DE4111375C2

DE4111375C2 - Verfahren zur CSB- und Schadstoffreduzierung eines Abwassers

Info

Publication number: DE4111375C2
Application number: DE4111375A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Pape
Original assignee: ENVICON KLAERTECH VERWALT
Current assignee: ENVICON KLAERTECH VERWALT
Priority date: 1991-04-09
Filing date: 1991-04-09
Publication date: 1995-02-16
Anticipated expiration: 2011-04-10
Also published as: DE4111375A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) sowie zur Schadstoff reduzierung eines mit Schwermetallen und/oder Nitriten belasteten, durch Permeation, Adsorption, Neutralisation, Entgiftung, Filtration und/oder thermische Verfahren vor gereinigten Abwassers, insbesondere der metallverarbeiten den Industrie.

In zahlreichen Bereichen der Technik fällt Abwasser an, das insbesondere mit Schwermetallen und/oder Nitrit be lastet ist. Die entsprechenden Betriebe werden als soge nannte Indirekteinleiter an eine öffentliche Kläranlage angeschlossen. Inhalts- und Begleitstoffe wie Mikrobiozide, vor allem aber Schwermetalle und Nitrite sowie ein in der Regel hoher chemischer Sauerstoffbedarf werfen nicht nur Probleme bei der Abwasserreinigung auf, sondern haben bereits dazu geführt, daß von den Einleitern bestimmte Grenzwertkonzentrationen diverser Schadstoffe eingehalten werden müssen.

Durch abwassertechnische Maßnahmen wie Entgiftung, Neutrali sation, Adsorption, thermische Verfahren sowie Permeation beziehungsweise Ultrafiltration werden Abwässer der genann ten Art heutzutage vorgereinigt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß alle diese Maßnahmen nicht ausreichen, die vom Gesetzgeber geforderten Grenzwerte der einzelnen Schadstoffe immer einzuhalten. Fällt das Abwasser zum Beispiel ungleichmäßig an, so wird auch das Permeat eine unregelmäßige Filtrationscharakteristik (Zusam mensetzung) aufweisen mit der Folge, daß zumindest mit kurzzeitigen Grenzwertüberschreitungen zu rechnen ist.

In der Regel wird auch gefordert, die CSB- und/oder BSB₅- Werte (also den biochemischen Sauerstoffbedarf in 5 Tagen) auf möglichst niedrige Werte einzustellen.

In "Linde: Berichte aus Technik und Wissenschaft, 57 (1985), Seiten 43-47" werden Verfahren zur Schwermetallentfernung aus Abwässern durch anaerobe Biosorption beschrieben. Dabei erfolgt die Schwermetallelimination aus Abwässern mit Hilfe eines Anaerobschlamms. Korrekt sich zwei Verfahrensschritte notwendig:

a) Abwasser und Anaerobschlamm müssen miteinander in Kontakt gebracht werden,
b) metallhaltiger Schlamm und metallfreies Abwasser müssen wieder getrennt werden.

Das Abwasser durchströmt dabei einen Reaktor, der eine den Anaerobschlamm enthaltende Reaktionszone aufweist, von unten nach oben. Auf diese Weise soll die Teilnahme des gesamten Schlammbetts an der Metallelimination sichergestellt werden.

Die Entwicklung dieses Verfahrens geht - wie der Aufsatz ausführt - auf Pilotversuche zur anaeroben Reinigung von Weinschlempe in einem UASB-Reaktor (UASB = Upflow Anaerobic Sludge Bed) zurück. Auch hierbei dient das Schlammbett als "Adsorptionsbett" für die in der Weinschlempe enthaltenen Schwermetalle, wobei der Autor davon ausgeht, daß in der Weinschlempe auch Sulfat enthalten ist, das während des anaeroben Abbaus weitestgehend zu Sulfid reduziert wird, so daß als plausible Erklärung für die Kupferelimination die Bildung von inertem Kupfersulfid angegeben wird.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß sich sowohl eine CSB- wie Schadstoffreduzierung, insbesondere eine Reduzierung der Schwermetalle und Nitrite bei einem vorzugs weise durch Permeation, Adsorption, Neutralisation, Ent giftung, Filtration und/oder thermische Verfahren vorge reinigten Abwasser der genannten Art erfolgreich mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs durchführen läßt. Ausführungsformen beschreiben die Unteransprüche.

Dabei hat die Erfindung erkannt, daß ein Selektionsvorgang sessiler Biomasse in der anaeroben nachgeschalteten Reini gungsstufe quasi automatisch stattfindet, wenn diese so geführt wird, daß die biologische Aktivität des Abwassers kontinuierlich sichergestellt wird und eine gewisse Einfahr- Adaptionsphase vorausgegangen ist, um die biologische Aktivität des Abwassers einzuleiten.

Für das Verfahren sind folgende Schritte einzuhalten:

- Zunächst wird das vorgereinigte Abwasser in einen Reaktor eingeleitet. Dieser Reaktor weist kein Schlammbett auf, durch das das Abwasser geleitet wird.
- Das Abwasser verbleibt danach im Reaktor, und zwar ohne irgendwelchen Primärenergieaufwand, wobei anaerobe Be dingungen für das Abwasser sicherzustellen sind, bis die biologische Aktivität des Abwassers einsetzt.
Dabei kann die biologische Aktivität durch ein Animpfen des Abwassers initiiert beziehungsweise beschleunigt werden, indem beispielsweise Nährstoffe und/oder Mikro organismen in bestimmten Konzentrationen, die abhängig vom Verunreinigungsgrad und dem CSB-Wert des vorgereinig ten Abwassers sind, zugegeben werden.
- Während bis zum Zeitpunkt des Einsetzens einer biolo gischen Aktivität keine oder zumindest keine nennens werte Reduzierung an Schwermetallen, Nitriten oder an deren Schadstoffen beobachtet wird und auch der CSB-Wert weitestgehend unverändert bleibt, wird mit der biolo gischen Aktivierung des Abwassers nun die gewünschte Schadstoffreduzierung und Erniedrigung des CSB-Wertes ermöglicht.
Dabei werden gelöste Schwermetallionen offensichtlich von den gebildeten Mikroorganismen adsorbiert. Das Lös lichkeitsprodukt der Schwermetallionen hängt dabei vom pH-Wert, dem Redoxpotential, dem Partialdruck und der Temperatur des Abwassers ab.
Die Bindungsfreundlichkeit der gelösten Schwermetall ionen an den Zellmembranen wird durch die Bildung metall organischer Komplexe beträchtlich erhöht (Anwesenheit von organischen Säuren und Komplexbildnern).
Die in den Membranhäuten der Mikroorganismen vorhandenen Sulfhydrilgruppen haben eine hohe Affinität zu den Schwer metallkomplexen. Dabei bilden sich Metall-Chelate, also Verbindungen, in denen ein einzelner Ligand mehr als eine Koordinationsstelle an einem Zentralatom besetzt.
Beim Weitertransport gelangen die Schwermetallionen oder -chelate zum Zellinneren der Mikroorganismen. Obwohl die Schwermetalle hier bei höheren Konzentrationen toxisch wirken und die biologische Aktivität des Abwassers zer stören können, hat sich gezeigt, daß unter den genannten anaeroben Bedingungen dennoch bei kurzfristigen Stoß belastungen des Abwassers mit den genannten Schadstoffen die Mikroorganismen in der Lage sind, diese aufzufangen.
Zur Sicherstellung einer entsprechenden maximalen Grenz wertkonzentration der Verunreinigungen des vorgereinig ten Abwassers bietet die Erfindung verschiedene alter native Lösungsvorschläge an, wozu auf die nachstehenden Ausführungen verwiesen wird.
- Nach einer vorwählbaren Behandlungsdauer wird das so in einem anaeroben Abbauprozeß nachgereinigte Abwasser aus dem Reaktor weggeführt und filtriert. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß nur ein Teil der gebildeten Schwermetallkomplexe sedimentiert und/oder agglomeriert beziehungsweise auskristallisiert. Der größere Teil verbleibt im Schwebezustand, der in der Regel an einer Verfärbung des Abwassers zu erkennen ist.
- Der mit den Schadstoffen angereicherte Filtratrückstand wird danach entsorgt, während
- das nachgereinigte Abwasser einer Kläranlage zugeführt werden kann.

Bei dem beschriebenen Verfahren ist sicherzustellen, daß ein gewisser Bestandteil der Biomasse im Abwasser im Reaktor verbleibt, um die biologische Aktivität aufrechtzuerhalten.

Das Verfahren kann sowohl kontinuierlich als auch dis kontinuierlich betrieben werden. Beim kontinuierlichen Verfahren wird kontinuierlich oder in bestimmten Zeitinter vallen neues, vorgereinigtes Abwasser dem Reaktor zuge führt und gleichzeitig beabstandet zur Einleitungsstelle das nachgereinigte Abwasser aus dem Reaktor entnommen.

Diese Maßnahme kann auch zur Sicherstellung der biolo gischen Aktivität im Sinne vorstehender Parameter genutzt werden. Ebenso ist es aber auch möglich oder von Fall zu Fall notwendig, das vorgereinigte Abwasser zu verdünnen, um Grenzwertüberschreitungen im CSB-Wert und der Schad stoffkonzentration zu verhindern, die zu einer Zerstörung der Biologie im Abwasser führen könnten.

Die biologische Aktivität kann darüber hinaus durch eine Veränderung der Temperatur, Zugabe eines den pH-Wert des zu behandelnden Abwassers verändernden Stoffes oder durch Maßnahmen zur Veränderung des Partialdrucks des Abwassers sichergestellt werden.

Um die während des anaeroben Abbauprozesses gebildeten Gase abführen zu können, ist vorgesehen, daß der Reaktor entlüftet wird.

Etwaig anfallende sedimentierte Biomasse kann bei Bedarf aus dem Reaktor entnommen und mit dem Filtratrückstand entsorgt werden.

Wie dargestellt, ist das beschriebene Verfahren auch in der Lage, kurzzeitige Stoßbelastungen abzupuffern, ohne die biologische Aktivität des Abwassers zu zerstören. In jedem Fall aber ist darauf zu achten, daß die Schad stoffkonzentration und der CSB-Wert maximal solche Werte annehmen, daß die gebildeten Mikroorganismen nicht durch toxische Überdosen abgetötet und damit die biologische Aktivität des Abwassers unterbrochen werden.

Das Verfahren wird nachstehend anhand eines Ausführungs beispieles näher erläutert. Dazu wurde ein Permeat-Ab wasser eines metallverarbeitenden Betriebes nachgereinigt, das folgende Kenndaten aufwies:

pH:
6,5-8,8
CSB:	5300-12 000 mg/l
BSB₅:	3500-6000 mg/l
Nitrit:	bis 20 mg/l
Zink:	0,6-7,0 mg/l
Eisen:	1,5-23,9 mg/l

Neben diesen Verunreinigungen enthielt das Abwasser weiter:

Nitrat:
4,0-6,7 mg/l
Mineralöle:	6,4-29,0 mg/l
Aluminium:	0,06 mg/l
Chrom VI:	0,01 mg/l

Das Abwasser wurde danach in einen Reaktor geleitet, dessen Bauart in der DE 39 29 510 A1 näher beschrieben ist. Dabei wurde das Permeat mengenaliquot der Ultrafiltration entnom men und dem Reaktor zugeführt. Im Reaktor wurde das Ab wasser durch verschiedene, hintereinander geschaltete Kammern geführt.

Obwohl weder Nährstoffe noch Mikroorganismen zugesetzt wurden, gelang es nach einer mehrere Monate dauernden Einfahrzeit der Anlage, einen Selektionsvorgang sessiler Biomasse einzustellen.

