DE19806768A1 - Waste water treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von organisch belasteten Abwässern, bei dem ein wiederverwendbarer Brauchwasserstrom und ein Abwasserstrom erzeugt wird, der zur umweltgerechten Einleitung in Kläranlagen und Vorfluter geeignet ist, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for the preparation of organic contaminated waste water, with a reusable flow of process water and a wastewater stream is generated that is used for environmentally friendly discharge in Sewage treatment plants and receiving water is suitable, as well as a plant for implementation of the procedure.
Das Verfahren und die Vorrichtung sind verwendbar zur Aufbereitung von Abwässern, die in großen Mengen anfallen und eine hohe organische Belastung aufweisen, insbesondere zur Aufbereitung betrieblicher Abwässer in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie.The method and the device can be used for the preparation of Sewage that accumulates in large quantities and a high organic Have pollution, especially for the treatment of industrial waste water in the food and beverage industry.
Die Lebensmittel- und speziell die Getränkeindustrie benötigen große Mengen von Wasser zur Herstellung ihrer Produkte. An dieses Wasser werden bezüglich der Hygiene Anforderungen gestellt, wie sie in vielen anderen Industriezweigen nicht bestehen. Deshalb wird in Lebensmittelbetrieben fast ausschließlich Trinkwasser benutzt, meist auch vom Gesetzgeber gefordert. Obwohl es nun zum Stand der Technik gehört - und auch vom Wasserhaushaltsgesetz gefordert wird - Wasser einzusparen und wiederzuverwenden wo immer das möglich ist, verläßt der größte Teil dieses Trinkwassers den Betrieb als Abwasser, nur ein kleiner Teil in Form des Produktes.The food and especially the beverage industries need big ones Amounts of water to make their products. This water are made with regard to hygiene, as they are in many other industries do not exist. Therefore in Food companies almost exclusively use drinking water, mostly also required by lawmakers. Although it is now part of the state of the art - and is also required by the Water Resources Act - saving water and reusing wherever possible leaves most this drinking water operation as wastewater, only a small part in the form of the product.
Nach der EP 0 561 456 B1 ist ein Verfahren zur Reinigung von Wasser, insbesondere aus der Landwirtschaft, bekannt, wobei eine Sauerstoff/Ozon- Gasmischung unter hohem Druck in in das zu reinigende Wasser eingeführt wird, dieses mit Sauerstoff und Ozon angereicherte Wasser durch mindestens einen Reaktor geleitet und das Wasser aus dem Reaktor einer Membranfiltereinheit mit einer Membran mit einem Ausschlußwert von ≦ 100 Dalton zugeführt wird. Zur besseren Oxidation der organischen Bestandteile wird in einem zusätzlichen Reaktor Wasserstoffperoxid in Anwesenheit von Aktivkohle als Katalysator verwendet. Obwohl nach diesem Verfahren ein wiederverwendbares Brauchwasser nach der Membranfiltration erzeugt werden kann, hat es den Nachteil, daß die Oxidation unter hohem Druck und zur vollständigen Oxidation der organischen Bestandteile des Abwassers eine zusätzliche katalytische Reaktion in einem weiteren Reaktor durchzuführen ist. Zur Überführung der organischen Bestandteile in biologisch abbaubare Produkte ist auch eine durch Eisen(II)salze katalysierte Reaktion mit Wasserstoffperoxid (H2O2) bekannt (Solvay Interox GmbH, Abwasserreinigung mit Fenton's Reagenz (Wasserstoffperoxid/Eisensalz), Technische Information FA 1.4.33]. Der Vorteil bei der Anwendung dieser Methode in Lebensmittel- oder Getränkebetrieben besteht darin, daß das erhaltene Wasser direkt in Kläranlagen oder Vorfluter eingeleitet werden kann, sie hat aber die Nachteile, daß große Abwasserströme schlecht zu bewältigen sind und daß hierbei zunächst kein wiederverwendbares Brauchwasser anfällt. Versucht man nämlich nach der katalytischen Oxidation mit Fenton's Reagenz Brauchwasser durch eine anschließende Membranfiltration durchzuführen, führt das durch eine rasche Verblockung der Membran, die offensichtlich durch den Eisenkatalysator hervorgerufen wird, zum Mißerfolg.According to EP 0 561 456 B1, a process for cleaning water, in particular from agriculture, is known, an oxygen / ozone gas mixture being introduced under high pressure into the water to be cleaned, this water enriched with oxygen and ozone by at least passed a reactor and the water from the reactor is fed to a membrane filter unit with a membrane with an exclusion value of ≦ 100 daltons. For better oxidation of the organic constituents, hydrogen peroxide in the presence of activated carbon is used as a catalyst in an additional reactor. Although a reusable process water can be produced after the membrane filtration by this method, it has the disadvantage that the oxidation under high pressure and for the complete oxidation of the organic constituents of the waste water has to be carried out in an additional catalytic reaction in a further reactor. To convert the organic components into biodegradable products, a reaction with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) catalyzed by iron (II) salts is also known (Solvay Interox GmbH, wastewater treatment with Fenton's reagent (hydrogen peroxide / iron salt), Technical Information FA 1.4.33 The advantage of using this method in food or beverage companies is that the water obtained can be discharged directly into sewage treatment plants or receiving water, but it has the disadvantages that large wastewater flows are difficult to manage and that there is initially no reusable service water If, after the catalytic oxidation with Fenton's reagent, you try to carry out process water through a subsequent membrane filtration, this leads to failure due to a rapid blocking of the membrane, which is obviously caused by the iron catalyst.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufbereitung großer Mengen von Abwässern, insbesondere aus der Lebensmittel- und Getränkeindustrie aufzufinden, bei dem ein möglichst großer Teilstrom als betrieblich wiederverwendbares Brauchwasser anfällt und ein zweiter Teilstrom soweit aufbereitet wird, daß er direkt in Kläranlagen oder Vorfluter eingeleitet werden kann sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen.The invention is therefore based on the object of a method for Treatment of large quantities of waste water, especially from the To find the food and beverage industry where possible large partial flow arises as operationally reusable process water and a second partial flow is prepared so far that it is directly in Sewage treatment plants or receiving water can be initiated as well as a plant for Propose implementation of the procedure.
Die Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, nach dem große Mengen von organisch belasteten Abwässern durch kombinierte Behandlung mittels Crossflow-Membranfiltration und katalytischer Oxidation mit Wasserstoffperoxid aufbereitet werden, wobei zunächst die Abwässer mittels Ultrafiltration und Umkehrosmosefiltration in einen Brauchwasserstrom und in einen intermediären Abwasserstrom aufgetrennt werden, der eine höhere Belastung an organischen Stoffen aufweist als die ursprünglichen Abwässer. Anschließend wird der intermediäre Abwasserstrom einer katalytischen Oxidation mittels aus Wasserstoffperoxid und Eisen(II)Salzen bestehendem Fenton's Reagenz unterworfen, wobei ein Abwasserstrom mit einer verminderten organischen, biologisch abbaubaren Belastung erzeugt wird, der nach Abtrennung des Eisens umweltgerecht in ein Klärwerk oder einen Vorfluter eingeleitet wird. Für den Fall, daß die organisch belasteten Abwässer lediglich eine geringe Salzfracht aufweisen, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Umkehrosmosefiltration durch eine Nanofiltration ersetzt, die bei geringeren Drücken betrieben wird.The invention is achieved by a method by which large amounts of organically contaminated wastewater through combined treatment with Crossflow membrane filtration and catalytic oxidation with Hydrogen peroxide are processed, first using the waste water Ultrafiltration and reverse osmosis filtration in a process water stream and be separated into an intermediate wastewater stream, the higher one Has more pollution than the original wastewater. Then the intermediate wastewater stream becomes a catalytic Oxidation using hydrogen peroxide and iron (II) salts Fenton's reagent subjected to a wastewater stream with a reduced organic, biodegradable pollution is generated, the after separation of the iron in an environmentally friendly sewage treatment plant or Receiving water is initiated. In the event that the organically charged Waste water only has a low salt load, is in one preferred embodiment of the invention, the reverse osmosis filtration replaced by a nanofiltration, which is operated at lower pressures.
Dadurch, daß zuerst die Membranfiltration durchgeführt wird, können große Mengen an Abwässern aufbereitet werden, weil der dabei gewonnene Brauchwasserstrom die Menge an durch katalytische Oxidation zu behandelndem Abwasser entsprechend reduziert. Ein Verblocken der Membranen durch den Katalysator ist ausgeschlossen. Die in dem intermediären Abwasserstrom enthaltenen organischen Stoffe werden nicht vollständig zu Kohlendioxid, sondern lediglich zu biologisch abbaubaren Stoffen umgewandelt. Damit kann das Verfahren durch entsprechende Reaktionsführung, beispielsweise über die Menge an Wasserstoffperoxid oder den Anteil an Brauchwasser, technisch flexibel und wirtschaftlich so gesteuert werden, daß die durch die Umweltgesetzgebung oder Einleitungsvorschriften festgelegten Grenzwerte an organischer Abwasserbelastung gerade erreicht oder unterschritten werden.By performing the membrane filtration first, large ones can be Amounts of wastewater are treated because of the resulting Domestic water flow the amount of due to catalytic oxidation treating wastewater reduced accordingly. A blocking of Membranes through the catalyst are excluded. The one in the Organic waste water contained in the intermediate wastewater stream will not completely to carbon dioxide, but only to biodegradable Fabrics converted. So that the process by appropriate Reaction control, for example on the amount of hydrogen peroxide or the proportion of process water, technically flexible and economically controlled in this way be that by environmental legislation or introductory rules specified limits for organic wastewater pollution have just been reached or fall below.
Erfindungsgemäß wird der Brauchwasserstrom aus dem Permeat einer Umkehrosmosefiltration gewonnen, welcher mindestens ein Teil des Permeats einer vorgelagerten Ultrafiltration zugeführt wurde. Erforderlichenfalls kann das Brauchwasser nachbehandelt werden, zum Beispiel durch UV-Be strahlung oder Chlorung. Aus den Konzentratströmen oder Teilen der Konzentratströme der Ultrafiltration und der Umkehrosmosefiltration wird ein intermediärer Abwasserstrom gesammelt, der eine höhere organische Belastung aufweist als das ursprüngliche Abwasser. Deshalb wird der intermediäre Abwasserstrom einer katalytischen Oxidation mittels aus Wasserstoffperoxid und Eisen(II)salzen bestehendem Fenton's Reagenz unterworfen, um einen Abwasserstrom mit einer verminderten organischen, biologisch abbaubaren Belastung zu erzeugen. Dazu wird der pH-Wert des intermediären Abwasserstroms durch Zugabe einer anorganischen Säure auf 3 bis 4 eingestellt, das Wasserstoffperoxid als Fenton's-Reagenz für den angestrebten Grad der Oxidation der organischen Bestandteile langsam zudosiert und nach Beendigung der Reaktion das Eisen durch Einstellen des pH-Wertes auf etwa 10 mittels Lauge ausgefällt und abfiltriert. Das als Filtrat anfallende Abwasser wird in ein Klärwerk oder einen Vorfluter eingeleitet. Die Eisen(II)salze können beispielsweise elektrolytisch regeneriert und wieder eingesetzt werden. Das Verfahren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden.According to the process water flow from the permeate is one Reverse osmosis filtration, which contains at least part of the permeate an upstream ultrafiltration was fed. If necessary, can the process water is post-treated, for example by UV-Be radiation or chlorination. From the concentrate streams or parts of the Concentrate flows of ultrafiltration and reverse osmosis filtration become one intermediate wastewater stream collected, which is a higher organic Pollution than the original wastewater. Therefore the intermediate wastewater stream by means of a catalytic oxidation Hydrogen peroxide and iron (II) salt existing Fenton's reagent subjected to a wastewater stream with a reduced organic, to generate biodegradable pollution. The pH of the intermediate waste water flow by adding an inorganic acid to 3 set to 4, the hydrogen peroxide as Fenton's reagent for the desired degree of oxidation of the organic components slowly metered in and after the reaction, the iron by adjusting the pH to about 10 precipitated with lye and filtered off. That as a filtrate Any waste water is discharged into a wastewater treatment plant or a receiving water. The iron (II) salts can, for example, be electrolytically regenerated and be used again. The process can be continuous or be operated discontinuously.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise für die Aufbereitung betrieblicher Abwässer aus der Lebensmittelindustrie geeignet, weil dort große Mengen an Abwässern anfallen und beträchtliche Mengen an Brauchwasser benötigt werden. Durch die erfindungsgemäße Aufbereitung läßt sich der Verbrauch an wertvollem Trinkwasser deutlich senken.The method according to the invention is preferably for reprocessing operational waste water from the food industry because it is there large amounts of wastewater and considerable amounts of Process water are required. Through the preparation according to the invention the consumption of valuable drinking water can be significantly reduced.
Der Kern der Anlage zur Durchführung des Verfahrens besteht aus mindestens einer Ultrafiltrationsvorrichtung und nachgeschaltet mindestens einer Umkehrosmosevorrichtung, der mindestens teilweise das Filtrat der Ultrafiltrationsvorrichtung zugeführt wird. Die Konzentratausgänge beider Vorrichtungen gestatten die Sammlung von Teilen des Konzentrats in einem Vorlagentank, das den intermediären Abwasserstrom darstellt. Aus ihm wird mindestens ein Reaktor gespeist, in welchem die katalytische Oxidation durchgeführt wird und der mit Vorratsgefäßen für die Reagenzien verbunden ist. Zum kontinuierlichen Betrieb verfügt die Anlage vorzugsweise über mehrere derartige Reaktoren. Zur Abtrennung des ausgefallenen Eisens ist dem Reaktor eine Filtervorrichtung, beispielsweise ein Bandfilter nachgeschaltet. Die Anlage kann rechnergestützt und mit entsprechenden Sensoren, Meßinstrumenten und Ventilen bestückt, automatisch betrieben werden.The core of the plant for carrying out the process consists of at least one ultrafiltration device and at least one downstream a reverse osmosis device that at least partially contains the filtrate of the Ultrafiltration device is supplied. The concentrate outlets of both Devices allow parts of the concentrate to be collected in one Storage tank that represents the intermediate wastewater flow. He becomes fed at least one reactor in which the catalytic oxidation is carried out and connected to storage vessels for the reagents is. The system is preferably equipped for continuous operation several such reactors. To separate the precipitated iron a filter device, for example a belt filter, to the reactor downstream. The system can be computer-supported and with appropriate Sensors, measuring instruments and valves equipped, operated automatically become.
In einer bevorzugten Verfahrensweise wird mittels der Anlage der aufzubereitende Abwasserstrom in einen Brauchwasserteilstrom von ca. 2/3 der Eingangsmenge und einen Abwasserteilstrom von ca. 1/3 der Eingangsmenge, der fast die gesamte Schmutz- und Salzfracht enthält, aufgeteilt.In a preferred procedure, the wastewater flow to be processed into a process water partial flow of approx. 2/3 the input quantity and a wastewater partial flow of approx. 1/3 of the Input quantity, which contains almost the entire dirt and salt load, divided up.
Die Erfindung soll anhand der Figur näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to the figure.
Dabei zeigt die Figur schematisch den erfinderischen Teil einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens zur Aufbereitung von organisch belasteten Abwässern.The figure shows schematically the inventive part of a plant Implementation of the process for the treatment of organically contaminated Sewage.
Die aufzubereitenden organisch belasteten Abwässer 1 werden beispielsweise über Sandfilter (nicht dargestellt) aus einem Tank 2, beispielsweise einem Senkschacht, einer im Crossflow-Regime arbeitenden Ultrafiltration vorrichtung 3 mittels nicht dargestellter Pumpe zugeführt. Der Filtratausgang 4 der Ultrafiltrationsvorrichtung 3 ist mit dem Eingang einer Umkehrosmosefiltrationsvorrichtung, alternativ einer Nanofiltrations vorrichtung 5 verbunden, die an ihrem Filtratausgang 6 den Brauchwasserstrom 7 liefert. Wahlweise kann der Brauchwasserstrom eine Nachbehandlungsvorrichtung 8 passieren. Die Konzentrate der Ultrafiltrationsvorrichtung 3 und der Umkehrosmosefiltrationsvorrichtung 5 passieren über Kreisläufe 9, 10 die jeweiligen Crossflow-Module und ein einstellbarer Anteil der Konzentrate wird als intermediärer Abwasserstrom über die Leitungen 11 und 12 einem Vorlagentank 13 zugeführt. Der Vorlagentank 13 ist mit mindestens einem Reaktor 14 für die Durchführung der katalytischen Oxidation des intermediären Abwasserstroms verbunden. Er kann über nicht dargestellte Umwälz- oder Rühreinrichtungen verfügen und ist mit Vorratsgefäßen für Eisen(II)salz 15, Säure 16, Lauge 17 und Wasserstoffperoxid 18 verbunden, aus denen die Reagenzien entsprechend der Reaktionsführung zudosiert werden. Der Ausgang des Reaktors 14 ist mit einer Filtervorrichtung 19 für die Abtrennung von ausgefälltem Eisenkatalysator (Eisenhydroxid/-oxid) verbunden, das in einer Regenierungsvorrichtung 20 als Eisen(II)salz für den Prozeß zurückgewonnen werden kann. Der aus der Filtervorrichtung 19 austretende Abwasserstrom 21 mit einer verminderten organischen, biologisch abbaubaren Belastung kann umweltgerecht direkt in ein Klärwerk oder in einen Vorfluter (nicht dargestellt) eingeleitet werden.The organically contaminated wastewater 1 to be treated is fed, for example, via sand filters (not shown) from a tank 2 , for example a sink shaft, to an ultrafiltration device 3 working in the crossflow regime by means of a pump (not shown). The filtrate outlet 4 of the ultrafiltration device 3 is connected to the input of a reverse osmosis filtration device, alternatively a nanofiltration device 5 , which supplies the process water stream 7 at its filtrate outlet 6 . The process water stream can optionally pass through an aftertreatment device 8 . The concentrates of the ultrafiltration device 3 and the reverse osmosis filtration device 5 pass through the respective crossflow modules via circuits 9 , 10 and an adjustable proportion of the concentrates is fed as an intermediate wastewater stream via lines 11 and 12 to a storage tank 13 . The storage tank 13 is connected to at least one reactor 14 for carrying out the catalytic oxidation of the intermediate waste water stream. It can have circulation or stirring devices (not shown) and is connected to storage vessels for iron (II) salt 15 , acid 16 , alkali 17 and hydrogen peroxide 18 , from which the reagents are metered in according to the reaction procedure. The outlet of the reactor 14 is connected to a filter device 19 for the separation of precipitated iron catalyst (iron hydroxide / oxide), which can be recovered in a regeneration device 20 as iron (II) salt for the process. The wastewater stream 21 emerging from the filter device 19 with a reduced organic, biodegradable load can be introduced in an environmentally friendly manner directly into a sewage treatment plant or into a receiving water (not shown).
Claims (7)
- A) in einer ersten Gruppe von Schritten die Abwässer (1) mittels Ultrafiltration (3) und Umkehrosmosefiltration (5) in einen Brauchwasserstrom (7) und in einen intermediären Abwasserstrom aufgetrennt werden, indem das Permeat (4) der Ultrafiltration (3) der Umkehrosmosefiltration (5) zugeführt wird und das Permeat (6) der Umkehrosmosefiltration (5) als Brauchwasserstrom (7) abgeführt und indem mindestens ein Teil des Konzentrats der Ultrafiltration (11) und der Umkehrosmosefiltration (12) als intermediärer Abwasserstrom in einem Vorlagentank (13) gesammelt wird und
- B) in einer zweiten Gruppe von Schritten der intermediäre Abwasserstrom aus dem Vorlagentank (13) der katalytischen Oxidation mittels aus Wasserstoffperoxid und Eisen(II)Salzen bestehendem Fenton's Reagenz unterworfen wird, um einen Abwasserstrom (21) mit einer verminderten organischen, biologisch abbaubaren Belastung zu erzeugen, indem der pH-Wert des in einen Reaktor (14) überführten intermediären Abwasserstroms durch Zugabe von Säure (16) auf 3 bis 4 eingestellt, das Wasserstoffperoxid (15, 18) für den angestrebten Grad der Oxidation der organischen Bestandteile langsam zudosiert und nach der Reaktion der Eisenkatalysator durch Einstellung des pH-Werts auf etwa 10 mittels Lauge (17) ausgefällt und in einer nachgeordneten Filtervorrichtung (19) abfiltriert wird und der als Filtrat anfallende Abwasserstrom (21) in ein Klärwerk oder einen Vorfluter eingeleitet wird.
- A) in a first group of steps, the wastewater ( 1 ) is separated by means of ultrafiltration ( 3 ) and reverse osmosis filtration ( 5 ) into a process water stream ( 7 ) and into an intermediate wastewater stream by permeate ( 4 ) ultrafiltration ( 3 ) reverse osmosis filtration ( 5 ) is fed and the permeate ( 6 ) of the reverse osmosis filtration ( 5 ) is discharged as process water stream ( 7 ) and is collected in at least part of the concentrate of the ultrafiltration ( 11 ) and the reverse osmosis filtration ( 12 ) as an intermediate wastewater stream in a storage tank ( 13 ) will and
- B) in a second group of steps, the intermediate wastewater stream from the storage tank ( 13 ) is subjected to the catalytic oxidation by means of Fenton's reagent consisting of hydrogen peroxide and iron (II) salts, in order to add a wastewater stream ( 21 ) with a reduced organic, biodegradable load generate by adjusting the pH of the intermediate waste water stream transferred to a reactor ( 14 ) by adding acid ( 16 ) to 3 to 4, slowly metering in the hydrogen peroxide ( 15 , 18 ) for the desired degree of oxidation of the organic constituents and after the reaction, the iron catalyst is precipitated by adjusting the pH to about 10 using lye ( 17 ) and filtered off in a downstream filter device ( 19 ) and the waste water stream ( 21 ) obtained as filtrate is passed into a sewage treatment plant or a receiving water.
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