DE2648788A1 - Verfahren zur behandlung von aktiviertem schlamm - Google Patents

Description

Priorität: USA vom 18. November 1975 Serial Ko. 633 122

Die Erfindung betrifft die Behandlung von aktiviertem
Schlamm zur Erleichterung seiner Entwässerung, indem man den Schlamm auf einen pH unter etwa 2,2 ansäuert, den angesäuerten Schlamm auf eine Temperatur von etwa 65 bis 99 °C (150 bis 210⁰J¹) erhitzt und den Schlamm ausreichend Zeit bei dieser Temperatur hält, um eine Absetzgeschv/indigkeit der Feststoffe in den ersten drei Minuten von wenigstens 3 mm (2/16 Zoll) pro Hinute zu erzielen.

Eine übliche Methode zur Behandlung von kommunalen und

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industriellen Abwässern ist der aktivierte Schlamraprozess, wobei eine grosse Anzahl von Mikroorganismen vorliegt und tatsächlich notwendig ist, um das Abwasser zu behandeln. Solche Systeme umfassen im allgemeinen eine rasche Ausflockung der Materialien in der Biomasse gefolgt von ihrem Einfangen und anschliessendem Absetzen unter Verminderung des biologischen Sauerstoffbedarfes (B.S.B.) des flüssigen Schlammes bzw. der Schlammflüssigkeit. Ein Problem ist jedoch die Beseitigung des als Abfall anfallenden aktivierten Schlammes, da er nicht ganz in das oben beschriebene Verfahren zurückgeführt v/erden kann. Dies wird weiter durch die Tatsache kompliziert, dass der aktivierte Schlamm, der ja eine grosse Zahl von Mikroorganismen enthält, von denen offenbar die Genus Zoogloea zu überwiegen scheint, sehr schwierig zu entwässern ist, da die Polysaccharide und andere Polymeroaterialien, die Teil des Hüllenmaterials sind, welches die Mikroorganismenzellen umgibt, Wasserrückhaltungseigenschaften aufweisen. Demzufolge ist der Schlamm schleimig und es ist nicht möglich, solche Schlämme einfach zu entwässern, um Material mit hohem Feststoffgehalt zu erzielen, das leicht beseitigt werden kann. Ausserdem gibt der Schlamm nach der möglichen begrenzten Entwässerung noch unangenehme Gerüche ab, was seine Verwendung oder seine Beseitigungsart begrenzt.

Die Versuche zur Behandlung des aktivierten Schlammes, um die Entwässerung zu erleichtern, umfassen auch Wärmebehandlungen. Dies hat sich nicht als zufriedenstellend erwiesen, da ein solches Erhitzen gewöhnlich zur Solubilisierung eines Teils der Schlammfeststoffe führt, so dass die erhaltene erzeugte Flüssigkeit einen hohen B.S.B, hat und weiter behandelt werden muss, bevor sie in das Abwasser geleitet v/erden kann.

Andere Versuche umfassen den Zusatz von Materialien zum aktivierten Schlamm, wie Flugasche, was als Mittel zum Ein-

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fangen der Feststoffe dienen soll, um Flüssigkeiten zu erhalten, die einen geringen B.S.B, haben. Dies ist teuer hinsichtlich des Materials und der Energie zum Verpressen der erhaltenen Masse und führt immer noch nicht zu Material mit hohen Feststoffgehalten oder einer Flüssigkeit mit einem ausreichend geringen biologischen Sauerstoffbedarf.

Es wurde nun ein verbessertes Verfahren gefunden, das sich zur leichten und schnellen Entwässerung von aktivierten Schlämmen in wirtschaftlicher V/eise unter Erzielung von Schlämmen mit hohen Feststoffgehalten eignet, die nicht mehr schleimig sind und keinen starken unangenehmen Geruch haben und die ausserdem eine Flüssigkeit mit geringem B.S.B, aufweisen.

Die Erfindung umfasst im wesentlichen ein Verfahren zur Behandlung eines aktivierten Schlammes zur Erleichterung seiner Entwässerung durch Ansäuern des Schlammes auf einen pH-Wert unter etwa 2,2, Erhitzen des angesäuerten Schlammes auf eine Temperatur zwischen etwa 65 und 99 ⁰C (150 bis 210⁰F) und die Aufrechterhaltung des Schlammes bei dieser Temperatur für eine ausreichende Zeitspanne, um eine Absetzgeschwindigkeit der Feststoffe in den ersten drei Minuten von wenigstens 3 mm pro Minute zu erzielen, wobei gewöhnlich etwa 10 bis 60 Minuten bei dieser Temperatur gehalten wird, und dann die Entfernung von Wasser aus dem Schlamm.

