DE2518570A1

DE2518570A1 - Verfahren zum beseitigen von schwefelwasserstoff aus schmutzmedien

Info

Publication number: DE2518570A1
Application number: DE19752518570
Authority: DE
Inventors: Kai-Wing Young
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1974-04-26
Filing date: 1975-04-25
Publication date: 1975-10-30
Also published as: BE828426A; AU8050875A; GB1490897A; CA1040758A; IT1035472B; ZA752694B; US3876535A; DE2518570C3; JPS50149142A; JPS5419114B2; DE2518570B2

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

8000 MÜNCHEN 83 ■ ELFENSTRASSE 32

25. April 1S75

L-9277-G

UNION CARBIDE CORPORATION 270 Park Avenue, New York, N.Y. 10017, V-St,A.

Verfahren zum Beseitigen von Schwefelwasserstoff aus Schmutzmedien

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beseitigen von Schwefelwasserstoff sowohl aus der Gasphase als auch aus der flüssigen Phase von wäßrigem BSB-haltigem Schmutzmedium, beispielsweise Faulwasser.

Alle Abwasser enthalten in unterschiedlichem Maße Sulfate. Bei der Ausbildung von Faulwasser, zu der es insbesondere in warmen Klimazonen kommen kann, erfolgt eine auf Bakterien zurückzuführende Reduktion der Sulfate zu Sulfid. Es wird Schwefelwasserstof f gas entwickelt und Schwefelwasserstoff gelöst. Gasförmiger Schwefelwasserstoff stellt eine erhebliche Belästigung dar, weil er schon bei Gehalten von nur einem Teil pro Million einen höchst unangenehmen Geruch hat. Geht Schwefelwasserstoff in Lösung, hat er einen schädlichen Einfluß auf die Wasserqualität. Er führt nicht nur zu einem Bedarf an gelöstem Sauerstoff, sondern ist auch in niedrigen Konzentrationen für Fische, Krustentiere, Vielborster und zahlreiche Mikroorganismen recht toxisch. Aus diesen Gründen ist es erwünscht, Schwefelwasserstoff in der

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FERNSPRECHER: 089/6012039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

Abwasserbehandlungsanlage ganz oder möglichst weitgehend zu beseitigen .

Die mit der Bildung von Schwefelwasserstoff in Faulwasser und Abwasser verbundenen Probleme sind bekannt. Es wurden auch bereits verschiedene Verfahren zur Beseitigung oder Verminderung von Sulfiden entwickelt. Alle diese Verfahren haben jedoch gewisse Mangel, was den Umfang der Behandlung, die Leistungsfähigkeit oder die Einfachheit und Wirtschaftlichkeit der konstruktiven Ausgestaltung anbelangt,

Schwefelwasserstoff wird im allgemeinen in Faultanks gebildet, in denen eine anaerobe Zersetzung von konzentrierten festen Abfallstoffen durch Bakterien stattfindet.

So ist es bekannt (US-PS 2 O97 454), die hohe Löslichkeit von Schwefelwasserstoff in Wasser auszunutzen, indem das Faulgas mit Rohabwasser oder dem Ablauf eines Primärklärbeckens gemischt wird, Schwefelwasserstoff wird aus der Gasphase zusammen mit einem gewissen Anteil des vorhandenen gasförmigen Kohlendioxids absorbiert. Der entstehende, mit Schwefelwasserstoff beladene Strom strömt bei dem bekannten Verfahren ab. Es wird also ein Wasserstrom von mangelhafter Qualität erhalten, der erneut gasförmigen Schwefelwasserstoff freisetzen kann, eine erhöhte Belastung des Gehalts an gelöstem Sauerstoff darstellt und die Lebensbedingungen im Wasser nachteilig beeinflußt.

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Entsprechend einem anderen bekannten Verfahren (US-PS 3 383 057) wird der Schwefelwasserstoffgehalt in Faulgas dadurch abgesenkt, daß in den wäßrigen sulfidhaltigen Abwasserschlamm unmittelbar Sauerstoff oder Luft eingeblasen, wird. Die Menge des zugesetzten Sauerstoffes beruht auf der chemischen Gleichung

2HpS ·+■ Op ► 2S t 2H₂O. Es werden Zugaben zwischen dem 1- und

4-fachen des stöchiometrischen Bedarfs genannt. Der obere Grenzwert ergibt sich aus der Annahme, daß sich nur 25 % des Sauerstoffs mit Schwefelwasserstoff verbinden. Infolgedessen werden Beispiele und Versuchsergebnisse genannt, die mit einer Sauerstoffzufuhr mit dem oberen Grenzwert arbeiten. Selbst bei dieser hohen Zugabemenge beträgt jedoch die mittlere Herabsetzung des Schwefelwasserstoffgehalts nur 77,7 % bei einer Sauerstoffausnutzung von 17,6 %. Der nicht ausgenutzte Sauerstoff kann sich mit anderen Stoffen in der Faulanlage verbinden oder durchläuft die Anlage, ohne absorbiert zu werden. Kommt es jedoch zu einer chemischen Verbindung von Sauerstoff mit den organischen Schlammstoffen, kann Kohlendioxid freigesetzt werden, was zu einer Verdünnung des Brenngases führt. Durchläuft Sauerstoff die Anlage, ohne absorbiert zu werden, kann es zur Bildung eines gefährlichen verbrennbaren Produktgases kommen.

Die oben skizzierten bekannten Verfahren sind für die Schwefelwasserstoffbeseitigung nicht in vollem Umfang befriedigend. Insbesondere fehlt es an Mitteln, gasförmigen Schwefelwasserstoff aus Gasen zu beseitigen, die sich aus einströmendem Abwasser
entwickeln, bevor eine Abwasserbehandlung erfolgt. Typische

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Messungen zeigen erhebliche Konzentrationen an Schwefelwasserstoff in Rohabwasser, insbesondere in wärmeren Klimazonen. Wie oben geschildert, ist es unerwünscht, selbst kleine Mengen an diesen Sulfiden in die Atmosphäre gelangen zu lassen. Das Problem ist besonders in Gebieten akut, wo gesetzliche Auflagen bezüglich der Luftqualität bestehen.

Mit der Erfindung soll ein verbessertes Verfahren zum Beseitigen von Schwefelwasserstoff (HpS) sowohl aus der Gasphase als auch aus der flüssigen Phase von wäßrigen BSB-haltigen Schmutzmedien geschaffen werden. Das Verfahren soll keine chemischen Zusätze oder Adsorptionsmittel erfordern, unter den normalen Außenbedingungen arbeiten und einen im wesentlichen von Schwefelwasserstoff freien Austrag (sowohl flüssig als auch gasförmig) ergeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beseitigen von H₂S sowohl aus der Gasphase als auch aus der flüssigen Phase von wäßrigem BSB-haltigem Schmutzmedium, beispielsweise kommunalem Faulwasser, wird das hUS-haltige Schmutzmediiim zunächst in Abwasser und Abgas getrennt, die beide HpS enthalten. Das abgetrennte H^S-haltige Abgas wird dann mit HpS-armem Wasser in einem Flüssigkeits-/Gas-Durchflußmengenverhältnis von mindestens 545 kgmol Flüssigkeit/kgmol Gas zwecks HpS-Absorption in Kontakt gebracht. Das an HpS verarmte Gas wird abgelassen, beispielsweise an die Atmosphäre. Das H_?S-haltige Abwasser und das H_?S-haltige Wasser werden mit belebtem Schlamm und mindestens 5O Vol.%

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Sauerstoffgas in einer geschlossenen Belüftungszone in ausreichende^ Menge gemischt, um für eine Konzentration an gelbstem Sauerstoff von mindestens 2 ppm zu sorgen. Gleichzeitig wird eines de¹" Medien mit Bezug auf dis andere Medium in der geschlossenen Belüftungszone für eine ausreichende Dauer umgewälzt, um unter Bildung einer mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit das HpS und auch den biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB) des Abwassers zu oxydieren. Die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit ward in belebten Schlamm und gereinigtes Wasser getrennt. Mindestens ein Teil des belebten Schlammes wird zu der geschlossenen Belüftungszone zurückgeführt.

