DE2020304C3

DE2020304C3 -

Info

Publication number: DE2020304C3
Application number: DE19702020304
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Verfahren zum Behandeln von aus Abwasser durch Absetzen gewonnenen Frisch- oder Faulschlammen Thorn, Werner, Prof. Dr., 2073 Lütjensee
Filing date: 1970-04-25
Publication date: 1977-10-06

Description

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Die Entwässerung und Eindickung von Frisch- und Faulschlämmen bereitet seit je her Schwierigkeiten. In den meisten Kläranlagen werden Abwässer unterschiedlicher Herkunft und Zusammensetzung aufgearbeitet. Es fallen daher Frischschlämme mit wechselndem Gehalt an Substanzen biologischen Ursprungs und sehr heterogener Zusammensetzung mit einem Wassergehalt von etwa 98% an. Meist werden die Frischschlämme zunächst durch bakterielle Einwirkung aufgearbeitet. Dabei wird ein Teil der organischen Substanzen abgebaut und zugleich eine beachtliche Homogenisierung des Schlammes und eine Konzentrierung des Feststoffgehalts auf in der Regel 5 % bis maximal 10% erreicht. Die weitere Entwässerung und Eindickung der Faulschlämme in vertretbar kurzer Zeit gelang bisher nur mit einem relativ hohen Aufwand an Einrichtungs- und Betriebsmitteln, wie Chemikalien ^6s (Fällungsmitteln) und/oder Wärmeenergie.

Ein bekanntes Verfahren zum Eindicken besteht . darin, daß man den Schlamm auf Trockenbeete bringt; dabei spart man zwar Chemikalien und Energie, benötigt aber Zeit und große Lagerflächen.

Die an manchen Orten geübte Versenkung von Faulschlamm in stillgelegte Bergwerksstollen kann nur als Notmaßnahme gelten und ist wegen unkontrollierbarer Verschmutzung des Untergrundes und Entwicklung von Methanansammlungen mit unabsehbaren Gefahren verbunden.

Es ist ferner bekannt, Abwasserschläinme direkt in Flußläufe und ins Meer zu leiten. Dies läßt sich mit heutigen Erfordernissen der Wasserwirtschaft und des Umweltschutzes nicht mehr vereinbaren.

Bei der chemischen Aufarbeitung von Frisch- und Faulschlämmen sind zunächst ältere Verfahren zu erwähnen, bei denen beabsichtigt ist, durch schwaches Ansäuern Gase zu entwickeln und leichte Schwebstoffe zum Aufschwimmen zu bringen (britische Patentschrift 22 778, USA.-Patentschrift 13 25 787), gegebenenfalls mit zusätzlichem Erwärmen auf über 30 C (USA.-Patentschrift 14 30 182). Diese Verfahren sind naturgemäß zeitaufwendig und stark von den verschiedensten Umständen des Einzelfalles abhängig. Für Schlämme aus hoch und komplex belasteten Abwässern, wie sie in heutiger Zeit praktisch ausschließlich vorliegen, sind derartige Verfahren zweifellos nicht mehr geeignet. Das gilt auch für ein anderes ähnliches älteres Verfahren (USA.-Patentschrift 12 54 833), bei dem das Fällen und Aufschwimmen dadurch beschleunigt werden soll, daß der Schlamm vor dem Ansäuern auf 30 bis 40⁰C erwärmt und dann nach dem Ansäuern durch Gas-Einleitung gerührt wird. Dabei steht dem vielleicht geringfügig besseren Ergebnis der Mehraufwand für das Erwärmen und das Gas-Einleiten nachteilig gegenüber.

