DE2214756C3 - Verfahren zur Klärung von Stadtwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Klären von Stadtabwasser.

Bekanntlich nimmt die Verschmutzung der Oberflächengewässer in immer bedrohlicherem Maße zu. Ein Grund hierfür ist der wachsende Gebrauch von Netzmittel und Phosphate enthaltenden Waschmitteln in den Haushalten. Die Netzmittel (Tenside oder Detergentien) lagern sich an die schwebenden Schmutzteilchen an und halten sie als Suspension im Schwebezustand, wodurch das Absitzenlassen oder Filtrieren der Schrnutzpartikel sehr erschwert wird.

Man bedient sich deshalb vorzugsweise biologischer Abwasseraufbereitungsverfahren, bei denen mit Hilfe einer durch starke Belüftung des Abwassers angeregten Bakterientätigkeit die Verunreinigungen in mehr oder weniger großem Umfang biologisch abgebaut, d. h. mineralisiert werden.

Die in dem Abwasser enthaltenen Netzmittel — auch die biologisch abbaubaren Typen — werden jedoch während der relativ kurzen Verweilzeit des Wassers in der Kläranlage praktisch nicht abgebaut. Sie gelangen zum Teil unverändert in die Vorfluter, zum Teil werden sie mit in die Schlammfaulräume transportiert und können dort in erheblichem Maße die anaerobe Gärung beeinträchtigen.

Ein weiterer Nachteil der biol. Aufbereilungsverfahren ist, daß ein großer Teil der abgebauten Schmutzstoffe in wasserlösliche anorganische Verbindungen — hauptsächlich Kohlesäure und Nitrate — umgewandelt werden, welche ihrerseits eine starke Zunahme des Wachstums von niederen Pflanzen, z. B. Algen, in den Gewässern bewirken. Da₁ wie bereits erwähnt, durch die Waschmhtel in erheblichem Umfang Phosphate in das Abwasser und in die Vorfluter gelangen und hierdurch das Pflanzenwachstum stark begünstigt wird, ist die Unfähigkeit der biol. Klärverfahren, Phosphate zu entfernen, besonders gravierend.

Es ist weiterhin bekannt, daß die biologischen Reinigungsverfahren durch chemische Verunreinigungen der Abwässer leicht und nachhaltig gestört werden. Ferner läuft die bakterielle Tätigkeit bei tiefen Temperaturen nur noch sehr langsam und daher mit

geringem Wirkungsgrad ab. Schließlich erfordern diese Verfahren umfangreiche Anlagen und sind daher sehr teuer.

Es ist ferner bekannt, daß man im Wasser enthaltene Verunreinigungen durch Zusatz von z.B. Eisensalzen ausfällen kann. Dieses Verfahren hat sich jedoch in der Praxis vor allem deshalb nicht durchsetzen können, weil für den eisenhaltigen Schlamm keine Verwendung gefunden werden kann. Selbst wenn der Schlamm ausgefault werden kann, ist er wegen des hohen Eisengehalts nur schwer verwertbar.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Erdalkalihydroxide, insbesondere Calziumhydroxid, den Abwässern, insbesondere industriellen Abwässern, wie z. B.

Kohlenwaschwasser, aber auch häuslichen Abwässern zuzusetzen. So ist z. B. bereits vorgeschlagen worden, dem Abwasser kleiner und mittlerer Gemeinden Kalkhydrat als Fällungsmittel zuzusetzen. Dabei muß jedoch die Menge des zugesetzten Kalkhydrats so bemessen werden, daß ein pH-V/ert des Wassers von 9-9,5 auf keinen Fall überschritten wird, weil sonst die biologische Aktivität vernichtet wird, was natürlich den im allgemeinen sich anschließenden Faulprozeß unmöglich macht. Es hat sich aber gezeigt, daß bei einem solchen pH-Wert des Wassers zwar die biologische Aktivität erhalten werden kann, jedoch die Menge und Geschwindigkeit der Ausflockung zu gering sind, als daß man mit dieser Methode die heute üblicherweise anfallenden Stadtabwässer innerhalb eines angemessenen Zeitraumes und in wirtschaftlich tragbaren Kläranlagen aufbereiten könnte.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein zweistufiges Verfahren, das alle diese Nachteile der bisher bekanntgewordenen Verfahren vermeidet. Dieses Ziel wird in überraschender Weise dadurch erreicht, daß dem Stadtabwasser Calziumhydroxid in einer solchen Menge zugesetzt wird, daß der pH-Wert des Abwassers mindestens zwischen etwa 11 und 12,5 liegt.

