-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Behandlung
von organischem Abwasser, welches aus Abwasserbehandlungsverfahren
von Abwasserbehandlungsanlagen, Anlagen zur Behandlung von Exkrementen
sowie aus Verfahren zur Behandlung von organischem Schmutzwasser
aus Nahrungsmittelfabriken, Chemiefabriken oder dergleichen entsorgt
wurde, und das Abtrennen und Gewinnen von Phosphorkomponenten, die
in dem Abwasser enthalten sind.
-
Im
Hinblick auf das oben erwähnte
Verfahren zur Behandlung von organischem Abwasser ist weitreichend
ein Verfahren eingesetzt worden, wobei ein Biomasseschlamm, der überwiegend
mikrobielle Zellen sowie überschüssigen Schlamm
enthält,
welcher wiederum unbehandelten Restschlamm enthält, einer Fest-Flüssig-Trennung
unter Verwendung eines Klärtanks
oder dergleichen unterzogen wird. Diese Schlämme sind durch biologisches
Ausfaulen des Abwassers erzeugt worden. In diesem Verfahren wird
der überschüssige Teil
des Schlamms ins Meer entsorgt oder für Mülldeponien eingesetzt, während der
sich ergebende flüssige
Teil, der als Überstand
aus einem solchen Trennungsverfahren erhalten wird, angemessen entsorgt
wird.
-
Der
Anmelder hat eine Patentanmeldung eingereicht, die sich auf ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines Belebtschlamms
bezieht, „umfassend
die Schritte: i) Unterziehen eines organischen Abwassers einem Belüftungsschritt
in einer Belüftungsvorrichtung;
ii) Fest-Flüssig-Trennung
in eine behandelte Flüssigkeit
und einen Schlamm; iii) Zurückführen eines
Teils des abgetrennten Schlamms durch eine Kreislaufeitung zu der
Belüftungsvorrichtung;
iv) Unterziehen des überschüssigen Schlamms,
der aus dem Fest-Flüssig-Trennschritt
erhalten wurde, einem Wärmeaustausch
unter Verwendung eines Wärmeaustauschers;
v) Solubilisieren des erwärmten
Schlamms bei hoher Temperatur in einer Solubilisationsvorrichtung;
und vi) Zurückführen der
solubilisierten Lösung
durch eine Rückführleitung
zur Belüftungsvorrichtung" (siehe Japanische
offengelegte Patentveröffentlichung
Nr. 9-10791). Diese
Patentanmeldung offenbart eine Erfindung, die auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Behandlung eines Belebtschlamms gerichtet
ist, wobei das Verfahren und die Vorrichtung in der Lage sind, die
Menge des erzeugten überschüssigen Schlamms
zu vermindern. Ein schematisches Fließdiagramm für dieses Verfahren ist in 4 gezeigt.
-
In
Abhängigkeit
von dem zu behandelnden organischen Rohschmutzwasser konnte eine
große
Menge an Phosphorkomponenten (d.h. Orthophosphorsäuren, Polyphosphorsäuren, Phosphatsalze
und deren Ester, Phosphoproteine, Glycerophosphorsäuren, Phospholipide
und dergleichen) in der behandelten Flüssigkeit und dem überschüssigen Schlamm
durch das oben beschriebene Verfahren zurückbleiben. Es wird berücksichtigt,
dass das Entsorgen dieser Substanzen in die Außenwelt direkt zu Umweltverschmutzung
führt.
Insbesondere ist es nachteilig, die behandelte Flüssigkeit,
die eine große
Menge solcher Phosphorkomponenten enthält, in Seen oder Teiche zu
entsorgen, da sie drastisches Wachstum von Phytoplankton verursacht,
der mit Eutrophierung des Wassers in Zusammenhang steht. Daher wird
gelegentlich eine Technik angewendet, die das Hinzufügen eines
Flockungsmittels zu der behandelten Flüssigkeit, welche aus der Fest-Flüssig-Trennungsvorrichtung
erhalten wurde, um den Gehalt der Phosphorkomponenten zu vermindern,
und anschließendes
Entfernen der behandelten Flüssigkeit,
umfasst. Dieses Verfahren könnte
jedoch nachteilig sein, da das Unterziehen einer großen Menge
der behandelten Flüssigkeit
einem solchen Flockungsverfahren eine großtechnische Vorrichtung erfordert,
wodurch ein Anstieg an Kosten, Zeit, Arbeit und dergleichen verursacht
würde,
welche zur Ausübung
dieses Verfahrens notwendig sind. Darüber hinaus ist die Effizienz
der Flockung nicht sehr hoch, und die Entfernung der Phosphorkomponenten
kann manchmal unzureichend sein. Daher ist es nicht hilfreich, den überschüssigen Schlamm
ohne ausreichendes Entfernen der Phosphorkomponenten, die derzeit
in dem Schlamm enthalten waren, zu entsorgen.
