DE2344467B2

DE2344467B2 - Verfahren zum klaeren von stadtabwasser

Info

Publication number: DE2344467B2
Application number: DE19732344467
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Niklas, Hans, Dipl-Chem Dr, 6239 Eppstein
Priority date: 1973-09-04
Filing date: 1973-09-04
Publication date: 1977-07-14
Also published as: DE2344467C3; DE2344467A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klären von Stadtabwasser durch chemische uno biologische Behandlung.

Die Zusammensetzung kommunaler oder ähnlicher Abwässer kann bekanntlich sowohl qualitativ wie quantitativ sowohl in einzelnen Anlagen wie auch von Ort zu Ort in weiten Grenzen schwanken. Deshalb ist eine gleichmäßige und störungsfreie Klärwirkung nur schwer zu erreichen. Die heute überwiegend eingesetzten biologischen Verfahren der Abwasserklärung in Tropfkörpern oder Belebungsbecken mit ihren Varianten werden nicht nur leicht von industriellen Verunreinigungen und von Veränderungen der physikalischen Bedingungen beeinflußt, sie benötigen darüber hinaus auch noch erhebliche Zeit, um sich an veränderte Bedingungen, sei es in der Zusammensetzung des Abwassers, sei es bezüglich der Betriebsbedingungen, anzupassen.

Abgesehen von der veränderlichen Zusammensetzung und ihren Auswirkungen auf die Klärwirkung werden die verschiedenen Klassen organischer Inhaltsstoffe der Abwässer von den Mikroorganismen mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit abgebaut. Die niedermolekularen Stoffe, zum Beispiel Mono- und Disaccharide (Zucker) oder harnstoff, sind direkt resorhierbar und werden daher sehr rasch abgebaut und \eratmet. Der weitaus größte Teil der organischen Schmutzsioffe des Abwassers besieht jedoch aus polymeren Molekülen (Polysaccharide, polymere Eiweißstoffe [Proteine], Glykoside u.a.). die stets vor dem biologischen Abbau in den Zellen zunächst enzymatisch zu kleinen Bruchstücken /erlegt werden müssen. Dadurch ist die Raum-Zeil-Ausbeute der biologischen Klärverfahren im Vergleich zu den meisten Pro/eßführungen in der Chemie recht bescheiden.

Als weiterer Gesichtspunkt kommt die Tatsache hwu. daß die biologische Klärung zwar einen Teil der Schmutzstoffe in absetzbare Flocken umwandelt, daß aber zwangsläufig als Endprodukt der Zellatmung ein erheblicher Teil der organischen Materie bis zum CO, -s abgebaut wird. Je höher der geforderte Reinigungsgrad ist, um so höher wird dieser total abgebaute Anteil. Nach Angaben in der Literatur schwankt dieser Anteil j_c nach Anlagentyp zwischen 45 und 80%. Das gebildete CO₂ bleibt zum allergrößten Teil in Lösung und gelangt

ίο zusammen mit dem düngenden Phosphat und Nitrat in die Gewässer, wo es sogleich von niederen Pflanzen assimiliert und zum Aufbau neuer organischer Materie verwendet wird. Senkt man aber den geforderten Reinigungsgrad (sogenannter BSB-Abbau), so gelangen

anstelle von CO₂ nicht abgebaute organische Schmutzstoffe in die Gewässer. Mit den biologischen Verfahren gelingt es also nicht, das Problem durchgreifend zu lösen, selbst wenn formal der Abbau der oxidierbaren Substanz ausreichend hoch getrieben wird. Weiterhin ist es bekannt, daß gerade das Phosphat in völlig unzureichendem Maße durch biologische Klärverfahren aus dem Abwasser eliminiert wird. Schließlich ist es bekannt, daß die bei den biologischen Klärverfahren entstehenden Schlämme ein äußerst hohes Wasserbindungsvermögen besitzen. Dadurch sind sie verfahrenstechnisch so schwer zu handhaben.

Es ist auch bekannt, daß man die Reinigung von Abwässern durch die Ausflockung von Hydroxiden mehrwertiger Metalle verbessern kann. Bekannt ist die Wirkung von Fe- und Al-Salzen, denen mitunter zur Bildung der Hydroxide und zur pH-Regulierung Kalkhydrat zrgesetzt wird. Auch der Zusatz geringer Mengen Kalkhydrat allein bis zu der für Gewässer zulässigen Grenze ist schon vorgeschlagen worden. Alle diese Stoffe erhöhen die Menge des absetzbaren Schlamms, der jedoch sehr wasserreich und verfahrenstechnisch schlecht zu handhaben ist.

