DE2253509A1

DE2253509A1 - Verfahren zur behandlung von verschmutztem wasser

Info

Publication number: DE2253509A1
Application number: DE19722253509
Authority: DE
Inventors: Sterling Ray Kennedy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-12-10
Filing date: 1972-10-27
Publication date: 1973-06-14
Also published as: GB1346524A; CA968893A

Description

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PATEK¹TANWiLTS Dr.-ing. KV·' 'V" F-V^H Dipl.-!-;:. ν.;. x_:UL

Sterling Ray Kennedy, Bridgeton, Missouri, V.St.v.A.

Verfahren zur Behandlung von verschmutztem Wasser

Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von verschmutztem Wasser, wie Kanalisations- oder unreinem Wasser, um dieses in Trinkwasser überzuführen, das entweder als solches gebraucht oder in Flüssen oder andere Wasserquellen abgeleitet.werden kann, ohne eine Verschmutzung der Quelle zu ergeben oder einen Schaden für die Quelle darzustellen.

Eines der Grunderfordernisse für die Durchführung industrieller Verfahren und für einen Gebrauch von der Bevölkerung, ist eine Frischwasserquelle, wie sie durch Flüsse, Ströme usw. zur Verfügung gestellt wird. Diese Quelle ist nicht unbegrenzt, und daher besteht eine wachsende und immer bedeutender werdende Notwendigkeit darin,·Frischwasserquellen zu erhalten, sie in dem Maße, in dem es erforderlich ist, zu verwenden, aber das Wasser der Umwelt in einer wiederverwendbaren Form wieder zuzuführen. Viele Verfahren sind vorgeschlagen worden, um ein solches

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Ergebnis zu erzielen, aber sie haben alle einen oder mehrere Nachteile, wie z.B. kostspielige Anlagen, erforderliche Zeitspannen und unbefriedigende Ergebnisse.

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Behandlung von verschmutztem Wasser zur Verfügung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass dieses Wasser mit einer genügenden Menge einer Mineralsäure, die Schwefelsäure, Salpetersäure oder Salzsäure sein oder aus Gemischen dieser Säuren bestehen kann, gemischt wird, so dass der pH-Wert des Wassers wenigstens auf 2,5 gesenkt wird, dieser pH-Wert des Gemischs eine genügend lange Zeit beibehalten wird, die zur Zerstörung von vorhandenen Bakterien ausreicht, dann das Gemisch mit Eisen in einer säurelösliehen Form für eine Zeitspanne in Kontakt gebracht wird, die für eine Umsetzung des Eisens mit einem Teil der genannten Säure ausreicht, und dann der pH-Wert des Gemischs durch Zugabe von alkalischem Mittel auf etwa 7 erhöht wird.

Ziel der Erfindung istdie Schaffung eines wirksamen, jedtsh billigen Verfahrens zur Behandlung von verschmutztem Wasser, so dass dieses trinkbar oder in anderer Weise einwandfrei gemacht worden ist, wenn es abgelassen wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der angegebenen Art, das mit leicht erhältlichen Materialien einfach, schnell und billig durchgeführt werden kann, und das eine vergleichsweise einfache und daher billige Anlage erfordert. Andere Ziele der Erfindung sind zum Teil aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich und werden zum Teil in dieser Beschreibung ausführlich erläutert.

Die Erfindung betrifft demnach das nachfolgend beschriebene Verfahren, wobei der Erfindungsbereich in den nachfolgenden Patentansprüchen angegeben ist.

Nach der Erfindung wird verschmutztes Wasser, das relativ frei von festen Abfallbestandteilen ist, durch eine erste Behandlung

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des Wassers mit einer Mineralsäure, wie Schwefelsäure, Salpetersäure oder Salzsäure oder Gemische dieser Säuren, so dass der pH-Wert des Wassers wenigstens auf 2,5 gesenkt wird, gereinigt. Das Wasser wird eine genügend lange Zeit bei diesem pH-Wert gehalten, die zur Zerstörung von Bakterien und ähnlichen Verschmutzungen, die häufig in Kanalisationswasser angetroffen werden, sowie zur Zerstörung einiger kleiner organischer Teilchen ausreicht. Das Wasser wird dann mit Eisen in einer solchen Form, dass das Eisen dadurch teilweise von der Säure in dem Wasser verbraucht werden kann, behandelt, indem dem Wasser dadurch ein Eisensalz zugegeben und der pH-Wert z.B. auf etwa 3,5 erhöht wird. Das Gemisch wird in deieser Form so ausreichend lange gehalten, dass das zu bildende Eisensalz entsteht. Das Gemisch wird dann mit Alkali neutralisiert und dadurch der pH-Wert bis annähernd zum Neutralitätspunkt erhöht.

