DE4240064C2

DE4240064C2 - Verfahren und Anlage zum Reinigen von Abwasser

Info

Publication number: DE4240064C2
Application number: DE19924240064
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Chem Dr Re Faber; Gerd W Dipl Ing Felgener; Wolfgang Arnold Kemmerling
Original assignee: RHEINBRAUN AG 50935 KOELN DE; Rheinische Braunkohlenwerke AG
Current assignee: Felgener Gerd W Dipl-Ing 41515 Grevenbroich
Priority date: 1992-11-28
Filing date: 1992-11-28
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2012-11-29
Also published as: DE4240064A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Reinigen von Abwasser. Dabei wird wenigstens ein Teil der im Abwasser gelösten Schadstoffe durch Adsorption an Braunkohlenkoks entfernt. Die Adsorp tion erfolgt unter ständigem Rühren und ständiger Zufuhr von frischem Braunkohlenkoks in ein Mischbecken, welches eine Suspension des Braunkohlenkoks und Abwasser enthält. Nach der Zufuhr eines Mittels zur Fällung/Flockung erfolgt das Abscheiden des beladenen Adsorbens vom gereinigten Abwasser. Aus dem gereinigten Abwasser werden sodann durch Flotation und Filtration ein Schmutzkonzentrat und gereinigtes Wasser in einer dem Mischbehälter nachgeschalteten Abwasserreini gungsanlage gewonnen.

Ein Verfahren und Vorrichtung zur Adsorption von Schadstoffen aus Abwasser mit Hilfe von Braunkohlenkoks ist beispielsweise aus der DE 41 35 724 A1 bekannt geworden.

Dem bekannten Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, die Reinigung von Abwasser "mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, daß kein Aktivkohlebett benötigt wird". Zur Lösung dieser Aufgabe wird aus adsorptionsfähigem, staubförmigem Braunkohlenkoks eine Ad sorbens-Suspension gebildet, die dem Abwasser unter ständigem Rühren dosiert beigemischt wird, wonach der mit den adsorbierten Schadstof fen beladene Braunkohlenkoks nach einer zugeordneten Verweilzeit aus dem gereinigten Abwasser abgeschieden werden kann. Demgemäß weist die vorrichtungsgemäße bekannte Anlage ein mit einem Rührwerk versehenes mit Abwasser, Flockungsmittel und einer Suspension des Adsorbensstaubs beaufschlagbares Mischbecken auf, dessen Ausgang über eine Leitung an die Abwasserreinigungsanlage angeschlossen ist.

Das bekannte Verfahren und die bekannte Anlage bestehen also im we sentlichen aus einem Mischbecken, in welchem das Abwasser mit dem adsorptionsfähigen Braunkohlenkoksstaub durch Rühren durchmischt wird, so daß ein vorgereinigtes Wasser und beladenes Adsorbens anfal len, die einer nachgeschalteten Abwasserreinigungsanlage zugeführt werden müssen, wo das Schmutzkonzentrat vom gereinigten Wasser ge trennt wird. Die bekannte Abscheidung kann nach dem Flockungsverfah ren und/oder Flotationsverfahren und/oder Filtrationsverfahren erfol gen, wobei die Zugabe der Flockungsmittel zum Mischbecken vorgesehen ist.

Die praktischen, in einem Klärwerk für Abwasser gemachten Erfahrungen haben allerdings gezeigt, daß mit Hilfe des bekannten Verfahrens und einer demgemäßen Anlage schwierig zu reinigende Abwässer nicht in der erforderlichen Weise geklärt werden können. Unter schwierig zu reini gende Abwässer sind insbesondere solche zu zählen, die bei der Her stellung und/oder Färbung von Textilien, sogenannte "textile Ab wässer", anfallen. Wenn diese textilen Abwässer zusätzlich auch noch mit organischen und anorganischen Komponenten anderen Ursprungs be lastet sind, ist eine Klärung mit den bekannten Mitteln so gut wie nicht möglich, bzw. wirtschaftlich nicht durchführbar.

Auch läßt die Zuführung des Flockungsmittels zum Mischbecken der be kannten Einrichtung darauf schließen, daß dort nur ein diskontinuier licher Betrieb möglich ist, weil bei gleichzeitigem Rühren eine Flockenbildung und Fällung der Schadstoffe nicht möglich ist.

Weiterhin ist aus der EP 05 12 410 A1 ein Ver fahren und Einrichtung zum Entfernen von Schadstoffen aus Wasser bekannt geworden. Danach wird bei der adsorptiven Entfernung von Schadstoffen aus Wasser so verfahren, daß wenigstens ein großer Teil der festen, feinkörnigen Adsorbentien während des Ad sorptionsvorganges eine Zerkleinerung erfährt, um so frische Oberflächen zu schaffen, die bei ihrer Entstehung sofort in Kontakt mit dem Wasser und somit mit den in diesem enthaltenen Schad stoffen gelangen. Dadurch wird eine größere Be ladung der feinkörnigen Adsorbentien erreicht. Dies wirkt sich günstig auf die Beladung derselben und die Adsorptionsisotherme aus. Die adsorptive Reinigung kann zudem auch mit einer biologischen Reinigung kombiniert werden.