-
Zwischenzeitlich
umfassen herkömmliche
Verfahren zur Entsorgung von Phosphorkomponenten in Abwasser: (1)
ein chemisches Flockungsverfahren; (2) ein Entphosphorungsverfahren
mittels Kristallisation; und (3) ein anaerob-aerobes Belebtschlammsverfahren
etc. (siehe Sewage Service Project, Design Guide and Review, veröffentlicht
von Japan Sewage Work Association, Bd. 2, S. 131–136, 1994).
-
In
dem chemischen Flockungsverfahren werden zur Ausfällung von
Flocken unlöslicher
Phosphatsalze Flockungsmittel wie zum Beispiel Aluminiumsulfat mit
Abwasser gemischt (einschließlich
der Mikroorganismusflocken). Dies beruht auf dem Phänomen, dass
sich dreiwertige Metallkationen wie zum Beispiel Aluminiumionen,
Eisenionen etc. zur Bildung unlöslicher
Phosphatsalze chemisch mit Orthophosphorionen umsetzen. Gemäß diesem
Verfahren ist eine Zunahme an überschüssigem Schlamm
um 5 bis 20% beschrieben worden. Daher ist es angesichts der Erhaltung
der Umwelt nicht wünschenswert,
eine große
Menge an überschüssigem Schlamm,
welcher eine große
Menge an Phosphorkomponenten enthält, zu entsorgen.
-
Das
Kristallisationsverfahren beruht auf der Herstellung von unlöslichem
Hydroxyapatit durch eine Reaktion zwischen einem Orthophosphorion
und einem Calciumion. Dieses Verfahren ist bis zu einem Grad bevorzugt,
soweit ein Anstieg an überschüssigem Schlamm
nicht auftritt. Es ist jedoch notwendig, die Bedingungen, die zur
Kristallisation von Apatit erforderlich sind (z.B. Entfernung von
Kristallisationsinhibitoren wie zum Beispiel Kohlenstoffionen und
Einstellung des pH-Wertes, Temperatureinstellung als Vorbehandlungen),
in diesem Verfahren in beschränktem
Umfang zu kontrollieren. Daher ist die Anwendbarkeit davon eingeschränkt. Darüber hinaus
ist es nicht als Mittel bevorzugt, welches zur Abwasserbehandlung
angewendet wird, da dieses Verfahren Faktoren umfasst, die einen
Anstieg an Kosten erzeugen.
-
Bei
dem anaerob-aeroben Belebtschlammverfahren wird ein Schmutzwasser
einer wiederholten Behandlung in einem anaeroben Tank, einem aeroben
Tank und einem Klärtank
unterworfen. Daher können
die Phosphorkomponenten in dem überschüssigen Schlamm
enthalten sein, und dadurch können
die Phosphorkomponenten in der behandelten Flüssigkeit vermindert werden.
Dieses Verfahren beruht auf dem Phänomen, dass Mikroorganismen
im anaeroben Zustand Polyphosporsäure in Form von Orthophosphorsäure freisetzen, obwohl
sie eine überschüssige Menge
an Phosphorsäure
im aeroben Zustand aufnehmen und verstoffwechseln, um Orthophosphorsäure als
Polyphosphorsäure
anzureichern. Gemäß diesem
Verfahren ist der überschüssige Schlamm
reich an Phosphorkomponenten und enthält auch andere verschiedene
organische Komponenten und Schwermetallkomponenten, obwohl die Phosphorkomponenten
wirksam aus der behandelten Flüssigkeit
entfernt werden können.
Daher wirft das Entfernen eines solchen überschüssigen Schlamms Probleme auf.
Darüber
hinaus verhindert es trotz der Möglichkeit,
die Phosphorkomponenten, welche in dem Abwasser enthalten waren,
wirksam zu nutzen, z.B. bei der Herstellung von Düngemitteln,
Phosphorverbindungen und dergleichen, das Entsorgen von Phosphorkomponenten
in Form eines Schlamms, der mit solchen heterogenen Komponenten
gemischt ist, nicht.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung
von organischem Abwasser bereitzustellen. Durch die Verwendung dieses
Verfahrens ist es möglich,
Phosphorkomponenten als Flüssigkeit
oder in fester Form in einem verminderten Volumen abzutrennen und
zu gewinnen, wodurch die Wiederverwendung der Phosphorkomponenten
verwirklicht werden kann und die Nachteile, die sich aus dem Entfernen
der Phosphorkomponenten, welche in einer großen Menge einer primär behandelten
Flüssigkeit enthalten
sind, vermieden werden können.
-
1 ist
ein schematisches Diagramm, welches ein Verfahren zur Behandlung
von organischem Abwasser zeigt, dass nicht zur vorliegenden Erfindung
gehört.