Nach dem Absetzen ist das erhaltene abfliessende Wasser trirfcbar und übt keine nachteilige Wirkung auf die Umwelt aus, wenn es abgelassen wird, doch wird es vorzugsweise nach bekannten Metho den ¹We it erbehandelt, um seine Klarheit und/oder Härte für den nachfolgenden Gebrauch zu verbessern.

Das verschmutzte Wasser wird zur Klärung und Entfernung der meisten suspendierten oder festgehaltenen Pestbestandteile zuerst mechanisch behandelt, wodurch das Reinigungsverfahren der Erfindung erleichtafc wird. Das so behandelte Wasser wird mit Schwefelsäure vermischt, so dass der pH-Wert auf 2,5 gesenkt wird, und das angesäuerte Wasser wird bei diesem pH-Wert wenigstens 3*5 Minuten gehalten. Das aus dieser Verfahrensstufe abfliessende Wasser wird überwacht, so dass der pH-Wert bei dem gewünschten Punkt gehalten werden kann. Das Einhalten des gewünschten pH-Werts wird dadurch -e*»abewirkt,. dass weitere Schwefelsäure während der Zeitspanne bis zu der nächsten Verfahrensstufe eingetragen wird, wenn der pH-Wert beginnt, über den gewünschten pH-Wert zu steigen.

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Das säurehaltige Wasser wird dann mit einer Quelle für Eisen, wie z.B. mit Eisenstäben, Eisenplatten oder Eisenschrott in Kontakt gebracht, und zwar mit einer so ausreichenden Menge,

dass etwa 30 dm Eisenoberfläche je 3,8 1 der sauren Flüssigkeit je Minute Strömungsdurchgang ausgesetzt werden. Die Um- « setzung mit dem Eisen findet während einer Verweilzelt von 6 Minuten in dem Eisenbehandlungsbehälter statt. Der pH-Wert erhöht sich auf etwa 3*5· Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird eine kleine Menge Eisen- oder Aluminiumnitrat oder -sulfat, das in situ gebildet worden ist, mit dem säurehaltigen Wasser während der Umsetzung mit dem Eisen vermisciit·

Nach der Behandlung mit Eisen wird das Wasser unter Verwendung von Ammoniak neutralisiert. Das Wasser wird gründlich mit dem Ammoniak vermischt, so dass eine vollständige Neutralisation bewirkt und das Wasser auf einen pH-Wert von wenigstens 7 gebracht wird. Anstelle von Ammoniak kann Natriumhydroxid, Bariumhydroxid oder Kaliumhydroxid verwendet werden.

Das bei diesem Verfahren ablaufende Wasser ist bis ssu einem Punkt gereinigt worden, bei dem es trinkbar ist, doch wird es verbessert, wenn sich die gebildeten Flöckchen absetzen können· Das Eisensalz in dem Wasser wirkt als Ausflockungsmittel, doch können gewünschtenfalls auch andere Ausflockungsmittel, wie z.B. Aluminiumsulfat, zugegeben werden.

Das Wasser kann auch anschliessend mit Chlor behandelt und auch mechanisch entgast werden, um die Qualität des ablaufenden Wassers zu verbessern. Diese Verfahrensstufen werden mit gebräuchlichen Filterbetten, aktivierter Kohle usw. durchgeführt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