Es sind ferner Verfahren der Säurebehandlung von Schlamm bekannt, bei denen durch genaue Einstellung des pH-Wertes auf den isoelektrischen Bereich der kolloiden Schlammbestandteile eine möglichst vollständige Fällung und gute Entwässerbarkeit erzielt werden soll (Journ. Ind. Eng. Chem. 13, Nr. 5, 406 bis 410), auch unter Zugabe von Flockungsmitteln (französischen Patentschrift 15 70 439) oder inerten Kornbildnern, wie Zellulosefasern (britische Patentschrift 10 09 707, österreichische Patentschrift 2 45 506) oder Diatomeenerde (USA.-Patentschrift 16 17 014). Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch mit derartigen Verfahren bei vielen Schlämmen eine ausreichende Entwässerung mit vertretbarem Aufwand nicht zu erreichen ist. Dies gilt besonders für Abwässer vorwiegend biologischer Herkunft, insbesondere häusliche Abwässer und Abwässer aus Schlachthöfen und nahrungsmittelverrabeitenden Betrieben.

Es ist nun bekannt, daß beim Filtrieren von Schlämmen mit Vorteil Flockungsmittel, wie Eisenchlorid oder Kalk, zugegeben werden können (Wasser, Luft und Betrieb 11 [1967], Nr. 11, S. 651 bis 653). Diese Möglichkeit ist auch in Kombination mit Säure-Behandlung und Flockung bekannt geworden, wobei die Reihenfolge der Zugabe der Behandlungsmittel nicht als wesentlich angesehen wurde (französische Patentschrift 15 60 439). Auch bei diesen Verfahren treten jedoch die beschriebenen typischen Schwierigkeiten insbesondere bei Abwässern biologischen Ursprungs auf. Das gleiche gilt auch für ein anderes bekanntes Verfahren, bei welchem der Schlamm angesäuert und aus dem Schlamm gefällte Bestandteile nach Zugabe von Kalk durch Filtrieren weiter entwässert werden, wobei zusätzlich Flockungsmittel, wie Eisen-

salze, verwendet werden und das gefürchtete vorzeitige-Zusetzen der Filter dadurch verhindert werden soll, daß möglichst wenig Kalk zugesetzt und damit möglichst wenig unlösliche Kalksalze gebildet werden; zu diesem Zweck wird nach dem Ansäuern das im Schlamm gebildete Kohlendioxid durch Rühren oder Belüften möglichst weitgehend entfernt, bevor der Kalk zugesetzt wird (deutsche Auslegeschriften 11 74 709, 11 83 025). Wie schon gesagt, zeigt jedoch die Erfahrung, daß auch derartige kombinierte Verfahren bei Schlämmen aus Abwässern vorwiegend biologischen Ursprungs keinen zufiiedenstelelnden Erfolg bringen.

Es sind weiter auch Verfahren bekannt geworden, bei denen der Schlamm ohne Ansäuern direkt mit Kalk behandelt und filtriert wird (USA.-Patentschrift 28 52 584), wobei auch noch Calciumchlorid als Flockungshilfsmittel vorher zugegeben werden kann (USA.-Patentschrift 34 40 165). Auch bei diesen Verfahren können jedoch die erwähnten Schwierigkeiten beim Filtrieren auftreten, insbesondere dann, wenn es sich um Schlamm aus Abwasser vorwiegend biologischen Ursprungs handelt, und die dazu vorgeschlagene Abhilfemaßnahme (USA.-Patentschrift 28 52 584), ein grobes Filter zu verwenden und die gewünschte Filterwirkung hauptsächlich in den sich bildenden Filterkuchen zu verlegen, leidet ersichtlich unter dem Nachteil, daß die Filtrierwirkung stark von der Dauer des Filtriervorganges und von der Natur der Schlammbestandteile abhängt.

Insgesamt zeigt der Stand der Technik, daß dem Problem des rationellen Entwässerns von aus Abwasser gewonnenen Frisch- und Faulschlämmen zahlreiche und sehr verschiedenartige Bemühungen gegolten haben; dennoch ist es besonders bei Schlämmen aus Abwässern vorwiegend biologischen Ursprungs bisher nicht möglich gewesen, eine hinsichtlich Wirksamkeit, Einfachheit und Wirtschaftlichkeit zufriedenstellende Lösung zu finden.