-
2 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform des Verfahrens zur
Behandlung von organischem Abwasser der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
3 ist
ein schematisches Diagramm, das eine andere Ausführungsform des Verfahrens zur
Behandlung von organischem Abwasser der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
4 ist
ein schematisches Diagramm, das ein herkömmliches Verfahren zur Behandlung
von organischem Abwasser zeigt.
-
Als
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein neues Verfahren
zur Behandlung von organischem Abwasser bereitgestellt, umfassend:
- (1) einen Belüftungsschritt zur aeroben Behandlung
eines Abwassers;
- (2) einen Fest-Flüssig-Trennschritt
zur Trennung des Abwasser nach der Belüftung in eine primär behandelte
Flüssigkeit
und einen Primärschlamm;
und
- (3) einen Freisetzungsschritt einer Phosphorkomponente zur Freisetzung
von Phosphorkomponenten aus dem abgetrennten Primärschlamm
in eine Flüssigphase;
und einen zweiten Fest-Flüssig-Trennschritt
zur Abtrennung des Primärschlamms
in eine sekundär
behandelte Flüssigkeit,
die die freigesetzten Phosphorkomponenten und einen sekundär behandelten
Schlamm enthält,
der frei von Phosphorkomponenten ist.
-
Gemäß diesem
Verfahren werden die Phosphorkomponenten in Schritt (1)
in Mikroorganismen eingebracht und angereichert. Anschließend wird
die behandelte Flüssigkeit
aus Schritt (1) im folgenden Schritt (2) in die
primär
behandelte Flüssigkeit
und den Primärschlamm,
der eine hohe Konzentration an Phosphorkomponenten enthält, getrennt.
In dem folgenden Schritt (3) werden die Phosphorkomponenten
aus dem Primärschlamm
in eine Flüssigphase
freigesetzt und anschließend
erfolgt die zweite Fest-Flüssig-Trennung.
Als Ergebnis können
ein kleines Volumen der behandelten Flüssigkeit, die eine hohe Konzentration
an Phosphorkomponenten (die sekundär behandelte Flüssigkeit)
enthält,
und der Sekundärschlamm
ohne die Phosphorkomponenten erhalten werden.
-
Das
Verfahren gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren umfasst weiterhin einen Solubilisationsschritt
(4) zum solubilisieren des Sekundärschlamms im Anschluß an Schritt
(3). Daher kann eine weitere Reduktion der Menge des überschüssigen Schlamms
erreicht werden. In dem Verfahren gemäß dem oben beschriebenen Verfahren
wird die Lösung,
die sich aus dem Solubilisationsschritt (4) ergibt, zu
dem Belüftungsschritt
(1) zurückgeführt, um
in einem Kreislaufsystem behandelt zu werden. Daher kann eine wesentliche
Verminderung des Volumens des überschüssigen Schlamms
verwirklicht werden, und die Erzeugung des überschüssigen Schlamms kann in Abhängigkeit
von den eingesetzten Bedingungen nahe Null liegen. In dem Verfahren
gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren wird mindestens ein Teil des Sekundärschlamms,
der aus Schritt (3) erhalten wurde, zu dem Belüftungsschritt
(1) zurückgeführt. In
diesem Verfahren ist es möglich,
die Menge der Phosphorkomponenten, die aus dem Schlamm freigesetzt
werden, weiter zu erhöhen,
da die Menge des Schlamms, welche dem Freisetzungsschritt der Phosphorkomponente
in Schritt (3) unterzogen wird, ungeachtet der Menge der
Lösung,
die sich aus dem Solubilisationsschritt (4) ergibt, eingestellt
werden kann. Daher kann der biologische Abbau des Schlamms und die
Anreicherung der Phosphorkomponenten durch die Mikroorganismen durch
den Belüftungsschritt
(1) vollständiger
durchgeführt
werden.
-
Als
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren in Verbindung mit dem ersten Aspekt der
Erfindung bereitgestellt, wobei sowohl die Freisetzung der Phosphorkomponente
als auch die zweite, in Schritt (3) beschriebene Fest-Flüssig-Trennung
in einem einzelnen Gefäß durchgeführt werden.
Gemäß diesem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Ausmaß der Vorrichtung
verringert werden, und es können
auch vereinfachte Schritte eingesetzt werden.
-
Als
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren in Verbindung mit einem beliebigen der obigen
Aspekte der Erfindung bereitgestellt, weiterhin umfassend einen
Abtrennschritt (5) der Phosphorkomponente. Gemäß diesem
Verfahren werden die Phosphorkomponenten, die in der sekundär behandelten,
in Schritt (3) erhaltenen Flüssigkeit enthalten sind, in
Schritt (5) leicht konzentriert und gewonnen. In Schritt
(5) wird zum Beispiel ein Flockungsmittel zu der sekundär behandelten
Flüssigphase
hinzugefügt,
und anschließend
erfolgt zur Gewinnung der Phosphorkomponenten Ausfällung und
Trennung. Die gewonnenen Phosphorkomponenten können leicht zur Herstellung
von Düngemitteln und
Phosphorchemikalien eingesetzt werden, und sie sind vorteilhaft
zur Handhabung während
des Transportes.