Ähnlich dem Einfahrvorgang einer Ausfaulgrube konnte nach mehreren Monaten eine biologische Aktivität des anaerob betriebenen Reaktors festgestellt werden. Erkennbar wurde diese an einer unabhängig vom Zulauf weiteren, vorgerei nigten Abwassers sich einstellenden schwarzen Färbung des Abwassers sowie einem auffallenden Schwefelwasserstoff geruch.

Nach Erreichen der biologischen Aktivität des Abwassers wurde die anaerobe Behandlung derart fortgesetzt, daß für das zu behandelnde Abwasser eine durchschnittliche Verweilzeit zwischen 12 und 48 Stunden im Reaktor einge stellt wurde.

Dabei zeigte sich, daß der überwiegende Teil der Biomasse nicht sedimentierte, sondern im Schwebezustand verblieb.

Das aus dem Reaktor entnommene, nachbehandelte (nachge reinigte) Abwasser wurde anschließend filtriert. An der filtrierten Probe wurden danach folgende Werte gemessen:
Die Zulauffracht an Nitrit konnte zu nahezu 100% eliminiert werden.
Zink und Eisen wurden zu 90 beziehungsweise 76% im Mittel eliminiert.

Bereits die Elimination der Schwermetalle deutete auf eine zufriedenstellende Abbauleistung hin. Zur Kontrolle der biologischen Aktivität wurden stichprobenartig CSB- und BSB₅-Bestimmungen im Zu- und Ablauf vorgenommen. Wie auch bei den zuvor genannten Meßdaten wurde an ein und derselben Ablaufprobe der rohe und filtrierte Wert genommen. Danach wurden circa 60% der CSB- und BSB₅-Fracht eliminiert.

Ähnliche Werte wurden auch bezüglich der weiteren orga nischen und anorganischen Schadstoffe gemessen.

Obwohl das Verfahren ohne Primärenergie arbeitet, zeigen die Versuchsergebnisse, daß die anaerobe biologische Nach behandlung des Permeats eine drastische Reduzierung der CSB- und BSB₅-Fracht sowie der diversen Schadstoffkon zentrationen ermöglicht, die den Anwender in die Lage versetzt, die vom Gesetzgeber verlangten Grenzwerte ohne weiteres einzuhalten, wobei das Verfahren auch in der Lage ist, kurzzeitige Stoßbelastungen aufzunehmen.

Claims

1. Verfahren zur CSB- und Schadstoffreduzierung eines mit Schwermetallen und/oder Nitriten belasteten, durch Permeation, Adsorption, thermische Verfahren, Neutra lisation, Entgiftung und/oder Filtration vorgereinigten Abwassers, insbesondere der metallverarbeitenden Industrie, mit folgenden Schritten:

1.1 das Abwasser wird in einen Reaktor eingeleitet,
1.2 das Abwasser verbleibt im Reaktor unter anaeroben Bedingungen bis zum Einsetzen einer biologischen Aktivität,
1.3 nach einer Behandlungsdauer, bei der sich der größere Teil der Biomasse im Schwebezustand befindet, wird das nachgereinigte Abwasser aus dem Reaktor weggeführt und filtriert, bevor
- 1.4.1 der mit den Schadstoffen angereicherte Filtratrückstand entsorgt und
- 1.4.2 das nachgereinigte Abwasser einer Kläranlage zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß die biologische Aktivität des Abwassers im Reaktor durch eine oder mehrere der folgenden Schritte aufrechter halten wird:

2.1 Verdünnung des vorgereinigten Abwassers,
2.2 Einleitung einer weiteren Menge neuen, vorgereinigten Abwassers,
2.3 Entnahme einer Menge des nachgereinigten Abwassers,
2.4 Zugabe eines oder mehrerer Nährstoffe,
2.5 Veränderung der Temperatur des behandelten Abwassers,
2.6 Zugabe eines den pH-Wert des zu behandelnden Abwassers verändernden Stoffes.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit der Maßgabe, daß etwaig sedimentierter Schlamm aus dem Reaktor entnommen und mit dem Filtratrückstand entsorgt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß die während des anaeroben Abbauprozesses gebildeten Gase abgeführt werden.