Die Erfindung geht somit von der Aufgabe aus, ein besonders für Schlämme vorwiegend biologischen Ursprungs geeignetes einfaches und wirksames Behandlungsverfahren zu schaffen, das eine zufriedenstellende Entwässerung derartiger Schlämme ermöglicht, wobei der Aufwand sowohl für die Anlagen als auch für den laufenden Betrieb niedriger sein soll als bei den bisher gebräuchlichen Verfahren.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Behandeln von aus Abwasser durch Absetzen gewonnenen Frisch- oder Faulschlämmen, bei dem der Schlamm angesäuert und aus dem Schlamm gefällte Bestandteile nach Zugabe von Kalk durch Filtrieren weiter entwässert werden; dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung auf Schlämme vorwiegend biologischen Ursprungs das Fällen durch Zusatz von Mineralsäure bis zum Unterschreiten von pH = 5 durchgeführt, die dadurch entstehende hydrophobe Aufschwimmschicht: entfernt wird und daß die aus Bestandteilen hydrophilen Charakters bestehende sich absetzende Schicht von der überstehenden Flüssigkeit getrennt und nach Zugabe von Kalk [Ca(OH)₂] durch Filtrieren weiter entwässert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet also das grundsätzlich bekannte zweistufige Schema aus starkem Ansäuern und Kalk-Behandlung; dabei wird jedoch überraschenderweise durch die Abtrennung der Aufschwimmschicht erreicht, daß das anschließende Filtrieren der für sich genommenen abgesetzten Schicht ohne Schwierigkeiten vor sich geht, wobei ohne weiteres Filterkuchen mit einem Wassergehalt von nur noch 50 bis 30% erhalten werden können und die günstigen Ergebnisse gerade auch bei Schlämmen vorwiegend biologischen Ursprungs erhalten werden, wie sie insbesondere in Abwasseranlagen von Kommunen, Schlachthöfen, fisch- und fleischverarbeitenden Betrieben, Konservenfabriken, Molkereien u. dgl. anfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren löst auch in überraschend einfacher Weise ein Problem, das sich in den letzten Jahren bei der Behandlung kommunaler Abwasser herausgestellt hat; dort ist nämlich im Verlauf von Jahren eine allmähliche Abnahme kornbildender anorganischer Bestandteile, wie Ruß und Staub, und eine entsprechende Zunahme von Bestandteilen biologischer Herkunft zu beobachten, und es war gerade diese Verringerung der kornbildenden Bestandteile, die zu immer größeren Schwierigkeiten beim Filtrieren und Entwässern der chemisch ausgefällten Schlainmbestandteile geführt hat.

Die großen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vermutlich darauf zurückzuführen, daß es gerade die mit der Aufschwimmschicht entfernten

»5 Bestandteile hydrophoben Charakters sind, die sich auf dem Filter besonders nachteilig durch Verschleimen, Gelbildung u. dgl. bemerkbar machen; andererseits sind gerade diese Bestandteile ihrer Natur nach verhältnismäßig wasserarm und können leicht vernichtet werden, beispielsweise durch Verbrennen. Durch die Abtrennung der hydrophoben Bestandteile wird wahrscheinlich auch das Absetzen der hydrophilen Fällungsbestandteile gefördert, so daß schon die sich absetzende Schicht einen höheren Feststoffgehalt hat, der normalerweise zu 20 bis maximal 24% gemessen wird.

Insgesamt schafft die Erfindung ein überraschend

einfaches und sehr leicht im großtechnischen Maßstab durchführbares Verfahren, mit dem auch Schlämme, die bisher große Schwierigkeiten beim Entwässern und

4" Weiterverarbeiten machten, mit geringem Aufwand wirksam entwässert werden können. Die benötigten Chemikalien sind typische billige Grundchemikalien; der Verfahrensablauf ist einfach und erfordert keinen übermäßigen Aufwand an Einrichtungen und Energie.