Das Verfahren der Erfindung ist anwendbar auf die Behandlung aller aktivierten Schlämme. Der Ausdruck "aktivierter Schlamm", wie er hier benutzt wird, soll alle Arte von aktivierten Schlämmen umfassen, die bei den verschiedenen aktivierten Schlammprozessen anfallen, die zur Behandlung von kommunalen und gewerblichen Abwässern bzw. Abwässerrückständen angewandt v/erden. Die Untersuchungen solcher Abwasser zeigen, dass Zoogloea ramigera offenbar der vor-

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herrschende Organimus in aktivierten Schlämmen ist und es wurde gefunden, dass das Umhüllungsmaterial bzw. Kapselmaterial, welches die Zellen umgibt, ein fibrillares PoIysaccharidpolymer ist. Andere Untersuchungen haben angezeigt, dass Polysaccharide und andere Polymere ein Hauptfaktor im physikalischen Verhalten von Schlämmen sind.

Im Verfahren der vorliegenden Erfindung sind die wesentlichen und notwendigen Stufen das Ansäuern des Schlammes vor dem Erhitzen und das Aufrechterhalten einer spezifischen Temperatur für eine zugehörige Zeitspanne.

Das erfindungsgemasse Verfahren ist auf die Behandlung von aktiviertem Schlamm ohne Konzentrierung anwendbar. Aus-Gründen der Wirtschaftlichkeit v/ird jedoch vorzugsweise der Feststoffgehalt auf etwa 4- % erhöht. Gewöhnlich hat Schlamm einen Feststoffgehalt unter 2 $. Diese Konzentration kann bewirkt werden, indem man den Schlamm einfach zuerst durch einen konventionellen Absetztank oder ein Klärbecken laufen lässt, wo die Feststoffe auf etwa 4 % angereichert werden können, und die überstehende Flüssigkeit beseitigt wird, indem sie enWeder zuerst zum Klärbecken oder dem Stabilisierungstank zurückgeführt wird, die bei der Schlammbehandlung ohnehin vorliegen, oder, wenn der B.S.B. der überstehenden Flüssigkeit genügend gering ist, kann diese direkt in einen See, Fluß oder einen anderen Wasserlauf abgelassen werdenw

Die Säure, die zur Erzielung des gewünschten pH-Wertes zugesetzt wird, ist vorzugsweise eine Mineralsäure, wie Salzsäure oder Schwefelsäure. Es können auch andere Säuren, wie Phosphorsäure, benutzt werden, jedoch wird dies wiederum aus Kostengründen nicht bevorzugt. Es wird ausreichend Säure zugegeben, um einen pH von wenigstens 2,2 oder darunter, vorzugsweise einen pH von 1,9 bis 2,0, für optimale Ergeb-

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nisse zu erzielen. Es ist ausreichend, die Säure dem Schlamm zuzumessen, wenn er der Erhitzungszone zugeführt wird, wie dies unten beschrieben wird, und gewöhnliche pH-Messgeräte zur Messung des angesäuerten Schlammes zu benutzen, um sicherzugehen, dass der richtige pH-Wert erreicht und aufrechterhalten wird.

Die Temperatur des angesäuerten Schlammes wird dann auf etwa 65 bis 99 °C erhöht und bei dieser Temperatur für ausreichende Zeit gehalten, um eine Absetzgeschwindigkeit der Feststoffe in den ersten drei Minuten von wenigstens 3,^/175 mm pro Minute zu erzielen. Eine solche Erhitzung wird vorzugsweise unter Verwendung irgendeines üblichen Heizers durchgeführt. Bezüglich der Temperatur ist es wichtig,' die · Siedetemperatur nicht zu überschreiten, da dies dazu neigt, etwas an biologischem Material im Schlamm zu solubilisieren und somit den B.S.B, der Flüssigkeit erhöht, die beim anschliessenden Entwässern erhalten wird. Es können zwar Temperaturen unter 65 G angewandt werden, jedoch sind sie wirtschaftlich nicht praktisch, da die Zeit, welche der Schlamm bei dieser Temperatur gehalten werden muss, unverhältnismässig erhöht wird.