Darüber hinausgehend lehrt eine andere Literaturstelle, daß eine vergleichsweise geringe Abbauleistung des vorgenannten Verfahrens beim Ammoniumstickstoff durch Vorschalten einer Festbettbiologie verbessert werden kann. Für die Festbettbiologie wurden speziell entwickelte und mit Braunkohlenkoks gefüllte Container getestet. Ausdrücklich erwähnt die bekannte Literaturstelle auch den Einsatz von Braunkohlen koks für die adsorptive Vorreinigung hochbelasteter Abwässer, wie z. B. Deponiesickerwässer oder Textilabwässer (vgl. J. Lambertz: "Einsatz von Braun kohlenkoks . . .", Chem.-Ing.-Tech. 63 (1991), Nr. 5, Seiten 484 bis 486).

In keiner der beiden letztgenannten Vor veröffentlichungen befindet sich allerdings ein Hinweis darauf, daß bei der Klärung von textilen Abwässern zunächst die organischen Inhaltsstoffe des Abwassers weitgehend abgebaut werden müssen, damit diese keine Konkurrenz adsorption verursachen, wodurch die Farbenmole küle der textilen Abwässer gewissermaßen "biologisch verändert" werden, damit sie an schließend um so sicherer und vollkommener inner halb der adsorptiven Reinigungsstufe aus dem Abwasser entfernt werden können.

Aus diesen Nachteilen ergibt sich die Aufgabe für die vorliegende Er findung, die bekannten Verfahren der Abwasserreinigung so weiterzubil den, daß bei kontinuierlichem Dauerbetrieb eine weitgehende Entfer nung von CSB-verursachenden Komponenten sowie eine Entfärbung des Abwassers möglich sind. Die dabei zum Einsatz kommende Technik soll variabel sein und auch den Bau und Betrieb von Abwasserreinigungsan lagen unterschiedlicher Größe auf preiswerte, d. h. wirtschaftliche Weise ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wurde nun gefunden, daß insbesondere zur Klärung von schwierigen, textilen Abwässern, das Vorschalten einer biologischen Behandlungsstufe vor eine der bekannten Anlage entspre chende Vorrichtung zu dem gewünschten Erfolg führt. Dabei wurde ge funden, daß man zur Behandlung von textilem Abwasser dieses nacheinander durch ein Festbett aus Braunkohlenkoks, einen Rührschlaufenreaktor, einen Schragklärer und ein mit Braunkohlenkoks gefüllten Filter hindurchleiten muß, wobei man das Festbett von unten her be lüftet und die Verweilzeiten des Abwassers im Festbett zwischen 4 und 10 h, im Rührschlaufenreaktor zwischen 30 und 90 min und im Schrägklärer zwischen 30 und 90 min festlegt. Auf den ersten Blick scheint diese er findungsgemäße Erweiterung des bekannten Verfahrens und der Anlage zunächst auf eine Vergrößerung hinauszulaufen. Dieser Eindruck ver wischt aber die Tatsache, daß man insbesondere zur adsorptiven Reini gung von farbigem Abwasser unvergleichlich große Mengen an Adsorp tionsmitteln benötigt. Im vorliegenden Falle werden durch die vorge schaltete biologische Behandlungsstufe zum einen die organischen In haltsstoffe weitgehend abgebaut, so daß diese keine Konkurrenzadsorp tion verursachen, zum anderen werden die Farbenmoleküle gewissermaßen "biologisch verändert" und können anschließend um so sicherer und vollkommener innerhalb der adsorptiven Reinigungsstufe üblicher Größe aus dem Abwasser entfernt werden.

Als geeignet hat sich eine Verweilzeit des Abwassers in der biologi schen Behandlungsstufe zwischen 4 und 10 Stunden erwiesen. Aufgrund der sehr guten Ergebnisse bezüglich des CSB-, BSB₅- und TOC-Abbaus sowie der Entfernung der Farbigkeit kann die erfindungsgemäße Verfah renskombination als sicherer Weg zur Lösung des vorliegenden Problems betrachtet werden. Zur Erklärung:

- CSB = Chemischer Sauerstoffbedarf,
- BSB₅ = Biologischer Sauerstoffbedarf nach 5 Tagen und
- TOC = Total Organic Carbon (gesamter organischer Kohlenstoff).

Die stabile Reinigungsleistung auf hohem Niveau erlaubt sogar die Wiederverwendung zumindest eines Teils des gereinigten Wassers, welches aus dem Abwasser aufbereitet wurde, im Textilbetrieb. Auf diese Weise kann der Frischwasserverbrauch - und damit einhergehend auch die Abwassermenge - wesentlich gesenkt werden, was sowohl ökologisch als auch ökonomisch von Vorteil ist. In der Zusammenschau kann die erfindungsgemäße Lösung als eine zweistufige Verfahrensführung angesehen werden, welche aus einer:

- biologischen Behandlungsstufe mit
- einer nachgeschalteten Adsorptionsstufe

jeweils auf der Basis von Braunkohlenkoks besteht.

Innerhalb der Festbett-Biologie bildet sich eine polyvalente, sich im Stoffwechsel gegenseitig ergänzende Biozönose aus, die zu Stoff wechselleistungen führt, welche bei üblichen Kläranlagen sonst nicht erreicht wurden. In einem gut belüfteten, festen Koksbett gedeihen Anaerobier neben Aerobiern, wodurch ein biologischer Abbau von Farb stoffen und organischen Schmutzstoffen in optimaler Weise erfolgen kann.

In dem polyvalenten Symbiosesystem, wo Organismen anaerob und aerob nebeneinander arbeiten, werden Stoffwechselvorgänge gleichzeitig er möglicht, die ansonsten in zwei unabhängigen Stufen vollzogen werden müssen. Es überrascht deswegen nicht, wenn nach diesem Verfahren als persistent geltende Verbindungen oftmals ebensogut abgebaut werden wie biologisch leicht zu oxidierende.

Die Immobilisierung von Biomasse innerhalb des Festbetts bietet dar über hinaus weitere Vorteile:

- unabhängig von der Wachstumsrate und vom Überschußschlammabzug können sich auch Spezialisten unter den Mikroorganismen anrei chern, die sich zur Elimination schwer abbaubarer CSB-verur sachender organischer Schadstoffe eignen. Diese Spezialisten wer den nicht von außen zugegeben (Fermenter), sondern selektieren sich stabil aus dem Nahrungsangebot der Abwasserinhaltsstoffe,
- unabhängig von der Wirkungsweise von Nachklärbecken können auch Abwässer, die Blähschlamm oder einen schlecht flockenden Belebt schlamm hervorrufen, problemfrei gereinigt werden. Im wesentli chen wirken hierbei die katalytische Umsetzung von H₂S (zu Sul fat) sowie die Adsorption toxischer Komponenten an Braunkohlen koks,
- im Vergleich zu suspendierten Systemen, wie z. B. Belebtschlamm becken, fällt erstaunlich wenig Überschußschlamm an. Der Fest bettreaktor braucht auch nach einem längeren Benutzungszeitraum nicht rückgespült zu werden und
- die Geruchsbelästigung ist ausgesprochen gering.

Die adsorptive, an die biologische Behandlung angeschlossene Reini gung des Abwassers wird innerhalb eines sogenannten "Rührschlaufen reaktors" durchgeführt. Hierzu kann allgemein ausgeführt werden, daß Schlaufenreaktoren in der verfahrenstechnischen Industrie bekannt und weitgehend auch großtechnisch eingeführt sind. Die Einsatzgebiete von Rührschlaufenreaktoren sind Prozesse zur Stoffumwandlung, in denen hohe Stoffübergangswerte gefordert werden, wobei der Dreiphasenbe trieb (Flüssigkeit, Gas, Feststoff) ebenso möglich ist wie der Zwei phasenbetrieb (Flüssigkeit/Feststoff bzw. Flüssigkeit/Gas bzw. Gas/ Feststoff). Als wesentliche Betriebs- und Systemparameter für den Rührschlaufenreaktor gelten Energieeintrag, Gehalte an Feststoff und Gas, Feststoffpartikelgröße sowie dimensionslose Kennzahlen der Hy drodynamik und der Ähnlichkeitsmechanik. In der Abwassertechnik wer den Schlaufenreaktoren seit Jahren großtechnisch genutzt. Dort sind sie beispielsweise bekannt als Air-Lift-Reaktoren oder Turmbiolo gien.

Die Weiterentwicklung von Schlaufenreaktoren zu Rührschlaufenreakto ren wurde im Hinblick auf eine größere einzukoppelnde Energiedichte und zur optimalen Anpassung an variable Betriebsbedingungen betrie ben. Der Rührer im Leitrohr ermöglicht außerdem eine dreidimensionale Strömung, wobei der eigentlichen geraden Umlaufströmung (Schlaufe) eine vom Leitrohr nach außen (radial) gerichtete Strömungskomponente überlagert wird. Insgesamt stellt sich damit im Reaktor ein schrau benartig gewendeltes Strömungsprofil ein. Je nach Drehrichtung des Rührers wird die Strömung im Leitrohr nach oben oder unten gerichtet. Im Falle einer Abwärtsströmung bildet sich im oberen Bereich des Leitrohres eine Trombe aus, über die Luft in das System eingezogen wird. Da evtl. im Abwasser vorhandenes H₂S bakterientoxisch wirkt, sind solche Abwässer schwierig zu klären. Mit Hilfe der Trombe, d. h. der Zuführung von Luft, wird das H₂S katalytisch aufoxidiert, wo durch das Verfahren bei kombinierten Reinigungsverfahren, wie aero biologischen mit adsorptiver Komponente, bevorzugt angewendet werden kann. Die rein adsorptive Reinigung von Abwässern erfolgt mit einer im Leitrohr aufwärtsgerichteten Strömung, um eine durch Lufteinschluß ungestörte Ausbildung von Turbulenzballen zu ermöglichen.

Als Adsorptionsmittel wird im Rührschlaufenreaktor Braun kohlenkoks eingesetzt. Er kann als Pulver mit Korngrößen 40% 100 µm oder als feines Granulat zugegeben werden. Durch die intensive Schlaufenbewegung entsteht ein Koksabrieb in der Größenord nung von 20 µm - teilweise noch kleiner -, so daß eine hohe Adsorb tionskinetik und Beladung des Braunkohlenkokses gewährleistet sind.

Insgesamt steht mit der Festbett-Biologie und dem Rührschlaufenreak tor eine Technik zur Verfügung, die äußerst leistungsfähig ist, einen robusten Alltagsbetrieb erträgt, kein besonders geschultes Bedie nungspersonal erfordert sowie durch das ausgezeichnete Teil- und Hochlastverhalten auch "scharfe" Überwachungswerte des Reinwassers sicher einzuhalten vermag. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen die

Fig. 1 das Schema einer Anlage zur biologisch/adsorptiven Reini gung von Abwässern, und
am Beispiel der Aufbereitung von Textilabwasser,

Fig. 2 die CSB-Elimination,

Fig. 3 die BSB₅-Elimination,

Fig. 4 die TOC-Eliminierung,

Fig. 5 die AOX-Eliminierung,

Fig. 6a die DFZ für die Farbe Gelb,

Fig. 6b die DFZ für die Farbe Rot,

Fig. 6c die DFZ für die Farbe Blau, (zur Erklärung: DFZ = Durchsichtsfarbzahl)

Fig. 7 die Elimination von Schwermetallen,

Fig. 8 das Blockschaltbild für eine Großanlage zur Aufbereitung von Abwasser und

Fig. 9 ein Aufbaukonzept für eine Großanlage mit einem Festbett und Rührschlaufenreaktoren.

Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht beispielsweise aus einem Festbettreaktor 1, der mit einem Festbett 2 aus Braunkohlenkoksgranulat in einer Körnung zwischen 1 und 6 mm Durchmesser gefüllt ist. Auf der Unterseite des Festbettreaktors 1 ist ein Anschluß 3 vorgesehen, über welchen das Braunkohlenkoksgranu lat des Festbetts 2 belüftet werden kann. Ungereinigtes oder vorge filtertes Abwasser 4 fließt dem Festbettreaktor 1 von einer Seite zu und, nach Durchfließen des Braunkohlenkoksgranulats des Festbettes 2, auf der anderen Seite als biologisch behandeltes Abwasser 5 wieder aus dem Festbettreaktor 1 ab.

Das biologisch behandelte Abwasser 5 wird von oben in einen Rühr schlaufenreaktor 6 eingeleitet. Der Rührschlaufenreaktor 6 weist ein zentrales Leitrohr 7 auf, dem ein Rührer 8 zugeordnet ist, der außer halb des Leitrohres 7 drehbar gelagert ist. Der Antrieb (nicht ge zeigt) des Rührers 8 erfolgt ebenfalls von außerhalb. Von außerhalb des Rührschlaufenreaktors 6 ist außerdem eine Zuleitung 9 für Braun kohlenkoksstaub vorgesehen, der aus einem Silobehälter 10 über ein Zellenrad 11 kontinuierlich abgezogen und in den Rührschlaufenreak tor 6 hineingefördert wird. Innerhalb des Rührschlaufenreaktors 6 erfolgt die adsorptive Reinigung des biologisch behandelten Abwas sers 5 an dem Braunkohlenkoksstaub, wobei sich innerhalb des Rühr schlaufenreaktors 6 eine Suspension 12 aus adsorptiv beladenem Braun kohlenkoksstaub und Abwasser einstellt. Diese Suspension 12 wird am oberen Teil des Rührschlaufenreaktors 6 über eine Leitung 13 abgezo gen und in einen Schrägklärer 14 eingeleitet. Zugleich mündet in die Leitung 13 eine Zuleitung 15 für ein Fällungs-/Flockungsmedium 16. Bei dem Fällungs-/Flockungsmedium handelt es sich beispielsweise um ein Eisen- oder Aluminiumsalz.

Das Fällungs-/Flockungsmedium 16 bewirkt bei der in den Schrägklä rer 14 eingeleiteten Suspension 12 das Ausfällen von weiteren in dem Abwasser gelösten Schmutzstoffen in Form von Flocken, soweit diese Schmutzstoffe nicht an den Braunkohlenkoks adsorptiv angelagert wer den konnten. Jedenfalls ist am unteren Ende des Schrägklärers 14 ein Abzug 17 für ein Schmutzkonzentrat vorgesehen, welches aus den ausge fällten Schmutzstoffen und dem adsorptiv beladenen Braunkohlenkoks besteht. Schrägklärer 14 sind an sich Stand der Technik und bedürfen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung keiner weiteren Erklä rung. Am oberen Ende des Schrägklärers 14 kann schließlich ein gerei nigtes Abwasser über einen Ablauf 18 abgezogen werden, das auch noch über einen nachgeschalteten Behälter 19 geführt wird, der mit Braun kohlenkoks als Filter gefüllt ist, bevor es als gereinigtes Wasser 20 in den Vorfluter (nicht gezeigt) eingeleitet oder einer weiteren Ver wendung zugeführt werden kann.

Besonders geeignet ist das gereinigte Wasser 20 zur Wiederverwendung bei der Herstellung bzw. Färbung von Textilien, wobei es üblich ist, zumindest einen Teil des dort anfallenden Wasserbedarfs durch das gereinigte Wasser 20 zu decken, um auf diese Weise die kostbaren Vor räte an Frischwasser zu schonen. Bei der Reinigung von textilen Ab wässern 4 hat es sich auch als nützlich erwiesen, vor den Festbett reaktor 1 einen Pufferbehälter (nicht gezeigt) vorzuschalten, wo die in unterschiedlichen Mengen und unterschiedlichen Belastungsgraden anfallenden Schmutzwässer vorher gesammelt und ausgeglichen werden sowie deren pH-Wert eingestellt wird, bevor sie der erfindungsgemäßen Abwasserreinigung zugeführt werden. Weiterhin hat es sich für die Reinigung von Textilabwässern als nützlich erwiesen, das Abwasser 4 vor dem Einleiten in den Festbettreaktor 1 wenigstens durch einen Kiesfilter 21 - Fig. 8 und 9 - hindurchzuleiten damit die üblicherweise in dem textilen Abwasser enthaltenen Faserstoffe ausgehalten werden können, bevor das Abwasser in das Festbett 2 aus Braunkohlenkoksgranulat gelangt.

Während die Verweilzeit des Abwassers 4 in dem Festbettreaktor 1 zwischen 4 und 10 Stunden bemessen wird, beträgt die Verweilzeit des biologisch behandelten Abwassers 5 innerhalb des Rührschlaufenreak tors 6 nur etwa 30 - 90 Minuten und der Durchlauf der Suspension 12 durch den Schrägklärer 14 auch etwa 30 - 90 Minuten. Legt man diese Verweilzeit-Verhältnisse zugrunde, so erhält man das Aufbaukonzept für eine Großanlage mit einem Festbettreaktor 1 und zwei Rührschlau fenreaktoren 6, wie es in der Fig. 9 dargestellt ist. Für die Reini gung von textilem Abwasser 4 ist dem Festbettreaktor 1 zunächst ein Kiesfilter 21 vorgeschaltet. Der Auslauf 22 des Kiesfilters 21 teilt sich in die beiden Teilströme 23 und 24 auf, über welche das vom Feststoff befreite textile Abwasser 22 von zwei Seiten in das mit Braunkohlenkoksgranulat gefüllte Festbett 2 des Festbettreaktors 1 eingeleitet wird. Nach Durchlaufen des Festbetts 2 wird das biolo gisch behandelte Abwasser 5 aus dem Festbettreaktor 1 abgezogen und in gleich großen Teilströmen 25 und 26 auf die beiden Rührschlaufen reaktoren 6 verteilt. Die Suspension 12 wird aus den beiden Rühr schlaufenreaktoren 6 über die Leitung 13 abgezogen und in einen ein zelnen Schrägklärer 14 eingeleitet. Das gereinigte Abwasser 18 verläßt schließlich den Schrägklärer 14, um den nachgeschalteten Behälter 19 mit dem Braunkohlenkoksfilter zu durchströmen, bevor es als gereinig tes Wasser 20, wie zuvor beschrieben, der weiteren Verwendung oder dem Vorfluter zugeleitet werden kann. Unterhalb des Schrägklärers 14 wird über den Abzug 17 das Schmutzkonzentrat kontinuierlich oder dis kontinuierlich abgezogen. Das Fällungs-/Flockungsmedium 16 wird der Suspension 12 nach Bedarf unmittelbar vor dem Schrägklärer 14 aufge geben.

Bemerkenswert an der Fig. 9 ist die gezeigte Anordnung der einzelnen Komponenten 6, 14, 19 und 21 oberhalb des Festbettreaktors 1. Hierzu wird der Festbettreaktor 1 von einer durchgehenden Platte 27 abge deckt, auf welcher die einzelnen vorgenannten Komponenten aufgestän dert sind. Durch die gewählte kompakte Anordnung erhält man kurze Wege der Rohrleitungen und entsprechend können die Pumpenleistungen verringert werden. Bei der Verwendung einer durchbrochenen Abdeck platte 27 können zufällig auftretende Leckagen ohne weiteres und ohne Gefahr für die Umwelt vom Festbettreaktor 1 aufgefangen werden.

Aufbauend auf der Anordnung der Fig. 9 ist in der Fig. 8 das Kon zept für eine Großanlage zur Reinigung von Abwasser schematisch dar gestellt. Die Anlage ist weitgehend symmetrisch zweistraßig aufgebaut. Jede Straße 28, 29 umfaßt eingangsseitig einen Kiesfilter 21 zur Ab scheidung störender Feststoffe, je einen biologischen Festbettreak tor 1 mit einem Festbett 2 auf der Basis von Braunkohlenkoksgranulat, je zwei Rührschlaufenreaktoren 6 auf der Basis Braunkohlenkoksstaub sowie je einen Schrägklärer 14 und nachgeschalteten Behälter 19 als Braunkohlenkoksfilter.

Die Versorgung mit Braunkohlenkoksstaub erfolgt im wesentlichen aus handelsüblichen Silos 10 mit Zellenrädern 11 als Dosiereinrichtung. Über Silofahrzeuge (nicht gezeigt), können die Silobehälter 10 staub frei nachgefüllt werden. Bestehende Siloanlagen haben sich inzwischen gut bewährt und arbeiten sicher, zuverlässig und staubfrei.

Die Konzeption der Anlage bietet ein Höchstmaß an Flexibilität bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Innerhalb jeder der Straßen 28, 29 kann die Eliminierung der Abwasserinhaltsstoffe schwerpunktmäßig in der biologischen Stufe des Festbetts 2 oder den adsorptiven Stufen der Rührschlaufenreaktoren 6 erfolgen. Auch bei einer teilweisen Wiederverwendung des gereinigten Wassers 20 kann in einer der Straßen 28 oder 29 das Abwasser 4 wiederverwendungsgerecht gereinigt werden, während in der jeweils anderen Straße 29 bzw. 28 den Rührschlaufenreaktoren 6 immer nur eine solche Menge an Braun kohlenkoks zudosiert wird, daß die Überwachungswerte für das gerei nigte Abwasser 18 eingehalten werden.

Auch eine Anpassung an Teil- und Höchstlast ist über die beiden Straßen 28 und 29 sowie über die vier Rührschlaufenreaktoren 6 mit einzelregelbaren Zellenrädern 11 zur unterschiedlichen Dosierung des Braunkohlenkoksstaubes, in hervorragender Weise möglich.

Die Zusammenschaltung der einzelnen Komponenten ist einfach und über sichtlich strukturiert und hat bisher im Betrieb keine Schwierigkei ten auftreten lassen.

An einer Versuchsanlage, die in ihrer Ausstattung etwa dem Umfang der Anlagenkomponenten der Fig. 1 entsprach, wurde die Wirksamkeit des Verfahrens meßtechnisch nachgewiesen. Die Ergebnisse sind in den Fig. 2 bis 7 wiedergegeben, die nachfolgend interpretiert werden:

CSB-Gehalt Fig. 2

Der CSB-Gehalt im Zulauf 30 der Anlage lag im Mittel um 600 mg/l, wies aber auch starke Spitzen bis 1650 mg/l auf. Der Ablaufstrom 31 hinter der Anlage war weitestgehend von CSB entfrachtet. Die CSB-Wer te lagen bevorzugt unterhalb der Nachweisgrenze von 15 mg/l, was Eli minationsraten um 99% entspricht. Ein Beleg für die außerordentlich stabile Reinigungsleistung ist der Vergleich der CSB-Linien zwischen den Eingangs- 30 und Ausgangswerten 31. Die Linien korrelieren weder augenscheinlich noch mathematisch/statistisch. Auch hohen Eingangs werten 30 stehen extrem niedrige Ausgangswerte 31 gegenüber.

BSB₅-Gehalt, Fig. 3

Es ist bekannt, daß der BSB-Gehalt textiler Abwässer 4 niedrig ist und mit dem Produktionsprozeß stark variiert. Im konkreten Untersu chungszeitraum lag der BSB₅-Wert im Zulauf 32 zwischen 45 und 180 mg/l. Damit ist das Abwasser 4 als biologisch schlecht abbaubar (Quotient aus CSB zu BSB₅ 2) einzustufen, was allgemein in Klär anlagen bekannt ist und ständig zu Schwierigkeiten bezüglich der ein zuhaltenden Überwachungswerte führt. In der betrachteten Anlage er folgte die Entfrachtung von BSB₅-verursachenden Komponenten fast vollständig. Die Meßwerte des Ablaufs 33 lagen im Bereich der Nach weisgrenze von 3 mg/l, die entsprechende Abbaurate lag daher bei etwa 99%.

TOC-Gehalt, Fig. 4

Der TOC-Gehalt korrespondiert mit der allgemeinen Schadstoff-Fracht im Abwasser und lag bei der Messung im zufließenden Abwasser 34 in nerhalb eines Bereichs von 130 - 180 mg/l. Das gereinigte Abwasser 35 wies TOC-Gehalte auf, die kleiner als 5 mg/l waren. Im Zusammenhang mit der Messung des TOC-Gehalts hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zur Verringerung des Verbrauchs an Braunkohlenkoks den TOC-Wert im biologisch behandelten Abwasser 5 zu messen und, nach entsprechender Umwandlung der Meßgröße in ein elektrisches Signal, die Abzugsge schwindigkeit der Zellenräder 11 zu steuern, welche für die Zuführung von Braunkohlenkoks zu den Rührschlaufenreaktoren 6 maßgeblich ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, daß jeweils nur diejenige Menge an Braunkohlenkoks zudosiert wird, die erforderlich ist, um die Überwachungswerte im gereinigten Abwasser 18 einzuhalten.

AOX-Gehalt, Fig. 5

Textiles Abwasser ist mehr oder weniger mit halogenorganischen Ver bindungen vom Typ AOX kontaminiert. Darunter versteht man adsorbier bare halogenorganische Verbindungen (beispielsweise halogenierte Kohlenwasserstoffe). Das gemessene textile Abwasser 4 wies Gehalte im Zulauf 36 zwischen 230 bis etwas über 520 mg/l auf und gehört damit zu den "schwächer belasteten" Abwässern. Insbesondere durch die ad sorptive Behandlung mit Braunkohlenkoks war es möglich, diese Werte auf weniger als 70 µg/l im gereinigten Abwasser 37 einzustellen.

DFZ des Abwassers, Fig. 6a, 6b, 6c

Das Abwasser ist mit Durchsichtsfarbzahlen (DFZ) von über 42 m^-1 als "bemerkenswert" farbig einzustufen. Das bezieht sich auf die Far ben Gelb (430 nm), Rot (525 nm) und Blau (620 nm). Durch die Kombina tion der biologischen/adsorptiven Reinigung war es möglich, das far bige Abwasser 38 im umgangssprachlichen Sinne "kristallklar" zu ent färben, was sich meßtechnisch in DFZ-Werten im Ablauf 39 von 0,5 m^-1 ausdrückte.

In Fig. 7 ist auch der Abbau von Schwermetallen bei der Reinigung von Textilabwasser eindrucksvoll belegt.

Aufgrund der sehr guten Ergebnisse hinsichtlich des CSB-, BSB₅- und TOC-Abbaus sowie der Entfernung der Farbigkeit und Schwermetalle gilt die gewählte Verfahrenskombination als sicherer Weg zur Lösung des gestellten Problems. Eine Teilrückführung des gereinigten Wassers 20 zum Zwecke der Wiederverwendung ist sowohl technisch möglich, ökolo gisch sinnvoll und auch wirtschaftlich von Vorteil.

In einer überschlägigen Rechnung kann der Kostenvorteil auch veran schaulicht werden. Bei einem täglichen Verbrauch an Frischwasser von rund 2500 m³/d und einer 50%igen Rückführung von gereinigtem Wasser, d. h. annähernd 1 250 m³/d, ergibt sich eine Kostenersparnis für die Abwasseraufbereitung von folgender Größenordnung:

1250 m³/d × 5,00 DM/m³ = 6 250,00 DM/d,

woraus sich hochgerechnet auf das gesamte Betriebsjahr eine Einspa rung in der Größenordnung von 1,875 Mio DM ergibt. Somit liegt es auf der Hand, daß bei der beschriebenen verfahrenstechnisch einfachen Aufbereitung von Abwasser eine Rendite der Anlagekosten schon nach wenigen Jahren erzielt werden kann.