Mit de^r Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelost« Kommunales Faulwasser kann in HpS-freies Abgas und ausgetragenes Wasser überführt werden, das an H_?S und BSB verarmt ist=

Die Er^findung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Figur 1 ein schematisches Fließschema einer zur Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens geeigneten Vorrichtung, bei der ein kleinerer Teil des gereinigten Wassers aus der Brennstufe der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit als das HpS-arme Wasser für die HpS-Absorption zurückgeführt wird, und

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Figur 2 ein schematisches Fließschema einer zur Durchführung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung geeigneten Vorrichtung, bei der HpS-haltiges Wasser dem Stabilisierungsteil der geschlossenen Belüftungszone zugeführt und ein. kleinerer Teil der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit und/oder des belebten Schlamms als das HpS-arme Wasser für die HpS-Absorption zurückgeführt wird.

Aus der US-PS 3 547 812 ist eine Anlage zum biochemischen Behandeln von BSB-haltigem Wasser mit mindestens 60 Vol.% Sauerstoffgas in Kontakt mit einer aktiven Biomasse (belebtem Schlamm) bekannt,, Dabei wird das Mischen fortgesetzt, während gleichzeitig (a) das Verhältnis zwischen der Sauerstoffgaszufuhr und der zum Mischen und Inkötvtaktbringen von Gas und Flüssigkeiten zugeführten Energie auf 0,014 bis 0,18 kgmol Sauerstoff je PS-Stunde zugeführter Energie gehalten wird,(b) das Belüftungsgas über der Flüssigkeit auf einem Sauerstoffpartialdruck von mindestens 3OO mm Hg, jedoch unter 80 VoL°/_o Sauerstoff gehalten wird, während mindestens 5O VoI„% des Einsatzgas-Sauerstoffs in der Flüssigkeit verbraucht werden, (c) die Konzentration der Flüssigkeit an gelöstem Sauerstoff auf unter 70 % des Sättigungswertes mit Bezug auf den Sauerstoff im Belüftungsgas jedoch über ungefähr 2 ppm gehalten wird und (d) ständig eines der aus Belüftungsgas und Flüssigkeit bestehenden Medien in der Belüftungszone in innigem Kontakt mit dem anderen Medium umgewälzt wird. Aus der Be-

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lüftungszone wird dann eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit abgezogen, die vorzugsweise in gereinigtes abströmendes Wasser und in belebten Schlamm getrennt wird. Ein Teil des belebten Schlamms wird zu der Belüftungszone zurückgeführt.

Aus der US-PS 3 547 815 ist eine weitere Anordnung zur biochemischen Behandlung von BSB-haltigem Wasser.mit mindestens 50 Vol.% Sauerstoffgas in Kontakt mit einer aktiven Biomasse beschrieben. Dabei werden in einer ersten, mit gasförmigem Sauerstoff arbeitenden Stufe der zugeführte Sauerstoff und andere Medien miteinander gemischt, während gleichzeitig eines der Medien ständig umgewälzt wird, um eine erste, mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und ein erstes, unverbrauchten Sauerstoff enthaltendes Gas zu bilden. Das letztgenannte Gas wird aus der ersten
Stufe ausgetragen und in einer zweiten Stufe mit einer Mischung aus einer wäßrigen Flüssigkeit und Feststoffen gemischt, wobei wiederum eines der Medien ständig gegenüber den anderen Medien in der zweiten Stufe umgewälzt wird. Obwohl nur zwei Gasstufen wesentlich sind, ist es oft erwünscht, für zusätzliche Gasstufen zu sorgen und diese analog den ersten beiden Stufen zu betreiben. Sitzt die Anordnung innerhalb einer geschlossenen Kammer, wird ferner vorzugsweise die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit im Gleichstrom mit dem Gas, d. h. in der gleichen
Richtung wie dieses, geführt.

Beide diese biochemischen Sauerstoffbehandlungsanlagen bieten
wesentliche Vorteile gegenüber der konventionellen Belüftung

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von Abwasser mit Luft zur Beseitigung von Kohlenstoffeinsatzstoffen. Zu diesen Vorteilen gehören beispielsweise kleinere Belüftungseinrichtungen, niedrigere Energiekosten, geringere Kapitalinvestitionen, niedrigere Schlammbehandlungskosten und geringere erforderliche Grundstücksgröße.

In Anbetracht der erheblichen Löslichkeit von H₂S in Wasser kann es logisch erscheinen, sowohl gasförmige als auch flüssige HpS-haltige Phasen eines wäßrigen BSB-haltigen Schmutzmediums zwecks H₉S-Beseitigung in eine geschlossene Sauerstoffbelüftungszone der aus den US-PSen 3 547 812 und 3 547 815 bekannten Art einzuleiten. Diese Zone erfordert jedoch einen relativ hohen Sauerstoffpartialdruck in dem geschlossenen Gasraum, um für eine ausreichende Antriebskraft für den Übergang von Sauerstoff in die Flüssigkeit zu sorgen. Mit H₂S beladenes zu behandelndes Gas hat jedoch nicht nur ein erhebliches Volumen (bezogen auf die Menge an Sauerstoffeinsatzgas, das für die Belüftung einer vorgegebenen Abwassermenge notwendig ist), sondern hat im wesentlichen auch den Stickstoffgehalt von Luft, beispielsweise ungefähr 80 VoX.% N₀. Hinzu kommt, daß bei dieser bekannten Art der Sauerstoffbelüftung das eine Medium innerhalb der Zone gegenüber dem anderen umgewälzt werden muß, während nur ein kleiner Bruchteil des an Sauerstoff verarmten Belüftungsgases abgelassen wird, und zwar typischerweise ungefähr 1/2OO des Volumens, das bei der Belüftung mit Luft abgelassen wird.. Die unmittelbare Einleitung der HpS-haltigen Gase in die Sauerstoffbelüf- ' tungszone würde infolgedessen 2u einem Belüftungsgas mit einer

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erheblichen Np-Konzentration führen, Strömt beispielsweise das HpS-haltige Gas in einer Menge von 1OO Volumeneinheiten je Zeiteinheit ein und beträgt die Sauerstoffeinsatzgasmenge 24O VoIumenexnheiten je Zeiteinheit (1OO VoI,% O₂), liegt die Sauerstoffkonzentration in der Belüftungszone bei nur ungefähr 24 Vol.%, wenn man eine 9O %ige Op-Ausnutzung für die Abwasserbehandlung annimmt.

Mit der Erfindung wird das Problem überwunden, indem zunächst das HpS-haltige Schmutzmedium in flüssige und gasförmige Phasen getrennt und dann das HpS aus der Gasphase in HpS-armem Wasser gelöst wird, Dadurch, daß für einen geeigneten Gas-Flüssigkeits-Kontakt gesorgt wird, läßt sich die hohe Löslichkeit von HpS in Wasser mit Vorteil ausnutzen, ohne daß das Betriebsverhalten der geschlossenen Sauerstoffbelüftungszone beeinträchtigt wird, Indem für einen innigen Gas-FLüssigxeits-Kontakt zwischen dem Abgas und einem Wasserstrom gesorgt wird, kann der Schwefelwasserstoff leicht in Wasser absorbiert werden; es wird eine im wesentlichen von Schwefelwasserstoff freie Gasphase erhalten= Beispielsweise läßt sich mit eine¹" Gas-Flüssigkeits-Kontakteinrichtung in Form einer Gegenstrcm-Bodenkolonne mit fünf theoretischen Böden und 7O ppm HpS-haltiger Luft leicht eine Gasphasenverminderung für HpS um den Faktor 1OOOO erzielen, so daß das HS in dem verarbeiteten Gas einen wesentlich niedrigeren als den feststellbaren Geruchspegel von ungefähr 1 ppm hat,