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Beispiel 1

Nach mechanischer Entfernung von vorhandenen Festsubstanzen wird Haushaltsabwasser zusammen mit Schwefelsäure in einen Behälter eingetragen. Die Schwefelsäure hat eine Stärke von 66 Be und kann unverdünnt oder in einer Verdünnung von 1 zu 1 bis 1 zu 10 je nach dem Typ der angewendeten Rohrleitung und Steuereinrichtungen angewendet werden. Das Gemisch kann in einen , Behälter eingetragen werden, dessen Auslass ein pH-Messgerät hat, das den pH-Wert des aus dem Behälter ablaufenden Wassers überprüft. Der anfängliche Anteil von mit dem Abwasser zu mischender Säure wird so berechnet, dass der pH-Wert des öemischs auf 2,5 gebracht wird. Durch einen Zwischendurchlass des Behälters wird eine weitere Menge von der Säurelösung eingetragen, wenn sich die Anzeige an dem pH-Messgerät am Auslass über eine bestimmte Zahl erhöht. Das Gemisch von Kanalisationswasser und Schwefelsäure lösung wird in dem Behälter wenigstens 3,5 Minuten gelassen. Weil die Kontrollvorrichtungen den pH-Wert bei dem gewählten Punkt halten, werden irgendwelche in dem Abwasser enthaltenen Bakterien getötet und werden ausserdem kleine organische Teilchen, die vorhanden sdn können, zerstört. Der Behälter in dem der vorstehend erläuterte Verfahrensschritt ausgeführt wird, besteht aus säurefestem Material, wie auch die anschliessenden Verbindungsstücke und der nachfolgende Behälter. Das aus dem Säurebehandlungsbehälter abfliessende Wasser wird dann einem Eisen enthaltenden Behälter zugeführt, der wenigstens etwa 30 dm - Eisenoberfläche je 3,8 1 der sauren Flüssigkeit je Minute Strömungsdurchgang enthält'. Dadurch wird ermöglicht, dass · die Säure mit dem Eis.en reagiert, wodurch der pH-Wert während der Zeit, in der die Flüssigkeit den Behälter verlässt, auf 3*5 ansteigt. Das aus dem Eisenreaktionsbehälter ausfliessende Wasser wird dann Mu einem Behälter, in dem die Neutralisation stattfindet, geleitet, in den Ammoniak eingeleitet wird, so dass sich der pH-Wert auf γ erhöht. Der Mischbehälter enthält einen mechanischen .Rührer, der das Ammoniak vollständig in der Flüssigkeit verteilt, und zwar innerhalb, von 3*5 Minuten, die die Flüs-

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sigkelt in dem Behälter verbleibt. Dieser Neutralisierungsbehälter kann aus Stahl oder Beton bestehen, wenn das Ammoniak in das Gegen- oder Bodenrohr eingeblasen wird, anstelle der säurefesten Materialien, die für den Säurebehälter und den Eisenbehälter verwendet werden.

Das behandelte abfliessende Wasser gelangt dann zu einem Ausflockungsbehälter', in dem es 40 Minuten verweilt, damit sich Eisenflöckchen bildenund absetzen können. Das gereinige Wasser wird dann zu einem Chlorierungsbehälter geführt und dann zu einer Entgasungskolonne geleitet, in der die in der Flüssigkeit gelösten oder von der Flüssigkeit mitgeführten Gase entfernt werden. Das Wasser wird dann durch ein Sandfilter und dann durch ein Filter aus Aktivkohle filtriert und gewünschtenfalls einer abschliessenden Chlorierung zugeführt. Mit abschliessender oder ohne abschliessende Chlorierung ist das Wasser genügend rein, um allen staatlichen und Bundesnormbedingungen zu genügen.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, doch wurde nach Zugabe der Säure das abfliessende Wasser in einen Eisen enthaltenden Behälter gebracht, der ausser dem Eisengehalt ein Eisenreaktionsgefäss in dem Behälter enthielt. Abgemessene Mengen Salpetersäure von 46°Be und Wasser wurden in dieses Gefäss eingetragen, das Weicheisenblöcke enthielt. Die Salpetersäure reagierte mit dem Eisen unter Bildung von Eisen-II-nitrat, das dann in die schwefelsäurehaltige Lösung floss, die in den Eisenbehälter gelangt war. Die Eisen-II-nitratlösung mischte sich mit der Schwefelsäurelösung und reagierte dann mit dem Eisen in dem Hauptbehälter Wie bei dem Beispiel 1 wurde die abfliessende Flüssigkeit auf einen pH-Wert von annähernd j5j5 gebracht, bevor sie zu dem Neutralisationsbehälter abgezogen wurde. Der übrige Teil des Verfahrens wurde in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1 durchgeführt. Die neutralisierte Lösung aua dem Neutralisationsbehälter ergab eine dicke, sieh schnell absetzende Ausflockung, wenn

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sie zu dem Ausflockungsbehälter geführt wurde. Diese Ausflockung setzte sich am Boden des Ä^sflockungs behält ers ab, aus dem sie entfernt werden konnte, und das gereinigte Wasser wurde dann in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1 weiterbehandelt. Das erhaltene Wasser war genügend rein, um allen staatliehen und Bundesnormbedingungen zu genügen. ·

Beispiel 3

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, doch wurde anstelle von Schwefelsäure Salzsäure verwendet. Die Salzsäuremenge wurde so berechnet, dass der pH-Wert des zu behandelnden Wassers auf 2,5 gesenkt wurde, und das Verfahren wurde sonst in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 1 durchgeführt. Gleiche Ergebnisse wurden erhalten.

