DE19851345A1

DE19851345A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Wässern und Sedimenten

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Publication number: DE19851345A1
Application number: DE1998151345
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2000-05-11

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Aufbereitung von Wässern, wie stehenden und fließenden Wässern und Abwässern, sowie Sedimenten beansprucht, worin die Wässer bzw. Sedimente mit Erdalkaliperoxiden, ggf. in Kombination mit Alkalicarbonat-Peroxyhydraten, behandelt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Wässern, wie stehenden und fließenden Wässern und Abwässern, sowie Sedimenten.

Gewässer und Sedimente enthalten immer einen gewissen Anteil an organischen Materialien. Insbesondere bei Wässern, d. h. sowohl bei Gewässern als auch bei Abwässern, bestimmt der Anteil an organischen Verbindungen die Wasserqualität. Die organischen Materialien erhöhen zum einen die CSB- und den BSB-Werte und zum anderen führen sie im Laufe der Zeit zur Bildung von Detritus, d. h. zur Verschlammung und im Extremfall zur Verlandung.

Hohe CSB und BSB-Werte bedeuten, daß Materialien enthalten sind, die einen hohen Sauerstoffbedarf haben, und führen zu Sauerstoffmangel für die Mikroorganismen und sonstige Lebewesen und schließlich zum Absterben dieser. Das tote Material liegt im Wasser als zusätzliches organisches Material, z. B. als Schwebeteilchen, vor, was eine weitere Verringerung der Wasserqualität mit sich bringt.

Um eine Verlandung von Gewässern, insbesondere von Teichen, zu vermeiden, müssen die gebildeten Schlämme in regelmäßigen Abständen mechanisch entfernt werden. Diese mechanische Entfernung der Schlämme setzt aber eine ausreichende Teilchengröße voraus. Schwebeteilchen lassen sich nicht entfernen.

Ein weiteres Problem stellt insbesondere bei Wässern der Gehalt an Ammoniak bzw. Ammoniumverbindungen dar, die durch Abbau von in Abwässern enthaltenen Komponenten bilden.

Auch wird durch die Verschmutzung von Wässern und Sedimenten die Aktivität der darin lebenden Mikroorganismen nachteilig beeinflußt, was wiederum zu einer Störung des natürlichen Gleichgewichts führt.

Erdalkaliperoxide werden bisher als Zusatz in Zahnpasta, in der Kosmetikindustrie und als Sauerstoffspender bei der Kompostierung verwendet.

Von Alkalicarbonat-Peroxyhydraten ist beim Einsatz in Wasser eine mikrobizide Wirkung bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufbereitung von Wässern und Sedimenten zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, organische Materialien, die als Schlämme oder Schwebstoffe vorliegen, abzubauen und so den Gehalt an Sauerstoff-verbrauchenden Substanzen zu reduzieren und gleichzeitig die Nitrifikation und die Enzymaktivität der vorliegenden Mikroorganismen zu verbessern.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Wässern, wie stehenden und fließenden Wässern und Abwässern, sowie Sedimenten dadurch gekennzeichnet, daß die Wässer bzw. Sedimente mit Erdalkaliperoxiden behandelt werden.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß durch die Verwendung von Erdalkaliperoxiden zur Aufbereitung von Wässern und Sedimenten der Gehalt an organischen Materialien, die als Schlämme oder Schwebstoffe vorliegen, stark verringert werden kann und auch die mikrobielle Abbauleistung gefördert wird. Es wird angenommen, daß bei der Zugabe von Erdalkaliperoxiden zu Wässern oder Sedimenten eine Mineralisation des organischen Materials, d. h. eine Umwandlung von hochgradig organischem Material in anorganische Substanz stattfindet.

Gleichzeitig kann eine Immobilisierung von weiteren schädlichen Substanzen stattfinden, z. B. wenn diese mit anderen Feststoffen ausgefällt werden. Untersuchungen haben ergeben, daß auch Geruchs- und Geschmacksstoffe abgebaut werden und die Nitrifikation gefördert wird.

Ferner wurde festgestellt, daß insbesondere bei übersäuerten Wässern gleichzeitig ein Anstieg des pH-Werts und eine Stabilisierung des Pufferkapazität eintritt.

Nach Abschluß des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht erforderlich ggf. gefälltes Material aus den Wässern bzw. den Sedimenten zu entfernen, es kann im Wasser bzw. im Sediment belassen werden. Das gefällte Material besteht im wesentlichen aus mineralisierten Stoffen, auf denen auch die Wasserqualität beeinträchtigende Stoffe immobilisiert sein können. Daher ist das vorliegende Verfahren insbesondere bei sog. Belassungskonzepten zur Wasseraufbereitung vorteilhaft anzuwenden.

