DE3333602A1

DE3333602A1 - Verfahren zur beseitigung bzw. verhinderung von verstopfungen in tiefenbelueftern bei der wasseraufbereitung und abwasserbehandlung unter betriebsbedingungen

Info

Publication number: DE3333602A1
Application number: DE19833333602
Authority: DE
Inventors: Ulrich 8730 Uznach Bretscher
Original assignee: Osakeyhtioe Nokia 00101 Helsinki AB; Nokia Oyj
Current assignee: Nopon Helsinki Fi Oy
Priority date: 1982-09-16
Filing date: 1983-09-16
Publication date: 1984-03-22
Also published as: FR2533207A1; SE8304939L; GB2130570B; FI76061C; DE3333602C2; GB8324649D0; CA1203328A; ATA331083A; FI833316A0; FI833316A; AT392061B; FI76061B; IT1170498B; CS248709B2; CH658044A5; SE8304939D0; IT8348981A0; GB2130570A; FR2533207B1

Description

Verfahren zur Beseitigung bzw. Verhinderung von Verstopfungen in Tiefenbelüftern bei der' Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung unter Betriebsbedingungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beseitigung bzw. Verhinderung von Verstopfungen in Tiefenbelüftern bei der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung unter Betriebsbedingungen.

^ Tiefenbelüfter, d.h. Belüfter, die nahe dem Boden des Belüftungsbecken angeordnet sind, haben einen geringeren Energiebedarf und ein besseres Lufteintragevermögen als seitlich im Belüftungsbecken angeordnete Belüfter.

¹^ Beim Betrieb von Belüftungssystemen in Wasseraufbereitungs- oder Abwasserbehandlungsanlagen bilden sich in den Poren der Belüfter nach kürzerer oder längerer Zeit Ablagerungen. Sie bestehen in der Regel zur Hauptsache aus Calciumcarbonat und/oder Eisenphosphat und/oder organischen Stoffen. Wie rasch diese Ablagerungen zur Verstopfung der Belüfter führen, hängt nicht nur vom Material, aus dem die Belüfter hergestellt sind (z.B. verschiedene Kunststoffe wie Polyäthylen, Polypropylen oder Polystyrol oder keramische Sintermaterialien) und dem Luftdurchsatz, sondern in erster Linie von der Zusammensetzung des zu behandelnden Wassers ab. Die Ablagerungen beeinträchtigen das Sauerstoffeintragevermögen der Belüfter und verursachen eine Erhöhung des Energieverbrauchs. Sie treten sowohl bei sogenannten Tellerbelüftern (Filterdomen) als auch bei Kerzenbelüftern auf.

Bei einem Verfahren zur Reinigung von Tiefenbelüftern wird das Belüftungsbecken entleert, die Belüfter werden ausgebaut, eingeweicht und gewaschen (in einem Säurebad, das meist aus Salzsäure besteht) und wieder eingebaut

und das Becken wieder in Betrieb genommen. Da die Belüftungsbecken bis zu 1000 oder mehr Teilerbelüfter enthalten können, ist dieses Vorgehen mühsam und zeitig raubend. Außerdem wird dadurch das Funktionieren von Kläranlagen beeinträchtigt, oder das Abwasser muß sogar an ihnen vorbeigeführt werden. In gewissen Anlagen muß eine solche Reinigung mehrmals im Jahr erfolgen.

Es gibt auch schwenkbare Belüftersysteme, die zur Reinigung aus dem Belüftungsbecken herausgeschwenkt werden können,jedoch sind derartige Systeme wegen der erforderliehen Gelenkverbindungen teuer.

.,_ Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen die Reinigung bei eingebauten Belüftungsanlagen durchgeführt wird, indem z.B. Chlor oder Chlorwasserstoff benutzt wird, siehe z.B. R.B. Jackson "Maintaining Open Diffusor Plates with Chlorine", Water Works & Sewerage, September 1942, S. 380 bis 382; W.M. Franklin "Purging Diffusor

Plates with .Chlorine", Water Works &. Sewerage, Juni 1939, S. 232 bis 233; "Manual of Practice No. 5", Federation of Sewage and Industrial Waters Associations, Champaign, Illinois, 1952, S. 60 bis 61; US-PS 26 86 138 und

EP Patentanmeldung No. 49154.
25

Die darin beschriebenen Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, daß sie starke Säuren und Oxidationsmittel benutzen, die verschiedene Probleme verursachen wie z.B.

Korrosion der Rohre und der Verteiler, 30

die Benutzung von sehr gefährlichen Gasen in Druckflaschen ist riskant und Störungen an den Dosierungsapparaten können zusätzlich gefährlich werden,

es besteht die Gefahr, daß die biologische Reinigung des Wassers beeinträchtigt wird oder daß die Bakterienkulturen vernichtet

werden,

infolge Korrosion und wegen der Sicherheitsmaßnahmen sind solche Anlagen sehr kostspielig.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren sollen solche Nachteile vermieden, d.h. der Betrieb solcher Anlagen vereinfacht und verbilligt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung oder Verhinderung von Verstopfungen in Tiefenbelüftern bei der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung unter Betriebsbedingungen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Ameisensäure in das Gas, das dem Belüfter zugeführt wird, eingeführt wird, ohne daß der Belüfter stillgelegt werden muß.

Das Gas, das dem Belüfter zugeführt wird, ist normalerweise Luft oder Sauerstoff, z.B. Druckluft. Ameisensäure wird vorzugsweise als Gas oder Dampfneb'el zuge-

führt, es kann jedoch als Nebel eingesprüht werden.

Im Vergleich zu den oben erwähnten Mineralsäuren sind die organischen Säuren schwächer. Jedoch sind selbst kleine Säuremengen stark genug, um normale Verstopfungen aufzulösen, die- durch Ca- und Fe-Ablagerungen verursacht werden bzw. um eine Verschleimung im Betriebe zu verhindern. Ameisensäure ist außerdem flüchtig genug, um sie in das Verteilerrohr, durch das das Gas dem Belüfter zugeführt wird, einspritzen zu können. 30

Eine wesentliche Anforderung an das Mittel ist es, daß die Reinigungschemikalie im Verteilernetz oder dem Belüfter keine Korrosionen verursacht. Das Luftverteilungsnetz oberhalb des Behälters wird normalerweise aus mit Chrom und Nickel legiertem Stahl hergestellt. In bestimmten Fällen werden auch verzinkte Stahlrohre

Anteil %	Temperatur C	Korrosion
		HCOOH
0,1	20-50 ·	-
0,5	70	0
0,5	50	-
1	40-50	0
5	20	0
10	20	0
25	20	0
50	20	0

benutzt. In der nachfolgenden Tabelle sind die Wirkungen von Ameisensäure und Salzsäure auf einen Stahl mit 18% Cr und 9% Ni einander gegenübergestellt (die Daten wurden "Korrosionstabellen für rostfreie Stähle, Jernkontoret, Stockholm, D 226, Stockholm 1979, Carlsonpress offsetstryckeri AB, S. 20,45,46 und 58" entnommen)

-t p. A.X\^\J\Ji.l XiOJu

2 2

5 20 0 2

2 2 2

Darin bedeuten:

0 Korrosionsbetrag 0,1 mm/Jahr, d.h. das Material ist korrosionsfest;

1 Korrosionsbetrag 0,1-1,0 mm/Jahr, d.h. das Material ist nicht korrosionsfest, es kann jedoch in bestimmten Fällen benutzt werden;

2 Korrosionsbetrag ist 1,0 mm/Jahr ρ Punktkorrosion ist möglich.

Es ist bekannt, daß Salzsäure Zink in starkem Maß auflöst. Um die Auswirkung von Ameisensäure festzustellen, wurde die Wirkung auf ein galvanisiertes Blech (160g/m²) untersucht. In dem Versuch wurden die Bleche einem Dampf von gesättigter Ameisensäure ausgesetzt. Die Korrosion des Zinks wurde nach 400 Stunden Versuchsdauer ermittelt. Nach den Richtlinien für feuerverzinkte Bleche beträgt dia Zinkschicht auf einem 1 -10 mm Rohr

'--: · :":. : όό ό JDUZ

420g/m². Nach dem Test würde eine solche Zinkschicht nach 1000 Betriebsstunden durchkorrosiert sein. Bei regelmäßig wiederholten Reinigungen (siehe unten beschriebene Beispiele) beträgt die jährliche Reinigungszeit weniger als 10 Stunden. Die Betriebsbedingungen sind nicht so hart wie die Versuchsbedingungen. Ameisensäure ist also auch unschädlich für verzinkte Eisenrohre.

Im Vergleich zu den Risiken, die bei den bekannten Verfahren mit der Lagerung und der Dosierung der Chemikalien und den komplizierten Einrichtungen verbunden sind, ist die Anwendung von Ameisensäure leicht und einfach. Das Dosierungsgerät kann eine handelsübliche

Dosierungspumpe für Chemikalien sein, die mit einer 15

Düse versehen ist, durch die Ameisensäure in die Luft eingesprüht wird.Ameisensäure kann direkt aus einem Transportbehälter z.B. einer Kunststoffkanne, abgesaugt werden. So wird der Aufwand für die Handhabung

dieser Chemikalie zu einem Minimum. Wenn eine einstell-20

bare Dosierungs.pumpe benutzt wird, ist ein Durchflußanzeiger überflüssig.

Als Pumpe kann eine Hochdruck-Farbspritzpistole verwendet werden. Eine Pumpe mit einem Beschickungsrohr 25

ist ebenfalls einsetzbar; auf diese Weise können flüchtige oder gasförmige Chemikalien eingeführt werden. Vorzugsweise wird die Chemikalie jedoch mittels einer Pumpe und eines Vergasers, d.h. eines überlauf-,

Schwimmer- oder Injektionsvergasers dosiert in das Gas 30

eingeführt. Dabei wird sichergestellt, daß keine unvergasten Ameisensäuredämpfe im Gasverteilernetz abgeschieden werden, sondern, daß die Ameisensäuredämpfe gleichmäßig den verschiedenen Belüfterapparaten zugeleitet

werden. Kombination solcher Dosierungseinrichtungen 35

können ebenfalls vorgesehen werden.

οββ »β

Ameisensäure kann in die Gaszuführungsleitung, vorzugsweise eine Druckluftleitung, vor oder hinter dem Kompressor eingeführt werden. Beispielsweise kann die

Chemikalie in das Hauptverteilerrohr oder in das Ver-ο

sorgungsrohrsystem eines individuellen Belüftungssektors eingespeist werden.

Ameisensäure ist besonders geeignet, weil sie biologisch zersetzbar und nicht toxisch für die Belebtschlamm-Biozönose von Abwasserbehandlungsanlagen ist. Ameisensäure, die in einer großen Wassermenge aufgelöst ist, dient als Basis für aerobische Bakterien. Die verwendete Ameisensäure enthält normalerweise 50 - 8 5%-ige Ameisensäure. Vorzuziehen ist eine 85%-ige technische Ameisensäure, da diese ein billiges technisches Produkt ist und nur wenig Wasser enthält.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können umfangreiche Verstopfungen der Belüfter schon durch eine Behandlung von nur wenigen Stunden aufgelöst werden, sodaß der Druckverlust am Belüfter in der Regel nahezu auf den Wert eines neuen Belüfters herabgesetzt wird. Die Chemikalien können auch kontinuierlich in geringen Mengen zugesetzt werden, wodurch einer Verstopfung der Düsen wirkungsvoll vorgebeugt wird. Zweckmäßige Dosierungswerte können leicht durch Erprobungen ermittelt werden.

Da der ph-Wert eines schwach gepufferten Wassers, d.h.

eines weichen zu behandelnden Wassers durch die Beigabe 30

größerer Säuremengen extrem groß sein kann, ist es zweckmäßig in solchen Fällen ein Puffermittel wie Natriumlbikarbonat in den Belüfterbehälter zuzusetzen. Unter normalen Bedingungen ist dies jedoch nicht notwendig.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnurgen näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine Versuchsanordnung um eine dauernd verstopfungsfreie Einrichtung in einer großen Anlage zu erproben,

Fig. 2 den Druckverlauf am Monometer nach Fig. 1 unter Einsatz einer Belüftung bei drei verschiedenen Gebläsestufen, gemessen im Laufe eines Jahres in bar.
10

Beispiel 1.

Die Versuche wurden in einer Abwasserbehandlungsanlage für eine Bevölkerung von etwa 70000 Menschen durchge-₁P-führt. Der Abwasseranfall stammt hauptsächlich aus einem Großschlachthof und einer Tiermehl-Fabrik; zusätzlich sind rd. 5000 Einwohner an das Kanalisationsnetz angeschlossen.

_on Die untersuchten Belüftungsbehälter sind ebenfalls mit Nokia Teilerbelüftern des Typs HKL-215 ausgerüstet und zahlenmäßig folgendermaßen auf die beiden Stufen verteilt: 1268 Belüfter im Belüfterbehälter der 1. Stufe und 528 Belüfter im Belüfterbehälter der

_oc 2. Stufe.

Nach einem Betrieb von etwa 2 Jahren mußten die Belüfter bereits zweimal ausgetauscht werden. Genauere Analysenhaben ergeben, daß die Teller nicht nur an der wasserseitigen Oberfläche, sondern auch in den Poren verkrustet waren. Die Verschmutzungen bestanden haupt-30

sächlich aus Kalziumkarbonat; die Verstopfungen der 1. Stufe waren generell schwerwiegender als diejenigen in der 2. Stufe.