Das HpS-haltige Wasser wird dann eine«- geschlossenen Belüftungs-

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zone zugeleitet, in der auch organische Schmutzstoffe aus dem Abwasser beseitigt werden. Dort werden die gelösten Sulfide durch den im Wasser gelösten Sauerstoff in Gegenwart von belebtem Schlamm oxydiert= Die Sulfidoxydation ist von der Aufrechterhaltung von aeroben Bedingungen abhängig, wobei eine Konzentration an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 ppm erforderlich ist, um eine im wesentlichen vollständige biochemische und chemische Oxydation des H₂S und der organischen Bestandteile des zu behandelnden Wassers sicherzustellen. Diese Eigenschaft stellt einen wesentlichen Vorteil im Vergleich zu der Belüftung mit Luft dar, weil ein derart relativ hoher Gehalt an gelöstem Sauerstoff in einer offenen Zone nicht aufrechterhalten werden kann, es sei denn durch Aufwand übermäfiig großer Energiemengen= In Anbetracht des Gehalts an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 ppm in der geschlossenen Sauerstoffbelüftungszone ist die zur Erreichung einer im wesentlichen vollständigen Sulfidoxydation erforderliche Flüssigkeitskontaktdauer verhältnismäßig kurz und vergleichbar mit der Flüssigkeitskontaktdauer, die für die biochemische Oxydation des Kohlenstoffeinsatzes notwendig ist,

Bei Verwendung der bekannten mit Luft arbeitenden offenen Belüftungszone würde das H„S aus dem einströmenden Wasser abgetrennt und infolgedessen die Atmosphäre verschmutzen=

Bei der Anordnung nach Figur 1 wird das wäßrige BSB-haltige Schmutzmedium (das sowohl als Flüssigkeit als auch als Gas vorliegt), das H„S enthält, über eine Leitung 1O in eine Einrich-

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tung 11 eingebracht, um das Schmutzmedium in Abwasser und Abgas zu trennen, wobei das Abwasser über eine Leitung 12 abströmt, während das Abgas über eine Überkopf leitung 13 ausgetragen wird. Bei der Einrichtung 11 kann es sich beispielsweise um einen abgedeckten Behälter mit einem Überkopfgasraum handeln, der einen Teil einer primären Behandlungszone für das Schmutzmedium bildet. Ein extern zugeführter Gasstrom, beispielsweise Luft, kann in den Überkopf raum der Einrichtung 11 über eine Leitung 11a und eine Pumpe 11b eingeleitet oder von unten eingeführt werden, um in Blasenform durch das Wasser hindurchzusteigen, wie dies beispielsweise bei einem mit Luft gespeisten Sandfang der Fall ist. Dieser Gasstrom hat die Aufgabe, die hLS-Konzentration in dem Überkopf raum herunterzudrücken, so daß dieser Raum ohne Vergiftungsgefahr begangen werden kann. Das hUS-haltige Gas wird mittels eines Lüfters oder Gebläses 14 über die Leitung 13 dem unteren Teil einer Flüssigkeits-Gas-Kontakteinrichtung 15 zugeführt. Gleichzeitig wird HUS-armes Wasser über eine Leitung 16 am oberen Ende der Kontakteinrichtung 15 eingeleitet, um nach unten zu strömen und dabei in innigen Kontakt mit dem hochsteigenden, von dem Gebläse 14 angetriebenen HpS-haltigen Gas zu kommen. Bei der Flüssigkeits-Gas-Kontakteinrichtung 15 kann es sich beispielsweise um eine Füllkörperkolonne, eine mit benetzten Wänden arbeitende Kolonne oder eine Bodenkolonne handeln.

Vorzugsweise wird als das H₂S-arme Wasser, d. h. als der Schwefelwasserstoff absorbierende Strom, ein Wasser verwendet, das im wesentlichen keinen gelösten Schwefelwasserstoff enthält, um

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die Treibkraft und den Massenübergang für die Absorption zu maximieren„ Im vorliegenden Zusammenhang kann jedoch das "H₉S-arme Wasser" bis zu ungefähr O₁1 ppm H₂S enthalten. Als l-US-armes Wasser kann zweckmäßig das nach dem vorliegend beschriebenen Verfahren gereinigte Wasser verwendet werden.

Die Gas-Flüssigkeits-Schwefelwasserstoffabsorption führt zu einem von Schwefelwasserstoff im wesentlichen freien abströmenden Gas, das über eine Leitung 17 und ein in dieser Leitung liegendes Regelventil 17a in die Atmosphäre ausgetragen werden kann, ohne die Luftqualität nachteilig zu beeinflussen. Die aus der Kontakteinrichtung 15 über eine Leitung 18 und ein Regelventil 18a abströmende Flüssigkeit gelangt entweder unmittelbar in eine geschlossene Belüftungszone 19 oder wird zunächst in der Leitung 12 mit Abwasser gemischt, um der Zone 19 über ein Regelventil 12a als kombinierter Strom zugeführt zu werden. Das HUS-haltige Wasser in der Leitung 18 (und das HpS-arme Wasser in der Leitung 16) macht ungefähr 1 bis 20 Vol.% und vorzugsweise 4 bis 10 Vol.% des Wassers aus, das in die geschlossene Belüftungszone 19 eintritt. Mengen an hUS-armem Wasser von mehr als 20 % des Einsatzstromes sind für die HpS-Beseitigung in der Kontakteinrichtung 15 unnötig und würden einen überflüssigen Aufwand an Anlagenteilen und/oder Betriebskosten darstellen= Obwohl das H₂S-arme Wasser einen Teil der Flüssigkeit bildet, die normalerweise durch die Abwasseranlage hindurchgeführt wird, würde die Kontakteinrichtung 15 unnötig groß werden und würden im Betrieb der Anlage zusätzliche Kosten für Pump- und/oder Mischvorgänge

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auftreten, wenn übermäßig viel HpS-arrnes Wasser durch die Kontakteinrichtung 15 hindurchgeleitet würde, Beispiele für die HpS-arme Flüssigkeit, die normalerweise durch die Anlage hindurchgeleitet werden kann, sind (a) jeder gesonderte Abwasserstrom, der an der Behandlungsanlage in HpS-armem Zustand ankommt und (b) der belebte Schlamm, der von dem Klärbecken zur Belüftungszone zurückgeführt wird. Handelt es sich bei dem HpS-armen Wasser um einen Strom, der nur für die Zwecke der HpS-Beeinflussung innerhalb des Systems zurückgeführt wird, wurden Mengen von mehr als 2O % des Einsatzstromes eine übermäßige hydraulische Belastung der Abwasserbelüftungszone zur Folge haben. Dies würde sowohl eine Erhöhung der Behältergröße als auch eine Vergrößerung der Energie bedeuten, die für das Mischen und den Stoffübergang aufgewendet werden muß.

Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform wird als das HpS-arme Wasser mittels der Anlage geklärtes Wasser verwendet; in einem solchen Falle wirkt sich die zusätzliche hydraulische Belastung auch auf die Kläreinrichtung aus. Durch die Anwendung einer übermäßigen Menge an geklärtem Wasser in der Kontakteinrichtung 15 wird ferner die Mischflüssigkeit verdünnt, die eine Belüftung erfährt. Verbunden mit einer verringerten Verweildauer in der Belüftungszone hat eine stärker verdünnte Mischflüssigkeit ein niedrigeres Verhältnis von Nährstoff zu Biomasse zur Folge, was seinerseits die Überschußschlammproduktion erhöht und die Qualität des abströmenden Wassers Deeinträchtigen kenn, Aus den vorstehend genannten Gründen wird vorzugsweise die Durch-

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flußmenge des H_S-armen Wassers durch die Kontakteinrichtung 15 hindurch auf einen Wert beschrankt, der 1O % der Einsatzdurchflußmenge nicht überschreitet