Unter Wässern werden im Sinne der vorliegende Erfindung alle Wässer verstanden, wie z. B. Wasser in Teichen, Seen, Flüssen, See- und Süßwasseraquarien, Aufzuchtstationen für Fische und andere Seetiere enthalten sind, Wasser aus Kläranlagen und anderen Wasser aufbereitungsanlagen etc. sowie beliebige Abwasser einschließlich Industrieabwässer, wobei die voranstehenden Wässer auch Sedimente enthalten können. Unter Sedimenten werden im Sinne der vorliegende Erfindung Schlämme und in Wässer befindliche Festkörper, wie z. B. in Teichen, Seen und Flüssen, verstanden. Die Schlämme können beispielsweise aus Kläranlagen, Abwasserfilter etc. stammen.

Geeignete Erdalkaliperoxide sind z. B. die Peroxide von Magnesium, Calcium, Barium, Strontium und deren Gemische, wobei Calcium und Magnesium oder deren Gemische be vorzugt eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind Calciumperoxide Hauptbestandteil eines ggf. eingesetzten Gemisches, wobei Calcium durch Magnesium- oder Strontiumperoxid, in Mengenanteilen von 0,02 Gew.-% bis 50 Gew.-%, vorzugsweise bis 30 Gew.-%, bezogen auf CaO₂, ersetzt werden kann. Es ist möglich, das Material mit weiteren Alkali- und Erdalkalimetalloxiden und/oder -peroxiden zu vermischen.

Die Alkalicarbonat-Peroxyhydrate sind Anlagerungsprodukte von Alkalicarbonaten mit H₂O₂, Na₂CO₃.xH₂O₂, beispielsweise (Na₂CO₃)₂.3H₂O₂. Sie werden auch als Alkalipercarbonate bezeichnet und sind im Handel erhältlich. Es ist auch möglich, ein Gemisch aus Alkalicarbonat und H₂O₂ einzusetzen, woraus sich das Addukt in an sich bekannter Weise bildet. Sowohl aus Kostengründen als auch aus ökologischen Gründen hat sich Natriumcarbonat-Peroxyhydrat als besonders geeignet erwiesen.

Die Erdalkaliperoxide und Alkalicarbonat-Peroxyhydrate werden vorzugsweise in Mengenverhältnissen von 1 : 1 bis 1 : 0,03 eingesetzt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die verwendeten Substanzen, d. h. Erdalkaliperoxide und ggf. Alkalicarbonat-Peroxyhydrate sowie weitere fakultative Bestandteile, in einer Menge von 30 bis 300 g/qm Wasser-(Wassergrund)-fläche bzw. Bodenfläche aufgebracht.

Bei dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abwasserreinigung besteht weiterhin der Vorteil, daß, je nach Beschaffenheit des Abwassers, in kurzer Zeit Abwasser heterogener und wechselnder Zusammensetzung in einem sehr einfachen, einstufigen Prozeß reinigen zu können. Dabei ist von der apparativ-technischen Seite ein vergleichsweise geringfügiger und daher wenig kostenintensiver Aufwand zu betreiben, beispielsweise ist eine direkte Einleitung der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Komponenten möglich.

Mit dem neuen Verfahren ist es darüber hinaus möglich, Schwermetallgehalte sowie die Gehalte an störenden Anionen, z. B. PO₄ ^3-, NO₂⁻, S^2-, zu senken. Beim Einsatz zur Aufbereitung von Industrieabwässern können die derzeit gültigen amtlichen Grenzwerte erreicht werden, was eine direkte Einleitung der Abwässer in kommunale Wassernetze oder in Flüsse oder Seen möglich macht.

Die Gegenwart von Ionen bzw. Salzen beispielsweise des Eisens und Aluminiums sowie von Oxiden, Hydroxiden, Hydrogencarbonaten, Carbonaten, Sulfaten, Nitraten, Chlorid und Fluorid stört die Wirksamkeit des Verfahrens nicht, sondern kann durch einzelne Komponenten die Wirksamkeit sogar noch fördern; insbesondere durch die Dotierung der Metalle Eisen und Aluminium sowie von Fluorid, z. B. in Form von NaF, KF oder MgF₂, oder anderen Ionen mit geringem Ionenradius läßt sich die Wirksamkeit des Verfahrens erhöhen, wobei diese Verbindungen in einer solchen Menge eingesetzt werden, daß die Wasserqualität nicht nachteilig beeinflußt wird.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Peroxide und weitere ggf. eingesetzte Komponenten können den zu behandelnden Systemen entweder als Einzelsubstanzen oder im Gemisch mit anderen als Festkörper vorliegenden Komponenten, als wäßrige Lösungen oder Aufschlämmungen zugesetzt werden. Als derartige Festkörper kommen insbesondere Schichtsilikate oder Gerüstsilikate, vorzugsweise aus der Gruppe der Zeolithe und Bentonite, eingesetzt in Betracht.

Aus anwendungstechnischen Gründen ist es besonders zweckmäßig, die in fester Form vorliegenden Materialien zu kompaktieren und z. B. als Granulate, Pellets oder Tabletten einzusetzen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Wässer durch eine Vorrichtung zu leiten, die die erfindungsgemäßen Komponenten ggf. auf Trägermaterialien aufgebracht, enthält. Auch das Leiten der Wässer über ein Festbett, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Komponenten enthält, ist möglich, wobei eine Kontaktzeit gewährleistet sein muß.

