DE2500495B2 - Verfahren zum Reinigen von Abwasser durch Flotation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufklären und Entfernen von suspendierten und gelösten Fremdstoffpartikeln aus Abwasser, wobei das Abwasser Flockenbildungsbedingungen unterworfen wird.

Bei dem heute praktizierten elektrolytischen Verfahren werden die Abwässer im allgemeinen chemisch behandelt und dann einem elektrolytischen Vorgang unterworfen, wobei infolge eines Ladungsübergangs und einer Bildung von Mikrobläschen Fremdstoffpartikel und suspendierte Feststoffe zusammen mit Fetten und ölen allmählich zur Oberfläche des behandelten Wassers schwimmen. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Flocke vollständig gebildet wird, bevor der elektrolytische Vorgang beginnt. Unter diesen Bedingungen erfolgt ein elektrostatischer Ladungsübergang zwischen den Mikrobläschen und der Flocke nur langsam und in ziemlich unwirksamer Weise. Demzufolge führt ein elektrolytisches Reinigungsverfahren oft zu einem beträchtlichen Restflockenübergang in das Ausflußwasser. Ein anderer Nachteil einer herkömmlichen elektrolytischen Behandlung von Abwässern besteht darin, daß ein großer Bereich (der ganze Behälter) elektrolytisch angeschlossen bzw. verdrahtet und für das Verfahren vorbereitet werden muß. Dieses führt zu hohen Kosten und einer beträchtlichen Ausrüstung.

Das Flotationsverfahren durch Entspannen von mit Gas gesättigtem Wasser basiert auf der Bildung von Mikrobläschen, wenn der Luftdruck aus dem unter Druck gesetzten Wasser freigegeben wird. Unter diesen Bedingungen werden ähnlich wie beim elektrolytischen Verfahren nach dem Bilden der Flocke Mikrobläscher erzeugt Auch hierbei senkt die langsame Wechselwir kung zwischen der gebildeten Flocke und der Mikrobläschen den Gesamt wirkungsgrad des Flota ■-, tionsvorgangs. Ein anderer Nachteil der Entspannungs flotation besteht darin, daß es größere Turbulenzen irr zu reinigenden Wasser erzeugt Hierdurch kann eir Großteil der Restflocken die Verfahrensschritte durch laufen, ohne an die Oberfläche zu schwimmen. Fernei

ίο sind die gelösten Luftmikrobiäschen nicht wie die elektrolytischen Mikrobläschen vollständig geladen und deshalb ist ihre Anziehung für entgegengesetzt geladene Fremdstoffpartikel im Wasser klein.

Aus der DT-AS 11 37 997 ist es bekannt, im Abwasser

ι -, Mikrobläschen zu bilden. Dieses bekannte Verfahren isi jedoch ziemlich unwirksam, wenn das zu behandelnde Wasser nicht schon ziemlich rein ist Bei Abwässern der Art, wie sie gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt werden sollen, ist das Verfahren dieses Stands der Technik nicht anwendbar, das im übrigen die erfindungsgemäßen Verfahrensstufen nicht offenbart Aus der DT-OS 20 50 935 ist die elektrolytische Erzeugung von Metallionen im Abwasser beschrieben. Hinweise auf die Verfahrensstufen der vorliegen-

>·-> den Erfindung finden sich darin nicht Es ist andererseits bekannt, Polymere als Hilfsmittel bei der Druckflotation von Abwasserbelebtschlamm einzusetzen, was jedoch nicht zum gewünschten Erfolg führt Die Kombination von Maßnahmen gemäß der vorliegenden Erfindung

i» wird durch den Stand der Technik nicht offenbart oder nahegelegt.

Der Erfindung liegt daher die Schaffung eines Abwasserbehandlungsverfahrens der genannten Art zugrunde, bei dem ein wirkungsvoller elektrostatischer

ü Ladungsübergang zwischen den Mikrobläschen und der Flocke stattfindet. Nach dem Verfahren sollen ausreichend viele Mikrobläschen der gewünschten Größe und Anzahl pro Volumeneinheit erzeugt werden, so daß inn wesentlichen alle suspendierten Feststoffpartikel zur

4(i Oberfläche des Systems schwimmen. Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird vorgeschlagen, daß in das Abwasser mehr als 10⁴ Mikrobläschen pro Liter behandelten Abwassers zum Bilden von Keimflocken mit den Fremdstoffpartikeln eingelagert werden. Die Erfindung beruht somit auf der Bildung von Mikrobläschen im Abwasser, die mit dem suspendierten Material zur Bildung einer Keimflocke zusammenwirken. Unter Keimftocke wird vorliegend eine durch das Zusammenwirken zwischen einem Flockungsmittel, festen und/ oder flüssigen Kolloidpartikeln und den Mikrobläschen gebildete Flocke verstanden. Eine Keimflocke muß nicht notwendigerweise ein Flockungsmittel enthalten, wie z. B. aus der DT-AS 11 37 997, Spalte 1, Zeilen 42 bis 46, ersichtlich ist. Die benötigte Zeit zum Bilden einer Keimflocke kann von etwa 10 Sekunden bis zu mehreren Minuten betragen. Unter bestimmten Umständen kann die Keimbildungszeit sogar 30 Minuten oder länger sein. Es werden Mikrobläschen aus Wasserstoff, Sauerstoff oder Luft im Abwasser gebildet,

bo dem mehrwertige Metallion-Flockungsmittel zugefügt werden.

Allgemein weisen die meisten suspendierten Flüssigkeiten oder Feststoffe (vielfach kolloide Emulsionen) im Abwasser negative Ladung auf, und es werden vielfach

b5 mehrwertige Metallsalze zugesetzt, um eine Reaktion mit den negativen Partikeln einzugehen und durch Koagulierung die Emulsion aufzubrechen. Diese Flockungsmittel, wie Aluminiumsulfat, Alaun, Ferrisulfai:,

Ferrichlorid, Kalk usw., spalten die Emulsionen auf, ionisieren sie zu ihren Hydroxidstrukturen und bilden einen Teil einer Keimflocke.

Die zweite und erfindungswesentliche Verfahrensphase basiert auf einem Zufügen eines Polyelektrolyten zur Keimflocke nach der Mikrobläschenbildung, wodurch eine vollständige oder fertige Flocke geformt wird, die das Metallhydroxid, Fremdstoffverunreinigungen des Wassers, den Polyelektrolyten und ein klassierbares Volumen von Mikrobläschen umfaßt. Diese endgültige Flocke stellt ein kompaktes Gebilde mit einer kleinen Scheindichte (gewöhnlich 0,7—0,9) dar, die kleiner als die Dichte des Wassers ist. Demzufolge steigt die gebildete Flocke schnell unter Zurücklassung aufgeklärten Wassers zur Oberfläche.

Die Mikrobläschen werden in dem Abwassersystem entweder durch mechanische Mittel (Druckluft oder starkes Bewegen bzw. Rühren) oder durch Elektrolyse erzeugt. Das Bilden der Mikrobläschen ist besonders zweckmäßig, da eine sehr große Grenzfläche zum Zusammenwirken zwischen den geladenen Mikrobläschen und dem geladenen Kolloidmaterial im Abwasser vorliegt.

Das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der organische Polyelektrolyt erst unmittelbar nach dem Bilden der Mikrobläschen zugefügt wird. Dies führt dazu, daß eine endgültige Flocke gebildet wird, die aus drei Phasen besteht, nämlich einer Wasserphase, einer Gasphase (Mikrobläschen) und schließlich einer Flockenphase bestehend aus Metallhydroxiden und Fremdstoffwasserverunreinigungen.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Reinigen von Abwasser durch Flotation mittels speziell gebildeter Flocken, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man erst ein mehrwertiges Metallsalz als Flockungsmittel zugibt, sodann in das Abwasser mehr als 10⁴ Mikrobläschen pro Liter behandeltes Abwasser einbringt und schließlich nach dem Entstehen der Mikrobläschen durch Zugabe eines organischen Polyelektrolyten eine dreiphasige, aus Wasser, Gas und Feststoffen bestehende Flocke bildet.

Es wurde festgestellt, daß die Gasbläschen für die Flotation der Fremdstoffverunreinigungen im Wasser besonders wirksam sind, wenn ihre Größe zwischen 10 und 500 μπι und vorzugsweise zwischen etwa 20 und 300 μίτι liegt. Erfindungsgemäß wird auch darauf hingewiesen, daß die Größe der Mikrobläschen leicht geformt werden kann, und zwar durch verschiedene mechanische Mittel, wie z. B. durch Mischer, Venturi-Luftansauger, mechanische Pumpen mit einer erzwungenen Lufteinspritzung und Schnellmischer. Das Maß einer Steuerung der Mikrobläschen kann durch Ändern von Parametern der mechanischen Schumbildung von Luft im Wasser erreicht bzw. beeinflußt werden. Nach der Erfindung ist eine Luftbläschengröße von 20—200μιτι (Durchmesser) bevorzugt, doch es wurde festgestellt, daß das Verfahren sogar auch dann richtig funktioniert, wenn die Bläschen nur 10 μιτι klein oder sogar 500 μιτι groß sind.

Es ist jedoch wesentlich, daß die Bläschen in ausreichender Menge von mehr als etwa IO⁴ Bläschen pro Liter des behandelten Wassers erzeugt werden. Im allgemeinen übersteigt die Zahl der Bläschen pro Liter 10⁵ und beträgt vorzugsweise 10⁶—10⁹, wobei festgestellt wurde, daß die Wirkung umso größer wird, je größer die Anzahl der Bläschen ist. Die obere Grenze wird durch die Wirtschaftlichkeit vorgegeben. Die

Mikrobläschen steigen im Wasser mit einer Geschwindigkeit, die eine Funktion des Bläschendurchmessers ist, wobei nämlich kleine Mikrobläschen langsamer steigen. Dies ist besonders wichtig, da die Anstiegsgeschwindigkeit des Gasmikrobläschens die Zeit bestimmt, während derer das Bläschen in der Wasserphase verbleibt Eine größere Verharrungszeit führt zu einer größeren Wahrscheinlichkeit bezüglich einer Berührung und einer nachfolgenden Vereinigung mit dem Verunreinigungspartikeln.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Abwasserbehandlungsverfahren, das benutzt werden kann, um die gesamten suspendierten Feststoffe von städtischen und industriellen Abwasserströmen zu reduzieren. In einer bestimmten Ausführungsform gelangt der Abwasserstrom durch eine Elektroflotationszone und eine Flockungszone. Im Abwasserstrom kann ein Punkt zum Einführen der entsprechenden Metallionen ausgewählt werden, bei einer Strömungszeit von etwa einigen Sekunden bis einigen Minuten von der Elektroflotationszone. Es wird eine ausreichende Menge an entsprechenden Metallionen (10 bis einige tausend ppm) in das Abwasser eingeführt, und zwar vor einer Berührung mit den in der Elektroflotationszelle gebildeten Mikrobläschen. Man gibt 10 bis 1000 (vorzugsweise 10—400 ppm) Gewichts ppm Aluminium-, Kalzium- oder Eisenionen zu. Nachdem die Metallionen dispergieren bzw. sich verteilen und mit den Mikrobläschen sowie den Verunreinigungen im Abwasserstrom während einer Zeit von gewöhnlich einem Bruchteil einer Minute bis zu einigen Minuten zusammenwirken konnten, wird eine kleine Menge in der Größenordnung von etwa 0,1 bis etwa 100 ppm (gewöhnlich 1 — 10 ppm) eines Polyelekitrolyten in den Strom eingeführt, während das Abwasser zu einem Absetzbehandlungsbecken gefördert wird, wo die Flockenpartikel von der Oberfläche des Abwassers entfernt werden.

Zwar ist die Erfindung nicht auf einen bestimmten Polyelektrolyten beschränkt, doch wurde festgestellt, daß anionische Polymere mit großem Molekulargewicht, wie Kopolymere mit 90 bis 50 Gewichtsprozent Acrylamid oder Methacrylamid und von 10 bis 50 Gewichtsprozent Acrylsäure oder Methacrylsäure oder wasserlöslichen Salzen hiervon, hervorragende Resultate ergeben. Diese Kopolymere zeichnen sich durch ein mittleres Molekulargewicht von zumindest etwa 2 χ 10⁶ und gewöhnlich von etwa 7 bis 12 χ 10⁶ aus, wie es mittels der Lichtstreuungstechnik gemessen wurde. Solche Polymere sind bekannt und von zahlreichen kommerziellen Bezugsquellen erhältlich.

Es wurde festgestellt, daß für eine wirkungsvolle Flotation der Abwasserflocken die zur Bildung der Keimflocke benötigte elektrolytische Energie zwischen ezwa 0,26—2,1 Ampere-Minuten/Liter liegt. Während die Energieeingabe zwischen 0,13 Ampere-Minuten/Liter für sehr leicht verunreinigte Abwasser bis zu 13,4 Ampere/Minuten/Liter schwanken kann, stellen gewöhnlich etwa 5,2 Ampere-Minuten/Liter die wirtschaftlich obere Grenze dar. Ein guter Betriebsbereich liegt bei 0,26—2,1 Ampere-Minuten/Liter und gewöhnlich bei 0,39—1,06 Ampere-Minuten/Liter. Unter diesen Bedingungen gelangt die nach der Zufügung des Polyelektrolyten gebildete Flocke schnell und vollständig zur Oberfläche.

Es wurde ferner festgestellt, daß das Volumen der zum Durchführen einer wirkungsvollen und! schnellen Flotation der gebildeten Flocken benötigten Mikrobläs-

chen zwischen etwa 0,1 und 20 Volumenprozent, gewöhnlich 0,3 bis 10 Volumenprozent (Normaltemperatur und -druck) des Wasservolumens beträgt Hervorragende Ergebnisse wurden mit einen Gasanteil in Volumenprozent im Wasser von mehr als 0,3 erzielt, wobei 0,39—13,2 Ampere-Minuten/Liter behandelten Wassers, 10^s—10⁹ Mikrobläschen pro Liter und ein Bläschenbereich von 30—200 μπι benutzt wurden

Während die Ausbildung einer elektrolytischen Zelle stark unterschiedlich sein kann, wurde es als vorteilhaft festgestellt, sie so klein und kompakt wie möglich zu halten. Um die Energie- bzw. Leistungskosten niedrig zu halten, sollte der Elektrodenabstand (Oberfläche zur Oberfläche) in den elektrolytischen Zellen kleiner als 50,8 mm gehalten werden. Gewöhnlich sind Anoden und Kathoden abwechselnd unter Abstand angeordnet. Kreisförmige Anoden sowie Kathoden sind sehr wirkungsvoll, und die Erfindung ist nicht auf die körperliche Ausbildung der Elektroden beschränkt. Entsprechend können quadratische, rechteckige Blätter bzw. Tafeln und andere Arten von Anoden sowie Kathoden zufriedenstellend benutzt werden. Es wurde jedoch festgestellt, daß Ferrosilicium-Anoden sehr gute Resultate ergeben, was auch für platiniertes Titan, Aluminium, platiniertes Niob, Graphit, Kohlenstoff, Blei-Antimon-Silber und Rutheniumoxid in Ablagerung auf Titananoden gilt Die Elektrodenstromdichten sollten so groß wie praktisch möglich sein und zwischen etwa 53,7—2150 Ampere/m², gewöhnlich zwischen etwa 107,5—1075 Ampere/;m² der Elektrode liegen.

Die Erfindung wird nachfolgend an verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel I

Ein Volumen von 200 cm³ eines Gerbereiabwassers wurde in einem Becher angeordnet. Danach wurden 500 ppm Ferrisulfat und 100 ppm Kalziumhydroxid zugefügt Diese Mischung wurde in einen Haushaltsmischer eingebracht und 2 Sekunden lang gemischt. Das Wasser enthielt einen Überschuß von 10⁵ Bläschen pro Liter. Die Lösung wurde dann aus dem Mischer entfernt und in einen Becher gegossen. Nach etwa 30 Sekunden wurden '/2 ppm eines Polyelektrolyten (ein Kopolymere von 80 Teilen Acrylamid und 20 Teilen Sodaacrylat) dem geschleuderten Abwasser zugesetzt. Die Mischung wurde dann leicht bzw. vorsichtig handgerührt und stehen gelassen. Die bei dem Vorgang gebildete Flocke schwamm vollständig zur Oberfläche. Eine Analyse der Fette und öle ergab 650 ppm vor dem Vorgang und 20 ppm nach dem Vorgang.

Beispiel Il

Ein Volumen von 200 cm³ eines Gerbereiabwassers wurde in einen Becher eingebracht Danach wurden 500 ppm Ferrisulfat und 100 ppm Kalziumhydroxid zugefügt. Es wurde dann normales Leitungswasser in einen Mischer eingebracht, nachdem Mikrobläschen entstanden waren. Diese Lösung enthielt mehr als 10⁵ Mikrobläschen pro Liter und wurde in das Abwasser

κι eingegossen. Die Kombination wurde daraufhin zum Dispergieren der Luftbläschen manuell gemischt, wonach während 30 Sekunden U₂ ppm eines organischen Elektrolytpolymeres zugefügt wurden. Erneut gelangte die Flocke auf Grund des Auftriebes der

\^r> Mikrobläschen zur Oberfläche. Eine Analyse des Abwassers ergab vor der Behandlung 650 ppm und nach der Behandlung 20 ppm.

Beispiel¹ iff

Ein Volumen von 200 cm³ eines Gerbereiabwassers wurde in ein 20O-cm³-Meßgefäß eingegeben, und es wurden 800 ppm Ferrisulfat und 300 ppm gelöschter

2i Kalk zugefügt, wobei zwischen jedem Zufügen ein Mischen erfolgte. Diese Mischung wurde unter Verwendung platzierter Titankathoden und -anöden in eine Elektroflotationszelle eingebracht Die Elektrodenfläche betrug jeweils für die Kathode und die Anode 3,23

in cm², während der Abstand zwischen den Elektroden 8,5 mm betrug. Ein Strom von 0,5 Ampere floß bei 15 Volt während 20 Sekunden durch die Zelle. Unmittelbar danach wurden 2 ppm eines anionischen Polyelektrolyten (Kopolymere von Acrylamid und Na-Acrylat) dem

π Abwasser beigegeben, das dann während 30 Sekunden vorsichtig gerührt bzw. bewegt wurde. Unmittelbar danach wurde eine Auftriebsflocke gebildet die zur Oberfläche schwamm und dann abgeschöpft wurde. Dabei ergab sich folgende Abwasserqualilät vor und

4Ii nach der Behandlung:

Gesamt Suspen- Fette

diene und Öle Feststoffe

Vor der Behandlung 985 465 380

Nach der Elektro- 220 105 15

flotationsbehandlung

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Reinigen von Abwasser durch Flotation mittels spezie'l gebildeter Flocken, dadurch gekennzeichnet, daß man erst ein mehrwertiges Metallsalz als Flockungsmittel zugibt, sodann in das Abwasser mehr als 10⁴ Mikrobläschen pro Liter behandeltes Abwasser einbringt und schließlich nach dem Entstehen der Mikrobläschen durch Zugabe eines organischen Polyelektrolyten eine dreiphasige, aus Wasser, Gas und Feststoffen bestehende Flocke bildet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Mikrobläschen zwischen 10 und 500 μπι liegt

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Mikrobläschen pro Liter im Bereich von 10⁵ bis 10⁹ liegt

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrobläschen Luftbläschen oder elektrolytisch durch 0,13 bis 5,2 A/min/l behandeltes Abwasser erzeugte Gasbläschen sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Ausflockungsmittel ein Polyelektrolyt-Copolymeres aus 90 bis 50 Gew.-°/o Acrylamid oder Methacrylamid und 10 bis 50 Gew.-°/o Acrylsäure oder Methacrylsäure oder einem wasserlöslichen Salz hiervon ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrobläschen ein Volumen von 0,1 bis 20% des Wasservolumens ausmachen.