DE2855690A1

DE2855690A1 - Verfahren zum beseitigen von schwermetallen aus abwasserschlamm

Info

Publication number: DE2855690A1
Application number: DE19782855690
Authority: DE
Inventors: Raymond Francis Drnevich; Ladislas Charles Matsch; Embar Gopalan Srinath
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1979-06-28
Also published as: JPS54100140A; BR7808434A; IN150485B; DE2855690C3; FR2412504A1; GB2011472A; JPS5742400B2; IT1110884B; CA1128460A; ES476270A1; NL7812502A; US4193854A; GB2011472B; DE2855690B2; NO784368L; IT7852446A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beseitigen von Schwermetallen aus belebtem Schlamm.

Mit der fortgesetzten Verbesserung und der Zunahme von Abwasserbehandlungsanlagen wurde die Menge des erzeugten Belebtschlamms und die mit seiner Beseitigung verbundenen Probleme entsprechend größer. Außerdem wurde erkannt, daß wegen dieser Zunahme der Schlammenge viele der häufiger verwendeten Verfahren zur Schlammbeseitigung einer strengeren Kontrolle oder Einschränkung bedürfen, um eine weitere Umweltverschmutzung zu verhindern. Obwohl das Gesamtschlammvolumen in der Regel weniger als 1 % des gesamten behandelten Abwasserstromes ausmacht, werden schätzungsweise zwischen 25 und 65 % der gesamten Anlagen- und Betriebskosten von primären und sekundären Abwasserbehandlungssystemen

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für die Verarbeitung und anschließende Beseitigung des Schlamms aufgewendet. Aus diesen Gründen wird mit Nachdruck an Verbesserungen von Verfahren zur Behandlung und Beseitigung von Schlamm gearbeitet.

Das von Küstenstädten in großem Umfang angewendete Verfahren, belebten Schlamm durch Ablagerung im Meer zu beseitigen, ist in den letzten Jahren wegen seines schädlichen Einflusses auf die Qualität der Meeresumwelt scharf kritisiert worden. Diese Städte suchen daher nach einer wirtschaftlichen Alternative zu dieser Art der Schlammbeseitigung. Eine Möglichkeit ist die Verteilung von Schlamm an Land (landwirtschaftliche Schlammverwertung). Eine landwirtschaftliche Schlammverwertung durch Verteilen von Schlamm an Land als endgültiges Schlammbeseitigungsverfahren erfordert jedoch einen Schlamm, der stabilisiert und pasteurisiert sowie im wesentlichen frei von toxisohen Schwermetallen ist. Bei dem Pasteurisieren handelt es sich um eine Verminderung der Konzentration an pathogenen Organismen in dem Schlamm. Unter dem Begriff "Schwermetalle" werden vorliegend die häufig auch als Übergangselemente bezeichneten mehrwertigen Metalle verstanden, zu denen beispielsweise Cadmium, Chrom, Kupfer, Quecksilber, Nickel, Blei und Zink gehören.

Schwermetalle werden in den Abschlämmen von Belebtschlammverfahren im wesentlichen durch zwei Mechanismen

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konzentriert, und zwar durch Chelation und durch chemisches Ausfällen. Weil hohe Konzentrationen an Schwermetallen für pflanzliches und tierisches Leben schädlich sind, müssen diese Metalle vor einer landwirtschaftlichen Verwertung des Abschlamms beseitigt werden.

Wenn Metalle durch Chelation konzentriert werden, besteht ein Gleichgewicht zwischen den gelösten Schwermetallen und unlöslichen metallorganischen Komplexen. Um die Schwermetalle aus dem Schlamm zu beseitigen und den Schlamm als Bodenverbesserer geeignet zu machen, muß das Gleichgewicht des Systems so verschoben werden, daß insgesamt eine Überführung von Schwermetallen von dem unlöslichen Komplex in die lösliche Form erfolgt. Der am häufigsten beschrittene Weg zur Herbeiführung dieses Übergangs besteht in der Zugabe von Säure zur Absenkung des pH-Wertes, wodurch die Metalle durch Wasserstoffionen verdrängt werden, in der Zugabe eines löslichenChelatbildners, wodurch die metallorganischen Bindungen aufgebrochen werden und die Metalle zusammen mit den löslichen Chelatbildnern festere Komplexe bilden, oder in einer Kombination dieser beiden Maßnahmen. Der Abwasserschlamm wird dann entwässert; die Schwermetalle werden anschließend aus der flüssigen Phase ausgefällt.

Bei dieser Art von Schwermetallbeseitigung bleibt ein gewisser Anteil des Schwermetallgehalts des Schlammes unberücksichtigt, der als chemische Ausfällung vorliegt. In-

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folgedessen würde in vielen Fällen der Schwermetallgehalt des auf diese Weise behandelten entwässerten Schlammes noch immer die von den Umweltschutzbehörden festgesetzten Richtwerte übertreffen. Die Menge der auf diese Weise beseitigten Metalle wird auch durch die Vollständigkeit des Entwässerungsvorgangs begrenzt. Wegen der ihnen eigenen Kompressibilität sind auf biologische Weise erzeugte Schlämme in der Regel schwierig zu entwässern. Die Entwässerung erfordert umfangreiche Entwässerungsanlagen und kostspielige Flockungshilfsmittel, um eine maximale Feststoff ausbeute zu erreichen. Selbst bei der fortschrittlichsten Technologie sind die Feststoffkonzentrationen noch immer auf ungefähr 30 % begrenzt. Der Bedarf an großen Mengen an Säure oder Chelatbildnern für das Löslichmachen der metallorganischen Chelate bedeutet gleichfalls eine schwerwiegende wirtschaftliche Belastung des Schwermetallbeseitigungssystems. Aus diesen Gründen stellt ein solches Vorgehen keine praktische Lösung des Problems der Schwermetallbeseitigung dar.

Schwermetalle können in belebtem Schlamm auch als unlösliche Hydroxid-yCarbonat- und Sulfidausfällungen konzentriert sein. Wegen des typischen pH-Wertes der meisten Abwasserschlämme (d.h. zwischen 6 und 8) ist die Menge der gebildeten Schwermetallkarbonate und -hydroxide minimal. Die Metallsulfide spielen eine größere Rolle, weil sie in hohem Maße unlöslich und fein verteilt sind und

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weil sie aus der festen Biomasse nicht abgetrennt werden können. Das normale Vorgehen zur Verminderung des Sulfidgehalts besteht darin, daß das Material entweder chemisch oder biochemisch oxidiert wird. Eine solche Oxidation wandelt die unlöslichen Schwermetallsulfide in lösliche Sulfate um.

Es ist bekannt (US-PS 3 642 435), Metallsulfide chemisch zu oxidieren, indem ein Metallsulfide enthaltendes Erz fein gemahlen und mit Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung gemischt wird. Die Aufschlämmung wird auf eine Temperatur zwischen 79 C und 121 C erhitzt und bei Überdruck mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Kontakt gebracht, um die Metallsulfide in wasserlösliche Metallsulfate umzuwandeln. Die flüssige Phase wird dann abgetrennt und anschließend zwecks Metallbeseitigung behandelt.

Bei einem bekannten Verfahren (US-PS 3 304 353) zur biochemischen Oxidation von Metallsulfiden wird ein Metallsulfide enthaltendes Erz fein gemahlen und mit Wasser unter Bildung einer Aufschlämmung gemischt. Diese Aufschlämmung wird angesäuert, um einen pH-Wert im Bereich zwischen 1,5 und 3,0 zu erhalten. Bakterien, die von einer späteren Stufe des Verfahrens zurückgeleitet werden, und Nährstoffe werden dieser angesäuerten Aufschlämmung aus gemahlenem Erz zugesetzt, während sie zu einem Fer-

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mentationsbecken strömt. Bei den Bakterien handelt es sich um eine verhältnismäßig reine Kultur von Thiobacillus ferrooxidans, einer bestimmten Art von Bakterien, die in der Lage sind, Sulfide in Kombination mit Metallen bei den genannten niedrigen pH-Werten zu oxidieren. In das Fermentationsbecken wird Luft eingeleitet, um den Bakterien Sauerstoff zuzuführen; es erfolgt ferner ein Umrühren, damit die , Bakterien mit dem Sulfiderz besser in Kontakt kommen. Das Produkt des Fermentationsbeckens wird einer Gravitationstrennvorrichtung zugeführt, die das teilchenförmige Material von der Flüssigkeit abtrennt. Je nach der erzielten Extraktion kann das auf diese Weise erhaltene teilchenförmige Material beseitigt oder erneut gemahlen werden, bevor eine weitere Auslaugung mittels Bakterien erfolgt. Der flüssige Teil der Aufschlämmung, der noch immer eine große Menge an Bakterienzellen enthält, kann dann zu einer Bakterientrennvorrichtung oder unmittelbar zu einer Metallrückgewinnungsstufe gehen, wo das Metall aus der Lösung durch elektrische oder chemische Abscheidung abgetrennt wird. Die Bakterienzellen werden vorzugsweise ebenfalls abgetrennt und zu dem Fermentationsbecken zurückgeleitet. Wenn auf diese Weise neue Mengen an Mineralien wiederholt mit den Bakterien in Kontakt gebracht werden, erfahren die Organismen eine Adaption oder Mutation, so daß eine maximale Ausnutzung sowohl bezüglich des Eisens als auch der Sulfide erreicht wird. Infolgedessen soll nicht nur die Rate der Metallauslaugung erhöht sein; auch die Zeitspanne, die ver-

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streicht, bevor die Auslaugung beginnt, soll praktisch beseitigt sein.

Bei keinem der vorstehend genannten Verfahren zur Beseitigung von Schwermetallsulfiden aus einem Erz werden jedoch dem Abwasserfachmann die Bedingungen nahegelegt, die für das Beseitigen von Schwermetallsulfiden aus Abwasserschlamm notwendig sind. Anders als bei den vorstehend genannten bekannten Verfahren liegen die Schwermetalle in einem Abwasserschlamm typischerweise mit so niedrigen Konzentrationen vor, daß der Wert der zurückgewonnenen Schwermetalle die mit einer solchen Rückgewinnung verbundenen Kosten nicht ausgleicht. Aus diesen Gründen ist das Verfahren nach der US-PS 3 642 435, das ein erhebliches Aufheizen einer verdünnten Aufschlämmung auf eine erhöhte Temperatur bedingt, nicht wirtschaftlich zu rechtfertigen. In ähnlicher Weise sind die Kosten für eine Ansäuerung des verdünnten Schlamms auf einen pH-Wert im Bereich von 1,5 bis 3,0 (US-PS 3 304 353) gleichfalls prohibitiv.

Bei dem Verfahren nach der US-PS 3 304 353 geht es um das Kultivieren einer bestimmten Kultur von aeroben Bakterien, die in der Lage sind, Metallsulfide zu oxidieren. Diese Bakterien müssen, um zu gedeihen, bei einem pH-Wert im Bereich von 1,5 bis 3,0 gehalten werden. Diese Bedingung eignet sich nicht für das Wachstum der typischen mikroben Kulturen, wie sie normalerweise bei Abwasserschlamm-Behandlungs-

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- 11 Prozessen anzutreffen sind.

Zusätzlich zu der Beseitigung von Schwermetarien kommt es bei der Behandlung von Abwasserschlamm darauf an, den Gehalt an Schlammschwebstoffen zu vermindern und, wenn als endgültige Schlammbeseitigung eine landwirtschaftliche Schlammverwertung vorgenommen werden soll, für ein Pasteurisieren zu sorgen. Falls die flüchtigen Schwebstoffe vor der Beseitigung nicht vermindert werden, enthält der Abwasserschlamm noch ausreichend biologisch abbaufähige Feststoffe, um beim Absetzen in Fäulnis überzugehen. Die bei dem Verfahren nach der US-PS 3 304 353 vorgesehenen Belüftungs- und Rührmaßnahmen würden wegen des niedrigen pH-Wertes dieser Stufe keine wesentliche Verminderung des Gehalts an flüchtigen Schwebstoffen bewirken. Die Mikrobenarten, die in der Lage sind, den biologisch abbaufähigen Teil von Abwasserschlamm durch aeroben und anaeroben Abbau zu vermindern, gedeihen nicht bei niedrigen pH-Werten. Aus dem gleichen Grund ist auch eine Behandlung des entwässerten Rückstands des Verfahrens der US-PS 3 304 353 durch solche Mikrobenarten unmöglich. Vor einer derartigen Behandlung müßte der Rückstand mit einer zweckentsprechenden Lauge behandelt werden, um den pH-Wert zu erhöhen und den Schlamm für eine Weiterverarbeitung geeignet zu machen.

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Diese beiden Erzbehandlungsverfahren erfordern ferner eine Entwässerungsphase zur Abtrennung der lösliche Schwermetalle enthaltenden Flüssigkeit von den Feststoffen. Biologisch erzeugter Schlamm ist jedoch wegen der ihm eigenen Kompressibilität in der Regel schwierig zu entwässern. Eine solche Entwässerung ist kostspielig. Bei der derzeit zur Verfügung stehenden Technologie ist die schließlich erhaltene Feststoffkonzentration des entwässerten Kuchens auf etwa 30 % beschränkt. Die Menge der beseitigten Schwer— metalle wäre durch die mangelnde Vollständigkeit der Entwässerung naturgemäß begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beseitigen von Schwermetallen aus belebtem Schlamm (Abwasserschlamm) zu schaffen, das keine Zugabe von großen Mengen an Chemikalien, kein Erhitzen für einen Betrieb bei erhöhter Temperatur und auch kein Entwässern erfordert.

Wie im folgenden näher erläutert ist, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren diese Aufgabe gelöst, während gleichzeitig für eine Verminderung der flüchtigen Schwebstoffe . gesorgt wird, wobei in den meisten Fällen keine wesentlichen Mengen an Chemikalien für die Einstellung des pH-Wertes oder für andere Zwecke erforderlich werden.

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Ein Verfahren zum Beseitigen von Schwermetallen aus belebtem Abwasserschlamm ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der belebte Abwasserschlamm zwecks biochemischer Oxidation von Schwermetallsulfiden zu löslichen Sulfaten mit sauerstoffhaltigem Gas als der einzigen Sauerstoffquelle belüftet wird, eine Spannungsdifferenz zwischen einer Kathode und einer Anode in dem als Elektrolytbad wirkenden, lösliches Schwermetallsulfat enthaltenden Schlamm ausgebildet und aufrechterhalten wird, das Bad in einem sauren und aeroben Zustand gehalten wird sowie Schwermetalle an der Kathode abgeschieden werden und belüfteter sowie an Schwermetallen verarmter Schlamm von dem Elektrolytbad abgetrennt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die oben diskutierten Beschränkungen bekannter Schwermetallbeseitigungsprozesse beseitigt.

Es wurde festgestellt, daß die Mikroorganismen, die für die biochemische Oxidation von Metallsulfiden im Abwasserschlamm zu löslichen Sulfaten notwendig sind, im Rahmen des konventionellen aeroben Abbauprozesses aktiv sind und es nicht erforderlich ist, den Schlamm auf einen pH-Wert im Bereich von 1,5 bis 3,0 anzusäuern, während der Schlamm gleichzeitig mit einer Kultur von Thiobacillus ferrooxidans geimpft wird. Tatsächlich tritt eine ausreichende biochemische Oxidation der unlöslichen Metallsulfide gleichzeitig

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mit der gewünschten Herabsetzung der flüchtigen Schwebstoffe in dem Schlamm auf. Außerdem werden die löslichen Metalle aus dem Schlamm in situ auf elektrolytischem Wege beseitigt; das Gemisch aus Schlammfeststoffen und Flüssigkeit braucht nicht entwässert zu werden, bevor die Schwermetalle beseitigt werden.

Vorliegend wird unter dem Begriff "saurer Zustand" in dem Elektrolytbad ein pH-Wert von weniger als ungefähr 7 verstanden, so daß in den Fällen, in denen die Belüftung von der Elektrolyse getrennt und bei einem pH-Wert von mehr als 7 durchgeführt wird, der pH-Wert, beispielsweise durch Zugabe von Säure, eingestellt werden muß.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer

zur Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens geeigneten Vorrichtung, wobei in einem einzigen Becken Schlamm mit atmosphärischer Luft aerob abgebaut und Metall an einer Kathode abgeschieden wird,

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Fig. 2 eine schematische Darstellung einer

Vorrichtung zur Durchführung einer abgewandelten Ausführungsform, bei der ein aerober Abbau und eine elektrolytische Behandlung nacheinander in gesonderten Becken erfolgen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer

Vorrichtung zur Durchführung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens unter Verwendung eines relativ großen aeroben Abbaubeskens, eines relativ kleinen Beckens für das Elektrolytbad und einer Einrichtung zur Rückführung des an Schwermetall verarmten Schlamms von dem Elektrolytbad zu der aeroben Abbaustufe, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer

Vorrichtung zur Durchführung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung, bei der ein thermophiler aerober Abbau, eine elektrolytische Behandlung und dann ein anaerober Abbau erfolgen.

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In den Fign. 2, 3 und 4 sind Bauteile, die Anlagenteilen der Fig. 1 entsprechen, mit Bezugszeichen versehen, deren beiden letzten Ziffern gleich sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 erfolgen ein aerober Abbau mit atmosphärischer Luft sowie eine Schwermetallabscheidung in einem einzigen Tank oder Becken. Ein belebter Schlamm, der aus einer beliebigen bekannten schlammerzeugenden Stufe anfällt, beispielsweise aus einem Vorklärbecken, dem Nachklärbecken einer Belebtschlammanlage, einem Rieselfilter oder einer Kombination solcher Stufen, wird in ein Becken 11 über eine Leitung 10 eingeleitet. Der Schlamm wird mittels eines mechanischen Rührwerks 12 in bekannter Weise gleichzeitig gemischt und belüftet. Vorzugsweise wird in dem Becken 11 in den Schlamm Luft in ausreichender Menge eingemischt, um mindestens 0,03 kg Sauerstoff je kg flüchtige Schwebstoffe in dem in das Becken 11 eingeführten Schlamm zu lösen. Der aerobe Abbauprozess bewirkt eine biochemische Oxidation der in dem Schlamm enthaltenen Schwermetallsulfide zu löslichem Sulfat. Die aerobe Behandlung vermindert außerdem den Gehalt des Schlamms an flüchtigen Stoffen, wodurch der Schlamm für die anschließenden Verfahrensschritte vorbereitet wird. Der Schlamm wird in dem Becken 11 für eine ausreichende Zeitdauer gehalten, um die"erforderliche Oxidation an Metallsulfiden zu erzielen, beispielsweise' für eine Dauer von 1 Tag.

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Das Becken 11 dient nicht nur als biochemische Oxidationszone, sondern wirkt außerdem als elektrolytische Zelle. Es ist für diesen Zweck mit Elektroden 13 und 14 ausgestattet. Die Elektrode 13 bildet die Kathode, während die Elektrode 14 die Anode darstellt. Die Elektroden können aus konventionellen Elektrodenwerkstoffen aufgebaut sein. Beispielsweise kann die Anode 14 aus porösem Kohlenstoff oder Graphit bestehen, während die Kathode 13 aus Kupfer gefertigt sein kann. Ein elektrischer Gleichstrom wird der Kathode 13 über eine Leitung 15 zugeführt, die an einen Wechselstromgleichrichter 17 angeschlossen ist. Der Gleichrichter ist seinerseits mit einer zweckentsprechenden Wechselstromquelle verbunden. Die Anode 14 ist über eine Leitung 16 an den Gleichrichter 17 angeschlossen .

Der aerob abgebaute Schlamm wird in dem Elektrolytbad zwischen den Elektroden 13 und 14 einer elektrolytischen Behandlung ausgesetzt. Der in dem Becken 11 befindliche Schlamm wirkt dabei als das Elektrolytbad. Durch Anwendung des vom Gleichrichter 17 angelieferten Stroms werden die in dem Schlamm befindlichen löslichen Schwermetalle auf der Kathode 13 ausgefällt (abgeschieden). Die Ausscheidung der Schwermetalle an der Kathode erfolgt entweder in elementarer Form oder in Form von Sulfiden. Vorzugsweise wird die an den Elektroden anliegende Spannung auf einem Diedrigen Wert, beispielsweiee einer

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Gleichspannung zwischen ungefähr 2 und 3 V, gehalten, um den auf die Elektrolyse zurückzuführenden Verbrauch an elektrischer Energie zu minimieren. Die Elektroden 13 und 14 liegen vorzugsweise nahe beieinander, um zwischen den Elektroden eine hohe Stromdichte auszubilden und aufrechtzuerhalten. Der gegenseitige Abstand der Elektroden darf jedoch nicht so klein gewählt werden, daß es zu einer Verstopfung des Zwischenraumes durch die Feststoffkomponente des Schlamms kommt. Eine derartige Verstopfung würde die elektrolytische Abscheidung der Schwermetalle erheblich behindern.

Die Beseitigung der Schwermetalle aus dem belebten Schlamm dürfte auf eine Folge von Reaktionen zurückzuführen sein, bei denen die in dem Schlamm enthaltenen unlöslichen Metallsulfide während des aeroben Abbaus zu löslichen Metallsulfaten biochemisch oxidiert werden. Ein großer Teil der löslichen Schwermetalle bildet Komplexe mit unlöslichen organischen Bestandteilen des Schlammes und kann daher in dieser Stufe nicht elektrolytisch beseitigt werden. Diese Chelatformen stehen in Gleichgewicht mit den löslichen Metallkationen entsprechend der folgenden Beziehung:

SL-M + ϊ=± SlJ-) + M^ ⁺ ) 909826/0930

Die Verteilung der Schwermstalle zwischen der Chelatform und der Ionenform kann innerhalb des aerob abgebauten Schlamms durch Änderung des pH-Wertes der Aufschlämmung beeinflußt werden. Durch Herunterdrücken des pH-Wertes bis zum sauren Zustand werden die Schwermetalle in Richtung auf die Kationenform entsprechend der folgenden Gleichgewichtsbeziehung getrieben:

SL-M + Η^'-^ΤίΓ SL-H + M^ ⁺ )

Der Schwermetallgehalt der flüssigen Phase wird dann stetig vermindert, indem die löslichen Metallionen durch elektrolytische Abscheidung ständig beseitigt werden. Durch die Beseitigung der Schwermetallionen werden die Gleichgewichtsbedingungen gestört; weitere Schwermetallionen werden von der Feststoffphase in die flüssige Phase aufgrund des Bestrebens freigesetzt, das Gleichgewicht bezüglich der Verteilung der Metalle zwischen den beiden Phasen des Schlamms aufrechtzuerhalten. Durch die Abscheidung an der Elektrode kann es zu einem allmählichen Anstieg des pH-Wertes des Elektrolytbads 18 kommen. Daher kann es notwendig werden, den pH-Wert im Becken 11 zu überwachen und zweckentsprechende Zusätze eines sauren Stoffes, beispielsweise Schwefelsäure, zuzugeben, um das Elektrolytbad sauer zu halten. Je nach dem pH-Wert des über die Leitung 10 zuströmenden Schlamms

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und der Menge der zu beseitigenden Schwermetalle kann es sich jedoch auch als überflüssig erweisen, den pH-Wert zu überwachen und das Elektrolytbad einzustellen. Vorzugsweise wird bei dieser Ausführungsform der pH-Wert der Schlammaufschlämmung im Becken 11 über ungefähr 5 gehalten, weil unterhalb dieses Wertes die Aktivität der aeroben Bakterien beträchtlich absinkt.

Wenn der Inhalt des Beckens 11 zwecks pH-Wertkontrolle überwacht wird, sollte dies in einem kleinen Nebenstrom erfolgen, der von dem Becken abgezweigt und zum Becken zurückgeführt wird, weil das Vorhandensein der Elektroden 13 und 14 das Arbeiten der pH-Überwachungseinrichtung beeinträchtigen kann.

Je nach der Menge der zu beseitigenden Metalle kann man den pH-Wert des Elektrolytbades auf einen Wert von ungefähr 7 ansteigen lassen. Mit anderen Worten, es kann sich als möglich erweisen, eine geeignete Menge an Schwermetallen elektrolytisch zu beseitigen, ohne daß das Metall-Chelat-Gleichgewicht durch eine pH-Einstellung beeinflußt zu werden braucht.

Nach einer zweckentsprechenden Verweildauer im Becken 11 wird der aerob abgebaute und an Schwermetall verarmte Schlemm von dem Elektrolytbad 18 durch Entnahme über eine Leitung 19 abgetrennt.

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Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein aerober Abbau und eine elektrolytische Behandlung nachein ander in gesonderten Behältern erfolgen. Belebter Schlamm wird in ein Becken 120 über eine Leitung 110 eingeführt. Im Becken 120 setzen im Schlamm vorhandene aerobe Bakterien den Gehalt des Schlamms an flüchtigen Feststoffen herab. Der Inhalt des Beckens 120 wird in bekannter Weise mittels eines mechanischen Rührwerks 112 belüftet und gut durchmischt .

Vorzugsweise werden Luft oder ein mit Sauerstoff angereichertes Gas in den im Becken 120 vorhandenen Schlamm in ausreichender Menge eingemischt, um mindestens 0,03 kg Sauerstoff je kg an flüchtigen Schwebstoffen zu lösen, die dem Becken 120 zugeführt werden. Außerdem wird der Schlamm im aeroben Abbaubecken 120 vorzugsweise auf einem pH-Wert im Bereich von ungefähr 5 bis 8 gehalten, was den günstigsten Wert für die Aktivität der dort befindlichen aeroben Mikroorganismen darstellt. Bei pH-Werten von weniger als etwa 5 wird die Aktivität der aeroben Bakterien beträchtlich vermindert. Aerob abgebauter Schlamm wird aus dem Becken 120 über eine Leitung 121 in einer mittels eines Ventils 122 vorgegebenen Durchflußmenge abgezogen. Dieser Schlamm wird dann für die anschließende elektrolytische Behandlung in ein Becken 123 eingebracht.

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In dem Becken 123 befinden sich Elektroden 113 und 114. Diese Elektroden sind an eine Gleichstromquelle, beispielsweise einen Gleichrichter 117, über Leitungen 115 bzw. angeschlossen. Der Gleichrichter 117 ist mit einer zweckentsprechenden Wechselstromquelle verbunden. Es versteht sich, daß auch mit anderen Gleichstromquellen gearbeitet werden kann, beispielsweise Speicherbatterien. Ein Elektnolytbad 118 wird zwischen den Elektroden 113 und 114 bei Durchgang von Gleichstrom durch die Elektroden gebildet; Schwermetalle werden in elementarer Form auf der Kathode 113 abgeschieden.

Das Elektrolytbad 118 wird in saurem Zustand gehalten, beispielsweise indem, falls erforderlich, eine zweckentsprechende Säure über eine Leitung 124 zugesetzt wird. Vorzugsweise wird dem Elektrolytbad 118 ausreichend Säure zugegeben, um einen pH-Wert im Bereich von 3 bis 5 aufrechtzuerhalten. Es wurde gefunden, daß dieser pH-Bereich die Metallbeseitigungsrate optimal maximiert.

Der in dem Elektrolytbad befindliche Schlamm wird ferner durch beliebige zweckentsprechende Mittel in aerobem Zustand gehalten. Ein aerob abgebauter und an Schwermetallen verarmter Schlamm wird von dem Elektrolytbad durch Ableiten über eine Leitung 119 abgetrennt.

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Unter dem Begriff "aerob" wird vorliegend ein Zustand verstanden, bei dem den Schlammorganismen in dem Elektrolytbad ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht oder zur Verfügung gestellt wird, um ein hohes Maß an löslichen Schwermetallformen aufrechtzuerhalten. Je nach dem Grad des vorausgehenden aeroben Abbaus des Schlammes und den pH-Bedingungen des Elektrolytbades eignet sich jedes von drei verschiedenen Kriterien für aerobe Bedingungen, die auf der spezifischen Sauerstoffaufnahmerate beruhen, die in der im folgenden erläuterten Weise bestimmt werden kann.

Zum Ermitteln der spezifischen Sauerstoffaufnahmerate wird der zu behandelnde Schlamm durch ein kleines Versuchsgefäß in ausreichender volumetrischer Durchflußmenge hindurchgeleitet, um die vorbestimmte Schlammverweildauer zu erhalten, die für den aeroben Abbau gewählt wurde und typischerweise im Bereich von 4 bis 48 h liegen kann. Dabei wird der Schlamm mit einem Belüftungsgas in Kontakt gebracht, das mindestens 50 Vol.% Sauerstoff enthält. Die Belüftung wird so durchgeführt, daß eine Konzentration an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/l in dem Schlamm aufrechterhalten bleibt, wobei die Sauerstoffkonzentration mittels einer beliebigen zweckentsprechenden Sonde herkömmlicher Art gemessen wird. Während der Belüftung wird der Schlamm in dem Versuchsgefäß auf 20⁰C gehalten. Die geschilderte Versuchsbehandlung des Schlamms, die eine Verdünnung des in das

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Versuchsgefäß einströmenden Schlamms mit Leitungswasser erfordern kann, um den notwendigen Wert von mindestens 2 mg/l an gelöstem Sauerstoff zu erhalten, wird weitergeführt, bis ein stationärer Betrieb erzielt ist. Dies kann eine ausgedehnte Betriebsdauer der Versuchsanlage bedingen, die beispielsweise in der Größenordnung von 5 bis 7 Tagen liegen kann.

Nachdem die Testvorrichtung zum Ermitteln der spezifischen Sauerstoffaufnahmerate den eingeschwungenen Zustand erreicht hat, wird ein abgemessenes Probenvolumen an Schlamm aus dem Versuchsgefäß entnommen und, während es auf der gleichen Temperatur gehalten wird, wie sie zuvor im Versuchsgefäß vorlag, rasch belüftet, um den Gehalt des belüfteten Schlamms an gelöstem Sauerstoff auf ungefähr 7,0 mg/l anzuheben. Dabei kann die Belüftung beispielsweise durch intensives Rühren erfolgen, wodurch der Schlamm mit dem Belüftungsgas in Kontakt gebracht wird, das mindestens 50 Vol.% Sauerstoff enthält. Wenn der Gehalt an gelöstem Sauerstoff von etwa 7,0 mg/l erreicht ist, wird das Belüften des Probenvolumens des Schlamms beendet. Danach wird während des anschließenden Sinkens des Gehalts an gelöstem Sauerstoff in dem Schlamm von dem Wert von etwa 7,0 mg/l zum Zeitpunkt der Beendigung des Belüftungsvorgangs bis herab auf einen praktisch vernachlassigbaren Gehalt an gelöstem Sauerstoff die Zeitdauer gemessen, die der gelöste Sauerstoff benötigt, um von einem Wert von 6,0 mg/l auf 1,5 mg/l abzusinken.

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Die Sauerstoffaufnahmerate des Schlammprobenvolumens wird dann errechnet, indem die Änderung des Gehalts an gelöstem Sauerstoff während der Meßdauer, d.h. 4,5 mg/l (6,0 mg/l minus 1,5 mg/l), durch die Zeitdauer dividiert wird, die der Gehalt an gelöstem Sauerstoff benötigte, um von 6,0 mg/l auf 1,5 mg/l zu sinken. Aus dem erhaltenen Wert der Sauerstof f auf nahmerate wird die spezifische Sauerstoffaufnahmerate errechnet, indem der Wert der Sauerstoffaufnahmerate, der die Dimension mg/l/Zeit hat, durch die Konzentration des Schlammprobenvolumens an flüchtigen Schwebstoffen in g/l dividiert wird. Die auf diese Weise errechnete spezifische Sauerstoffaufnahmerate hat die Dimension mg Sauerstoff/Zeit/ g Feststoffe.

Die Kriterien für den aeroben Zustand in dem Elektrolytbad sind die folgenden:

(1) Wenn der dem Elektrolytbad zugeführte Schlamm bei 20 C eine spezifische Sauerstoffaufnahmerate von über etwa 0,8 mg O₂/h/g flüchtige Schwebstoffe hat und der pH-Wert?des Elektrolytbads zwischen etwa 5 und 7 gehalten werden soll," ist das Bad ausreichend zu belüften, um mindestens 0,03 g Sauerstoff für jedes g flüchtige Schwebstoffe in dem Schlamm zu lösen, der in das Elektrolytbad eingeführt wird.

(2) Wenn der in das Elektrolytbad eingeleitete Schlamm bei 20 C eine spezifische Sauerstoffaufnahmerate von mehr als

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etwa 0,8 mg Op/h/g flüchtige Schwebstoffe hat und der pH-Wert des Elektrolytbads unter etwa 5 gehalten werden soll, wird ein Gehalt an gelöstem Sauerstoff von mindestens 0,1 mg/l in dem in dem Elektrolytbad befindlichen Schlamm aufrechterhalten.

(3) Wenn der dem Elektrolytbad zugeführte Schlamm bei 20°C eine spezifische Sauerstoffaufnahmerate von weniger als 0,8 mg Op/h/g flüchtige Schwebstoffe hat, kommt es unabhängig von dem pH-^Wert des Elektrolytbads (solange das Bad nur sauer ist) nicht darauf an, dem Bad weiteren Sauerstoff zuzusetzen. Auch in diesem Falle wird aber vorzugsweise dem Bad Sauerstoff zugeführt, um einen Gehalt an gelöstem Sauerstoff von mindestens 0,1 mg/l aufrechtzuerhalten, weil gefunden wurde, daß durch das Einleiten von Sauerstoff in das Bad die Rate der Schwermetallbeseitigung erhöht wird.

Das Elektrolytbad 118 kann aerob gehalten werden, indem Luftoder Sauerstoffblasen durch das Bad hindurchgeführt werden. Alternativ kann die Spannung zwischen den beiden Elektroden und-114 gesteigert werden, bis durch Elektrolyse an der Anode ausreichend Sauerstoff erzeugt wird, um das Bad 118 aerob zu halten. In einigen Fällen kann der Gehalt des dem Elektrolytbehälters zugeführten Stromes an gelöstem Sauerstoff ausreichend hoch sein, so daß keine zusätzliche Sduerstoffanreicherung notwendig wird. Jede beliebige Kombination der drei oben erwähnten Quellen für eine Sauerstoffanreicherung kann benutzt werden, um den Sauerstoffbedarf des Bades zu decken.

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Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher belebter Schlamm über eine Leitung 210 in ein Becken 220 eingebracht wird. Aerobe Bakterien vermindern den Gehalt des Schlamms an flüchtigen Schwebstoffen und oxidieren die unlöslichen Metallsulfide zu löslichen Metallsulfaten. Bei dieser Ausführungsform wird ein Teil des aerob abgebauten und biochemisch oxidierten Schlamms aus dem Becken 220 über eine Leitung 221 abgezogen und mittels einer Pumpe 226 in ein Becken 223 eingebracht, um für eine anschließende elektrolytische Behandlung zu sorgen.

Ein Elektrolytbad 218 wird zwischen den Elektroden 213 und gebildet. Wird durch das Elektrolytbad Gleichstrom hindurchgeleitet, werden Schwermetalle an der Kathode 213 abgeschieden.Die Verweildauer des Schlamms im Becken 223 ist unabhängig von der Verweildauer in der aeroben Zone; sie ist lediglich eine Funktion der Größe des Beckens 223 und der Schlammdurchflußmenge in der Leitung 221 . Diese Verweildauer kann beispielsweise nur wenige Minuten betragen. Der in dem Elektrolytbad befindliche Schlamm wird durch beliebige zweckentsprechende Mittel in aerobem Zustand gehalten. Nach dem Beseitigen der löslichen Schwermetalle im Becken 223 wird ein Teil des Schlamms zu dem aeroben Abbaubecken 220 über eine Leitung zurückgeführt, in der ein Steuerventil 228 sitzt, während der andere Teil des Schlamms über eine Leitung 219 abgeleitet wird. Im Becken 220 wird der Schlamm abgebaut; es ist eine für eine

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biochemische Oxidation ausreichende Verweildauer vorgesehen, die beispielsweise 10 Tage betragen kann. Dies ermöglicht ein Verdrängen der Metallchelate durch Protonen; Metallkationen werden an die flüssige Phase freigesetzt, um die Gleichgewichtsbedingungen wieder herzustellen.

Die Rate der elektrolytischen Abscheidung von Schwerrnetallen aus dem Schlamm hängt sowohl vom pH-Wert als auch von der Temperatur ab. Höhere Temperaturen führen zu höheren Abscheidungsraten· Infolgedessen erfolgt der aerobe Abbau (biochemische Oxidation) vorzugsweise bei thermophilen Temperaturen, d.h. über etwa 45 C. Um dafür zu sorgen, wird das aerobe Abbaubecken vorzugsweise abgedeckt; des weiteren wird ein sauerstoffhaltiges Gas verwendet, das vorzugsweise über 40 Vol.% Sauerstoff enthält. Wenn man in der aeroben Abbauzone mit erhöhter Temperatur arbeitet, ist es wesentlich einfacher, in dem Elektrolytbad erhöhte Temperaturen aufrechtzuerhalten. Der thermophile aerobe Abbau läßt außerdem einen pasteurisierten Schlamm (d.h. einen von pathogenen Organismen freien Schlamm) entstehen, der sich für einen anaeroben Abbau besser eignet, falls sich eine derartige Abbaustufe -anschliessen soll.

Anhand der Fig. 4 sei eine Ausführungsform erläutert, bei der für einen thermophilen aeroben Abbau zusammen mit einer elektrolytischen Behandlung gesorgt wird. Bei dieser Ausführungsform ist ferner eine anaerobe Abbauphase vorgesehen, die

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sich an den thermophilen aeroben Abbau und die elektrolytische Behandlung anschließt. Diese AusfUhrungsform zeigt ferner ein bevorzugtes Verfahren der Integration des thermophilen aeroben Abbaus mit einer Belebtschlammanlage, bei welcher mit Sauerstoff angereichertes Abgas aus der aeroben Abbauzone als mindestens ein Teil des Belüftungsgases für die Abwasserbehandlung (Nachbehandlung) verwendet wird. Überschüssiger belebter Schlamm, der während der Nachbehandlung gebildet wird, bildet den der aeroben Abbauphase zugeführten Schlamm.

Einer Begasungszone 350 gehen einströmendes Abwasser über eine Leitung 329, belebter Schlamm über eine Leitung 338 und mit Sauerstoff angereichertes Gas über eine Leitung 330 zu. Bei dem eingehenden Abwasserstrom kann es sich beispielsweise um ein industrielles Abwasser, ein kommunales Abwasser oder um eine Kombination von industriellem und kommunalem Abwasser handeln. Die Begasungszone 350 weist ein abgedecktes Reaktionsbecken mit einem mechanischen Rührwerk 331 auf, mittels dessen mit Sauerstoff angereichertes Gas gegenüber dem im Becken 350 befindlichen Abwasser ständig umgewälzt wird. Aufbau und Arbeitsweise der Begasungszone 350 sind vorzugsweise in der aus den US-PSn 3 547 811, 3 547 812 oder 3 547 815 bekannten Weise gewählt. In der Begasungszone 350 werden aerobe Bakterien erzeugt, die den Sauerstoffbedarf des Abwasserstroms herabsetzen und auf einen für die Einleitung in Vorfluter geeigneten Wert bringen. Die behandelte

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Mischflüssigkeit verläßt die Begasungszone 350 und strömt über e'ine Leitung 333 in ein mit Schwerkraft arbeitendes Klärbecken 334 ein. Gereinigtes Wasser wird aus dem System über eine Leitung 335 ausgetragen; es kann konventionellen Nachbehandlungen unterzogen werden. Belebter Schlamm wird aus dem Klärbecken 334 über eine Leitung 336 abgezogen. Ein größerer Teil dieses Schlamms wird zu der Begasungszone 350 über eine Pumpe 337 und die Leitung 338 zurückgeführt. An Sauerstoff verarmtes Gas, das vorzugsweise mindestens 21 Vol.% Sauerstoff enthält, wird von der Begasungszone 350 über eine Entlüftungsleitung 332 freigesetzt.

Weil das Belebtschlammverfahren insgesamt Bakterien erzeugt, wird nicht der gesamte im Klärbecken 334 abgetrennte Schlamm zu der Begasungszone 350 zurückgeführt; ein kleiner Teil des Schlamms geht vielmehr über eine Leitung 339 ab. Dadurch wird auch die Ansammlung von inerten Stoffen innerhalb der Schlammumwälzschleife vermieden. Diese Stoffe gelangen normalerweise zusammen mit dem Abwasserstrom in das System und setzen sich zusammen mit den Schlammbakterien im Klärbecken 334 ab. Der Abschlamm kann bis zu 10 % des insgesamt abgetrennten Schlamms betragen; typischerweise liegt er bei ungefähr 3 Vol.%. Der in der Leitung 339 befindliche Schlamm wird dem thermophilen, aeroben Abbaubecken 320 über eine Pumpe 340 und eine Leitung 310 zugeführt.

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Ein mit Sauerstoff angereichertes Gas, das vorzugsweise mindestens 80 Vol.% Sauerstoff enthalt wird über eine Leitung 341 in das abgedeckte Becken 320 in ausreichender Menge eingeleitet, um sowohl den Sauerstoffbedarf der Abbaustufe als auch der Nachbehandlungsstufe zu decken. Der in das Becken 320 einströmende Schlamm wird mit dem mit Sauerstoff angereicherten Gas über ein mechanisches Rührwerk 312 in ausreichendem Maße gemischt, um für einen aeroben Abbau des Schlamms zu sorgen. Um den Prozeß des aeroben Abbaus in ausreichendem Umfang ablaufen zu lassen, sollte der Schlamm vorzugsweise mit dem mit Sauerstoff angereicherten Gas derart gemischt werden, daß mindestens 0,03 kg Sauerstoff je kg flüchtige Schwebstoffe in dem in das abgedeckte Becken 320 eingeleiteten Schlamm gelöst werden. Belüftungsgas., das nichtverbrauchten Sauerstoff enthält, wird aus dem Becken 320 über ein Ventil 345 und eine Leitung 344 abgeführt. Dieses Gas deckt mindestens einen Teil des Sauerstoffbedarfs der Abwasserbegasungszone 350.

Besonders günstig ist es, wenn der in dem aeroben Abbaubecken 320 befindliche Schlamm thermophile Temperaturen aufgrund der Wärme autothermisch erreicht und aufrechterhält, die durch die in dem Becken 320 ablaufenden exothermen biochemischen Reaktionen erzeugt wird. In einigen Fällen kann es notwendig sein, den Schlamm vor seinem Einleiten in das Becken 320 einzudicken oder zu erwärmen. Die Wärmezufuhr •kann durch Wärmeaustausch zwischen den zufließenden und ab-

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fließenden Strömen geschehen. Statt dessen kann der Schlamm auch unmittelbar im Becken 320 erhitzt werden, beispielsweise mit Hilfe einer Heizeinrichtung 343. Zur Aufrechterhaltung von thermophilen Temperaturen im Becken 320 können auch andere Maßnahmen herangezogen werden. Parameter, die den autothermen Betrieb beeinflussen, und Maßnahmen zur Förderung eines solchen Betriebes sind in der US-PS 3 926 794 sowie der älteren Deutschen Patentanmeldung P 28 44 498.6-25 beschrieben. Ein autothermer Betrieb kann bei aeroben Verweildauern, von weniger als etwa 48 h ständig aufrechterhalten werden. Vorzugsweise ist die Schlammverweildauer in dem abgedeckten Abbaubecken 320 auf weniger als etwa 24 h begrenzt. Selbst bei Verweildauern von weniger als 24 h werden eine im wesentlichen vollständige Pasteurisierung des Schlamms und eine ausreichende biochemische Oxidation der Schwermetallsulfide erreicht. Der pasteurisierte Schlamm, der vorzugsweise noch mindestens 60 % des Gehalts des einströmenden Schlammes an biologisch abbaufähigen flüchtigen Schwebstoffen enthält, wird dann aus dem Becken 320 über ein in einer Leitung 321 liegendes Ventil 322 abgezogen und einem Becken 323 zwecks anschließender elektrolytischer Behandlung zugeleitet. Falls erforderlich, kann Säure in das elektrolytische Becken 323 über eine Leitung 370 und ein in dieser Leitung liegendes Steuerventil 371 eingegeben werden. Vorzugsweise wird dem Elektrolytbad 318 ausreichend Säure zugesetzt, um einen pH-Wert im Bereich von 3 bis 5 aufrechtzuerhalten. Es zeigte sich, daß dieser pH-Wertbereich die

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Rate der Metallbeseitigung optimal maximiert.

In dem Becken 323 befinden sich Elektroden 313 und 314. Diese Elektroden sind an eine Gleichstromquelle, beispielsweise einen Gleichrichter 317, über Leitungen 315 bzw. 316 angeschlossen. Der Gleichrichter 317 ist mit einer zweckentsprechenden Wechselstromquelle verbunden. Ein Elektrolytbad 318 wird zwischen den Elektroden 313 und 314 gebildet. Beim Durchleiten von Gleichstrom durch die Elektroden werden Schwermetalle an der Kathode 313 abgeschieden. Die Verweildauer des Schlamms im Becken 323 ist unabhängig von der Verweildauer., in der aeroben Zone; sie hängt allein von der Größe des Beckens 323 und der Schlammdurchflußmenge in der Leitung 321 ab. Der in dem Elektrolytbad befindliche Schlamm wird auf beliebige zweckentsprechende Weise in aerobem Zustand gehalten.

Nach der Beseitigung der löslichen Schwermetalle im Becken 323 wird ein Teil des Schlamms über eine Leitung 325 zu dem thermophilen aeroben Abbaubecken 320 zurückgeleitet. Der andere Teil des an Schwermetall verarmten Schlamms gelangt über eine Leitung 319 in ein Becken 348. Die Temperatur des Schlamms in der Leitung 319 liegt vorzugsweise über 50°C, was auf die erhöhten Temperaturbedingungen zurückzuführen ist,die in den Becken 320 und 323 vorliegen. Das Becken 348, das eine anaerobe Abbauzone bildet, wird vorzugsweise bei mesophilen Temperaturen betrieben. Infolgedessen muß dem Schlamm für gewöhnlich Wärme entzogen werden, um einen zufriedenstellenden Betrieb

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der Abbauzone 348 zu gewährleisten. Weil außerdem der anaerobe Abbau in bekannter Weise stark von dem pH-Wert abhängt, muß der pH-Wert des Schlamms in der Leitung 319 durch Zugabe eines zweckentsprechenden Mittels, beispielsweise Kalk, angehoben werden, bevor die Schlammbehandlung in der Abbauzone 34.8 erfolgt. Der über die Leitung 319 gehende Schlamm wird in einem Wärmetauscher 360 gekühlt und gelangt dann über ein Ventil 347 in das Becken 348. Das Becken 348 bildet eine mesophi-Ie, anaerobe Hochleistungsabbauzone, bei welcher die biochemischen Reaktionen innerhalb eines abgedeckten Abbaubeckens ablaufen. Für einen wirkungsvollen Betrieb wird dieses Becken vorzugsweise auf einer Temperatur zwischen 25 C und 40 C und insbesondere einer Temperatur zwischen 37°C und 38°C gehalten.Der Inhalt des Beckens 348 wird mittels eines mechanischen Rührwerks 349 ständig durchmischt, was für eine größe aktive Abbauzane sorgt und den Ablauf der Stabilisationsreaktionen beträchtlich beschleunigt. Die Verwei-ldauer liegt für diese Abbaustufe typischerweise zwischen 5 Tagen und 9 Tagen. Methanhaltiges Gas, das aufgrund der in dem Becken ablaufenden biochemischen Reaktionen erzeugt wird, verläßt das Becken über eine Leitung 350' und ein Stromregelventil 351 . Der stabilisierte Schlamm, der jetzt nicht mehr als 40 % und vorzugsweise nicht mehr als 20 % des ursprünglichen Gehalts des einströmenden Schlamms an biologisch abbaufähigen flüchtigen Stoffen aufweist, wird über eine Leitung 352 zwecks endgültiger Beseitigung, beispielsweise in Form einer landwirtschaftlichen Verwertung, ausgetragen.

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Ein mit konventionellen anaeroben Abbausystemen verbundenes Problem ist die Empfindlichkeit der metKanbildenden Bakterien gegenüber dem Vorhandensein von toxischen Schwermetallen wie Cadmium und Zink. Bereits sehr kleine Mengen an diesen Metallen dürften die Aktivität der Methanbildner unterbinden oder mindestens beeinträchtigen. Nach der stetigen Einbringung eines toxischen Stoffes beginnen die säurebildenden Bakterien zu dominieren, wodurch ein Überschuß an sauren Zersetzungszwischenprodukten erzeugt wird, der seinerseits den pH-Wert senkt und die Aktivität der methanbildenden Bakterien weiter beeinträchtigt. Dieser Kaskadeneffekt führt unvermeidbar zu einer schweren Störung.

Die typische Lösung besteht in diesem Fall in der Zugabe großer Mengen an Kalk mit dem Bestreben, die Pufferwirkung zu erhöhen und dadurch den pH-Wert anzuheben. Diese Lösung kann befriedigend sein, wenn die Abbauzone mit einer Stoßlast oder mit Inhibitorstoffen beaufschlagt wurde, die ausgespült oder assimiliert werden. Durch Erhöhen des pH-Wertes und Senken der Schlammzufuhr ist es zuweilen möglich, die Abbauzone wieder in Betrieb zu setzen. Wenn jedoch die Ursache für Störungen der Abbauzone eine konstante und fortgesetzte Eingabe eines toxischen Stoffes ist, werden mit einer Kalkzugabe nur die Symptome angegangen, während d.as Abbauproblem als solches nicht gelöst wird.

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Durch die Integration der thermophilen aeroben Stufe und der Metallbeseitigung mit der anaeroben Abbauzone gemäß Fig. 4 wird die Instabilität im Betriebsverhalten einer konventionellen anaeroben Hochleistungsabbauzone aufgrund von toxischen Schwermetallen ausgeräumt, wodurch das Betriebsverhalten der anaeroben Abbauzone und deren Fähigkeit, Methan zu bilden, entscheidend verbessert werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des integrierten Systems gemäß Fig. 4 (zusätzlich zu den Vorteilen, die auf die Beseitigung von toxischen Metallen zurückgehen) liegt in der Fähigkeit, sporadische Störungen, wie beispielsweise Stoßbelastungen, aufzufangen. Bei einer konventionellen anaeroben Abbauzone tritt die anfängliche Phase des Löslichmachens nicht nur rasch auf, sondern die mikrobische Ausnutzung dieses Materials durch die mesophilen und fakultativ durch säurebildende Bakterien läuft auch mit hoher Geschwindigkeit ab. Kommt es zu einer plötzlichen hohen Substratbelastung, laufen das Löslichmachen und Ansäuern mit rascherer Geschwindigkeit ab, als die methanbildenden Bakterien die sauren Zwischenprodukte nutzen können. Infolgedessen fällt der pH-Wert; die Abbauzone wird sauer. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 fördert jedoch die thermophile aerobe Stufe nicht nur ein rasches Löslichmachen; vielmehr neigt diese Stufe auch dazu, die Population der mesophilen, säurebildenden Bakterien zu vermindern. Anschließlich gestattet der anaerobe Zustand ein erneutes Wachsen dieser Organismen in

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besserem Gleichgewicht mit dem Wachstum der methanbildenden Organismen. Wenn daher eine Stoßbelastung der aeroben Stufe einsetzt, kommt es zu einem raschen Löslichmachen sowie zu einer Stabilisierung der flüchtigsten Schlammanteile, wodurch die Stoßbelastung geglättet wird und deren Einfluß auf die anaerobe Stufe stark vermindert wird.

Es wurde eine Reihe von Experimenten durchgeführt, die die praktische Bedeutung des erläuterten Verfahrens unterstreichen.

Der bei diesen Versuchen verwendete belebte Schlamm stammte von der mit Luft als Belüftungsgas arbeitenden Abwassernachbehandlungsanlage in Lockport, New York, V.St.A,. Der Schlamm wurde in abgedeckten 53 1-Gefäßen unter Verwendung von Sauerstoff hoher Reinheit als Belüftungsgas und mechanischem Rühren während einer ununterbrochenen Zeitspanne von 5 vollen Tagen (zu je 24 h) aerob abgebaut, wobei die Gefäße beispielsweise dem Becken 320 nach Fig. 4 entsprachen. Der Abbau des Schlamms erfolgte unter zwei unterschiedlichen Bedingungen :

(a) Abbau ohne Einstellung des pH-Wertes und

(b) Abbau bei einem gesteuerten pH-Wert von 6,0 unter täglicher Zugabe von verdünnter Schwefelsäure zu der Abbauzone.

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Der aerob abgebaute Schlamm wurde in Mengen von ungefähr 1 1 in ein Becherglas mit einem Fassungsvermögen von 2 1 überführt, in dem Elektroden angebracht waren. Bei den Elektroden handelt es sich um rechteckige Platten von 51 mm Länge, 152 mm Breite und 0,08 bis 0,20 mm Dicke. Die Kathoden waren aus den folgenden Werkstoffen gefertigt: Aluminium, Kupfer und poröser Kohlenstoff. Die Anoden bestanden aus Graphit und Aluminium. Die Elektroden tauchten in den das Elektrolytbad bildenden, aerob abgebauten Schlamm ein, der mit Hilfe eines mechanischen Rührwerks gut durchmischt gehalten wurde. Der Abstand zwischen den Elektroden variierte in den verschiedenen Experimenten zwischen 6 mm und 50 mm. Durch das Elektrolytbad wurde Gleichstrom hindurchgeleitet. Die Spannung wurde konstant auf 3 V gehalten. Die Stromdichten lagen zwischen 0,01 und 0,36 A/dm .

Der Gesamtfeststoffgehalt des bei diesen Experimenten verwendeten Schlamms betrug zwischen 0,76 und 2,5 %. Vor Beginn der Elektrolyse wurden die pH-Werte des Schlamms durch Zugabe von unterschiedlichen Mengen an 1n Schwefelsäure auf 4,0, 5,0 und 6,0 abgesenkt. Bei einigen der Versuchen wurde der pH-Wert des Schlamms durch periodische Zugabe von Schwefelsäure geregelt. Versuche wurden bei Raumtemperatur (etwa 23 C) und bei einer Temperatur von etwa 50⁰C durchgeführt, was ein für einen thermophilen Abbau gemäß Fig. 4 geeigneter Wert ist. Um die erhöhte Temperatur während der Elektrolyse aufrechtzuerhalten, wurde der Behälter auf eine heiße Platte

^9eStellt· 909826/0930

Die Daten der zuvor erläuterten Versuche sind in der Tabelle A zusammengestellt. Generell schienen der Abbau des belebten Schlamms und die biochemische Oxidation von unlöslichen Schwermetallsulfiden zu löslichem Sulfat sowohl bei den Versuchen mit geregeltem pH-Wert als auch bei den Versuchen mit ungeregeltem pH-Wert zufriedenstellend abzulaufen.

Das im Hinblick auf die Schwermetallbeseitigung erzielte Betriebsverhalten hängt von einer Reihe von Parametern ab, zu denen die Stromdichte, die Behandlungsdauer, die Temperatur, der pH-Wert, der Elektrodenwerkstoff sowie verschiedene geometrische und strömungstechnische Größen gehören. Die aus dem Schlamm-Elektrolytbad beseitigten Schwermetalle wurden auf den Kathoden als dunkles, pulveriges Material abgeschieden. Ein Metallabtrag von den Kathoden erfolgte bei allen Versuchen mit Kupfer- und Aluminiumkathoden.

Ein unerwarteter Vorteil, der während der Versuche entdeckt wurde, ist der günstige Einfluß, den die elektrolytische Behandlung bei Verwendung von Aluminiumanoden auf die Absetzeigenschaften der Schlammfeststoffe in der Aufschlämmung hat. In solchen Fällen konnte der aerob und elektrochemisch behandelte Schlamm, wenn man ihn absetzen ließ, leicht in zwei Phasen getrennt werden.

Während der elektrolytischen Behandlung lösen sich die Aluminiumanoden in dem Elektrolytbad aus aerob behandeltem

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Schlamm auf; sie wirken als Koagulierungsmittel, wodurch die Absetzeigenschaften des an Schwermetall verarmten Schlamms verbessert werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Aluminium als Anodenwerkstoff besteht darin, daß die in dem Elektrolytbad aufgelösten Aluminiumionen sich auch mit Phosphat, das gegebenenfalls in der flüssigen Phase des Schlamms vorhanden ist, unter Bildung von unlöslichem Aluminiumphosphat verbinden. Dies ist erwünscht, weil Phosphate im allgemeinen als Abwasserverunreinigungen angesehen werden, die beseitigt werden sollten. Dies geschieht oft durch die Zugabe von Alaun; die Aluminium-Phosphat-Reaktionsgeschwindigkeit ist jedoch höher, weil die Aluminiumkationen unmittelbar verfügbar sind.

Wie ausgeführt, wurde während dieser Versuche Metall von den Aluminium- und Kupferkathoden abgetragen, so daß die analythischen Ergebnisse für den Schlamm in der Tabelle A Schwermetalle enthalten, die anfänglich auf der Kathode abgeschieden und dann in den Schlamm zurückgebracht wurden. Die Metallbeseitigungsleistung kann durch Anwendung von Elektrodensystemen verbessert werden, bei denen die durch Elektrolyse beseitigten Metalle nicht abgetragen werden und in den Schlamm zurückgelangen. Lösungsmöglichkeiten dafür sind u.a. feinmaschige Stoffe, beispielsweise Tuchbeutel, die die Kathode umschließen und die z.B. aus Glasfasertuch gefertigt sind, das eine hohe Abriebfestigkeit hat und hohe Temperaturen aushält.

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TABELLE A

^^_ Elektrolyse

Versuch Kathode Anode Stromdichte Zeit(h) Temperatur ( C) pH Nr. (Anzahl)* (Anzahl)* (A/dm²)

6,0

4,5

4,0 5,0

poröser Graphit (2) 0,06 24 50 4,0

Kohlenstoff und

(2) Aluminium(i)

poröser Graphit (2) 0,25 5 50 4,0

Kohlenstoff und

(2) Aluminium(2)

und ι

Aluminium(i ) ^

poröser Graphit (2) 0,09 22 50 5,0 _a-,

Kohlenstoff cn

	1	Kupfer(4)	Graphit (2)	0,01	24	23
			und
			Aluminium(3)
	2	Kupfer(4)	Graphit (2)	0,03	18	23
CO			und
CD			Aluminium(3)
00 K>	3	Kupfer(i)	Aluminium(2)	0,03	24	23
σ>
•ν	4	Aluminium	Graphit (2)	0,03	24	50
O CD		(D

(2)

* Anzahl der benutzten Elektroden

CD CD

TABELLE A

Metallkonzentrationen (mg/kg trockene Feststoffe)

Versuch
Nr.

Cu

Cr

Cd

Ni

Fe

Stromwirkungsgrad

Zuvor: 2032,2 1327 42,3 896

Danach: 1037,3 1058 35,9 720

Beseitigungs- 49,0 20,3 15,1 19,6 leistung (%)

42325 12348

34575 9738

18,3 21,1

Zuvor:
Danach:
Beseitigungsleistung (%)

Zuvor:
Danach:
Beseitigungsleistung (⁰A)

Zuvor:
Danach: ,
Beseit.i.gungsleistung(%)

2228 1519 46,2 1023,8 50589 13517 1467 836 28,1 532,1 28261 8247 34,2 45,0 39,2 48,0 44,1 39,0

2337 1673
1335 1013
42,9 39,5

1923 1718
1572 1231
18,3 28,4

1767 1469

718 902

59,5 38,6

1760 1686

1057 1043

39,9 38,1

1442 1545
1211 1341
16,0 13,2

44,9 27,6 38,5

51 ,9 40,7 21 ,6

71 ,5 51 ,1 28,5

963,3 48815 13929

575,3 29158 8216

40,3 40,3 41,0

1037

805

22,4

1499

917

38,8

4796.9 12208

41383 9470

13,7 22,4

84,1 1674 53,9 1057 35,9 36,9

79,6 70,9 10,9

1667 1430 14,2

52919

39116

26,1

46362

36392

21 ,5

55150

46441

15,8

819 663 19,1

883 532,1 39,7

898 575,3 35,9

897 739 17,6

429 40

754 503 33,3

674 642 4,8

28,0

14,7

46 ,3

14,4

!

36,3

19

Es wurden zwei weitere Versuche durchgeführt, die die Wichtigkeit der aeroben biochemischen Oxidationsphase erkennen" lassen. Der belebte Schlamm stammte aus derselben Abwasserbehandlungsanlage, wie vorstehend genannt. Die verwendete Schlammenge und die Versuchseinrichtung waren die gleichen wie bei den zuvor beschriebenen Versuchen, mit der Ausnahme, daß in diesem Fall die Kathoden von einem Maschensack aus Nylon umschlossen waren. Bei dem Versuch Nr. 8 wurde der Schlamm vor der Elektrolyse 5 Tage lang bei 50°C aerob abgebaut, während bei dem Versuch 9 kein aerober Abbau erfolgte. Die Versuchsbedingungen waren im übrigen im wesentlichen identisch. Die Ergebnisse sind in der Tabelle B zusammengestellt. Ein Vergleich fier Metallkonzentrationen vor und nach der Elektrolyse läßt erkennen, daß bei Anwendung des aeroben Abbaus erhebliche Menge der meisten Schwermetalle beseitigt wurden, während ohne diese Verfahrensstufe keine Schwermetallbeseitigung von Bedeutung erfolgte. Der nominelle Anstieg von Metallkonzentrationen beim Versuch Nr. 9 für verschiedene der Metalle dürfte auf Versuchsungenauigkeiten zurückgehen. Allgemein kann geschlossen werden, daß Schwermetalle auf der Kathode nicht abgeschieden werden, wenn der Abwasserschlamm nicht zuerst biochemisch oxidiert wird.

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TABELLE B

Versuch
Nr.

Kathode
(Anzahl)

Anode (Anzahl)

Stromdichte (A/dm²) Elektrolyse
Zeit(h) Temperatur^ C)

PH

Messing (2)

Graphit (3)

0,19 24

50

5,5

O CO OO

O CO Ca>

Versuch
Nr.

Messing (2) Graphit (3)

0,145 24

Metallkonzentrationen (mg/kg trockene Feststoffe)

Cu

Cr

Ni

50

Fe

Zn

5,5

Pb

Zuvor: 2443

Danach: 1666

Beseitigungs- 31,8 leistung (%)

Zuvor: ■ 2422 Danach: 2894

1523	39,7	1466	42564	7507
1376	27,2	858	41965	3641
9,6	3V, 5	41 ,5	1 ,4	51,5
1177	38,1	1228	33023	6027
1399	48,4	1357	31881	7050

772
709
,8

673
726

CD CO O

Eine weitere Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, um den Einfluß der Verweildauer beim aeroben Abbau auf die Metallbeseitigung zu demonstrieren. Der vorstehend erwähnte Schlamm .wurde in abgedeckten 53 1-Gefäßen für die in der Tabelle C angegebene Zeitdauer aerob abgebaut. Dabei wurde als Belüftungsgas Sauerstoff hoher Reinheit verwendet. Der Schlamm wurde mechanisch gerührt. Der Schlammabbau erfolgte ohne Einstellen des pH-Wertes. Der aerob abgebaute Schlamm wurde dann in das Entmetallisierungssystem überführt, das aus einem 7 1-Reaktionsgefäß und einem Becherglas bestand. Das Becherglas enthielt die pH-Sonde und bildete die Stelle, an der Säure zur pH-Wertsteuerung zugesetzt wurde. Behandelter Schlamm wurde von dem Reaktor über das Becherglas und dann wieder zurück zum Reaktionsgefäß ständig umgewälzt. Die Elektroden waren rechteckige Platten. Die Anoden bestanden aus Graphit und waren 330 mm lang, 76 mm breit und 6,4 mm dick. Als Kathoden wurden Aluminiumbleche von 510 mm Länge, 44 mm Breite und 1,6 mm Dicke benutzt. Die Elektroden, bestehend aus 4 Anoden und 5 Kathoden, wechselten einander ab. Der Abstand zwischen den Elektroden wurde bei den verschiedenen Versuchen konstant bei etwa 9,5 mm gehalten.

Während der Versuche wurde Gleichstrom durch das Elektrolytbad zwischen den Elektroden hindurchgeleitet; die Spannung schwankte zwischen etwa 2 und 3 V. Die Stromstärke lag zwischen ungefähr 0,8 und 3,1 A. Außerdem wurde mit Sauerstoff angereichertes Gas (99,5 Vol.% Sauerstoff) für die Dauer je-

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des Versuchs in einer Durchflußmenge von 0,14 Nm /h in Blasenform durch das Elektrolytbad hindurchgeschickt.

Der Gesamtfeststoffgehalt des bei den Versuchen benutzten Schlamms lag zwischen etwa 2,7 % und 5,3 %. Vor Beginn der elektrolytischen Behandlung wurden zunächst die pH-Werte des Schlamms durch Zugabe von variierenden Mengen an Schwefelsäure auf Werte zwischen etwa 3,0 und 4,0 gesenkt. Bei einigen Versuchsdurchführungen wurde der pH-Wert des Schlamms durch periodische Zugabe von Säure geregelt, während bei anderen Versuchsläufen keine pH-Regelung erfolgte. Die Versuche wurden bei näherungsweise gleicher Temperatur wie die aerobe Abbauphase durchgeführt, d.h. sowohl bei 50°C als auch bei 25°C. Um während der elektrolytischen Behandlung die erhöhte Temperatur aufrechtzuerhalten, wurde das elektrolytische Gefäß mit Hilfe von zwei Aquariumheizgeräten erhitzt.

Die Daten dieser Versuche sind in der Tabelle C~zusammeηgestellt. Die Werte für den pH-Wert, die Spannung, den Strom, die Temperatur und den Gesamtfeststoffgehalt, die in der Tabelle C angegeben sind, stellen Werte dar, die über die Dauer der elektrolytischen Behandlung gemittelt sind. Die Versuche 10 bis 13 wurden bei 50°C, die Versuche 14 bis 16 bei 25 C durchgeführt. Es ist nur eine Analyse des Cadmiumund'Zinkgehalts des Schlamms angegeben, weil es sich dabei um die Schlüsselelemente handelt, die vor einer landwirtschaftlichen Verwertung des Schlamms beseitigt werden müssen.

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Aus den Ergebnissen für den Versuch Nr, 10 ist zu erkennen, daß überraschend hohe Werte der Metallbeseitigung bei einer kurzen aeroben Abbauphase (12 h) mit anschließender kurzer elektrolytischer Behandlung (6 h) erzielt werden. Aus einem Vergleich der Versuche 11 und 12 mit dem Versuch Nr. 10 kann geschlossen werden, daß die Verlängerung der Abbauphase nur zu einem kleinen Anstieg der Metallbeseitigung bei dieser Temperatur führt. Es ist zu beachten, daß der Versuch Nr.12 sich nur über 4 h erstreckt, während die Versuche 10 und 11 6 h lang durchgeführt wurden. Dies erklärt den scheinbar niedrigeren Beseitigungsgrad für den Versuch 12.

Der aerobe Abbau und die elektrolytische Behandlung wurden im Falle der Versuche 13 bis 16 bei 25°C durchgeführt. Ein Vergleich dieser Versuche mit den Versuchen 10 bis 12 gibt einen allgemeinen Hinweis auf den Anstieg der Kinetik der Metallbeseitigung, der auf den Einfluß der Temperatur zurückführbar ist. Bei dem Versuch Nr. 14 fand kein aerober Abbau statt. Ein Vergleich mit den Versuchen 15 und 16 zeigt die Verbesserung der Metallbeseitigung, die mit dem vorliegenden Verfahren erreichbar ist. Diese Versuche mit längerer Verweildauer können auch mit den in den Tabellen A und B wiedergegebenen Daten verglichen werden, bei denen das Elektrolytbad vermutlich in einem niedrigeren Zustand der Aerobiose vorlag. Festzuhalten ist, daß ein solcher Vergleich nur qualitativ sein kann, weil verschiedene Parameter bei den verschiedenen Versuchen erheblich voneinander abwichen.

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TABELLE C

Aerober Abbau

Versuch Verweildauer Temperatur Nr. (h) (⁵C)

Elektrolytbad

pH Spannung Strom (V) (A)

Temperatur Verweil- Gesamt-(⁰C) dauer(h) feststoff-

gehalt
(mg/1)

ex» ο co oo

O CO OJ

10	IV)
11	36
12	60
13	84
14	O
15	42
16	66

50	4,0	2,9	2,2	51	6	42,645	ι
50	3,8	2,6	1 ,1	50	6	27,671	OD I
50	3,8	2,8	2,2	48	4	45,835
50	4,2	2,8	1 ,9	47	6	52,786
-	3,6	3,0	1,2	25	7	.36,521
25	3,6	3,0	1 ,0	25	9	12,692
25	3,9	3,0	0,8	25	9	31,596

σ> co ο

TABELLE C

co ο co OO NJ CO ^, CD CO CO O

Metallkonzentration (mg/kg trockene Feststoffe) Cadmium Zink

Versuch	Zuvor	Danach	%Bes
Nr.
10 .	72,4	13,5	81 ,4
11	120,6	10,2	91 ,5
12	56,2	32,4	42,4
13	62,6	45,5	27,3
14	60,0	47,6	20,7
15	83,1	33,3	59,9
16	64,7	19,2	70,3

Zuvor	Danach
11,939	4,855
20,816	8,978
12,411	9,062
11,076	10,559
12,660	9,819
17,075	9,108
13,547	5,963

^Beseitigung

59,3 56,9 27,0 4,7 22,4 46,7 56,0

Eine weitere Gruppe von Versuchen wurde unter Verwendung der in Verbindung mit der Tabelle C verwendeten Vorrichtung durchgeführt, wobei die spezifische Sauerstoffaufnahmerate des Schlamms nach dem aeroben Abbau, jedoch vor der Säurezugabe (pH-Wert von 7) und nach der Säurezugabe, aber^vor der elektrolytischen Behandlung (pH-Wert von 4) gemessen wurde.Während der elektrolytischen Behandlung wurde für die Dauer jedes Versuchs Stickstoff in Blasenform in einer Durchflußmenge von 0,14 Nm /h durch das Bad hindurchgeleitet. Dies erfolgte, um mögliche hydraulische Unterschiede zwischen den Versuchsergebnissen der Tabelle C, bei denen Sauerstoff in Blasenform durch das Bad hindurchgeleitet wurde, und den Versuchen gemäß der Tabelle D minimal zu halten.

Aus den Daten der Tabelle D ist zu erkennen, daß ein Herabsetzen des pH-Wertes des Schlamms auf unter etwa 5 die aerobe Aktivität aufhören läßt. Unabhängig von der spezifischen Sauerstoffaufnahmerate des Schlamms vor der Säurezugabe sollte es daher keine Schwierigkeiten bereiten, während der elektrolytischen Behandlung einen ausreichenden Wert für den gelösten Sauerstoff in dem Schlamm aufrechtzuerhalten. Aus diesem Grund wird vorzugsweise ein Gehalt an gelöstem Sauerstoff von mindestens 0,1 mg/l aufrechterhalten, wenn der pH-Wert des Elektrolytbades unter etwa 5 liegt. Ist jedoch der pH-Wert des Elektrolytbades größer als 5, wie dies im Falle der mit einem Becken arbeitenden Ausführungsform nach Fig. 1 erforderlich ist, dann liegt eine ausreichende aerobe

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Aktivität vor, um unter gewissen Umständen eine Sauerstoffanreicherung zu rechtfertigen.

Wenn beispielsweise entsprechend den Versuchen 20 und 21 zuvor ein ausreichender aerober Abbau erfolgt ist, um die spezifische Sauerstoffaufnahmerate auf unter etwa 0,8 mgO_?/h/g flüchtige Schwebstoffe abzusenken, lassen sich Schwermetalle aus dem Schlamm ohne jede zusätzliche aerobe Behandlung beseitigen. Dessen ungeachtet erhöht eine Sauerstoffanreicherung des Elektrolytbades,~wie gefunden wurde, die Rate der Metallbeseitigung selbst in einem solchen Fall. Dies ergibt sich beispielsweise aus einem Vergleich des Versuchs Nr. 16 und den Daten in den Tabellen A und B.

Wenn die spezifische Sauerstoffaufnahmerate des aerob abgebauten Schlamms über etwa 0,8 mg O_?/h/g flüchtige Schwebstoffe liegt, führt, wie die Versuche 17 bis 19 erkennen lassen, das Fehlen einer Sauerstoffanreicherung des Elektrolytbades dazu, daß nur wenig oder keine Schwermetalle beseitigt werden. Infolgedessen muß in einem solchen Fall das Elektrolytbad belüftet werden. Die Leichtigkeit, mit der ein vorbestimmter Gehalt an gelöstem Sauerstoff aufrechterhalten werden kann, wird jedoch durch den pH-Wert des Elektrolytbads beeinflußt. Infolgedessen kann ein Kriterium bezüglich des Gehalts an gelöstem Sauerstoff nicht generell

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auf die Ausführungsform angewendet werden, bei der der dem Elektrolytbad zugeführte Schlamm eine spezifische Sauerstoffaufnahmerate von über 0,8 mg O„/h/g flüchtige Schwebstoffe aufweist. Wenn der pH-Wert des Schlamms in dem Elektrolytbad unter etwa 5 liegt, ist es relativ leicht, einen entsprechenden Wert an gelöstem Sauerstoff aufrechtzuerhalten; ein unterer Grenzwert von 0,1 mg/l ist für solche Zwecke geeignet. Wenn der pH-Wert des Schlamms über etwa 5 liegt, kann die aerobe Aktivität es schwierig machen, einen meßbaren Gehalt an gelöstem Sauerstoff aufrechtzuerhalten. In diesem Fall werden mindestens 0,03 g Sauerstoff in dem Elektrolytbad für jedes g flüchtige Schwebstoffe gelöst, die dem Bad zugeführt werden. Ungeachtet der vorstehenden Ausführungen ist es, falls möglich, vorzuziehen, daß ein meßbarer Gehalt an gelöstem Sauerstoff in dem Elektrolytbad aufrechterhalten wird.

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TABELLE D

Aerober Abbau
Temperatur 50 C

Aerober Abbau

Versuch Verweildauer spezifische Sauer-

Nr, (Tagen) stoffaufnahmerate

C₀ (mg Op/h/g flüchti-

o ge Scnwebstoffe)

CD ,

CO cn

■^ 17 1 1,77

CD

^ 18 3 5,69

^ 19 5 1 ,15

9 < 0,8

10 <0,8

cn v_n CD CD CD

Ul

TABELLE D

co ο co 00 ISJ GD

O CD Ca> G

Elektrolytbad

pH

Spannung =

Temperatur =

Verweildauer =

Gesamtfeststoffgehalt=

/Gehalt an flüchtigen

Schwebstoffen

4,0

3,0 V gleich Spannung

50⁰C

6 h

5,2 % I 2,6 %

Versuch spezifische Nr. Sauerstoffaufnahmerate (mgO /h/g fIUcRt.Schweb-.. stoffe)

Elektrolytbad

Cadmium (mg/kg trockene Feststoffe)

Zuvor Danach "'Beseitigung

Zink (mg/kg trockene
Feststoffe)

Zuvor Danach ^Beseitigung^

17 18 19 20 21

>~ ~ ~ ~

44,	8	44,5	0	,67
43,	9	43,4	1	,14
46,	0	44,2	3	,91
43,	3	9,8	77	,4
40,	5	7,6	81	,2

9,002 9,838 -9

,537 8,934 22,5

12,317 10,402 15,7

11,036 3,431 68,9

10,307 4,221 59,9

CD CO O

Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Beseitigen von Schwermetallen aus belebtem Abwasserschlamm, dadurch gekennzeichnet, daß der belebte Abwasserschlamm zwecks biochemischer Oxidation der Schwermetallsulfide zu löslichen Sulfaten mit sauer-" stoffhaltigem Gas als der einzigen Sauerstoffquelle belüftet wird, eine Spannungsdifferenz zwischen einer Kathode und einer Anode in dem als Elektrolytbad wirkenden, lösliches Schwermetallsulfat enthaltenden Schlamm ausgebildet und aufrechterhalten wird, das Bad in einem sauren und aeroben Zustand gehalten wird sowie Schwermetalle an der Kathode abgeschieden werden und belüfteter sowie an Schwermetallen verarmter Schlamm von dem Elektrolytbad abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Schlamms wahrend der biochemischen Oxidation zwischen ungefähr 5 und 8 gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die biochemische Oxidation und die Schwermetall-

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abscheidung in derselben Zone durchgeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die biochemische Oxidation und die Schwermetallabscheiaung in getrennten Zonen durchgeführt
werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die biochemische Oxidation in einer ersten
Zone bei verhältnismäßig langer Verweildauer durchgeführt wird, die Schwermetallabscheidung in einer zweiten Zone bei verhältnismäßig kurzer Verweildauer erfolgt und ein Teil des an Schwermetall verarmten
Schlamms von der zweiten Zone zu der ersten Zone zurückgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Schlamms während der biochemischen
Oxidation und der Schwermetallabscheidung zwischen
ungefähr 5 und 7 gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die biochemische Oxidation
bei einer Temperatur von mindestens 45 C erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der an Schwermetall verarmte

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Schlamm aus dem Elektrolytbad anaerob abgebaut wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der lösliches Schwermetallsulfat enthaltende Schlamm eine spezifische Sauerstoffaufnahmerate bei 20⁰C von mehr als 0,8 mg O_/h/g flüchtige Schwebstoff hat, der pH-Wert des Elektrolytbades zwischen 5 und 7 gehalten wird und das Elektrolytbad ausreichend stark belüftet wird, um mindestens 0,03 g Sauerstoff je g an in dem Schlamm befindlichen flüchtigen Schwebstoffen zu lösen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der lösliches Schwermetallsulfät enthaltende Schlamm eine spezifische Sauerstoffaufnahmerate bei 20 C von mehr als 0,8 mg Op/h/g flüchtige Schwebstoffe hat, der pH-Wert des Elektrolytbades unter 5 gehalten wird und das Elektrolytbad ausreichend stark belüftet wird, um mindestens 0,1 mg/l an gelöstem Sauerstoff in dem Schlamm aufrechtzuerhalten .

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der lösliches Schwermetallsulfat enthaltende Schlamm eine spezifische Sauerstoffaufnahmerate bei 20°C von weniger als 0,8 mg Op/h/g flüchtige Schwebstoffe hat und das Elektrolytbad ausreichend stark belüftet wird, um mindestens 0,1 mg/l an gelöstem Sauerstoff in dem Schlamm aufrechtzuerhalten.

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