WO2007023170A1 - Device and method for treating waste waters - Google Patents

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WO2007023170A1 PCT/EP2006/065608 EP2006065608W WO2007023170A1 WO 2007023170 A1 WO2007023170 A1 WO 2007023170A1 EP 2006065608 W EP2006065608 W EP 2006065608W WO 2007023170 A1 WO2007023170 A1 WO 2007023170A1
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for the treatment of wastewater, each of which is suitable to separate in the wastewater contained phosphorus or phosphate in the form of magnesium ammonium phosphate (MAP, MgNH 4 PO 4 x 6H 2 O) and provide for further use.
  • MAP magnesium ammonium phosphate
  • phosphate is an essential component of fertilizers as an irreplaceable nutrient for plants.
  • a currently important source of phosphate are phosphate ores, from which phosphorus must be recovered by chemical or thermal processes and converted into a usable form for further production processes.
  • the disadvantage of the use of phosphate ores is not only their content of heavy metals, in particular cadmium, but also the limited nature of natural deposits.
  • phosphates can also be precipitated from wastewater, for example during wastewater treatment in sewage treatment plants. Instead of recovering phosphates as
  • the precipitation of phosphate in the form of magnesium ammonium phosphate (MAP) from wastewater is known and is part of various processes.
  • the MAP precipitation may be e.g. directly from process water streams in sewage treatment plants, where nitrogen compounds and phosphorus are precipitated from the process water stream after raising the pH and adding magnesium ions as MAP.
  • some of the phosphate bound in the sewage sludge can be recovered in the form of MAP, but phosphate must first be dissolved back by an acid digestion before the actual precipitation.
  • the known methods require the use of not insignificant amounts of resources in the form of magnesium ions, alkalis and / or acids.
  • nitrogen can be separated in the form of NH 3 -GaS, leaving behind magnesium hydrogenphosphate.
  • This in turn can be used for MAP precipitation, if in the wastewater to be treated ammonium is in excess of stoichiometry relative to phosphate and the MAP precipitation in addition to the extraction of phosphate should primarily fulfill the purpose of nitrogen elimination.
  • phosphate in general, it is known to recover phosphate from various partial streams within a conventional sewage treatment plant, for example, following an anaerobic stage, discharged from the digested sludge and separated, for example, in a separator in Zentratwasser and dehydrated digested sludge.
  • Phosphorus may be precipitated from the resulting centrate water, or redissolved from the thickened digested sludge by acid treatment and then precipitated separately, or precipitated separately after drying and incineration of the thickened sludge from the sludge ash after reconstitution.
  • MAP precipitated MAP
  • a fluidized bed reactor can be used (Conference Summary, Second International Conference on Recovery of Phosphates from Sewage and Animal Wastes, Noordwijkerhout, 12-13 March 2001). This separation process is described using the example of centrate water after anaerobic digestion and is intended to produce MAP pellets.
  • centrate water is added with magnesium ions, and it is also known to use seawater as a source of magnesium ions.
  • seawater For raising the pH of centrate water separated from digested sludge, aeration can be used which discharges carbon dioxide.
  • DE 10 2005 002 066 A1 which was published after the priority date of the present application, describes a method for MAP precipitation from stabilized sludge of a sewage treatment plant by introducing ammonia water and / or hot process water into dewatered stabilized sludge and precipitating phosphate salts from the extracted sludge water by adding metal ions.
  • DE 10 2005 002 066 A1 neither recognizes that in the case of thermophilic digestion from the centrate water by the addition of seawater phosphate in the form of MAP can be effectively precipitated, nor the remobilization of phosphate from activated sludge.
  • the object of the present invention is to provide an alternative, preferably more efficient apparatus and a more efficient method of recovering MAP from wastewater. Another object of the present invention is to minimize the use of resources.
  • the invention achieves the abovementioned object by providing a device for clarifying wastewater, in particular municipal wastewater streams, process waters in sewage treatment plants, wastewater from livestock farming, and industrial wastewater by the fact that the device according to the invention, in a modification of known plants, has a device for anaerobic thermophilic digestion , is discharged from the digested sludge and in a solid-liquid separation, such as a decanter, centrate water is generated.
  • This Zentratwasser contains phosphate in addition to ammonium ions.
  • MAP is precipitated therefrom.
  • centrate water which is obtained from the thermophilic sludge digestion, a significantly higher phosphate content than Zentratwasser, which results from mesophilic digestion.
  • Zentratwasser seawater For precipitation of the phosphate contained in the Zentratwasser seawater is added and mixed with the Zentratwasser in a mixing device.
  • the crystallization of MAP begins already in the mixing device.
  • the continuation of the crystal growth of MAP and its separation take place in a subsequently arranged apparatus for solid-liquid separation, for example a sedimentation tank or a decanter.
  • the separation of MAP crystals occurs in a fluidized bed reactor where the MAP crystallization and filtration bed is formed without particulate solids additives such as sand.
  • MAP precipitation can also be achieved by adding seawater to the thermophilic sludge.
  • the precipitated MAP can then no longer or only with increased effort separate from the solids of the digested sludge, but this may be of interest if only depletion of the subsequently produced centrate water of phosphate and / or ammonia is desired.
  • the Zentratwasser is depleted in this embodiment by the precipitation of the MAP of phosphate and ammonia. Accordingly, the apparatus for solid-liquid separation of the digested sludge generated by the thermophilic digestion apparatus is not required in this embodiment and may be omitted.
  • seawater for MAP precipitation can be carried out in the subsequently permeable mixing device for mixing thermophilic sludge and fed seawater.
  • a subsequently throughflowable solid-liquid separation device is optionally usable if the centrate water discharged from MAP is to be separated from the mixture of MAP and solids of the digested sludge; when using the digested sludge with precipitated MAP without thickening this device can be omitted for solid-liquid separation.
  • the fluidized bed consist essentially exclusively of the formed MAP crystals and that the flow rate be chosen so low (low) over the prior art that no expanded bed settles, but achieves a compact bed with increased physical filtration efficiency becomes.
  • seawater is understood as meaning an aqueous solution containing magnesium ions, in particular natural seawater, enriched natural seawater, as used, for example, in salt gardens or plants for the treatment of salt Seawater desalination is obtained, in particular enriched natural seawater or sea salt with a high content of magnesium ions, and aqueous solutions containing magnesium ions, for example, magnesium chloride and / or magnesium hydroxide and / or magnesium oxide.
  • the volumetric proportion of non-enriched seawater to the centrate water may be, for example, in the range of 2 to 15 vol.% 1, so that the salt load, in particular sodium chloride, introduced by the seawater will be substantially free from stress in the subsequent subsequent, e.g. represents biological purification of the treated wastewater.
  • Enriched seawater or aqueous solutions with a lower content of magnesium ions are to be mixed according to their magnesium ion concentration in a lower or higher volumetric ratio.
  • the stoichiometric ratio of the precipitation of ammonium ions with the seawater MAP precipitation device according to the invention may be about 2 to 4 or more in relation to magnesium or phosphate.
  • magnesium hydrogen phosphate obtained in this way can be recirculated to a device for wastewater treatment, preferably to be fed to the centrate water, in order in this way to reduce the ammonium concentration by reuse in the MAP precipitation. Since the release of ammonia gas from MAP used at temperatures of 55 0 C or higher, it is preferable in the invention to use a solar dryer for thermal treatment of MAP, can be collected, optionally, wherein the ammonia gas or chemically bonded.
  • the content of phosphate and / or ammonium ions can be increased within the device according to the invention by supplying phosphate and / or ammonium aqueous wastewater streams, such as yellow water (urine) to favor the precipitation of MAP.
  • phosphate and / or ammonium aqueous wastewater streams such as yellow water (urine)
  • effluents from domestic dishwashers or phosphate-containing effluents from industrial operations are suitable as phosphate-containing wastewater streams, which can be collected separately from municipal wastewater.
  • phosphate-containing wastewater streams e.g. the concentrated in the wastewater of (household) dishwashers or (household) washing machines phosphate used regardless of an aerobic treatment in the aeration tank and the thermophilic digestion to recover the phosphate as MAP, so that the intermediate losses in the conventional wastewater treatment by a biological or chemical fixation can be avoided.
  • wastewater streams contain phosphate in the form of polyphosphates, for example triphosphates
  • hydrolysis to phosphate is required before MAP precipitation. This hydrolysis may be autoclaved by aerobic or anaerobic incubation, alternatively by incubation in admixture with activated sludge with optional aeration.
  • the hydrolysis of such polyphosphates may take place during collection in a collection container and / or during delivery to a mixing device having a seawater supply means without additives.
  • the collecting container and / or the supply line can each form separately for phosphate-containing or ammonium-containing wastewaters or for both wastewaters in mixture with one another part of this apparatus according to the invention, with which phosphate is precipitated by admixing seawater to waste water or concentrated wastewater partial flows as MAP.
  • the supply of such phosphate- and / or ammonium-containing wastewater streams is preferably carried out in the mixing device in which Zentratwasser is mixed with seawater.
  • Phospat and ammonium concentrated wastewater streams for example, separately from the rest of wastewater, such as municipal wastewater or wastewater collected from animal husbandry sub-streams are used by admixing seawater for MAP precipitation.
  • Wastewater from domestic dishwashers, effluents from the phosphate-processing industry and other phosphate-containing industrial wastewater are to be mentioned as concentrated phosphate-containing wastewater partial stream.
  • yellow water (urine) in which the hydrolysis of urea produces ammonium, is to be mentioned as the phosphate- and ammonium-containing wastewater partial stream.
  • it is therefore proposed to accumulate in household phosphate-containing wastewater streams, in particular dishwasher wastewater, and yellow water separately from the other wastewater separately or mixed with each other in collection devices.
  • This separate from the rest of wastewater collection of phosphate or ammonium-containing wastewater streams can be realized as a special piping system or through collection containers that are periodically empty.
  • yellow water and dishwashing effluent are separated in separate collection containers, preferably in a common collection container substantially separate from the remaining domestic effluent, i. essentially free or separated from solids and preferably passed without additional (rinse) water.
  • the supply line to the mixing container which also has a feed device for seawater, may be transported by batch transport, e.g. by means of tank trucks, or by pipelines that run separately from the rest of the municipal sewage.
  • a common or separate lines can be used to phosphates or ammonium-containing wastewater, preferably yellow water and dishwasher wastewater, to the mixing device to be mixed in the seawater for MAP precipitation.
  • MAP By means of a feed device for seawater to yellow water and phosphate-containing wastewater substreams in a mixing device, MAP can be precipitated directly and separated by a subsequently through-flowable device for solid-liquid separation.
  • the MAP precipitation can be carried out in mixing devices, for example simple containers or stirred kettles, the separation of MAP according to the others Embodiments of the invention, preferably in the fluidized bed, which forms a compact bed due to low flow rate.
  • An advantage of this embodiment is the high recovery rate of phosphate from phosphate- and ammonium-containing effluent streams, as these have higher concentrations of the components essential for MAP precipitation, phosphate and ammonium. Moreover, this embodiment requires no or only simple devices for separating solids from wastewater prior to MAP separation.
  • a further advantage of this embodiment is that both yellow waters with a pH> 9 and dishwasher effluents with a pH> 10 are sufficiently alkaline for a substantially quantitative MAP precipitation. Therefore, in this embodiment of the invention, no increase in pH by adding resources is required.
  • Wastewater from the industrial production of phosphate from phosphate ores can be used as further phosphate-containing wastewater from the phosphate processing industry.
  • MAP can be generated, for example, by adding yellow water to the phosphate-containing wastewater, and then or at the same time using seawater. MAP can then be separated in a known manner.
  • the elimination of phosphate from wastewater is carried out independently of a treatment in the activated sludge tank or a thermophilic digestion, namely already from the aqueous phase of raw sewage.
  • the raw sewage untreated that are used without deposition of solid ingredients, or be used free of solid ingredients, for example, after passing through a device for solid-liquid separation, a settling tank and / or a decanter.
  • phosphate in the form of MAP it is only necessary to add to the untreated raw sewage or the aqueous phase of raw sewage a magnesium source, according to the invention seawater, since the raw sewage already contains phosphate and, more than stoichiometrically, ammonium ions.
  • the pH of raw sewage is also suitable for precipitating at least a substantial portion of the phosphate contained therein in the form of MAP. If the pH of the raw sewage is too low for substantially complete MAP precipitation Bases are added to raise the pH to a preferred range of 8.5 to 9.5.
  • the mixing of the aqueous phase of the raw sewage with seawater can be carried out according to the other embodiments in a mixing device.
  • the separation of the crystallizing MAP can be carried out according to the aforementioned embodiments of the invention via a device for solid-liquid separation. If solid ingredients have been removed from the raw sewage prior to the addition of seawater, the MAP separation preferably takes place in a fluidized bed consisting essentially of particulate MAP only. In the event that solid ingredients are not or not completely separated from the raw sewage prior to addition of seawater, precipitated MAP can be separated along with the solids from the aqueous phase of the raw sewage.
  • phosphate by precipitation as MAP it is preferable to recover phosphate by precipitation as MAP additionally already before the thermophilic digestion.
  • biologically and / or chemically fixed phosphate is redissolved from activated sludge, for example excess sludge, so that it is available for the subsequent precipitation as MAP.
  • activated sludge here sludge understood that originally originates from the aeration tank and as so-called excess sludge from the way the device for wastewater treatment, which finally ends in the digester, is removed and present in concentrated form as thickened excess sludge.
  • Excess sludge which has preferably passed through a pre-thickening dewatering apparatus, requires an easily metabolizable substrate.
  • the excess sludge can serve itself, or it can be supplied at low cost substrates, for example, sucrose-containing substrates or production residues, but preferably primary sludge, which is anyway available from the primary treatment of the wastewater in a wastewater treatment plant.
  • the activated sludge phosphate at least a portion of the activated sludge with the easily metabolizable substrate, such as primary sludge, combined in a Mobilleiters understandinger and mixed and at mesophilic temperatures (about 33 - 38 0 C) for a period under anaerobic Incubated conditions, for example, for 6 to 48 hours, preferably 12 to 24 hours hydraulic residence time.
  • mesophilic temperatures about 33 - 38 0 C
  • the residence time in the mobilization container is to be set longer, eg 1 to 8 days.
  • the mobilization container may drain even at the temperatures of the thermophilic digestion, which accelerates the mobilization.
  • the same heating device can be used for heating. Furthermore, apart from the compensation of heat losses, no additional heat input is required when heated in the mobilization tank and digester to the same Temperaturg Scheme and the mobilized sludge is passed without cooling in the digester.
  • iron phosphate phosphate In addition to the return of biologically fixed in activated sludge phosphate is precipitated in this approach also precipitated as iron phosphate phosphate. At present, it is believed that Fe 3+ is reduced to Fe 2+ by the iron reducer during the redissolution in the mobilization tank so that the phosphate bound as iron (III) phosphate can go into solution.
  • no aluminum salts are used in the apparatus or the process carried out therein.
  • the precipitation of the phosphate in the mobilization container as MAP is preferably carried out after a solid-liquid separation, wherein the resulting liquid phase is mixed with seawater to provide the required concentration of magnesium ions. Since only little fixed ammonium in the mobilization tank into the aqueous phase, a further addition of ammonium ions is usually required. Ammonium ions can be supplied by admixing Zentratwasser from the thermophilic digestion or yellow water.
  • the precipitation and subsequent separation of MAP can be carried out according to the aforementioned embodiments in a mixing vessel with subsequent or simultaneously effective solid-liquid separation device.
  • the aqueous phase obtainable after the MAP precipitation can in turn be returned to the activated sludge tank; the solid phase is preferably to be supplied to the thermophilic digestion device.
  • this embodiment of the invention enables a reduction in the use of iron salts as phosphate precipitation resources, since the iron reduced and dissolved following treatment in the mobilization vessel can be recycled to the aerobic stage of wastewater treatment after MAP precipitation and there, again after oxidation to Fe 3+ , for the precipitation of phosphate as iron (III) phosphate is available.
  • a disadvantage may be that the pH of the liquid Phase is not alkaline enough to ensure optimal MAP precipitation. Therefore, in order to increase the MAP yield, it is possible here to increase the pH to the alkaline range, preferably 8-10, more preferably 8.5-9.5, by adding bases.
  • this aqueous phase can be aerated so that organic acids can be degraded first and, if necessary Carbon dioxide is stripped off.
  • oxidation of Fe 2+ to Fe 3+ by iron oxidizers takes place in parallel. As a result, iron (III) will precipitate phosphate, which is available as a secondary raw material after separation in a device for solid-liquid separation.
  • the aqueous phase of the mobilized sludge obtained following treatment in the mobilization tank by solid-liquid separation may be fed to the mixing apparatus instead of a direct separate MAP precipitation apparatus the centrate water from the thermophilic digestion is mixed with seawater.
  • the aqueous phase of the mobilized sludge in combination with centrate water from the thermophilic digestion by the addition of seawater phosphate in the form of MAP is withdrawn.
  • a base for alkalization to a pH of 8.5-9.5 may be added.
  • the mobilized slurry available from the mobilization vessel may be fed directly to the thermophilic digestion device without separate solid-liquid separation and MAP precipitation being performed therefor. Because it has been shown that from the activated sludge, for example, excess sludge, in the mobilization tank re-dissolved phosphate and Fe 2+ remains substantially dissolved in a subsequent thermophilic digestion, that is essentially no longer fixed biologically by the subsequent thermophilic digestion. In this embodiment of the invention, phosphate fixed in the activated sludge is therefore redissolved and separated from the centrate water by precipitation as MAP after the thermophilic digestion.
  • thermophilic digestion is used that the pH of the Zentratwassers is in the suitable for MAP precipitation alkaline range, so that can be dispensed with the addition of alkalizing.
  • the phosphate depleted centrate water can be sent to the aeration tank.
  • a significant proportion of the dissolved iron is returned to the phosphate precipitation by Fe + dissolved in the centrate water.
  • seawater or a similarly concentrated saline solution (about 2-4% by weight) is added directly to the activated sludge in the mobilization tank instead of an additional easily metabolizable substrate.
  • seawater or a saline solution optionally with subsequent anaerobic incubation in Mobilleiters employer, also leads to a return of bound phosphate, with a redissolution of up to 45% of the total phosphate contained in the activated sludge was measured.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a device according to the invention for sewage and sludge treatment
  • FIG. 2 shows a schematic overview of a device according to the invention for wastewater and sludge treatment in a preferred embodiment with redissolution of bound phosphate from activated sludge, and
  • Figure 3 shows schematically a device for solid-liquid separation for MAP precipitation according to the preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows schematically a device according to the invention for precipitating MAP from waste water, in which raw sewage can first be mechanically cleaned in a primary clarifier, wherein the waste water is separated into primary sludge and a substantially aqueous phase.
  • This aqueous phase of the raw sewage water is fed to an activated sludge tank in which a substantially aerobic treatment takes place. From the aeration tank so-called activated sludge is led into the secondary clarifier.
  • the course of the secondary settling tank consists of an activated sludge fraction, which is recycled as so-called return sludge into the activated sludge tank and an aqueous sludge tank Phase (treated wastewater), which can be discharged into the receiving water.
  • Excess activated sludge is thickened as excess sludge, for example, in a device for solid-liquid separation to thickened excess sludge and passed into the apparatus for thermophilic digestion (digestion tower).
  • the thermophilic digestion produces digested sludge which is discharged from the thermophilic digestion apparatus and separated in a solid-liquid separation apparatus, eg a decanter, in centrate water and dehydrated digested sludge.
  • Also supplied to the digester is primary sludge, which is obtained from the primary treatment.
  • thermophilic digestion in the digester runs at a temperature of 40 to 70 0 C, preferably at 50 to 60 or 58 0 C, more preferably at 55 ⁇ 3 0 C from.
  • the Zentratwasser available from the thermophilic sludge by solid-liquid separation has a content of phosphate in the range of 100 to 150 mg / L, wherein in experiments with devices of the invention phosphate concentrations of about 130 mg / L were determined when the raw sewage phosphate concentrations in the range of 10 mg / L.
  • the nitrogen content of the centrate water was about 1400 mg / L in the form of ammonium in experiments with the device according to the invention, the COD was about 2500 mg / L.
  • the apparatus for solid-liquid separation of the excess sludge in Zentratwasser and thickened excess sludge can be formed by a settling tank, alternatively or additionally a decanter and / or a sludge press, for example a filter press.
  • the mixing device I, II for mixing centrate water and seawater, optionally an ammonium-containing aqueous solution, as a static mixer, as a container without driven stirring elements or as a stirred tank reactor can be performed.
  • the aqueous composition After passing through the mixing device I, II, the aqueous composition is subjected to a solid-liquid separation in which phosphate-depleted wastewater can be separated from the precipitated MAP.
  • the obtained MAP can be converted by thermal treatment to magnesium hydrogen phosphate and optionally in the inventive Return device can be recycled, for example, to centrate water to allow increased elimination of ammonium nitrogen.
  • Figure 2 illustrates the preferred embodiment of the invention and shows as an additional element the delivery of activated sludge into a mobilization vessel which, as an example of an easily metabolizable substrate, is fed sucrose, but preferably primary sludge or, less preferably, seawater or saline solution.
  • chemically bound phosphate e.g. in the form of iron (III) phosphate
  • B shows the solid-liquid separation into an aqueous phase and thickened mobilized sludge.
  • the thickened mobilized sludge may in turn be fed to the thermophilic digestion while the aqueous phase is separated from a separate mixing device (II) for mixing with seawater, optionally with supply of an ammonium-containing substream to precipitate MAP and a subsequent solid-liquid separation device from MAP can be supplied by the phosphate depleted wastewater.
  • FIG. 2 Schematically illustrated in Figure 2 is also the alternative or additional supply of the aqueous phase, which is generated from the mobilized sludge by solid-liquid separation, to the mixing device (I), which is also supplied Zentratigan from the digester to mixed with seawater to become.
  • the mixing device (I) which is also supplied Zentratwasser from the digester to mixed with seawater to become.
  • Figure 3 shows schematically a preferred apparatus for solid-liquid separation of MAP following the mixing of the centrate water, preferably additionally with the aqueous phase of the mobilized slurry, with seawater in the mixing apparatus.
  • a crystallization and filtration bed is generated in this device for solid-liquid separation for the separation of MAP, which is flowed from below and is formed essentially from MAP crystals.
  • a layer of individual floating plastic spheres (diameter of 1 to 15 mm, preferably 2 to 7 mm) or other floating plastic particles of similar maximum dimensions.
  • a retaining device for example a retaining plate provided with passage openings, which may also be referred to as a perforated plate or nozzle base.
  • Such a retaining plate is to be arranged in the settling tank so that the plastic balls are retained in front of the outlet opening, for example, the retaining plate can be arranged horizontally below the outlet opening, wherein the floating plastic balls are arranged under the retaining plate.
  • the plastic balls float due to a lower density in relation to the treated wastewater, for example Zentratwasser; the layer preferably has a thickness of 0.5 to 3 m.
  • the increased separation of MAP particles by the layer of mutually movable, floating plastic balls within the Mixture of sewage and seawater is attributed to a physical room filtration effect of the layer of plastic balls.
  • Example 1 Precipitation of MAP from Centrifugal Water from Thermophilic Digestion Centrate water recovered from a thermophilic digester had a pH of 9.5. MAP was precipitated by addition of an aqueous solution having an Mg.sup.2 + concentration of 248 mg / l as seawater for the purposes of the invention.
  • ammonium ions leads. Accordingly, with the device according to the invention, ammonium can also precipitate superstoichiometrically from centrate water and / or the aqueous phase of mobilized sludge. The precipitate can be separated with solid-liquid separation devices according to the invention from the phosphate phase and ammonium-deposited liquid phase.
  • the wastewater used was yellow water, which was allowed to stand for 3 days at room temperature to hydrolyze urea.
  • was added each in 1L beakers in Spotifynrhaker sea water (pH 8.14, 248 mg Mg 2+ / L) in Increasing volume fractions added.
  • Example 3 Remobilization of phosphate as a function of the temperature, with or without readily available substrate
  • activated sludge was incubated at different temperatures in batches with or without readily available substrate. As readily available substrate, 2 g sucrose per 750 mL activated sludge batch was added. After an incubation period of 2.5 days, the dissolved phosphate concentrations in the individual batches were determined, which represent the measure for the re-dissolution of phosphate. The results are shown in Table 3 below:
  • the redissolution was determined as part of the total phosphate concentration in the activated sludge after acid digestion.
  • test data determined in Table 3 show a significant temperature dependence of the remobilization in that, in the case of activated sludge without sucrose, an increase in the remobilization of phosphate is observed with increasing temperature, with maximum redissolution in the thermophilic range being observed.
  • the slurries of activated sludge with sucrose generally show a higher remobilization of phosphate and have an optimum in the mesophilic to thermophilic range, ie at temperatures of about 30 to 52 0 C.
  • the results show that the remobilization of phosphate from activated sludge even without readily available substrate alone by incubation, preferably thermophilic, of Activated sludge takes place.
  • an easily metabolizable substrate shown here by the example of sucrose
  • the remobilization of phosphate from activated sludge is significantly higher.
  • the experimental approaches showed a pronounced pH dependency in that the remobilization of phosphate was increased at pH's of 5.5 or lower, so that for the remobilization of phosphate from activated sludge, a pH of 5.5 or lower is preferred.

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Abstract

The invention relates to a device and method for treating waste waters, wherein said device and method are suitable for separating phosphorus and /or phosphate, which are contained in the waste waters, in the form of magnesium ammonium phosphate (MAP) and for subsequently using them. According to said invention, a thermophile digestion is used for removing centrifuge effluent waters from excess sludge and subsequently mixing them with seawater in such a way that the MAP is precipitated.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Abwasserbehandlung Apparatus and process for wastewater treatment
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser, die jeweils geeignet sind, im Abwasser enthaltenes Phosphor bzw. Phosphat in Form von Magnesiumammoniumphosphat (MAP, MgNH4PO4 x 6H2O) abzutrennen und zur weiteren Verwendung bereitzustellen.The present invention relates to an apparatus and a method for the treatment of wastewater, each of which is suitable to separate in the wastewater contained phosphorus or phosphate in the form of magnesium ammonium phosphate (MAP, MgNH 4 PO 4 x 6H 2 O) and provide for further use.
Die Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser ist von großer Bedeutung, da Phosphat als unersetzlicher Nährstoff für Pflanzen ein wesentlicher Bestandteil von Düngemitteln ist. Eine zur Zeit wichtige Quelle von Phosphat sind Phosphaterze, aus denen Phosphor durch chemische bzw. thermische Verfahren gewonnen und in eine für weitere Produktionsprozesse verwertbare Form überführt werden muss. An der Verwendung von Phosphaterzen nachteilig ist nicht nur deren Gehalt an Schwermetallen, insbesondere Cadmium, sondern überdies die Begrenztheit natürlicher Lagerstätten.The recovery of phosphorus from wastewater is of great importance, since phosphate is an essential component of fertilizers as an irreplaceable nutrient for plants. A currently important source of phosphate are phosphate ores, from which phosphorus must be recovered by chemical or thermal processes and converted into a usable form for further production processes. The disadvantage of the use of phosphate ores is not only their content of heavy metals, in particular cadmium, but also the limited nature of natural deposits.
Es ist bekannt, dass auch aus Abwasser Phosphate ausgefällt werden können, z.B. während der Abwasserreinigung in Klärwerken. Anstelle der Rückgewinnung von Phosphaten als It is known that phosphates can also be precipitated from wastewater, for example during wastewater treatment in sewage treatment plants. Instead of recovering phosphates as
Sekundärrohstoff steht in der Praxis der Abwasserreinigung derzeit allerdings noch die Verhütung der Gewässereutrophierung durch die Eliminierung von Phosphaten aus dem Abwasser, welches in einen Vorfluter eingeleitet werden soll, im Vordergrund.However, in the practice of wastewater treatment, secondary raw material is currently still the prevention of water reutilisation due to the elimination of phosphates from the wastewater, which is to be discharged into a receiving water.
Eine zielgerichtete Rückgewinnung von Phosphat ist indes mit den in herkömmlichen Kläranlagen durchgeführten Verfahren zur Phosphatelimination kaum möglich.A targeted recovery of phosphate, however, is hardly possible with the methods used in conventional sewage treatment plants for phosphate elimination.
Stand der TechnikState of the art
Die Fällung von Phosphat in Form von Magnesiumammoniumphosphat (MAP) aus Abwässern ist bekannt und Bestandteil verschiedener Verfahren. Dabei kann die MAP- Fällung z.B. direkt aus Prozesswasserströmen in Kläranlagen erfolgen, wobei Stickstoffverbindungen und Phosphor aus dem Prozesswasserstrom nach Anhebung des pH- Wertes und Zugabe von Magnesiumionen als MAP ausgefällt werden. Darüber hinaus kann auch ein Teil des im Klärschlamm gebunden vorliegenden Phosphats in Form von MAP zurückgewonnen werden, wobei Phosphat jedoch vor der eigentlichen Ausfällung zunächst durch einen Säureaufschluss zurückgelöst werden muss. Die bekannten Verfahren erfordern dabei den Einsatz nicht unerheblicher Mengen an Betriebsmitteln in Form von Magnesiumionen, Laugen und/oder Säuren.The precipitation of phosphate in the form of magnesium ammonium phosphate (MAP) from wastewater is known and is part of various processes. The MAP precipitation may be e.g. directly from process water streams in sewage treatment plants, where nitrogen compounds and phosphorus are precipitated from the process water stream after raising the pH and adding magnesium ions as MAP. In addition, some of the phosphate bound in the sewage sludge can be recovered in the form of MAP, but phosphate must first be dissolved back by an acid digestion before the actual precipitation. The known methods require the use of not insignificant amounts of resources in the form of magnesium ions, alkalis and / or acids.
