DE566134C - Verfahren zur Reinigung von Abwaessern, wie Kloakenwasser - Google Patents

Description

Die Aufgabe der Beseitigung von Abwässern und die Reinigung von Abwässern und anderweit verunreinigtem Wasser ist Jahre hindurch der Gegenstand zahlreicher Studien und Versuche von Chemikern und Bakteriologen gewesen, und es haben sich zahlreiche Verbesserungen bei der Behandhing solcher Stoffe ergeben. Es ist indessen allgemein als feststehend angenommen worden, daß die Aufgabe biologischer Natur ist, und die bisher erfolgreichste Behandlungsweise ist diejenige, die als Behandlung mit aktiviertem Schlamm bezeichnet wird, bei der feste Körper, die Bakterien und protozoische Lebewesen enthalten, in ständiger Berührung mit Luft gehalten werden, die zwecks Herbeiführung einer innigen Verbindung in die Flüssigkeitsmasse eingepreßt wird, um die gesamte Masse in einem Zustand der Reinheit

ao überzuführen.

Abwässer und andere unreine Wässer enthalten zahlreiche schädliche Stoffe in Form von festen Körpern, Gasen und Solen einschließlich der Emulsoide und Suspensoide, und diese sind die Ursache der Gegenwart von Bakterien, von Färbung, Trübung, Geruch, Geschmack, angreifenden Eigenschaften und Seifenverbrauch. Diese schädlichen Stoffe in Abwässern sind teils organischen, teils anorganischen Ursprungs und werden von Exkrementen, Industrieabfallstoffen, natürlichen Pfianzenstoffen, Mineralstoffen und aus der Luft oder von den aus in Zersetzung begriffenen Stoffen herausgelösten Gasen gebildet.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von Abwässern, wie Kloakenwasser, auf chemisch-physikalischem Wege unter Verwendung von Eisenhydroxyd und Regenerierung des durch organische Substanz reduzierten Hydroxyds mittels eingeführten Sauerstoffs und besteht darin, daß Eisenhydroxyd im Gemisch mit Aluminiumhydroxyd und in genügender Menge angewendet und unter gleichzeitig in beliebiger bekannter Art vorzunehmender Einführung von molekularem Sauerstoff in großer Menge in das Abwasser in diesem gründlich verteilt wird.

Es werden also organische Stoffe, Mineralstoffe und gelöste Gase durch chemische Reaktion entfernt.

Nachdem eine geeignete Menge der genannten Hydroxydmischung in einem Behälter zu dem Wasser oder Abwasser zugesetzt ist, wird die Masse durch mechanische Mittel oder Preßluft oder durch beide Mittel gründlich durchgerührt, um eine möglichst hohe Absorption von Luft herbeizuführen. Die Wirkung der gründlichen Verteilung des Fällungsmittels in aerobischem Medium be-

steht darin, daß die Emulsoide und Suspensoide mit der gallertartigen Oberfläche des Fällungsmittels in Berührung kommen und daß die fein suspendierten oder kolloidalen Stoffe entweder durch Oxydation infolge der Wirkung von im Fällungsmittel anwesenden naszierenden Sauerstoff zerstört oder zu kristalloidem oder gasförmigem Zustand dispergiert oder durch das Fällungsmittel adsorbiert oder koaguliert werden, wodurch die abfließende Flüssigkeit unveränderlich wird. Dadurch wird erreicht, daß eine klare Flüssigkeit von den Hydroxyden und von den Verunreinigungen sich abtrennt, die durch die kombinierten Hydroxyde adsorbiert, koaguliert und gefällt sind.

Unter gewissen später erwähnten Bedingungen kann es vorteilhaft sein, noch mehr Sauerstoff und ein Sterilisierungsmittel, wie Chlor, in das Abwasser einzuführen, um genügend naszierenden Sauerstoff einzuführen, der die Oxydation darin enthaltener Eisenverbindungen und gewisser organischer Stoffe sichert, und auch, um gelöste Gase und flüchtige Stoffe abzublasen.

Nach einer verhältnismäßig kurzen Behandlungsdauer, während deren das Fällungsmittel in inniger Mischung mit der behandelten Masse gehalten wird, trennt man das geklärte Wasser von dem durch das Fällungsmittel in Suspension gehaltenen durch Absetzen oder Filtration oder beide Maßnahmen. Der als Rückstand verbleibende Schlamm und das aus den in der Masse enthaltenen oder zugesetzten Eisen- und Aluminiumverbindungen gebildete Fällungsmittel oder Gel können dann in geeigneter Menge in das erste Behandlungsgefäß zurückgebracht werden, um mit weiteren Rohstoffen gemischt zu werden. Sie sollen dort die Oxydation und die Bildung einer neuen Menge von Fällungsmitteln in der neuen Abwassermenge bewirken, so daß die von Natur aus darin enthaltenen oxydierenden Bestandteile aufs höchste ausgenutzt werden.

Der Rückstandschlamm kann je nach seinem Oxydationszustand eine Regenerierung erfordern, ehe er in eine neue Menge zu reinigenden Abwassers eingeführt wird. Wenn er einen geringen Sauerstoffgehalt hat, so würde seine Einführung in das frische Abwasser nur die oxydierende Einwirkung der Luft oder des anderweitig eingeführten Sauerstoffs beeinträchtigen. Infolgedessen wird der Schlamm bei der Rückführung zur Wiederholung des Verfahrens vorzugsweise gründlich gelüftet.

Alles Wasser enthält mehr oder weniger Aluminiumverbindungen, und viele Wasser enthalten Eisenverbindungen, gewöhnlich in Form von Hydroxyden, und da das Fällungs- , mittel aus Aluminium- und Eisenverbindungen besteht, ist es nur nötig, die zu behandelnde Flüssigkeit mit einer genügenden Menge dieser Bestandteile zu mischen, durch welche dann die in der Flüssigkeit enthaltenen Aluminium- und Eisenverbindungen aufgenommen werden; das Verfahren kann dann nahezu beliebig lange fortgesetzt werden, ohne daß man weitere Mengen der genannten Bestandteile zusetzt, indem man einen von der klären Flüssigkeit getrennten Anteil des Schlamms in den Arbeitsgang zurückführt. Daraus ergibt sich ohne weiteres, daß die Betriebskosten des Verfahrens auf ein Mindestmaß zurückgeführt werden.

Es hat sich ergeben, daß ein Verfahren der beschriebenen Art schnell in Gang gesetzt und mit großer Geschwindigkeit durchgeführt werden kann, da eine verhältnismäßig sehr geringe Zeit erforderlich ist, um die Adsorption, Fällung und Koagulierung der aus dem Wasser auszuscheidenden Stoffe herbeizuführen. Es hat sich ferner ergeben, daß ein Temperaturwechsel innerhalb nicht zu weiter Grenzen die Ergebnisse nicht erheblich ändert und daß sogar der Nachteil einer erheblichen Temperatursteigerung ausgeglichen werden kann, wenn man zusammen mit einem weiteren Zusatz des Fällungsmittels ein Sterilisierungsmittel hinzufügt. Das Haupterfordernis ist die Aufrechterhaltung eines Gleichgewichts in der Sauerstoff übertragung, d. h. man muß mit der Zuführung von molekularem Sauerstoff fortfahren, um den durch die Oxydation der Sole, Suspensoide und festen Bestandteile in der flüssigen Masse eintretenden Verlust an naszierendem Sauerstoff auszugleichen.

Es ist ersichtlich, daß bei einer bestimmten, 10c beispielsweise durch die natürliche Begrenzung der Größe jeder Anlage gegebenen Aufnahmefähigkeit für die Zuführung von Sauerstoff zur behandelten Masse eine abnorme Temperatursteigerung eine bedeutende Be- 10; schleunigung der biologischen Zersetzung herbeiführen wird. Dies kann durch den Zusatz des Sterilisierungsmittels ausgeglichen werden, das die Entwicklung solcher Organismen verzögert und das richtige Gleichgewicht des Sauer stoffgehalts aufrechterhält. Solche Bedingungen werden dadurch ermöglicht, daß das Verfahren vollständig chemisch ist und nicht von biologischen Erscheinungen abhängt. " iij

