DE3501563A1 - Verfahren zum steuern des ph-wertes auf einen fuer die biologische aufbereitung von abwaessern notwendigen wert bei der mechanisch/chemisch/biologischen abwasserreinigung - Google Patents

Description

• "Verfahren zum Steuern des pH-Wertes auf einen für die
• biologische Aufbereitung von Abwässern notwendigen Wert bei der mechanisch/chemisch/biologischen Abwasserreinigung" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des pH-Wertes auf einen für die biologische Aufbereitung von Abwässern notwendigen Wert mit den Merkmalen des Oberberiffs des Anspruchs 1.
• Bei der Abwasserreinigung in Gemeinden oder Betrieben werden mechanische, biologische und chemische Verfahren einzeln oder zumeist in Kombination angewendet. In der mechanischen Phase werden Sink- und Schwimmstoffe abgeschieden. Grobe Sperrstoffe werden durch Rechen, durch Sandfänder oder dgl. zurückgehalten. Aufschwimmende Stoffe, wie Fette und Öle werder durch mechanische Abscheider zurückgehalten. In der biologischen Phase wird besonders die Fähigkeit der im Abwasser enthaltenden Kleinlebewesen oder Mikroorganismen, z.B. der aeroben Bakterien ausgenutzt, um organische Substandzen abzubauen und in niedermolekulare Verbindungen, insb. in Kohlendioxid, in Wasser, Nitrat und Sulfat zu überführen. In der chemischen Phase, die der biologischen Phase vorgeschaltet ist, benutzt man selektive Flockungsmittel und Sorptionsmittel, um Kolloide oder gelöste organische Substanzen aus den Abwässern zu entfernen. Als Fällungsmittel kommen neben Eìsen- oder Aluminiumsalzen vor allen Dingen Kalk oder Kalkgestein, wie Dolomitgestein in Frage. In der chemischen Phase werden vor allem die Stoffe ausgeschieden, die für eine Eutrophierung der Gewässer verantwortlich sind. Dazu gehören vor allem Phosphatverbindungen. Insbesondere wenn man nahezu alle eutrophierenden Stoffe in der chemischen Phase unwirksam machen will, sind größere Mengen an Kalk und Dolomitgestein notwendig, wobei der pH-Wert erheblich ansteigt. Diese hohen pH-Werte sind für die nachgeschaltete biologische Phase völlig ungeeignet. Es ist daher erforderlich, den pH-WErt vor Einleiten der Abwässer in die biologische Phase stark zu reduzieren, z.B. auf Werte zwischen 6,0 und 8,5, wobei der Wert von 8,5 etwa die oberste zulässige Grenze darstellt.
• Es ist bekannt, zur Neutrlisierung der Abwässer vor der Einleitung in die biologische Reinigungsphase C02 einzusetzen.
• Als Quelle für das C02 kommen Abgase aus Verbrennungsprozessen, z.B. aus Schlammverbrennungsanlagen, oder die direkte Verbrennung von natürlichen Brennstoffen, wie Rohöl, Propan in Frage. Der C02-Anteil dieser Gase liegt bei etwa 10 00. Alternativ dazu kann auch flüssiges Kohlendioxid verwendet werden. Bei der Einleitung von C02 in die mit Kalk behandelten Abwässer finden zur Kalkfällung auch chem.
• Reaktionen statt.
• Die bekannten Maßnahmen zur Behandlung derAbwässer mit CO, sind in aller Regel aufwendig und teuer. Wird das C02 durch Einblasen in die Abwässer eingeleitet, so entstehen große Verluste. Verwendet man entsprechend geschlossene Systeme, z.B. geschlossene Behandlungskammern, so ist der technische und finanzielle Aufwand besonders groß.
• Häufig ist der biologischen Phase eine Behandlungsphase der Abwässer über Algenwachstum nachgeschaltet, um die Reststoffe, die für die Eutrophierung verantwortlich sind, auszuscheiden. Solche Algenstufen werden vor allem dann verwendet, wenn eine Ausscheidung der eutrophierenden Stoffe in der chemischen Stufe oder die notwendige nachfolgende Neutralisation zu aufwendig sind. Es hat sich gezeigt, daß solche Algenbehandlungsphasen häufig nur sehr unvollkommen arbeiten, da in den Abwässern ein erheblicher Mangel an C02 herrscht.
• Es ist Aufgabe der Erfindung die aufgezeigten Probleme auf einfache und kostengünstige Weise zu beheben und insb.
• auch bei kleineren Abwasserreinigungsanlagen eine vergleichsweise problemlose Beseitigung praktisch aller zur Eutrophierung der Gewässer beitragenden Stoffe in der chemischen Behandlungsphase zu sorgen.
• Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.
• Bei dem neuen Verfahren werden die Abwasser nach Passieren der chemischen Reinigungsphase in einem Unterdrucksystem mit CO imprägniert.Das Einbringen des Gases erfolgt somit nicht wie üblich durch mechanisches Einleiten, wie Einblasen oder dergleichen. Vielmehr erfolgt die Einleitung in einem Imprägnierungs-Düsensystem, in dem in dem Abwasserstrom an örtlich begrenzten Stellen der Druck momenten gegenüber dem in der Strömung herrschenden Druck herabgesetzt wird.
• An diesen Bereichen der Druckherabsetzung wird die Strömung in freie Strömungsverbindung mit einer CO2 -G asphase gebracht, so daß durch die plötzliche, örtlich begrenzte Druckherabsetzung das C02 in den Abwasserstrom eingesaugt und in diesem außerordentlich rasch gleichmäßig verteilt und absorbiert wird, wobei die momentane Druckherabsetzung ausgeschlichen wird. Dieser Vorgang kann in der Strömung mehrfahc wiederholt weden, so daß mehrfach hintereinander durch momentane Druckherabsetzung C02-Gas in die Wasserströmung durch Unterdruck eingebracht wird. Es kann durch entsprechende nachgeschaltete momentane Unterdruckzonen, die in freier Strömungsverbindung mit stromabwärts liegenden Stellen des Abwasserstromes stehen, noch eine zusätzliche Rückmischung erfolgen. In jedem Fall wird das C02 in der Strömung außerordentlich gleichmäßig verteilt und intensiv absorbiert. Eine Druckentspannung, wie bei anderen Imprägnierungssystemen, erfolgt nicht, da nicht mit einem Überdruck gearbeitet wird, so daß auch keine Bläschenexpansion eintreten kann. Die Gasverluste sind damit außerordentlich gering. Auch der Aufwand ist klein, da das Imprägnierungs-Düsensystem einfach aufgebaut ist und praktisch keine beweglichen Teile enthält. Es braucht lediglich die für die Erzeugung des Wasserstromes notwendige Energie aufgebracht zu werden.
• Dabei ist es für die bevorzugte Ausführung des Verfahrens von besonderer Bedeutung, daß die Abwässer mit C02 in dem Imprägnierungs-Düsensystem bis auf Werte nahe der, d.h.
• nur wenig über oder nur wenig unter der natürlichen Absorptionsgrenze von C02 in Wasser bei den vorherrschenden Temperaturen in den Ab- wässern imprägniert wird.
• Bekanntlich liegt die natürliche Absorptionsgrenze von Kohlendioxid, z.B. in kondensiertem Wasser, wie Regenwasser, bei cirka 0,88 1 Gas pro 1 Wasser, wenn dieses eine Temperatur von cirka 200 aufweist. In jedem Liter Wasser sind also etwa 1,7 g C02 absorbiert.
• Nach dem erfindungsgemäß beschriebenen Verfahren wird mit relativ niedrigen Drücken die physikalische Lösung von CO im Abwasser erreicht. Das bedeutet gegenüber den kon-2 ventionellen Verfahren einen erheblich reduzierten und damit wirtschaftlicheren C02-Einsatz. Die natürliche Absorptionsgrenze wird beeinflußt durch im Abwasser gelöste Fremdgase und Mineralien.
• Bei dieser Verfahrensweise kann die Kalkzugabe in der chemischen Phase unbegrenzt oder so lange erfolgen, bis praktisch die gesamten Phosphate und anderen, die Eutrophierung der Gewässer fördernden Salze maximal ausgeschieden sind, da es keinerlei Probleme bereitet, auf ökonomische Weise nach dem neuen Verfahren den pH-Wert, selbst wenn er bis auf 11 oder höhere Werte ansteigt, ausreichend weit abzusenken. Die Kalkzugabe und die Absenkung des pH-Wertes in dem Imprägnierungs-Düsensystem kann zyklisch durchgeführt weden, indem das Abwasser im Kreislauf mehrfach nach einander durch die Kalkbehandlungsphase und/oder die Imprägnierungsphase geleitet wird. Es ist aber auch möglich in der chemischen Phase die Kalkzugabe in Mengen, die für die ausreichende Beseitigung der eutrophierenden Stoffe notwendig ist, zuzugeben und nachträglich das Abwasser so lange oder so oft durch das Imprägnierungsdüsensystem zu leiten, bis die erforderliche pH-Absenkung erreicht ist. Die C02-Zufuhr nach dem Verfahren kann dabei kontinuierlich oder in Intervallen durchgeführt werden.
• Der Co2-Gehalt des Abwassers nach der Behandlung in dem Imprägnierungs-Düsensystem kann für die Weiterbehandlung der Abwässer in der biologischen Phase zu hoch liegen.
• Um die mikro-biologische Aufbereitung nicht zu gewährden, ist es jedoch lediglich erforderlich Luft durch das mit C02 behandelte Abwasser zu leiten. Dadurch erfolgt zwangsweise eine Sauerstoffanreicherung, die nach dem Verdrängerprinzip erfolgt.
• Ist eine Algenphase der biologischen Phase nachgeschaltet, so kann auf die gleiche Weise das Abwasser vor Einleiten in die Algenphase oder der Verweilzeit innerhalb der Algenphase wenigstens teilweise durch das Imprägnierungs-Düsensystem geleitet werden, um den Co2-Gehalt der Abwässer auf einen für die Algenphase günstigen Wert anzuheben.
• Die Algen tragen zum Abbau insbesondere der Phosphate und damit zur weiteren Verbesserung der Wasserqualität bei. Die Algen nehmen dazu CO im wesentlichen über die Blattoberfläche auf. Um den CO2-Bedarf der Algen zu befriedigen kann in besonders einfacher Verfahrensführung ein Anteil der in der Imprägnierungszone mit C02 imprägnierten Abwässer über die Oberfläche der Wässer in der Algenstufe versprüht oder vernebelt werden. Das kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Es ist auch möglich, zu diesem Zweck mit C02 imprägniertes Frischwasser zu verwenden.
• Das Verfahren kann weiter verbilligt werden, wenn man bei der Abwasserreinigung abfallende Gase direkt oder mittelbar verwendet. So entsteht in der biologischen Phase CO2, das unmittelbar gesammelt und dem Imprägnierungs-Düsensystem zugeleitet werden kann. Das bei der biologischen Reinigung anfallende Methan kann verbrannt werden und es können die Verbrennungsgase dem System zugeleitet werden.
• Besonders günstig ist es, wenn man CO2-Gas verwendet, das in technisch reiner Qualität bei der Reinigung von Abgasen aus Rauchgasen gewonnen wird.
• Das neue Verfahren läßt sich auch sehr einfach und sehr genau steuern und überwachen, so daß die für die biologische Phase gewünschten pH-Werte sehr genau und zuverlässig eingehalten werden können. Die Verwendung von chemisch reinem CO, ist nicht erforderlich. Dadurch lassen sich die Kosten ebenfalls in vernünftigen Grenzen halten.
• Es braucht auch nicht das gesamte Abwasser durch das Imprägnierungs-Düsensystem geleitet zu werden. Es kann auch ausreichend sein, einen Teilstrom durch das System zu leiten und diesen dann mit dem Rest der Abwässer zu mischen. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein in dem Imprägnierungs-Düsensystem einen Imprägnierungsgrad einzuhalten, der deutlich über der natürlichen Absorptionsgrenze liegt, um nach der Rückmischung in den Abwässern einen Wert im Bereich dieses natürlichen Absorptionswertes zu erhalten.
• Die Efindung eignet sich besonders auch für kleinere und mittlere Komunen oder Betriebe, da durch die einfache Verfahrensführung und den geringen technischen und finanziellen Aufwand des neuen Verfahrens die Voraussetzung geschaffen wird, auch in kleineren Anlagen in wirtschaftlicher Weise eine optimale Abwasserreinigung zu gewährleisten. Durch das neue Verfahren wird auch gewährleistet, daß sonstige teuere Zusatzstoffe entbehrlich werden, die häufig noch gesonderte Prozesse zur Rückgewinnung erforderlich machen.

Claims (11)

1. Ansprüche 1. Verfahren zum Steuern des pH-Wertes auf einen für die biologische Aufbereitung von Abwassern notwendigen Wert, bei der mechanisch/chemisch/biologischen Abwasser reinigung, insb. in kleineren oder mittleen Komunen oder dgl., bei dem in der chemischen Stufe den Abwässern zur Minderung der Beseitigung der Eutrophierung von Gewässern Kalk- oder Dolomitgestein oder dgl. zugesetzt wird, und vor der Einleitung der Abwässer in die biologische Reinigungsstufe der pH-Wert der Abwässer durch Einbringen von CO abgesenkt wird, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Abwässer oder wenigstens Teilmengen davon vor Einleitung in die biologische Reinigungsphase als Strom durch ein Imprägnierungs-Düsensystem geleitet werden, in dem durch abrupte Erweiterung des Strömungsquerschnittes örtlich und momentan ein gegenüber dem allgemeinen Druck in der Strömung herabgesetzter Druck erzeugt wird, und daß die Bereiche von momentan herabgesetztem Druck in freie Srömungsvebindung mit einer C02-Gasphase gehalten werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Abwässer mit C02 in dem - Imprägnierungs-Düsensystem bis auf Werte nahe der Neutralisation imprägniert werden, dabei ständig C02 so zugeführt wird, daß die natürliche Absorptionsgrenze des Wassers in Bezug auf die C02-Aufnahme annähernd eingehalten wird.
3. 3. Verfahren nachAnspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Abwässer kontinuierlich oder diskontinuierlich mehrfach nacheinander durch eine Zone der Kalkeinwirkung auf die Abwässer und durch das Imprägnierungssystem geleitet werden, bis der Hauptteil oder alle die Eutrophierung fördernden Stoffe ausgeschieden sind.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Abwässer zunächst mit Kalkmengen in für die Ausscheidung von wesentlichen Anteilen der oder aller die Eutrophierung fördernden Stoffe behandelt und anschließend kontinuierlich oder intermittierend so oft durch das Imprägnierungsdüsensystem geleitet werden, bis ein für die biologische Stufe gewünschter pH-Wert erreicht ist.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß in dem Abwasserstrom in Strömungsrichtung hinter den mit C02-Gas in Strömungsverbindung stehenden Bereichen an örtlich begrenzten Bereichen momentan der Druck erneut herabgesetzt wird und diese zusätzlichen Bereiche von momentan herabgesetztem Druck in Strömungsverbindung mit Bereichen des Abwasserstromes stromabwärts von der letzten abrupten Querschnittserweiterung gehalten werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß der pH-Wert der Abwässer durch C02-Imprägnierung im Unterdrucksystem auf Werte von 7 oder niederiger abgesenkt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die C02-Gasphase wenigstens teilweise in technisch reiner Qualität direkt aus und/oder durch Verbrennen der Gase aus den biologischen Eaulvorgängen der biologischen Reinigungsstufe gewonnen wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß nach der Einsteuerung des für die biologische Reinigung erforderlichen pH-Wertes eine Reduzierung des C02-Gehaltes der Abwässer durch Einleiten von Luft in die Abwässer durchgeführt wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die CO Gasphase wenigstens teil-2 weise durchCO2#Gasgespeist wird, das in technisch reiner Qualität bei der Abgasreinigung aus Rauchgasen gewonnen wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der biologischen Reinigungsstufe eine Algenstufe nachgeschaltet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abwässer in der oder vor Eintritt in die Algenstufe in einem Imprägnierungs-Düsensystem bis etwa zu der natürlichen Absorptionsgrenze mit CO2 imprägniert wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der biologischen Reinigungsstufe eine Algenstufe nachgeschaltet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß auf die Oberfläche der Abwasser in der Algenstufe ein Teil des mit C02 imprägnierten Wassers aufgesprüht oder vernebelt wird.