Es wurde gefunden, daß es mittels dieses neuen Verfahrens gelingt, nicht nur die organischen Schwebestoffe und Kolloide quantitativ auszufällen, sondern auch einen großen Teil der Netzmittel und insbesondere auch durch Überführung in Hydroxyl-apatit den Phosphatgehalt quantitativ zu entfernen.
Bei Anwendung dieses neuen Verfahrens wird die biologische Aktivität des Wassers vernichtet, was verständlich ist, wenn man bedenkt, daß schon mäßig starkes Alkali Eiweiß denaturiert. Es wurde jedoch gefunden, daß es erfindungsgemäß dieser biologischen Aktivität überhaupt nicht mehr bedarf, daß vielmehr in einem abgekürzten Verfahren das Abwasser so weit geklärt wird, daß es, gegebenenfalls unter Einschaltung einer zweiten Verfahrensstufe, in welcher der pH-Wert gesenkt, der Sauerstoffgehalt erhöht und restliche Tenside entfernt werden, direkt in den Vorfluter geleitet werden kann.

Neben der vollständigen Abtötung von Bakterien und Wurmeiern ist besonders vorteilhaft, daß auch Unkraut-

samen keimunfähig gemacht werden, was bisher ein Problem bei den herkömmlichen Klärverfahren darstellte.

Es wurde nun gefunden, daß für jedes Abwasser eine charakteristische Mindestmenge an Calziumhydroxid erforderlich ist, um die spontane Ausflockung und das rasche Absetzen des Koagulats zu erreichen. Diese Mindestmenge läßt sich durch einfache Vorversuche ermitteln.

Die Kalkzugabe erfolgt zweckmäßigerweise kontinuierlich, wobei man sich mit Vorteil eines pH-Reglers bedienen kann, weicher die Zugabe selbsttätig steuert

Anstelle von Calziumhydroxid kann vorzugsweise technisches Kalkhydrat mit einem natürlichen Gehalt an Magnesiumoxid oder -hydroxid verwendet werden. Ferner eignet sich anstelle von Kalkhydrat auch gebrannter Dolnmit in hydratisierier Form oder Gemische beider Stoffe.

Wie bereits erwähnt, stellen die Netzmittel einen der wichtigsten und am schwierigsten zu entfernenden Faktoren der Abwasser dar. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Kalkzugabe bis zu einem pH-Wert von etwa 11,5 bis 12,5 wird zwar ein großer Teil der Netzmittel mitentfernt, und zwar mehr, als dies bei den bisherigen, insbesondere den biologischen Klärverfahren der Fall ist, jedoch können je nach der Beschaffenheit des Abwassers immer noch erhebliche Mengen an Netzmittel im geklärten Wasser zurückbleiben, deren weitgehende oder vollständige Entfernung sehr erstrebenswert ist

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließt sich an die erfindungsgemäße Kalkfällung der Schwebestoffe eine zweite Behandlungsstufe an, in welcher in erster Linie die Netzmittel sehr weitgehend entfernt werden, daneben aber auch noch der pH-Wert des geklärten Abwassers auf einen niedrigeren Wert gesenkt und der Sauerstoffgehalt des geklärten Abwassers erhöht werden kann.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, Netzmittel durch Schaumfraktionierung (Ausschäumen) aus Abwässern zu entfernen. Dabei wird Luft im Gegenstrorn oder Gleichstrom zu dem Abwasser in dieses möglichst fein zerteilt, eingebracht. In den Gasblasen reichert sich das Netzmittel an der Grenzfläche Gas/Flüssigkeit an, so daß die Flüssigkeit immer mehr an Netzmittel verarmt und der auf der Flüssigkeitsoberfläche auftretende Schaum ein Konzentrat darstellt, das gesammelt und beseitigt werden kann.