Die für Eisen und Aluminium in Betracht kommenden Mengenverhältnisse sind diejenigen, die gewöhnlich vorkommen oder unter optimalen Betriebsbedingungen gefordert werden. Das Verfahren kann in Gegenwart größerer oder geringerer Mengen der Hydroxyde betrieben werden. Wenn die

Mengen dieser Stoffe geringer als Y₄ g pro 4¹I₂ 1 (5 Grains/Gallone) sind, dann bleibt die Wirkung des Verfahrens praktisch aus. Das Eisen ist weit aktiver in Gegenwart von stickstoffhaltigen organischen Substanzen als in Gegenwart von stickstofffreiem organischem Stoff.

Die Temperaturänderungen bei dem neuen Verfahren treten gewöhnlich dann ein, wenn

ίο ein biologischer Nebenvorgang einhergeht. Die Wirkung einer Temperatursteigerung besteht, wie gesagt, darin, daß der biologische Nebenvorgang begünstigt wird. Hohe Temperaturen, d. h. Temperaturen oberhalb 17⁰C (63 ° F) stören, wenn ihnen nicht durch gewisse Sterilisierung oder Hemmungsmittel begegnet wird, den Betrieb und beeinträchtigen den Erfolg. Wenn Chlor in genügenden Mengen eingeführt wird, dann wird nicht nur die biologische Störung beendet, sondern es wird auch der Mangel an Sauerstoff behoben, der durch verzögerte Geschwindigkeit der Auflösung von Sauerstoff aus der Luft und durch vergrößerte Geschwindigkeit der biologischen Oxydation infolge der höheren Temperatur verursacht wird, und das Verfahren ist dann bei Temperaturen oberhalb 24 ° C (75 ° F) durchführbar. Die höchste Temperatur, bei welcher das Verfahren wirtschaftlich durchgeführt werden kann, ist bedingt durch die Abnahme der Löslichkeit des Sauerstoffs und die Kosten für Chlor.

i. Ausführungsbeispiel

In gewöhnlichen Abwässern sind durchschnittlich auf eine Million Abwasserteile 0,2 bis 2 Teile Eisenhydroxyd vorhanden. Wenn das Abwasser in einen Schlammzustand übergeführt ist, dann ist das Eisenhydroxyd in 2,5 bis 3 0/0 in einer kolloidalen Suspension zugegen, deren Kolloide in Form einer Gallerte von Aluminiumhydroxyd auftreten. Dieses Kolloid ist von Natur in dem Abwasser zugegen und wird nun vermehrt, bis es etwa 5 bis 10 % des Schlammes ausmacht.

Das rohe Abwasser wird ununterbrochen zu den Behältern geführt. In diesen werden etwa 15 Volumenprozente in Schlammzustand zurückgehalten. Die Masse wird in einem Zeitraum von i¹/» bis 3 Stunden ununterbrochen belüftet, und die geklärte Flüssigkeit wird abgezogen. Die Aluminiumhydroxydgallerte bietet dem Eisenhydroxyd in der Lösung einen Stützhalt, so daß für den ununterbrochen eingemischten Sauerstoff die größtmögliche Eisenhydroxydfläche offengelegt ist.

Wie oben dargelegt, wird die Oxydation der organischen Substanz bei dem Verfahren dadurch bewirkt, daß das Eisenhydroxyd mit der organischen Substanz in Berührung kommt und zur Oxydation und Vernichtung dieser Substanz atomaren Sauerstoff abgibt. Diese Reaktion verringert die Wertigkeit des Eisenhydroxyds; die ununterbrochene Zuführung der durch die Masse getriebenen Luft schafft aber molekularen Sauerstoff heran, der mit dem erschöpften Eisenhydroxyd reagiert und seine· Wertigkeit wieder erhöht und es in den Stand setzt, von neuem atomaren Sauerstoff abzugeben.

Dieser Vorgang der Wiederbelebung des Eisenhydroxyds dauert unbegrenzt. In dem Maße, wie sich der Prozentsatz an Schlamm vermehrt, wird mehr Eisen- und Aluminiumhydroxyd, die von Natur aus anwesend sind, hinzukommen.

