DE640199C - Verfahren zur Behandlung von Abwasserschlamm - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren¹ zum Herbeiführen eines geringeren Widerstandes von Abwasserschlamm gegen Koagulation mit koagulierenden Ausfällungsmitteln, damit er durch mechanische Entwässerungsvorrichtungen wirksam und wirtschaftlich entwässert werden kann.
■ Abwasserschlamm weist einen Widerstand gegen Koagulation mit verhältnismäßig geringen Mengen von fallenden Ionen auf, wie sie durch Eisen- und Tonerdesalze gebildet werden. Infolge der Beharrlichkeit, mit der der Abwasserschlamm das Wasser gegen mechanischen Filtrierungsdruck hält, entstehen große Schwierigkeiten bei einer Koagulation und Entwässerung, Eine Verlängerung der Berührungszeit zwischen den festen Schlammbestandteilen und den diese umgebenden flüssigen Bestandteilen vergrößert die Koagulations- und Entwässerungsschwierigkeiten.: Frischer Schlamm erfordert weniger Eisenoder Aluminiumkoagulierungsmittel als Schlamm, der mehrere Tage alt ist, und letzterer wiederum verlangt weniger Koagulierungsmittel als ausgefaulter Schlamm. Man hatte dies darauf zurückgeführt, daß sich in ausgefaultem Schlamm mehr kolloidale Substanzen befinden als in dem frischen Schlamm. Gerade das Gegenteil ist jedoch der Fall. Die Schlammausfaulung beseitigt kolloidal gelöste Stoffe und vermindert die Wasserbindigkeit der nicht ausgefaulten festen Bestandteile, so daß ausgefaulter Schlamm besser auf Sandbetten entwässert. Trotz dieser Tatsache erfordert ausgefaulter Schlamm beträchtlich mehr Koagulierungsmittel auf jedes Kilogramm trockener Bestandteile zur Erzeugung leicht entwässerbarer Flocken als frischer, roher Schlamm. Der große Verbrauch von Koagulierungsmitteln läßt bis jetzt eine Benutzung der- meisten Abwasserreinigungsanlagen zur Entwässerung von rohem als auch verfaultem oder belebtem Schlamm nicht zu. Es wurde festgestellt, daß der Widerstand von Abwasserschlamm gegen Koagulation mit verhältnismäßig geringen -Mengen bekannter Koag!ulierungsmittel nicht sosehr auf die Natur und die Menge der anwesenden Kolloide als auf die in den verschiedenen Schlammassen vorhandenen und in der die Schlammteilchen umgebenden Flüssigkeit konzentrierten löslichen Abbauprodukte des Fäulungsprozesses zurückzuführen ist. Je weiter die Ausfaulung · fortschreitet, desto reicher werden die die

Schlammteilchen umgebenden Flüssigkeiten an löslichen organischen Abbauverbindungen. Diese löslichen Abbauverbindungen sind praktisch alle ammoniakalisch. "■■ ■ Unter ammoniakali sehen Verbindungen; sollen diejenigen Verbindungen verstanden werden, die zu Ammoniak und seinen Derivaten gehören, wie Aminosäuren, Amine, Amide usw. und schließlich Ammoniak- und Ammoniumverbindungen. Alle diese Derivate und ihre Verbindungen entstehen bei der Ausfaulung der suspendierten festen Schlammbestandteile, nämlich der in häuslichen und anderen Abwässern enthaltenen Proteinstoffe und Aminosäuren. Solche Zersetzungsprodukte sind daher in frischen und belebten Schlammassen weniger konzentriert als in ausgefaultem Schlamm oder in rohem oder belebtem Schlamm, der für einige Zeit aufao gespeichert wurde.