In Abhängigkeit von der Wasserqualität und Sedimentqualität, wie Carbonatgehalt, pH-Wert, etc., kann es angebracht sein, noch weitere Verbindungen zuzusetzen, die die Wasser- bzw. Sedimentqualität erhöhen. Als solche Verbindungen können beispielsweise genannt werden Ca(OH)₂, CaO, CaCO₃, CaCl₂, Ca(NO₃)₂, CaSO₄, Ca₂SiO₄, CaF₂, Cal₂, CaBr₂, Ca₃(PO₄)₂, Ca₄H(PO₄)₃, Ca₂P₂O₇, Ca₄P₂O₉, CaHPO₄, Ca(PO₃)₃, Ca(H₂PO₄)₂ und die Apatite des Calciums sowie Gemische der voranstehenden. Je nach Beschaffenheit des Rohwassers kann es erforderlich sein, das Wasser unter Verwendung von Alkalimetall- oder Erdal kalimetallsalzen, insbesondere Oxide, Hydroxide, Carbonate oder Hydrogencarbonate zu behandeln, um den pH-Wert zu erhöhen.

So zeigten Versuche mit stark belasteten Abwässern aus Kunstststoffrecycling-Betrieben, daß sich, nach Abtrennung der Fällungsprodukte, die Qualität des Prozeßwassers so stark verbessert hatte, daß eine Einleitung des behandelten Wassers in den Vorfluter nach den Kriterien der Indirekteinleiter- bzw. Direkteinleiterverordnung möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann eingesetzt werden zur Aufbereitung von Boden, Gewässersedimenten, Schlämmen und Wasser/Abwasser in offenen und geschlossenen wasserhaltigen Systemen, Gewässern wie Meerwasser, Brackwasser und Süßwasser, z. B. in Talsperren, künstlichen oder natürlichen Seen, Bade- oder Fischereigewässern, Zierteichen und der Aquaristik. Ferner in Prozeßwässern, z. B. Kläranlagen, Abwasseraufbereitungsan lagen, Recyclinganlagen, Kühlwasseranlagen und Wärmetauscheranlagen, Abwässer che mischer Produktionsanlagen, oder bei der Behandlung von Wasser, das durch Zersetzungs- und Kondensationsprozesse (z. B. Deponiesickerwasser oder Kondensat aus thermischen Abfallverwertungsanlagen) oder durch Auslaugungsprozesse entsteht (z. B. Wasser das durch kontaminierte Böden, Gewässersedimente oder Schlämme sickert).

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann erfolgen durch direkte Dosierung der festen Komponenten von Hand, oder durch technische Einrichtungen oder Hilfsmittel wie Dosiersysteme, Förderschnecken oder ähnliches. Das Material kann direkt in das zu behandelnde Wasser dosiert werden, oder auch dadurch, daß Behältnisse das Material in fester Form enthalten und vom zu behandelnden Wasser durchströmt werden, wie zum Beispiel Filterpatronen, Fest- oder Wirbelbettreaktoren.

In weiteren Applikationen werden die erfindungsgemäß eingesetzten Komponenten durch Zwangsmischer, Erdfräsen oder andere mechanische Mischer in Böden, Schlämme oder Gewässersedimente eingearbeitet.

Untersuchungen der behandelten Wässer und Sedimente haben ergeben, daß eine Abnahme des Glühverlustes von Schlämmen auftritt und daß bereits nach kurzer Zeit eine Erhöhung des Enzymaktivität der vorhandenen Organismen festzustellen ist.

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung von Wässern, wie stehenden und fließenden Wässern und Abwässern, sowie Sedimenten dadurch gekennzeichnet, daß die Wässer bzw. Sedi mente mit Erdalkaliperoxiden behandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdalkaliperoxide die Peroxide von Calcium, Magnesium oder deren Gemische eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Alkalicarbonat-Peroxyhydrate eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalicarbonat- Peroxyhydrat Na₂CO₃.xH₂O₂, vorzugsweise (Na₂CO₃)₂.3H₂O₂, oder ein Gemisch aus Na₂CO₃ und H₂O₂ eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Schichtsilikate oder Gerüstsilikate, vorzugsweise aus der Gruppe der Zeolithe und Bentonite, eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Eisen- oder Aluminiumionen, Fluoridionen oder andere Ionen mit geringem Ionenradius zugesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten direkt, in fester Form oder als wäßrige Aufschlämmung oder Lösung, per Hand oder durch geeignete Dosiersysteme dem zu behandelnden Wasser zuge setzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten in fester Form vorliegen und von dem zu behandelnden Wasser durchströmt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Komponenten durch Zwangsmischer, Erdfräsen oder andere mechanische Mischer in Böden, Schlämme oder Seewässersedimente eingearbeitet.