient dabei der Erhöhung der Elimination von Schadstoffen, da mit dem Adsorptionsmittel - in der Regel Aktivkohle - die schwer abbaubaren Substanzen adsorbiert werden, was die Verweilzeit dieser Stoffe in dem Behältnis erhöht, wodurch deren Abbau verbessert wird. Die Einzelheiten dieses komplexen Adsorptions- und Abbauvorganges sind zur Zeit noch nicht vollständig geklärt.

Manche Wässer, insbesondere Grundwässer, enthalten häufig einen sehr hohen Anteil biologisch schwer abbaubare Substanzen. Die Reinigung solcher Wässer ist in den üblichen Belebungsanlagen nur schwer, zum Teil überhaupt nicht möglich. Darüber hinaus wird ein Teil von gegebenenfalls vorhandenen niedermolekularen, leicht flüchtigen Substanzen durch die Belüftung in die Umgebung ausgestrippt, was unter dem Aspekt der Luftreinhaltung unerwünscht ist.

Bei den eingangs genannten kombinierten biologisch-adsorptiven Verfahren überwiegt in der Regel der Anteil des aus der Bakterienmasse gebildeten Belebtschlammes den Feststoffanteil des Adsorptionsmittels. In der zitierten Literatur wird von 35 bis 60% Belebtschlamm berichtet. Dabei ist die Aktivkohle in die Schlammflocken eingebunden. Solche Verfahren sind ebenfalls kaum in der Lage die genannten Wässer von den schwer abbaubaren Substanzen zu reinigen. Von den nicht biologischen Verfahren eignen sich für solche Wässer unter anderem Adsorptionsverfahren wie aus der DE 33 24 425 oder der DE 42 04 573 A1 bekannt.

Bei diesen wird Aktivkohle (DE 33 24 425) bzw. ein Polymer (DE 42 05 673 A1) als Adsorptionsmittel eingesetzt. Der Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß relativ große Mengen an teuerem Adsorptionsmittel (speziell Aktivkohle) benötigt werden, die zudem unter großem Aufwand reaktiviert oder anderweitig entsorgt werden müssen.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das mit relativ geringen Mengen an Adsorptionsmittel auskommt, ohne daß die Reinigungsleistung abnimmt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine bestimmte Menge des Adsorptionsmittels ständig zuführt und die gleiche Menge des Adsorptionsmittels ständig abführt, wobei das Verhältnis von Massenstrom des zugeführten Adsorptionsmittels zur BSB₅-Fracht des kontaminierten Wassers größer gleich 2 : 1 ist und wobei die Verweilzeit des Adsorptionsmittels im Behältnis mindestens 3 h beträgt.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur biologisch-adsorptiven Reinigung von kontaminiertem Wasser bei dem man das kontaminierte Wasser kontinuierlich in ein Behältnis leitet und in Gegenwart von Bakterien und mindestens eines Adsorptionsmittels belüftet, dadurch gekennzeichnet, daß man eine bestimmte Menge des Adsorptionsmittels ständig zuführt und die gleiche Menge des Adsorptionsmittels ständig abführt, wobei das Verhältnis von Massenstrom des zugeführten Adsorptionsmittels zur BSB₅-Fracht des kontaminierten Wassers größer gleich 2 : 1 ist und wobei die Verweilzeit des Adsorptionsmittels im Behältnis mindestens 3 h beträgt.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9. Es können auch einzelne oder mehrere der in den Unteransprüchen genannten Merkmale jeweils für sich erfinderische Lösungen darstellen und es sind auch die einzelnen Merkmale beliebig kombinierbar.

Die Verweilzeit des Adsorptionsmittels im Behältnis, das ein Becken oder ein ®BIOHOCH-Reaktor sein kann, wird vorteilhafterweise so eingestellt, (durch entsprechende Dimensionierung des Behältnisses), daß sich auf dem Adsorptionsmittel Bakterien ansiedeln können, so daß beim Belüften der Suspension von Belebtschlamm und Adsorptionsmittel zusätzlich zur Adsorption ein biologischer Abbau von organisch-chemischen Substanzen stattfinden kann. Durch diesen biologischen Abbau wird sowohl die Menge an benötigtem Adsorptionsmittel verringert, als auch die Reinigung des Wassers von den schwer abbaubaren Substanzen verbessert. Um die Ansiedelung der Bakterien auf dem Adsorptionmittel zu erleichtern, empfiehlt es sich, vor dem Anfahren der Anlage, bzw. vor dem Beschicken der Anlage mit Abwasser, zunächst Belebtschlamm in das Behältnis zu füllen. Anschließend kann eine dem Abwasserstrom proportionale Menge an Adsorptionsmittel kontinuierlich zugefahren werden. Weiter ist es günstig, das Behältnis abzudecken, da dann im Gasraum über dem Wasser befindliche leicht flüchtige Substanzen mit Hilfe von Rührern wieder in die Suspension eingetragen werden können, wo sie weiter abgebaut, bzw. adsorbiert werden können. Die Konzentration des Adsorptionsmittels im Behältnis reicht vorzugsweise von 3 bis 10 g Feststoff/l, bevorzugt von 4 bis 7 g Feststoff/l, besonders bevorzugt ist sie 5 g Feststoff/l. Als Adsorptionsmittel wird wegen des niedrigen Preises bevorzugt Braunkohlekoksstaub eingesetzt. Es können aber auch andere in Adsorptionsverfahren übliche Stoffe wie Aktivkohle verwendet werden.