Alle diese aufgelösten und adsorbierten ammoniakalischen Verbindungen reagieren chemisch mit den üblichen Koagulierungsmitteln. Wenn Ammoniumionen, Aminosäuren und deren Carbonate, Bicarbonate und Carbaminoverbindungen, Amine usw. die Wände kolloidaler Schlammteilchen durch Adsorption in der Flüssigkeit umgeben und Eisen- oder Aluminiumsalze als Koagulierungsmittel den solche Flüssigkeiten und feste Bestandteile enthaltenden Schlammassen zugefügt werden, werden die Ionen der Koagulierungsmittel bei der Reaktion mit den in Lösung befindlichen, meist ammoniakalischen Abbauprodukten chemisch verzehrt. Es ergeben sich wasserlösliche Ammoniate, Amine, Aminoverbindungen usw. In ähnlicher Weise werden gallertartige und schwer filtrierbare Hydroxyde, Succinate, Glutarate, unbeständige Carbonate u. dgl. gebildet. Es wird daher ein Überschuß an koagulierenden Fällungsmitteln für diese und ähnliche chemische Reaktionen aufgewandt werden müssen, um eine vollständige Koagulation zu erzielen. Diese parallelen chemischen und kolloidalen Reaktionen haben bisher zu irrigen Schlüssen über die Natur der Koagulationen von Abwasserschlamm geführt, und in den meisten Fällen war der Verbrauch von Koagulierungsmitteln derart, daß ihre Anwendung ein wirtschaftlicher Hinderungsgrund gewesen ist. Gemäß der Erfindung erfolgt nun eine Verringerung der Konzentration löslicher Zersetzungsprodukte in der Flüssigkeit des Abwasserschlammes, damit die kolloidal gelösten und grob dispergierten Teile des Abwasserschlammes mit geringeren Mengen an Koagulationsmitteln ausgeflockt werden können, als bisher zur Erzeugung von¹ Flocken notwendig waren, und um weiterhin eine Filtration zu erleichtern.

Zur Durchführung dieses Verfahrens wer-.den nach der Erfindung folgende Maßnahmen f 'angewendet:

1. Auswaschen der Schlammassen oder 6g

2. chemische Zugabe solcher Mittel, die die '"■gelösten ammoniakalischen Verbindungen zersetzen, oder

3. eine Kombination der unter 1 und 2 genannten Maßnahmen.

Unter Auswaschen von zu entwässernden Abwasserschlammassen wird die Maßnahme verstanden, daß die Schlammassen durch einfache Verdünnung mit anfänglich von löslichen Abbauprodukten verhältnismäßig freiem Wasser gereinigt werden und daß, nachdem sich die festen Schlammteile in diesem Reinigungswasser abgesetzt haben, die überstehende Flüssigkeit durch einfaches Abgießen oder in anderer Weise von dem gewaschenen und ab- so gesetzten Schlamm entfernt wird. Der ausgewaschene Schlamm wird dann eine erheblich niedrigere Konzentration solcher löslicher Zersetzungsverbindungen besitzen. Die weiter unten mit Auszug bezeichnete Flüssigkeit 8g wird alsdann vom Schlamm durch Absetzen entfernt und zweckmäßig zu dem in die Abwasserwerke eintretenden Abwasser zurückgeführt.

Erschöpfende praktische Untersuchungen go dieses neuen Verfahrens zeigten, daß durch Auswaschen verschiedener Schlammassen mit 2 Volumen Wasser auf 1 Volumen Schlamm praktisch 60 °/₀ löslicher Zersetzungsprodukte der Ausfaulung aus dem Schlamm entfernt werden. Die ausgewaschenen und abgesetzten Schlammassen können dann wirksam mit 60 °/₀ weniger Eisenchlorid oder chloriertem Eisenvitriol koaguliert werden, als für eine gleichwertige Koagulation der nicht ausge- i_o0 waschenen Schlammassen notwendig wäre. Weiterhin werden bei diesen geringeren Eisenchloridzusätzen größere Leistungen an trokkenen festen Bestandteilen auf den Quadratmeter Filterfläche von Zellenfiltern erhalten.

Dies wird aus dem beigefügten Diagramm ersichtlich, das den bei nicht ausgewaschenen und ausgewaschenen ausgefaulten Schlammmassen erhaltenen Koagulationsgrad zeigt. Der Ausflockungsgrad von Abwasserschlamm no bei Benutzung eines gegebenen Koagulierungsmittels in verschiedenen Mengen kann leicht durch einfache Filtrierungsversuche gemessen werden. Der Ausflockungsgrad solcher Schlammassen in verschiedenen Zuständen ergibt sich aus der Leichtigkeit, mit der die durch Koagulation erzeugten Flocken von dem umgebenden Wasser getrennt werden können. Die Geschwindigkeit, mit der das Filtrat durch den koagulierten Schlamm läuft, iao hängt von der Menge vorhandener fester Bestandteile, dem Filtrierungsdruck und der

Menge des benutzten Koagulierungsmittels ab, was sich selbst unmittelbar in dem Grad der erzeugten Ausflockung oder Ausfällung widerspiegelt. Aufeinanderfolgendes Hinzufügen verschiedener Koagulationsmittelmengen zu aufeinanderfolgenden Schlammschüben von dem gleichen Schlammposten werden dann aufeinanderfolgende Änderungen im Ausflockungsgrad ergeben und somit zu aufeinanderfolgend verschiedenen Filtrierungsgeschwindigkeiten führen.

Für die in den beigefügten Kurven dargestellten Daten wurde ein handelsübliches, kontinuierlich betriebenes Saugfilter (Zellenfilter) benutzt; die Änderungen in den Ausflockungsgraden, die durch die Koagulierungszusätze zu den Schlammassen erzeugt wurden, wurden in Kilogramm trockener fester, in einer Stunde auf jeden Quadratmeter Filterfläche

so erzeugter Bestandteile gemessen. ,Durch Auftragen der verschiedenen Hundertsätze wasserfreien Eisenchlorides, das für die in den Schlammassen vorhandenen trockenen festen Bestandteile benutzt wurde, als Abszissen und der Filterleistungen in Kilogramm abgenommenen trockenen Filtergutes auf einen Quadratmeter Filterfläche in einer Stunde als Ordinaten wurden die Kurven in dem beigefügten Koordinatendiagramm erhalten.

Die Kurve A ergibt sich aus der Aufzeichnung der verschiedenen Filtrierungsergebnisse (Ausflockungswerte) bei verschiedenen Eisenchloridzusätzen zu einem ausgefaulten Schlamm aus einem erhitzten Schlammfauiräum. Der Stickstoff in den aufgelösten ammoniakalischen Produkten war verhältnismäßig hoch, d. h. 740 Teile auf eine Million, und der Eisenchloridverbrauch war infolge der obenerwähnten, die wirkliche kolloidale Ausfällung begleitenden chemischen Reaktionen hoch. Bei Benutzung von 6 °/₀ wasserfreiem Eisenchlorid für die vorhandenen festen Bestandteile war die Filterleistung ungefähr 38 kg trockener Substanz auf jeden Quadratmeter Filterfläche in der Stunde. Die Filterleistungen vergrößerten sich mit zunehmenden Eisenchloridzusätzen bis zu' ungefähr 136 kg abgenommenes trockenes Filtergut auf ein Quadratmeter in der Stunde bei wenig mehr als 10 °/₀ Eisenchloridzusätzen.

Durch Auswaschen eines Volumens dieses Schlammes in einem Volumen Wasser und Absetzenlassen der festen 'Bestandteile zu einem Schlamm mit dem gleichen Prozentsatz fester Bestandteile, wie er in dem ursprüngⁱ liehen Schlamm vorhanden war, und Abgießen des klaren Auszuges wird der Stickstoff in den löslichen ammoniakalischen Produkten auf 440 Teile auf eine Million· vermindert.

300 Teile auf eine Million oder ungefähr 40 °/₀ des ursprünglichen ammoniakalischen Stick-' stoffes wurden durch diese erste Auswaschungsstufe entfernt. Die. Kurve B zeigt, daß mehr als 40⁰J₀ weniger Eisenchlorid für eine Ausfällung benötigt wird, die derjenigen gleichwertig ist, welche durch Zufügen von Eisenchlorid zum ungereinigten Schlamm der Kurve A erzeugt wird.

Die Kurve C zeigt die Ergebnisse, die erhalten wurden, wenn ein Volumen des für die Kurvet verwendeten ausgefaulten Schlammes in zwei Volumen nicht ammoniakalischen Wassers ausgewaschen wurde. Diese Auswaschung hat ungefähr 6o-°/₀ des· löslichen ammoniakalischen Stickstoffes entfernt, und ungefähr 60 °/₀ weniger Eisenchlorid werden zur Erzeugung einer der Kurve A gleichwertigen Ausflockung benötigt. Somit ergibt das Auswaschen eines gut ausgefaulten Schlammes in zwei Volumen verhältnismäßig reinen Wassers eine Ersparnis von 60 °/₀ Koagulierungsmittel. Bei ungefähr 3 °/o Eisenchloridzusatz zu diesem gereinigten Schlamm ist die Filterleistung 76 kg trockener Substanz auf jeden Quadratmeter in der Stunde. Dies ist das Doppelte der Filterleistung, die· bei Verwendung der doppelten Menge (6 °/₀) Eisenchlorid an dem nicht eluierten, durch die Kurvet dargestellten Schlamm erhalten.wird.

Durch Auswaschen des Schlammes in mehr Wasser, z. B. drei Volumen, ergibt sich die Kurve D, und da der Gehalt an Fäulnisverbindungen in dem Schlamm weiterhin vermindert wird, ergeben sich weitere Ersparnisse an Eisenchlorid.