Die Menge des in die Kontakteinrichtung 15 eingeleiteten H„S-armen Wassers sollte ausreichend groß sein, um für ein Flüssigkeits-/Gas-Durchflußmengenverhaltnis in der Kontakteinrichtung von mindestens 545 kgmol Flüssigkeit pro kgmol Gas zu sorgen. Bei typischen Mengen an HpS-haltigem Gas, wie sie in Verfahrensstufen angetroffen werden, wo H₂S entwickelt wird (z. B. 70 ppm HpS im Gasstrom 13), kann ein derartiger L/V-Wert mit einer Flüssigkeitsdurchflußmenge erhalten werden, die 1 % des Abwasser-Einsatzstromes nicht überschreitet= Liegt das Flüssigkeits-/Gas-Durchflußmengenverhältnis unter diesem Wert, kann das erforderliche hohe Maß an HpS-Abtrennung aus dem Gas selbst mit einer unendlichen Anzahl von theoretischen Boden oder Stufen in der Kontakteinrichtung nicht erreicht werden. Vorzugsweise wi^d mit einem Durchflußmengenverhältnis von Flüssigkeit zu Gas von mindestens 1500 gearbeitet, was einer kleinen Anzahl an erforderlichen theoretischen Platten oder Boden entspricht, d« h, einer Anzahl von unter 10, Dieses St.romungsverhältnis läßt sich normalerweise erzielen, wenn die Durchflußmenge der HpS-armen Flüssigkeit durch die Kontakteinrichtung hindurch 3 % der Abwassereinsatzmenge nicht überschreitet,

Angesichts der vorstehend geschilderten Erfordernisse läßt sich eine wirksame Beeinflussung des H_?S-Gehalts nicht erreichen,

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wenn man versucht, das vorliegende Verfahren auf eine Abwasserbehandlungsanlage anzuwenden, bei der eine Belüftung mit Luft erfolgt. Würde der H^S-haltige Gasstrom aus der Leitung 13 in die Mischflüssigkeit einer mit Luftbelüftung arbeitenden Anlage zusammen mit der großen Luftmenge eingeblasen, die für das Lösen von Sauerstoff und das Mischen erforderlich ist, könnte der Wirkungsgrad der Kontaktstufe sich bestenfalls einem theoretischen Boden nähern; der resultierende L./V-Wert würde in der Größenordnung von nur 14O liegen. Dies ist weit weniger als der Mindestwert von 545, der selbst bei einer sehr großen Anzahl von theoretischen Böden erforderlich ist. Selbst wenn die Flüssigkeit einen niedrigen HpS-Gehalt hätte (was nicht der Fall ist), könnten nur ungefähr 25 % des anfallenden HpS aus dem Gas beseitigt werden. Es wäre auch wenig wirkungsvoll, den H₂S-haltigen Flüssigkeitsstrom aus der Leitung 18 in eine mit Luftbelüftung arbeitende Abwasserbehandlungszone einzuleiten. Die große Menge an HpS-freier Luft, die in Blasenform durch die HpS-haltige Mischflüssigkeit hindurchtreten würde, würde einen merklichen Anteil des gelösten HpS aus der Lösung mitnehmen; die an die Atmosphäre abgehende Abluft wäre nicht geruchsfrei.

Ein Gas mit mindestens 50 Vol.% Sauerstoff wird in die geschlossene Belüftungszone 19 über eine Leitung 20 eingeführt. Belebter Schlamm wird in die Zone 19 über eine Leitung 21 eingeleitet, in der eine Pumpe 22 sitzt. Die vorstehend genannten Ströme werden in der Zone 19 mittels einer mechanischen Rühreinrichtung 23 durchgreifend gemischt. Die Einrichtung 23 kann mit mo-

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torisch angetriebenen Flügelrädern versehen sein, die nahe der Flüssigkeitsoberfläche sitzen oder in die Flüssigkeit eintauchen. Das Sauerstoffgas kann über die Leitung 20 entweder oberhalb oder unterhalb des Flüssigkeitsspiegels eingeleitet werden. Derartige Einrichtungen sind bekannt» Bei. ihrer Auswahl ist darauf zu achten, daß eine große Kontakt flache zwischen den Medien bei minimalem Energieaufwand erzielt wird. Wird das Sauerstoffgas in die Flüssigkeit eingeblasen, sollten die Blasen klein sein, so daß ihre Gesamtoberfläche groß und ihre Auftriebskraft gering ist. Das Lösen von Sauerstoff wird ferner dadurch unterstützt, daß die Gasverteilereinrichtungen in die Flüssigkeit bis auf eine Tiefe eintauchen, bei der ein nennenswerter hydrostatischer Effekt eintritt.

Es sind Mittel vorgesehen, um innerhalb der geschlossenen Belüftungszone 19 ständig ein Medium gegenüber den anderen Medien umzuwälzen. Beispielsweise wälzt eine mit dem Gasraum über eine Leitung 25 verbundene Pumpe 24 Belüftungsgas zum unteren Teil der Zone um, wo kleine Gasblasen aus einer Einblasvorrichtung 25a freigesetzt werden. Belüftungseinrichtungen werden für gewöhnlich nach dem sogenannten Luft-Normalübergangswirkungsgrad bemessen, der die Fähigkeit der Einrichtung angibt, Sauerstoff aus Luft in Leitungswasser mit einem Gehalt an gelöstem Sauerstoff von O bei einem Druck von 1 Atmosphäre und 20 C in Lösung übergehen zu lassen. Geeignete Einrichtungen haben einen Luft-Normalübergangswirkungsgrad von mindestens O,68 kg O₂ je PS-Stunde. Die bei der Bemessung der Einrichtung angesetzte Energie

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ist dabei die Gesamtenergie, die sowohl für das Umrühren der Flüssigkeit als auch für das Inkontaktbringen von Gas und Flüssigkeit durch Umwälzung verbraucht wird,

Die geschlossene Belüftungs^one 19 kann eine einzige Kammer aufweisen, Vorzugsweise ist sie jedoch mit mehreren Teilzonen oder Stufen 19a, 19b und 19c versehen, von denen jede eine mechanische Rühreinrichtung 23 und eine Umwälzeinrichtung 24 aufweist (die der Einfachheit halber nicht für jede Stufe dargestellt sind). Das unverbrauchte sauerstoffhaltige Gas aus jeder Belüftungsstufe wird vorzugsweise aus der betreffenden Stufe ausgetragen und als Belüftungsgas der nächstfolgenden Stufe zugeführt (wie dies durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist). In ähnlicher Weise wird mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit aus jeder Stufe ausgetragen und vorzugsweise der nächstfolgenden Stufe im Gleichstrom zu dem unverbrauchten sauerstoffhaltigen Gas zugeführt, um mit diesem gemischt zu werden, wobei das eine Medium gegenüber den anderen Medien umgewälzt wird, Der von Stufe zu Stufe führende Strom der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit ist durch ausgezogene Pfeile angedeutet, die durch die Trennwände der Stufen hindurchreichen. Vorzugsweise wird mit einer Gleichstromführung der Gas- und Flüssigkeitsströme durch mehrere Belüftungsstufen hindurch gearbeitet, um den vorhandenen Schwankungen des BSB des zu behandelnden Wassers und dementsprechend auch der teilweise mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit Rechnung zu tragen» Das die höchste Sauerstoffreinheit aufweisende Einsatzgas wird mit dem Einsatzwasser in der

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ersten Stufe in Berührung gebrocht ο Dementsprechend hat die erste oder Einsatzgasstufe den höchsten Sauerstoffpartialdruck und damit das höchste Sauerstoffübergangspotential. Infolgedessen kann der hohe Sauerstoffbedarf in dieser Stufe ohne übermäßigen Energieverbrauch erfüllt werden. Eine Gleichstromführung wird auch deshalb vorzugsweise vorgesehen, weil dann das schließlich an die Atmosphäre abgegebene Belüftungsgas im Gleichgewicht mit der Flüssigkeit von niedrigstem H~S-Gehalt steht und somit in höchstem Maße an H^S verarmt ist.