Es ist auch schon bekannt, im Anschluß an eine biologische Klärung das Phosphat außer durch Fällung mit Metallhydroxiden auch durch Kalkzugabe wenigstens partiell zu fällen. Da die Kalkzugabe sich in der tolerablen Konzentration hielt, war dabei zwar keine zusätzliche Neutralisation erforderlich, es wurde aber auch nicht annähernd der erforderliche Koagulationseffekt erreicht.

Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren /ur Klärung von Stadtabwasser zu entwickeln, das technisch einwandfrei und wirtschaftlich arbeitet und zu einem hohen Reinigungsgrad des geklärten Abwassers bei einem sehr guten Raum-Zeit-Wirkungsgrad führt und nach dem auch stark verschmutzte Abwasser einwandfrei gereinigt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man ein Koagulationsverfahren, bei welchem durch Zusatz von Calciumhydroxid der pH-wen des Abwassers auf iO.ö bis 12,5 gebracht wird, wonach der Niederschlag abgetrennt und das geklärte Wasser neutralisiert wird und vor. während oder nach der Neutralisation des vorgeklärien Wassers der an Netzmittel angereicherte.

ho durch Einblasen fcinverteilter Luft erzeugte Schaum abgezogen wird, mit dem an sich bekannten biologischen Klärverfahren kombiniert.

Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, daß durch eine starke Erhöhung der Zudosierung von

<<> Calciumhydroxid oder technischem Kalkhydrat bis zu pH-Werten, die weit jenseits der für Gewässer zulässigen Grenze liegen, eine spontane Koagulation aller dispergierten .Schmutzstoffe des Abwassers ein-

tritt. Die Schmutzstoffe verlieren somit durch eine spezifische Wirkung der hohen Ca(OH)2-Konzentration abrupt ihr hohes Wasserbindungsvermögen. Da hierbei der größte Teil des Ca²⁺ reversibel an die Flocken gebunden wird, sind diese spezifisch schwer und können leicht entwässert werden. Zugleich mit den Schmutzstoffen werden bei dem hohen pH-Wert PCV--lonen als Hydroxylapatit Cai(P0₄)i0H mit dem Löslichkeitsprodukt 10-^M (bei 20⁰C) und CO₁ ² - -Ionen als Karbonat quantitativ abgeschieden. Schließlich wird unter diesen drastischen Bedingungen die gesamte biologische Aktivität des Wassers und damit auch des entstehenden Niederschlags in sehr kurzer Zeit vollständig abgetötet. Diesem Umstand ist es zu verdanken, daß der Niederschlag — ganz im Gegensatz zu den bei der biologischen Klärung oder bei den üblichen Fällverfahren entstehenden Schlämmen — fäulnisunfähig, geruchlos und nach der Trocknung lagerstabil ist. Da Wurmeier und pathoge Keime sicher abgetötet sind, ist er hygienisch einwandfrei.

Nicht erfaßt werden von dem chemischen Koagulationsverfahren lediglich einige niedermolekulare organische Stoffe, wie die Zmckerarten und Harnstoff. Das sind aber gerade jene Verbindungen, die beim biologischen Klärverfahren besonders rasch resorbiert und abgebaut werden.

Bei der Anwendung des Koagulationsverfahrens ist es zv/eckmäßig. die im Abwasser enthaltenen Netzmittel auszuschäumen, d. h. den durch Einblasen fcinverteilter Luft erzeugten netzmitielhaltigen Schaum abzuziehen. Dieses Abschäumen kann vor oder nach der Neutralisation oder mn. dieser zusammen ausgeführt werden. Neutralisieren kann man das Abwasser nach der Koagulation und Abtrennung der Verunreinigungen mit allen dafür geeignetem sauren Mitteln; vorzugsweise wird das vorgereinigte Abwasser mit Kohlendioxyd oder Feuerungsabgasen neutralisiert.