Die Dauer der Behandlung, um die organische Substanz in wirksamer Weise zu beseitigen und das Dekantieren der geklärten Flüssigkeit zu ermöglichen, ist mit i¹/,, bis 3 Stunden sehr gering im Vergleich zu der bei den besten der bekannten Verfahren erforderlichen Betriebsdauer von 6 bis 16 Stunden.

Ist das Verfahren einmal in einer Anlage dadurch in Gang gesetzt, daß genügend viel Aluminiumhydroxyd zugesetzt ist, um den Gehalt daran zu steigern, und eine genügende Gallertmenge und dadurch eine zur Durchführung der erforderlichen Oxydation ausreichende Freilegung der Eisenhydroxydflächen hervorzurufen, dann ergänzen sich bei dem Verfahren, wie oben angegeben, sowohl das Aluminium- als auch das Eisenhydroxyd. Der Schlamm kann von Zeit zu Zeit aus den Behältern abgezogen werden, wenn die klare Flüssigkeit entfernt ist, um den Schlammgehalt auf etwa 15 0/0 des Abwasservolumens in dem Behälter zu halten.

2. Ausführungsbeispiel

In einer kleinen Anlage werden nach dem Verfahren der Erfindung auf eine Million Gallonen behandelten Abwassers etwa 1590 kg Schlamm (auf Trockenbasis) entfernt. Das Volumen des Schlammes beträgt durchschnittlich etwa 159 000 1 (mit 1% Feststoffen) auf etwa 4 540 000 1 behandelten Abwassers. Der Schlamm geht in dieser Anlage durch Filterpressen.

Bei Abwasser, das in gewöhnlicher Weise abgesetzt wird, beläuft sich der Schlamm nur auf etwa 60 bis 70% der niederschlagungsfähigen Feststoffe. Dagegen enthält der auf Grund der Erfindung erhaltene Schlamm etwa 99,9% der niederschlagungsfähigen Feststoffe und einen Teil dispergierter Feststoffe, die ihrerseits etwa 10 000 1 auf eine Million Liter Abwasser betragen.

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Im Durchschnitt enthält der Schlamm Stickstoff im Trockenrückstand:

bei dem bei einfacher neuen Sedi-

Verfahren mentation

Durchschnitt 8 % 1,5 °/o

Maximum 12,7 °/₀ 2 °/₀

Minimum 4 °/o - ^τ>²5 %

In einem besonderen Falle enthielt:

Schlamm aus nach dem neuen Schlamm

Verfahren aus rohem behandeltem Abwasser

Abwasser

Wasser 97,5 % ⁸7>⁸ %

Gesamtstickstoff.... 6,3 ²) 1,55 ¹J

Asche 40,0 59,0

^x) Auf das Trockengewicht des Schlamms.

DieSchlammbeschaffenheit erfährt übrigens durch den Umstand keine Veränderung, daß in der Anlage während des Verfahrens eine «5 Fällung von Kalk auftritt. Denn wenn Kalk als Hydrat anwesend ist, dann wird er gewöhnlich neutralisiert und als Bikarbonat durch die Kohlensäure wieder aufgelöst, die während der Oxydation frei wird. Bei normalem Betrieb tritt aber eine Kalkfällung so gut wie nicht ein.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ■·", · i. Verfahren zur Reinigung von Abwässern, wie Kloakenwasser, auf ehemisch-physikalischem Wege unter Verwendung von Eisenhydroxyd und Regenerierung des durch organische Substanz reduzierten Hydroxyds mittels eingeführten Sauerstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß Eisenhydroxyd im Gemisch mit Aluminiumhydroxyd und in genügender Menge angewendet und unter gleichzeitig in beliebiger bekannter Art vorzunehmender Einführung von molekularem Sauerstoff in großer Menge in das Abwasser in diesem gründlich verteilt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein beliebiger Anteil des Rückstandschlämmes zur Behandlung von neuem Abwasser benutzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Behandlungsdauer an sich bekannte sterilisierende Mittel, wie Chlor, dem Abwasser zugesetzt werden.