Die Versuchsanordnung geht aus Bild 1 hervor. Die Druck-35

luftleitung vom Gebläse zum Belüfterbehälter besteht

aus verzinktem Stahl, im Belüftungsbehälter selbst aus V4A-Stahl. Die Luftverteilungsroste auf der Behältersohle sind aus PVC-Kunststoff, 0 120 mm, ausgeführt.

Die Ameisensäure wird mit zwei Dosierpumpen mit 5

Q =18 l/h in die V4A-Leitung eingegeben. Damit keine Säure in die Gebläse zurückfließen kann, wird sie im vertikalen Rohrabschnitt, der zur Behältersohle hinunterführt, durch eine Düse in die Luftströmung eingesprüht.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Druckverlauf in bar der Gebläse 1, 1+2, 1+2+3. Zur einfacheren Interpretation werden drei Phasen unterschieden. Phase I stellt die Verhältnisse kurz vor dem letztmaligen Auswechseln

der Belüfter dar. Dabei konnte das Gebläse 3 nicht mehr 15

zugeschaltet werden, da dann dessen Luft über das Überdruckventil abgeblasen worden wäre. Am 2. Dezember, dem Beginn der Phase II, ist die Anlage mit den ausgetauschten, gereinigten Tellern wieder in Betrieb genommen

worden. Innerhalb von drei Betriebsmonaten ohne Zugabe 20

von Ameisensäure war bereits wieder eine deutliche Druckrzunähme zu verzeichnen. Ab 2. März wurde 85%-ige Ameisensäure der Druckluft beigegeben, mit dem Erfolg, daß während der Phase III der Druck auf fast denjenigen

neuwertiger Belüfter absank.
25

Für die Säuredosierung muß zwischen der 1. und der

2. Stufe unterschieden werden. Nach verschiedenen Vorversucheh, in denen meist eine zu hohe Säuremenge der

Druckluft beigegeben wurde, lassen sich folgende Angaben 30

als Richtwerte empfehlen:

q = 0,8 ml/(Teller.d) q = 0,9 ml/(Teller.d), wobei q der täglichen Zugabe pro Teller entspricht.

Sie wird vorteilhaft wöchentlich ein- bis zweimal durch-

geführt. Infolge der Langzeitwirkung kann für die fol-

: ; -. . _: . .ν. . * _la ι OOOOOUJL

genden Tage mit einem Betrieb ohne Verkrustungserscheinungen gerechnet werden. Als Dosierzeit genügt eine Viertelstunde. Falls bei diesen Dosiermengen in den

darauffolgenden zwei bis drei Monaten kein Druckanstieg ο

zu verzeichnen ist, kann die spezifische Säuremenge g um rd. 30% reduziert werden.

In der untersuchten Kläranlage wurden jährlich rd. 680 1 technische 85%-ige Ameisensäure benötigt, die einem Wert von SFr 900,— entsprechen. Dieser Aufwand ist im Vergleich zu den sonst erhöhten Stromkosten, den aufwendigen Reinigungsarbeiten und der Stillegung und Wiederinbetriebnahme der Belüftungsbehälter vernachlässigbar, gering.
15

Beispiel 2

Die Abwasserbehandlunganlage der Stadt Turku/Finnland weist fünf Belüftungsbehälter auf, die mit insgesamt' 5250 Belüftern ausgerüstet sind.

Dem aktivierten Faulschlammprozeß wurde Eisensulphat zugegeben, um den enthaltenen Phosphor abzuscheiden. Nach einer Betriebsdauer von 2,5 Jahren war der Druck vor den Belüftern infolge des Eisensulphats und eines Energiemangels um 0,06 bar angestiegen. Die Belüfter jeweils eines Belüfterbehälters wurden dadurch gereinigt, daß Ameisensäure durch eine Düse, die mit dem nach unten gerichteten Rohr durch eine Verbindungsmuffe verbunden war, eingespeist wurde. Ein Hochdruck- Zerstäuber für Farben wurde als Pumpe benutzt. Die Dosis betrug 0,4 kg/ Belüfter , d.h. 2100 1 85%-iger technischer Ameisensäure wurde in zwei Stunden zugesetzt. Infolge dieser Reinigung sank der Druck vor den Belüftern um 0,06 bar, d.h. er ging auf den Ausgangswert zurück. Infolge der Druckabsenkung verringerte sich der Energiebedarf der Anlage von 7450 kwh/Tag auf 6550 kwh/Tag. Die Reinigung durch die Ameisensäure beeinträchtigte die biologische Funktion in

keiner Weise, was durch die Analysedaten einer durchschnittlichen Probe an einem Reinigungstag bewiesen wurde:

pH-Wert COD BOD₇ feste Suspens. Gesamt-P.