Die Wirksamkeit des Ausschäumens nach der Erfindung ergibt sich aus folgendem Beispiel:

Ein durch Kalkfällumg und Absetzen vorgeklüries Rohwasser aus dem Einlauf einer Kläranlage mit kommunalem Abwasser hatte den pH-Wert 11,2 und einen Restgehalt an Netzmitteln von 5,6 mg/1, berechnet als TBS (Tetrapropylenbenzolsulfonat). Dieses Klärwasser wurde in den oberen Zulauf einer Säule mit JO mm lichtem Durchmesser und 1200 mm wirksamer Flüssigkeitshöhe eingepumpt. Am unteren Ende der Säule befand sich ein Glas-Sinterkörper G 3 /ur Einleitung von Luft mit einer durchschnittlichen Blasengröße von 2,8 mm (photogrammetrisch ermittelt). Die Zulaufgeschwindigkeit des Klärwassers wurde auf 15 l/h geregelt, die Luftmenge betrug 37,5 l/h. Kontaktzeit der Blasen ca. 6 Sekunden, Verweil/eit des Wassers in der Säule 3,14 Min.. Luftanteil in der Säule '/.4%. Über der Flüssigkeitsoberfläche bildete sich ein Schaum, der koniinuerlich abgezogen wurde. Der Netzrnittelgehali des aus der Säule durch einen Siphon abfließenden Wassers betrug 0,20 — 0,25 mg/1. Die Netzmittel wurden somit in der besonders kurzen Verweil/eit in der Säule (3,14 Min.)entfernt.

Der überraschende technische Fortschritt der crfindungsgemäüen Verfahrenskombination besteht in folgendem:

Durch das Alkalisieren auf einen pH-Wert von 10,0 bis 12,5 wird eine besonders gute Absetzgeschwindigkeit sowohl der chemischen wie auch der durch Koagulation ausfallenden Stoffe erzielt. Das erhaltene Abwasser ist völlig klar und enthält als gelöste Stoffe Detergentien, Kohlehydrate, Harnstoff, Ammoniak u. dgl. neben anorganischen Salzen. Aus der Literatur ist bekannt, daß durch das Ausschäumen von Detergentien Restgehalte von 1,5 bis 2,5 mg/1 nur mit einer langen ■> Schäumzeit von 20 bis 40 Minuten erreichbar sind, während nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Restgehalt von ca. 0,5 mg/1 in viel kürzerer Zeit erreichbar ist. Die gelösten Stoffe (Kohlehydrate, Harnstoff u.dgl.) werden in der biologischen Verfahrensstufe rasch abgebaut. Die Kombination der beiden Verfahrensschritte mit einem biologischen Klärverfahren — gleich, ob vor- oder nachgeschaltet — erlaubt eine überraschende Verkleinerung der Anlagen.
Bei einer bevorzugten Form des erfindungsgemäßen

¹S kombinierten Verfahrens wird die biologische Verfahrensstufe der Koagulationsstufe nachgeschaltet. Bei dieser Variante stehen als Substrat für die Mikroorganismen nur noch jene gelösten organischen Stoffe zur Verfügung, die von der Koagulation nicht erfaßt werden. Dadurch wird die biologische Tätigkeit hierbei durch das knappe Nährstoffangebot reguliert.

Im Falle dieser Nachschaltung des biologischen Verfahrens wird vorteilhafterweise ein Tcilstrom des Rohwassers unter Umgehung der Koagulationsstufe

-'s der biologischen Stufe zugeführt, um sie mn einer ausreicnenden Phosphatmenge aktiv zu erhalten. Dieser Teilstrom kann leicht so knapp dosiert werden, daß das Phosphat vollständig an die Flocken gebunden bleibt und der Ablauf der Nachkärung damit phosphatfrei

je· bleibt. Statt dessen kann man auch dem in der Koagulationsstufe vorgeklärten Wasser vor seinem Eintritt in die biologische Stufe eine kleine Menge Phosphat zusetzen.

Die Vorschaltung des chemischen Klärverfahrens vor die biologische Klärung ist für jene nicht seltenen Fälle besonders wichtig, bei denen das Abwasser Stoffe enthält, die die biologische Reinigung stören, zum Beispiel )auche. Schlachihofblut, Molkereiabwässer. Brennereischlempe und andere ähnliche Verunreinigun· gen. Die meist proieinhaltigen Hemmstoffe werden von der Koagulation sicher erfaßt und von der biologischen Nachreinigung ferngehalten. Dabei kann gegebenenfalls die sogenannte mechanische Vorklärung in einem Absetzbecken entfallen.