Durch anschließendes Erhitzen von MAP kann Stickstoff in Form von NH3-GaS abgetrennt werden, wobei Magnesiumhydrogenphosphat zurückbleibt. Dieses kann wiederum zur MAP- Fällung eingesetzt werden, falls in dem zu behandelnden Abwasser Ammonium im Verhältnis zu Phosphat stark überstöchiometrisch vorliegt und die MAP-Fällung neben der Gewinnung von Phosphat vorrangig den Zweck der Stickstoffelimination erfüllen soll.By subsequently heating MAP, nitrogen can be separated in the form of NH 3 -GaS, leaving behind magnesium hydrogenphosphate. This in turn can be used for MAP precipitation, if in the wastewater to be treated ammonium is in excess of stoichiometry relative to phosphate and the MAP precipitation in addition to the extraction of phosphate should primarily fulfill the purpose of nitrogen elimination.
Allgemein ist es bekannt, Phosphat aus verschiedenen Teilströmen innerhalb einer herkömmlichen Kläranlage zurückzugewinnen, beispielsweise im Anschluss an eine anaerobe Stufe, aus der Faulschlamm abgeführt und beispielsweise in einem Separator in Zentratwasser und entwässerten Faulschlamm aufgetrennt wird. Phosphor kann aus dem entstehenden Zentratwasser gefällt werden, oder aus dem eingedickten Faulschlamm durch Säurebehandlung rückgelöst und anschließend separat gefällt werden, oder nach Trocknung und Verbrennung des eingedickten Faulschlammes aus der Schlammasche nach Rücklösung separat ausgefällt werden. Zur Abtrennung von ausgefälltem MAP (auch Struvit genannt) kann ein Fließbettreaktor eingesetzt werden (Conference Summary, Second International Conference on Recovery of Phosphates from Sewage and Animal Wastes, Noordwijkerhout, 12-13 März 2001). Dieses Abtrennverfahren wird am Beispiel von Zentratwasser nach der anaeroben Faulung beschrieben und soll MAP-Pellets erzeugen.In general, it is known to recover phosphate from various partial streams within a conventional sewage treatment plant, for example, following an anaerobic stage, discharged from the digested sludge and separated, for example, in a separator in Zentratwasser and dehydrated digested sludge. Phosphorus may be precipitated from the resulting centrate water, or redissolved from the thickened digested sludge by acid treatment and then precipitated separately, or precipitated separately after drying and incineration of the thickened sludge from the sludge ash after reconstitution. For the separation of precipitated MAP (also called struvite), a fluidized bed reactor can be used (Conference Summary, Second International Conference on Recovery of Phosphates from Sewage and Animal Wastes, Noordwijkerhout, 12-13 March 2001). This separation process is described using the example of centrate water after anaerobic digestion and is intended to produce MAP pellets.
Weitere Fällungsverfahren für Phosphate setzen Eisen- oder Calciumsalze ein, um Eisenbzw. Calciumphosphat auszufällen.Other precipitation processes for phosphates use iron or calcium salts to Eisenbzw. Precipitate calcium phosphate.
Zur Fällung von MAP während der Abwasserbehandlung wird Zentratwasser mit Magnesiumionen versetzt, wobei auch bekannt ist, Meerwasser als Quelle von Magnesiumionen zu verwenden. Für die Anhebung des pH- Wertes von Zentratwasser, das aus Faulschlamm abgetrennt wurde, kann eine Belüftung eingesetzt werden, die Kohlendioxid austrägt.For precipitation of MAP during wastewater treatment, centrate water is added with magnesium ions, and it is also known to use seawater as a source of magnesium ions. For raising the pH of centrate water separated from digested sludge, aeration can be used which discharges carbon dioxide.
Regy et al. beschreiben im Tagungsbericht „Phosphate recovery in Waste Water by Cristallization" (22.06.2002) verschiedene Verfahren zur Gewinnung von MAP. So werden mit Bezugnahme auf Battistonis Fließbettsäulen Verfahren vorgestellt, in denen die Kristallisation durch Ausstrippen von Kohlendioxid induziert wird. Darüber hinaus kann die Zugabe von Impfkristallen, beispielsweise Quarzsand, den Prozess der MAP-Bildung fördern. Der eingesetzte Überstand (Zentratwasser) der anaeroben Faulung wurde auf einer Bandpresse hergestellt und zum Erreichen einer für die MAP-Fällung geeigneten Phosphatkonzentration von ursprünglich 24 mg/L durch Zugabe von Phosphat auf etwa 160 mg/L angereichert. In den Fällen, in denen vor der MAP-Fällung noch Phosphat zugesetzt wird, wird das Verfahren üblicherweise zur Elimination von im überstöchiometrischen Verhältnis vorliegenden Ammoniumstickstoff eingesetzt.Regy et al. describe in the report "Phosphate recovery in Waste Water by Cristallization" (22.06.2002) various methods for the recovery of MAP: For example, with reference to Battistonis fluidized bed columns, methods are presented in which crystallization is induced by stripping carbon dioxide The supernatant (centrate water) of the anaerobic digestion was prepared on a belt press and to achieve a suitable for the MAP precipitation phosphate concentration of originally 24 mg / L by the addition of phosphate on 160 mg / L In cases where phosphate is added prior to MAP precipitation, the process is usually used to eliminate ammonia nitrogen in excess of the stoichiometric ratio.
Die JP 102 49 359 sowie Kumashiro et al. (2nd International Conference on Recovery of Phosphate from Sewage and Animal Wasts, Holland, March 12 and 13, 2001) beschreiben die Verwendung von Meerwasser als Quelle für Magnesium zur Fällung von Phosphat als MAP aus Prozessströmen, die in der Abwasserbehandlung auftreten. Als Prozessstrom wird Zentratwasser von einer Bandpresse oder Zentrifuge verwendet. Das Verhältnis von zugesetztem Meerwasser betrug zwischen 2 und 15 Vol.-% zum Prozessstrom. Zur Ausfällung wird die Kristallbildung in einer senkrecht stehenden Flüssigkeitssäule verwendet, in der durch Zuführung von Luft am unteren Ende eine Schlaufenbewegung um ein axial angeordnetes Leitrohr erzeugt wird. Die hydraulischen Verweilzeiten in dem Schlaufenreaktor lagen zwischen 7 und 58 min. Ein besonderes Augenmerk wurde auf die Bildung von MAP-Rristallen mit einer Größe von ca. 1 mm gelegt, um diese besser abtrennen zu können. Das Verfahren arbeitete bei einem mittleren pH- Wert von 7,7 und führte dabei lediglich zu einer Elimination von etwa 75% des im Zentratwasser enthaltenen Phosphats.JP 102 49 359 and Kumashiro et al. (2 nd International Conference on Recovery of Phosphate from Sewage and Animal Wasts, Holland, March 12 and 13, 2001) describe the use of seawater as a source of magnesium for the precipitation of phosphate as MAP from process streams that occur in wastewater treatment. Centrifugal water from a belt press or centrifuge is used as the process stream. The ratio of added seawater was between 2 and 15% by volume to the process stream. For precipitation, the crystal formation is used in a vertical liquid column, in which by feeding air at the lower end of a loop movement is generated around an axially disposed guide tube. The hydraulic residence times in the loop reactor were between 7 and 58 minutes. Special attention was paid to the formation of MAP crystals with a size of approx. 1 mm in order to better separate them. The process operated at a mean pH of 7.7, resulting in only about 75% of the phosphate contained in the centrate water being eliminated.
Auch Shimamura et al. (Water Science and Technology, Band 48, 1, Seiten 163-170) beschreiben eine Weiterentwicklung der Kristallisation von MAP in einer senkrechten Flüssigkeitssäule, bei der eine nachgeschaltete zweite Flüssigkeitssäule dazu dient, Kristallisationskeime aus MAP zu bilden, die wiederum zur Animpfung des vorgeschalteten größeren Reaktors dienen können. Auf diese Weise lässt sich das Kristallwachstum von MAP kontrollieren, um eine einheitliche Kristallgröße zu produzieren.Shimamura et al. (Water Science and Technology, Volume 48, 1, pages 163-170) describe a further development of the crystallization of MAP in a vertical column of liquid, in which a downstream second liquid column serves to form nuclei of MAP, which in turn for inoculation of the upstream larger Can serve reactor. In this way, the crystal growth of MAP can be controlled to produce a uniform crystal size.
Dabei geben die im Stand der Technik angeführten Zudosierungen von Lauge zur Einstellung eines basischen pH- Werts im Zentratwasser einen deutlichen Hinweis darauf, dass die Faulung im mesophilen Bereich durchgeführt wurde, da diese nur zu neutralem bis leicht alkalischem Zentratwasser führt (pH etwa 6,8 - 7,4) und damit unterhalb des für die MAP- Fällung optimalen pH- Werts liegt.The additions of caustic used in the prior art for adjusting a basic pH in the centrate water give a clear indication that the digestion was carried out in the mesophilic range, since this only leads to neutral to slightly alkaline centrate water (pH about 6.8 - 7.4), which is below the optimum pH for MAP precipitation.
Die DE 10 2005 002 066 Al, die nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht worden ist, beschreibt ein Verfahren zur MAP-Fällung aus stabilisiertem Schlamm einer Kläranlage durch Einbringen von Ammoniakwasser und/oder heißem Prozeßwasser in entwässerten stabilisierten Schlamm und Ausfällen von Phosphatsalzen aus dem extrahierten Schlammwasser durch Zusetzen von Metallionen. Die DE 10 2005 002 066 Al erkennt weder, dass bei thermophiler Faulung aus dem Zentratwasser durch Zusatz von Meerwasser Phosphat in Form von MAP effektiv ausgefällt werden kann, noch die Remobilisierung von Phosphat aus Belebtschlamm.DE 10 2005 002 066 A1, which was published after the priority date of the present application, describes a method for MAP precipitation from stabilized sludge of a sewage treatment plant by introducing ammonia water and / or hot process water into dewatered stabilized sludge and precipitating phosphate salts from the extracted sludge water by adding metal ions. DE 10 2005 002 066 A1 neither recognizes that in the case of thermophilic digestion from the centrate water by the addition of seawater phosphate in the form of MAP can be effectively precipitated, nor the remobilization of phosphate from activated sludge.
Die DE 43 33 177 Al beschreibt die Optimierung der Biogasgewinnung in der Faulstufe durch Zwischenbehandlung eines Teils der anaeroben Biomasse der Faulstufe, um die Prozessbedingungen zu stabilisieren. Eine Ausfällung von Phosphat in Form von MAP wird nicht beschrieben.DE 43 33 177 A1 describes the optimization of the biogas production in the digestion stage by intermediate treatment of a part of the anaerobic biomass of the digestion stage to the To stabilize process conditions. A precipitation of phosphate in the form of MAP is not described.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Gegenüber den bekannten Verfahren zur Eliminierung bzw. Rückgewinnung von Phosphor in Form von MAP aus Abwasser stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, eine alternative, vorzugsweise eine effizientere Vorrichtung und ein effizienteres damit durchzuführendes Verfahren zur Gewinnung von MAP aus Abwasser bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, den Einsatz von Betriebsmitteln zu minimieren.Compared with the known methods of eliminating or recovering phosphorus in the form of MAP from wastewater, the object of the present invention is to provide an alternative, preferably more efficient apparatus and a more efficient method of recovering MAP from wastewater. Another object of the present invention is to minimize the use of resources.
Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention
Die Erfindung löst die oben genannte Aufgabe durch Bereitstellung einer Vorrichtung zur Klärung von Abwasser, insbesondere kommunaler Abwasserteilströme, Prozesswässern in Kläranlagen, Abwasser aus der Tierhaltung, sowie industrieller Abwässer dadurch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in Abwandlung bekannter Anlagen eine Vorrichtung für die anaerobe thermophile Faulung aufweist, aus der Faulschlamm abgeführt wird und in einer Fest-Flüssig-Trennung, beispielsweise einem Dekanter, Zentratwasser erzeugt wird. Dieses Zentratwasser enthält neben Ammoniumionen Phosphat. Durch Zumischen von Meerwasser wird daraus MAP ausgefällt.The invention achieves the abovementioned object by providing a device for clarifying wastewater, in particular municipal wastewater streams, process waters in sewage treatment plants, wastewater from livestock farming, and industrial wastewater by the fact that the device according to the invention, in a modification of known plants, has a device for anaerobic thermophilic digestion , is discharged from the digested sludge and in a solid-liquid separation, such as a decanter, centrate water is generated. This Zentratwasser contains phosphate in addition to ammonium ions. By admixing seawater, MAP is precipitated therefrom.
Dabei ist es ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass ein für die MAP-Fällung geeigneter pH- Wert (vorzugsweise im Bereich von 8 - 10, bevorzugter 8,5 - 9,5) bereits im Zentratwasser vorliegt, da erfindungsgemäß die Faulung unter thermophilen Bedingungen erfolgt. Die Einstellung des pH- Werts durch Zudosierung von alkalischen Verbindungen ist daher nicht erforderlich, was Vorteile bei der Verfahrensführung und den Kosten bringt.It is a particular advantage of the present invention that a suitable pH for the MAP precipitation (preferably in the range of 8-10, more preferably 8.5-9.5) already present in the centrate, since according to the invention, the digestion under thermophilic Conditions are fulfilled. The adjustment of the pH by addition of alkaline compounds is therefore not required, which brings advantages in the process and the costs.
Weiterhin weist Zentratwasser, das aus der thermophilen Schlammfaulung erhalten wird, einen deutlich höheren Phosphatgehalt auf als Zentratwasser, das aus mesophiler Faulung hervorgeht. Zur Fällung des in dem Zentratwasser enthaltenen Phosphats wird Meerwasser zudosiert und mit dem Zentratwasser in einer Mischvorrichtung gemischt. Die Kristallisation von MAP beginnt bereits in der Mischvorrichtung. Die Fortsetzung des Kristallwachstums von MAP und dessen Abtrennung erfolgen in einer anschließend angeordneten Vorrichtung zur Fest- Flüssig- Trennung, beispielsweise einem Absetzbecken oder einem Dekanter. In der bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abtrennung von MAP-Kristallen in einem Fließbettreaktor, bei dem das aus MAP bestehende Kristallisations- und Filtrationsbett ohne Zusätze aus partikulären Feststoffen, wie beispielsweise Sand, erzeugt wird.Furthermore, centrate water, which is obtained from the thermophilic sludge digestion, a significantly higher phosphate content than Zentratwasser, which results from mesophilic digestion. For precipitation of the phosphate contained in the Zentratwasser seawater is added and mixed with the Zentratwasser in a mixing device. The crystallization of MAP begins already in the mixing device. The continuation of the crystal growth of MAP and its separation take place in a subsequently arranged apparatus for solid-liquid separation, for example a sedimentation tank or a decanter. In the preferred embodiment, the separation of MAP crystals occurs in a fluidized bed reactor where the MAP crystallization and filtration bed is formed without particulate solids additives such as sand.
Für den Fall, dass keine separate Abtrennung von MAP von den übrigen Bestandteilen der Produkte der thermophilen Schlammfaulung erforderlich ist, kann die MAP-Fällung auch durch Zugabe von Meerwasser zum thermophilen Faulschlamm erreicht werden. Das ausgefällte MAP lässt sich dann nicht mehr oder nur mit erhöhtem Aufwand von den Feststoffen des Faulschlamms trennen, was jedoch für den Fall von Interesse sein kann, wenn nur eine Abreicherung des anschließend hergestellten Zentratwassers von Phosphat und/oder Ammoniak gewünscht ist. Denn das Zentratwasser ist auch bei dieser Ausführungsform durch die Ausfällung des MAP von Phosphat und Ammoniak abgereichert. Entsprechend ist die Vorrichtung zur Fest-Flüssigtrennung des Faulschlamms, der von der Vorrichtung zur thermophilen Faulung erzeugt wird, in dieser Ausführungsform nicht erforderlich und kann entfallen. Die Zugabe von Meerwasser zur MAP-Fällung kann in der anschließend durchströmbaren Mischvorrichtung zur Mischung von thermophilem Faulschlamm und zugeführtem Meerwasser erfolgen. Eine anschließend durchströmbare Vorrichtung zur Fest- Flüssig-Trennung ist optional einsetzbar, wenn das von MAP abgereichterte Zentratwasser von der Mischung aus MAP und Feststoffen des Faulschlamms getrennt werden soll; bei einer Verwendung des Faulschlamms mit ausgefälltem MAP ohne Eindickung kann diese Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung entfallen.In the event that no separate separation of MAP from the remaining components of the thermophilic sludge digestion products is required, MAP precipitation can also be achieved by adding seawater to the thermophilic sludge. The precipitated MAP can then no longer or only with increased effort separate from the solids of the digested sludge, but this may be of interest if only depletion of the subsequently produced centrate water of phosphate and / or ammonia is desired. Because the Zentratwasser is depleted in this embodiment by the precipitation of the MAP of phosphate and ammonia. Accordingly, the apparatus for solid-liquid separation of the digested sludge generated by the thermophilic digestion apparatus is not required in this embodiment and may be omitted. The addition of seawater for MAP precipitation can be carried out in the subsequently permeable mixing device for mixing thermophilic sludge and fed seawater. A subsequently throughflowable solid-liquid separation device is optionally usable if the centrate water discharged from MAP is to be separated from the mixture of MAP and solids of the digested sludge; when using the digested sludge with precipitated MAP without thickening this device can be omitted for solid-liquid separation.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass das Fließbett im Wesentlichen ausschließlich aus den gebildeten MAP-Kristallen besteht und dass die Fließgeschwindigkeit gegenüber dem Stand der Technik so (gering) gewählt wird, dass sich kein expandiertes Bett einstellt, sondern ein kompaktes Bett mit erhöhter physikalischer Filtrationswirkung erreicht wird. Als Meerwasser wird für die Zwecke dieser Erfindung eine wässrige Lösung mit einem Gehalt an Magnesiumionen verstanden, insbesondere natürliches Meerwasser, angereichertes natürliches Meerwasser wie es zum Beispiel in Salzgärten oder Anlagen zur Meerwasserentsalzung anfällt, insbesondere angereichertes natürliches Meerwasser oder Meersalz mit einem hohen Gehalt an Magnesiumionen, sowie wässrige Lösungen mit einem Gehalt an Magnesiumionen, beispielsweise an Magnesiumchlorid und/oder Magnesiumhydroxid und/oder Magnesiumoxid.According to the invention, it is preferred that the fluidized bed consist essentially exclusively of the formed MAP crystals and that the flow rate be chosen so low (low) over the prior art that no expanded bed settles, but achieves a compact bed with increased physical filtration efficiency becomes. For the purposes of this invention, seawater is understood as meaning an aqueous solution containing magnesium ions, in particular natural seawater, enriched natural seawater, as used, for example, in salt gardens or plants for the treatment of salt Seawater desalination is obtained, in particular enriched natural seawater or sea salt with a high content of magnesium ions, and aqueous solutions containing magnesium ions, for example, magnesium chloride and / or magnesium hydroxide and / or magnesium oxide.
Der volumetrische Anteil von nicht angereichertem Meerwasser zum Zentratwasser kann beispielsweise im Bereich von 2 bis 15 Vo 1.-% liegen, so dass die durch das Meerwasser eingebrachte Salzfracht, insbesondere Natriumchlorid, im Wesentlichen keine Belastung bei der weiteren anschließenden, z.B. biologischen Reinigung des geklärten Abwassers darstellt. Angereichertes Meerwasser bzw. wässrige Lösungen mit einem niedrigeren Gehalt an Magnesiumionen sind entsprechend ihrer Magnesiumionenkonzentration in einem niedrigeren oder höheren volumetrischen Verhältnis zuzumischen.The volumetric proportion of non-enriched seawater to the centrate water may be, for example, in the range of 2 to 15 vol.% 1, so that the salt load, in particular sodium chloride, introduced by the seawater will be substantially free from stress in the subsequent subsequent, e.g. represents biological purification of the treated wastewater. Enriched seawater or aqueous solutions with a lower content of magnesium ions are to be mixed according to their magnesium ion concentration in a lower or higher volumetric ratio.
Bei Untersuchungen wurde gefunden, dass zur Bildung von MAP unter Verwendung von Meerwasser als Magnesiumquelle ein im Wesentlichen stöchiometrisches Verhältnis von Magnesium zu Phosphat ausreichend ist, während in der Literatur ein überstöchiometrisches Verhältnis von Magnesium zu Phosphat empfohlen wird, um eine quantitative Ausfällung des Phosphats zu erzielen. Darüber hinaus haben die Untersuchungen ergeben, dass sich bei dieser Verfahrensweise Ammonium überstöchiometrisch im Verhältnis zum Phosphat ausfällen lässt, was wiederum einen deutlichen verfahrenstechnischen und betriebswirtschaftlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik darstellt. Das Stöchiometrieverhältnis der Ausfällung von Ammoniumionen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur MAP-Fällung mit Meerwasser kann ca. 2 bis 4 oder darüber im Verhältnis zu Magnesium bzw. Phosphat betragen.In studies, it has been found that a substantially stoichiometric ratio of magnesium to phosphate is sufficient to form MAP using seawater as the source of magnesium, whereas in the literature a stoichiometric ratio of magnesium to phosphate is recommended to achieve quantitative precipitation of the phosphate , In addition, the investigations have shown that in this procedure, ammonium can precipitate more than stoichiometrically in relation to the phosphate, which in turn represents a clear procedural and economic advantage over the prior art. The stoichiometric ratio of the precipitation of ammonium ions with the seawater MAP precipitation device according to the invention may be about 2 to 4 or more in relation to magnesium or phosphate.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, das abgetrennte MAP durch thermische Behandlung zu Magnesiumhydrogenphosphat umzusetzen, wobei der Ammoniumstickstoff in Form von gasförmigem Ammoniak freigesetzt wird. Auf diese Weise erhaltenes Magnesiumhydrogenphosphat kann erfindungsgemäß in eine Vorrichtung zur Abwasserbehandlung rückgeführt werden, vorzugsweise dem Zentratwasser zugeführt werden, um auf diese Weise durch Wiederverwendung in der MAP-Fällung die Ammoniumkonzentration zu senken. Da die Freisetzung von Ammoniakgas aus MAP bereits bei Temperaturen von 55 0C oder höher einsetzt, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, zur thermischen Behandlung von MAP einen Solartrockner einzusetzen, wobei optional das entstehende Ammoniakgas gesammelt bzw. chemisch gebunden werden kann.In a further embodiment of the invention, it is possible to implement the separated MAP by thermal treatment to magnesium hydrogen phosphate, wherein the ammonium nitrogen is released in the form of gaseous ammonia. According to the invention, magnesium hydrogen phosphate obtained in this way can be recirculated to a device for wastewater treatment, preferably to be fed to the centrate water, in order in this way to reduce the ammonium concentration by reuse in the MAP precipitation. Since the release of ammonia gas from MAP used at temperatures of 55 0 C or higher, it is preferable in the invention to use a solar dryer for thermal treatment of MAP, can be collected, optionally, wherein the ammonia gas or chemically bonded.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Gehalt an Phosphat- und/oder Ammoniumionen innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Zufuhr von phosphat- und/oder ammoniumhaltigen wässrigen Abwasserteilströmen, beispielsweise Gelbwasser (Urin) erhöht werden, um die Fällung von MAP zu begünstigen.In a further embodiment of the invention, the content of phosphate and / or ammonium ions can be increased within the device according to the invention by supplying phosphate and / or ammonium aqueous wastewater streams, such as yellow water (urine) to favor the precipitation of MAP.
Als phosphathaltige Abwasserteilströme sind beispielsweise Abwässer aus Haushaltsspülmaschinen oder phosphathaltige Abwässer aus Industriebetrieben geeignet, die getrennt von kommunalem Abwasser gesammelt werden können. Auf diese Weise kann z.B. das im Abwasser von (Haushalts-) Spülmaschinen oder von (Haushalts-) Waschmaschinen konzentriert anfallende Phosphat unabhängig von einer aeroben Behandlung im Belebungsbecken und der thermophilen Faulung zur Rückgewinnung des Phosphats als MAP eingesetzt werden, so dass die zwischenzeitlichen Verluste bei der herkömmlichen Abwasserreingung durch eine biologische oder chemische Fixierung vermieden werden. Falls solche Abwasserteilströme Phosphat in Form von Polyphosphaten, beispielsweise Triphosphaten enthalten, ist vor der MAP-Fällung eine Hydrolyse zu Phosphat erforderlich. Diese Hydrolyse kann durch aerobe oder anaerobe Inkubation autolytisch ablaufen gelassen werden, alternativ durch Inkubation in Mischung mit Belebtschlamm mit optionaler Belüftung.For example, effluents from domestic dishwashers or phosphate-containing effluents from industrial operations are suitable as phosphate-containing wastewater streams, which can be collected separately from municipal wastewater. In this way, e.g. the concentrated in the wastewater of (household) dishwashers or (household) washing machines phosphate used regardless of an aerobic treatment in the aeration tank and the thermophilic digestion to recover the phosphate as MAP, so that the intermediate losses in the conventional wastewater treatment by a biological or chemical fixation can be avoided. If such wastewater streams contain phosphate in the form of polyphosphates, for example triphosphates, hydrolysis to phosphate is required before MAP precipitation. This hydrolysis may be autoclaved by aerobic or anaerobic incubation, alternatively by incubation in admixture with activated sludge with optional aeration.
Alternativ kann die Hydrolyse solcher Polyphosphate während der Sammlung in einem Sammelbehälter und/oder während der Zuleitung zu einer Mischungsvorrichtung, die eine Zuführeinrichtung für Meerwasser aufweist, ohne Zusätze ablaufen. Der Sammelbehälter und/oder die Zuleitung können jeweils getrennt für phospat- bzw. ammoniumhaltige Abwässer oder für beide Abwässer in Mischung miteinander einen Teil dieser erfmdungsgemäßen Vorrichtung bilden, mit der Phosphat durch Zumischen von Meerwasser zu Abwasser bzw. konzentrierten Abwasserteilströmen als MAP ausgefällt wird. Die Zuführung derartiger phosphat- und/oder ammoniumhaltiger Abwasserteilströme erfolgt vorzugsweise in die Mischvorrichtung, in der Zentratwasser mit Meerwasser gemischt wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können an Phospat und Ammonium konzentrierte Abwasserteilströme, die z.B. separat vom übrigen Abwasser, z.B. kommunalen Abwasser oder Abwasser aus der Tierhaltung gesammelte Teilströme, durch Zumischen von Meerwasser zur MAP-Fällung eingesetzt werden. Als konzentrierter phosphathaltiger Abwasserteilstrom sind insbesondere Abwässer von Haushaltsspülmaschinen zu nennen, Abwässer aus der phosphatverabeitenden Industrie sowie sonstige phosphathaltige Industrieabwässer. Als phosphat- und ammoniumhaltiger Abwasserteilstrom ist insbesondere Gelbwasser (Urin) zu nennen, in welchem die Hydrolyse von Harnstoff Ammonium produziert. In einer Ausführung wird daher vorgeschlagen, in Haushalten anfallende phosphathaltige Abwasserteilströme, insbesondere Spülmaschinenabwasser, und Gelbwasser getrennt vom übrigen Abwasser jeweils separat oder in Mischung miteinander in Sammelvorrichtungen zu sammeln.Alternatively, the hydrolysis of such polyphosphates may take place during collection in a collection container and / or during delivery to a mixing device having a seawater supply means without additives. The collecting container and / or the supply line can each form separately for phosphate-containing or ammonium-containing wastewaters or for both wastewaters in mixture with one another part of this apparatus according to the invention, with which phosphate is precipitated by admixing seawater to waste water or concentrated wastewater partial flows as MAP. The supply of such phosphate- and / or ammonium-containing wastewater streams is preferably carried out in the mixing device in which Zentratwasser is mixed with seawater. In a further embodiment of the invention can Phospat and ammonium concentrated wastewater streams, for example, separately from the rest of wastewater, such as municipal wastewater or wastewater collected from animal husbandry sub-streams are used by admixing seawater for MAP precipitation. Wastewater from domestic dishwashers, effluents from the phosphate-processing industry and other phosphate-containing industrial wastewater are to be mentioned as concentrated phosphate-containing wastewater partial stream. In particular, yellow water (urine), in which the hydrolysis of urea produces ammonium, is to be mentioned as the phosphate- and ammonium-containing wastewater partial stream. In one embodiment, it is therefore proposed to accumulate in household phosphate-containing wastewater streams, in particular dishwasher wastewater, and yellow water separately from the other wastewater separately or mixed with each other in collection devices.
Diese vom übrigen Abwasser getrennte Sammlung von phosphat- bzw. ammoniumhaltigen Abwasserteilströmen kann als ein besonderes Leitungssystem oder durch Sammelbehälter, die periodisch zu leeren sind, realisiert werden. In einer Ausführungsform werden Gelbwasser und Spülmaschinenabwässer in getrennten Sammelbehältern, vorzugsweise in einen gemeinsamen Sammelbehälter im wesentlichen getrennt vom übrigen Haushaltsabwasser, d.h. im wesentlichen frei bzw. getrennt von Feststoffen und vorzugsweise ohne zusätzliches (Spül-) Wasser geleitet. Die Zuleitung zum Mischungsbehälter, der ebenfalls eine Zufüreinrichtung für Meerwasser aufweist, kann durch satzweisen Transport, z.B. mittels Tankwagen, oder durch Leitungen erfolgen, die separat vom übrigen kommunalen Abwasser geführt sind. Anstelle der Verwendung eines gemeinsamen Sammelbehälters oder der getrennten Sammelbehälter können auch eine gemeinsame oder getrennte Leitungen eingesetzt werden, um phospat- bzw. ammoniumhaltige Abwässer, vorzugsweise Gelbwasser und Spülmaschinenabwasser, zur Mischungsvorrichtung zu leiten, in der Meerwasser zur MAP-Fällung zugemischt wird.This separate from the rest of wastewater collection of phosphate or ammonium-containing wastewater streams can be realized as a special piping system or through collection containers that are periodically empty. In one embodiment, yellow water and dishwashing effluent are separated in separate collection containers, preferably in a common collection container substantially separate from the remaining domestic effluent, i. essentially free or separated from solids and preferably passed without additional (rinse) water. The supply line to the mixing container, which also has a feed device for seawater, may be transported by batch transport, e.g. by means of tank trucks, or by pipelines that run separately from the rest of the municipal sewage. Instead of using a common collection container or the separate collection container, a common or separate lines can be used to phosphates or ammonium-containing wastewater, preferably yellow water and dishwasher wastewater, to the mixing device to be mixed in the seawater for MAP precipitation.
Durch eine Zuführeinrichtung für Meerwasser zu Gelbwasser und phosphathaltigen Abwasserteilströmen in einer Mischvorrichtung kann unmittelbar MAP ausgefällt und durch eine anschließend durchströmbare Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung separiert werden. Die MAP-Fällung kann in Mischvorrichtungen, beispielsweise einfachen Behältern oder Rührkesseln, durchgeführt werden, die Abtrennung von MAP entsprechend den übrigen Ausfiihrungsformen der Erfindung, vorzugsweise im Fließbett, das aufgrund niedriger Strömungsgeschwindigkeit ein kompaktes Bett ausbildet.By means of a feed device for seawater to yellow water and phosphate-containing wastewater substreams in a mixing device, MAP can be precipitated directly and separated by a subsequently through-flowable device for solid-liquid separation. The MAP precipitation can be carried out in mixing devices, for example simple containers or stirred kettles, the separation of MAP according to the others Embodiments of the invention, preferably in the fluidized bed, which forms a compact bed due to low flow rate.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die hohe Rückgewinnungsrate von Phosphat aus phosphat- und ammoniumhaltigen Abwasserteilströmen, da diese höhere Konzentrationen der für die MAP-Fällung wesentlichen Komponenten Phosphat und Ammonium aufweisen. Überdies erfordert diese Ausführungsform keine oder nur einfache Vorrichtungen zur Abtrennung von Feststoffen aus Abwasser vor der MAP -Abtrennung.An advantage of this embodiment is the high recovery rate of phosphate from phosphate- and ammonium-containing effluent streams, as these have higher concentrations of the components essential for MAP precipitation, phosphate and ammonium. Moreover, this embodiment requires no or only simple devices for separating solids from wastewater prior to MAP separation.
Als weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist hervorzuheben, dass sowohl Gelbwasser mit einem pH > 9 als auch Spülmaschinenabwasser mit einem pH > 10 ausreichend alkalisch für eine im wesentlichen quantitative MAP-Fällung sind. Daher ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung keine Anhebung des pH- Wertes durch Zusetzen von Betriebsmitteln erforderlich.A further advantage of this embodiment is that both yellow waters with a pH> 9 and dishwasher effluents with a pH> 10 are sufficiently alkaline for a substantially quantitative MAP precipitation. Therefore, in this embodiment of the invention, no increase in pH by adding resources is required.
Als weiteres phosphathaltiges Abwasser der phosphatverarbeitenden Industrie können Abwässer aus der industriellen Herstellung von Phosphat aus Phosphaterzen eingesetzt werden. Hier kann MAP beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass dem phosphathaltigen Abwasser Gelbwasser zugemischt wird, sowie anschließend oder zeitgleich Meerwasser. MAP kann dann in bekannter Weise separiert werden.Wastewater from the industrial production of phosphate from phosphate ores can be used as further phosphate-containing wastewater from the phosphate processing industry. Here, MAP can be generated, for example, by adding yellow water to the phosphate-containing wastewater, and then or at the same time using seawater. MAP can then be separated in a known manner.
In einer weiteren, alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung wird die Eliminierung von Phosphat aus Abwasser unabhängig von einer Behandlung im Belebungsbecken oder einer thermophilen Faulung durchgeführt, nämlich bereits aus der wässrigen Phase von Rohabwasser. Dabei kann das Rohabwasser unbehandelt, d.h. ohne Abscheidung fester Inhaltsstoffe eingesetzt werden, oder von festen Inhaltsstoffe befreit eingesetzt werden, beispielsweise nach Durchlaufen einer Vorrichtung zur Fest-Flüssig- Trennung, einem Absetzbecken und/oder einem Dekanter. Zur Fällung von Phosphat in Form von MAP ist es nur erforderlich, dem unbehandelten Rohabwasser bzw. der wässrigen Phase von Rohabwasser eine Magnesiumquelle, erfindungsgemäß Meerwasser, zuzusetzen, da das Rohabwasser bereits Phosphat und überstöchiometrisch Ammoniumionen enthält. Der pH- Wert von Rohabwasser ist ebenfalls geeignet, um zumindest einen wesentlichen Teil des darin enthaltenen Phosphats in Form von MAP auszufällen. Falls der pH- Wert des Rohabwassers zu niedrig für eine im wesentlichen vollständige MAP-Fällung liegt, können Basen zur Anhebung des pH- Wertes auf einen bevorzugten Bereich von 8,5 bis 9,5 zugegeben werden.In a further, alternative or additional embodiment of the invention, the elimination of phosphate from wastewater is carried out independently of a treatment in the activated sludge tank or a thermophilic digestion, namely already from the aqueous phase of raw sewage. Here, the raw sewage untreated, that are used without deposition of solid ingredients, or be used free of solid ingredients, for example, after passing through a device for solid-liquid separation, a settling tank and / or a decanter. For the precipitation of phosphate in the form of MAP, it is only necessary to add to the untreated raw sewage or the aqueous phase of raw sewage a magnesium source, according to the invention seawater, since the raw sewage already contains phosphate and, more than stoichiometrically, ammonium ions. The pH of raw sewage is also suitable for precipitating at least a substantial portion of the phosphate contained therein in the form of MAP. If the pH of the raw sewage is too low for substantially complete MAP precipitation Bases are added to raise the pH to a preferred range of 8.5 to 9.5.
Das Mischen der wässrigen Phase des Rohabwassers mit Meerwasser kann entsprechend den anderen Ausführungsformen in einer Mischvorrichtung erfolgen. Die Abtrennung des kristallisierenden MAP kann entsprechend den vorgenannten Ausführungsformen der Erfindung über eine Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung erfolgen. Falls vor Zugabe von Meerwasser feste Inhaltsstoffe aus dem Rohabwasser entfernt wurden, findet die MAP- Abscheidung bevorzugt in einem Fließbett statt, das im Wesentlichen nur aus partikulärem MAP besteht. Für den Fall, dass feste Inhaltsstoffe nicht oder nicht vollständig aus dem Rohabwasser vor Zusetzen von Meerwasser abgeschieden wurden, kann ausgefälltes MAP zusammen mit den Feststoffen von der wässrigen Phase des Rohabwassers abgetrennt werden.The mixing of the aqueous phase of the raw sewage with seawater can be carried out according to the other embodiments in a mixing device. The separation of the crystallizing MAP can be carried out according to the aforementioned embodiments of the invention via a device for solid-liquid separation. If solid ingredients have been removed from the raw sewage prior to the addition of seawater, the MAP separation preferably takes place in a fluidized bed consisting essentially of particulate MAP only. In the event that solid ingredients are not or not completely separated from the raw sewage prior to addition of seawater, precipitated MAP can be separated along with the solids from the aqueous phase of the raw sewage.
Diese Ausführungsformen der Erfindung zur Behandlung von Rohabwässern durch MAP- Fällung mit bzw. ohne vorherige Abtrennung von festen Inhaltsstoffen ist dann praxisgerecht, wenn die Belastung des Vorfluters mit organischen Schmutzstoffen eine untergeordnete Rolle spielt, das Einbringen von Phosphat jedoch Grenzwerten unterliegt, wie dies beispielsweise in einigen skandinavischen Ländern der Fall ist. In anderen Fällen kann im Anschluß an die MAP-Fällung aus Rohabwasser eine übliche oder erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abwasserbehandlung angeschlossen werden.These embodiments of the invention for the treatment of raw sewage by MAP precipitation with or without prior separation of solid ingredients is then practical, if the load of the receiving water with organic pollutants plays a minor role, but the introduction of phosphate is subject to limits, as for example some Scandinavian countries is the case. In other cases, following the MAP precipitation from raw sewage, a conventional or inventive wastewater treatment apparatus may be connected.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, Phosphat durch Ausfällung als MAP zusätzlich auch bereits vor der thermophilen Faulung zurückzugewinnen. Zur Rückgewinnung von Phosphat vor der thermophilen Faulung wird aus Belebtschlamm, beispielsweise Überschussschlamm, biologisch und/oder chemisch fixiertes Phosphat rückgelöst, so dass es für die anschließende Ausfällung als MAP zur Verfügung steht. Unter dem Begriff „Belebtschlamm" wird hier Schlamm verstanden, der originär dem Belebungsbecken entstammt und als sogenannter Überschußschlamm aus dem Weg der Vorrichtung zur Abwasserreinigung, der schließlich im Faulturm endet, entnommen wird und in aufkonzentrierter Form als eingedickter Überschußschlamm vorliegt.In a further embodiment of the invention, it is preferable to recover phosphate by precipitation as MAP additionally already before the thermophilic digestion. For the recovery of phosphate before the thermophilic digestion, biologically and / or chemically fixed phosphate is redissolved from activated sludge, for example excess sludge, so that it is available for the subsequent precipitation as MAP. The term "activated sludge" here sludge understood that originally originates from the aeration tank and as so-called excess sludge from the way the device for wastewater treatment, which finally ends in the digester, is removed and present in concentrated form as thickened excess sludge.
Es hat sich gezeigt, dass der Anteil des als MAP ausfällbaren Phosphats, der nach der thermophilen Faulung im Zentratwasser in Lösung ist und als MAP ausgefällt werden kann, lediglich etwa 20% des im Schlamm enthaltenen Gesamtphosphats beträgt, während in der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit Rücklösung aus dem Belebtschlamm im Mobilisierungsbehälter ca. 50 - 60% des im Schlamm enthaltenen Gesamtphosphats rückgelöst und aus der wässrigen Phase des mobilisierten Schlamms als MAP ausgefällt werden kann.It has been shown that the proportion of phosphate precipitable as MAP, which is in solution after thermophilic digestion in the centrate water and precipitates as MAP, only about 20% of the total phosphate contained in the sludge is, while in the embodiment according to the invention with redissolution from the activated sludge in the Mobilisierungsbehälter about 50 - 60% of the total phosphate contained in the sludge can be redissolved and precipitated from the aqueous phase of the mobilized sludge as MAP.
Für die Rücklösung des biologisch und/oder chemisch fixierten Phosphats im Mobilisierungsbehälter aus Belebtschlamm, z.B. Überschussschlamm, der vorzugsweise eine Entwässerungsvorrichtung zur Voreindickung durchlaufen hat, ist ein leicht metabolisierbares Substrat erforderlich. Als leicht metabolisierbares Substrat kann der Überschußschlamm selbst dienen, oder es können preisgünstig erhältliche Substrate zugeführt werden, beispielsweise saccharosehaltige Substrate oder Produktionsrückstände, bevorzugt jedoch Primärschlamm, der aus der Vorklärung des Abwassers in einer Kläranlage ohnehin zur Verfügung steht.For the reconstitution of the biologically and / or chemically fixed phosphate in the mobilization tank from activated sludge, e.g. Excess sludge, which has preferably passed through a pre-thickening dewatering apparatus, requires an easily metabolizable substrate. As an easily metabolizable substrate, the excess sludge can serve itself, or it can be supplied at low cost substrates, for example, sucrose-containing substrates or production residues, but preferably primary sludge, which is anyway available from the primary treatment of the wastewater in a wastewater treatment plant.
Zur Mobilisierung des biologisch und/oder chemisch im Belebtschlamm fixierten Phosphats wird zumindest ein Teil des Belebtschlamms mit dem leicht metabolisierbaren Substrat, beispielsweise Primärschlamm, in einem Mobilisierungsbehälter zusammengeführt und gemischt und bei mesophilen Temperaturen (etwa 33 - 38 0C) für einen Zeitraum unter anaeroben Bedingungen inkubiert, beispielsweise für 6 bis 48 h, vorzugsweise 12 bis 24 h hydraulischer Verweilzeit. Bei niedrigeren Temperaturen, beispielsweise Umgebungstemperaturen bis 5 0C oder 10 0C, ist die Verweilzeit im Mobilisierungsbehälter länger einzustellen, z.B. 1 bis 8 Tage. Alternativ kann der Mobilisierungsbehälter auch bei den Temperaturen der thermophilen Faulung ablaufen, was die Mobilisierung beschleunigt. Bei gleichen Temperaturbereichen im Mobilisierungsbehälter und thermophilem Faulturm kann dieselbe Erwärmungsvorrichtung zur Erwärmung verwendet werden. Weiterhin ist, abgesehen zum Ausgleich von Wärmeverlusten, kein zusätzlicher Wärmeeintrag erforderlich, wenn im Mobilisierungsbehälter und Faulturm auf denselben Temperaturgbereich erwärmt wird und der mobilisierte Schlamm ohne Kühlung in den Faulturm geleitet wird. Neben der Rücklösung von biologisch im Belebtschlamm fixiertem Phosphat wird bei dieser Vorgehensweise auch als Eisenphosphat ausgefälltes Phosphat rückgelöst. Gegenwärtig wird angenommen, dass während der Rücklösung im Mobilisierungsbehälter Fe3+ durch Eisenreduzierer zu Fe2+ reduziert wird, so dass das als Eisen(III)phosphat gebundenes Phosphat in Lösung gehen kann. Für eine effektive Mobilisierung von Phosphat aus Belebtschlamm ist es bevorzugt, dass in der Vorrichtung, bzw. dem darin durchgeführten Verfahren keine Aluminiumsalze eingesetzt werden.To mobilize the biologically and / or chemically fixed in the activated sludge phosphate at least a portion of the activated sludge with the easily metabolizable substrate, such as primary sludge, combined in a Mobilisierungsbehälter and mixed and at mesophilic temperatures (about 33 - 38 0 C) for a period under anaerobic Incubated conditions, for example, for 6 to 48 hours, preferably 12 to 24 hours hydraulic residence time. At lower temperatures, for example ambient temperatures up to 5 ° C. or 10 ° C., the residence time in the mobilization container is to be set longer, eg 1 to 8 days. Alternatively, the mobilization container may drain even at the temperatures of the thermophilic digestion, which accelerates the mobilization. At the same temperature ranges in the mobilization container and thermophilic digestion tower, the same heating device can be used for heating. Furthermore, apart from the compensation of heat losses, no additional heat input is required when heated in the mobilization tank and digester to the same Temperaturgbereich and the mobilized sludge is passed without cooling in the digester. In addition to the return of biologically fixed in activated sludge phosphate is precipitated in this approach also precipitated as iron phosphate phosphate. At present, it is believed that Fe 3+ is reduced to Fe 2+ by the iron reducer during the redissolution in the mobilization tank so that the phosphate bound as iron (III) phosphate can go into solution. For an effective mobilization of phosphate from activated sludge, it is preferred that no aluminum salts are used in the apparatus or the process carried out therein.
Die Ausfallung des im Mobilisierungsbehälter rückgelösten Phosphats als MAP erfolgt vorzugsweise nach einer Fest-Flüssig-Trennung, wobei die entstehende flüssige Phase mit Meerwasser versetzt wird, um die erforderliche Konzentration an Magnesiumionen bereitzustellen. Da im Mobilisierungsbehälter nur wenig fixiertes Ammonium in die wässrige Phase übertritt, ist eine weitere Zugabe von Ammoniumionen in der Regel erforderlich. Ammoniumionen können durch Zumischung von Zentratwasser aus der thermophilen Faulung oder Gelbwasser zugeführt werden.The precipitation of the phosphate in the mobilization container as MAP is preferably carried out after a solid-liquid separation, wherein the resulting liquid phase is mixed with seawater to provide the required concentration of magnesium ions. Since only little fixed ammonium in the mobilization tank into the aqueous phase, a further addition of ammonium ions is usually required. Ammonium ions can be supplied by admixing Zentratwasser from the thermophilic digestion or yellow water.
Die Ausfällung und anschließende Abtrennung von MAP kann entsprechend den vorgenannten Ausführungsformen in einem Mischungsbehälter mit anschließender oder gleichzeitig wirksamer Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung durchgeführt werden.The precipitation and subsequent separation of MAP can be carried out according to the aforementioned embodiments in a mixing vessel with subsequent or simultaneously effective solid-liquid separation device.
Die im Anschluss an die MAP-Fällung erhältliche wässrige Phase kann wiederum in das Belebungsbecken rückgeführt werden; die feste Phase ist vorzugsweise der Vorrichtung zur thermophilen Faulung zuzuführen.The aqueous phase obtainable after the MAP precipitation can in turn be returned to the activated sludge tank; the solid phase is preferably to be supplied to the thermophilic digestion device.
Neben der erhöhten Rückgewinnung von Phosphat aus Abwasser ermöglicht diese Ausführungsform der Erfindung eine Verminderung des Einsatzes von Eisensalzen als Betriebsmittel zur Phosphatfällung, da das im Anschluss an die Behandlung im Mobilisierungsbehälter reduzierte und gelöste Eisen nach MAP-Fällung in die aerobe Stufe der Abwasserbehandlung rückgeführt werden kann und dort, wiederum nach Oxidation zu Fe3+, zur Ausfällung von Phosphat als Eisen(III)phosphat zur Verfügung steht.In addition to the increased recovery of phosphate from wastewater, this embodiment of the invention enables a reduction in the use of iron salts as phosphate precipitation resources, since the iron reduced and dissolved following treatment in the mobilization vessel can be recycled to the aerobic stage of wastewater treatment after MAP precipitation and there, again after oxidation to Fe 3+ , for the precipitation of phosphate as iron (III) phosphate is available.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung, bei der der aus dem Mobilisierungsbehälter erhältliche mobilisierte Schlamm unmittelbar einer Fest-Flüssig-Trennung unterzogen wird und Phosphat durch Zugabe von Meerwasser als MAP ausgefällt wird, kann ein Nachteil darin bestehen, dass der pH- Wert der hier erhaltenen flüssigen Phase nicht alkalisch genug ist, um eine optimale MAP-Fällung zu gewährleisten. Daher kann hier zur Erhöhung der MAP- Ausbeute eine Anhebung des pH- Wertes in den alkalischen Bereich, vorzugsweise 8 - 10, bevorzugter 8,5 - 9,5, durch Zugabe von Basen erfolgen. Als eine Alternative zur Anhebung des pH- Wertes der im Anschluss an die Behandlung im Mobilisierungsbehälter durch Fest-Flüssig-Trennung erhältlichen wässrigen Phase des mobilisierten Schlamms durch Zugabe von Alkalisierungsmitteln kann diese wässrige Phase belüftet werden, so dass zunächst organische Säuren abgebaut werden können und ggf. Kohlendioxid ausgestrippt wird. Bei dieser Ausführungsform erfolgt parallel eine Oxidation von Fe2+ zu Fe3+ durch Eisenoxidierer. In der Folge wird Eisen(III)phosphat ausfallen, welches nach Abtrennung in einer Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung als Sekundärrohstoff zur Verfügung steht.In this embodiment of the invention, in which the mobilized slurry obtained from the mobilization tank is immediately subjected to solid-liquid separation and phosphate is precipitated by adding seawater as MAP, a disadvantage may be that the pH of the liquid Phase is not alkaline enough to ensure optimal MAP precipitation. Therefore, in order to increase the MAP yield, it is possible here to increase the pH to the alkaline range, preferably 8-10, more preferably 8.5-9.5, by adding bases. As an alternative to increasing the pH of the aqueous phase of the mobilized sludge obtainable by solid-liquid separation following the treatment in the mobilization tank by adding alkalizing agents, this aqueous phase can be aerated so that organic acids can be degraded first and, if necessary Carbon dioxide is stripped off. In this embodiment, oxidation of Fe 2+ to Fe 3+ by iron oxidizers takes place in parallel. As a result, iron (III) will precipitate phosphate, which is available as a secondary raw material after separation in a device for solid-liquid separation.
Als eine erste Alternative dieser Vorrichtung mit Mobilisierungsbehälter zur Rücklösung von Phosphat aus Belebtschlamm kann die im Anschluss an die Behandlung im Mobilisierungsbehälter durch Fest-Flüssig-Trennung gewonnene wässrige Phase des mobilisierten Schlamms anstelle einer direkten separaten Vorrichtung zur MAP-Fällung der Mischvorrichtung zugeführt werden, in der Zentratwasser aus der thermophilen Faulung mit Meerwasser versetzt wird. Dabei wird der wässrigen Phase des mobilisierten Schlamms in Mischung mit Zentratwasser aus der thermophilen Faulung durch Zusatz von Meerwasser Phosphat in Form von MAP entzogen. Als weitere Option kann bei dieser Alternative bei einem für die MAP-Fällung unerwünscht niedrigen pH- Wert der wässrigen Phase des mobilisierten Schlamms eine Base zur Alkalisierung auf einen pH von 8,5 - 9,5 zugesetzt werden.As a first alternative of this activated sludge phosphate recovery tank mobilization apparatus, the aqueous phase of the mobilized sludge obtained following treatment in the mobilization tank by solid-liquid separation may be fed to the mixing apparatus instead of a direct separate MAP precipitation apparatus the centrate water from the thermophilic digestion is mixed with seawater. In this case, the aqueous phase of the mobilized sludge in combination with centrate water from the thermophilic digestion by the addition of seawater phosphate in the form of MAP is withdrawn. As a further option, in this alternative, at an undesirably low pH of the aqueous phase of the mobilized slurry for MAP precipitation, a base for alkalization to a pH of 8.5-9.5 may be added.
Als eine zweite und bevorzugte Alternative kann der aus dem Mobilisierungsbehälter erhältliche mobilisierte Schlamm unmittelbar der Vorrichtung zur thermophilen Faulung zugeführt werden, ohne dass für diesen eine separate Fest-Flüssig-Trennung und MAP- Fällung durchgeführt wird. Denn es hat sich gezeigt, dass aus dem Belebtschlamm, beispielsweise Überschussschlamm, im Mobilisierungsbehälter rückgelöstes Phosphat und Fe2+ bei einer anschließenden thermophilen Faulung im wesentlichen gelöst bleibt, d.h. durch die anschließende thermophile Faulung im wesentlichen nicht mehr biologisch fixiert wird. In dieser Ausführungsform der Erfindung wird daher im Belebtschlamm fixiertes Phosphat rückgelöst und im Anschluss an die thermophile Faulung durch Fällung als MAP aus Zentratwasser abgetrennt. Dabei wird wiederum der Vorteil der thermophilen Faulung genutzt, dass der pH- Wert des Zentratwassers in dem für die MAP-Fällung geeigneten alkalischen Bereich liegt, so dass auf die Zugabe von Alkalisierungsmitteln verzichtet werden kann. Im Anschluß an die MAP-Fällung kann das von Phosphat abgereicherte Zentratwasser in das Belebungsbecken geleitet werden. Dadurch wird durch im Zentratwasser gelöstes Fe + ein signifikanter Anteil des gelösten Eisens wieder zur Phosphatfällung rückgeführt.As a second and preferred alternative, the mobilized slurry available from the mobilization vessel may be fed directly to the thermophilic digestion device without separate solid-liquid separation and MAP precipitation being performed therefor. Because it has been shown that from the activated sludge, for example, excess sludge, in the mobilization tank re-dissolved phosphate and Fe 2+ remains substantially dissolved in a subsequent thermophilic digestion, that is essentially no longer fixed biologically by the subsequent thermophilic digestion. In this embodiment of the invention, phosphate fixed in the activated sludge is therefore redissolved and separated from the centrate water by precipitation as MAP after the thermophilic digestion. In turn, the advantage of the thermophilic digestion is used that the pH of the Zentratwassers is in the suitable for MAP precipitation alkaline range, so that can be dispensed with the addition of alkalizing. Following MAP precipitation, the phosphate depleted centrate water can be sent to the aeration tank. As a result, a significant proportion of the dissolved iron is returned to the phosphate precipitation by Fe + dissolved in the centrate water.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform, die jedoch weniger bevorzugt ist, wird dem Belebtschlamm im Mobilisierungsbehälter anstelle eines zusätzlichen leicht metabolisierbaren Substrats direkt Meerwasser oder eine ähnlich konzentrierte Salzlösung (ca. 2 - 4 Gew.-%) zugeführt. Denn es hat sich gezeigt, dass allein die Zugabe von Meerwasser oder einer Salzlösung, gegebenenfalls mit anschließender anaerober Inkubierung im Mobilisierungsbehälter, ebenfalls zu einer Rücklösung von gebundenem Phosphat führt, wobei eine Rücklösung von bis zu 45 % des im Belebtschlamm enthaltenen Gesamtphosphats gemessen wurde.In a further alternative embodiment, but less preferred, seawater or a similarly concentrated saline solution (about 2-4% by weight) is added directly to the activated sludge in the mobilization tank instead of an additional easily metabolizable substrate. For it has been shown that only the addition of seawater or a saline solution, optionally with subsequent anaerobic incubation in Mobilisierungsbehälter, also leads to a return of bound phosphate, with a redissolution of up to 45% of the total phosphate contained in the activated sludge was measured.
Genaue Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die Figuren beschrieben, in denenThe invention will now be described in more detail with reference to the figures in which
• Figur 1 eine schematische Übersicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abwasser- und Schlammbehandlung zeigt,FIG. 1 shows a schematic overview of a device according to the invention for sewage and sludge treatment,
• Figur 2 eine schematische Übersicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abwasser- und Schlammbehandlung in bevorzugter Ausführungsform mit Rücklösung von gebundenem Phosphat aus Belebtschlamm zeigt undFIG. 2 shows a schematic overview of a device according to the invention for wastewater and sludge treatment in a preferred embodiment with redissolution of bound phosphate from activated sludge, and
• Figur 3 schematisch eine Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung für die MAP-Fällung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.Figure 3 shows schematically a device for solid-liquid separation for MAP precipitation according to the preferred embodiment of the invention.
Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausfällung von MAP aus Abwasser, bei der Rohabwasser zunächst in einem Vorklärbecken mechanisch gereinigt werden kann, wobei das Abwasser in Primärschlamm und eine im Wesentlichen wässrige Phase aufgetrennt wird. Diese wässrige Phase des Rohabwassers wird einem Belebungsbecken zugeführt, in dem eine im Wesentlichen aerobe Behandlung abläuft. Aus dem Belebungsbecken wird so genannter Belebtschlamm in das Nachklärbecken geleitet.FIG. 1 shows schematically a device according to the invention for precipitating MAP from waste water, in which raw sewage can first be mechanically cleaned in a primary clarifier, wherein the waste water is separated into primary sludge and a substantially aqueous phase. This aqueous phase of the raw sewage water is fed to an activated sludge tank in which a substantially aerobic treatment takes place. From the aeration tank so-called activated sludge is led into the secondary clarifier.
Der Ablauf des Nachklärbeckens besteht aus einer Belebtschlammfraktion, die als so genannter Rücklaufschlamm in das Belebungsbecken rückgeführt wird und einer wässrigen Phase (gereinigtes Abwasser), die in den Vorfluter eingeleitet werden kann. Überschüssiger Belebtschlamm wird als Überschußschlamm z.B. in einer Vorrichtung zur Fest-Flüssig- Trennung zu eingedicktem Überschußschlamm eingedickt und in die Vorrichtung zur thermophilen Faulung (Faulturm) geleitet. Durch die thermophile Faulung wird Faulschlamm erzeugt, der aus der Vorrichtung zur thermophilen Faulung abgeleitet wird und in einer Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung, z.B. einem Dekanter, in Zentratwasser und entwässerten Faulschlamm aufgetrennt wird. Ebenfalls dem Faulturm zugeführt wird Primärschlamm, der aus der Vorklärung erhalten wird.The course of the secondary settling tank consists of an activated sludge fraction, which is recycled as so-called return sludge into the activated sludge tank and an aqueous sludge tank Phase (treated wastewater), which can be discharged into the receiving water. Excess activated sludge is thickened as excess sludge, for example, in a device for solid-liquid separation to thickened excess sludge and passed into the apparatus for thermophilic digestion (digestion tower). The thermophilic digestion produces digested sludge which is discharged from the thermophilic digestion apparatus and separated in a solid-liquid separation apparatus, eg a decanter, in centrate water and dehydrated digested sludge. Also supplied to the digester is primary sludge, which is obtained from the primary treatment.
Ein beispielhafter Prozess der erfindungsgemäß thermophilen Faulung im Faulturm läuft bei einer Temperatur von 40 bis 70 0C, vorzugsweise bei 50 bis 60 oder 58 0C, besonders bevorzugt bei 55 ± 3 0C ab. Das aus dem thermophilen Faulschlamm durch Fest-Flüssig- Trennung erhältliche Zentratwasser hat einen Gehalt an Phosphat im Bereich von 100 bis 150 mg/L, wobei in Versuchen mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen Phosphatkonzentrationen von etwa 130 mg/L bestimmt wurden, wenn das Rohabwasser Phosphatkonzentrationen im Bereich von 10 mg/L aufwies. Der Stickstoffgehalt des Zentratwassers betrug bei Versuchen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ca. 1400 mg/L in Form von Ammonium, der CSB lag bei ca. 2500 mg/L.An exemplary process of the invention thermophilic digestion in the digester runs at a temperature of 40 to 70 0 C, preferably at 50 to 60 or 58 0 C, more preferably at 55 ± 3 0 C from. The Zentratwasser available from the thermophilic sludge by solid-liquid separation has a content of phosphate in the range of 100 to 150 mg / L, wherein in experiments with devices of the invention phosphate concentrations of about 130 mg / L were determined when the raw sewage phosphate concentrations in the range of 10 mg / L. The nitrogen content of the centrate water was about 1400 mg / L in the form of ammonium in experiments with the device according to the invention, the COD was about 2500 mg / L.
Die Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung des Überschussschlammes in Zentratwasser und eingedickten Überschussschlamm kann von einem Absetzbecken, alternativ oder zusätzlich einem Dekanter und/oder einer Schlammpresse, beispielsweise einer Filterpresse gebildet werden.The apparatus for solid-liquid separation of the excess sludge in Zentratwasser and thickened excess sludge can be formed by a settling tank, alternatively or additionally a decanter and / or a sludge press, for example a filter press.
Erfindungsgemäß kann die Mischvorrichtung I, II zum Mischen von Zentratwasser und Meerwasser, optional einer ammoniumhaltigen wässrigen Lösung, als statischer Mischer, als Behälter ohne angetriebene Rührelemente oder als Rührkesselreaktor ausgeführt werden.According to the invention, the mixing device I, II for mixing centrate water and seawater, optionally an ammonium-containing aqueous solution, as a static mixer, as a container without driven stirring elements or as a stirred tank reactor can be performed.
Nach Durchtritt durch die Mischvorrichtung I, II wird die wässrige Zusammensetzung einer Fest-Flüssig-Trennung unterzogen, in der Phosphat abgereichertes Abwasser vom ausgefällten MAP abgetrennt werden kann.After passing through the mixing device I, II, the aqueous composition is subjected to a solid-liquid separation in which phosphate-depleted wastewater can be separated from the precipitated MAP.
Auch bei dieser Ausführungsform kann das erhaltene MAP durch thermische Behandlung zu Magnesiumhydrogenphosphat umgesetzt werden und wahlweise in die erfindungsgemäße Vorrichtung rückgeführt werden, beispielsweise zum Zentratwasser, um eine erhöhte Eliminierung von Ammoniumstickstoff zu ermöglichen.Also in this embodiment, the obtained MAP can be converted by thermal treatment to magnesium hydrogen phosphate and optionally in the inventive Return device can be recycled, for example, to centrate water to allow increased elimination of ammonium nitrogen.
In Figur 2 ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und zeigt als zusätzliches Element die Zuführung von Belebtschlamm in einen Mobilisierungsbehälter, dem, als Beispiel für ein leicht metabolisierbares Substrat Saccharose, bevorzugterweise jedoch Primärschlamm zugeführt wird oder, weniger bevorzugt, Meerwasser oder eine Salzlösung.Figure 2 illustrates the preferred embodiment of the invention and shows as an additional element the delivery of activated sludge into a mobilization vessel which, as an example of an easily metabolizable substrate, is fed sucrose, but preferably primary sludge or, less preferably, seawater or saline solution.
Die Rücklösung von im Belebtschlamm und/oder Primärschlamm biologisch gebundenem Phosphat sowie von chemisch gebundenem Phosphat, das z.B. in Form von Eisen(III)phosphat gebunden ist, erfolgt im Mobilisierungsbehälter, vorzugsweise unter anaeroben Bedingungen bei Umgebungstemperatur, vorzugsweise im mesophilen oder thermophilen Temperaturbereich über einen Zeitraum von 12 bis 24 h.The redissolution of biologically bound phosphate in activated sludge and / or primary sludge, as well as chemically bound phosphate, e.g. in the form of iron (III) phosphate, takes place in the mobilization container, preferably under anaerobic conditions at ambient temperature, preferably in the mesophilic or thermophilic temperature range over a period of 12 to 24 hours.
Für die weitere Behandlung des aus dem Mobilisierungsbehälter abgeführten Gemisches, nachfolgend auch als mobilisierter Schlamm bezeichnet, ist dessen unmittelbare Ableitung aus dem Auslaß des Mobilisierungsbehälters durch eine Einrichtung zur Zuleitung in den Faulturm zur erfindungsgemäßen thermophilen Faulung unter A gezeigt.For the further treatment of the discharged from the Mobilisierungsbehälter mixture, hereinafter also referred to as mobilized sludge, its direct discharge from the outlet of Mobilisierungsbehälters by means for feeding into the digester for thermophilic digestion according to the invention under A is shown.
Als Alternative zu dieser unmittelbaren Weiterbehandlung des mobilisierten Schlamms durch thermophile Faulung ist unter B die Fest-Flüssig-Trennung in eine wässrige Phase und eingedickten mobilisierten Schlamm gezeigt. Der eingedickte mobilisierte Schlamm kann wiederum der thermophilen Faulung zugeführt werden, während die wässrige Phase einer separaten Mischvorrichtung (II) zur Mischung mit Meerwasser, optional mit Zuführung eines ammoniumhaltigen Teilstroms, zur Ausfällung von MAP und einer anschließenden Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung zur Abtrennung von MAP vom Phosphat abgereicherten Abwasser zugeführt werden kann.As an alternative to this immediate further treatment of the mobilized sludge by thermophilic digestion, B shows the solid-liquid separation into an aqueous phase and thickened mobilized sludge. The thickened mobilized sludge may in turn be fed to the thermophilic digestion while the aqueous phase is separated from a separate mixing device (II) for mixing with seawater, optionally with supply of an ammonium-containing substream to precipitate MAP and a subsequent solid-liquid separation device from MAP can be supplied by the phosphate depleted wastewater.
Schematisch in Figur 2 dargestellt ist ebenfalls die alternative oder zusätzliche Zuleitung der wässrigen Phase, die aus dem mobilisierten Schlamm durch Fest-Flüssig-Trennung erzeugt wird, zu der Mischvorrichtung (I), der auch Zentratwasser aus dem Faulturm zugeführt wird, um mit Meerwasser vermischt zu werden. Auf diese Weise ist minimal nur eine Mischvorrichtung I für wässrige Phasen (wässrige Phase aus dem Mobilisierungsbehälter und Zentratwasser aus der thermophilen Faulung) zur Vermischung mit Meerwasser und nur eine anschließend durchströmbare Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung zur Abtrennung von ausgefälltem MAP vom Phosphat abgereicherten Abwasser erforderlich.Schematically illustrated in Figure 2 is also the alternative or additional supply of the aqueous phase, which is generated from the mobilized sludge by solid-liquid separation, to the mixing device (I), which is also supplied Zentratwasser from the digester to mixed with seawater to become. In this way, only a minimum mixing device I for aqueous phases (aqueous phase from the Mobilisierungsbehälter and Zentratwasser from the thermophilic digestion) for mixing with seawater and only one then durchströmbare device for solid-liquid separation for the separation of precipitated MAP from phosphate-depleted wastewater required.
Figur 3 zeigt schematisch eine bevorzugte Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung von MAP im Anschluss an die Mischung des Zentratwassers, bevorzugterweise zusätzlich mit der wässrigen Phase des mobilisierten Schlamms, mit Meerwasser in der Mischvorrichtung. In besonders bevorzugter Ausführungsform wird in dieser Vorrichtung zur Fest-Flüssig- Trennung zur Abtrennung von MAP ein Kristallisations- und Filtrationsbett erzeugt, das von unten angeströmt wird und im Wesentlichen aus MAP-Kristallen gebildet wird.Figure 3 shows schematically a preferred apparatus for solid-liquid separation of MAP following the mixing of the centrate water, preferably additionally with the aqueous phase of the mobilized slurry, with seawater in the mixing apparatus. In a particularly preferred embodiment, a crystallization and filtration bed is generated in this device for solid-liquid separation for the separation of MAP, which is flowed from below and is formed essentially from MAP crystals.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich von maximal 0,1 bis 100 m/h, bevorzugt 0,1 bis 80 m/h, bevorzugter 0,1 bis 10 m/h und am bevorzugtesten 0,1 bis < 5 m/h eine sehr gute Abscheidung von feinteiligen MAP-Partikeln in Absetzbecken möglich ist, besonders bevorzugt jedoch in einem von unten angeströmten Fließbett.It has been found that, in particular, at flow velocities in the range of at most 0.1 to 100 m / h, preferably 0.1 to 80 m / h, more preferably 0.1 to 10 m / h and most preferably 0.1 to <5 m / h very good separation of finely divided MAP particles in settling tanks is possible, but particularly preferably in a flowing from below fluidized bed.
Zur Verbesserung der Abscheidung ausgefällter MAP Partikel in der Absetzvorrichtung, die ein Fließbettreaktor, ein Absetzbecken oder eine von unten angeströmte Durchflußsäule, die eine oberhalb der Einströmöffnung liegende Austrittsöffnung aufweist, sein kann, wird in dessen oberen Bereich eine Schicht aus schwimmenden einzelnen Kunststoffkugeln (Durchmesser von 1 bis 15 mm, vorzugsweise 2 bis 7 mm) oder anderen schwimmenden Kunststoffpartikeln ähnlicher maximaler Dimensionen angeordnet. Zur Rückhaltung der schwimmenden Kunststoffkugeln ist eine Rückhaltevorrichtung vorzusehen, beispielsweise eine mit Durchtrittsöffnungen versehene Rückhalteplatte, die auch als Lochblech oder Düsenboden bezeichnet werden kann. Eine solche Rückhalteplatte ist in dem Absetzbehälter so anzuordnen, dass die Kunststoffkugeln vor der Austrittsöffnung zurückgehalten werden, beispielsweise kann die Rückhalteplatte waagerecht unterhalb der Austrittsöffnung angeordnet sein, wobei die schwimmenden Kunststoffkugeln unter der Rückhalteplatte angeordnet sind. Die Kunststoffkugeln schwimmen auf Grund einer im Verhältnis zum behandelten Abwasser, beispielsweise Zentratwasser, geringeren Dichte; die Schicht hat vorzugsweise eine Dicke von 0,5 bis 3 m. Die erhöhte Abtrennung von MAP-Partikeln durch die Schicht aus gegeneinander beweglichen, schwebenden Kunststoffkugeln innerhalb der Mischung aus Abwasser und Meerwasser wird auf eine physikalische Raumfiltrationswirkung der Schicht aus Kunststoffkugeln zurückgeführt.In order to improve the precipitation of precipitated MAP particles in the settler, which may be a fluidized bed reactor, a settling tank, or a downflow column having an outlet opening above the inlet, a layer of individual floating plastic spheres (diameter of 1 to 15 mm, preferably 2 to 7 mm) or other floating plastic particles of similar maximum dimensions. In order to retain the floating plastic balls, provision must be made for a retaining device, for example a retaining plate provided with passage openings, which may also be referred to as a perforated plate or nozzle base. Such a retaining plate is to be arranged in the settling tank so that the plastic balls are retained in front of the outlet opening, for example, the retaining plate can be arranged horizontally below the outlet opening, wherein the floating plastic balls are arranged under the retaining plate. The plastic balls float due to a lower density in relation to the treated wastewater, for example Zentratwasser; the layer preferably has a thickness of 0.5 to 3 m. The increased separation of MAP particles by the layer of mutually movable, floating plastic balls within the Mixture of sewage and seawater is attributed to a physical room filtration effect of the layer of plastic balls.
Beispiel 1 : Ausfällung von MAP aus Zentratwasser aus der thermophilen Faulung Zentratwasser, das aus einem thermophilen Faulturm gewonnen wurde, wies einen pH- Wert von 9,5 auf. Durch Zusatz einer wässrigen Lösung mit einer Mg2+ Konzentration von 248 mg/L als Meerwasser im Sinne der Erfindung wurde MAP ausgefällt.Example 1 Precipitation of MAP from Centrifugal Water from Thermophilic Digestion Centrate water recovered from a thermophilic digester had a pH of 9.5. MAP was precipitated by addition of an aqueous solution having an Mg.sup.2 + concentration of 248 mg / l as seawater for the purposes of the invention.
Nach der Ausfällung wurden in der verbleibenden, phosphatabgereicherten wässrigen Phase die Konzentrationen an Ammonium und Phosphat gemessen und folgende Werte für die Fällung ermittelt:After precipitation, the concentrations of ammonium and phosphate were measured in the remaining, phosphate-depleted aqueous phase and the following values for the precipitation were determined:
Tabelle 1 : Nach Zusatz von Meerwasser aus Zentratwasser ausgefällte Konzentrationen an Phosphat und AmmoniumTable 1: Concentrations of phosphate and ammonium precipitated from centrate water after addition of seawater
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Die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse machen deutlich, dass durch Zugabe von Meerwasser eine geeignete Konzentration an Mg2+ eingestellt werden kann, und dass auch eine überstöchiometrische Elimination von Ammoniumionen durch MAP-Fällung möglich ist.The results shown in Table 1 make it clear that by adding seawater, an appropriate concentration of Mg 2+ can be adjusted, and also that a superstoichiometric elimination of ammonium ions by MAP precipitation is possible.
Beispiel 2: Überstöchiometrische Ausfällung von Ammoniumionen durch Zusatz vonExample 2: Stoichiometric precipitation of ammonium ions by addition of
Meerwasserseawater
Am Beispiel von Gelbwasser als Abwasser, das neben Phosphat auch Ammoniomionen aus der Hydrolyse von Harnstoff enthält, wird deutlich, dass Meerwasser, vorzugsweise natürliches Meerwasser, bei der MAP-Fällung zur überstöchiometrischen Fällung vonThe example of yellow water as wastewater, which in addition to phosphate and ammonia ions from the hydrolysis of urea, it is clear that seawater, preferably natural seawater, in the MAP precipitation for superstoichiometric precipitation of
Ammoniumionen führt. Entsprechend lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Ammonium auch überstöchiometrisch aus Zentratwasser und/oder der wässrigen Phase mobilisierten Schlamms ausfällen. Das Fällprodukt kann mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Fest-Flüssig- Trennung von der phosphat- und ammonium abgereichten flüssigen Phase abgetrennt werden.Ammonium ions leads. Accordingly, with the device according to the invention, ammonium can also precipitate superstoichiometrically from centrate water and / or the aqueous phase of mobilized sludge. The precipitate can be separated with solid-liquid separation devices according to the invention from the phosphate phase and ammonium-deposited liquid phase.
Als Abwasser wurde Gelbwasser eingesetzt, das zur Hydrolyse von Harnstoff 3 Tage bei Raumtemperatur stehengelassen wurde. Zu diesem Gelbwasser (500 mL, pH = 9,22, 4,42 mmol Phosphat, 167,73 mmol Ammonium) wurde jeweils in 1L-Bechergläsern im Reihenrührer Meerwasser (pH = 8,14, 248 mg Mg2+/L) in steigenden Volumenanteilen zugegeben.The wastewater used was yellow water, which was allowed to stand for 3 days at room temperature to hydrolyze urea. To this yellow water (500 mL, pH = 9.22, 4.42 mmol phosphate, ammonium 167.73 mmol) was added each in 1L beakers in Reihenrührer sea water (pH = 8.14, 248 mg Mg 2+ / L) in Increasing volume fractions added.
Nach der Ausfällung wurden in der verbleibenden, phosphatabgereicherten wässrigen Phase die Konzentrationen an Ammonium und Phosphat gemessen und folgende Werte für die Fällung ermittelt:After precipitation, the concentrations of ammonium and phosphate were measured in the remaining, phosphate-depleted aqueous phase and the following values for the precipitation were determined:
Tabelle 2: Nach Zusatz von Meerwasser aus der wässrigen Phase ausgefällte Konzentrationen an Phosphat und AmmoniumTable 2: Concentrations of phosphate and ammonium precipitated from the aqueous phase after addition of seawater
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Beispiel 3: Remobilisierung von Phosphat in Abhängigkeit von der Temperatur, mit oder ohne leicht verfugbares Substrat
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Example 3: Remobilization of phosphate as a function of the temperature, with or without readily available substrate
Zur Remobilisierung von Phosphat aus Belebtschlamm zur anschließenden Fällung als MAP wurde Belebtschlamm bei unterschiedlichen Temperaturen in Ansätzen mit oder ohne leicht verfügbares Substrat inkubiert. Als leicht verfügbares Substrat wurden 2 g Saccharose pro 750 mL Ansatz Belebtschlamm zugegeben. Nach einer Inkubationsdauer von 2,5 Tagen wurden die Konzentrationen von gelöstem Phosphat in den einzelnen Ansätzen ermittelt, die das Maß für die Rücklösung von Phosphat darstellen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 3 dargestellt:For the remobilization of phosphate from activated sludge for subsequent precipitation as MAP, activated sludge was incubated at different temperatures in batches with or without readily available substrate. As readily available substrate, 2 g sucrose per 750 mL activated sludge batch was added. After an incubation period of 2.5 days, the dissolved phosphate concentrations in the individual batches were determined, which represent the measure for the re-dissolution of phosphate. The results are shown in Table 3 below:
Tabelle 3: Konzentrationen von aus Belebtschlamm remobilisiertem Phosphat bei verschiedenen Inkubationstemperaturen:Table 3: Concentrations of phosphate remobilized from activated sludge at different incubation temperatures:
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Die Rücklösung wurde als Teil der Gesamtkonzentration des Phosphats im Belebtschlamm nach Säureaufschluß bestimmt.The redissolution was determined as part of the total phosphate concentration in the activated sludge after acid digestion.
Die in Tabelle 3 ermittelten Versuchsdaten zeigen einerseits eine deutliche Temperaturabhängigkeit der Remobilisierung dahingehend, dass bei Ansätzen von Belebtschlamm ohne Saccharose eine Zunahme der Remobilisierung von Phosphat mit steigender Temperatur beobachtet wird, wobei eine maximale Rücklösung im thermophilen Bereich zu beobachten ist. Die Ansätze von Belebtschlamm mit Saccharose zeigen allgemein eine höhere Remobilisierung von Phosphat und haben ein Optimum im mesophilen bis thermophilen Bereich, d.h. bei Temperaturen von ca. 30 bis 52 0C.On the one hand, the test data determined in Table 3 show a significant temperature dependence of the remobilization in that, in the case of activated sludge without sucrose, an increase in the remobilization of phosphate is observed with increasing temperature, with maximum redissolution in the thermophilic range being observed. The slurries of activated sludge with sucrose generally show a higher remobilization of phosphate and have an optimum in the mesophilic to thermophilic range, ie at temperatures of about 30 to 52 0 C.
Weiterhin zeigen die Ergebnisse, dass die Remobilisierung von Phosphat aus Belebtschlamm auch ohne leicht verfügbares Substrat allein durch Inkubation, vorzugsweise thermophil, von Belebtschlamm erfolgt. Durch Zusatz eines leicht metabolisierbaren Substrats, hier am Beispiel von Saccharose gezeigt, ist die Remobilisierung von Phosphat aus Belebtschlamm signifikant höher. Überdies zeigten die Versuchsansätze eine ausgeprägte Abhängigkeit vom pH- Wert dahingehend, dass die Remobilisierung von Phosphat bei pH- Werten von 5,5 oder tiefer erhöht war, so dass für die Remobilisierung von Phosphat aus Belebtschlamm ein pH- Wert von 5,5 oder tiefer bevorzugt ist. Furthermore, the results show that the remobilization of phosphate from activated sludge even without readily available substrate alone by incubation, preferably thermophilic, of Activated sludge takes place. By adding an easily metabolizable substrate, shown here by the example of sucrose, the remobilization of phosphate from activated sludge is significantly higher. Moreover, the experimental approaches showed a pronounced pH dependency in that the remobilization of phosphate was increased at pH's of 5.5 or lower, so that for the remobilization of phosphate from activated sludge, a pH of 5.5 or lower is preferred.

Claims

Ansprüche claims
1. Vorrichtung zur Ausfällung von Magnesiumammoniumphosphat (MAP) aus Abwasser, die eine Zufuhreinrichtung für Meerwasser, eine Zufuhreinrichtung für Abwasser und eine Vorrichtung zur Entwässerung von gefaultem Schlamm aufweist, gekennzeichnet durchAn apparatus for precipitating magnesium ammonium phosphate (MAP) from waste water, comprising a seawater supply means, a waste water supply means and a sludge dewatering apparatus, characterized by
eine Vorrichtung zur thermophilen Faulung, eine Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung von Faulschlamm, der aus dera device for thermophilic digestion, a device for solid-liquid separation of digested sludge, which from the
Vorrichtung zur thermophilen Faulung erhältlich ist, in eingedicktenApparatus for thermophilic digestion is available in thickened
Überschussschlamm und Zentratwasser, eine anschließend durchströmbare Mischvorrichtung (I) zur Mischung vonExcess sludge and Zentratwasser, then a flow-through mixing device (I) for mixing
Zentratwasser und zugeführtem Meerwasser, und eine anschließend durchströmbare Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung zurZentratwasser and supplied seawater, and then a through-flowable device for solid-liquid separation of
Abtrennung von partikulärem MAP aus der Mischung aus Zentratwasser undSeparation of particulate MAP from the mixture of Zentratwasser and
Meerwasser.Seawater.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Belebungsbecken zur aeroben Behandlung von Abwasser oder Abwasserfraktionen und einen Mobilisierungsbehälter zur Zuführung von Belebtschlamm, der eine Zuführeinrichtung für leicht metabolisierbares Substrat und/oder wässrige Lösungen aufweist.2. Apparatus according to claim 1, characterized by an activated sludge tank for the aerobic treatment of wastewater or wastewater fractions and a mobilization tank for supplying activated sludge, which has a supply device for easily metabolizable substrate and / or aqueous solutions.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Zuführung leicht metabolisierbaren Substrats Primärschlamm aus der Vorklärung von Abwasser oder Rohabwasser in den Mobilisierungsbehälter zuführt.3. A device according to claim 2, characterized in that the means for supplying easily metabolizable substrate primary sludge from the primary treatment of wastewater or raw sewage feeds into the mobilization container.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Zuleitung des mobilisierten Schlamms aus dem Auslass des Mobilisierungsbehälters zur Vorrichtung zur thermophilen Faulung.4. Device according to one of the preceding claims, characterized by means for supplying the mobilized sludge from the outlet of Mobilisierungsbehälters to the device for thermophilic digestion.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung des mobilisierten Schlamms aus dem Auslass des Mobilisierungsbehälters und eine Einrichtung zur Zuführung der wässrigen Phase zu der Mischvorrichtung (I) zur Mischung von Zentratwasser mit Zuführeinrichtung für Meerwasser mit anschließend durchströmbarer Vorrichtung zur Separierung ausgefällten MAPs.5. Device according to one of the preceding claims, characterized by a device for solid-liquid separation of the mobilized sludge from the outlet of Mobilisierungsbehälters and means for supplying the aqueous phase to the mixing device (I) for mixing Zentratwasser with feeding device for seawater with subsequently flowed through device for separating precipitated MAPs.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine von der Mischvorrichtung (I) zur Mischung von Zentratwasser mit Meerwasser separate Mischvorrichtung (II) mit Zuführeinrichtung der wässrigen Phase aus mobilisiertem Schlamm und Zuführeinrichtung für Meerwasser aufweist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises one of the mixing device (I) for mixing Zentratwasser with seawater separate mixing device (II) with feeding the aqueous phase of mobilized sludge and feeding device for seawater.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Zuführeinrichtung für einen ammoniumhaltigen Abwasserteilstrom zur Mischvorrichtung.7. Device according to one of the preceding claims, characterized by an additional feeding device for an ammonium-containing wastewater partial stream to the mixing device.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ammoniumhaltige Abwasserteilstrom Gelbwasser ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the ammonium-containing wastewater partial stream is yellow water.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Zuführeinrichtung für einen phosphathaltigen Abwasserteilstrom zu einer Mischvorrichtung.9. Device according to one of the preceding claims, characterized by an additional feeding device for a phosphate-containing wastewater partial stream to a mixing device.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der phosphathaltige Abwasserteilstrom aus der Gruppe ausgewählt ist, die Abwasser von Spülmaschinen und/oder Waschmaschinen, phosphathaltige Industrieabwässer, Abwasser aus der phosphatverarbeitenden Industrie und im Wesentlichen von Feststoffen befreites Rohabwasser umfasst.10. The device according to claim 9, characterized in that the phosphate-containing wastewater partial stream is selected from the group comprising waste water from dishwashers and / or washing machines, phosphate-containing industrial wastewater, wastewater from the phosphate processing industry and substantially solids-freed raw sewage.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung ein statischer Mischer und/oder ein Rührkesselreaktor ist.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing device is a static mixer and / or a stirred tank reactor.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung von Faulschlamm in eingedickten Faulschlamm und Zentratwasser ein Absetzbecken, ein Dekanter, eine Filterpresse oder eine Kombination dieser ist. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device for solid-liquid separation of digested sludge in thickened digested sludge and Zentratwasser is a settling tank, a decanter, a filter press or a combination of these.
13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Fest-Flüssig-Trennung von MAP und phosphatabgereichertem Abwasser im Anschluss an die Mischvorrichtung zur Mischung von Zentratwasser und Meerwasser einen Fließbettreaktor aufweist, dessen Fließbett im Wesentlichen nur von MAP-Partikeln gebildet wird.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device for solid-liquid separation of MAP and phosphate-depleted waste water following the mixing device for mixing Zentratwasser and seawater has a fluidized bed reactor whose fluidized bed substantially only of MAP particles is formed.
14. Verfahren zur Behandlung von Abwasser, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.14. A process for the treatment of wastewater, characterized by the use of a device according to any one of the preceding claims.
15. Vorrichtung zur Ausfällung von Magnesiumammoniumphosphat (MAP) aus Abwasser, die eine Zuführeinrichtung für Meerwasser und eine Zuführeinrichtung für Abwasser aufweist, gekennzeichnet dadurch, dass sie einen Mischungsbehälter zur Mischung phosphat- und ammoniumhaltiger Abwasserteilströme aufweist, die im wesentlichen frei von Feststoffen sind.15. An apparatus for precipitating magnesium ammonium phosphate (MAP) from wastewater, comprising a feed for seawater and a feed for waste water, characterized in that it comprises a mixing tank for mixing phosphate and ammonium-containing wastewater streams, which are substantially free of solids.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Zuführung der phosphat- und ammoniumhaltigen Teilströme einen Sammelbehälter und/oder separate Sammelleitungen aufweist, aus denen die phosphat- und ammoniumhaltigen Abwasserteilströme dem Mischungsbehälter zuführbar sind.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that it comprises a collecting container and / or separate manifolds for supplying the phosphate and ammonium-containing substreams, from which the phosphate and ammonium-containing wastewater streams are fed to the mixing container.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die phosphat- und ammoniumhaltigen Teilströme ausgewählt sind unter Gelbwasser, Abwasser von Spülmaschinen und/oder Waschmaschinen, phosphathaltigen Industrieabwässern und Abwasser der phosphatverarbeitenden Industrie.17. The device according to any one of claims 15 or 16, characterized in that the phosphate and ammonium-containing substreams are selected from yellow water, waste water from dishwashers and / or washing machines, phosphate-containing industrial wastewater and wastewater of the phosphate processing industry.
18. Verfahren zur Behandlung von Abwasser, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17. 18. A process for the treatment of wastewater, characterized by the use of a device according to one of claims 1 to 17.
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