DE2344467C3

DE2344467C3 - Verfahren zum Klären von Stadtabwasser

Info

Publication number: DE2344467C3
Application number: DE2344467A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Chem. Dr. 6239 Eppstein Niklas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-09-04
Filing date: 1973-09-04
Publication date: 1981-01-29
Also published as: DE2344467A1; DE2344467B2

Description

Di* Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klären von Stadtabwasscr durch chemische und 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 Abwasser von den Mikroorganismen mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit abgebaut. Die niedermolekularen Stoffe, zum Beispiel Mono- und Disaccharide (Zucker) oder Harnstoff, sind direkt resorbierbar und werden daher sehr rasch abgebaut und veratmet. Der weitaus größte Teil der organischen Sehmulzstoffe des Abwassers besieht jedoch aus polymeren Molekülen (Polysaccharide, polymere Eiweißstoffe [Proteine], Glykoside u.a.). clic stets vor dein biologischen Abbau in den Zellen zunächst enzymatisch /u kleinen Bruchstücken zerlegt werden müssen. Dadurch ist die Raum-Zeit-Aiisbcute der biologischen Klärvcrfahrcn im Vergleich zu den meisten Pro/cßfiihrungen in der Chemie recht bescheiden.

Als weiterer Gesichtspunkt komm! die Tatsache

hinzu, 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 CO₂ abgebaut wird. Je höher der geforderte Reinigungsgrad ist, um so höher wird dieser total abgebaute Anteil. Nach Angaben in der Literatur schwankt dieser Anteil je nach Anlagentyp zwischen 45 und 80%. Das gebildete CO₂ bleibt zum allergrößten Teil in Lösung und gelangt

■ο 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 durchg eifend zu lösen, selbst wenn formal der Abbau der oxidierbaren Substanz ausreichend hoch getrieben wird. Weiterhin ist

zo es bekannt, daß gerade das Phosphat in völlig unzureichendem MaBe 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 zugesetzt wird. Auch der Zusatz geringer Mengen Kalkhydrat allein bis zu der für Gewässer zulässigen Grenze ist schon vorgeschlagen worden. Alle

J5 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 tolerablcn 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 zur Klärung von Stadtabwasser zu entwickeln, das technisch einwandfrei und wirtschaftlich arbeitet und zu einem hohen Reinigungsgrad des geklü>ten 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-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 de·- an Netzmittel angereicherte,

fo durch Einblasen feinverteiller 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

^Λ5 Calciumhydroxid oder technischem Kalkhydrat bis zu pH-Werten, die weit jenseits der für Gewässer zulässigen Grenze liegen, eine spontane Koagulation aller dispergieren .Schmutzstoffe des Abwassers ein-

tritt. Die Schmutzstoffe verlieren somit durch eine spezifische Wirkung der hohen Ca(OH)rKonzentration 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 PO₄ ³--ionen als Hydroxylapatit Cas(PO₄)jOH mit dem Löslichkeitsprodukt 10-⁵⁸ (bei 20⁰C) und CO₃ 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 einwaadfreL

Nicht erfaßt werden von dem chemischen Koagulationsverfahren lediglich einige niedermolekulare organische Stoffe, wie die Zuckerarten 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 zweckmäßig, die im Abwasser enthaltenen Netzmittel auszuschäumen, d. h.den durch Einblasen feinverteilter Luft erzeugten netzmittelhaltigen Schaum abzuzie- 3" hen. Dieses Abschäumen kann vor oder nach der Neutralisation oder mit dieser zust- .imen ausgeführt werden. Neutralisieren kann rcan das Abwasser nach der Koagulation und Abtrennung der Verunreinigungen mit allen dafür geeigneten 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 Kalkfällung und Absetzen vorgeklärtes 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 30 mm lichtem Durchmesser und 1200 mm wirksamer Flüssigkeitshöhe eingepumpt. Am unteren Ende der Säule befand sich ein Glas-Sinterkörper G 3 zur 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 373 l/h, Kontaktzeit der Blasen ca. 6 Sekunden, Verweilzeit des Wassers in der Säule 3,14 Min., Luftanteil in der Säule 7,4%. Über der Flüssigkeitsoberfläche bildete sich ein Schaum, der kontinuerlich abgezogen wurde. Der Netzmittelgehalt des aus der Säule durch einen Siphon abfließenden Wassers betrug 0,20—0.25 mg/1. Die Netzmittel wurden somit in der besonders kurzen Verweilzeit in der Säule (3,14 Min.) entfernt, ho

Der überraschende technische Fortschritt der erfindungsgemäßen Verfahrenskombinalion bestehi in folgendem:

Durch das Alkalisieren auf einen pH-Wert von 10,0 bis 12,5 wird eine besonders gute Absetzgeschwindig- <>5 keil 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 13 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/I in viel kürzerer Zeit erreichbar ist. Die gelösten Stoffe (Kohlehyd-ate, 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 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 Teilstrom des Rohwassers unter Umgehung der Koagulationsstufe der biologischen Stufe zugeführt, um sie mit einer ausreichenden Phospha.'snenge 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 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 fauche, Schlachthofblut, Molkereiabwässer, Brennereischlempe und andere ähnliche Verunreinigungen. Die meist proteinhaltigen Hemmstoffe werden von der Koagulation sicher erfaßt und von der biologischen Nachreinigung ferngehalten. Dabei kann gegebenenfalls die sogenannte mechanische Vorklärung in einem Absetzbecken entfallen.

Handelt es sich um die Klärung besonders stark verschmutzter Abwässer, insbesondere solcher, die mit ganz verschiedenartigen Verunreinigungen verschmutzt !lind, so hat ersieh als zweckmäßig erwiesen, der biologischen Verfahrensstufe, die bei dieser Ausführungsform des kombinierten Verfahrens die zweite Klärstufe darstellt, eine zweite Koagulationsstufe nttchzuschalten. Auf diese Weise kann auch bei stärkerer Unterdimensionierung der biologischen Stufe eine vollständige Reinigung auch stark verschmutzter Abwässer in wirtschaftlicher Weise durchgeführt werden.

In einer ganzen Reihe von Fällen kann es jedoch vorteilhafter sein, die biologische Verfahrensstufe der Koagulationsstufe vorzuschalten, wobei die biologische Verfahrensstufe 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 Kalkhydrat den Hauptteil der Klärung übernimmt. Dies wird durch eine so kurze Kontaktzeit des Wassers mit dem »biologischen Rasen« erreicht, daß der gegenüber der Resorption langsame enzymatische Abbau der polyme-

ren organischen Stoffe weitgehend unterdrückt wird. Auch bei dieser Verfahrensvariante hat es sich alu vorteilhaft erwiesen, in der Koagulationsstufe den an Netzmitteln angereicherten, durch Einblasen von feinverteilter Luft erzeugten Schaum vor, nach oder während der Neutralisation abzuziehen. Ein Vorteil dieser Variante des Kombinationsverfahrens besteht 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 Verfahrensvariante ist es wichtig, die Kontaktzeit des Wassers mit der biologisch aktiven Materie so kurz zu halten, daß — wie oben ausgeführt — der enzymatische Abbau weitgehend unterdrückt wird. Genau wie bei dem Koagulationsveriahren selbst ist es ein besonderes Zeichen der hier genannten Kombinationsvarianten, daß der entstehende Niederschlag spezifisch schwer und leicht zu entwässern ist und daß er ferner steril, fäulnisunfähig und geruchlos ist. Er kann nach der maschinellen Entwässerung leieb' 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 faulfähiger Schlamm gar nicht mehr entsteht.

Claims

25 44 467 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 Netzmitteln 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 Nachschdten des biologischen Klärverfahrens einen Teilstrom des Rohabwassers und/oder eine kleine Menge Phosphat diesem zuführt.