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Verfahren und Vorrichtung zur chemischen behandlung von Wasser Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur chemischen
Behandlung von Wasser, besonders zur chemischen Reinigung von Abwasser, nach dem
man mit Hilfe von Metallionen, z.ß. Eisenionen, die freigesetzt werden, Verunreinigungen
im Wasser, z.#. löslichen Phosphor im Abwasser, ausfällen kann.
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Die chemische Reinigung von Abwasser hat immer grössere i3edeutung
bekommen, besonders beim Entfernen von Pflanzennährstoffen, wie insbesondere Phosphor.
niach den bekannten Slethoden werden hierzu Eisen- und Aluminiumsalze, entweder
in Form von Kristallen oder als Lösungen, verwendet. Diese müssen mittels besonderer
Dosieranlagen, oder in Einselfällen sogar per Hand, dem Prozeß hinzugefügt werden.
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Obgleich die für diesen Zweck geeigneten Eisensalze an und für sich
nicht teuer sind, verursaohen ihre Verwendung Mehrkosten entweder in Form von Handarbeit
oder in Form von einer Preiserhöhung der Anlage, welche Erhöhung besonders
bei
kleinen anlagen sehr groß im Verhältnis zu dem Wesamtpreis der Einlage sein kann.
Darüber hinaus sollen manche kleine Einlagen für sehr lange zeiten ohne besondere
Uberwachung arbeiten, wobei sie nur eine geringe Wartung im Jahr erfordern dürfen.
besonders bei derartigen Einlagen hat sich das chemische Entfernen von Pflanzennährstoffen
in Verbindung mit der biologischen Reinigung als schwierig erwiesen. außerdem vergrössert
das Entfernen von Phosphor mittels Salzen unnötigerweise die chemische Belastung
des gereinigten Abwassetrs, weil das Wasser bei diesem Verfahren ein Extraion, gewöhnlich
ein Anion, des benutzten Wassers erhält, Bei der Reinigung von Abwasser sind weiter
die Bemühungen immer mehr auf das Entfernen von Pflanzennährstoffen, vor allem Phosphor,
gerichtet. Die Bedeutung der Nährstoffe als Belastungsfaktor des Wassers und als
Verbraucher von dessen Sauerstoff hängt von der Steigerung der Grundproduktion,
die die Nährstoffe verursachen, und der Yermoderung dieses Produkts sowie von der
Tatsache ab, daß der Phosphor sich wieder löst. Während man früher der Ansicht war,
daß die Belastung des Wassers nur auf unmittelbar oxydierbaren Stoffen beruht, bildet
diese normalerweise als BSV5 (biologischer Sauerstoffverbrauch während 5 Tagen)
oder BSV7 bemessene Belastung nach heutiger Auiiassung nur einen kleinen Teil der
tressitbelastung des Seerezipients. In vielen Fällen muß man also das Entfernen
von äährstoffen, d.h.
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die chemische Reinigung, für das Wichtigste halten, während die chemische
Behandlung, wenn dies überhaupt nötig ist, erst an zweiter Stelle kommt.
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Wenn man Verhältnisse schafft, die sich flir die chemische Behandlung
eignen, kann man gleichzeitig auch einen großen Teil der oxydierbare Stoffe entfernen0
Partikel, die in einem
chemischen Prozess entstehen, bilden unter
gewissen Umständen grössere Flocken, wobei sie vor allem schwebend feste sowie kolloidal
gelöste Schmutzstoffe sammeln. Wenn die Flocken gross genug geworden sind, bilden
sie eine Fällung auf dem Boden des Bltasigkeitsraumes oder steigen an die Oberfläche
- je nach den Umständen. Der in diesen beiden Fällen entstandene Schlamm kann leicht
entfernt werden, Die Brfindung bezweckt, die oben erwähnten lmachteile zu beseitigen
und ein Reinigungsverfahren sowie eine Reiniguhgsanordnung zu schaffen, die einfacher
und praktischer als die entsprechenden früheren Verfahren und Anordnungen sind,
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die in Frage kommenden
Sletallionen elektrolytisch in die Flüssigkeit gebracht werden mit Hilfe von Gleichstrom
oder mittels des natürlichen Potentialunterschiedes zwischen zwei verschiedenen
Metallen, wobei die Flüssigkeit, die gerade behandelt wird, als Elektrolyt und das
in Frage stehende ionabgebende Metall wenigstens als eine Elektrode verwendet werden.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß man die chemische Behandlung, besonders
das entfernen von Phosphor, vor allem in kleinen, aber auch in grösseren Reinigungsanlagen
fEr Abwasser wirtschaftlich vorteilhaft so gestalten kamm, daß eine geringe Uberwachung
und Wartung nötig und die Betriebssicherheit der Anlage groß ist0 Das erfindungsgemässe
Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß, wenn eine Elektrolyse für die Reinigung
des Abwassers angewandt wird, die Behandlungszeit erheblich kürzer ist
(etwa
1 Stunde) als bei den bisher verwendeten Anlagen. Dies bedeutet auch, daß industrielle
Anlagen als erheblich grössere Einheiten als früher, nach der Belastung des Abwassers
berechnet, verwendet werden können.
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bei Anwendung einer Elektrolyse kann man mittels chemischer behandlung
von Abwasser ausser Phosphor einen bedeutenden Teil der oxydierbaren Stoffe, doho
der BHK-Belastung des Abwassers, entfernen. Die Behandlung wird ohne Vorablagerung
oE andere Vorbehandlungsphasen bei Abwasser ausgeführt, das durch einen iteinigungsapparat
in die Anlage geströmt ist.
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Das Entfernen von Phosphor und die Fällung von oxydierbaren Stoffen
können wesentlich durch Regelung der Säure des Abwassers sowie durch die Stärke
des bei der Elektrolyse zu verwendenden elektrischen Stromes gefördert werden. Durch
Regelung derselben Faktoren kann auch erreicht werden, daß die Fällung zu Boden
sinkt (Ablagerung) oder an die Oberfläche steigt (Flotation).
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäss der Erfindung werden unten
anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert: Fige
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung; Fig.
2 zeigt schematisch eine vorteilhafte Anordnung der Elektroden im Elektrolysenbassin
nach Fig. 1 Fig. 3 bis 5 zeigen die Verhältnisse bei den verschiedenen ph-Anfangswerten
8,70, 9,20 bzw. 9,40.
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ach Fig. 1 besteht die Vorrichtung aus einem Behälter 1, in dessen
oberem Teil ein Elektrolysenbassin 2 angeordnet ist,
wobei biologische
Filter (nicht dargestellt) unter diesem angebracht sind. Das Elektrolysenbassin
2 ist ein oben offenes Bassin, zu dem das zu reinigende Wasser entweder kontinuierlich
oder periodisch durch ein Rohr 5 strömt, wobei in entsprechender Weise Wasser, zwecks
weiterer biologischer Behandlung, durch ein durch den Boden des bassins geführtes
dohr 6 ausströmt. Durch Regelung der Länge der Intervalle zwischen den Einströmungsperioden
und der Strömung des Wassers in an sich bekannter Weise kann dem Wasser, zur Ausfällung
von Phosphor, eine genügende plenge Eisen zugegeben werden. Die chemische Reinigung
kann natürlich auch erst nach ir biologischen Reinigung ausgeführt werden, wobei
das bassin 2 unter den genannten Filtern angeordnet ist.
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Ausser Anoden 4 und Kathoden 3, die wechselweise im bassin angeordnet
sind, kann auch das bassin selbst als Kathode dienen, wobei es gleichzeitig in bekannter
Weise kathodisch vor Korrosion geschützt wird.
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Versuche haben ergeben, dass für die Reinigung von Z.B0 2 Kubikmeter
Abwasser in 24 Stunden etwa 40 g Eisen erforderlich ist, Die vorteilhafte Wirkung
des Verfahrens ist daran zu erkennen, daß der Phosphationgehalt (PO43#) in chemisch
unbehandeltem Wasser von 22 mg/l auf 1,5 mg/l nach einer erfindungsgemässen behandlung
bei einem Elektrodenabstand von 20 cm und einer Spannung von 4 V und auf 0,3 mg/l
nach einer sechsstündigen Behandlung abgesunken ist. Dieses Ergebnis kann als sehr
gut angesehen werden. Bei kürzerem Elektrodenabstand ist der Prozeß noch schneller
durchführbar. Es wurde festgestellt, daß die Verwendung von elektrischem Strom äuss-erst
vorteilhaft ist, obgleich das System im Prinzip auch ohne eine Gleichspnnnungßquelle
durchführbar *) dreistündigen
ist. Hierbei ist jedoch eine erheblich
grössere Eisenmenge erforderlich. Wenn das verwendete metall Eisen ist, erhält man
Ferrophosphat Fe3(PO4)2 undloder Ferriphosphat FePO4, die im Elektrolysengefäss
ausgefällt und bei Bedarf leicht von einer getrennten Absetzabteilung entfernt werden
können.
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Als Stromregelungsanordnung kann jedes einfache Steuerungssystem dienen,
das entsprechend dem Phosphorgehalt der zu reinigenden Flüssigkeit die Grösse der
Gleichspannung regelt. Das erfindungsgemässe System ist im übrigen auch teilweise
selbstregelnd, denn die iLonduktivität der Flüssigkeit wächst, wenn der Phosphorgehalt
zunimmt, wobei der Strom auch automatisch wächst. Es ist also auch ein solches System
möglich, in dem die Spannung der trleichspannungsquelle konstant ist.
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Das Beispiel zeigt nur eine Ausführungsform, das Verfahren kann aber
allgemein in Verbindung mit einer biologischen ~Leinigungsanordnung, z.B. in einem
getrennten Bassin oder sogar ganz selbständig, angewandt werden.
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Gemäß der Erfindung können anstelle von Eisen andere hetalle, z.B.
Aluminium und Nagnesium, als Elektrode verwendet werden.
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Bei einer Anwendung des natürlichen Potentialuntersohiedes ist es
empfehlenswert, zwei Metalle zu verwenden, die möglicht weit voneinander in der
Spannungereihe sind, z.B.
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Eisen und Kupfer oder Eisen und Silber.
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Versuche haben weiter ergeben, daß die Reinigung am wirksamsten innerhalb
zwei verschiedener pH-Gebiete ist. Bei Anwendung von Eisen oder Aluminiumelektroden
liegen diese
ph-Gebiete bei etwa 5,2 bis 6,5 und etwa 8,5 bis 9,5.
Es ist also von großer bedeutung, daß der pH-Wert der zu reinigenden Flüssigkeit
innerhalb der genannten Grenzen gehalten wird, wenn man einen äusserst hohen keinigungsgrad
erreichen will.
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In den Fig. 3 bis 5 ist das Entfernen des Phosphors aus Abwasser aufgrund
von Laboruntersuchungen graphisch dargestellte In beiden Fällen sind Fe-Anoden verwendet
worden.
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Die dargestellten Kurven zeigen die Bedeutung der Regelung des ph-Wertes,
um einen äusserst hohen aeinigungagrad zu erhalten. Das beste Reinigungsergebnis
wird danach bei einem pe-Wert von etwa 9,20 erreicht. Da die Regelung des ph--Wertes
an sich bekannt und eine verhältnismässig einfache jvlasnahme ist, soll sie nicht
näher beschrieben werden. Es kann noch bemerkt werden, daß das erfindungsgemässe
Verfahren in einigen Fällen auch ohne Regelung des ph-Wertes zu genügend guten Ergebnissen
führt. Ein sicher Fall liegt z.B. vor, wenn ein äusserst hoher Keinigungsgrad nicht
beabsichtigt ist.
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Des weiteren hat sich gezeigt, daß eine Steigerung der Stromstärke
bei ansonsten unveränderten Verhältnissen zu einer ~flotation führt, eine Verminderung
der Stromstärke dagegen zu einer Ablagerung. Ob eine flotation oder eine Ablagerung
zweckmässiger ist, hängt von der Art es Abwassers, cer Behandlungsart des Schlammes,
der bauhöhe S Vorrichtung im Verhältnis zu der Ploake sowie von andere lokalen Faktoren
ab. Da das Funktionsprinzip in dieser Hinsicht nur eine einfache Frage der Regelung
ist, kann dieselbe Anordnung für beide Typen verwendet werden. Dies ist äusserst
vorteilhaft, wenn es sich um Anlagen handelt, die zumeist, wenigstens teilweise,
Serienfabrikate sind.
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Aufgrund der oben erwähnten Xegelungsmöglichkeiten kann die Wirksamkeit
des Reinigungsprozesses der Flüssigkeit dadurch erhöht werden, daß die Elektroden
auf verschiedene Weisen regelbar oder einstellbar gemacht werden. Erfindungsgemäss
können die Elektroden im Verhältnis zu dem Elektrolysenbassin und zueinander geregelt
und eingestellt werden. Auf diese Weise kann man die Elektroden bei bedarf z.B.
an die Oberfläche der Flüssigkeit anheben oder sie entsprechend näher zum Boden
des Elektrolysenbassins senken, Je nachdem, welnde Abtrennungsart man zu verwenden
wünscht, Es hat sich erwiesen, daß eine solche Anordnung der Vorrichtung äusserst
vorteilhaft ist, in der die Elektroden mits einander zu einer solchen Batterie verbunden
sind, deren Lage im Verhältnis zu der Oberfläche der Flüssigkeit geregelt oder eingestellt
werden kann. Dies hat insofern grosse bedeutung, als die Fähigkeit der in der Elektrolyse
entstandenen Gasblasen, an Schlammpartikeln zu haften, durch die Höhe der darauf
befindlichen Fltissigkeitssäule sowie die Strömungsrichtung und -art des zu reinigenden
Wassers bedingt ist. Hierbei beträgt die Höhe der Elektrodenscheiben zweckmässig
etwa die Hälfte des Abstandes zwischen der Oberfläche der Flüssigkeit und dem Boden
des Bassins. Wenn wiederum das elektrische Feld in dem Behandlungsbassin des Abwassers
halbwegs zwischen der Oberfläche und dem Boden angeordnet wird, kann die Vorrichtung
bei derselben Anordnung entweder gemäss dem Flotations- oder dem Ablagerungsprinzip
dadurch betrieben werden, daß der pH-Wert des Abwassers sowie die angewendete Stromstärke
geregelt werden, Die Anordnung kann auch derartig sein, daß die Elektroden mit einer
bestimmten Polarität (z.B. die Anoden) sich näher zum Bassinboden befinden als die
Elektroden mit entgegengesetztes Polarität (z.B. die kathoden).
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Bezüglich der Abtrennung des Schlammes kann es vorteilhaft sein, die
Elektroden mit einer bestimmten Polarität (z0B.
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die Anoden) näher dem Eingang der Flüssigkeit anzuordnen als die Elektroden
mit entgegengesetzter Polarität (zog.
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die Kathoden), die wiederum zweckmässig näher dem Ausgang der Flüssigkeit
anzuordnen sind.
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Ansprüche: