DE2823468A1

DE2823468A1 - Verfahren zur aufbereitung von abwaessern

Info

Publication number: DE2823468A1
Application number: DE19782823468
Authority: DE
Inventors: Gerald Kenneth Bowler
Original assignee: London Brick Co Ltd
Current assignee: Hanson LBC Ltd
Priority date: 1977-05-30
Filing date: 1978-05-30
Publication date: 1978-12-14
Also published as: AU3666578A; JPS5416850A; IT7812634A0; GB1593654A; BE867618A; IT1104243B; FR2392943B1; FR2392943A1; CA1099832A; AU526334B2

Description

London Brick Comp. Limited j,

London Brick House ti&frUfiWt-*^ y-t£ai2<a*-*i->f

12 York Gate // /

Regents Park, London NWl 4QL ^J -J—

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Verfahren zur Aufarbeitung von Abwässern

Abwässer können ganz erhebliche Mengen an Schmutzstoffen enthalten und fallen in Form von Emulsionen, Suspensionen, Lösun-

an gen, dünneren und dickeren Schlämmen. Unter Abwässer seien

daher im folgenden alle diese Abwasserformen zu verstehen.

Die Abwässer können organische oder anorganische Verunreinigungen enthalten. Abwässer mit organischen Verunreinigungen zeichnen sich im allgemeinen durch einen hohen Gehalt an biologischen Sauerstoff (BOD) und durch einen hohen Mangel an chemischen Sauerstoff (COD) aus.

Abwässer mit anorganischen Stoffen , die toxische Verunreinigungen in Form von Schwermetallen enthalten, sind besonders problematisch. Diese Abwässer können sauren, alkalischen oder neutralen Charakter besitzen. Hierunter faller, auch Schlämme, die durch Neutralisation von saure Schwermetalle enthaltenden Abwässern gebildet worden sind.

Organische Verunreinigungen werden im allgemeinen durch eine biologische Behandlung unschädlich gemacht, z. B. über ein Sicker-Filter oder einen aktiven Schlamm. Indessen sind gewisse Abwässer mit organischen Verunreinigungen, wie insbesondere solche kolloidaler Natur und Abwässer aus der Lederindustrie und der Gelantine-Herstellung schwierig auf diesem Wege aufzu-

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Riesel und

arbeiten, da die kolloidalen Bestandteile die Sicker-Filter machen.

sehr bald unbrauchbar Derartige Abwässer lassen sich mit Hilfe aktiver Schlämme reinigen. Hier erwachsen jedoch erhebliche Schwierigkeiten und Kosten, da die Reinigung an unregelmäßig anfallenden Abwasserchargen zu erfolgen hat.

Es wurde nun gefunden, daß man Abwässer auf einfache und bequeme Weise aufarbeiten kann, indem man die Abwässer in einen anderen Abfall-Aufbereitungsprozeß einbezieht.

Eine wichtige Voraus-setzung für die Gewinnung von für die Herstellung von Ziegeln u. a. keramischen Produkten geeignetem Ton ist die Beseitigung von dem Ton überlagerten geologischen Schichten. Diese Schichten enthalten im allgemeinen tonhaltiges Material, welches verworfen wird, weil es nicht die für die Herstellung von Ziegeln erforderliche Qualität besitzt. Die besagten Schichten enthalten im allgemeinen verwitterte Tone verschiedener Qualität und Kalk-Mergel. In vielen Tongruben des britischen Königreiches enthalten diese Schichten verwitterten Oxford-Ton, üpper-Oxford-Ton und Kalk-Mergel,und diese übergelagerten Schichten werden in der Tongewinnung im allgemeinen als "Callow" bezeichnet.

Wie vorstehend aufgezeigt, muß vor der Tongewinnung das aufliegende Material abgetragen werden, wobei es im allgemeinen über Transportbänder abtransportiert und an einer oder mehreren Stellen einer nicht mehr im Betrieb befindlichen Grube abgelagert wird. Auf diese Weise werden ein oder mehrere Callow-ßerge gebildet, die durch Bespülen mit Wasser sich nach allen Seiten der Tongrube, die im allgemeinen über 30 -

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50 m tief ist, verteilen.Zu diesem Zweck wird das Wasser aus den natürlich gebildeten Seen am Boden der Grube auf die Haufen gepumpt, so daß das Wasser in zahlreichen Rinnsalen einige hundert Meter weit fließt, bevor es wieder am Boden der Grube angelangt ist. Der so behandelte Callow-Haufen zeigt eine ständig wechselnde Oberfläche mit zahllosen kleinen Lagunen und Bächen zwischen dem Aufgabepunkt und dem See am Boden der Grube. Andere Abfallmaterialien können auf die gleiche Weise abgelagert werden wie der Callow-Ton, so z. B. Flugasche, Kalk und Mergel.

Es wurde nun gefunden, daß man Abwässer dadurch vorteilhaft aufarbeiten kann, daß diese mit dem oberen Teil eines aus anorganischem Abfallmaterial bestehenden, in einer praktisch wasserdichten Grube oder einem Bassin befindlichen Haufen in Kontakt gebracht werden, wobei gegebenenfalls gleichzeitig Wasser aus dem unteren Teil der Grube auf den Haufen aufgegeben wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird demgemäß das Abwasser auf den Haufen des anorganischen Abfallmaterials aufgegeben und je nach Bedarf Wasser aus dem unteren Teil der Grube im Kreislauf ebenfalls auf den Haufen hinaufgepumpt und von oben aufgegeben.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Abwasser zur gleichen Zeit auf den Abfallhaufen aufgegeben wie frisches Abfallmaterial auf diesem abgeladen wird. In diesem Falle dient das zurückgepumpte Wasser ganz oder zum Teil als Transportmittel für anorganischen Abfallmaterial, das somitζ· T in Form eines Schlammes antransportiert wird. Falls kein Ab-

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fallmaterial antransportiert wird, dient das zurückgepumpte Wasser lediglich zum besseren Feuchthalteides Abfallhaufens.

Das bevorzugte anorganische Abfallmaterial ist der besagte Callow Ton, aber auch andere Tone und andere feinkörnige anorganische Abfallmaterialien, wie z. B. Flugasche, Kalk, Mergel und sonstige kalkhaltige Abfälle aus der Tonaufbereitung sind für die Durchführung des Verfahrens geeignet.

Im folgenden wird als Beispiel für die erfindungsgemäße Arbeitsweise eine Tongrube als wasserundurchlässiges Bassin Bezug genommen. Selbstverständlich sind auch andere natürliche und künstliche wasserundurchlässige Bassins geeignet.

Die Durchführung der Aufarbeitung von Ab wässern hängt im einzelnen von der Natur dieser Wässer abi Organische Abwässer sollen eine aerobische biologische Oxydation erfahren. Daher soll das Abfallmaterial eine möglichst große Oberfläche nach Art der Berieselungs- und Sickerungs-Filter besitzen. Bei der Aufarbeitung von Abwässern mit anorganischen Bestandteilen muß eine neu tralisierende Aufarbeitung stattfinden, d. h., die Metallionen müssen in in Wasser unlösliche Hydroxyde oder Hydrat-Oxyde übergeführt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Abfallmaterial im allgemeinen mit Wasser alkalisch reagiert. Die Metallionen können aber auch von dem festen Abfallmaterial adsorbiert oder absorbiert werden, z. B., falls dieses eine Kationen-Austausch-Kapazität besitzt, wie das z. B. bei Callow Ton und Kalk-Mergel der Fall ist.

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In allen Fällen führt, wie gefunden wurde, die erfindungsgemäße Wasseraufbereitung zu guten Ergebnissen, so daß das in der Grube angesammelte Wasser keine nennenswerten Verunreinigungen mehr besitzt, was beweist, daß die Verunreinigungen des Abwassers mit Erfolg von dem Abraumhaufen aufgenommen worden sind.

Gewisse Verunreinigungen z. B. in Abwässern aus fotografischen Prozessen, enthalten als Rückstand eine sowohl organische Verunreinigung (Gelatine) als auch anorganische Verunreinigungen (Silberionen). Auch in diesem Fall erreicht die Erfindung eine wirkungsvolle Aufbereitung dieses Abwassers hinsichtlich der Beseitigung sämtlicher Verunreinigungen.

Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß das Bassin, in das die Abwässer eingeführt werden, praktisch wasserundurchlässig ist. Daraus folgt, daß alle Flüssigkeit in der Grube in einem geschlossenen System zirkuliert wird, wobei die gesamte Menge an Kreislaufwasser abhängt vom Gleichgewicht zwischen Eingabe von Wasser (z. B. Regenfälle, Wasser aus dem Antransport des Abfallmaterials, Abwassermenge) und Verdunstung. Sollte die Notwendigkeit auftreten, gewisse Mengen an Wasser aus der Grube hinaus zu pumpen, so wird die Qualität des Wassers voll genügen, um es entweder einem natürlichen Wasserlauf zuzuführen oder zunächst einer geringfügigen reinigenden Nachbehandlung zu unterziehen. Im allgemeinen hat sich jedoch gezeigt, daß das aus der Grube hinausgepumpte Wasser eine Qualität besitzt, die eine direkte Ableitung in einen natürlichen Wasserlauf ermöglicht.

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Es ist ein Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Behandlung der organischen Verunreinigungen enthaltenden Abwasser in einer stark aerobischen Medium ausgeführt wird. Das Wasser, das nämlich vom Grundsee auf den Abraumhaufen hochgepumpt wird, ist stets praktisch gesättigt mit Sauerstoff. Auch der seichte Wasserstand in den Lagunen und Bächen führt dazu, daß Sauerstoff in hohem Maße in das Wasser eindiffundieren kann. Unter diesen Umständen werden Abwässer mit organischen Verunreinigungen mit einem hohen Sauerstoffbedarf zu weitgehend aerobischen Bedingungen in Kontakt gebracht, so daß die Bildung von übelriechenden Zersetzungsprodukten hintangehalten und das Ausmaß des biologischen Abbaus begünstigt wird.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im übrigen erreicht, daß durch den ständigen Nachschub an Abfallmaterial und durch die Bewegung von Flüssigkeiten und Feststoffen sowie der gesamten Oberfläche des Abraumberges die Möglichkeit einer Unwirksamkeit des Reinigungsprozesses ausgeschaltet ist. Dies steht im Gegensatz zu dem biologischen Festbettfilter, durch deren Mangel die aerobische biologische Methode oder die Ionenaustausch- und Neutralisationsmethode vielerort wenig gefragt sind.

Die Mengen an aufgegebenem Abfallmaterial und Abwasser in die Grube sollen so gehalten werden, daß das Gewxchtsverhältnis von Abfallmaterial etwa wenigstens das 5-fache, vorzugsweise 10-fache der Abwassermenge beträgt. Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß hinsichtlich der Bemessung des Abfallmaterials keine Grenze nach oben gesetzt ist, so daß man beliebig geringe Mengen an Abwasser in die Grube einbringen und wirksam aufarbeiten kann.

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Das in die Grube eingeführte Abwasser unterstützt das gegebenenfalls zirkulierte Grubenwasser bei der Einführung der festen Abfallmaterialien in die Grube mittels Grubenwasser als Transporthilfsmittel. Andererseits ist es vorteilhaft, eine größere Menge an Wasser zu zirkulieren als der Menge an eingeführtem Abwasser entspricht, um eine möglichst wirksame Verteilung des Abwassers in dem rückgeführten Grubenwasser zu erreichen. Das Gewichtsverhältnis von rückgeführtem Wasser zum aufgegebenen Abwasser soll demnach wenigstens 1,5 : 1, vorzugsweise 2 : 1 betragen. Auch in diesem Fall besteht keine obere Grenze bezüglich rückgeführten Grubenwassers. Das Abfallmaterial und/oder das Abwasser können in einem kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Materialstrom in die Grube eingebracht werden. Bei dem Grubenwasser wird, ausgenommen an starken Regentagen, einem kontinuierlichen Umpumpen des Wassers der Vorzug gegeben.

Die Erfindung sei anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Ein Abwasser aus der Verarbeitung von tierischen Nebenprodukten besteht aus einer grau-weißen wässerigen Lösung mit kolloidalen und suspendierten Bestandteilen und dem typischen unangenehmen Geruch aus der Zersetzung organischer Stickstoffbestandteile. Es weist die folgenden Werte auf:

pH 7-1 (Alkali aufgrund der Anwesenheit von hydratisiertem Kalk)

Calcium Ca⁺⁺ 8 170 mg/1

Potasche K⁺ 35 "

Phosphat PO""" 609880 /07Ö9⁰⁰ " - ⁸ -

Gesamt, organ. Stickstoff, N Permanganat Wert (4Std.) B.O.D. (5 Tage) CO.D.

76 mg/1 2 900 " 18 500 " 76 500 "

Diese Abfallösung wurde mit einer Wochenrate von 40 - 100.000 Liter auf die Spitze des Callow-Ton-Berges gegeben, der in einer stillgelegten Grube mit einer Grundfläche von etwa 40 Hektar abgelagert war und dem täglich mindestens 3 000 Tonnen CaI-low-Ton zugeführt wurden. Aus dem Grundsee der Grube wurden pro Minute 1 600 Liter auf die Spitze des Berges gepumpt.

Periodisch vorgenommene Analysen am Grubenwasser ergaben, daß die Werte für B.O.D. /C.O.D. wirksam reguliert waren und daß kein Anzeichen für ein allmähliches Zunehmen der Verunreinigung des Grubenwassers festzustellen war. Die nachfolgende Tabelle I gibt die Ergebnisse der Analyse am Grundwasser vor"und nach der Aufgabe des Abwassers wieder.

Table I

Periode in Monaten . ,ab Aufaab der (Abwässer	pH	„ ++ Ca mg/1	Mg⁺⁺ mg/1	Na⁺ ng/l	K⁺ mg/1	SO₄- mg/1)	Cl" mg/1	A.mmon. Mitrogen (N) ■ mg/1	5-'Tag« B.O.D. mg/1	C. O. D, mg/1
0	5.5	393	362	135	20	1221	148	0.25	1.3	60
1	7.5	408	382	200	31	1404	180	1.6	6.8	75
7	7.1	393		260	35	1280	195	1.0	1.5	70
12	6.8	533	118	230	32	1798	236	0.52	1.9	92
36	7.3	474	127	360	28	1253»	403	0.54	1.58	22G

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Andere Abwässer, namentlich solche aus der Leder- und Nahrungsmittelindustrie waren zwischenzeitlich auf den gleich

worden

Abraumberg aufgegeben und zwar zusätzlich zu den oben aufgeführten Abwässern. Auch diese zusätzlich aufgegebenen Abwässer fütirten ... zu keiner merklichen Verhinderung der Zusammensetzung des Grubenwassers.

Ein weiteres Anzeichen für die Reinheit von Wasser ist der sogenannte "Trent Biotic Index" (vergl. Chemistry and Industry, 14. März 1964, Seiten 443 - 447), der allgemein gesprochen ein Maß für die Fähigkeit verschiedener Organismen darstellt, im Wasser zu existieren. Der Trent Biotic Index des Grubenwassers des vorstehenden Versuchs ergab nach 12 Monaten und 36 Monaten die Wertziffer 9 (höchste Wertziffer 10) und zeigte damit eine sehr hohe Reinheit des Wassers an.

In ähnlichen Versuchen an einer anderen Grube wurde bei der Behandlung von Abwässern der Fotoindustrie gefunden, daß B.O.D. und CO.D. ebenfalls auf Werte gebracht wurden, die typisch sind für Oberflächenwasser in Tongruben.

Die geringen Mengen an Silber im Abwasser waren vollständig aus. dem abgelaufenen Wasser entfernt und konnten insoweit überhaupt nicht im Grubenwasser ermittelt werden.

Beispiel 2

In Laboratoriumsversuchen zur Bestimmung der Wirksamkeit von Callow Ton für die Beseitigung von anorganischen Verunreinigungen aus Wässern wurden wässerige Lösungen verschiedener

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anorganischer Salze in unterschiedlichen Konzentrationen (vergl. nachfolgende Tabelle II) mit Callow Ton in Verbindung gebracht. Zu diesem Zweck wurden 10 ml jeder Lösung mit 10 g Callow Ton während 3 Stunden geschüttelt. Man ließ die Suspension über Nacht absetzen, filtrierte sodann und bestimmte die verbliebenen Mengen an Salz im Filtrat. Die Salzkonzentration der Ausgangslösung betrug in jedem Fall 10 g/l. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle II wiedergegeben, in der alle Konzentrationen in mg/1 angegeben sind.