-
Als
vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren in Verbindung mit einem beliebigen der obigen
Aspekte der Erfindung bereitgestellt, weiterhin umfassend einen
anaeroben Behandlungsschritt (6) vor dem Belüftungsschritt
(1). In diesem Verfahren wird anaerober Abbau des Schlamms
mit Freisetzung der Phosphorkomponenten in eine Flüssigphase
vor einem übermäßigen Einbringen
der Phosphorkomponenten in die Mikroorganismen ausgeführt. Anschließend werden
die Phosphorkomponenten in den Belüftungsschritt (1)
effizienter in die Mikroorganismen eingebracht.
-
Den
fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Bereitstellen des Verfahrens
gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren in Verbindung mit einem beliebigen der obigen
Aspekte der Erfindung dar, wobei die Freisetzung von Phosphorkomponenten
in Schritt (3) durch Unterwerten des Primärschlamms
gegenüber
anaeroben Bedingungen ausgeführt
wird. Gemäß diesem
Verfahren kann die Freisetzung der Phosphorkomponenten geeigneterweise
mit hoher Effizienz durchgeführt
werden, was für
die Möglichkeit
der Behandlung im Anschluß an
das gesamte Verfahren vorteilhaft ist.
-
Eine
Vorrichtung zur Behandlung von organischem Abwasser gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren in Verbindung mit einem beliebigen der obigen
Aspekte der Erfindung ist bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst
einen Belüftungstank,
eine Fest-Flüssig-Trennvorrichtung,
eine Vorrichtung zum Freisetzen von Phosphorkomponenten, eine Fest-Flüssig-Trennvorrichtung
und Leitungen zum Transportieren von Flüssigkeiten und/oder Schlämmen, die
mit jedem Tank in Verbindung stehen. Das Ausmaß der gesamten Vorrichtung,
das zum Entfernen der Phosphorkomponenten erforderlich ist, kann
vergleichsweise vermindert werden. Darüber hinaus können die
Phosphorkomponenten nach der vollständigen Behandlung in konzentrierter
Form erhalten werden, was die Wiederverwendung der gewonnenen Phosphorkomponenten
ermöglicht.
-
Die
bevorzugte Ausführungsform
zum Ausführen
der vorliegenden Erfindung ist ausführlicher im Folgenden beschrieben.
Nicht-einschränkende
bevorzugte Ausführungsformen,
die sich auf die Verfahren der vorliegenden Erfindung beziehen,
sind schematisch in den Fließdiagrammen
gemäß 2 und 3 gezeigt.
-
In
dem in 1 gezeigten Verfahren wird rohes Abwasser zunächst dem
Belüftungsschritt 1 unterzogen,
in welchem mikrobielles Ausfaulen und Aufnahme der Phosphorkomponenten
(nämlich
innere Anreicherung) durch Mikroorganismen erfolgen kann. Anschließend wird
das sich aus Belüftungsschritt 1 ergebende Gemisch
zur Trennung in den Primärschlamm
(x), der eine hohe Konzentration der Phosphorkomponenten enthält, und
die primär
behandelte Flüssigkeit
(a), einem Fest-Flüssig-Trennschritt 2 unterzogen.