Während aber dieses Verfahren der Schaumfraktionierung im Zusammenhang mit allen bisherigen Verfahren nach Aufwand und Erfolg nur unbefriedigende Ergebnisse lieferte, wurde überraschend gefunden, daß es durch die erfindungsgemäße Kombination des Ausschäumens mit einer Kalkfällung gelingt, die Netzmittel bis unter die Grenze der Nachweisbarkeit (ca. 0,12 mg ABS/1, nach der Methylenblaumethode) zu entfernen, und zwar bei einem weitaus geringeren Aufwand, als man nach den bisherigen Erfahrungen mit der Schaumfraktionierung hätte erwarten dürfen.

Dieses im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren überraschende Ergebnis beruht auf folgender Erscheinung: Solange noch kolloidale Schwebstoffe im Abwasser dispergiert sind, ist ein Teil der Netzmittel an diesen adsorbiert, während der Rest echt gelöst ist Zwischen dem adsorbierten und dem gelösten Teil bildet sich naturgemäß ein Gleichgewicht aus; mengenmäßig überwiegt jedoch der an den Schwebestoffen adsorbierte Teil. Wird nun, wie es bei allen bisher bekannten Verfahren geschieht, die Schaumfraktionierung an den Abwässern durchgeführt, die noch Schwebestoffe dispergiert enthalten, dann werden mit zunehmender Ausschäumung der gelösten Tenside die adsorbierten Tenside nach und nach von den Feststoffen und Kolloiden desorbiert, so daß unter diesen Umständen das Ausschäumen insgesamt nur mit einem sehr schlechten Wirkungsgrad ablaufen kann.
Ganz anders ist die Situation bei dem erfindungsgemäßen Verfahren: Da hier nur der (gegenüber den adsorbierten Tensiden oft geringere), gelöste Teil der Netzmittel ausgeschäumt werden muß, ohne daß sich diese Menge durch langsame Desorption von Feststoffen vermehren könnte, ist die quantitative Entfernung in relativ kurzer Zeit und unter geringem Aufwand möglich.

Die hier als bevorzugte Ausführungsform beschriebene Kombination von erfindungsgemäßer Kalkfällung und Schaumfraktionierung hat noch weitere bedeutende Vorteile: Durch das Einblasen von Luft wird der Sauerstoffgehalt der Abwässer in wünschenswerter Weise erhöht Rohgeklärte Abwässer haben ein starkes Sauerstoffdefizit; &h, nicht nur der Sauerstoffgehalt des Wassers selbst ist gering, sondern die noch verbliebenen Schmutzstoffe verbrauchen bei ihrem weiteren Abbau Sauerstoff. Bei der in der ersten Verfahrensstufe erfolgenden Kalkfällung der hier beschriebenen Verfahren werden jedoch die org. Schwebestoffe quantitativ abgeschieden, so daß diese den Sauerstoffhaushalt und damit die Selbstreinigungskraft der Vorfluter nicht mehr belasten. Das Wasser wird im Gegenteil mit einer hohen, bis an die Sättigung heranreichenden positiven Sauerstoffbilanz in die Vorfluter entlassen und trägt nachhaltig zur Verbesserung von deren Selbstreinigungskraft bei.

Die Schaumfraktionierungsstufe kann außerdem dazu benutzt werden, den pH-Wert des geklärten Abwassers auf einen solchen Wert zu senken, daß das Abwasser unbedenklich in den Vorfluter abgelassen werden kann.

Hierzu wird erfindungsgemäß die zum Ausschäumen verwendete Luft mit einer kleinen Menge Kohlendioxid vermischt, dps den überschüssigen Teil des Calziumhydroxids neutralisiert Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel näher erläutert:

Beispiel 1

Eine WasserproDe, die dem Abwasserkanal einer westdeutschen Großstadt entnommen war, wies eine Permanganatzahl von 640 mg/1 auf. Das Wasser enthielt 350 000 Bakterien in 1 ml (Mittelwert, bestimmt mit Gerät CoIi 5 mit Membranfilter K5, Sartorius). Es enthielt 6,95 mg ABS/1, und 22 mg PO₄ ³ -/1. Das Wasser wurde pro Liter mit 1,5 g Kalkmilch mit einem techn. CaO-Gehalt von 0,2 g unter leichtem Rühren versetzt. Es trat eine spontane Ausflockung ein. Nach 5 Min. hatten sich 95% der Flocken abgesetzt, nach 20 — 25 Min. war das Wasser über dem schmutziggrauen Bodensatz glasklar, optisch blank. Das vom Bodensatz dekantierte Wasser wies eine KMnCu-Zahl von 210 mg/1 auf. Es enthielt 3.4 Bakterien pro ml (Mittelwert). Der ABS-Gehalt lag bei 4,7 mg/1; Abnahme: 33%. 5 I dieses Klarwassers wurden eingedampft.

