DE3912060C2

DE3912060C2 - Process for treating wastewater with high COD loads by circulating oxygen / oxygen-rich gas, removing part of the CO¶2¶ and returning oxygen to the circuit

Info

Publication number: DE3912060C2
Application number: DE3912060A
Authority: DE
Inventors: Joachim Hertrampf
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1989-04-13
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2009-04-14
Also published as: DE3912060A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Abwasser mit hohen CSB-Frachten zwischen 2500 bis 15 000 mg CSB pro Liter in einem geschlossenen Behand lungsbecken nach dem Anspruch 1.The invention relates to a method for treating Wastewater with high COD loads between 2500 to 15,000 mg COD per liter in a closed treatment lung basin according to claim 1.

Der Vorteil von geschlossenen Anlagen zum Behandeln von Abwasser ist u. a. , daß Geruchsemissionen vermieden werden. Bei diesen Anlagen fließt das zu behandelnde Abwasser in ein geschlossenes Becken, in dessen Boden bereich O₂ oder ein sauerstoffreiches Gasgemisch eingeleitet wird. Ein Teil des O₂ läst sich im Ab wasser, das nicht gelöste Gas sammelt sich im Kopfraum des Behandlungsbeckens. Von dort wird es abgezogen, komprimiert und wieder in den Bodenbereich des Behandlungsbecken eingeführt. Der verbrauchte O₂ wird laufend ergänzt, indem er dem Kreis laufgas zugemischt wird.The advantage of closed treatment plants of wastewater is a. that smell emissions avoided will. In these systems, what is to be treated flows Waste water in a closed basin, in the bottom of it O₂ area or an oxygen-rich gas mixture is initiated. Part of the O₂ is in the Ab water, the undissolved gas collects in the Head space of the treatment basin. From there it will peeled, compressed and back into the floor area of the treatment basin. The used one O₂ is continuously added by the circle running gas is added.

Die Sauerstoffaufnahme der Schlammbiologie ist nur aus dem im Abwasser gelösten Sauerstoff möglich. Die Lös lichkeit des O₂ im Abwasser hängt in erster Linie vom Partialdruck des O₂ in der Gasphase sowie von der Anwesenheit weiterer gelöster Gase in der Flüssigphase ab. Hierbei handelt es sich vor allem um CO₂, welches bei den biologischen Abbauprozessen entsteht. Bei Abwässern mit CSB-Frachten von bis zu 2500 mg CSB pro Liter stellt das entstehende CO₂ je doch kein Problem dar. Es stellt sich vielmehr ein Gleichgewicht zwischen O₂ und CO₂ ein. Die Kohlen dioxidanreicherung im Kopfraum des Behandlungsbeckens erreicht hierbei maximal etwa 20%. Es ist somit ein stationärer Betrieb der geschlossenen biologischen Abwasserkläranlagen möglich
Bei CSB-Frachten oberhalb etwa 2500 mg CSB pro Liter stellt sich dieses Gleichgewicht zwischen O₂ und CO₂ nicht mehr ein. Das CO₂ reichert sich vielmehr derart an, daß vor Erreichen des Gleichgewichtes ein Abfall des pH-Wertes eintritt.The oxygen uptake of sludge biology is only possible from the oxygen dissolved in the wastewater. The solubility of O₂ in wastewater primarily depends on the partial pressure of O₂ in the gas phase and on the presence of other dissolved gases in the liquid phase. This is primarily CO₂, which arises in the biological degradation processes. In the case of waste water with COD loads of up to 2500 mg COD per liter, the CO₂ produced is not a problem. Rather, there is a balance between O₂ and CO₂. The carbon dioxide concentration in the headspace of the treatment basin reaches a maximum of about 20%. It is therefore possible to operate the closed biological sewage treatment plants in a stationary manner
With COD loads above about 2500 mg COD per liter, this balance between O₂ and CO₂ is no longer established. Rather, the CO₂ accumulates in such a way that a decrease in pH occurs before equilibrium is reached.

Hierdurch wird die Löslichkeit des O₂ soweit herab gesetzt, daß eine ausreichende Sauerstoffversor gung der Schlammbiologie nicht mehr möglich ist. Man verhindert in solchen Fällen die Kohlendioxidanreiche rung, indem man vom Kreislaufgas ständig einen Teil strom abzweigt und durch einen Aktivkohlefilter ins Freie entläßt. Hierdurch wird zwar die Kohlendioxidan reicherung unterdrückt, jedoch wird dies mit beträcht lichen Sauerstoffverlusten erkauft. Die Sauerstoffver luste müssen daher laufend ersetzt werden. As a result, the solubility of O₂ is reduced as far set that a sufficient oxygen supply sludge biology is no longer possible. Man prevents the carbon dioxide rich in such cases tion of the circulating gas constantly branches and into an activated carbon filter Free dismisses. This does make the carbon dioxide enrichment is suppressed, but this is considerably bought oxygen losses. The oxygen ver Lusts must therefore be constantly replaced.

Aus der DE 25 51 902 C2 ist ferner ein Verfahren zur wahlweisen Teilenthärtung und/oder biologischen Oxidation und Nitrifikation von Wasser bekannt geworden, bei dem das Wasser intensiv belüftet wird in verschiedenen Stufen und nach jeder Stufe entsprechenden Reaktionsräumen zugeführt wird. Die Entnahme eines Teilstroms eines im Kreislauf geführten Gases und dessen Rückführung in den Reaktionsraum ist hierin nicht vorgesehen.DE 25 51 902 C2 also describes a method for optional partial softening and / or biological oxidation and Nitrification of water has become known in which the water is intensively ventilated in different stages and after appropriate reaction spaces are supplied to each stage. The withdrawal of a partial flow of a circulated one Gases and its return to the reaction space is here not provided.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Behandeln von Abwasser mit hohen CSB- Frachten zwischen 2500 bis 15 000 mg CSB pro Liter zu schaffen, welches die Anreicherung von CO₂ vermeidet, ohne das gleichzeitig beträchtliche Sauerstoffverluste in Kauf genommen werden müßten.The invention is therefore based on the object Process for treating wastewater with high COD Load between 2500 and 15,000 mg COD per liter create, which avoids the accumulation of CO₂, without the significant loss of oxygen at the same time would have to be accepted.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 be rücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe er findungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.Based on the be in the preamble of claim 1 considering the state of the art, this task is he solved according to the invention with those in the characterizing part of claim 1 specified features.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird demnach ebenfalls aus dem Kreislaufgas ein Teilstrom abge zweigt, aus diesem Teilstrom wird jedoch nur das CO₂ entfernt, während der O₂ dem Kreislaufgas wieder zugeführt wird. Als Adsorptionseinrichtungen vor Abtrennung des CO₂ sind Druckwechsel-Adsorptions anlagen besonders gut geeignet.Accordingly, according to the method according to the invention also a partial flow from the recycle gas branches, but this part stream becomes only that CO₂ removed, while the O₂ the cycle gas again is fed. As adsorption devices before Separation of the CO₂ are pressure swing adsorption systems particularly well suited.

Diese sind seit langem für unterschiedliche Aufgaben der Gasreinigung und Gastrennung bekannt, beispiels weise seien genannt die DE-AS 20 55 425 und die DE-PS 27 24 763.These have long been for different tasks the gas cleaning and gas separation known, for example the DE-AS 20 55 425 and the DE-PS are worth mentioning 27 24 763.