Beispiel 4

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, doch wurde anstelle von Schwefelsäure Salpetersäure verwendet. Die Salpetersäuremenge wurde gleichfalls so berechnet, dass der pH-Wert auf 2,5 gebracht wurde. Das Verfahren wurde sonst in der gewichen Weise wie in dem Beispiel 1 durchgeführt. Gleiche Ergebnisse wurden erhalten»

Beispiel 5

Das Beispiel 2 wurde wiederholt, doch wurde anstelle von Schwefelsäure Salzsäure verwendet. Die Salzsäuremenge wurde so berechnet, dass der pH-Wert des zu behandelnden Wassers auf 2,5 gebracht wtide,, und das Verfahren wurde sonst in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 2 durchgeführt. Gleiche Ergebnisse wurden erhalten*

Beispiel 6

Das Beispiel 2 wurde wiederholt, doch wurde anstelle von Schwefelsäure Salpetersäure verwendet. Die Salpetersäure wurde .gleichfalls

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so berechnet, dass der pH-Wert 2,5 betrug. Das Wfahren wurde sonst in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 2 durchgeführt, und es wurden gleiche Ergebnisse erhalten.

Beispiel 7

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, doch wurde anstelle des zugegebenen Ammoniaks eine 5Q#ige Natriumhydroxidlösung in dem Neutralisationsbehälter mit der aus dem Eisenreaktlorisbehälter abfliessenden Flüssigkeit vermischt. Es wurde so-^viel Natriumhydroxidlösung zugesetzt, dass der pH-Wert der abmessenden Flüssigkeit auf über J erhöht worden war. Wie in dem Beispiel 1 wurde die NatrLumhydroxidlösung mit einem mechanischen Rührer vollständig in der gesamten Flüssigkeit innerhalb von 3>5 Minuten, die die Flüssigkeit in dem Behälter verweilte, verteilt.

Wenn eine grössere DUnnflüssigkeit der Natriumhydroxidlösung gewünscht wird, kann die 50 $ige Lösung zunächst mit einer gleichen Menge Wasser vermischt und die erhaltene 25 Lösung in dem' Neutralisationsbehälter verwendet werden

Beispiel 8

Das Beispiel 7 wurde wiederholt, doch wurde Bariumhydroxid anstelle von Natriumhydroxid verwendet. Die Konzentration von Bariumhydroxid in der dem Neutralisationsbehälter zugegebenen Lösung kann schwanken, vorausgesetzt,jedoch, dass durch den zugegebenen Anteil der pH-Wert wenigstens auf 7 erhöht wird.

Beispiel 9

Das Beispiel 2 wurde wiederholt, doch enthielt das Eisenreaktionsge'fäss Aluminiumstäbe anstelle von Weicheisenstäben. Die Salpetersäure reagierte mit den Aluminiumstäben unter ) !dung einer Aluminiumnitratlösung, die in die schwelelsäurehaltige Lösung floss, ,die in dem Eisenbehälter war. Das Verfahren wurde sonst in der

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gleichen Weise wie in dem Beispiel 2 durchgeführt, und es wurden gleiche Ergebnisse erhalten.

Beispiel 10

Das Beispiel 2 wurde wiederholt, doch wurden anstelle 46⁰Be-SaI-petersäure und Wasser abgemessene Mengen 66 Be-Schwefelsäure und Wasser in das Eisenreaktionsgefäss eingetragen. Die Schwefelsäure reagierte mit den Weicheisenstäben unter Bildung einer Eisen-II-sulfatlösung, die dann in die schwefelsäurehaltige Lösung floss, die in den Eisenbehälter gelangt war. Das Verfahren wurde sonst in der gbichen Weise wie in dem Beispiel 2 durchgeführt, und es wurden gleiche Ergebnisse erhalten.

Beispiel 11

Das Beispiel 10 wurde wiederholt, doch enthielt das Eisenreaktionsgefäss Aluminiumstäbe anstelle von Weicheisenstäben. Die Schwefelsäure reagierte mit den Aluminiumstäben, unter Bildung eineri'Aluminiumsulfatlösung, die in die schwefelsäurehaltige Lösung floss, die in den Eisenbehälter gelangt war. Das Verfahren wurde sonst in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 10 durchgeführt, und es wurden gleiche Ergebnisse erhalten.

Wie oben angegeben ist kann gegebenenfalls ein Gemisch von zwei oder mehreren oben genannten Mineralsäuren verwendet werden. Diese Gemische werden zunächst hergestellt und dann dem Wasser zugegeben, aus dem darin vorhandene feste Substanzen abgetrennt worden sind. Der pH-Wert des so behandelten Wassers wird auf einen Säuregräd entsprechend einem pH-Wert von wenigstens 2,5 gebracht. Wenn das Verfahren, wie in den vorstehenden Beispielen angegeben ist, ausgeführt wird, führt eine Verwendung derartiger Säuregemische zu gleichen Ergebnissen. In jedem Fall wird das verschmutzte Wasser in Trinkwasser umgewandelt, das entweder als solches für eine weitere vorgesehene Verwendung benutzt wird oder in die Umgebung ohne Erzeugung von Verschmutzungen abgelassen werden kann.

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Anstelle von einem einzigen neutralisierenden alkalischen Mittel, wie z.B. Ammoniak, Natriumhydroxid, Bariumhydroxid oder Kaliumhydroxid, können zwei oder mehrere dieser alkalischen Mittel angewendet werden. Anders als die Säuren, sollten die alkalischen Mittel jedoch dem Neutralisationsbehälter an verschiedenen Stellen zugegeben werden.

Sowohl Weicheisenstäbe als auch Alurainiuinstäbe können gewünschtenfalls gleichzeitig in dem Eisenreaktionsgefäss verwendet werdenj und abgemessene Gemische von Säuren können in dieses Gefäss eingetragen werden, die dann mit den Eisenstäben und/oder den Aluminiumstäben reagieren. In allen Fällen wurden verbesserte Ausflockungen nach dem Neutralisieren in dem Neutralisationsbehälter erzielt. Diese Ausflockungen entwickelten sich in der aus dem Neutral^isationsbehälter abfliessenden Flüssigkeit schnell und konnten leicht am unteren Teil des Ausflockungsbehälters abgezogen werden. Unter gewissen Umständen ist es vorteilhaft, dem Neutralisationsbehälter Chlor zuzugeben sowie das alkalische Mittel bei diesem Punkt zuzusetzen. In solchen Fällen kann der dem Ausflockungsbehälter folgende Chlorierungsbehälter fortgelassen werden. Durch Zugabe von Chlor zu dem Neutralisationsbehälter scheint die nachfolgende Flockenbildung verbessert zu werden, wodurch aus dem Ausflockungsbehälter eine klarere abfliessende Flüssigkeit erhalten wird.

Den obigen Erläuterungen ist zu entnehmen, dass die verschiedenen Ziele der Erfindung erreicht und andere vorteilhafte Ergebnisse mit der Erfindung erhalten worden sind.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Behandlung von verschmutztem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Wasser mit einer genügenden Menge Mineralsäure, die Schwefelsäure, Salpetersäure oder Salzsäure sein oder aus Gemischen dieser Säuren bestehen kann, so behandelt wird, dass der pH-Wert des Wassers wenigstens auf 2,5 gesenkt wird, dieser pH-Wert des Gemischs eine genügend lange Zeit beibehalten wird, die zur Zerstörung von vorhandenen Bakterien ausreicht, dann das Gemisch mit Eisen in einer säurelösliehen Form für eine Zeitspanne in Kontakt gebracht wird,die für eine Umsetzung des Eisens mit einem Teil der genannten Säure ausreicht, und dann der pH-W„-rt des Eisens durch Zugabe eines alkalisehen Mittels auf etwa 7 erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch von Säure und Wasser wenigstens 3,5 Minuten als solches erhalten bleibt, um vorhande "Bakterien zu zerstören.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch von Säure und Wasser mit demEisen und mit einer wässrigen Lösung von mindestens einem Salz, das aus Eisennitraten oder -Sulfaten oder Aluminiumnitraten oder -Sulfaten bestehen lann, gleichzeitig in Kontakt gebracht wird.

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GKtQlNAL INSPECTiD

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h. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder j>, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch von Säure und Wasser mit

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wenigstens etwa 30 drn Eisen je 3*8 1- des genannten Säure- und Waosergemischs je Minute Strömungsdurchgang in Kontakt gebracht wird.

^lj. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch nach Umsetzung mit dem Eisen einen pH-Wert von etwa 3»5 hat.

0. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch nach Umsetzung mit dem Eisen mit Ammoniak, Natriumhydroxid oder Bariumhydroxid neutralisiert wird.

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