.45 Handelt es sich um die Klärung besonders stark verschmutzter Abwässer, insbesondere solcher, die mit ganz verschiedenartigen Verunreinigungen \er· schmutzt sind, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, der biologischen Verfahrensstufe, die bei dieser Ausführungsform des kombinierten Verfahrens die /weite Klärstufe darstellt, eine zweite Koagulationsstufe nachzuschalten. Auf diese Weise kann auch bei stärkerer Unterdimensionierung der biologischen Stufe eine vollständige Reinigung auch stark verschmutzter

55, Abwasser in wirtschaftlicher Weise mirdrgcfuhr; werden

In einer g;m/en Reihe von Fällen kann es jedoch vorteilhafter sein, die biologische Verfahrenssiufe der Koagulationsstiife vorzuschalten, wobei die biologische

'·■■ Verfahrenssiufe nur für eine bescheidene Teilreinigungsaufgabe eingesetzt wird, nämlich für die Resorption der gelösten organischen Stoffe und deren Umwandlung in biologische Flocken, während die mit ihr kombinierte Koagulation mit Kalkhjdrat den

¹^ llaupttcil der Klärung übernimmt. Dies wird durch eine so kurze Kontaktzeit des Wassers mit dem »biologischen Rasen« erreicht, daß der gegenüber der Resorption langsame en/ymatische Abbau der pol>me-

ren organischen Stoffe weilgehend unterdrückt wird. Auch bei dieser Verfahrensvariante hut es sich als vorteilhaft erwiesen, in der Koagulationsstufe den an Netzmitteln angereicherten, durch Einblasen von feinvcrteilter Luft erzeugten Schaum vor, nach oder während der Neutralisation abzuziehen. Ein Vorteil dieser Variante des Kombinationsverfahrens besieht unter anderem darin, daß der biologischen Verfahrensstufe weder Phosphat noch essentielle Spurenelemente zugeführt zu werden brauchen, da sie im Rohwasser in ,₀ hinreichender Menge enthalten sind. Gerade bei dieser Verfahrensvarianve ist es wichlig, die Kontaktzeit des Wassers mit der biologisch aktiven Materie so kurz zu halten, daß — wie oben ausgeführt — der enzymalische Abbau weitgehend unterdrückt wird. ,,

Genau wie bei dem Koagulationsverfahren selbst ist es ein besonderes Zeichen der hier genannten Kembinationsvarianten. daß der entstehende Niederschlag spezifisch schwer und leicht zu entsvässern ist und daß er ferner steril, fäulnisunfähig und geruchlos ist. Er kann nach der maschinellen Entwässerung leicht getrocknet und landwirtschaftlich genutzt werden. In getrocknetem Zustande ist er lagerstabil und nicht hygroskopisch. Dadurch kann der gesamte bei den derzeitigen Verfahren erforderliche aufwendige und störanfällige Verfahrensteil entfallen, der die anaerobe oder aerobe Stabilisierung (Ausfaulung oder Verrottung) des Frisch-Schlamms bewirkt, da ein solcher faulfähigcr Schlamm gar nicht mehr entsteht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Klären von Stadtabwasser durch chemische und biologische Behandlung, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Koagulationsverfahren, bei welchem durch Zusatz von Calciumhydroxid der pH-Wert des Abwassers auf 10,0 bis 12,5 gebracht wird, wonach der Niederschlag abgetrennt und das geklärte Wasser neutralisiert wird und vor, während oder nach der Neutralisation des vorgeklärten Wassers der an Netzmittel angereicherte, durch Einblasen feinverteilter Luft erzeugte Schaum abgezogen wird, mit dem an sich bekannten biologischen Klärverfahren kombiniert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das biologische Klärverfahren vor das chemische Klärverfahren schaltet oder es diesem nachschaltet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Vorschalten des biologischen Verfahrens diese Verfahrensstufe unterdimensioniert.

4. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß man beim Nachschalten des biologischen Klärverfahrens einen Teilstrom des Rohabwassers und/oder eine kleine Menge Phosphat diesem zuführt.