Die Verweilzeit des Adsorptionsmittels im Behältnis beträgt vorzugsweise mindestens 30 h, bevorzugt mindestens 60 h, besonders bevorzugt mindestens 150 h und ganz besonders bevorzugt mindestens 300 h.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Massenstrom des zugeführten Adsorptionsmittels zur BSB₅-Fracht (BSB₅: biologischer Sauerstoffbedarf) des kontaminierten Wassers größer ist als 12 : 1, bevorzugt größer als 25 : 1, besonders bevorzugt größer als 50 : 1 und ganz besonders bevorzugt gleich 60 : 1 ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die aus dem Behältnis abgeführte Suspension in ein Absetzbecken geführt, in dem das mit Bakterien beladene Adsorptionsmittel sedimentiert. Der Großteil - vorzugsweise 92 bis 98 Gew.-%, abhängig von der Menge des zugegebenen Adsorptionsmittels pro m³ Abwasser (0,5-1 kg/m³), vom Rücklaufverhältnis (100-150%), vom Feststoffgehalt im Belüftungsbehältnis (3-10 kg/m³) und vom Feststoffanteil im Ablauf - wird dann in das Belüftungsbehältnis zurückgeleitet, während die gleiche Menge, die dem Belüftungsbehältnis zugeführt wird, aus dem Absetzbecken wieder abgeführt wird. Bei sehr feinem Kornanteil des Adsorptionsmittels ist es möglich, daß der Ablauf des Absetzbeckens Adsorptionsmittel enthält. Dieser Feinanteil kann durch Zusatz geringer Mengen eines Flockungsmittels in einem zweiten Absetzbecken abgetrennt werden. Das geflockte Adsorptionsmittel sollte nicht in das Belüftungsbehältnis zurückgeführt werden, da sich dadurch die für die Suspendierung des Adsorptionsmittels aufzubringende Energie um ein Vielfaches erhöhen würde. Das so biologisch-adsorptiv gereinigte Wasser ist nach Durchlaufen dieser beiden Absetzbecken nahezu feststofffrei und kann ohne weitere Behandlung in einen Vorfluter eingeleitet werden.

Das abgezogene Adsorptionsmittel ist zwar schadstoffbeladen, kann aber dennoch verwertet werden. Zum Beispiel läßt es sich als Filterhilfsmittel bei der Entwässerung von Klärschlamm aus biologischen Wasserreinigungsanlagen einsetzen. Dadurch erhöht sich zugleich der Heizwert des entwässerten Filterkuchens, so daß bei einer nachfolgenden Klärschlammverbrennung weniger Fremdenergie benötigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Reinigung von Wässern, deren CSB-Wert (chemischer Sauerstoffbedarf) kleiner als 500 mg/l ist, bevorzugt kleiner als 200 mg/l, besonders bevorzugt kleiner als 100 mg/l. Es eignet sich auch für Wässer deren BSB₅-Wert kleiner als 250 mg/l, ist, bevorzugt kleiner als 100 mg/l, besonders bevorzugt kleiner als 50 mg/l.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im wesentlichen darin zu sehen, daß Wässer mit schwer abbaubaren oder leichtflüchtigen Substanzen mit relativ geringen Mengen an Adsorptionsmittel gereinigt werden können.

Im folgenden wird eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand des in der Figur dargestellten Fließbildes näher erläutert.