Als Mineralsäuren zum Ansäuern kommen insbesondere Salzsäure, vorzugsweise in Konzentrationen von etwa 30 bis 35%, und Schwefelsäure, vorzugsweise in Form roher Schwefelsäure in Konzentrationen von etwa 20 bis 98 %, in Frage. Bei diesen Säuren handelt

5^a es sich um chemische Grundprodukte, die mit geringen Kosten in großen Mengen zur Verfügung stehen, und zwar vielfach auch als Abfallprodukt. Hierzu sei noch auf den besonderen Vorteil verwiesen, daß die bei der großtechnischen Herstellung von Titandioxid anfal-

lende Schwefelsäure (sogenannte Dünnsäure) bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine nützliche Verwendung erfahren kann, so daß die bekannten Probleme der Beseitigung derartiger Abfallsäuren durch die Erfindung vorteilhaft gelöst werden.

Der Kalk kann in Form von Calciumhydroxid [Ca(OH)₂] in Substanz oder als Kalkmilch, oder in Form von gebranntem Kalk (CaO) zugesetzt werden; die Menge kann vorzugsweise 10 bis 30 kg Ca(OH )₂/m³ abgezogener abgesetzter Schicht eines Feststoffgehalts

von etwa 20% betragen. In einigen Fällen kann auch durch den. Zusatz von Calciumcarbonat (CaCO₃, Kreide) noch eine weitere Verbesserung beim Aufbau der Filterkuchen erzielt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat das Ansäuern bis auf einen pH-Wert unter 5 nicht nur die Wirkung, daß eine Entmischung unter Bildung einer hydrophoben Aufschwimmschicht und einer hydrophilen sich absetzenden Schicht eintritt, sondern auch die Wirkung, daß die sich absetzende Schicht nach der Trennung von der überstehenden Flüssigkeit eine stark verringerte biologische Aktivität aufweist. Dabei ist es naturgemäß für die möglichst vollständige Ausfällung von Vorteil, wenn wie an sich bekannt der pH-Wert »o bis zum Erreichen des isoelektrischen Punkts der überwiegenden Anzahl der in dem Schlamm enthaltenen hochmolekularen Substanzen biologischen Ursprungs abgesenkt wird. Sowohl für diesen Zweck als auch für eine möglichst weitgehende Reduzierung der biologisehen Aktivität der vom Überstand getrennten sich absetzenden Schicht hat sich die Verwendung von rauchender Salzsäure als besonders zweckmäßig erwiesen; durch den Zusatz von rauchender Salzsäure kann der isoelektrische Bereich der überwiegenden Anzahl der Eiweißkörper erreicht und zugleich der mikrobielle Stoffwechsel durch energische Abtötung von Mikroorganismen eingeschränkt oder sogar ganz ausgeschaltet werden. Besonders wirtschaftlich ist eine Arbeitsweise, bei der zunächst durch Zusatz von Schwefelsäure die Pufferkapazität der Hochpolymeren, vorwiegend der Proteine, erschöpft wird und dann zur Feineinstellung des pH-Wertes rauchende Salzsäure zugegeben wird, um eine möglichst weitgeiiende Fällung der Proteine und eine möglichst starke Herabseizung der biologischen Aktivität zu erzielen. Eine noch bessere Abtötung der Mikroorganismen läßt sich erzielen, wenn der Schlamm vor dem Säurezusatz mit Sauerstoff oder Luft durchgeperlt wird; dadurch wird die Empfindlichkeit der Anaerobier gegenüber Sauerstoff ausgenutzt und werden anaerobe Stoffwechselprozesse gehemmt.

Die Herabsetzung der biologischen Aktivität bietet den Vorteil, daß die sich absetzende Schicht, die nach dem Abtrennen von der überstehenden Flüssigkeit einen eingedickten, aber noch pumpfähigen Faulschlamm bildet, ein sehr stabiles und einheitliches Verhalten zeigt, so daß auch während beträchtlicher Verweilzeiten in Kanälen, Aufbewahrungskammern u. dgl. keine störenden Zersetzungserscheinungen auftreten.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen (s. Ergänzung vom 9. 12. 75) näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurden mehrere Frischschlammproben und Faulschlammproben untersucht. Die durch Gefriertrocknung ermittelten Gehaite an Feststoff und gelösten Schlammbestandteilen lagen bei den Frischschlammproben zwischen 2,0 und 3,7% und bei den Faullschlammproben zwischen knapp 4,0 und 7,5%. Bei Faulschlämmen, die unmittelbar aus einem Faulturm entnommen wurden und einen Feststoff gehalt von rund 5% aufwiesen, wurden 160 bis 180 Äquivalente Säure zur Einstellung eines pH-Wertes von 4,5 bis 4,0 benötigt. Für 1 m³ Schlamm ergab sich eine besonders nachhaltige Ausschaltung des mikrowellen Stoffwechsels bei gleichzeitiger guter Filtrierbarkeit, wenn 3,5 bis 4,0 1 Schwefelsäure und 5 bis 3 1 Salzsäure in Kombination verwendet wurden.

Nach der Sedimentation wurden in den sich absetzzenden Schichten Feststoffgehalte von 20 bis maximal 24% gemessen. Bei der Filtration wurde diese abgesetzte Schicht nach dem Abtrennen vom Überstand mit 10 bis 20 kg Calciumhydroxid pro m³ versetzt und in Filterpressen entwässert.

Beispiel 2

Eine Probe, die aus Stellinger Moor entnommen war und einen Feststoffgehalt von 5,0% hatte, wurde wie folgt behandelt:

Die Probe wurde mit Sauerstoff durchperlt und dann mit 165 Äquivalent/m³ Säure versetzt. Die nachstehende Tabelle zeigt die Absetzgeschwindigkeit, bestimmt an 1020 ml Faulschlamm in einem 1000 ml Standzylinder:

nach 2 h
Beginn 45 min 25 min 40 min 48 h

Sedimentgrenze
(ml) 0

300

190

180

!20

Die Aufschwimmschicht und der Überstand machten nach 48 h 81,5% des Gesamtvolumens aus.

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zum Behandeln von aus Abwasser durch Absetzen ,gewonnenen Frisch- oder Faulschlämmen, bei dem der Schlamm angesäuert und aus dem Schlamm gefällte Bestandteile nach Zugabe von Kalk durch Filtrieren weiter entwässert werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung auf Schlämme vorwiegend biologisehen Ursprungs das Fällen durch Zusatz von Mineralsäure bis zum Unterschreiten von pH = 5 durchgeführt, die dadurch entstehende hydrophobe Aufschwimmschicht entfernt wird und daß die aus Bestandteilen hydrophilen Charakters bestehende >5 sich absetzende Schicht von der überstehenden Flüssigkeit getrennt und nach Zugabe von Kalk [Ca(OH)₂] durch Filtrieren weiter entwässert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansäuern Salzsäure verwendet ^ao wird, vorzugsweise in Konzentrationen von etwa 3 bis 35%.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansäuern Schwefelsäure verwendet wird, vorzugsweise rohe Schwefelsäure in »5 Konzentrationen von etwa 20 bis 98 %.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansäuern rauchende Salzsäure verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden 3<> Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert bis zum Erreichen des isoelektrischen Punktes der überwiegenden Anzahl der in dem Schlamm enthaltenen hochmolekularen Substanzen biologischen Ursprungs abgesenkt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feineinstellung des pH-Werts mit rauchender Salzsäure vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm vor dem Säurezusatz mit Sauerstoff oder Luft durchgeperlt wird.