Zum Zwecke der Freisetzung der Phosphorkomponenten aus den Mikroorganismen
in dem Primärschlamm
(x) wird der folgende Schritt 3 zur Freisetzung von Phosphorkomponenten
sowie zur Fest-Flüssig-Trennung durchgeführt. Die
Phosphorkomponenten können
in eine Flüssigphase
freigesetzt werden, und anschließend in ein kleines Volumen
der behandelten Flüssigkeit,
die eine große
Menge der Phosphorkomponenten (als sekundär behandelte Flüssigkeit
(b) bezeichnet), und den Sekundärschlamm
(z) getrennt werden. Das Volumen der sich ergebenden sekundär behandelten
Flüssigkeit
(b) in diesem Verfahren ist im Vergleich zu dem Phosphorschmutzwasser,
welches durch das herkömmliche
Behandlungsverfahren erhalten wird, merklich vermindert. Folglich ist
das Ausmaß der
Vorrichtung für
den folgenden Abtrennschritt der Phosphorkomponente (5)
ziemlich klein. In Schritt 5 können die Phosphorkomponenten
zum Beispiel durch Hinzufügen
eines Flockungsmittels in die sekundär behandelte Flüssigkeit
(b) als Feststoffkomponente gewonnen werden. Anschließend werden
die tertiär
behandelte Flüssigkeit
(c), die im Wesentlichen keine Phosphorkomponente enthält, und
die feste Phosphorkomponente (y) durch Fest-Flüssig-Trennung erhalten. Indem die feste Phosphorkomponente
(y) von dem Schlamm abgetrennt wird, wird das Volumen der festen
Komponente (y) stark vermindert, wobei nahezu keine anderen Komponenten,
die aus dem rohen Abwasser abstammen, vorliegen. Daher kann die
feste Phosphorkomponente leicht als Rohmaterial für die Herstellung
von Düngemitteln
oder Phosphorchemikalien eingesetzt werden. Der Sekundärschlamm
(z) wird dem Solubilisationsschritt 4 zur Verminderung
des Volumens des Schlamms unterzogen. Anschließend wird die Lösung, die
sich aus der Solubilisation ergibt, zu dem Belüftungsschritt 1 zurückgeführt, und
auf eine solche Art und Weise einem Kreislaufsystem unterzogen,
dass ausreichend mikrobielles Ausfaulen sowie effiziente Konzentrierung
und Gewinnung der Phosphorkomponenten ausgeführt werden.
-
Die
Ausführungsform
der in 2 gezeigten vorliegenden Erfindung umfasst zusätzlich zu
der in 1 gezeigten Ausführungsform eine Leitung zum
Zurückführen eines
Teils des Sekundärschlamms
(z), der sich aus dem Freisetzungsschritt der Phosphorkomponente
ergibt, zu dem Belüftungsschritt 1.
In dieser Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass weitere Steigerung des mikrobiellen Verdaus,
der mikrobiellen inneren Anreicherung der Phosphorkomponenten und
der anschließenden
Freisetzung der Phosphorkomponenten erreicht werden kann.
-
Die
weitere bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt,
wobei ein anaerober Behandlungsschritt 6 vor dem aeroben
Behandlungsschritt 1 in dem in 2 gezeigten
Verfahren hinzugefügt
wird. In Schritt 6 kommen anaerobes Ausfaulen und Freisetzung
von Phosphorkomponenten aus Mikroorganismen, die in dem rohen Abwasser
enthalten sind, zurückgeführte Schlämme (x und
z) und die Lösung
aus dem Solubilisationsschritt 4 gleichzeitig vor. Daher
kann anaerobes Ausfaulen und Anreicherung der Phosphorkomponenten
in Mikroorganismen in dem Belüftungsschritt 1 gefördert werden.
-
In
der oben veranschaulichten Erfindung sind die Struktur der Tanks
für jede
Behandlung in dem Belüftungsschritt
1, dem Fest-Flüssig-Trennschritt 2 und
dem Solubilisationsschritt 4 sowie die Leitungen zum Verbinden
dieser Tanks nicht auf bestimmte Art und Weise eingeschränkt. Daher
können
die Tanks, welche herkömmlicherweise
eingesetzt worden sind, für
die vorliegende Vorrichtung eingesetzt werden. Insbesondere kann
in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung der Tank für den Belüftungsschritt 1 bevorzugt
mit einer Belüftungsvorrichtung
ausgerüstet
sein, während
ein Tank für
den unten beschriebenen anaeroben Behandlungsschritt 6 bevorzugt
mit einer Rührvorrichtung
ausgerüstet
sein kann. Darüber
hinaus können
die entsprechenden Bedingungen in diesen Schritten gemäß den herkömmlichen
Mitteln des aeroben Verfahrens, des Fest-Flüssig-Trennverfahrens
und des Solubilisationsverfahrens festgelegt werden (siehe Japanische
offengelegte Patentveröffentlichung
Nr. 9-10791).
-
In
Kürze kann
aerobes Ausfaulen in Schritt 1 bei Raumtemperatur mit einer
Belüftungsrate
von 0,1 bis 0,3 (Volumen/Volumen/Min.) ausgeführt werden. In dem Fest-Flüssig-Trennschritt 2 kann
zum Beispiel Ausfällung,
Zentrifugation und Filtration (einschließlich Trennung mittels Membran)
eingesetzt werden. Von diesen ist Ausfällung oder Zentrifugation bevorzugt,
da teure Vorrichtungen und/oder besondere Sorgfalt nicht unbedingt
erforderlich ist. Wenn in dem Klärtank
Trennung durch Ausfällung
leicht ausgeführt
werden kann, ist Ausfällung
als Trennmittel am geeignetsten. In Schritt 4 kann Solubilisation
bei 50 bis 90°C,
bevorzugt 60 bis 70°C unter
Umgebungsdruck und bevorzugt bei neutralen oder schwach basischen
pH-Bedingungen ausgeführt werden.
