DE3127570A1 - METHOD AND DEVICE FOR FLOCKING FILTRATION OF WASTEWATER - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR FLOCKING FILTRATION OF WASTEWATERInfo
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Description
Verfahrung und Einrichtung zur Flockungsfiltration von AbwasserProcess and equipment for flocculation filtration of sewage
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Flockungsfiltration von Abwasser, insbesondere zum Ausfiltern von durch Fällungsinittel wie Eisen-III-Chlorid ausgeschiedenen Phosphaten. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Abwasser-Reinigungsverfahrens.The invention relates to a method for flocculation filtration of wastewater, in particular for filtering out phosphates precipitated by precipitating agents such as ferric chloride. The invention also relates to a device for carrying out such a waste water purification process.
Ein wesentlicher Teil der Abwasserbelastung von Flüssen und Seen besteht in der Phosphatfracht des in diese Oberflächengewässer gelangenden Abwassers, insbesondere des komunalen Abwassers. Der daraus folgende hohe Phosphatgehalt der Gewässer führt bekanntlich zu einem äusserst starken Algenwachstum. Dieser Algenbewuchs stellt zwar in den oberflächennahen Wasserschichten an sich keinen Schadstoff dar, jedoch sinkt die mit dem natürlichen Generationswechsel laufend anfallende Algenmasse mit ihren energiereichen organischen Verbindungen in die tieferen Wasserschichten ab, wo unter Sauerstoffmangel Faul- und Zersetzungsreaktionen mit zunehmender Sauerstoffarmut und Bildung von Schadstoffen wie Schwefelverbindungen und dergleichen führen= Die Folge ist das bekannte "Absterben" oder "Umkippen" der Gewässer, vor allem stehender Gewässer, mit entsprechend nachteiligen Folgen für den natürlichen Wasserkreislauf und u.U. auch für die Reinhaltung des Grundwassers.A significant part of the wastewater pollution of rivers and lakes consists of the phosphate load in these surface waters incoming wastewater, especially municipal wastewater. The resulting high phosphate content of the water is known to lead to an extremely strong algae growth. This algae growth does not occur in the near-surface water layers Pollutant, but decreases with the natural generation change continuously accumulating algae mass with its energy-rich organic compounds into the deeper water layers, where under oxygen deficiency putrefaction and decomposition reactions with increasing Lack of oxygen and the formation of pollutants such as Sulfur compounds and the like lead = The result is the well-known "death" or "overturning" of the waters, especially standing water, with correspondingly detrimental consequences for the natural water cycle and possibly also for keeping it clean of the groundwater.
• ·• ·
Um die Phosphatbelastung der Gewässer zu vermindern oder wenigstens zu stabilisieren wird daher in zunehmendem Masse eine Phosphatelimination in den komunalen und sonstigen Abwässern im Bereich der Kläranlagen angestrebt und auch bereits verwirklicht. Dazu ist es bekannt, Fällungsreaktionen durch Zugabe von Eisensalzen, insbesondere von Eisen-III-Chlorid, oder anderen Fällungsmitteln einzuleiten. Dadurch werden die Phosphorverbindungen ausgefällt.To reduce the phosphate pollution of the water or at least to stabilize it is therefore increasingly a phosphate elimination in the municipal and other wastewater aimed at in the field of sewage treatment plants and has already been implemented. For this purpose it is known to carry out precipitation reactions by adding of iron salts, especially iron (III) chloride, or others Initiate precipitants. This causes the phosphorus compounds to precipitate.
Es werden neuerdings bekanntermassen Mittel für eine gröbere Koagulation der Schwebestoffe angewendet, sogenannte Flockungs-Hilfsmittel, unter deren Wirkung die Schwebestoffe eine Zusammenballung zu flockenartigen Gebilden erfahren. Während die Schwebestoffe im erforderlichen Masse nur durch Einsatz aufwendiger apparativer Mittel, beispielsweise von Suspensionsfiltern, unmittelbar abzutrennen wären, kann das Flockenmaterial mit Hilfe von gröberen Filtern erfasst werden. Hierzu werden bekanntermassen Granulatfilter eingesetzt, nämlich in Form von üblichen Sandfiltern.It has recently been known to provide means for a coagulation that is coarser the suspended solids used, so-called flocculation aids, under the effect of which the suspended solids are agglomerated to form flaky structures. While the suspended solids in the required mass can only be separated directly by using expensive apparatus, for example suspension filters the flake material can be captured with the help of coarser filters. It is known that granulate filters are used for this purpose used, namely in the form of conventional sand filters.
Solche Granulatfilter sind von hoher Wirksamkeit, sie unterliegen jedoch einer vergleichsweise raschen Verschmutzung mit Abfall der Filterdurchlasshäufigkeit durch tiefergehendes Eindringen des Flockenmaterials in die Hohlräume der Granulatschüttung als Filtermedium. Es sind deshalb periodisch komplizierte Rückspülprozesse erforderlich.Such granulate filters are highly effective, but they are also subject to comparatively rapid contamination Reduction of the filter passage frequency due to deeper penetration of the flake material into the cavities of the granulate bed as a filter medium. They are therefore periodically complicated Backwash processes required.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur Flockungsfiltration von Abwasser, das sich durch hohen Wirkungsgrad hinsichtlich der Gesaitit-Feststoffabtrennung, d.h. durch geringe mechanische Beanspruchung des Flockenmaterials, und durch vergleichsweise geringen Betriebsaufwand bzw. grosse wartungsfreie Betriebsintervalle auszeichnet. Die ergindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe sieht bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art vor; dass das Abwasser zur Flockenabtrennung durch mindestens einen porösen Filterschichtkörper geführt wird.The object of the invention is therefore to create a method for flocculation filtration of wastewater that is characterized by high Efficiency in terms of total solids separation, i.e. due to the low mechanical stress on the flake material, and due to the comparatively low or large operating expenditure maintenance-free operating intervals. The solution according to the invention to this problem is seen in a method as mentioned at the beginning Kind before; that the waste water is passed through at least one porous filter layer body to separate the flakes.
Poröse Filterschichtkörper sind an sich bekannt, wurden bisher jedoch nicht für eine Abwasser-Flockenfiltration eingesetzt. Es hat sich durch praktische Untersuchungen ergeben, dass mit solchen insbesondere hoher Abtrennungsgrad erreichbar ist, der auf sehr geringe mechanische Beanspruchungen des Flockenmaterials bei der Bewegung und Anlagerung an der Filteroberfläche zurückzuführen ist. Das Flockenmaterial zerfällt daher beim Filtriervorgang nur zu einem sehr geringen Teil, was neben dem erhöhten Abtrennungsgrad auch ein im Vergleich zu den üblichen Abwasser-Sandfiltern wesentlich geringeres Eindringen der Feststoffpartikel in die Hohlräume des Filterschichtkörpers zur Folge hat.Porous filter layer bodies are known per se, have been so far but not used for waste water flocculation filtration. Practical research has shown that with such a particularly high degree of separation can be achieved, which is based on very low mechanical stresses on the flake material due to movement and accumulation on the filter surface is. The flake material therefore only disintegrates to a very small extent during the filtering process, which is in addition to the increased Degree of separation compared to the usual waste water sand filters the result is significantly less penetration of the solid particles into the cavities of the filter layer body.
· ■ ι· ■ ι
ψ » ψ »
Eine wesentliche Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens beruht auf der ebenfalls in eingehenden Untersuchungen gewonnenen Verwendung von aus einem Faseraggregat, vorzugsweise aus einem Wirrfaservlies, bestehenden Filterschichtkörpern für die Abtrennung des Flockenmaterials. Es ist hervorzuheben, dass mit textlien Filterschichtkörpern offenbar kein einem Wirrfaservlies vergleichbarer Abtrennungsgrad mit Bezug auf das Flockenmaterial erreicht werden kann. Dabei haben sich speziell besondere Porositätsverhältnisse bei Wirrfaservliesen als vorteilhaft erwiesen. Demzufolge wird für das Festfaservlies zweckmässig ein Festkörper-Raumanteil im Bereich zwischen 8% und 13%, gewählt.An essential development of the method according to the invention is based on the use of a fiber aggregate, preferably a fiber aggregate, also obtained in detailed investigations Random fiber fleece, existing filter layers for separation of the flake material. It should be emphasized that textile filter layers are obviously not a tangled fiber fleece comparable degree of separation with respect to the flake material can be achieved. Particularly special porosity ratios have been found here proven to be advantageous for tangled fiber fleeces. Accordingly, a solid volume fraction is expedient for the solid fiber fleece in the range between 8% and 13%.
Ferner hat sich herausgestellt, dass es für den Wirkungsgrad der Flockungsfiltration und der Gesamt-Feststoffabtrennung im Bereich der Phosphatfilterung auch auf bestimmte Werte des mittleren Faserdurchmessers im Wirrfaservlies ankommt. Demzufolge wird zweckmässig ein Faservlies mit einem mittleren Faserdurchmesser von vorzugsweise in einem Bereich zwischen 60 χ 1O~ mm und 70 χ 10~ mm gewählt.Furthermore, it has been found that it is important for the efficiency of the flocculation filtration and the total solids separation in the In the area of phosphate filtration, certain values of the mean fiber diameter in the random fiber fleece are also important. As a result a fiber fleece with an average fiber diameter of preferably in a range between 60 χ 10 ~ mm and 70 χ 10 ~ mm were selected.
Λ.Λ.
Weiterhin hat sich ein besonders hoher Phosphat-Abtrennungsgrad mit vergleichsweise geringer Fällungsmitteldosierung bei anwendung eines porösen Feststoff-Filtermediums in Verbindung mit der Anwendung von an sich bekannten Flckungs-Hilfsmitteln ergeben. Als solche Flockungs-Hilfsmittel kommen Polyelektrolyte in Betracht, beispielsweise AP 45 / NP 10 / MGL 4213 / XZ 86216. Ein solches Verfahren erlaubt insbesondere auch eine Kombination mit der Anwendung von biologischen Reinigungsstufen an sich bekannter Art. In diesen Reinigungsstufen erfolgt bekanntlich ein Abbau von organischen Inhaltsstoffen des Abwassers mit Hilfe von Mikroben verschiedener Art.Furthermore, there is a particularly high degree of phosphate separation with a comparatively low amount of precipitant when used of a porous solid filter medium in conjunction with the use of per se known staining aids. Such flocculation aids are polyelectrolytes, for example AP 45 / NP 10 / MGL 4213 / XZ 86216. Such a method in particular also allows a combination better known per se with the use of biological purification stages Art. In these purification stages, as is well known, organic constituents of the wastewater are broken down with the help of Microbes of various kinds.
Die der Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen haben gezeigt, dass die Versetzung des Abwassers mit geeigneten Phosphat-Fällungsmitteln bereits unmittelbar im Bereich einer solchen biologischen Reinigungsstufe vorgenommen werden kann, ohne die Wirksamkeit der mikrobiologischen Abbauprozesse zu beeinträchtigen. Dies gilt jedoch nicht für die Einleitung bzw. Verstärkung der Flockenbildung durch Zugabe von Flockungs-Hilfsmitteln der vorgenannte Art.The studies on which the invention is based have shown that the treatment of the waste water with suitable phosphate precipitants can be carried out directly in the area of such a biological purification stage without the effectiveness to impair the microbiological degradation processes. However, this does not apply to the initiation or intensification of the formation of flakes by adding flocculants the aforementioned Art.
Grundsätzlich können für Zwecke der erfindungsgemässen Flockungsfiltration Filtereinrichtungen und -anlagen unterschiedlichen Aufbaues und ebensolcher maschineller Funktion verwendet werden, sofern ein poröser Filterschichtkörper der vorstehen erläuterten Art eingesetzt ist. Besonders günstige Betriebsverhältnisse mit grossen wartungsfreien Betriebsintervallen und mit vergleichsweise geringem Arbeitsaufwand für die Wartungs- und Reinigungsarbeiten haben sich jedoch durch den Einsatz von Trommelfiltern ergeben. Diese erlauben mit Hilfe einfacher Konstruktionen einen hohen Raumausnutzungsgrad in Bezug auf den beanspruchten Abwasser-Beckenraum. Vor allem hat sich der Einsatz von Drehtrommelfilterη als optimal erwiesen/ weil diese über die vorgenannten Vorteile hinaus eine optimale Einstellung der Relativbewegung zwischen Abwasser bzw. Flockenmaterial und Filterschicht im Sinne einer schonenden Flockenbehandlung einerseits sowie einer intensiven Berührung zwischen Abwasser und Filterschicht andererseits ermöglichen. Insbesondere kann bei solchen Drehtroiranelfiltern auch mit einfachen konstruktiven Mitteln eine kontinuierliche oder intermittierende Oberflächenabsaugung vorgesehen werden, womit nicht nur die wartungsfreien Betriebsintervalle weiter vergrössert werden, sondern auch das an der Filteroberfläche angesammelte Flockenmaterial samt etwa durch Verfall entstandenem Schlammanteil unmittelbar entfernt werden kann.Basically, for the purposes of the flocculation filtration according to the invention Filter devices and systems of different structures and mechanical functions are used, provided that a porous filter layer body of the type explained above is used. Particularly favorable operating conditions with Large maintenance-free operating intervals and with comparatively little effort for maintenance and cleaning work have, however, been achieved through the use of drum filters result. With the help of simple constructions, these allow a high degree of space utilization in relation to the wastewater basin space used. Above all, the use of rotary drum filters proven to be optimal / because this, in addition to the aforementioned advantages, is an optimal setting of the relative movement between the wastewater or flake material and filter layer in terms of a gentle flake treatment on the one hand and an intensive one On the other hand, allow contact between wastewater and filter layer. In particular, in the case of such rotary troiranel filters a continuous or intermittent surface suction can be provided with simple structural means, with which not only further increased the maintenance-free operating intervals but also the flake material that has accumulated on the filter surface, including any that may have arisen from decay Sludge can be removed immediately.
Weitere Mer]onale und Vorteile der Erfindung werden anhand des in der Zeichnung schernatisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierin ist eine Abwasser-Kläranlage mit Flockungsfiltration in Form eines Block- und Funktionsplanes wiedergegeben. Further mer] onale and advantages of the invention are based on the in the drawing schematically illustrated embodiment. Here is a wastewater treatment plant with flocculation filtration in the form of a block and function plan.
Die dargestellte Kläranlage umfasst im Anschluss an einen Zulauf ZL mit nachfolgendem Hebelwerk HW und Rechen RC sowie Sandfang SF eine Vorklärstufe VK, beispielsweise in Form eines üblichen Absetzbeckens. Hierauf folgt eine biologische Reinigungsstufe BRS mit einer laufenden Belüftung der mikrobiologischen Aktivmasse. Im Anschluss an die biologische Reinigung ist im allgemeinen eine Nachklärstufe NK erforderlich, um den in der biologischen Reinigungsstufe ausgeschiedenen Ueberschuss-Schlamin abzutrennen. Diese Nachklärstufen sind ebenfalls im allgemeinen als Absetzbecken ausgebildet.The wastewater treatment plant shown comprises an inlet ZL with a subsequent lever system HW and rake RC as well as a sand trap SF a primary clarification stage VK, for example in the form of a conventional one Settling basin. This is followed by a BRS biological cleaning stage with continuous aeration of the microbiological active material. Following the biological cleaning, a secondary clarification stage NK is generally required in order to achieve that in the biological cleaning stage separate excess sludge that has been separated out. These final clarification stages are also generally used as settling tanks educated.
Für Zwecke der Phosphatelimination ist eine Zuführeinrichtung PFM für ein geeignetes Phosphat-Fällungsmittel mit an sich bekannten, nicht näher dargestellten Dosier- und Eingabemitteln vorgesehen.. Von hier aus erfolgt die Steuerung der Abwasserversetzung mit Fällungsmittel sowie die Verteilung auf verschiedene Zuführ- und Versetzungsstellen. Dabei versteht es sich, dass je nach Gegebenheiten des Anwendungsfalles nur einer dieser Zuführkanäle oder eine beschränkte Anzahl derselben vorgesehen oder aktiviert werden kann.For the purpose of phosphate elimination, a PFM feed device for a suitable phosphate precipitant with known, Dosing and input means not shown in more detail are provided. From here, the wastewater displacement is controlled with precipitant as well as distribution to various feed and transfer points. It goes without saying that depending on the circumstances of the application, only one of these feed channels or a limited number of these can be provided or activated.
~ KO - ·1τ ι) ι,, ~ KO - · 1τ ι) ι ,,
- Al. - Al.
Ein erster Fällungsmittel-Zuführkanal I ist unmittelbar an die biologische Reinigungsstufe BRS angeschlossen. Eine solche Verfahrensführung bewirkt also eine Kombination der Phosphat-Fällungsprozesse mit den biologischen Abbau- und Umwandlungsprozessen. Eine entsprechende Zuführung kann selbstverständlich auch kurz vor der biologischen Reinigungsstufe vorgenommen werden.A first precipitant supply channel I is directly connected to the biological purification stage BRS connected. Such a procedure brings about a combination of the phosphate precipitation processes with the biological degradation and conversion processes. A corresponding supply can of course also be short before the biological purification stage.
Endlich führt ein zweiter Fällungsmittel-Zuführkanal II im Abflussbereich der Nachklärstufe zum Abwasser.Finally, a second precipitant feed channel II leads in the drainage area the final clarification stage to the wastewater.
Ferner umfasst die Anlage eine Zuführeinrichtung FHM für Fällungs-Hilfsmittel mit einem entsprechenden Zuführkanal III.The system also includes a feed device FHM for precipitation aids with a corresponding feed channel III.
- 4h- - 4h-
Bei Verwendung des Zuführkanals III für das Flockungs-Hilfsmittel in Verbindung mit dem Zuführkanal II für das Fällungsmittel erfolgt im wesentlichen eine Mischung der beiden Wirkstoffe, jedoch mit Einwirkung auf das vergleichsweise weitgehend vorgereinigte Abwasser im Abflussbereich der Nachklärstufe.When using the feed channel III for the flocculation aid In connection with the feed channel II for the precipitant, there is essentially a mixture of the two active ingredients, but with an effect on the comparatively largely pre-treated wastewater in the discharge area of the secondary treatment stage.
Insbesondere für die letztgenannte Verfahrensausführung empfiehlt sich die Anordnung eines Reaktionsbeckens RA, in welchem die Fällungs- und Flockungsreaktionen bei vergleichsweise Einwirkdauer ablaufen können.Particularly recommended for the last-mentioned execution of the procedure the arrangement of a reaction basin RA, in which the precipitation and flocculation reactions with a comparatively long exposure time can expire.
Ausschlaggebend für den Gesamt-Abtrennungsgrad ist eine abschliessend angeordnete Flocken-Filtrationsstufe FLF, insbesondere eine solche mit einem Drehtrommelfilter der vorstehend erwähnten Art. Damit erfolgt die Entfernung der koagulierten Feststoffe und bei entsprechend feinporösem Filtermaterial auch eine Suspensionsfilterung mit Entfernung von restlichen Schwebestoffen.A final one is decisive for the overall degree of separation arranged flake filtration stage FLF, in particular one with a rotary drum filter of the type mentioned above the coagulated solids are removed and, if the filter material is fine-pored, suspension is also filtered with removal of remaining suspended matter.
Vom Ablauf AL des gereinigten Abwassers wird im Beispielsfall ein Rücklauf RL abgezweigt, und zwar wie dargestellt insbesondere im Zulaufbereich der Vorklärstufe VK.In the example, a return RL is branched off from the outlet AL of the purified wastewater, in particular as shown in the inlet area of the primary clarification stage VK.
Abschliessend ist hervorzuheben, dass insbesondere auch für die Nachklärstufe im Anschluss an die biologische Reinigungsstufe der Einsatz eines Drehtrommelfilters anstelle eines einfachen Absetzbeckens mit üeberlauf in Betracht kommt. Dies empfiehlt sich vor allem bei den dargestellten Reaktionsmittel-Zuführvarianten r die einen Beginn oder sogar hauptsächlichen Ablauf der Fällungs- und Flockungsreaktionen im Bereich der biologischen Reinigung beinhalten. Eine intensive Nachklärung übernimmt dann bereits einen wesentlichen Anteil der gesamten Feststoffabtrennung. In entsprechender Weise kann im übrigen das gesamte Verfahren mehrstufig mit aufeinanderfolgenden Fällungs- und Flockungssowie Filtrierstufen ausgestaltet werden.Finally, it should be emphasized that the use of a rotary drum filter instead of a simple settling basin with an overflow is also possible, especially for the secondary clarification stage following the biological cleaning stage. This is particularly recommended in the case of the reactant supply variants r shown, which include a beginning or even the main course of the precipitation and flocculation reactions in the field of biological cleaning. An intensive final clarification then already takes over a substantial part of the total solids separation. In a corresponding manner, the entire process can also be designed in several stages with successive precipitation, flocculation and filtration stages.
Claims (1)
Versetzung von Abwasser mit Phosphat-Fällungsmittel nach Behandlung des Abwassers in mindestens einer biologischen Reinigungsstufe durchgeführt wird.10. The method according to claim 8, characterized in that the
Relocation of wastewater with phosphate precipitant after treatment of the wastewater is carried out in at least one biological purification stage.
nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zuführung von Phosphat-Fällungsmittel zum Abwasser teilweise im Bereich mindestens einer biologischen Reinigungsstufe sowie teilweise im Abflussbereich dieser Reinigungsstufe,
insbesondere im Abflussbereich einer der biologischen Reinigungsstufe folgenden Nachklärstufe, durchgeführt wird.13. The method according to claims 9 and 10, in particular also
according to claim 11 or 12, characterized in that the
Supply of phosphate precipitant to the wastewater partly in the area of at least one biological cleaning stage and partly in the drainage area of this cleaning stage,
is carried out in particular in the drainage area of a secondary clarification stage following the biological purification stage.
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Nachklärbehandlung des Abwassers mittels eines oder mehrerer poröser Filterschichtkörper durchgeführt wird.14. The method according to one or more of claims 10 to 13,
characterized in that at least one secondary treatment of the wastewater is carried out by means of one or more porous layered filter bodies.
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