Die Behandlungszeit bei den gewünschten Temperaturen wird gewöhnlich etwa 10 bis 60 Minuten betragen, je nach der besonderen Art des zu behandelnden Schlammes und der Konzentration an Feststoffen im Schlamm. Die besondere Behandlungszeit oder Temperatur, die angewandt werden sollen, können leicht durch einige Versuchsreihen des Standardabsetzgeschwindigkeitstests an Schlämmen durchgeführt werden, die unter den oben angegebenen Bedingungen behandelt werden, wobei man diejenigen Bedingungen bestimmt, welche die optimale Absetzgeschwindigkeit von wenigstens 3,175 mm pro Minute in den ersten drei Minuten ergeben. Wie schon angegeben, ist eine Absetzgeschwindigkeit der Feststoffe in den

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ersten drei Minuten von wenigstens 3,Ί75 ram pro Minute ein Anzeichen der Tatsache, dass eine ausreichende Zeit auf der erhöhten Temperatur gehalten wurde, um zu gewährleisten, dass das Wasser leicht vom Schlamm entfernt v/erden kann. Es ist nicht nur unerwünscht, zu hohe Temperaturen anzuwenden, sondern es ist auch anzunehmen, dass die Aufrechterhaltung der Temperatur für eine zu lange Zeitspanne auch eine Solubilisierungswirkung auf einige der Materialien im Schlamm hat, was wiederum zu einer Flüssigkeit führt, die nach dem Entwässern einen ungeeignet hohen B.S.B, hat.

Nach beendetem Ansäuern und Erhitzen kann der Schlamm durch jede herkömmliche Entwässerungsapparatur geleitet werden, um die Feststoffe abzutrennen, die dann in gewöhnlicher Weise beseitigt werden können. Dies gibt eine Flüssigkeit mit geringem B.S.B. Zentrifugieren kann geeignete Ergebnisse liefern. Bevorzugt wird jedoch die Anwendung einer Vakuumfiltrationsapparatur, -wobei sich beispielsweise jede der üblichen im Handel befindlichen Arten eignet.

Durch das Verfahren der Erfindung ist es möglich, ohne Schwierigkeit entwässerte Schlämme zu erhalten, die nicht schleimig sondern krümelig sind und einen Feststoffgehalt von wenigstens etwa 30 Gew.-$ aufweisen und, was ebenfalls wichtig ist, zu Flüssigkeiten mit B.S.B.-Graden führen, die nicht höher sind, als die B.S.B.-Grade von Abflüssen der Sekundärstufe im aktivierten Schlammprozess.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Sie zeigen gewisse bevorzugte Ausführungsformen.

Beispiel 1

Aktivierter Schlamm mit 0,88 % suspendierten Feststoffen, der beseitigt werden sollte und aus der Sekundärbehandlung der kombinierten Abwasser aus einer Gemeinde und einer

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ψ-

Zellstoff- und Papierfabrik stammte, wurde zuerst 24- Stunden absetzen gelassen, um den Gehalt an suspendierten Feststoffen zu erhöhen. Das erhaltene Schlammkonzentrat hatte 2,46 % suspendierter Feststoffe.

Diesem Schlamm wurde ausreichend Schwefelsäure zugegeben, um den pH auf 2,2 zu bringen, und der angesäuerte Schlamm wurde dann auf 93 C erhitzt und 60 Minuten bei dieser Temperatur gehalten.

Der angesäuerte und erhitzte Schlamm konnte dann leicht der Vakuumfiltration unterworfen werden, was einen entwässerten Schlammkuchen mit einem Feststoffgehalt von 25,6 °/o lieferte. Das Fliissigkeitsfiltrat war klar ohne suspendierte Feststoffe.

Beispiele 2 bis 4-

Ein aktivierter Schlamm aus der gleichen Quelle wie in Beispiel 1 angegeben, der jedoch einen suspendierten Feststoffgehalt nach Absetzen von 1,5 % enthielt, wurde zu Vergleichszwecken auf drei verschiedene V/eisen behandelt:

(a) Gemäss der Erfindung;

(b) ohne Ansäuern, und

(c) ohne ausreichendes Erhitzen.