Table 2

	Γοη;	.Lösung 1	•End- konz.	!Lösung 2	End- konz	Lösung' 3	.End- konfv	Lösung 4	End-: Konz.	Lösung ⁵	Endr koriü
Mo tall Sal ze	Cu++ Cl"	Anfangs konz.	4.3	Anfang konr.	1.3	An f. konz.	0.05'	Anf,- Konr;	N.E.	Anfangs- konz.	N.E
Kupfer - Chlorid	Cu⁺+ SO ""	3730 4160	2.5	373 416	1.1	37 42	N. E.	3.7 4.2	N.E .	0.37 0.42	N.E
Kupför-- sulfat	F<T⁺⁺ Ci-	2510 3840	1.0 3908	254 384	N. E. 418	25.4 38.4	N.E, 53	2.5 3.8	N.E. 21	0.25 0.38	N.E 4
Ferri chlorid .	Fe-+ SO₄--	2075 3950	0.8 1217	207.5 395	0.13 364	21 39.5	N.E. 103	2.1 4	N.E. 80	0.21 0.4	N.E 53
F err o·- . sulfat	Fe⁺⁺⁺	2930 5UO	726	298 511	0.4	29.8 51	N.E.	3 •5.1		0.3 0.51	N, E
Ferri - - citrat	Zn++ er	1670	630 4448	1G7	90 457	16.7	0.4 53	1.7	0. 05 .14	0.17	N.E 3
Zinc - chlorid :	Zn++	4800 5200	720 .73	480 520	7.2 U	48 52	0. 05 2.7	4.8 S. 2	N.E. 1.8.	0.48 0,52	N.E 1.0
Zinc- sui fat	Na+ cr	2270 3340	3300 6057	227 334 .	285 607	22.7 33.4	41 71	2.3 3.3	10 10	0,23 0.33	9 2
Natrium chlorid	Na⁺ so-	3930 6070	4350 6098	393 607	Ί75 922	39.3 60.7	57 92	3.9 6.1	9.5 54	0,39 0.61	3.5 61
Ifatriüiti- sulfat	Na⁺	3240 6760	980	324 676	180	32.4 67.6	25	3.24 6.76	9.6	0.32 0.68.	8.1
im-rt:um ac e tat.-	1690	169	16.9	1.69	0.17-

NE « nicht zu ermitteln

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- li -

Beispiel 3

In einem Laboratoriumsversuch zur Ermittlung der Wirksamkeit des erfxndungsgemäßen Verfahrens an einem Festbett aus Callow Ton wurde diese/mit einer Stärke von etwa 2 cm auf einer geneigten Platte von 71 χ 56 cm aufgebracht, wobei die Platte in einem Winkel von 8_f5° zur Horizontalen in eineⁿ Auffangbehälter gestellt war.

4 Liter Abwasser wurden in diesem Auffangbehälter über eine Pumpe mit einem Wirkungsgrad von 10 ml/min zur oberen Kante der Platte gepumpt, so daß das Abwasser über die Oberfläche des Tonbettes in den Auffangbehälter abfloß, woraufhin es wieder zur Verteilerstelle zurückgepumpt wurde. Der Versuch lief für mehrere Tage, während deren der Anteil an chemischem Sauerstoff (D.O.D) und an biologischem Sauerstoff (B.0.D.) der Lösung im Auffangbehälter periodisch bestimmt wurde.

Die nachfolgende Tabelle II zeigt die Ergebnisse, die an Sammelwasser von Abfallkippen - einem Abwässer ähnlich dem aus Abwasser-Kanälen - bestimmt wurde.

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Tabelle 3

Zeit nach Beginn	B. O. D.	C. O. D.
der Tests	(mg/ )	(mg/ )
O	1928	2656
12.5	1590	2590
39	966	2470
50	846	1520
104	224	-
123	15.62	-
150	-	315
174	-	290

Ähnliche Ergebnisse wurden an Abwässern aus Gerberei- und Futterverwertungsbetrieben erhalten..

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Claims

London Brick Compnny 29. 5. 1978

Limited

Patentansprüche :

Verfahren zur Aufarbeitung von Abwässern, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit dem oberen Teil eines aus anorganischem Abfallmaterial bestehenden, in einer praktisch wasserdichten Grube oder einem Bassin befindlichen Haufen in Kontakt gebracht werden, wobei gegebenenfalls gleichzeitig Wasser aus dem unteren Teil der Grube auf den Haufen aufgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Abfallmaterial aus verwittertem Kalk, Mergel oder sonstigen kalkhaltigen Abfällen aus der Tonaufbereitung besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwasser gleichzeitig mit frischem Abfallmaterial auf den Haufen aufgegeben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch qekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von ausgegebenem festen Abfallmaterial zur Abwassermenge wenigstens 5:1, vorzugsweise 10 : 1 beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von rückgeführtem Wasser*zum aufgegebenemnrfasser wenigstens 1,5 : 1, vorzuqsweise wenigstens 2 : 1 beträgt.

aus dem unteren Teil der ßrube

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INSPECTED