Obgleich man auch das Auswaschen von frischem und belebtem Schlamm in verhältnismäßig reinem Wasser lösliche Zersetzungsprodukte aus dem Schlamm entfernt und Koagulierungsmittelersparnisse bewirkt, erhält man doch größere Ersparnisse an Koagulierungsmitteln, wenn der Schlamm gemäß der Erfindung nach einem der folgenden Verfahren behandelt wird.

1. Ein- Teil des frischen Schlammes oder des belebten Abfallschlammes oder ein Teil einer Mischung des ursprünglich abgesetzten frischen Schlammes mit belebtem Abfallschlamm wird ausgefault. Der ausgefaulte Schlamm wird ausgewaschen und mit dem nicht ausgefaulten Teil des frischen Schlammes oder belebten Abfallschlammes oder mit dem nicht ausgefaulten Teil von ursprünglich frischem und belebtem Abfallschlamm gemischt,, mit Koagulierungsmitteln behandelt und gefiltert.

2. Ein Teil des ursprünglichen frischen Schlammes wird zusammen mit einem Teil des gegebenenfalls in Anlagen mit Schlammbelebung erzeugten belebten Abfallschlammes ausgefault, und der ausgefaulte Schlammteil wird alsdann mit dem oder den nicht aus-

gefaulten Teilen gemischt und die ganze Mischung ausgewaschen und die abgesetzte, gereinigte Schlammischung mit einem Koagulierungsmittel behandelt und entwässert. 3. Die für ausgefaulten Schlamm unter 1. und 2. beschriebenen Auswaschverfahren können durch Behandlung des Schlammes vor oder während des Auswaschens mit chemischen, die ammoniakalischen Verbindungen abbauenden Mitteln unterstützt werden. Solche Mittel sind Chlor, Hypochlorite, salpetrige Säure, Formaldehyd usw. Chlor und Hypochlorite in kleinen Mengen verwandeln Aminosäuren und Ammoniumbicarbonate und die Fettsäuresalze des Ammoniums in Ammoniumchlorid, welches leicht löslich ist und daher leicht durch einfaches Auswaschen entfernt werden kann. Salpetrige Säure löst Ammoniak und Aminosäuren durch unmittelbares Freimachen von Stickstoff auf. Formaldehyd zersetzt Ammoniak und entfernt Aminogruppen, wodurch es Verbindungen erzeugt, die ebenfalls leicht durch Auswaschen entfernt werden können.

Der erforderliche Formaldehyd kann gegebenenfalls aus den gasförmigen Produkten der Schlammfaulung gewonnen werden. Die Schlammausfaulungsgase sind reich an Methan und enthalten etwas Kohlendioxyd. Wenn man diese Mischung durch ozonisierte Luft leitet oder das Methan unvollständig verbrennt, kann etwas Formaldehyd erzeugt werden. Wenn man aber das so behandelte Ausfaulungsgas durch Wasser leitet, kann eine zur Behandlung von Schlamm genügend starke Formaldehydlösung erhalten werden. Aus dem beigefügten Koordinaten diagramm kann man erkennen, daß die Wirksamkeit des Auswaschens von Abwasserschlamm unverhältnismäßig geringer wird, wenn die Mengen adsorbierter Zersetzungsprodukte geringer werden. Dies stimmt mit den Adsorptionsgesetzen überein. Daher werden bei Schlamm, der adsorbierte Ammonium- und Ammoniakderiyateverbindungen in sehr verdünntem Zustande enthält, wie es beispielsweise bei belebtem Abfallschlamm und frischem Schlamm und Mischungen von belebtem Abfallschlamm und frischem Schlamm der Fall ist, chemische Hilfsmittel bei der Auswaschung vorteilhaft sein, wenn man derartigen Schlamm und solche Schlammischungen oder einen Teil des Schlammes ohne Schlammausfaulung koagulieren und verwenden will.

Bei dem Auswaschen gemäß der Erfindung wird die oben als Auszug bezeichnete abgezogene Flüssigkeit zweckmäßig zu dem in die Abwasserbehandlungsanlage gelangenden Abwasserstrom zurückgeleitet. Die in dem zurückgeleiteten Wasser enthaltenen löslichen ammoniakalischen Produkte befinden sich in einem Zustand, der rasche biochemische Oxydierung gestattet, gleichgültig, ob Rieselfilter oder belebter Schlamm zur Reinigung des flüssigen Teiles des Abwasserstromes benutzt werden. Beim Auswaschen ausgefaulter Schlammassen in 2 Volumen Wasser stellt das zurückgeleitete Waschwasser oder der Auszug nur einen sehr geringen Hundertsatz des Hauptabwasserstromes dar, und es werden nur ein oder zwei Teile ammoniakalischer Produkte auf eine Million Teile des gewöhnlichen Abwasserstromes zugefügt.