Die Untersuchungsbedingungen und Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I angegeben:

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Tabelle I

	Beispiel Nr.	pH	Temperatur	Zeit	, Minuten	Filterkuchen	I as I
-J O			OQ (op)	bei	Temperatur	nass trocken % g g bez.auf Trocken substanz
9821 /06	2 3	2,2 ' 6,8	93 (200) 93 (200)		20 10	310 56,4 18,2 Filtration zu langsam für Bewertung

2,2

27 ( 80)

Filtration zu langsam für
Bewertung

JO

Beispiel 5

Ein aktivierter Schlamm aus der gleichen Quelle wie in Beispiel 1 jedoch mit 0,5 # suspendierten Feststoffen wurde 24 Stunden absetzen gelassen. Die überstehende Flüssigkeit wurde entfernt und das Schlammkonzentration, das 2 % suspendierte Feststoffe aufwies, wurde weiterbehandelt.

Salzsäure wurde benutzt, um den pH-Wert des Schlammes auf 2 einzustellen und der Schlamm wurde 10 Minuten auf 83 C erhitzt. Der so behandelte Schlamm wurde dann mit einem Vakuumfilter filtriert, um Schlammfilterkuchen mit einer Feststoffkonzentration von 40 Gew.-# zu bilden. Der Kuchen war nicht schleimig und hatte gute Konsistenz.

Beispiel 6

Ein aktivierter Schlamm aus der gleichen Quelle wie in Beispiel 1 wurde 24 Stunden absetzen gelassen. Das erhaltene Schlammkonzentrat hatte 1,9 % suspendierte Feststoffe und einen pH von 6,9· Sieben identische Proben des konzentrierten Schlammes wurden mit 1n Schwefelsäure auf folgende pH-Werte titriert; 3,0; 2,7; 2,5; 2,2; 2,1; 2,0 und 1,9- Jede der sieben Proben wurde 60 Minuten auf einer Temperatur von 9S°C erhitzt. Hach dem Erhitzen wurden die Proben abkühlen gelassen, gerührt und es wurde eine Absetzprüfung durchgeführt. Jede der Proben wurde auf das Absetzen untersucht, indem sie jeweils in 2000ml Messzylinder eingebracht und die Höhe der abgesetzten Feststoffe am Ende jeder Minute für die ersten vier Minuten und danach in rege!massigen Zeitabständen für eine Zeitspanne von 30 Minuten gemessen wurden. Die Ergebnisse der Untersuchung der Absetzgeschwindigkeit sind in der nachfolgenden Tabelle II zusammengestellt:

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	0	1	2	3	4	5	Tabelle II	1	8 9	—	12	15	20	25	30
	0	2	3	3	4	—	Zeit, Minuten	4	4	——	5	5	. 7	9	9
pH_	0	2	3	3	4	-	6	5	5	—	6	/	9	10	10
3,0	0	2	3	4	4	-	4	5	6	—	8	9	11	12	12
2,7	0	7	9	11	13	-	4	13	14	—	15	16	17	17	17
2,5	0	4	7	9	13	-	4	14	14	—	16	17	18	19	20
2,2	0	8	13	14	16	-	13	16	17	—	19	20	20	20	20
2,1	0	9	14	16	17	-	13	18	19		20	21	22	22-	22
2,0						16
1,9						17

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   (T) Verfahren zur Behandlung von aktivierten Schlämmen

   zur Erleichterung ihrer Entwässerung, dadurch gekennzeichnet, dass man den Schlamm auf einen pH-Wert unter etwa 2,2 ansäuert, den angesäuerten Schlamm auf eine Temperatur von etwa 65 bis 99°C erhitzt und bei dieser Temperatur für eine ausreichende Zeitspanne hält, um eine Absetzgeschwindigkeit der Feststoffe in den ersten drei Minuten von wenigstens 3 ™ pro Minute zu erhalten.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansäuerung auf einen pH-Wert von 1,8 bis 2,0 mittels einer Mineralsäure durchgeführt wird.

   ■t-
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mineralsäure Schwefelsäure oder Salzsäure verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der angesäuerte Schlamm auf eine Temperatu zwischen 88 und 99°C für eine Zeitspanne von 10 bis 50 Minuten erhitzt wird.

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