Ein verunreinigter Grundwasserstrom 1 gelangt in ein gegen Atmosphäre geschlossenes Belüftungsbehältnis 2, das Bakterien und ein Adsorptionsmittel, beispielsweise Braunkohlekoksstaub oder Aktivkohle, enthält und das ein Becken oder ein ®BIOHOCH-Reaktor sein kann, und wird in diesem mit verdichteter Luft 3 begast, wobei ein Teil der Verunreinigungen biologisch abgebaut wird. Die verbrauchte Luft wird als Abluft 4 abgeführt. In das Belüftungsbehältnis 2 wird über eine Dosiereinrichtung 5 ständig ein Strom 6 des Adsorptionsmittels eingeleitet, und zwar mittels eines Injektors, der mit einem Wasserstrom 7 aus dem Belüftungsbehältnis 2 betrieben wird. Aus dem Belüftungsbehältnis 2 läuft ein Gemisch 8 aus Grundwasser, Bakterien und Adsorptionsmittel in ein erstes Nachklärbecken 9 über. In diesem sedimentiert ein Großteil des mit Bakterien belegten Adsorptionsmittels und wird teils als Rücklauf 10 wieder dem Belüftungsbehältnis zugeführt, teils als Überschuß 11 in einen Eindicker 12 geleitet. Aus dem Nachklärbecken 9 wird ein gereinigter und vorgeklärter Grundwasserstrom 13 einem zweiten Nachklärbecken 14 zugeführt und dort von restlichem Adsorptionsmittel befreit. Zur Unterstützung dieser zweiten Klärung kann vorher dem Grundwasserstrom 13 gegebenenfalls ein Flockungsmittelstrom 15 zugegeben werden. Aus dem zweiten Nachklärbecken wird ein gereinigter und geklärter Grundwasserstrom 16 abgezogen und in einen Vorfluter geleitet. Ein Reststrom 17 an sedimentiertem Adsorptionsmittel wird zusammen mit dem Überschuß 11 in den Eindicker 12 geleitet und von dort aus entsorgt.

In einer industriellen Kläranlage wurde das vorstehend beschriebene Verfahren entsprechend dem Fließbild durchgeführt. Die folgenden Tabellen zeigen die Daten der wesentlichen Apparate und der Stoffströme

Tabelle 1 Apparatedaten

Belüftungsbehältnis

2

: Volumen

5300

m³

, Wassertiefe

3

,

6

m
Nachklärbecken

9

: Volumen

1500

m³

, Wassertiefe 2,2 m, Klärfläche

680

m²

Nachklärbecken

14

: Volumen

1000

m³

, Wassertiefe 3,0 m, Klärfläche

332

m²

Tabelle 2 Stoffströme (BSB₅: Biologischer Sauerstoffbedarf, FS: Feststoffgehalt)

Grundwasser

1

: 350 m³

/h, BSB₅

80 mg/l, FS < 0,1 kg/m³

, pH 4-5
verdichtete Luft

3

: 1000 m³

/h i. N., 1,4 bar
Adsorptionsmittelstrom

6

: 250 kg/h
Strom

7

: 12 m³

/h, 4,5 bar
Gemisch

8

: 850 m³

/h, FS 5 kg/m³

Rücklauf

10

: 500 m³

/h, FS 8,5 kg/m³

Überschuß

11

: 10 m³

/h, FS 8,5 kg/m³

Grundwasserstrom

13

: 340 m³

/h, FS 0,5 kg/m³

Flockungsmittel

15

: 35 kg/h
gereinigtes Grundwasser

16

: 316 m³

/h, BSB₅

< 5 mg/l,
Reststrom

17

: 24 m³

/h, FS 7 kg/m³

Claims

1. Verfahren zur biologisch-adsorptiven Reinigung von kontaminiertem Wasser bei dem man das kontaminierte Wasser kontinuierlich in ein Behältnis leitet und in Gegenwart von Bakterien und mindestens eines Adsorptionsmittels belüftet, dadurch gekennzeichnet, daß man eine bestimmte Menge des Adsorptionsmittels ständig zuführt und die gleiche Menge des Adsorptionsmittels ständig abführt, wobei das Verhältnis von Massenstrom des zugeführten Adsorptionsmittels zur BSB₅-Fracht des kontaminierten Wassers größer gleich 2 : 1 ist und wobei die Verweilzeit des Adsorptionsmittels im Behältnis mindestens 3 h beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Massenstrom des zugeführten Adsorptionsmittels zur BSB₅-Fracht des kontaminierten Wassers größer ist als 12.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das kontaminierte Wasser Grundwasser ist und schwer abbaubare Substanzen enthält.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser leicht flüchtige Substanzen enthält.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel Aktivkohle und/oder Braunkohlenkoksstaub enthält.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel im Behältnis in einer Konzentration von 3 bis 10 g Feststoff/l vorliegt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Adsorptionsmittels im Behältnis mindestens 30 h beträgt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der CSB-Wert des kontaminierten Wassers kleiner als 500 mg/l, ist.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der BSB₅-Wert des kontaminierten Wassers kleiner als 250 mg/l ist.