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"Verfahren zum Steuern des pH-Wertes auf einen für die
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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.
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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.
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Es ist bekannt, zur Neutrlisierung der Abwässer vor der Einleitung
in die biologische Reinigungsphase C02 einzusetzen.
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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.
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Reaktionen statt.
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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.
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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.
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Es ist Aufgabe der Erfindung die aufgezeigten Probleme auf einfache
und kostengünstige Weise zu beheben und insb.
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auch bei kleineren Abwasserreinigungsanlagen eine vergleichsweise
problemlose Beseitigung praktisch aller zur
Eutrophierung der Gewässer
beitragenden Stoffe in der chemischen Behandlungsphase zu sorgen.
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Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.
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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.
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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.
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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.
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nur wenig über oder nur wenig unter der natürlichen Absorptionsgrenze
von C02 in Wasser bei den vorherrschenden Temperaturen in den Ab- wässern imprägniert
wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Besonders günstig ist es, wenn man CO2-Gas verwendet, das in technisch
reiner Qualität bei der Reinigung von Abgasen aus Rauchgasen gewonnen wird.
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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.
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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.
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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.