Während gemäß Figur 1 das HUS-haltige Wasser über die Leitung 18 in die erste Stufe 19a der Belüftungszone 19 eingeführt wird, kann das l-LS-ha-ltige Wasser statt dessen auch einer nachfolgenden Belüftungsstufe, beispielsweise der Teilzone 19b, zugeführt werden; die Einleitung erfolgt jedoch vorzugsweise in eine vor der Stufe 19c liegende Teilzone,

Das Sauerstoffgas wird über die Leitung 2O der geschlossenen Belüftungszone 19 in ausreichender Menge zugeführt, um den Gehalt der Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff über dem Wert von 2 mg/1 zu halten. Sauerstoff wird für die chemische Oxydation von H₂S und die biochemische Oxydation des BSB rasch verbraucht. Bei der konventionellen Belüftung mit Luft sinkt der Wert des gelösten Sauerstoffs in der Belüftungszone auf nahezu O; er kann nicht auf den Werten gehalten werden, die für aerobe Mikroorganismen günstig sind. Dies wird teilweise dadurch vermieden, daß ein Belüftungsgas verwendet wird, das mindestens

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5O % Sauerstoff und vorzugsweise mindestens 90 % Sauerstoff enthält. Außerdem muß das Gas mit dem zurückgeführten belebten Schlamm und dem BSB-haltigen Wasser in wirksamer Weise gemischt werden, um bei minimalem Energieaufwand eine große Grenzfläche zu erhalten. Ein weiteres Verfahrensmerkmal, das zu der Aufrechterhaltung des gewünschten Wertes an gelöstem Sauerstoff beiträgt, ist die oben erwähnte ständige Umwälzung eines Mediums gegenüber den anderen Medien. Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Belüftungszone 19 sollte vorzugsweise ungefähr 1O ppm nicht überschreiten, weil ein höherer Gehalt an gelöstem Sauerstoff einen unnötigen Aufwand an Energie und Sauerstoff darstellt und die für den Lösungsvorgang geleistete größere Arbeit leicht eine übermäßige Reibung der Bakterienflocken zur Folge hat, wodurch deren Agglomeratgröße herabgesetzt und die Absetzeigenschaften beeinträchtigt werden. Mit anderen Worten, die Flockenteilchen würden so klein, daß das abströmende Wasser eine Trübung erfährt und für einen Austrag in Vorfluter ungeeignet wird.

Beim Belebungsverfahren besteht der Rücklaufschlamm im wesentlichen aus flockigen Agglomeraten von aeroben Organismen, die in Gegenwart von ausreichendem gelöstem Sauerstoff die Fähigkeit haben, das organische Material des Einsatzwassers zunächst zu absorbieren sowie dann zu assimilieren und zu oxydieren. Diese Adsorptions-Assimilations-Folge findet in der Belüftungszone der beschriebenen Anordnung statt= Bei der Ausführungsform nach Figur 1 ist die Folge stromaufwärts einer Trennzone (Klärbecken) im wesentlichen abgeschlossen. Die Flüssigkeits-Feststoff-Kon-

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taktdauer in der Belüftungszone 19 für die Adsorption und Assimilation von organischem Material liegt zwischen 30 Minuten und 24 Stunden. Diese Zeitdauer variiert in Abhängigkeit von der Stärke (d. h. dem BSB-Gehalt) des Abwassers, der Art der Schmutzstoffe, dem Feststoffpegel bei der Belüftung und der Temperatur. Eine maximale Verweildauer von 24 Stunden reicht im allgemeinen aus, um den BSB aus dem ausgetragenen Wasser zu beseitigen, den Schlamm zu beleben und, falls erwünscht, für ein vernünftiges Maß an Selbstoxydation zu sorgen.. Wenn mit mehreren Belüftungsstufen gearbeitet wird, bezieht sich die Verweildauer in der Belüftungszohe auf die Gesamtdauer, während deren die Feststoffe der Biomasse (die gesamten vorhandenen Bakterien) zusammen mit dem BSB des Speisewassers in allen Belüftungsstufen gehalten werden. Bei der Ausführungsform nach Figur 1, bei welcher die Belüftungszone 19 vollständig stromaufwärts des Klärbeckens 26 liegt, wird die Kontaktdauer berechnet als das Gesamtflüssigkeitsvolumen der Stufen 19a, 19b und 19c geteilt durch die volumetrische Durchflußmenge des BSB-haltigen Einsatzwassers und des belebten RücklaufSchlamms. Im Falle der Ausführungsform gemäß Figur 2, wo die Belüftungszone 19 zum Teil stromaufwärts und zum Teil stromabwärts vom Klärbecken 26 liegt (wie dies unten im einzelnen erläutert ist), wird die Kontaktdauer für eine vorgegebene Menge an BSB plus Biomasse errechnet als die Summe der Kontaktdauern stromaufwärts und stromabwärts des dazwischenliegenden Klärbeckens. Die stromaufwärtige Kontaktdauer wird berechnet, indem das stromaufwärtige Flüssigkeitsvolumen der Stufen 19a und 19b durch die volumetrische Durchflußmenge des BSB-

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haltigen Speisewassers und des Rucklaufsch Lamms dividiert wird. Zur Berechnung der st romabwärtigen Kontaktdauer wird das stromabwärtige Flüssigkeitsvolumen der Stufe 19c durch die Durchflußmenge des Schlamms geteilt, der aus dem Klärbecken ausgetragen wird und zur Stufe 19c strömt,

Falls es erwünscht ist, die Saue^rstoffbehandlung auf die Biomasse über dii· Zeitspanne auszudehnen, die zur Assimilation und Oxydation des BSB des Abwassers erforderlich ist, kann der Anteil der Organismen des Schlamms wesentlich werden, die selbst zerstört und durch biologische Oxydation verbraucht werden. Es sollte vermieden werden, die Selbstoxycfation in der Belüftungszone extrem weit zu treiben, weil dadurch die Aktivität der im Rücklaufschlamm zurückgeführten Biomasse vermindert und deren Absetzeigenschaften beeinträchtigt werden. Außerdem ist es kostspielig, die behandelte Biomasse langzeitig zu belüften, weil die Belüftungsbecken prohibitiv groß werden und der Energieverbrauch wesentlich ansteigt.

Geht es nur darum, den BSB des einströmenden BSB-haltigen Wassers zu assimilieren und zu oxydieren, reicht eine verhältnismäßig kurze Kontaktdauer aus.

Kontaktdauern von nicht mehr als 18O Minuten sind für gewöhnlich bei mehrstufigen Gleichstrom-Sauerstoffbelüftungsanlagen zufriedenstellend, in denen verhältnismäßig schwache kommunale Abwasser behandelt werden, deren BSB bis zu ungefähr 3OO mg/1

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beträgt» Für stärkere Abwässer, wie sie beispielsweise in petrochemischen Anlagen anfallen, sind längere Kontaktzeiten in der Größenordnung von 5 bis 12 Stunden notwendig, um einen Austrag von vergleichbarer Reinheit zu erzielen. Die obengenannten Flüssigkeitskontaktdauern in der geschlossenen Sauerstoffbelüftungszone 19 sind wesentlich kürzer als vielleicht ein Drittel der Zeitdauer auf einer vergleichbaren Basis.

Bei der praktischen Durchführung des erläuterten Verfahrens wird vorzugsweise in der Belüftungszone eine hohe Konzentration an suspendierten Feststoffen aufrechterhalten. Der Gehalt des BSB-haltigen Wassers und des belebten Schlammes an flüchtigen Schwebstoffen beträgt vorzugsweise mindestens 3000 mg/1. Ein Grund dafür ist, daß die Feststoffkonzentration in der Belüftungszone die Geschwindigkeiten der biochemischen Reaktionen und möglicherweise auch der Sulfidoxydation beeinflußt, zu denen es während des Verfahrens kommt. Bei der Behandlung von kommunalem Abwasser umfassen die Schwebstoffe: (1) biologisch oxydierbare organische Stoffe,(2) nichtbiologische oxydierbare organische Stoffe und (3) nichtoxydierbare anorganische Stoffe. Die anorganischen Stoffe wie Sand und Grit sowie die nichtbiologisehen oxydierbaren Stoffe wie Polyäthylenpartikel oder Papier stellen unerwünschte aber unvermeidbare Komponenten des in die Belüftungszone eintretenden BSB-haltigen Wassers, beispielsweise Abwassers, dar. Verhältnismäßig große Teilchen, beispielsweise Holzspäne, werden normalerweise in einer Vorbehandlungsstufe beseitigt.

