DE9408658U1

DE9408658U1 - Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung von Calcium- und/oder Magnesium-haltigem Wasser oder Abwasser

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Publication number: DE9408658U1
Application number: DE9408658U
Authority: DE
Original assignee: PHOSTRIP ABWASSER TECHNIK GmbH
Current assignee: PHOSTRIP ABWASSER TECHNIK GmbH
Priority date: 1993-06-01
Filing date: 1994-05-26
Publication date: 1994-10-13
Anticipated expiration: 2004-05-27
Also published as: AU6929894A; EP0652851A1; WO1994027915A1

Description

H 1224-Gbm - Elkophos G 94 08 658.3

Anmelder: PHOSTRIP-ABWASSER-TECHNIK GMBH Rheinstraße 23
D-65346 Eltville-Erbach

Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung von Calcium- und/oder Magnesium-haltigem Wasser oder Abwasser

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung von Calcium- und/oder Magnesium-haltigem Wasser oder Abwasser, insbesondere kommunalem und/oder gewerblichem Abwasser, das chemisch und/oder biologisch unter Verwendung von Mikroorganismen zum Zwecke der Phosphor- und/oder Stickstoff-Eliminierung behandelt wird; sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur elektrochemischen und/oder mikrobiologischen Eliminierung von Phosphor und/oder Stickstoff aus Wässern, insbesondere kommunalen oder gewerblichen Abwässern, die in einer Vorbehandlungsanlage oder in einem Klärwerk einem Reinigungsprozeß (vorzugsweise einer biologischen Reinigung) unterworfen werden.

Der Phosphor- und Stickstoffgehalt der Wässer, insbesondere der kommunalen und gewerblichen Abwässer, bildet die Nährstoffbasis für ein oft unkontrollierbares Algenwachs-

turn, so daß bei jeder Abwasserbehandlung auf die weitgehende Eliminierung der Phosphor- und/oder Stickstoffgehalte großer Wert gelegt werden muß, um die Gewässer zu entlasten.
5

Im Zuge des Gewässerschutzes setzt der Gesetzgeber in Europa ständig höhere Normen für die Abwasserreinigung in bezug auf Phosphor- und Stickstoff-Eliminierung. Diese Nährstoff-Eliminierung kann einerseits durch biologische Verfahren (Nitrifikation, Denitrifikation, biologische Phosphor-Speicherung in Mikroorganismen), andererseits durch chemische Verfahren (Magnesiumammoniumphosphatfällung, Phosphatfällung) erreicht werden.

Bei der Phosphat-Fällung wird-das im Wasser bzw. Abwasser gelöste Phosphat durch Zugabe von Fällungsmitteln, vorzugsweise auf der Basis von Eisen- oder Aluminiumsalzen (in Ausnahmefällen auch durch Zugabe von Calciumhydrat), in schwerlösliche Eisen- oder Aluminium- bzw. Calciumphosphate umgewandelt. Die als Fällungsmittel verwendeten gelösten Eisen- oder Aluminiumsalze enthalten Chlorid- und/oder SuIfat-Anionen. Diese waasserlöslichen Anionen verbleiben nach der Phosphat-Fällung im Wasser und bewirken dessen Aufsalzung, beispielsweise nach der Gleichung:

FeClSO₄ + PO₄ ³" -+ FePO₄ I + Cl" + SO₄ ²"

Durch die verwendeten Fällungsmittel können ferner störende Nebenreaktionen auftreten, beispielsweise uner-0 wünschte Veränderungen der Säurekapazität, des pH-Wertes und Beeinträchtigungen der biologischen Abwasserreinigung. Für die Phosphat-Eliminierung mit Hilfe von chemischen Fällungsmitteln müssen außerdem entsprechend aufwendige -'■"■-Lager- und Dosiereinrichtungen gebaut und-Produktmengen vorgehalten werden. Dies ist mit zusätzlichen Investitions- und Betriebskosten verbunden ebenso für Dosiereinrichtungen einschließlich Meß- und Regeleinrichtungen und

für die Entsorgung der zusätzlich anfallenden Fällungsschlämme.

In Deutschland werden zur Zeit für die Behandlung von Abwässern etwa 500 000 Tonnen chemische Fällungsmittel pro Jahr eingesetzt. Dies ist nicht nur aus der Sicht des Gewässerschutzes unbefriedigend (z.B. wegen einer unerwünschten Aufsalzung), sondern auch ein logistisches und verkehrstechnisches Problem (unerwünschte Vermehrung des Straßenverkehrs, z.Zt ca. 100 LKW pro Tag). Außerdem ist die Lagerung und Handhabung der chemischen Fällungsmittel hinsichtlich Umweltgefährdung und Arbeitnehmerschutz problematisch.

Um diese Nachteile zu minimieren, ist man auf dem Gebiet der Abwasserreinigung ständig auf der Suche nach alternativen Verfahren zur Eliminierung von Phosphor und/oder Stickstoff, vorzugsweise auf der Basis biologischer Prozesse.

Aufgabe der Erfindung war es, den Stand der Technik auf dem Gebiet der Phosphor- und/oder Stickstoff-Eliminierung aus Wässern, insbesondere Abwässern, weiterzuentwickeln, um auf noch wirkungsvollere und sesentlich wirtschaftlichere und umweltfreundlichere Weise die unerwünschten Phosphor- und/oder Stickstoffgehalte noch weiter zu minimieren, um den steigenden Anforderungen des Gesetzgebers zu genügen und einen möglichst optimalen Umweltschutz zu gewährleisten.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst werden kann, daß das zu behandelnde Phosphor- und/oder Stickstoff-haltige Wasser oder Abwasser in einer Leitung oder einem Becken, vorzugsweise in einem belüfteten Belebungsbecken, unter Verwendung von Elektroden

aus gleichen oder unterschiedlichen elektrisch leitenden : Materialien, die mit einer Gleichstromquelle verbunden

sind, bei konstanter Spannung oder konstantem Stromfluß einer elektrochemischen und/oder biologischen Behandlung unterworfen wird.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in., das zu reinigende, Phosphor und/oder Stickstoff enthaltende Wasser mindestens zwei Elektroden aus gleichen oder, vorzugsweise, unterschiedlichen Werkstoffen eingebracht und an eine Gleichstromquelle angeschlossen werden, bei einem konstant gehaltenen Stromfluß oder einer konstant gehaltenen Spannung in Gegenwart eines (gegebenenfalls gelösten) Oxidationsmittels, gegebenenfalls unter Zugabe von Alkalien, eine elektrochemische Behandlung durchgeführt wird, die zur Verminderung des im Wasser gelösten Phosphors und/oder Stickstoffs führt, wobei einerseits die gebildeten phosphorhaltigen Fällungsprodukte abgetrennt werden und andererseits die Phosphatangereicherte Biomasse, die als Folge erhöhter biologischer Aktivität der in dem behandelten Wasser enthaltenen Mikroorganismen entsteht, als Überschuß-Schlamm abgezogen wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt einen (vorzugsweise) geschlossenen Steuerschrank (S), in dem eine Gleichstromquelle, Einrichtungen zur Regelung des Stromflusses und/oder der Spannung der Gleichstromquelle und Leitungsanschlüsse an die Gleichstromquelle angeordnet sind,

Elektroden aus gleichen oder, vorzugsweise, unterschiedlichen Werkstoffen, die an einem Tragegestell (T) befestigt - - - sind, das in das zu behandelnde Wasser eingesetzt wird, und

Verbindungsleitungen (L) zwischen der Gleichstromquelle und den Elektroden (E).

Das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Gerät zur elektrochemischen/biologischen P- und/oder N-Eliminierung aus Wasser und Abwasser besteht, wie aus der beiliegenden Fig. 2 ersichtlich, aus einem Steuerschrank S und einem oder mehreren daran angeschlossenen Elektrodenpaketen, die in das zu behandelnde Wasser eingetaucht werden.

Der Steuerschrank wird von einem 220/380 Volt-Stromanschluß gespeist und entspricht in seiner Ausführung/Isolierung den Vorschriften der geltenenden Normen. Vorzugsweise wird er im Freien in der Nähe der angeschlossenen Elektroden E aufgestellt.

Damit ein Gleichstrom produziert werden kann im Bereich von 5 bis 100 Volt und 2 bis 4 0 Ampere, vorzugsweise ein geglätteter Gleichstrom im Bereich von 10 bis 4 0 Volt und 10 bis 2 0 Ampere dient eine im 'Innern des Steuerschranks vorgesehene Gleichrichtereinrichtung. Außerdem ist eine Einrichtung vorgesehen, die eine einstellbare konstante Stromabgabe gewährleistet durch automatisches Anpassen der Spannung an die sich laufend verändernde Leitfähigkeit des zu behandelnden Wassers. Es ist aber auch möglich, die Spannung konstant zu halten bei variabler Stromabgabe. Dabei wird die Steuerung und Transformation im Steurschrank in der Weise vorgenommen, daß unter keinen Umständen, auch nicht im Störfall, es zum Durchschlagen der Primärspannung auf den Ausgangsteil kommen kann und dort die Spannung von maximal 48 Volt nie überschritten wird.

Das Steuergerät weist einen oder mehrere Gleichstromausgänge auf zum Anschluß der Elektroden. Das Steuergerät -.—kann-so programmiert werden, daß eine nach einstellbaren Zeitintervallen von 2 min bis 1 Monat, vorzugsweise 2 mal täglich von jeweils 5 min bis 3 h automatische Umpolung . des Stromflusses erfolgt zur Ablösung von Ablagerungen auf

der Kathode(&eegr;). Falls mehrere Elektrodenpakete oder Elektrodensätze verwendet werden, erfolgt die Umpolung vorzugsweise sequentiell.

Jeder der verwendeten Elektrodensätze besteht aus mindestens einer Kathode und mindestens einer Anode, vorzugsweise aus einer Anode u nd zwei Kathoden. Bezüglich Elektrodenwerkstoff, Elektrodenform, Elektrodengröße und Elektrodenanordnung wird auf die weiter unten folgenden Ausführungen verwiesen.

Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich gezeigt, daß dadurch eine gleichzeitige Eliininierung der unerwünschten Phosphor- und Stickstoffgehalte in dem behandelten Abwasser erzielt werden kann bei außerordentlich geringen Betriebskosten, so daß das Gesamtverfahren extrem wirtschaftlich arbeitet und nahezu keinen Wartungsaufwand benötigt. Hinzu kommt, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Regel auf die Zugabe von Chemikalien völlig verzichtet werden kann und gegebenenfalls der aus dem Abwasser in Form eines Phosphats ausgefällte Phosphor leicht zurückgewonnen und vermarktet werden kann.

Der elektrische Stromverbrauch ist beispielsweise pro 1000 m³ Abwasser und Tag mit ca. 5 kWh sehr gering. Die Spannung ist kleiner 4 0 Volt. Günstig für die Funktion des Verfahrens ist ein mittelhartes Wasser mit einer Gesamthärte von >5°dH (l°dH fällen 3,68 g P zu 19,9 g Ca₅(PO₄J₃OH). Je höher die Härte und der pH-Wert des Wassers oder Abwassers, um so besser die Effektivität der Erfindung (ELKOPHOS), d.h. P-Elimination mit Ablaufwerten unter 1 mg/1 Pgesamt ~ ohne Fällungsmittel.

5 Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung baut sich.in dem behandelten ■ Abwasser ein. elektrisches Feld auf, das als Folge von

Elektrodenreaktionen und Ionenwanderungen chemische Veränderungen mit sich bringt, die zu einer überraschend starken Phosphorausfällung führen, wobei, sich der Phosphor im Belebtschlamm anreichert und dann zusammen mit dem Überschuß-Schlamm aus dem Reinigungskreislauf abgezogen wird. Gleichzeitig tritt eine vermehrte biologische Aktivität hinsichtlich der Phosphor- und Stickstoffeliminierung auf, wodurch sich der Phosphor- und Stickstoffgehalt im belüfteten Belebungsbecken bzw. in der Denitrifikationsstufe noch weiter abbauen läßt, so daß auf umweltfreundliche Weise ohne Zugabe von Chemikalien eine extrem starke Senkung des Phosphorgehaltes und/oder Stickstoffgehaltes bis weit über das gesetzlich geforderte Maß hinaus gewährleistet werden kann.

So wurde beispielsweise"in einer Kläranlage für ca. 10 000 Einwohner im belüfteten Belebungsbecken mit Hilfe von zwei an einer 24 V-Gleichstrom-Spannungsquelle angeschlossenen plattenförmigen Elektroden aus nicht-rostendem V4A-Stahl (Kathode) bzw. aus Eisen (Anode) jeweils mit einer Kantenlänge von etwa 180 cm, die in einem gegenseitigen Abstand von etwa 50 cm in das Abwasser eintauchten, eine elektrochemische Behandlung durchgeführt, die ohne Zusatz von chemischen Fällungsmitteln innerhalb von wenigen Stunden eine etwa 90.bis 95 %ige Eliminierung des Phosphorgehaltes bis deutlich unter den gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwert ergab. Ein weiterer Effekt war die Verbesserung des biologischen Stickstoff-Abbaus, der in der Belebungszone um über 30 % verbessert wurde.

Bevorzugte Ausführungsformen des- erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. ;

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Rahmen einer Abwasserbehandlung wird nachstehend beispielhaft un-

ter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung (Fig. 1) näher erläutert.

In einer biologischen Abwasserreinigungsanlage wird das Abwasser einem Reinigungskreislauf unterworfen, wobei es über eine Rechen- und Sandfangeinrichtung 1, ein Vorklärbecken 2, ein unbelüftetes Belebungsbecken 3, ein belüftetes Belebungsbecken 4 und ein Nachklärbecken 5 geführt wird. Eine Rücklaufschlamm-Schneckenpumpe 6 fördert den Schlamm· aus dem Nachklärbecken 5 wieder in das belüftete Belebungsbecken 4 zurück. Ein Teil des Schlammes wird als Überschuß-Schlamm 9 dem Kreislauf entzogen und gelangt in die Schlammbehandlungsanlage 10.

Das behandelte Wasser gelangt aus dem Nachklärbecken 5 in einen Vorfluter (nicht dargestellt). In dem belüfteten Belebungsbecken 4 tauchen Elektroden 7, die an eine Gleichstromquelle 8 angeschlossen sind, in das Abwasser ein und ermöglichen den Aufbau eines elektrischen Feldes. Dadurch kommt es zu Phosphat-Ausfällungen, die mit dem Überschuß-Schlamm aus dem System ausgeschleust werden. Gleichzeitig wird der Phosphor zusätzlich zusammen mit weiteren organischen Substanzen sowie Stickstoffverbindungen im belüfteten Belebungsbecken 4 durch Mikroorganismen weiter abgebaut, wobei spezielle Belüftungseinrichtungen (nicht dargestellt) für die entsprechende Sauerstoffzufuhr sorgen.

Bei den zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbaren Elektrpden ist das Elektrodenmaterial der An-0 ode (unlegiertes) Eisen oder Aluminium, das Elektrodenmaterial der Kathode sollte aus einer hochwertigen Legierung, z.B. V2A-Stahl, V4A-Stahl oder aus einem anderen '■ elektrisch leitenden Material, z.B. aus einem elektrisch leitenden Kunststoff oder einem elektrisch leitfähig gemachten Kunststoff oder Graphit oder Titan, bestehen. -'·.

Die an die Elektroden anzulegende Gleichspannung und der sich daraus ergebende Gleichstromfluß hängen ab von den physikalischen Daten der Elektroden, der Leitfähigkeit des zwischen den Elektroden befindlichen wäßrigen Mediums und dem angestrebten elektrochemischen Effekt. Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sollte entweder die Spannung oder der Stromfluß konstant gehalten werden, besonders bevorzugt ist es, 'den Stromfluß konstant zu halten durch entsprechende Einstellung der Spannung. 10

Die Spannung der Gleichspannungsquelle liegt vorzugsweise zwischen 5 und 100 Volt, insbesondere zwischen 10 und 40 Volt.

Der Stromfluß der Gleichstromquelle, der vorzugsweise konstant gehalten wird, liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 1 bis 100 Ampere, insbesondere von 10 bis 20 Ampere.

Die erfindungsgemäß verwendeten Elektroden sind vorzugsweise gleich groß und haben vorzugsweise eine Fläche von 1 bis 20 m², insbesondere von 2 bis 10 m² . Die Elektroden (sowohl die Opferanode als auch die beständige Kathode), die vorzugsweise plattenförmig sind, können jeweils aus einem oder mehreren Teilen, vorzugsweise plattenförmigen Teilen, unterschiedlicher oder gleicher Größe bestehen.

Sie werden vorzugsweise in ein durchmischtes Reaktionsbecken, insbesondere in ein belüftetes Belebungsbecken oder 0 in eine Denitrifikationsstufe, eingebracht.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht, . wie derzeit angenommen wird, auf den folgenden Mechanis-. - -men, ohne daß- die Erfindung darauf beschränkt ist, da ,diese. Mechanismen noch nicht eindeutig geklärt sind.

An der Anode werden, wenn diese z.B. aus Eisen besteht, durch die elektrolytische Wirkung des Gleichstromes zweiwertige Eisenionen (Fe ) freigesetzt. Als Folgereaktion wird an der Kathode das Wasser elektrolytisch zersetzt, d.h. in H^T- und OH~-Ionen aufgespalten. Die Wasserstoffionen (H } werden entladen und entweichen als Wasserstoffgas aus dem System. Die Hydroxylionen (0H~) erhöhen den pH-Wert, vor allem im Bereich der Kathode bis weit in den alkalischen Bereich hinein. Unter diesen Bedingungen reagieren die im Wasser oder Abwasser enthaltenen Calciumionen (Ca ) und Magnesiumionen (Mg ) mit den darin gelösten Phosphationen unter Bildung von unlöslichem Calcium- bzw. Magnesiumphosphat. Gleichzeitig werden die gebildeten zweiwertigen Eisenionen (Fe ) durch den im Wasser gelösten Sauerstoff zu dreiwertigem Eisen (Fe³⁺) oxidiert, das seinerseits mit dem Phosphationen reagiert unter Bildung von unlöslichem Eisenphosphat FePO,, das ausfällt.

Die an der Anode gebildeten zweiwertigen Eisenionen (Fe²⁺) 0 werden aber nicht nur durch den im Wasser gelösten Sauerstoff oxidiert, sondern auch durch in dem behandelten Wasser oder Abwasser gelöste Nitrate (NO₃"). Diese werden dabei zu elementarem Stickstoff reduziert, so daß gleichzeitig eine Denitrifizierung stattfindet. 25

Hinzu kommt, daß in dem Belebungsbecken bzw. in dem Denitrifikationsbecken die biologische Aktivität der darin enthaltenen Mikroorganismen hinsichtlich der P- und/oder N-Eliminierung auf bisher nicht geklärte Weise stark er-0 höht wird. Überraschenderweise tritt dieser Effekt besonders eindrucksvoll dann ein, wenn die Anode aus metallischem, unlegiertem Eisen oder Aluminium und die Kathode aus einem hochlegierten Stahl (z.B. V2A- oder V4A-Stahl) oder einem anderen^leitenden Material, z.B. aus einem . - elektrisch leitenden Kunststoff oder Graphit, bestehen. Dies zeigt in eindrucksvoller Weise der folgende Versuch 1. .

Versuch 1

In einem 10 1 Gefäß aus Kunststoff mit einem kleinen Rührwerk wurden jeweils eine Anode und eine Kathode installiert und an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Die Gleichstromquelle arbeitete mit 20 V.. Der Abstand zwischen den Elektroden betrug 5 cm.

Das Versuchsgefäß wurde mit Abwasser aus der Belebung einer biologischen Kläranlage befüllt, Rührer und Gleichstromquelle wurden eingeschaltet. In Abständen von jeweils 10 min wurden Proben entnommen, filtriert und der gelöste Phosphat-Anteil analytisch bestimmt. Es wurden Anoden und Kathoden aus unterschiedlichen Materialien getestet. Die folgende Tabelle I zeigt die Ergebnisse.

Tabelle I

ANODE -* KATRODE . -»	Eisen Eisen	V₂A V₃A	Eisen . v_2A ■	V₂A Eise &ugr;	Aluminium V₂A
	mc-IP	r.iciP	m 2 /1P	mc/IP	&Pgr;12&Iacgr;&Ggr;
Sl &lgr;&Pgr;	10	1 0.0	10.0	10.0	10.0
r.cich 10 Minuten	JO	9,8	S.2	10.0	9.1
nach 1 5 Minmen	10	9.7	6.3	9,7	S.3
nach 20 Minuien	9	10.0	-\]	9.4	7,6
nach 30 Minuten	O	&ogr; 7	3,0	9,1	6.0
r.üch 4$ Minuien	O	S.S	0,5	S,7	^,3
nach 60 Minuien	S	9.1	0.3	9.0	2,6

Aus den erzielten Ergebnissen kann rückgeschlossen werden, daß die Biomasse aus einer Abwasserreinigungsanlage mit Belebtschlamm in der Lage ist, mit Hilfe von elektrischen Feldern Phosphor verstärkt und beschleunigt abzubauen.

Versuch 2 ■■■-■■

In einer zweiten Versuchsserie wurde in der gleichen Ein-, richtung wie in Versuch 1 feststofffreies Brauchwasser mit

• ·

einer überhöhten Phosphor-Konzentration verwendet. Bei dieser Versuchsserie wurde von vornherein nur mit einer Eisen-Anode und einer Kathode aus legiertem V4A-Stahl gearbeitet. Es hat sich gezeigt, daß auch bei dieser Konstallation (also ohne Biomasse) eine Phosphor-Eliminierung, wenn auch in geringerem Umfang als mit Biomasse (Versuch 1), festgestellt wurde.

In einer weiteren Versuchsserie mit phosphathaltigem Abwasser wurde gefunden, daß sich parallel zum Phosphat-Gehalt auch die Calcium- und Magnesium-Konzentrationen veränderten. In der Tabelle II sind die Ergebnisse zusammengefaßt.

15

Tabelle II

20

	PO₄-P mg/T	Cn in g/I	Mg m g/l
■, StEH	11,3	117	o\
nsch 10 Minuten	9.1	109	19
nach ! 5 Minuten	7-, 2	101	IS
nach 20 Minuten	6,4	93	■ !7
nach 30 Minuten	4,3	S2	17
nach 45 Minuten	l.S	79·	16
nach 60 Minuten	0.9	75	16

25

Mit der erfindungsgemäßen elektrochemischen Behandlung wurde das Wasser trübe, es bildete sich ein Niederschlag, der abfiltriert und analysiert wurde. Der Niederschlag be-0 stand aus Calciumcarbonat und Calciumphosphat, sowie geringen Mengen an Eisenphosphat bzw. Eisenhydroxid.

Auf der Suche nach einer Erklärung für den überraschenden Effekt der Phosphat-Fällung mit Hilfe geeigneter Anoden 5 und Kathoden unter Anlegung eines definierten Gleichstromes wurde im.elektrischen Feld an unterschiedlichen Stellen der pH-Wert gemessen. Dabei wurde mit einer Pipette .'■

Abwasser entzogen, weil pH-Meßgeräte im elektrischen Feld nicht messen können. Die Messungen ergaben, daß unmittelbar im Bereich der Kathoden-Oberfläche der pH-Wert des Wassers deutlich höher war als im übrigen Bereich, Es wurden pH-Werte von über 12 gemessen.

Der überraschende Effekt der P-Eliminierung im Sinne der Erfindung kann demnach so erklärt werden, daß durch partielle Erhöhung des pH-Wertes an der Kathodenoberfläche das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht des Wassers verschoben und somit das in Wasser gelöste Calcium als Kation für die Fällung mit Phosphat zur Verfügung steht. Tm Sinne der Erfindung ist demnach eine P-Eliminierung im Abwasser und Brauchwasser auch ohne den Einsatz spezieller chemischer Fällungsmittel möglich. Dies ist von enormer ökologischer und ökonomischer Bedeutung, weil dadurch nicht nur erhebliche chemische Fällungsmittelmengen eingespart werden können (einschl. der notwendigen Lager-, Dosier- und Steueranlagen)., sondern auch keine zusätzlichen und störenden Bestandteile ins Abwasser gelangen, keine Aufsalzung und"keine Versäuerung eintritt.

Versuch 3

In einem Klärwerk mit einer Abwasserreinigung nach dem Belebtschlammverfahren wurde ein Betriebsversuch durchgeführt. Wie im Laborversuch wurden Elektroden (Anode aus Eisen, Kathode aus V4A-Stahl) an eine Gleichstromquelle mit 24 V angeschlossen. Die Elektroden wurden jeweils für einen Zeitraum von einem Monat im Belebungsbecken bzw. im Vorklärbecken installiert. Im Vorklärbecken wirkte das elektrische Feld demnach nur auf mechanisch gereinigtes Abwasser, im Belebungsbecken auf biologisches gereinigtes Abwasser in Verbindung mit Belebtschlamm. Mit dem Versuchsaufbau sollte herausgefunden werden, inwieweit eine Wechselbeziehung beim Effekt der Phosphor-Eliminierung

zwischen rein elektrochemischen Vorgängen und biochemischen Vorgängen existiert.

Im Ablauf der Kläranlage wurde die Phosphat-Konzentration regelmäßig (täglich) gemessen. Es zeigte sich, daß die P-Eliminierung mit Hilfe der Erfindung (ELKO) in der Belebung deutlich effektiver ist als in der Vorklärung. Daraus kann abgeleitet werden, daß die Abwasserreinigung insgesamt verbessert werden kann, wenn im Sinne der Erfindung mit Hilfe geeigneter Elektroden, die an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, elektrische Felder aufgebaut werden. Dies ergibt sich aus der folgenden Tabelle III.

Tabelle III

20 25 30

Elektrochemische P-Elimination

Betriebsversuch

ELKO in der Vorklärung

0 &igr; , &igr; , , , ; &igr; &igr; . , ,— &igr; &igr; —

. Versuchszeit in Tagen, tagliche Probe

Versuch 4

Erfindungsgemäß wurde in- einer Versuchsanlage die elektrochemische P-Elimination durchgeführt. Als Anode wurde Eisen und als Kathode Graphit, jeweils in Form 10 cm &khgr; 10 cm großen¹Platten verwendet. Die Elektroden wurden in einem

Abstand von 10 cm zueinander in Phosphor- und Nitrat-haltiges Abwasser aus dem Belebungsbecken einer biologischen Reinigungsstufe einer kommunalen Kläranlage eingebracht und an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Die Stromstärke wurde bei einer Spannaung von 3 0 Volt auf 18 Ampere eingestellt. Die Versuchsanlage wurde bei einem Volumen von 200 1 mit 200 l/h kontinuierlich mit Abwasser beschickt, so daß die mittlere Verweilzeit 1 h betrug.

Der Phosphat- und Stickstoffgehalt des Abwassers wurde im Zulauf und im Ablauf der Versuchsanlage in Abständen von 3 0 Minuten analysiert. Folge Werte wurden gefunden:

mg/1 P/N

Start

Tabelle	IV	90	120	150	180	210
30 60	min	min	min	min	min
min min

20 mg/1 PO ₄ -P

Zulauf ' 5,5 Ablauf . 5,5 Eliminierungsrate in % 0

5,3 5,2 5,3 5,5 5,1 5,2 5,3 4,7 3,4 2,5 1,6 1,2 1,1 1,1

11,3 34,6 53,8 70,9 76,5 78,8 79,2

ma/1 HQ ₂ -N
Zulauf 18,2 Ablauf 18,2 Eliminierungs-30 rate in % 0

18.4 17,9 18,8 18,6 19,1 18,7 18,4

17.5 15,2 14,4 12,9 12,3 12,2 11,9

4,9 15,1 23,4 30,6 35,6 34,8 35,3

Die vorstehend wiedergegebenen Versuchsergebnisse zeigen in eindrucksvoller Weise, daß gleichzeitig mit der P-EIiminierung bis auf einen Wert weit unter den gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwert von 2 mg- PO₄-P/! eine-· signifikante Verstärkung der biologischen N-Eliminierung unter den gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwert von 18 mg NO3-

N/l stattgefunden hat, ein Effekt, der auch für den Fachmann auf diesem Gebiet nicht erwartet wurde.

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur elektrochemischen Behandlung von CaI-cium- und/oder Magnesium-haltigem Wasser oder Abwasser, insbesondere kommunalem und/oder gewerblichem Abwasser, das chemisch und/oder biologisch unter Verwendung von Mikroorganismen zum Zweck der Phosphor- und/oder Stickstoff-Eliminierung behandelt wird,
dadurch gekennzeichnet , daß sie umfaßt

einen (vorzugsweise) geschlossenen Steuerschrank (S), in dem eine Gleichstromquelle, Einrichtungen zur Regelung des Stromflusses und/oder der Spannung der Gleichstromquelle und Leitungsanschlüsse an die Gleichstromquelle angeordnet sind,

Elektroden (E) aus gleichen oder, vorzugsweise, unterschiedlichen Werkstoffen, die an einem Tragegestell (T) befestigt sind, das in das zu behandelnde Wasser eingesetzt wird, und

Verbindungsleitungen (L) zwischen der Gleichstromquelle und den Elektroden (E).
25

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (E) aus mehreren Elektrodensätzen (Anode + Kathode(n)) bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Elektrodensätze verwendet werden, von denen jeder Satz besteht aus einer Kathode und einer Anode, vorzugsweise aus zwei Kathoden und einer Anode.

*&diams; ·

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden aus unterschiedlichen Materialien verwendet werden.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Anode geschaltete Elektrode (Opferelektrode) aus Eisen oder Aluminium besteht und daß die als Kathode geschaltete Elektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise aus V2A- oder V4A-Edelstahl, elektrisch leitendem bzw. leitfähig gemachtem Kunststoff oder Graphit, besteht.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden die Form von Platten haben.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elektroden gleich groß oder unterschiedlich groß sind und jeweils eine Fläche von 0,3 bis 50 m², vorzugsweise von 2 bis 10 m², haben.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenflächen in Abständen von 5 bis 200 cm, vorzugsweise von 20 bis 80 cm, parallel zueinander angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Anode als auch die Kathode aus mehreren Platten unterschiedlicher oder gleicher Größe 0 bestehen.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden die Form von Gittern, Zylindern, Stäben und/oder Draht haben.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der, vorzugsweise geglät-

teten, Gleichspannungsquelle bei einem Wert zwischen 2 und 100 Volt, vorzugsweise zwischen 10 und 40 Volt, konstant ist.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß der, vorzugsweise geglätteten, Gleichstromquelle konstant ist innerhalb eines Bereiches von 1 bis 100 Ampere, vorzugsweise 10 bis 2 0 Ampere.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in einer von dem zu behandelnden Wasser durchströmten Leitung oder Becken, vorzugsweise in einem durchmischten, belüfteten Belebungsbecken oder in einem durchmischten, unbelüfteten Denitrifikationsbecken, angeordnet sind.