DE4407564A1 - Verfahren zur Oxidation von organischen Stoffen und/oder Mikroorganismen in einem Behandlungsgut, nämlich in Deponiesickerwasser oder in Suspensionen von Mikroorganismen, vorzugsweise in einem Schlamm aus biologischen Kläranlagen - Google Patents

Verfahren zur Oxidation von organischen Stoffen und/oder Mikroorganismen in einem Behandlungsgut, nämlich in Deponiesickerwasser oder in Suspensionen von Mikroorganismen, vorzugsweise in einem Schlamm aus biologischen Kläranlagen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oxidation von organischen Stoffen und/oder Mikroorganismen in einem Behandlungsgut und dabei speziell auf ein Verfahren zur Oxidation von organischen Stoffen im Sickerwasser von Deponien sowie zur Oxidation von Suspensionen von Mikro­ organismen, insbesondere von Schlämmen aus biologischen Kläranlagen.
Es ist grundsätzlich bekannt, daß sich einige organische Stoffe mit Hilfe von Oxidationsmitteln, wie Wasserstoffper­ oxid, Peressigsäure oder Ozon oxidieren lassen, wobei allerdings bei schwer abbaubaren Stoffen, wie beispielsweise bei Müllhuminsäuren, eine solche Oxidation durch Verwendung eines der vorgenannten Oxidationsmittel nicht möglich. Gleiches gilt für viele organische Halogenverbindungen (AOX; adsorbierbare organische Halogenverbindungen), mit denen insbesondere das Sickerwasser aus Deponien häufig stark belastet ist.
Grundsätzlich bekannt ist es weiterhin auch, daß sich Mikroorganismen mit Hilfe von Oxidationsmitteln oxidieren und dadurch zerstören bzw. abtöten lassen. Dies ist bisher aber nur möglich, wenn eine unwirtschaftlich große Menge an dem jeweiligen Oxidationsmittel zum Einsatz kommt.
Bei Deponien fallen Sickerwässer in hochorganisch belasteter Form an, wobei in der Regel der überwiegende Teil der organischen Stoffe biologisch schwer abbaubar ist. Die Reinigung von Sickerwässern aus Deponien stellt daher seit langem ein ernstes Problem dar, für welches es bisher eine wirtschaftliche Lösung nicht gibt. Die bisher üblichen Verfahren, wie Eindampfung, Umkehrosmose mit Konzentratbe­ handlung oder Adsorption an Aktivkohle sind aufwendig und teuer.
In biologischen Kläranlagen entstehen durch Absetzvorgänge Primärschlämme und durch Verstoffwechselung von biologisch abbaubaren Stoffen durch Bakterien in Belebungs- oder Tropfkörperverfahren Überschußschlämme (Bakteriensuspension), die vielfach einer Faulung zur Erzeugung von Biogas (in der Hauptsache Methan) unterzogen werden, wobei Faulschlamm anfällt.
Die Verwendung derartiger Schlämme als Dünger wird zunehmend erschwert, so daß in vielen Fällen nur eine Deponierung oder eine Verbrennung bleibt. Beide Entsorgungskonzepte sind aber bisher mit hohen Kosten verbunden. Die anfallenden Schlämme lassen sich nur sehr schlecht entwässern. Außerdem ist eine Entwässerung nur unter Zugabe großer Mengen an teuren Konditionierungsmitteln möglich. Die Schlämme enthalten einen hohen Anteil an organischer Substanz, vor allem im Inneren der Zellen der Mikroorganismen. Diese organischen Zellinhalt­ stoffe sind aber biologisch schwer angreifbar, obwohl es von großem Nutzen insbesondere auch für die Deponierung wäre, die anfallenden. Schlammenge nach Volumen und Trockensubstanzmenge zu reduzieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem es möglich ist, auch schwer abbaubare biologische Substanzen sowie schwer angreifbare Mikroorganismen wirt­ schaftlich unter Verwendung eines Oxidationsmittels zu oxidieren und hierdurch die biologische Abbaubarkeit orga­ nischer Substanzen sowie der Mikroorganismen wesentlich zu erhöhen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.
Durch die gleichzeitige Beaufschlagung des Behandlungsgutes mit Ultraschall wird eine innige Durchmischung des flüssigen Behandlungsgutes erreicht. Weiterhin ergeben sich durch die Ultraschallbehandlung zwischen den zu oxidierenden Stoffen (biologisch schwer abbaubare organische Stoffe und/oder Mikroorganismen bzw. Bakterienzelle) durch die innige Durchmischung große Phasengrenzflächen, an denen es dann möglich ist, mit Hilfe der Oxidationsmittel die gewünschte Oxidation durchzuführen.
Für die Oxidation können die Oxidationsmittel, wie z. B. Peressigsäure oder Wasserstoffperoxid und/oder Ozon wirt­ schaftlich in reduzierten Mengen eingesetzt werden, was ohne die Beaufschlagung des Behandlungsgutes mit Ultraschall nicht möglich wäre.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Behandlungsgut auch ein Phasentransferkatalysator beigegeben. Als solcher Katalysator eignet sich beispielsweise Alginsäuresilylester. Durch den Zusatz dieses Phasentransferkatalysators wird die Oxidation noch weiter wesentlich beschleunigt.
Durch die Behandlung von Sickerwässern nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren ist es möglich, die biologische Abbau­ barkeit der in diesen Sickerwässern enthaltenen schwer abbaubaren Stoffe (Müllhuminsäuren, AOX) derart zu erhöhen, daß eine anschließende biologische Reinigung der Sickerwässer möglich ist. Die extrem hohen Behandlungskosten der derzeit üblichen Verfahren, wie der Eindampfung, der Umkehrosmose mit Konzentratbehandlung oder der Adsorption an Aktivkohle können vermieden werden, d. h. die Kosten für die Behandlung von Sickerwässern können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und einer anschließenden biologischen Reinigung um ein Vielfaches unter die Kosten der derzeit üblichen Verfahren zur Ent­ sorgung und Reinigung von Sickerwässern gesenkt werden.
Werden biologische Schlämme aus biologischen Kläranlagen, d. h. Primärschlämme und/oder Überschußschlämme und/oder Faulschlämme mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt, so wird mit diesem Verfahren eine Zerstörung der Zellstruktur der Mikroorganismen erreicht, so daß nach der Behandlung nur noch leere Zellhüllen als absetzbare Stoffe verbleiben, während der größte Teil (die Zellinhaltsstoffe) in echte oder kolloidale Lösungen übergeht. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Schlamm läßt sich somit wesentlich leichter und besser entwässern. Zur Entwässerung ist auch nur ein ganz geringer Einsatz an Konditionierungsmitteln not­ wendig.
Die in echte oder kolloidale Lösung gegangenen Stoffe können erneut einem mikrobiologischen Abbau unterworfen werden. Dies kann beispielsweise im aeroben biologischen Teil einer Kläranlage (Belebtschlamm- Tropfkörperverfahren) erfolgen, vorzugsweise dient der behandelte Schlamm aber als Protonen­ donator für die Denitrifikation. Hierdurch wird das vielfach sehr ungünstige Verhältnis zwischen leicht abbaubaren Verbindungen und dem Nitratgehalt des nitrifizierten Ab­ wassers verbessert. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, die nach der Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen echt oder kolloidal gelösten organischen Stoffe zusammen mit den anfallenden Schlämmen auszufaulen und so zur Erzeugung von Biogas zu nutzen, welches als Energieträger zur Energieerzeugung verwendet werden kann.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Schlämme von biologischen Kläranlagen hat u. a. den Vorteil, daß die im Zell inneren vorhandenen Stoffe in echte oder kolloidale Lösungen übergehen, wodurch die anfallenden Schlammengen verringert werden.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in vereinfachter schematischer Darstellung im Querschnitt sowie im Längsschnitt einen Behandlungsspalt 1, durch den das Behandlungsgut hindurchge­ führt wird und in dem dieses Behandlungsgut mit Ultraschall­ bzw. mit Ultraschallenergie beaufschlagt wird.
Der Behandlungsspalt 1 besitzt bei der dargestellten Aus­ führungsform einen rechteckförmigen Querschnitt und ist beispielsweise von einem sprechenden Rohr- oder Kanalab­ schnitt gebildet, der von dem Behandlungsgut durchströmt wird. Begrenzt ist der Behandlungsspalt 1 von zwei einander gegenüberliegenden horizontalen Flächen 2 und 3 sowie von zwei seitlichen vertikalen Flächen 4.
An der Fläche 2 ist ein Ultraschall-Geber 5 vorgesehen, der zumindest über eine Teillänge des Behandlungsspaltes 1 die Begrenzungsfläche bildet. Der Ultraschallgeber 5 (elektro­ mechanischer Wandler) erzeugt innerhalb des Spaltes 1 ein Ultraschall-Signal mit einer vorgegebenen Frequenz, bei­ spielsweise im Bereich zwischen 10 und 50 kHz und mit einer ausreichenden Leistung, d. h. beispielsweise mit einer Leistungsdichte von mehr als 0,9 W/cm². Angesteuert wird der Ultraschallgeber 5 durch einen elektrischen Signalgeber 6. Der Abstand zwischen dem Ultraschallgeber 5, d. h. der Ebene der Begrenzungsfläche 2 und der Begrenzungsfläche 3 ist so gewählt, daß dieser Abstand a etwa zwischen einer vollen und einer viertel Wellenlänge des Ultraschalls liegt. In Strömungsrichtung vor dem Ultraschallgeber 5 sind Düsen 7 und 8 vorgesehen, über die das Oxidationsmittel und der Phasen­ transferkatalysator unmittelbar vor der Ultraschallbehandlung in das Behandlungsgut eingebracht werden.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste
1 Behandlungsspalt
2, 3, 4 Begrenzungsfläche
5 Ultraschallgeber
6 elektrische Generator
7, 8 Düse.

Claims (17)

1. Verfahren zur Oxidation von organischen Substanzen und/oder Mikroorganismen in einem Behandlungsgut, nämlich in Deponiesickerwasser oder in Suspensionen von Mikro­ organismen, vorzugsweise in einem Schlamm aus einer biologischen Kläranlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation durch Einwirken eines Oxidationsmittels auf das Behandlungsgut bei gleichzeitiger Beaufschlagung des Behandlungsgutes mit Ultraschall erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation bei Anwesenheit eines Phasentransfer­ katalysators erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel Peressigsäure oder Wasser­ stoffperoxid und/oder Ozon verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Phasentransferkatalysator Alginsäuresilyester verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Oxidationsmittel ver­ setzte Behandlungsgut durch eine Behandlungsöffnung oder einen Behandlungsspalt (1) geleitet wird, an dem wenigstens ein Ultraschallgeber (5) vorgesehen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel sowie ggf. auch der Phasentransfer­ katalysator dem Behandlungsgut beim Eintritt in den Behandlungsspalt (1) beigegeben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgut durch einen Behandlungsspalt (1) geleitet wird, der zwischen dem wenigstens einen Ultra­ schallgeber (5) und einer von diesem beabstandeten, Ultraschall reflektierenden Wand (3) gebildet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (a) des Spaltes (1) so eingestellt ist, daß sie zwischen einem Viertel und einer vollen Wellenlänge liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgut mit Ultraschall mit einer Frequenz zwischen etwa 10 und 50 kHz beauf­ schlagt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Oxidation von organischen Halogenverbindungen in Deponiesickerwässern dient.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Oxidation von Müllhuminsäuren in Deponiesickerwässern dient.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Oxidation des Überschuß­ schlammes und/oder des Primärschlammes und/oder des Faulschlammes aus biologischen Kläranlagen dient.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Oxidation eines vollständigen oder teilweisen Gemisches aus Überschußschlamm, Primärschlamm und/oder Faulschlamm aus biologischen Kläranlagen dient.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Oxidation freigesetzten Zellinhaltstoffe in einem weiteren Verfahrens schritt einer anaeroben Fermentation oder Faulung unterworfen werden, und zwar unter Freigabe von Biogas.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Oxidation freigesetzte Inhaltsstoffe als Protonendonatoren einem Denitrifi­ kationsbecken oder einem Denitrifikationsteil einer biologischen Kläranlage zugesetzt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß der nach der Oxidation sowie ggf. nach der anaeroben Fermentation verbleibende Rest oder Restschlamm eingedickt und/oder entwässert wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallbehandlung mit einer Leistungsdichte von mehr als 0,9 W/cm² erfolgt.
DE4407564A 1994-03-08 1994-03-08 Verfahren zur Oxidation von organischen Stoffen und/oder Mikroorganismen in einem Behandlungsgut, nämlich in Deponiesickerwasser oder in Suspensionen von Mikroorganismen, vorzugsweise in einem Schlamm aus biologischen Kläranlagen Ceased DE4407564A1 (de)

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