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Der Hauptanteil der in der Mist hflüssigkeit insgesamt vorhandenen Feststoffe, beispielsweise 7O % dieser Stoffe, besteht aus Bakterienflocken (Biomasse) in dem belebten Schlamm, der vom Klärbecken zur Belüftungszone zurückgeführt wird. Je höher die Bakterienkonzentration ist, desto rascher laufen die Adsorption und Assimilation des BSB ab, wenn man davon ausgeht, daß die anderen Voraussetzungen, beispielsweise die Zufuhr von gelöstem Sauerstoff, ebenfalls erfüllt sind.

Bei der Anordnung nach Figur 1 wird nicht verbrauchtes sauerstoff haltiges Gas aus der Belüftungszene 19 und insbesondere aus der letzten Teilzone 19c, falls mit mehreren Belüftungsstufen gearbeitet wird, in eine Leitung 27 ausgetragen. Die mit Sauerstoff angereicherte Mischflüssigkeit verläßt ebenfalls die Belüftungszone 19 und gelangt über eine Leitung 28 zu dem Klärbecken 26, um in überstehende Flüssigkeit und belebten Schlamm getrennt zu werden. Die Flüssigkeit wird über eine Leitung 29 abgezogen, während der belebte Schlamm vom unteren» Ende über eine Leitung 3O ausgetragen wird. Mindestens 85 und" vorzugsweise mindestens 95 Gew.% des im Klärbecken 26 abgetrennten belebten Schlamms werden zu der Belüftungszone 19 zurückgeführt, um diese mit aktiven Bakterien zu versorgen. Aller festlicher nicht zurückgeleiteter Schlamm wird über eine Leitung 31 ausgetragen. Sind mehrere Belüftungsstufen vorgesehen, wird der belebte Schlamm mittels der Pumpe 22 über die Leitung 21 zu der ersten Stufe 19a zurückgeleitet, der auch das Sauerstoffgas und das BSB- und H„S-haltige Wasser zugeführt werden. Der belebte Schlamm

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hat vorzugsweise einen Gesamtschwebstoffgehalt (TSS) von 12OOO bis 5OOOO mg/1. Er wird vorzugsweise zu der Belüftungszone in einer Durchflußmenge zurückgeleitet, die mit Bezug auf die Durchflußmenge des BSB- und HpS-haltigen Wassers so bemessen ist, daß das Volumenverhältnis von Rücklaufschlamm zu BSB- und HpS-haltigem Wasser zwischen O,1 und O,5 liegt.

Ein kleinerer Teil des gereinigten Wassers in der Leitung 29 wird über die Leitung 16 abgezweigt und mittels einer Pumpe 32 als das oben erläuterte H^S-arme Wasser dem oberen Ende der Flüssigkeits-Gas-Kontakteinrichtung 15 zugeführt. Das aus dem Klärbecken abströmende Wasser wird vorzugsweise als HpS-armes Wasser benutzt, da es frei von Feststoffen ist, welche die H₂S-Absorption in der Kolonne 15 nachteilig beeinflussen könnten. Die Kontakteinrichtung ist in den Figuren als aufrechtstehende Kolonne veranschaulicht. Es kann sich dabei aber auch um eine waagrechte mehrstufige Kontakteinrichtung handeln, durch die Gas und Flüssigkeit im Gegenstrom hindurchgeleitet werden.

Es ist bekannt, daß der pH-Wert einen starken Einfluß auf die chemische Form des im Wasser befindlichen Sulfids hat. Ein relativ hoher pH-Wert einer mit Luftbelüftung arbeitenden Abwasserbehandlung soll die folgende Reaktion nach links verschieben:

H⁺ + HS" JP=St H₂S

Es wird beispielsweise berichtet, daß bei 25 C und einem pH-Wert von 8 nur 8,3 % des wäßrigen Sulfids in der (H₉S)-Form vorlie-

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gen, während 91,7 % als (HS~) vorhanden sind. Bei der gleichen Temperatur und einem pH-Wert von 6 liegen 9O,1 % in der Form (HpS) vor, während nur 9,9 % in der (HS~)-Form vorhanden sind. Es wird ferner angegeben, daß die Ionenform (HS~) nicht leicht oxydiert werden kann. Während ferner gelöstes Sulfid in der Form (H₂S) einen merklichen Dampfdruck ausübt, trifft dies für die Ionenform nicht zu. Ferner ist H₂S bei einem pH-Wert von 8 elfmal mehr löslich als bei einem pH-Wert von 6. Infolgedessen sollte ein hoher pH-Wert dazu führen, daß das Sulfid in der Mischflüssigkeit zurückgehalten wird und das Gas verhältnismäßig H₂S-frei bleibt.

Bei einem niedrigen pH-Wert, wie er charakteristisch für die Sa'ierstoff behandlung von Abwasser in abgedeckten Reaktoren ist, wird die obengenannte Reaktion nach rechts verschoben, wobei die (HpS)-Form begünstigt wird. Die (HpS)-FoTm ist mit gelöstem Sauerstoff leichter oxydierbar, wird jedoch auch leichter aus der Lösung abgetrennt. Infolgedessen haben niedrige pH-Werte die Neigung, die Sulfidverteilung innerhalb des Systems in Richtung auf die Gasphase zu verschieben. Vorliegend ist dies für die Zubereitung von HpS-armem Wasser günstig, das sich zur Verwendung in der Kontakteinrichtung 15 eignet. Eine derartige Verschiebung der Sulfidverteilung ist dagegen für die Erzeugung eines geruchsfreien und im wesentlichen H_?S-freien Gases, das aus der Abwasser-Sauerstoffanreicherungszone freigesetzt wird, ungünstig. Außerdem verringert der niedrige pH-Wert des behandelten Wassers dessen Fähigkeit, HpS aus dem Gas in der Kontakt-

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einrichtung 15 aufzunehmen; er ist für die Reinigung eines solchen Gases bis zum geruchsfreien Zustand ungünstig.

Trotz der oben aufgezählten scheinbaren Nachteile wurde gefunden, daß HpS aus der Gasphase der abgedeckten, mit Sauerstoffbelüftung arbeitenden Kontaktzone im wesentlichen vollständig beseitigt und in der flüssigen Phase im wesentlichen vollständig oxydiert wird. Daraus ist zu schließen, daß bei dem vorliegend beschriebenen Verfahren die H₂S-Oxydation trotz der verhältnismäßig niedrigen Konzentration der (HpS)-Form in der Flüssigkeit extrem rasch abläuft. Dies ißt in Anbetracht der niedrigen HpS-Oxydationsgeschwindigkeiten in reinem Wasser überraschend, von denen in der Literatur berichtet wird, Beispielsweise wird für Schwarzmeerwasser von Skopintsev, B.A., Karpov, A.V. und Vershinina, D.A., Tr. Morsk. Gidrofiz Inst. Aka. Nauk SSR, 16, 89-111 (1959) eine Sulfid-Halbwertzeit von 6O bis 7O Stunden bei 20 C angegeben. Eine derartige Halbwertzeit übertrifft den Wert von 1 bis 2 Stunden für die Sauerstoffbelüftungsdauer des vorliegenden Verfahrens bei weitem. Die Gründe für die hohe HpS-Oxydationsgeschwindigkeit sind nicht voll geklärt. Es wird jedoch angenommen, daß dabei eine reichliche Versorgung mit gelöstem Sauerstoff (mindestens 2 mg/1) und auch eine relativ hohe Konzentration an katalytischen Stoffen in der stärker konzentrierten Biomasse des Sauerstoffbelüftungsverfahrens (vorzugsweise mindestens 4OOO mg/1 Mischwasserschwebstotfe) eine Rolle spielen. Auch die Umwälzung eines Mediums gegenüber dem anderen Medium in der Sauerstoffanreicherungszone zwecks wieder-

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holtem Kontakt von Gas und Flüssigkeit ist von Wichtigkeit, um H₂S aus dem Gas so rasch auszuwaschen, wie das in Lösung befindliche HpS oxydiert wird.

Der Mechanismus, gemäß dem die HpS-Oxydation durch hohe Feststoff konzentrationen in der Sauerstoffanreicherungszone gefordert werden kann, wurde untersucht, ist jedoch noch nicht geklärt. Es ist vorstellbar, daß die HpS-Oxydation mindestens teilweise biochemisch abläuft, so daß gewisse Teile der Biomasse dabei einen unmittelbaren Beitrag leisten. In dem Maße, in dem katalytische Stoffe von den flockigen Feststoffen absorbiert oder in anderer Weise eingefangen werden, würde die Konzentration solcher Katalysatoren mit höheren Feststoffgehalten ansteigen. Es wird berichtet, daß die HpS-Oxydation durch die Gegenwart von Übergangsmetallionen von Mn, Fe, CO, Ni, Cu₁ Ca und Mg sowie durch das Vorhandensein von gewissen organischen Verbindungen katalysiert wird. Viele der vorstehend genannten Substanzen sind häufig in den industriellen Abwasseranteilen anzutreffen .

Die im wesentlichen vollständige¹ Beseitigung von H₂S sowohl aus der gasförmigen als auch aus der flüssigen Phase innerhalb einer abgedeckten Sauerstoffbelüftungs-Abwasserbehandlungszone wurde in einer Versuchsanlage bestätigt. Es wurde eine Versuchsanlage mit vier Teilzonen benutzt, wobei für einen Gleichstromdurchfluß von Gas und Flüssigkeit in der aus Figur 4 der US-PS 3 547 815 bekannten Art gesorgt war. An den Flüssigkeitsendab-

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schnitt schloß sich ein Klärbecken an. Jede Teilzone hatte ein Volumen von ungefähr 15OO I₁ eine Länge von 1,04 m, eine Breite von 0,97 m und eine Höhe von 1,98 m„ Das Gesamtvolumen der geschlossenen Belüftungszone betrug 6OOO 1; die Flüssigkeitstiefe lag während der Versuche bei ungefähr 1,52 m. Jede Teilzone war mit einer elektromotorisch angetriebenen Sauerstoffeinblasflügelrad- und Gas-Flüssigkeits-Mischeinheit ausgestattet. Die Einblasvorrichtung bestand aus rotierenden Armen mit Öffnungen kleinen Durchmessers, durch die hindurch Sauerstoffgas umgewälzt wurde. Das Flügelrad und die Einblaseinrichtung waren zwecks Drehung auf einer gemeinsamen Welle montiert.

Mit der Versuchsanlage wurde ein kommunaler Abwasserstrom kontinuierlich behandelt, der einen biochemischen Gesamtsauerstoffbedarf (BSB₅) von näherungsweise 190 mg/1, einen Gesamtschwebstoffgehalt (MLSS) von 2OO mg/l und einen Gehalt an gelöstem Schwefelwasserstoff von 9 mg/1 hatte. Dieses Abwasser wurde in der geschlossenen Belüftungszone während einer Flüssigkeitskontaktdauer von näherungsweise 120 Minuten behandelt, während im Mittel (über die Teilzonen hinweg) der Gesamtschwebstoffgehalt der Mischflüssigkeit bei ungefähr 6000 mg/l und der Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen bei 4800 mg/l lag. Das aus dem Klärbecken abfließende Wasser und das Abgas aus der letzten Teilzone waren geruchsfrei und enthielten infolgedessen im wesentlichen kein Sulfid von meßbarer Konzentration (der Geruch von Schwefelwasserstoff ist in Gasphasenkonzentrationen von weniger als 1 ppm leicht feststellbar; die entsprechende Gleichgewichts-

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- 29 konzentration für die flüssige Phase beträgt 3 Teile pro Billion)

Die abgewandelte Ausführungsform nach Figur 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Figur 1 nur in bestimmten Einzelheiten, die im folgenden näher erläutert sind. Die Belüftungszone 19 ist in zwei Stufen 19a und 19b unterteilt, die durch das Klärbecken 26 voneinander getrennt sind. Der Vorteil dieser Anordnung (allgemein als Kontaktstabilisierung bezeichenbar) besteht darin, daß in der zweiten Belüftungsstufe 19b hinter dem Klärbecken 26 nur der geringeres Volumen aufweisende Strom aus konzentriertem belebtem Schlamm verarbeitet wird. Das BSB-haltige Wasser wird zunächst in der ersten Belüftungsstufe 19a mit Sauerstoffgas und Rücklaufschlamm für eine ausreichende Zeitdauer gemischt, um den BSB an den Schlammflocken zu absorbieren und in den Schlammflokken zu assimilieren, wodurch eine teilweise mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit erhalten wird, aus der ein gereinigtes Wasser durch Klärung abgetrennt werden kann« Diese Zeitspanne kann relativ kurz sein, beispielsweise 15 bis 45 Minuten betragen, wenn nur der Kontaktteil der Belüftungsstufe vor der Klärung ausgeführt wird. Die teilweise mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit wird aus der ersten Belüftungsstufe 19a über eine Leitung 40 ausgetragen und zum Klärbecken 26 überführt, wo überstehendes Wasser abgetrennt und über die Leitung 29 abgezogen wird.

Der konzentrierte belebte Schlamm verläßt das Klärbecken 26 über die Leitung 28. In dem Maße, in dem stromaufwärts des Klär-

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beckens eine Stabilisation erfolgt ist, ist der Schlamm mindestens teilweise an BSB verarmt. Der Schlamm gelangt dann über die Leitung 28 zur zweiten Belüftungsstufe 19b,um dort weiter mit Sauerstoffgas gemischt zu werden. Bei diesem Gas handelt es sich vorzugsweise um das an Sauerstoff verarmte Belüftungsgas, das die erste Belüftungsstufe 19a über eine Leitung 41 und ein Regelventil 41a verläßt, um in die zweite Belüftungsstufe 19b eingeleitet zu werden. Der weiter belüftete Schlamm, der beispielsweise zusätzlich stabilisiert und teilweise selbst oxydiert sein kann, wird aus der zweiten Belüftungsstufe 19b über die Leitung 30 ausgetragen.

Bei den Mischeinrichtungen 23 und 23a in der ersten und der zweiten Belüftungsstufe 19a, 19b handelt es sich um rotierende Oberflächenflügelräder. Sie werfen massive Flüssigkeitsmengen in den geschlossenen Gasraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels und sorgen auf diese Weise gleichzeitig für die Umwälzung der Medien.

Die Gas-Flüssigkeits-Trennung des BSB- und l-LS-haltigen Schmutzmediums erfolgt mittels der Einrichtung 11 in der gleichen Weise wie bei der Anordnung nach Figur 1. In der Kontakteinrichtung 15 geht H₂S von der Gasphase in die flüssige Phase über. Das dem oberen Ende der Kontakteinrichtung 15 über die Leitung 16 zugeführte HpS-arme Wasser wird jedoch von dem zusätzlich mit Sauerstoff angereicherten Schlamm abgeleitet, der aus der zweiten Belüftungsstufe 19b (der Stabilisierungsstufe) ausgetragen wird. Dieser Strom hat eine l-US-Konzentration, die im wesentlichen

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gleich O ist, so daß für den Grenzschicht-Stoffübergang eine maximale Reibkraft zur Verfügung steht. Da die Flüssigkeits-Gas-Kontakteinrichtung 15 durch Feststoffe nachteilig beeinflußt werden kann, die naturgemäß in dem mit Sauerstoff weiter angereicherten Schlamm vorhanden sind, wird für den Gas-Flüssigkeits-Kontakt vorzugsweise H₂S-armes Wasser aus der Leitung 29 benutzt. Wenn die Behandlung in der ersten Belüftungsstufe 19a von ausreichender Dauer ist, um im wesentlichen alles H₂S aus dem Wasser zu beseitigen, kann entsprechend einer weiteren Abwandlung auch die teilweise mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit in der Leitung 4O (unmittelbar stromaufwärts des Klärbeckens 26) als HpS-armes Wasser für die Flüssigkeits-Gas-Kontakteinrichtung 15 herangezogen werden. In diesem Falle wird Flüssigkeit über eine gestrichelt eingezeichnete Leitung 42 abgeleitet .

Das von der Kontakteinrichtung 15 abströmende H-S-haltige Wasser in der Leitung 18 wird über eine Zweigleitung 43 und ein in dieser Leitung befindliches Regelventil 44 der zweiten Belüftungsstufe 19b (der Stabilisierungsstufe) zugeleitet, um dort mit Sauerstoffgas und belebtem Schlamm gemischt zu werden, wobei HpS durch Oxydation chemisch beseitigt wird. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der im Vergleich zur ersten Stufe 19a hohe Feststoffgehalt in der Stufe 19b (beispielsweise der fünffache Feststoffgehalt) höhere HpS-Oxydationsgeschwindigkeiten zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil ist, daß die geringeren Anforderungen an die HpS-Beseitigung in der ersten

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Claims

Belüftungsstufe 19α den Austrag eines HUS-freien Wassers aus dem Klärbecken 26 über die Leitung 29 gewährleisten. Während in Figur 2 stromaufwärts und stromabwärts des Klärbeckens 26 nur jeweils eine einzige BelUftungsstufe 19a bzw. 19b dargestellt ist, werden für eine vollständige Oxydation des HUS vorzugsweise in jedem Falle mehrere Stufen vorgesehen. 509844/0860 - 33 Ansprüche

1./Verfahren zum Beseitigen von HpS sowohl aus der Gasphase als auch aus der flüssigen Phase von wäßrigem BSB-haltigem Schmutzmedium, dadurch gekennzeichnet, daß

(α) das hUS-haltige Schmutzmedium in Abwasser und Abgas getrennt wird;

(b) das abgetrennte f-LS-haltige Abgas aus der Stufe (a) mit HpS-armem Wasser in einem Flüssigkeits-/Gas-Durchflußmengenverhältnis von mindestens 545 kgmol Flüssigkeit / kgmol Gas in Kontakt gebracht, das H₂S in dem Wasser absorbiert und das an H₂S verarmte Abgas abgelassen wird;

(c) dcTS*· Abwasser aus der Stufe (a) und das H^S-haltige Wasser aus der Stufe (b) mit belebtem Schlamm und mindestens 5O Vol.% Sauerstoff enthaltendem Gas in einer geschlossenen BelUftungszone in ausreichender Menge gemischt werden, um für eine Konzentration an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 ppm zu sorgen, während gleichzeitig eines der Medien mit Bezug auf das andere Medium für eine ausreichende Dauer umgewälzt wird, um unter Bildung einer mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit das H₂S durch Oxydation chemisch zu beseitigen und den BSB biochemisch zu oxydieren;

(d) die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit in belebten Schlamm und gereinigtes Wasser getrennt wird; und

(e) mindestens »in Teil des belebten Schlamms zu der geschlossenen Belüftungezone zurückgeführt wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS das wäßrige Schmutzmedium Schmutzgas und Schmutzwasser ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleinerer Teil des gereinigten Wassers aus der Stufe (d) als das H₂%-arme Wasser zur Verwendung in der Stufe (b) zurückgeführt wird.

A. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleinerer Teil der mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit aus der Stufe (c) als das HUS-arme Wasser zur Verwendung in der Stufe (b) zurückgeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kleinerer Teil des belebten Schlamms aus der Stufe (d) zur Verwendung als H^S-armes Wasser in der Stufe (b) zurückgeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser eine katalytische Menge mindestens eines Übergangsmetallions enthält.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine geschlossene Belüftungszone mit einer ersten Kontaktteilzone und einer zweiten Stabilisierungsteilzone verwendet wird, teilweise mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit von der ersten Kontaktteilzone ausgetra-

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gen wird, an BSB verarmtes Wasser aus der teilweise mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit unter Bildung eines teilweise an BSB verarmten Schlammes abgetrennt wird, der zu der zweiten Stabilisierungsteilzone geleitet wird, und der belebte Schlamm von der zweiten Stabilisierungsteilzone zu der ersten Kontaktteilzone zurückgeleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das HpS-arme Wasser 1 bis 2O Vol.% der Gesamtwassermenge ausmacht, die in die geschlossene Belüftungszone einströmt.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das HgS-arme Wasser 4 bis 1O Vol.% der Gesamtwassermenge bildet, die in die geschlossene Belüftungszone einströmt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der geschlossenen Belüftungszone mit einer Gesamtschwebstoffkonzentration von mindestens 4OOO mg/l gearbeitet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Inkontaktbringen gemäß Stufe (b) mit einem Flüssigkeits-/Gas-Durchflußmengenverhältnis von mindestens 15CX) kgmol Flüssigkeit / kgmol Gas gearbeitet wird.

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12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine geschlossene Belüftungszone mit einer Mehrzahl von Teilzonen verwendet wird, in denen Abwasser, HpS-haltiges Wasser und Sauerstoffeinsatzgas gemischt werden und ein Medium gegenüber den anderen Medien in einer ersten Teilzone umgewälzt wird, während teilweise mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und teilweise an Sauerstoff verarmtes Gas im Gleichstrom von der ersten Teilzone aus zwecks weiterer Mischung mindestens einer zweiten Teilzone zugeführt werden, wobei ein Medium gegenüber den anderen Medien umgewälzt wird, sowie daß die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und das an Sauerstoff verarmte Gas aus der letzten Teilzone ausgetragen werden.

13. Verfahren zum Beseitigen von HpS aus der Gasphase und der flüssigen Phase von wäßrigem BSB-haltigem Schmutzmedium, dadurch gekennzeichnet, daß

(α) das HpS-haltige Schmutzmedium in Abwasser und Abgas ge-

trennt wird;

(b) das abgetrennte HpS-haltige Abgas aus der Stufe (a) mit HpS-armem Wasser in einem Flüssigkeits-ZGas-Durchflußmengenverhältnis von mindestens 1500 kgmol Flüssigkeit / kgmol Gas in Kontakt gebracht, das HpS in dem Wasser absorbiert und das an HpS verarmte Abgas abgelassen wird;

(c) in einer geschlossenen Belüftungszone das Abwasser aus der Stufe (α) und HpS-haltiges Wasser aus der Stufe (b) in einem solchen Verhältnis, daß das H-S-haltige Wasser

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4 bis 10 Vol.% des Gesamtwassers bildet, mit belebtem Schlamm und mindestens 5O Vol.% Sauerstoff enthaltendem Gas in einer ausreichenden Menge gemischt werden, um für eine Konzentration an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 ppm und eine Gesamtschwebstoffkonzentration von mindestens 4OCO mg/l zu sorgen, während gleichzeitig eines der Medien gegenüber dem anderen Medium für eine ausreichende Dauer umgewälzt wird, um unter Bildung einer mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit das H„S durch Oxydation chemisch zu beseitigen und den BSB biochemisch zu oxydieren, wobei mit einer Belüftungszone mit mehreren Teilzonen gearbeitet wird, in denen Abwasser, H_?S-haltiges Wasser und Sauerstoffeinsatzgas gemischt werden, ein Medium gegenüber den anderen Medien in einer ersten Teilzone umgewälzt wird, teilweise mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und teilweise an Sauerstoff verarmtes Gas gesondert im Gleichstrom von der ersten Teilzone zu mindestens einer zweiten Teilzone zwecks weiterer Mischung geleitet werden, während wiederum ein Medium gegenüber den anderen dort vorhandenen Medien umgewälzt wird, sowie die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und das an Sauerstoff verarmte Gas aus der letzten Teilzone gesondert ausgetragen werden;

(d) die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit in belebten Schlamm und gereinigtes Wasser getrennt wird;

(e) mindestens ein Teil des belebten Schlamms zu der für die Stufe (c) verwendeten geschlossenen Belüftungszone zurückgeführt wird und

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ein kleinerer Teil des gereinigten Wassers als das hUS-arme Wasser zurückgeleitet wird.

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