Die Solubilisation kann entweder anaerob oder aerob ausgeführt werden.
Jeder Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann in
einer beliebigen Ausgestaltung eines Chargen- oder kontinuierlichen Systems
ausgeführt
werden. Die zur Behandlung erforderliche Zeit kann geeigneterweise
im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften von Abwasser sowie
dem Ausmaß von
jedem eingesetzten Tank bestimmt werden.
-
In
dem oben beschriebenen Freisetzungsschritt der Phosphorkomponente
ist es besonders bevorzugt, dass die Phosphorkomponenten aus den
Mikroorganismen in dem Primärschlamm
(x) durch Unterziehen des Schlamms gegenüber anaeroben Bedingungen freigesetzt
werden können.
Dieses Verfahren ist auf Grundlage des folgenden Phänomens ausgestaltet.
Orthophosphorsäure
kann durch Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen (in dem Belüftungsschritt)
aufgenommen werden, während
angereicherte Orthophosphorsäure
in Form von Körnchen
von Polyphosphorsäure
in mikrobiellen Zellen hydrolysiert wird und wieder als Orthophosphorsäure in eine
Flüssigphase
unter anaeroben Bedingungen freigesetzt werden kann. Daher ermöglicht dieses
Verfahren die Freisetzung der Phosphorkomponenten mit hoher Effizienz
und weist die Vorteile einer einfachen Behandlung der Komponenten
nach Beendigung des Verfahrens auf.
-
Wenn
eine anaerobe Behandlung auf eine solche Art und Weise ausgeführt wird,
wie zum Beispiel der Freisetzungsschritt der Phosphorkomponente,
ist die Temperatur der Behandlung nicht auf eine besondere Art und
Weise eingeschränkt,
und kann bei Raumtemperatur festgelegt werden. Darüber hinaus
ist ein Freisetzungstank für
Phosphorsäure
bevorzugt mit einer Rührvorrichtung
ausgerüstet,
so dass die Freisetzung der Phosphorkomponente nicht durch die bestehenden
Phosphorkomponenten, die die Mikroorganismen umgeben, gehemmt werden
kann.
-
Zusätzlich zu
der oben beschriebenen anaeroben Behandlung ist es möglich, die
in den Mikroorganismen angereicherten Phosphorkomponenten unter
Verwendung von Zerstörung
mittels Ultraschall, Zersetzung mittels Ozon, Zellzerstörung durch
Behandeln mit Heißlauge
etc. in eine Flüssigphase
freizusetzen. Daher kann ein zweckmäßiges Verfahren auf geeignete
Art und Weise in Abhängigkeit
von der Art des Mikroorganismus, der in dem Abwasser enthalten ist,
ausgewählt
werden.
-
Die
Fest-Flüssig-Trennung
nach der Freisetzung der Phosphorkomponenten in Schritt 3 kann
auf ähnliche
Art und Weise wie der oben beschriebene Trennschritt 2 ausgeführt werden.
-
In
Schritt 3 werden die Freisetzung der Phosphorkomponente
und die Fest-Flüssig-Trennung bevorzugt
gleichzeitig in einem einzelnen Gefäß ausgeführt. In diesem Fall ist Ausfällung für die Fest-Flüssig-Trennung
geeignet.
-
Im
Hinblick auf den Abtrennschritt der Phosphorkomponente 5 sind
chemische Flockungsverfahren oder Kristallisations-Entphosphorungsverfahren
herkömmlicherweise
eingesetzt worden. Insbesondere ist das chemische Flockungsverfahren,
welches das Hinzufügen
von Flockungsmittel und Trennung durch Ausfällung umfasst, bevorzugt. Ausführlicher
kann die Ausfällung
durch Flockungsmittel durch Hinzufügen eines Flockungsmittels
wie zum Beispiel Polyaluminiumchlorid, Aluminiumsulfat, Eisenchlorid
oder Eisensulfat zu der sekundär
behandelten Flüssigkeit
(b), durch Umrühren
des Gemisches, Ausfällen
der sich ergebenden Phosphorkomponenten und anschließendes Gewinnen
der Phosphorkomponenten in fester Form ausgeführt werden. Vor dem Hinzufügen eines
Flockungsmittels kann der Gehalt der gesamten Phosphorkomponenten,
die in der behandelten Flüssigkeit
(b) enthalten sind, bestimmt werden (siehe Beispiele für das Bestimmungsverfahren
des Gesamtphosphorgehaltes).
-
Anschließend kann
der bestimmte Gehalt der gesamten Phosphorkomponenten und die Molzahl
bezogen auf Orthophosphorsäure
geschätzt
werden. Die Menge des hinzuzufügenden
Flockungsmittels kann bevorzugt den Molen der oben erhaltenen äquivalent
sein.
-
Die
Phosphorkomponenten werden schließlich als sekundär behandelte
Flüssigkeit
(b) oder als feste Phosphorkomponente (y), welche stark konzentriert
und umfangreich gereinigt ist, gewonnen. Daher kann die feste Phosphorkomponente
leicht als Rohmaterial für
die Herstellung von Düngemitteln
oder Phosphorchemikalien, wie oben erörtert, eingesetzt werden.
-
Beispiele
-
Obwohl
Beispiele der vorliegenden Erfindung im Folgenden beschrieben sind,
sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht darauf eingeschränkt sein.
-
Vergleichsbeispiel 1
-
Gemäß dem in 1 beschriebenen
Verfahren wurde Abwasser aus einer Lebensmittelfabrik der Behandlung
unterzogen. Ein Belüftungstank
(ein eckiges Gefäß, das aus
transparentem Vinylchlorid hergestellt ist, und ein Innenvolumen
von 40 l aufweist) wurde mit dem Abwasser, welches 3000 mg/l der
Konzentration des Gemisches aus Flüssigkeit-Suspension-Feststoff
(MLSS) aufweist, mit einer Fließrate
von 20 l/Tag befüllt und
bei einem Belüftungsvolumen
von 0,3 vvm bei Raumtemperatur (25°C) gehalten. Die folgende Fest-Flüssig-Trennung
wurde unter Verwendung eines eckigen Klärgefäßes ausgeführt, welches aus transparentem
Vinylchlorid hergestellt wurde und welches ein Innenvolumenvon 10
l aufweist. Das Gemisch aus dem Belüftungsschritt wurde mit einer
MLSS-Konzentration von 3000 mg/l befüllt, und anschließend in
einen Primärschlamm
und eine primär
behandelte Flüssigkeit
getrennt. Das Volumen des Primärschlamms,
der aus dieser Trennung entfernt wurde, betrug 18,84 l pro Tag.
Der sich ergebende Primärschlamm
wurde anschließend
einer anaeroben Behandlung mit einer MLSS-Konzentration von 6000
mg/l und einem konstanten Volumen von 2,9 l/Tag bei 25°C unter Rühren bei
60 Upm in einem Freisetzungstank für Phosphorkomponenten unterzogen (eckiges
Gefäß, welches
aus transparentem Vinylchlorid hergestellt wurde und ein Innenvolumen
von 10 l aufweist). Ein Teil des Primärschlamms, welcher keinem Freisetzungsschritt
der Phosphorkomponente unterzogen wurde, wurde zum Beibehalten der
Füllmenge
des Freisetzungstanks der Phosphorkomponente zu dem Belüftungstank
zurückgeführt. Ein
Sekundärschlamm,
der durch Trennung mittels Ausfällung
nach der anaeroben Behandlung erhalten wurde, wurde zu einem Solubilisationstank
(zylindrisches Gefäß, welches
aus Glas hergestellt wurde und ein Innenvolumen von 2 l aufweist)
mit einer MLSS-Konzentration von 10000 g/ml übertragen, um eine Solubilisation
bei 1,74 l/Tag bei 65°C
mit einem Belüftungsvolumen
von 0,5 vvm durchzuführen.
Gemäß dieser
Behandlung wurde der Schlamm in einer Menge von 5,8 g/Tag solubilisiert.
Andererseits wurde eine sekundär
behandelte Flüssigkeit,
die die Phosphorkomponenten enthält,
nach der anaeroben Behandlung und Ausfällung einer Ausfällung mit
einem Flockungsmittel bei 1,16 l/Tag unterzogen. In einen Klärtank für Flockungsmittel
(eckiges Gefäß mit einem
Innenvolumen von 2 l) wurde eine bezogen auf Orthophosphorsäure äquivalente
Molanzahl an Polyaluminiumchlorid hinzugefügt, welche aus dem Gehalt an
gesamtem Phosphor in der sekundär
behandelten Flüssigkeit
umgewandelt wurde. Der Gesamtphosphorgehalt wurde gemäß dem im
Folgenden beschriebenen Verfahren bestimmt. Nach der Ausflockung
der Phosphorkomponenten wurde die Fest-Flüssig-Trennung ausgeführt, um eine tertiär behandelte
Flüssigkeit
zu erhalten, die im Wesentlichen keine Phosphorkomponente (1,16
l/Tag) und eine feste Phosphorkomponente enthält. Das gesamte Verfahren wurde
kontinuierlich für
100 Tage in einem Kreislaufsystem durchgeführt.
-
Beispiel 1
-
Das
in 3 gezeigte Behandlungsverfahren wurde auch in
einem System, das demjenigen von Beispiel 1 ähnlich ist, durchgeführt, mit
der Ausnahme, dass die Behandlung in einem anaeroben Tank (eckiges Gefäß, welches
aus transparentem Vinylchlorid hergestellt wurde und ein Innenvolumen
von 20 l aufweist) sowie einen Belüftungstank (Innenvolumen von
20 l, dasselbe wie dasjenige eines anaeroben Tanks) anstelle der
Behandlung in dem obigen 40 l-Belüftungstank ausgeführt wurde.
Die Behandlung in dem anaeroben Tank wurde bei 25°C unter Rühren bei
60 Upm ausgeführt.
Die weitere Bedingung einschließlich
der Entfernungsrate des Schmutzwassers oder des Schlamms war mit
derjenigen in dem Vergleichsbeispiel 1 ähnlich.
-
Vergleichsbeispiel 2
-
Gemäß dem in 4 gezeigten
Verfahren wurde ein Vergleichsversuch einschließlich Belüftung, Fest-Flüssig-Trennung
und Solubilisation auf im Wesentlichen demjenigen in Vergleichsbeispiel
1 identische Art und Weise ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
der Freisetzungsschritt der Phosphorkomponente ausgelassen wurde.
In diesem Vergleichsbeispiel wurde eine primär behandelte Flüssigkeit
aus dem Fest-Flüssig-Trennschritt in einem
Volumen von 20 l pro Tag erhalten.
-
Bewertungstests
-
Wasserqualitätstests
jeder primär
behandelten Flüssigkeit,
die aus jedem der obigen Beispiele erhalten wurde, wurden im Hinblick
auf die folgenden Faktoren durchgeführt. Die Ergebnisse der Tests
sind in Tabelle 1 unten zusammengefasst.
- [1]
BOD (Bestimmung von biologischem Sauerstoffverbrauch): Bezogen auf
die gelöste
Sauerstoffmenge, welche nach dem Hinzufügen einer verdünnten Lösung und
dem Stehenlassen für
5 Tage bei 20°C
gemäß JIS K
0102 verbraucht wurde.
- [2] CODMn (Bestimmung von chemischem
Sauerstoffverbrauch): Bezogen auf die verbrauchte Sauerstoffmenge
durch Hinzufügen
von Kaliumpermanganat bei 100°C
gemäß JIS K
0102.
- [3] T-P (Bestimmung der Gesamtmenge an Phosphor): Bezogen auf
ein Zersetzungsverfahren von Peroxokaliumdisulfid gemäß JIS K
0102.
- [4] PO4 3–-P
(Bestimmung der Menge an Phosphation): Bezogen auf Molybdänblau (Ascorbinsäure-Reduktion)-Absorptionsverfahren
gemäß JIS K
0102.
-
-
Wie
in Tabelle 1 gezeigt, war der Gesamtgehalt sowohl an Phosphor als
auch an Phosphation in der primär
behandelten Flüssigkeit
von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 im Vergleich zu demjenigen
von Vergleichsbeispiel 2 signifikant vermindert. Demzufolge war
die Wasserqualität
gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung verbessert. Insbesondere wurde gemäß dem Ergebnis
von Beispiel 1, wobei der anaerobe Behandlungsschritt zusätzlich ausgeführt wurde,
die Entfernung der Phosphorkomponenten in ausreichendem Maß erreicht.
Daraus kann gefolgert werden, dass Phosphorkomponenten in fester
Form gewonnen werden können,
während
die Qualität
der primär
behandelten Flüssigkeit
gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung verbessert wurde.
-
Darüber hinaus
betrug in dem herkömmlichen
Verfahren die Fließrate
der zulaufenden Flüssigkeit
in dem Ausfällungsschritt
mittels Flockungsmittel 20 l pro Tag, während die entsprechende Fließrate in
dem Verfahren der vorliegenden Erfindung 1,16 l pro Tag betrug.
Demgemäß wurde
herausgefunden, dass das Ausmaß einer
Vorrichtung, die für
den Abtrennschritt von Phosphorkomponenten erforderlich ist, merklich
vermindert werden kann.
-
Folglich
kann eine solche Wirkung, dass Phosphorkomponenten in einem kleinen
Volumen von flüssiger
oder fester Form getrennt und gewonnen werden, gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeübt
werden. Daher kann die Wiederverwendung der Phosphorkomponenten
und die Verminderung der Phosphorkomponenten, die sowohl in einer
großen
Menge einer primär
behandelten Flüssigkeit
als auch in einem überschüssigen,
in die Außenwelt
abzuführenden
Primärschlamm
enthalten sind, erleichtert werden.
-
Darüber hinaus
kann die Herstellung des überschüssigen Schlamms
in dem vorliegenden Verfahren vermindert werden, wobei kaum Phosphorkomponenten
vorliegen. Demgemäß wird jeglicher
möglicher
nachteilige Einfluss auf die Umgebung, der mit dem Entsorgen von überschüssigem Schlamm
in Zusammenhang steht, vermindert.