Durch die Behandlung des Teilstromes, etwa 10% des Kreislaufgases, in der Adsorptionseinrichtung wird er reicht, daß die Kohlendioxidkonzentration im Kreis laufgas 20% nicht überschreitet und die geschlossene Behandlungsanlage somit bei CSB-Frachten bis zu 15 000 mg CSB pro Liter betrieben werden kann. Das Abgas der Kohlendioxidadsorptioneinrichtung wird über einen Ak tivkohlefilter ins Freie entlassen. Dieses Abgas be steht im wesentlichen aus Kohlendioxid. Es beträgt nur etwa 20% des abgezweigten Teilstromes. Dagegen müßte nach dem herkömmlichen Verfahren der gesamte Teilstrom über das Aktivkohlefilter ins Freie entlassen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die hiermit verbundenen Sauerstoffverluste. Da darüber hinaus nur etwa 20% des Teilstromes über das Aktivkohlefilter ge leitet werden müssen, erhöht sich die Standzeit des Aktivkohlefilters auf das 5-fache. Die Entsorgung der Aktivkohle wird dadurch erleichtert und verbilligt. Die Sauerstoffverluste von ca. 8% des Kreislaufgases bei Abblasen ohne Kohlendioxidabtrennung werden auf unter 1% des Kreislaufgases bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verringert.By treating the partial flow, about 10% of the Recycle gas, it is in the adsorption device is enough that the carbon dioxide concentration in the circle running gas does not exceed 20% and the closed Treatment system for COD loads up to 15,000 mg COD per liter can be operated. The exhaust of the Carbon dioxide adsorbent is via an Ak Release the charcoal filter outdoors. This exhaust gas essentially consists of carbon dioxide. It is only about 20% of the branch stream. Against that the entire partial flow according to the conventional method released into the open via the activated carbon filter. The method according to the invention avoids this associated oxygen losses. Because beyond that only about 20% of the partial flow via the activated carbon filter must be managed, the service life of the Activated carbon filter 5 times. The disposal of the This makes activated carbon easier and cheaper. The oxygen losses of approx. 8% of the cycle gas when blowing off without carbon dioxide separation less than 1% of the cycle gas in the inventive Procedure reduced.

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter Form.The drawing illustrates an embodiment the invention in a simplified form.

Die Zeichnung zeigt ein Behandlungsbecken 1 mit Ab wasserzulauf 2 und Abwasserablauf 3. Das Abwasser 4 im Behandlungsbecken 1 läßt den Kopfraum 5 frei. Im Bodenbereich des Behandlungsbeckens 1 ist ein Be gasungsschlauch 6 angeordnet, durch welchen das Kreis laufgas eingeführt wird. Das durch den Abwasserablauf 3 abgezogene Abwasser gelangt in das Absetzbecken 7. Durch die Leitung 8 strömt aus diesem das Reinwasser ab. Der sich im Boden des Absetzbeckens 7 sammelnde Schlamm wird durch die Leitung 9 abgezogen und mittels der Pumpe 10 dem Abwasserzulauf wieder zugeführt. Der für diesen Rücklauf nicht benötigte Schlamm wird durch die Leitung 11 aus der Anlage entfernt.The drawing shows a treatment basin 1 with water inlet 2 and waste water outlet 3 . The waste water 4 in the treatment basin 1 leaves the head space 5 free. In the bottom area of the treatment basin 1 , a Be gassing hose 6 is arranged through which the cycle gas is introduced. The wastewater drawn off through the wastewater outlet 3 reaches the settling tank 7 . The pure water flows out of this through line 8 . The sludge collecting in the bottom of the settling basin 7 is drawn off through the line 9 and returned to the waste water inlet by means of the pump 10 . The sludge not required for this return is removed from the system through line 11 .

Das aus dem Begasungsschlauch 6 austretende sauer stoffreiche Kreislaufgas durchströmt das Abwasser 4 und sammelt sich im Kopfraum 5. Hierbei löst sich ein Teil des O₂ im Abwasser 4. Gleichzeitig sammelt sich ein Teil des gebildeten CO₂ im Kopfraum 5. Das Kreislaufgas wird über die Leitung 12 aus dem Kopfraum 5 abgezogen, durch den Kompressor 13 verdichtet und dem Begasungsschlauch 6 wieder zugeführt. Erfindungs gemäß werden etwa 10% des komprimierten Kreislaufgases als Teilstrom abgezweigt und durch die Leitung 14 einer Druckwechsel-Adsorptionsanlage 15 zugeführt. Das in der Druckwechsel-Adsorptionsanlage 15 abgetrennte CO₂ wird durch Leitung 16 über einen Aktivkohlefilter aus der Anlage entfernt. Der verbleibende sauerstoff reiche Teilstrom wird durch die Leitung 14 dem Kreis laufgas wieder zugemischt. Durch die Leitung 17 wird dem Kreislaufgas ferner O₂ zugemischt, hierdurch wird der verbrauchte O₂ ersetzt.The oxygen-rich circulating gas emerging from the gassing hose 6 flows through the waste water 4 and collects in the head space 5 . Here, part of the O₂ dissolves in the wastewater 4 . At the same time, part of the CO₂ formed collects in the head space 5 . The cycle gas is withdrawn from the head space 5 via the line 12 , compressed by the compressor 13 and fed back to the gassing hose 6 . According to the invention, about 10% of the compressed cycle gas is branched off as a partial stream and fed through line 14 to a pressure swing adsorption system 15 . The separated in the pressure swing adsorption system 15 CO₂ is removed through line 16 through an activated carbon filter from the system. The remaining oxygen-rich partial stream is mixed again with the cycle gas through the line 14 . Through the line 17 , the cycle gas is also admixed with O₂, thereby replacing the consumed O₂.

In einer entsprechenden Versuchsanlage wurden 120 bis 200 l/h Abwasser mit einer CSB-Fracht von 6000 bis 8500 CSB pro l (CSB-Hauptanteil Saccharose) behandelt. Der Druck des Kreislaufgases wurde auf 4 bis 7 bar gehal ten. Die Kreislaufgasmenge betrug ca. 50 m³/h, der biologische 0₂-Verbrauch 1 bis 1,5 m³/h. Die CO₂-Ad sorption erfolgte mittels eines Molsiebes. Der Be handlungsdruck der Adsorptionsanlage entsprach dem Druck des Kreislaufgases, also 4 bis 7 bar. Die Entla dung erfolgte gegen Atmosphärendruck. Die CO₂-Ein trittskonzentration von 15 bis 25 Vol.% wird in der Adsorptionsanlage auf unter 5 Vol.% im gereinigten Gas reduziert.In a corresponding test facility, 120 to 200 l / h wastewater with a COD load of 6000 to 8500 COD per liter (main COD sucrose) treated. Of the The pressure of the cycle gas was kept at 4 to 7 bar The amount of cycle gas was approx. 50 m³ / h, the biological 0₂ consumption 1 to 1.5 m³ / h. The CO₂ ad sorption was carried out using a molecular sieve. The Be pressure to act of the adsorption plant corresponded to that Circulation gas pressure, i.e. 4 to 7 bar. The discharge was against atmospheric pressure. The CO₂ one step concentration of 15 to 25 vol.% is in the Adsorption system to less than 5 vol.% In the cleaned gas reduced.

Claims

1. A method for treating wastewater with high COD loads between 2500 to 15 000 mg COD per liter in a closed treatment tank ( 1 ), in which a recycle gas consisting of oxygen or an oxygen-rich gas mixture is introduced into and out of the treatment tank in the floor area Head space ( 5 ) of the treatment basin is withdrawn, characterized in that a partial flow is branched off from the circuit gas drawn from the head space of the treatment basin, passed through a CO₂ ad sorption device and admixed with the cycle gas again.

2. The method according to claim 1, characterized in that the partial stream for CO₂ adsorption is passed through a pressure swing adsorption system ( 15 ).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the partial stream 5 to 15% of Recycle gas is.