DE2050935A1 - Sewage treatment process, for small - scale use - Google Patents

Sewage treatment process, for small - scale use

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DE2050935A1
DE2050935A1 DE19702050935 DE2050935A DE2050935A1 DE 2050935 A1 DE2050935 A1 DE 2050935A1 DE 19702050935 DE19702050935 DE 19702050935 DE 2050935 A DE2050935 A DE 2050935A DE 2050935 A1 DE2050935 A1 DE 2050935A1
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DE19702050935
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English (en)
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Dipl Ing Lahti Leskelo Heino Leevi Helsinki Kahrola Lasse Einar, (Finnland)
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Upo Oy
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    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/463Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrocoagulation

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • die chemische Reinigung, für das Wichtigste halten, während die chemische Behandlung, wenn dies überhaupt nötig ist, erst an zweiter Stelle kommt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Gemäß der Erfindung können anstelle von Eisen andere hetalle, z.B. Aluminium und Nagnesium, als Elektrode verwendet werden.
  • Bei einer Anwendung des natürlichen Potentialuntersohiedes ist es empfehlenswert, zwei Metalle zu verwenden, die möglicht weit voneinander in der Spannungereihe sind, z.B.
  • Eisen und Kupfer oder Eisen und Silber.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • Bezüglich der Abtrennung des Schlammes kann es vorteilhaft sein, die Elektroden mit einer bestimmten Polarität (z0B.
  • die Anoden) näher dem Eingang der Flüssigkeit anzuordnen als die Elektroden mit entgegengesetzter Polarität (zog.
  • die Kathoden), die wiederum zweckmässig näher dem Ausgang der Flüssigkeit anzuordnen sind.
  • Ansprüche:

Claims (17)

  1. Ansprüche 1. Verfahren zur cnemischen behandlung von Wasser, besonders zur chemischen reinigung von Abwasser, nach dem man mit Hilfe von Metallionen, z.B. Eisenionen, die freigesetzt werden, Verunreinigungen im Wasser, z.B. löslichen Phosphor im Abwasser, ausfällen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallionen elektrolytisch in die Flüssigkeit gebracht werden mit Hilfe von Gleichstrom oder mittels des natürlichen Potentialunterschiedes zwischen zwei verschiedenen Metallen, wobei die Behandlungsflüssigkeit als Elektrolyt und das in Frage stehende ionabgebende metall wenigstens als eine Elektrode verwendet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Strom mit einer an sich bekannten, gegebenenfalls automatischen, Steuervorrichtung geregelt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der natürliche Potentialunterschied angewendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aus verschiedenen Metallen bestehende Teile in die Behandlungsflüssigkeit versenkt werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kupfer und Eisen als die genannten zwei Metalle verwendet werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als ionabgebendes metall Eisen verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gahennnslchnet, daß liuminium oder Magnesium als ionabgebende Metalle verwendet werden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausser den für die Fällung des Phosphors erforderlichen metallionen ein Überschuss von Metallionen verwendet wird, wobei sich innerhalb bestimmter pa-ebiete eine Flocke bildets die andere Schmutzstoffe bindet.
  8. 8. Verfahren nach Anspr-uch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Metallion ein Eisen oder Aluminiumion ist, und das pH der Flüssigkeit auf 5,2 bis 6,5 oder 8,5 bis 9,5 geregelt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man, um den Reinigungsprozess zu Flotation bzw. Ablagerung zu bringen, die Stromstärke in einer an sich bekannten Weise vergrössert bzw. vermindert.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß metalle elektrolytisch in bestimmten pH-Gebieten in der Flüssigkeit gelöst werden.
  11. 11. Vorrichtung zur Durchftihrung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Elektrolysenbassin (2) oder einen anderen, für das Strömen der Flüssigkeit geeigneten behälter, der gegebenenfalls mit einer biologischen deinigungsanordnung (1) in Verbindung steht und zu dem die zu reinigende Flüssigkeit entweder kontinuierlich oder perioRisch gebracit werden kern, sowie eine an sich bekannte Gleichstromspannungsquelle, die mit den Elektroden (3, 4) des Elektro senbassins (2) gekuppelt ist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden des Elektrolysenbassins (2) aus wechselweise angeordneten Anoden (4) und Kathoden (3) bestehen.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das bassin (2) selbst als Kathode dient.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden im Verhältnis zu dem Elektrolysenbassin oder zueinander regel- oder einstellbar ausgebildet sind.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichdaß die Elektroden zu einer solchen Batterie mit-einander verbunden sind, die im Verhältnis zu der Oberfläche der Flüssigkeit geregelt oder eingestellt werden kann.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit einer bestimmten Polarität (z.B. die Anoden) näher dem Boden des Elektrolysenbassins (2) angeordnet sind als die Elektroden mit entgegengesetzter Polarität (z.B. die Kathoden).
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit einer bestimmten Polarität (z.B. die Anoden) näher dem Eingang der Flüssigkeit angeordnet sind als die Elektroden mit entgegengesetzter Polarität (z.B. die Kathoden), die wiederum näher dem Ausgang der Flüssigkeit angeordnet sind.
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DE3237246A1 (de) * 1982-10-07 1984-04-12 Gosudarstvennyj naučno-issledovatel'skij i proektnyj institut po obogaščeniju rud cvetnych metallov KAZMECHANOBR, Alma-Ata Verfahren zur reinigung von abwaessern und loesungen und apparat zur durchfuehrung desselben

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CH520080A (de) 1972-03-15

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