Speisung der
Anlage

Speisung der

Belüfter

Auslaß aus der
2. Absetzstufe

7,	5	76	196	345	9	,3
7,	5	46	103	132	3	,4
7,	5	12	19(ATV8)-	9	0	,1

Diese Daten entsprechen den normalen Betriebsdaten der Abwasserbehandlungsanlage.

Beispiel 3

Die Wirkung der Ameisensäure auf eine Verschleimung wurde in der Toronto Lakeview Aiwasserbehandlungsanlage untersucht.

Zwei Nokia Nopol HKP-600 Zerstäuber wurden auf einzelnen 3/4" Rohrstücken befestigt und im Belüftungsbehälter eingebaut. Die Luftversorgung jedes Zerstäubers wurde in wöchentlichen Abständen überprüft. Die Zerstäuber wurden dazu über den Flüssigkeitsspiegel angehoben und untersucht. Einer der Rohrzerstäuber diente als Kontrollgerät. 30 g HCOOH/Woche wurden in die anderen Rohrzerstäuber eingespeist. Die wesentlichen Ergebnisse waren folgende:

der Kontrollzerstäuber verstopfte schnell,

ein Schleimüberzug in einer Stärke von mehr als 1 cm bildete sich innerhalb von 3 bis 4 Wochen aus,

der Probezerstäuber verstopfte sich am Anfang des Untersuchungszeitraums.Eine Einspeisung von 30 g Ameisensäure in den Luftstrom des Zerstäubers innerhalb von 0,5 Stunden, verringerte die Verschmutzung des Zerstäubers durch Bio-Masse ganz wesentlich.

Pate

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE
MITSCHERUCH

GUNSCHMANN · KÖRBER · SCHMIDT-EVERS

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT ■ PROF. REPRESENTATIVES BF.FORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

MANDATAIRES AGREES PRES L'OFFICE EUROPEEN DES BREVETS

OY NOKIA AB
Mikonkatu 15

SF-00100 Helsinki 10
Finnland

Dipl.-Ing. H. Mitscherlich Dipl.-lng. K. Gunschmann Dipl.-Ing. Dr. rer. nat. W. Körber Dipl.-Ing. J. Schmidt-Evers

Steinsdorfstraße 10 D-8000 München 22 Telefon (089) 29 66 84-86 Telex 523155mitshd Psch-Kto. Mchn 195 75-803 EPA-Kto. 28 000 206

16. September 1983 Dr.Kö/sh

PATENTANSPRÜCHE
2.

Verfahren zur Beseitigung bzw. Verhinderung von Verstopfungen bei Tiefenbelüftern bei der Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung unter Betriebsbedingungen ,
dadurch gekennzeichnet,

daß Ameisensäure in die Belüftungsapparate eingespeist wird, ohne daß diese abgeschaltet werden müssen.

Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß das in die Belüfter eingeführte Gas Luft oder

Sauerstoff ist.

OJOOUUZ.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Böden angeordneten Belüftungsapparate als Teller- oder Kerzenbelüfter ausgebildet sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ameisensäure in Gas- oder Nebelform eingespeist wird.
5. Verfahren nach' einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ameisensäure durch einen Dosierungsapparat, zum Beispiel eine Hochdruck-Farbspritzpistole, eine Pumpe

mit einer Speiseleitung zur Zuführung von leicht

flüchtigen oder gasförmigen Chemikalien oder vorzugsweise eine Pumpe und einen Vergaser oder mittels einer Kombination solcher Vorrichtungen in den Belüfter eingeführt wird. 20
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ameisensäure vor oder hinter dem Kompressor in die Gaszuführungsleitung eingespeist wird, die vorzugsweise eine Druckluftleitung ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ameisensäure in die Hauptverteilerleitung

oder in die Speiseleitung für die Gaszufuhr zu den einzelnen Belüftern eingespeist wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

■ daß die Ameisensäure als 50 - 85%-ige Ameisensäure

insbesondere als 85%-ige technische Ameisensäure verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei gering gepufferten Wässern bzw. Abwässern, d.h. Wässern oder Abwässern mit geringer Karbonathärte ein Puffermittel wie Natriumbikarbonat in den Belüfterbehälter eingegeben wird.