Im Rückstand konnte Phosphat auch nicht spurenweise nachgewiesen werden.

Das Klarwasser wies nach der Neutralisation mit CO2 auf pH 8 14,Od. H. (deutsche Härtegrade) auf.

Beispiel 2

In einer Versuchsapparatur mit kontinuierlichem Durchfluß wurde Abwasser in einer Mischkammer mit ca. 1 —2 Sek. Verweilzeit durch Zugabe von Kalkmilch auf einen pH-Wert von 10,5 gebracht In der folgenden Absetzkammer stellt sich dann durch Nachreaktion ein pH-Wert von 11,2—11,4 ein. Bei einer Verweiizeit von 10—15 Min. in der Absetzkammer war der Ablauf vollständig klar und geruchlos. Der dunkelgraue Schlamm wurde von Zeit zu Zeit entnommen und getrocknet Die Abnahme des BSB5 lag im Schnitt im Verlauf von 20 ausgewerteten Versuchstagen zwischen 65 und 85%, die Abnahme des CSB zwischen 50 und 75%.

Zum Ausschäumen der Resttenside wurde ein Teil des Klarwassers aus dieser Anlage mit pH 11,2 in ein Rohr von 1 m Länge und 30 mm lichte Wehe geleitet Darin strömte das Wasser von oben nach unten gegen einen aufsteigenden Strom feiner Gasblasen. Die Wassergeschwindigkeit wurde so reguliert, daß die Verweilzeit in der Kolonne 3,5 Min. betrug.

Am Kopf der Kolonne trat ein feinblasiger Schaum auf, der abgezogen und in einem Gefäß gesammelt wurde, wo er zusammenfiel.

In der nachstehenden Tabelle sind die Ergebnisse von drei Versuchsreihen zusammengefaßt, die sich im Verhältnis der eingeblasenen Luftmenge zur durchgesetzten Wassermenge unterscheiden (R-Wert=VoI. Luft/Vol. Wasser).

Tabelle

"ers.	R-Wert	Netzmittel,	ber. als TBS	Abnahme	72
Nr.		Einlauf-	Rest		86
		konz.	gehalt	%	>96
		mg/1	mg/1	Nachweis
1	0,5	2,50	0,70	grenze
2	1,0	2,50	0,35	0,12 mg/1
3	1,8	2,50	n.n.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Schlamm aus der Kalkfällung, der ja unter anderem die quantitativ ausgeschiedenen Phosphate und einen großen Teil der Stickstoffverbindungen enthält, als Düngemittel verwendet werden kann. Tatsächlich besteht dieser Schlamm zu etwa ²/3 aus Kalk, während der Rest aus organischer Materie, sowie anorganischen Phosphor- und Stickstoffverbindungen neben geringeren Mengen anderer Materialien besteht Dieser Schlamm kann somit als wertvoller Kalk-Humus-Dünger angesehen werden, der zum großen Teil die Kosten für den aufgewandten Kalk wieder einbringen kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbereiten von Stadtabwasser, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasser Calziumhydroxid in einer solchen Menge zugesetzt wird, daß der pH-Wert des Abwassers höher als 11,0, vorzugsweise zwischen etwa 11,0 und etwa 12,5 eingestellt wird, worauf die durch den Kalkzusatz ausgeflockten Verunreinigungen vom derart geklärten Abwasser abgetrennt werden, und daß in das geklärte Abwasser Luft eingeblasen und der an der Oberfläche des Abwassers gebildete und an ausgeschäumten Netzmitteln angereicherte Schaum abgezogen und beseitigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Calciumhydroxid ein Gemisch von Ca(OH)₂ und Mg(OH)₂ mit einem überwiegenden Anteil an Ca(OH)₂ verwendet wird, wie es durch Brennen und Hydratisieren von natürlichen Kalkstein arten und/oder von Dolomit entsteht

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die zum Ausschäumen der Netzmittel verwendete Luft Kohlendioxid in einer solchen Menge eingemischt wird, daß der Ablauf der Kolonne einen pH-Wert von <8, vorzugsweise 7,5-8,0 aufweist.