Wenn bei dem Auswaschen chemische Mittel zur Zersetzung, von Ammoniak benutzt werden, wird der zurückgeleitete Auszug reiner als das in die Anlage strömende Abwasser sein, oder der Auszug kann einen Überschuß an Hypochloriten oder Formalin enthalten, der zur Unterstützung der Reinigung des Hauptabwasserstromes ausreicht.

Die zum Auswaschen nötige Wassermenge kann dadurch verringert werden, daß man einen Teil des ausgewaschenen Schlammes mit einem nicht ausgewaschenen Teil mischt und die Mischung auswäscht. Dies ist gleichwertig einer Gegenstromauswaschung oder einem fraktionierten Auswaschen von Schlamm oder Schlammischungen in zwei oder mehr kontinuierlich betriebenen Klärbehältern. Daher können diese wechselweisen Auswascharten zur größtmöglichen Entfernung löslicher Zersetzungsprodukte aus Abwasserschlamm bei einem geringstmöglichen Betrag von Waschwasser benutzt werden, und dieses. Verfahren kann noch wirksamer gemacht werden, wenn chemische Mittel zur Zersetzung von Ammoniak zusammen mit dem Auswaschen angewandt werden. Das Auswaschen im Gegenstrom wird in zwei oder mehr kontinuierlich betriebenen Klärbehältern durchgeführt, die derart angeordnet sind, daß sich abgesetzter Schlamm vom ersten zum letzten Behälter bewegt, während überfließender Auszug in' entgegengesetzter Richtung läuft. Das Waschwasser tritt mit oder ohne chemische Zersetzungsmittel in den letzten Behälter zusammen mit dem gewaschenen Schlamm aus dem vorhergehenden Behälter ein, und das aus dem letzten Behälter überfließende Gemenge fließt weiter und wird mit dem in den vorletzten Behälter eintretenden gewaschenen Schlamm gemischt und so weiter bis zu dem ersten Behälter, so daß infolge des fortschreitenden Waschens die löslichen Zersetzungsverbindungen bei einem geringstmöglichen Wasserverbrauch soweit wie möglich entfernt werden.

Wenn Ferrisalze für die Koagulation und Entwässerung des gewaschenen Schlammes durch Verwendung kontinuierlich betriebener

Saugfilter benutzt werden, wird das klare Filtrat Ferrosalze enthalten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß einige Ferrisalze durch den Ausflockungsprozeß in Ferrosalze umgewandelt werden. Man kann ein solches Filtrat chlorieren, wodurch die Ferrosalze in Ferrisalze zurückoxydiert werden. Das Filtrat aus der Endentwässerung, welches einige Chlorreste und Ferrisalze enthält, kann alsdann dem Waschwasser zugefügt werden, wodurch das Waschen und, Absetzung des Schlammes erheblich unterstützt wird. Da bei diesem Verfahren eine teilweise Ausflockung erhalten wird, wird eine weitere Ersparnis an Endkoagulierungsmitteln erzielt.

Der zu waschende,Schlamm und das Waschwasser werden am wirksamsten vor der Absetzung gemischt, indem man Druckluft durch die Mischung schickt. Dieses Mischen von Schlamm und Waschwasser ist in jedem Fall wertvoll, ganz gleich, welcher Schlamm oder welches Schlammgemisch ausgewaschen wird.

Das vorliegende Verfahren der Behandlung von Schlamm ist also ein Mittel zur Erzielung bemerkenswerter Ersparnisse an Koägulierungsmitteln und Filterflächen und macht ausgedehnte Sandbettflächen, die nur in Abhängigkeit von der Jahreszeit arbeiten, überflüssig, so daß die mechanischen Entwässerungsvorrichtungen der Abwasserreini- 3Ό gungsanlagen wirtschaftlich arbeiten.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entwässerung von Abwasserschlamm durch Zusatz von Koagulierungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwasserschlamm vor dem Hinzufügen der koagulierend wirkenden Stoffe mit Wasser ausgewaschen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswaschen durch Chemikalien, z. B. Chlor, Hypochlorite, salpetrige Säure, Formaldehyd usw., unterstützt wird, die die im Abwasserschlamm enthaltenen ammoniakalischen Abbauprodukte zersetzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgefaulte, gewaschene Schlamm mit nicht ausgefaultem und nicht gewaschenem (frischem oder belebtem) Schlamm gemischt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen