DE4312891C1 - Decontaminating aq. sludges by removal of gaseous and liq. harmful substances - by microbiological oxidn. with water-filled porous microorganism carrier body on the surface of the sludge - Google Patents
Decontaminating aq. sludges by removal of gaseous and liq. harmful substances - by microbiological oxidn. with water-filled porous microorganism carrier body on the surface of the sludgeInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dekontaminieren von wäßrigen Schlämmen durch Entfernen von anaerob gebildeten gasförmigen und/oder flüssigen Schadstoffen durch mikrobiologische Oxidation.The present invention relates to a method for Decontaminate aqueous sludges by removal of gaseous and / or liquid formed anaerobically Microbiological oxidation pollutants.
In wäßrigen Schlämmen kommt es üblicherweise unter anaeroben Bedingungen zu Reduktionsreaktionen bei denen beispielsweise Schwefelwasserstoff Mercaptane. Methan, aber auch höhere Kohlenwasserstoffe. Wie beispielsweise Toluol gebildet werden. Die so gebildeten Stoffe können zu einer erheblichen Geruchsbelästigung führen. Insbesondere bei der Bildung von Schwefelwasserstoff und Mercap tanen. Außerdem sind viele dieser Stoffe toxisch. Es besteht daher ein erheblicher Bedarf an Verfahren zum Entfernen von anaerob gebildeten Stoffen aus wäßrigen Schlämmen bzw. zum Schutz des Wasserkörpers vor dem Ein dringen dieser Stoffe.It is usually found in aqueous sludges anaerobic conditions for reduction reactions in which for example, hydrogen sulfide mercaptans. Methane, but also higher hydrocarbons. Like for example Toluene are formed. The substances so formed can lead to considerable odor nuisance. Especially in the formation of hydrogen sulfide and mercap tan. In addition, many of these substances are toxic. It there is therefore a considerable need for processes for Removal of anaerobically formed substances from aqueous Sludge or to protect the water body from the on penetrate these substances.
Wäßrige Abfallschlämme aus der Zellstoffindustrie kön nen größere Mengen an Ligninderivaten, beispielsweise Alkalilignin, Ligninsulfonat und daneben auch noch Cellu lose sowie Schwefelverbindungen enthalten. Werden solche Schlämme in größeren Mengen in wäßrigen Medien gelagert, so kann es unter Luftabschluß zu anaeroben Prozessen kom men, bei denen sich toxische und geruchsbelästigende Stoffe bilden. Dies ist z. B. in dem sog. Silbersee, einem Schlamm teich der Grube Johannes bei Wolfen, Kreis Bitterfeld, der Fall, in den lange Zeit ein Schlamm-Abwassergemisch einge leitet wurde, das große Mengen an Ligninderivaten und Cellu lose enthielt. Insbesondere in der wärmeren Jahreszeit verursachen dabei die Sauerstoff-freien Schlämme durch die oben diskutierten anaeroben Prozesse eine starke Geruchsbelästigung und auch toxische Gefährdung der Umge bung. Aqueous waste sludges from the pulp industry can larger amounts of lignin derivatives, for example Alkaline lignin, lignin sulfonate and also cellu loose and contain sulfur compounds. Become such Sludges stored in large quantities in aqueous media, so it can come to anaerobic processes in the absence of air in which there are toxic and unpleasant substances form. This is e.g. B. in the so-called silver lake, a mud pond of the Johannes near Wolfen mine, Bitterfeld district, the Case in which a sludge-wastewater mixture was used for a long time was responsible for large quantities of lignin derivatives and cellu contained loose. Especially in the warmer season cause the oxygen-free sludge the anaerobic processes discussed above are strong Odor nuisance and also toxic endangering exercise.
Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Abwässern bekannt (DE 31 00 780 A1), die mit Gase enthaltenden Schlämmen beladen sind. Die Schlämme werden durch Herabrieselnlassen auf ein Füllkörperbett entgast, das vorzugsweise mit biologisch aktiven Materialien geimpft ist. Zum Entgasen von ruhenden Schlämmen ist dies Verfahren nicht geeignet.It is a method and an apparatus for purifying waste water known (DE 31 00 780 A1), the sludge containing gases are loaded. The sludges are trickled down on The packed bed degasses, preferably with biologically active Materials is vaccinated. This is for degassing dormant sludge Process not suitable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem gasförmige und/oder flüssige Schad stoffe, die durch anaerobe Vorgänge gebildet worden sind, aus ruhenden wäßrigen Schlämmen entfernt werden können.The object of the present invention is a method to create with the gaseous and / or liquid damage substances formed by anaerobic processes, can be removed from dormant aqueous sludges.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Ver fahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens wieder.This object is achieved according to the invention by a ver drive with the according to the preamble of the main claim Characteristics of the characteristic part. The subclaims give preferred embodiments of the method.
Anaerob gebildete Stoffe enthaltende Abwässer werden in der konventionellen Abwassertechnik beispielsweise über Tropfkörper geleitet, auf denen sich ein biologischer Rasen aus Mikroorganismen ausbildet, die die anaerob ge bildeten Stoffe oxidieren. Versuche habe ergeben, daß eine solche direkte Behandlung der kontaminierten Gesamt masse bei Schlämmen häufig nicht möglich ist, da diese größere Mengen anaerob gebildeter Gase und flüchtiger Flüssigkeiten enthalten können, die auf die Umgebung in toxischer und/oder geruchsbelästigender Weise einwirken, wenn sie bei erforderlichen Behandlungsschritten frei gesetzt werden. Aus diesem Grund werden erfindungsgemäß die Schlämme nach Möglichkeit nicht unnötig bewegt oder aufgerührt, um eine Freisetzung von Gasen nach Möglich keit zu vermeiden.Wastewater containing anaerobically formed substances is in conventional wastewater technology, for example Trickling filter, on which there is a biological Lawn from microorganisms that forms the anaerobic ge oxidize formed substances. Experiments have shown that such direct treatment of the total contaminated is often not possible with sludge, as this larger quantities of anaerobically formed gases and more volatile May contain liquids that are in the environment act in a toxic and / or unpleasant way, if free at required treatment steps be set. For this reason, the invention if possible, do not move the sludge unnecessarily or stirred to release gases if possible to avoid.
Statt dessen wird die mikrobiologische Oxidation in eine Grenzschicht an der oberen Oberfläche des Schlamms ver legt und in einem mit Wasser gefüllten bzw. von Wasser durchströmten Bewuchskörper durchgeführt, der auf die Schlammschicht aufgelegt wird. Dieser Bewuchskörper besteht aus einer Gitterstruktur, die sowohl horizontal als auch vertikal, also in allen Raumrichtungen, von Gasen und Wasser durchströmbar ist. Solche Gitterstruk turen können aus den verschiedensten Materialien beste hen, beispielsweise aus Geweben, Gewirken, Geflechten aus Draht, Fasern, aber auch aus zu Gitterstrukturen verarbeitbaren Kunststoffen, Tonen, Kalk, Zement oder anderen verfestigbaren Stoffen, oder aus natürlichen Stoffen, die bereits eine natürliche Gitterstruktur aufweisen, wie z. B. poröses Lavagestein. Alle diese Stoffe haben im allgemeinen eine hinreichende Oberflächenmikrostruktur bzw. Rauhig keit, die ein Bewachsen mit Mikroorganismen fördert. Außerdem haben alle diese Stoffe im allgemeinen eine hin reichende Formstabilität, so daß die Gitterstruktur auch beim Bewuchs mit Mikroorganismen und beim Durchtritt der zu oxidierenden Gase und Flüssigkeiten erhalten bleibt.Instead, the microbiological oxidation is broken down into one Boundary layer on the top surface of the sludge ver puts and in a filled with water or water flowed through fouling body performed on the Layer of sludge is placed. This growth body consists of a lattice structure that is both horizontal as well as vertically, i.e. in all spatial directions, from Gases and water can flow through. Such lattice structure doors can be made of the most diverse materials hen, for example from fabrics, knitted fabrics, braids from wire, fibers, but also from too Lattice structures of processable plastics, clays, Lime, cement or other solidifiable substances, or from natural substances that are already a natural Have lattice structure, such as. B. porous lava rock. All of these substances have in general a sufficient surface microstructure or rough speed that promotes overgrowth with microorganisms. In addition, all of these substances generally have one down sufficient dimensional stability, so that the lattice structure too when covered with microorganisms and when the gases and liquids to be oxidized is retained.
Die Gitterstruktur muß so beschaffen sein, daß sie auch nach dem Bewuchs mit Mikroorganismen noch einen Durch tritt der zu oxidierenden Flüssigkeiten und Gase ermög licht. Die Öffnungsweite der Gitterstruktur bzw. deren Porengröße muß daher so bemessen sein, daß das Verhält nis von durch Mikroorganismen bewuchsfähiger Oberfläche zu Grundfläche der Gitterstruktur im Bereich von 2 : 1 bis 10 : 1 liegt, bevorzugt im Bereich von 2,5 : 1 bis 8 : 1 und besonders bevorzugt im Bereich von 3 : 1 bis 5 : 1. Dabei können die Öffnungsweiten (Porengrößen) der einzelnen Gitterbestandteile etwa zwischen 15 und 1 mm schwanken, be vorzugt zwischen etwa 12 und 2 mm. Bei der Verwendung von Drahtgeweben, die bevorzugt eingesetzt werden, kann in einem Drahtgewebe durch Überlagerung der einzelnen Gitter strukturen eine unterschiedliche Öffnungsweite in dem oben angegebenen Bereich auftreten.The lattice structure must be such that it also after the growth with microorganisms another through occurs the liquids and gases to be oxidized light. The opening width of the lattice structure or its Pore size must therefore be such that the ratio nis surface that can be covered by microorganisms to base area of the lattice structure in the range from 2: 1 to 10: 1, preferably in the range from 2.5: 1 to 8: 1 and particularly preferably in the range from 3: 1 to 5: 1. The opening widths (pore sizes) of the individual Lattice components fluctuate between 15 and 1 mm, be preferably between about 12 and 2 mm. When using Wire mesh, which are preferred, can be used in a wire mesh by overlaying the individual grids structure a different opening width in the range specified above occur.
Um eine möglichst vollständige Oxidation der durch die Gitterstruktur nach oben durchtretenden Stoffe, insbe sondere der Gase, zu erreichen, soll die Gitterstruktur eine hinreichende vertikale Durchströmhöhe aufweisen. Als geeignet haben sich Durchströmhöhen im Bereich von 1 bis 10 cm erwiesen, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 7 cm.In order for the oxidation to be as complete as possible Lattice structure upward penetrating substances, esp especially the gases, the lattice structure is supposed to achieve have a sufficient vertical flow height. Flow heights in the range of have proven suitable 1 to 10 cm, preferably in the range of 2 to 7 cm.
Die Gitterstruktur kann mit beliebigen Hilfsmitteln über dem zu dekontaminierenden Schlamm angebracht werden, so beispielsweise mit Trägern, Stützen. Am einfachsten ist es, die Gitterstruktur einfach auf die zu dekontamierende Schlammschicht aufzulegen. Dazu ist es erforderlich, daß die mittlere Raumdichte der Gitter struktur nicht wesentlich höher liegt als die Dichte der oberen Schlammschicht, da andernfalls die Gitterstruktur in die Schlammschicht einsinken und damit ihre Wirksam keit verlieren würde. Da aber Schlämme durch Sedimenta tion häufig in ihren oberen Schichten nur mittlere Raum dichten wenig oberhalb von 1 aufweisen, ist es in solchen Fällen zweckmäßig, wenn die Gitterstrukturen mittlere Raumdichten im Bereich von etwa 1,01 bis 1,1 aufweisen, bevorzugt von etwa 1,02 bis 1,05. Sollten andererseits durch eine starke Gasentwicklung in der Schlammschicht bei zu leichten Gitterstrukturen ein Aufschwimmen statt finden, so kann die mittlere Raumdichte der Gitterstruk tur durch Beschweren mit geeigneten Massen erhöht werden.The grid structure can be used with any tools the sludge to be decontaminated, so for example with beams, supports. At the the simplest is to simply place the lattice structure on the layer of sludge to be decontaminated. Is to it requires that the mean spatial density of the lattice structure is not significantly higher than the density of the upper sludge layer, otherwise the lattice structure sink into the mud layer and thus its effectiveness would lose time. But there is sludge from Sedimenta tion is often only middle space in its upper layers have densities a little above 1, it is in such Useful if the lattice structures are medium Have bulk densities in the range from approximately 1.01 to 1.1, preferably from about 1.02 to 1.05. On the other hand, should due to a strong gas development in the sludge layer if the lattice structures are too light, they float find, the mean spatial density of the lattice structure tur can be increased by complaining with suitable masses.
Da die Gitterstrukturen mit Wasser gefüllt bzw. von Wasser durchströmt werden, kann es vorteilhaft sein, wenn ober halb der Gitterstruktur ein Wasserüberstand vorhanden ist. Dabei kann es vorteilhaft sein, dieses überstehende Wasser mit Luft bzw. Sauerstoff anzureichern. Dadurch kann erreicht werden, daß im wassergefüllten bzw. wasserdurchströmten Bewuchskörper und der darüber befind lichen Grenzschicht ein höheres Sauerstoffangebot zu finden ist, was die gewünschte mikrobiologische Oxidation fördert. Because the lattice structures are filled with water or water are flowed through, it can be advantageous if upper there is a water supernatant half of the lattice structure is. It can be advantageous to project this Enrich water with air or oxygen. It can thereby be achieved that in the water-filled or water-flowed growth body and the located above boundary layer a higher oxygen supply find what is the desired microbiological oxidation promotes.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht erforder lich, den Schlamm zur Dekontamination zu transportieren, er kann vielmehr an der Stelle, an der er angefallen ist, mit der Gitterstruktur bedeckt und der mikrobiologischen Oxidation unterworfen werden. Der Schlamm kann vor oder nach dem Aufbringen der Gitterstruktur mit einem Wasser überstand bedeckt werden, wobei eine Anreicherung des Wassers mit Luftsauerstoff vorteilhaft ist. Dies kann nach bekannten Methoden erfolgen, beispielsweise durch Eintragen von Luft mittels Pumpen, Venturidüsen oder Rotoren.In the method according to the invention, it is not necessary to transport the sludge for decontamination, rather, at the point where it occurred, covered with the lattice structure and the microbiological Be subjected to oxidation. The mud can be in front of or after applying the lattice structure with a water supernatant are covered, with an enrichment of the Water with atmospheric oxygen is beneficial. This can by known methods, for example by Air is introduced by means of pumps, Venturi nozzles or Rotors.
Die Aufrechterhaltung einer Wasserströmung im Überstand ist dabei zur gleichmäßigen Verteilung des Sauerstoff angebots von Vorteil.Maintaining a water flow in the supernatant is for the even distribution of oxygen offers an advantage.
In der Gitterstruktur siedelt sich sehr schnell der aus der üblichen Abwassertechnik bekannte biologische Rasen an, was durch Animpfen noch beschleunigt werden kann. Das Charakteristikum dieses biologischen Rasens ist insbe sondere eine komplexe Besiedlung mit Bakterien, Einzellern und Kleintieren bis hin zu Würmern und dergleichen, die für eine Auflockerung des biologischen Rasens sorgen.It quickly settles in the lattice structure biological lawn known from the usual wastewater technology what can be accelerated by seeding. The characteristic of this organic lawn is particularly especially a complex colonization with bacteria, unicellular organisms and small animals to worms and the like that provide a loosening of the organic lawn.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle Schlämme, die anaerob gebildete flüssige oder gasförmige Schadstoffe oder Schadstoffe, die sich in diese Formen überführen lassen, enthalten. Insbesondere fallen hier unter Schlämme aus Gewässern, die im biologischen Sinne tot sind, in denen also das Sauerstoffangebot so gering ist, daß Schadstoffe durch anaerobe Prozesse bilden. The method according to the invention is suitable for everyone Sludges, the anaerobically formed liquid or gaseous Pollutants or pollutants that come in these forms have transferred, included. In particular fall here among sludges from water, in the biological sense are dead, in which the oxygen supply is so low is that pollutants form through anaerobic processes.
Eine spezielle Anwendung findet das Verfahren bei der Dekontamination von ligninhaltigen Schlämmen, wie sie bei der Zellstoffproduktion anfallen, insbesondere wenn diese Schlämme längere Zeit gelagert wurden, wodurch an aerobe Prozesse begünstigt wurden. Dies ist beispiels weise beim sogenannten "Silbersee" bei Bitterfeld der Fall, in dem seit vielen Jahren Schlämme deponiert wurden, die aus Ligninderivaten, Cellulose, Asche und Kalkschlamm bestehen und außerdem einen erhöhten Gehalt an Schwermetal len aufweisen. Der Schlamm zeigt einen Wasserüberstand von bis zu etwa einem Meter auf. Insbesondere in der wärmeren Jahreszeit kommt es hier zu einer erheblichen Geruchsbelästigung und toxischen Gefährdung der Anlieger durch anaerob gebildete Gase, wie Schwefelwasserstoff, Mercaptane, Schwefelkohlenstoff und Toluol.The process finds a special application in the Decontamination of lignin-containing sludges, like them incurred in pulp production, especially if these sludges have been stored for a long time, causing aerobic processes were favored. This is an example wise at the so-called "Silbersee" near Bitterfeld Case where sludge has been deposited for many years, those made from lignin derivatives, cellulose, ash and lime sludge exist and also an increased content of heavy metal len. The mud shows a water supernatant up to about a meter. Especially in the warmer seasons there is a considerable amount here Odor nuisance and toxic danger to the residents by gases formed anaerobically, such as hydrogen sulfide, Mercaptans, carbon disulfide and toluene.
Bei der Dekontamination dieser Schlämme hat sich eine "Biomatte"als besonders geeignet erwiesen, die aus einem Drahtgewebe aus Polyester-Drähten besteht. Das gewebte Gitter ist aus Hochmodul-Polyestergarnen gefertigt und hat eine mittlere Maschenweite von 20×20 mm. Die Dicke (=Durchströmhöhe) beträgt 20 mm. Das Verhältnis vom be wuchsfähiger Oberfläche zu Grundfläche beträgt etwa 4 : 1. There has been a problem with the decontamination of these sludges "Biomat" proved to be particularly suitable, which from a Wire mesh consists of polyester wires. The woven Grid is made of high modulus polyester yarn and has an average mesh size of 20 × 20 mm. The fat (= Flow height) is 20 mm. The ratio of the be viable surface to base area is about 4: 1.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.The invention is illustrated below using examples explained in more detail.
Eine Schlammprobe aus dem "Silbersee" der Grube Johannes bei Bitterfeld hatte folgende Zusammensetzung:A mud sample from the "silver lake" of the Johannes mine Bitterfeld had the following composition:
6 Gew.-% Ligninderivate
4 Gew.-% Cellulose
1 Gew.-% Asche
2 Gew.-% Kalkschlamm
87 Gew.-% Wasser6% by weight lignin derivatives
4% by weight cellulose
1 wt% ash
2% by weight of lime sludge
87 wt% water
Der Feststoffgehalt betrug 13 Gew.-%, der pH-Wert 8,1. Außer dem enthielt der Schlamm u. a. folgende Schadstoffe:The solids content was 13% by weight and the pH was 8.1. Except the mud contained a. following pollutants:
1200 mg/kg TS Blei
11000 mg/kg TS Zink
678 mg/kg TS Sulfat
19200 mg/kg TS Sulfid
44 mg/kg TS EOX
3,2 mg/kg TS Schwefelkohlenstoff
2,0 mg/kg TS Toluol
140 mg/kg TS Methanol
0,6 mg/kg TS Phenol
5,8 mg/kg TS Methylphenole
2,8 mg/kg TS Chlorphenole
11,1 mg/kg TS D-3 Caren1200 mg / kg TS lead
11000 mg / kg TS zinc
678 mg / kg TS sulfate
19200 mg / kg TS sulfide
44 mg / kg TS EOX
3.2 mg / kg TS carbon disulfide
2.0 mg / kg TS toluene
140 mg / kg TS methanol
0.6 mg / kg TS phenol
5.8 mg / kg TS methylphenols
2.8 mg / kg TS chlorophenols
11.1 mg / kg TS D-3 carene
30 kg dieses Schlamms wurden in ein 45 l fassendes Aquariengefäß vorsichtig eingeschichtet, wodurch sich eine 30 cm hohe Schlammschicht ergab. Über diese Schlammschicht wurden vorsichtig 15 l Wasser aufgegeben, ohne die Schlammschicht wesentlich aufzurühren. Dann wurde eine "Biomatte", bestehend aus einer Enkamat-Matte der Firma ENKA-Akzo, Wuppertal die gesamte Oberfläche abdeckend vorsichtig auf die Schlammschicht aufgelegt.30 kg of this sludge was put into a 45 l Aquarium tank carefully layered, causing a 30 cm high layer of sludge resulted. About these 15 liters of water were carefully added to the sludge layer, without substantially stirring up the sludge layer. Then was a "biomat" consisting of an Enkamat mat ENKA-Akzo, Wuppertal covering the entire surface carefully placed on the mud layer.
Der Wasserüberstand über dem Schlamm wurde über eine Luftanreicherungsdüse belüftet. Der Schlamm hatte am Beginn der Behandlung einen starken Schwefelwasserstoff geruch bei einem Gehalt an 5 mg/l Schwefelwasserstoff.The water supernatant over the mud was over a Air enrichment nozzle ventilated. The mud was on Start treatment with a strong hydrogen sulfide odor with a content of 5 mg / l hydrogen sulfide.
Nach einer Behandlung von 28 Tagen hatte sich in der Matte ein dichter biologischer Rasen gebildet, der im wesentli chen bestand aus Bakterien, Glockentierchen, Rädertierchen und Wimperntierchen.After a treatment of 28 days it had become in the mat a dense biological lawn is formed, which essentially Chen consisted of bacteria, bell animals, rotifers and Mascara.
Der Luftraum über dem Wasser hatte nur noch einen geringen Schwefelwasserstoffgeruch.The airspace over the water was very small Odor of hydrogen sulfide.
Die Analyse ergab einen Gehalt an Schwefelwasserstoff von 0,1 mg/l, eine Reduzierung des CSB um 75% und des BSB5 um 95%.The analysis showed a hydrogen sulfide content of 0.1 mg / l, a reduction of the COD by 75% and the BOD 5 by 95%.
Damit erfolgte ein weitestgehender Abbau der belastenden Stoffe, die aus dem Schlamm in das überstehende Wasser austreten.This resulted in the greatest possible reduction of the burdening Substances from the mud into the supernatant water emerge.
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DE4445096A1 (en) * | 1994-12-16 | 1995-07-27 | Goes Ges Fuer Sanierungsmasnah | Prevention of contaminant settling in micro-biological oxidn. of aq. slurries |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3100780A1 (en) * | 1980-01-17 | 1981-11-26 | Société Générale pour les Techniques Nouvelles, 78184 Montigny le Bretonneux, Yvelines | Process and apparatus for purifying waste waters requiring the degassing of sludge suspensions |
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1993
- 1993-04-20 DE DE19934312891 patent/DE4312891C1/en not_active Expired - Fee Related
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