Bei einem spezifischen Kokseinsatz von 1 kg/m³ Abwasser wird für eine Großanlage mit einem Tagesdurchsatz von etwa 2500 m³/d Abwasser eine Menge von täglich 2,5 t/d Braunkohlenkoks benötigt. Auf das Jahr be zogen ergibt sich daraus eine Menge von 750 t. Dieser "Reststoff" muß umweltfreundlich und wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden. Hierzu bieten sich mehrere Möglichkeiten an:

In einer Kläranlage fallen größere Mengen an Faulschlamm an. Zur bes seren Entwässerung und Deponierung ist es üblich, dem angefallenen Faulschlamm Zuschlagstoffe in Form von Eisensalz, Polyelektrolyt oder Kalk zuzugeben. Beladener Koks aus der erfindungsgemäßen Anlage kann diese Stoffe weitgehend substituieren, so daß zu einem großen Teil Kosten eingespart werden. Bei einer möglichen thermischen Entsorgung des Faulschlamms bietet die Koksbeimischung den weiteren Vorteil einer selbstgängigen Schlammverbrennung. Hierbei können teures Heizöl oder Gas für die ansonsten notwendige Stützflammenfeuerung bei der Verbrennung des Faulschlamms eingespart werden. Daneben, und zwar unabhängig davon, ist auch eine thermische Regenerierung und teil weise Wiederverwendung des adsorptiv beladenen Braunkohlenkoks mög lich, was besonders ökologisch sinnvoll und wirtschaftlich wertvoll ist.

Ziffernverzeichnis

1 Festbettreaktor
2 Festbett
3 Luftanschluß
4 ungereinigtes Abwasser
5 biologisch behandeltes Abwasser
6 Rührschlaufenreaktor
7 Leitrohr
8 Rührer
9 Zuleitung
10 Silobehälter
11 Zellenrad
12 Suspension
13 Leitung
14 Schrägklärer
15 Zuleitung
16 Fällungs-/Flockungsmedium
17 Abzug für Schmutzkonzentrat
18 Ablauf für gereinigtes Abwasser
19 nachgeschalteter Behälter
20 gereinigtes Wasser
21 Kiesfilter
22 Ablauf
23 Teilstrom
24 Teilstrom
25 Teilstrom
26 Teilstrom
27 Abdeckplatte
28 Straße
29 Straße
30 Zulauf CSB
31 Ablauf CSB
32 Zulauf BSB₅
33 Ablauf BSB₅
34 Zulauf TOC
35 Ablauf TOC
36 Zulauf AOX
37 Ablauf AOX
38 Zulauf DFZ
39 Ablauf DFZ

Claims

1. Verfahren zum Entfernen von in Abwasser gelösten Schadstoffen, in dem man das Abwasser zunächst durch eine erste von einem Festbett aus Braunkohlenkoks gebildete biologische Behandlungsstufe hin durchleitet und sodann zur Adsorption von Schadstoffen unter ständiger Zufuhr von frischem Braunkohlenkoks in einer Suspension von Braunkohlenkoks und Abwasser rührt und nach dem Abscheiden von beladenem Adsorbens und der Zufuhr eines Mittels zur Fäl lung/Flockung das gereinigte Abwasser durch Flotation und Filtra tion vom Schmutzkonzentrat trennt, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Behandlung von textilem Abwasser dieses nacheinander durch ein Festbett aus Braunkohlenkoks, einen Rührschlaufenreaktor, einen Schrägklärer und ein mit Braunkohlenkoks gefüllten Filter hin durchleitet, wobei man das Festbett von unten her belüftet und die Verweilzeiten des Abwassers im Festbett zwischen 4 und 10 h, im Rühr schlaufenreaktor zwischen 30 und 90 min und im Schrägklärer zwischen 30 und 90 min festlegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den TOC-Gehalt des Abwassers hinter der biologischen Behandlungsstufe mißt und in Abhängigkeit von diesem Meßwert frischen Braunkohlen koks in die Adsorptionsstufe einträgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, da durch gekennzeichent, daß man das Abwasser vor der biologischen Behandlung durch einen Kiesfilter hindurchleitet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß man Abwässer unterschiedlichen Ur sprungs vor der biologischen Behandlung in einem Pufferbehälter sammelt und dabei eine pH-Wert-Einstellung vornimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man we nigstens einen Teil des gereinigten Wassers bei der Herstellung und/oder Färbung von Textilien wiederverwendet.

6. Anlage zur Reinigung von Abwasser nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem mit Braunkohlenkoks gefüllten Festbettreaktor, einem Rührschlaufenreaktor, einem Schrägklärer und einem mit Braunkohlenkoks gefüllten Filter, dadurch gekennzeichnet, daß der Fest bettreaktor (1) ein von Mikroorganismen besiedelbares Fest bett (2) aus körnigem Braunkohlenkoks ist und eine Zuleitung (3) für ein sauerstoffhaltiges Gas unterhalb des Festbetts (2) aufweist, und daß die einzelnen Komponenten (6, 14 und 19) auf einer Abdeckplatte (27) oberhalb des Festbettreaktors (1) angeordnet sind.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Braunkoh lenkoks des Festbetts (2) eine Körnung zwischen 1 und 6 mm hat.

8. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Braunkohlenkoks des Filters (19) eine Körnung zwischen 1 und 6 mm aufweist.

9. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Festbettreaktor (1) ein Pufferbehälter vorgeschaltet ist, der einen Ablauf und wenigstens einen Zulauf für Abwässer (4) aufweist.