DE3838864C2 - - Google Patents
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- DE3838864C2 DE3838864C2 DE3838864A DE3838864A DE3838864C2 DE 3838864 C2 DE3838864 C2 DE 3838864C2 DE 3838864 A DE3838864 A DE 3838864A DE 3838864 A DE3838864 A DE 3838864A DE 3838864 C2 DE3838864 C2 DE 3838864C2
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Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ausfällung von gelösten Wasser- und Abwasserinhaltsstoffen und Flockung von Schwebstoffen bei der Trink- und Brauch wasseraufbereitung, bei der Reinigung von kommunalen und industriellen Abwässern sowie bei der Konditionierung von Prozeß- und Kreislaufwässern und Abtrennung der gebildeten Niederschläge und Flocken vom Wasser, bei dem als Fällungs- bzw. Flockungsmittel Eisen(3)- und/oder Aluminiumnitrate eingesetzt und die zudosierten Kationen und Anionen weitest gehend entfernt werden.The present invention is a process for Precipitation of dissolved water and wastewater constituents and flocculation of suspended matter during drinking and custom Water treatment, in the cleaning of municipal and industrial wastewater and in the conditioning of Process and circulation waters and separation of the formed Precipitation and flocculation of water, in which precipitation or flocculants iron (3) - and / or aluminum nitrates used and the dosed cations and anions weitest going to be removed.
Die Verwendung von Eisen(3)- und Aluminiumsalzen als Fäl lungs- bzw. Flockungsmittel in der Wasseraufbereitung ist schon seit langem bekannt.The use of iron (3) - and aluminum salts as Fäl or flocculant in the water treatment is known for a long time.
In der DE-PS 6 41 793 wird ein Verfahren zur Kreislaufverwendung von Eisen bei der chemischen Reinigung von Abwasser durch Eisenverbindungen beschrieben. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das ausge fällte Eisenhydroxid zunächst als Schlamm wie üblich in einem Absetz becken vom gereinigten Abwasser abgetrennt wird und von hier in einem eingedickten Zustand in ein besonderes Reaktionsbecken gebracht wird, das mit einer Rühreinrichtung versehen ist. Hier verbleibt der Schlamm, nachdem eine gewisse Menge Impfschlamm zugesetzt worden ist, wobei zeitweise umgerührt wird. Anschließend wird der Schlamm laufend dem zu reinigenden Abwasser, dem man Kohlensäure zusetzt, zugeführt. Hierbei löst sich das im Schlamm vorhandene Eisenhydroxid als Eisenbicarbonat im Abwasser auf, welches in einem Absetzbecken wieder vom Schlamm abge trennt wird. Der Schlamm wandert zwecks weiterer Reduktion von Eisenhy droxid wieder zu Reduktionsbecken zurück und macht diesen Kreislauf bis zum gewünschten Grad der Enteisung erneut durch. Bei diesem Verfah ren wird kein Eisen- oder Aluminiumsalz in Form der Nitrate zur gleich zeitigen Flockung und Denitrifikation zugesetzt.In DE-PS 6 41 793 a method for circulatory use of Iron in the chemical purification of sewage by iron compounds described. This method is characterized in that the ausge precipitated iron hydroxide first as a sludge as usual in a settling basin is separated from the purified wastewater and from here in one thickened state is brought into a special reaction tank, which is provided with a stirring device. Here the mud remains, after a certain amount of seed sludge has been added, wherein is stirred temporarily. Subsequently, the mud is continuously to the cleansing waste water, to which carbonic acid is added. in this connection Dissolves the existing in the mud iron hydroxide as iron bicarbonate in the wastewater, which abge abge in a settling basin of the mud is separated. The mud migrates to further reduce Eisenhy droxid back to the reduction basin and makes this cycle up to the desired degree of de-icing again. In this procedure no iron or aluminum salt in the form of nitrates becomes the same early flocculation and denitrification added.
In der Zeitschrift gwf. Wasser/Abwasser 112 (1971) S. 33 beschreibt der Autor K. Mudrack die Möglichkeit der mikrobiellen Denitrifikation von Industrieabwässer. Das zu reinigende Abwasser muß allerdings von vornherein nitratreich sein. Die Untersuchung zeigt, daß das Abwasser dann gut biologisch zu reinigen ist, wenn man Phosphat in einer Konzentration von 0,2 mg P/l dem zu reinigenden Abwasser zusetzt. Das Verfahren ist nur dann effek tiv, wenn bereits eine ausreichende Nitratkonzentration im Abwasser vorhanden ist. Nitrationen in Form von Eisen oder Aluminiumnitrat wer den bei diesem Verfahren auch nicht zugesetzt.In the journal gwf. Water / Wastewater 112 (1971) p. 33 describes the author K. Mudrack the possibility of microbial denitrification of industrial wastewater. The wastewater to be purified must, however, from the outset nitrate rich his. The investigation shows that the wastewater is then good biological Purify is when you add phosphate in a concentration of 0.2 mg P / l added to the wastewater to be cleaned. The procedure is only effek tiv, if already a sufficient nitrate concentration in the wastewater is available. Nitrate ions in the form of iron or aluminum nitrate also not added in this process.
Gemäß der DE-AS 19 07 359, Sp. 1, Zeilen 54 bis 65, zählen zu den üblichen Flockungsmitteln Aluminiumsulfat, Eisen(II)- sulfat, Eisen(III)-sulfat, Eisen(II)-chlorid, Eisen(III)- chlorid und Aluminiumchlorid. Diese Flockungsmittel bewirken die Koagulierung von Stoffen, die in dem zu behandelnden Wasser suspendiert oder gelöst vorliegen und durch Sedimentation nur schwer abgesetzt werden können.According to DE-AS 19 07 359, Sp. 1, lines 54 to 65, count to the usual flocculants aluminum sulfate, iron (II) - Sulfate, Ferric Sulfate, Iron (II) Chloride, Iron (III) - chloride and aluminum chloride. These flocculants cause the coagulation of substances to be treated in the Water is suspended or dissolved and by sedimentation difficult to sell.
Ein Nachteil der vorstehenden Flockungsmittel wird darin gesehen, daß sie nur eine begrenzte Wirkung zeigen und nicht für alle Zwecke einsetzbar sind.A disadvantage of the above flocculant is seen therein that they only have a limited effect and not can be used for all purposes.
In der DE-AS 19 07 359 sind weiterhin basische Metallsalze der FormelIn DE-AS 19 07 359 are still basic metal salts the formula
Mn(OH)mX3n-m M n (OH) m X 3n-m
beschrieben, in der M ein Aluminium- oder dreiwertiges Eisenatom darstellt, n eine Zahl zwischen 1 und 20, X ein einwertiges Anion, 3n größer als m ist und M/X zwischen 1,5 und 200 liegt, die als Fällungs- und Flockungsmittel eine vorteilhafte Wirkung bei der Behandlung von Abwasser zeigen sollen, insbesondere Abwässern der Papierindustrie.in which M is an aluminum or trivalent iron atom represents, n is a number between 1 and 20, X is a monovalent one Anion, 3n is greater than m and M / X is between 1.5 and 200, which is advantageous as a precipitant and flocculant Show effect in the treatment of wastewater especially waste water from the paper industry.
Schließlich sind aus der DE-AS 19 07 359 auch noch Flockungsmittellösungen für die Wasseraufbereitung bekannt, welche sich von einem basischen Metallsalz der FormelFinally, from DE-AS 19 07 359 also flocculant solutions known for water treatment, which itself from a basic metal salt of the formula
Mn(OH)mX3n-m M n (OH) m X 3n-m
in der M ein dreiwertiges Eisen- oder Aluminiumatom ist, X für ein Anion aus der Gruppe Cl, NO₃ und CH₃COO steht und 3n größer als m ist, ableiten, wobei die Basizität des Metallsalzes (m/3n · 100) im Bereich von 30 bis 83% liegt und ein mehrwertiges Anion Y in einer solchen Menge in das basische Salz eingeführt worden ist, daß das Molverhältnis Y/M einen Wert von 0,015 bis 0,4 hat.in which M is a trivalent iron or aluminum atom, X is an anion from the group Cl, NO₃ and CH₃COO and 3n is greater than m, derive the basicity of the metal salt (m / 3n x 100) is in the range of 30 to 83% and a polyvalent anion Y in such an amount in the Basic salt has been introduced that the molar ratio Y / M has a value of 0.015 to 0.4.
Ein Nachteil der vorstehenden Fällungs- und Flockungsmittel wird nun darin gesehen, daß bei der Reaktion des Fäll- und Flockungsmittels im Wasser durch Hydrolyse nur die Kationen Eisen und Aluminium wieder ausgefällt werden, die Anionen jedoch im Wasser verbleiben. Das hat zur Folge, daß der pH- Wert des Wassers in den sauren Bereich verschoben wird. Gleichzeitig erfolgt eine nicht gewünschte Aufsalzung des Wassers. Bei wenig gepufferten Wässern kann die pH-Wert- Verschiebung sogar soweit gehen, daß sich ein für die Flockung ungünstiger pH-Wert einstellt und ein Zusatz von Neutralisationsmitteln erforderlich wird.A disadvantage of the above precipitants and flocculants is now seen therein that in the reaction of the precipitation and Flocculant in the water by hydrolysis only the cations Iron and aluminum are precipitated again, the anions but remain in the water. This has the consequence that the pH Value of the water is shifted to the acidic range. At the same time there is an undesirable Aufsalzung of Water. In low-buffered waters, the pH value can be Shift even go so far as to get one for the flocculation setting unfavorable pH value and an addition of neutralizing agents is required.
In stark verunreinigten Abwässern mit einem entsprechend hohen Fällmittelbedarf und in Kreislaufwässern, die wiederholt mit sauren Metallsalzen behandelt werden, können somit pH-Verschiebungen und Aufsalzungen erreicht werden, welche die behördlichen Grenzwerte für die Abwassereinleitung überschreiten und Beton- und Metallaggressivität aufweisen. In heavily contaminated wastewater with a corresponding high precipitation requirement and in circulating waters, which are repeated can be treated with acidic metal salts, thus pH shifts and salinities can be achieved, which exceed the official limits for the discharge of waste water and concrete and metal aggressiveness.
Nitrationen sind in der Trinkwasseraufbereitung außerdem wegen ihrer gesundheitsschädlichen Wirkung unerwünscht. Sie müssen weitestgehend bei der Wasseraufbereitung entfernt werden. Wohl auch aus diesem Grunde sind in der Praxis Nitrationen enthaltende Eisen-und Aluminiumsalze als Fäll- und Flockungsmittel bisher nicht verwendet worden.Nitrate ions are also used in drinking water treatment their adverse health effect undesirable. you must be removed as far as possible in the treatment of water become. Probably for this reason are in practice nitrate ions containing iron and aluminum salts as precipitates and flocculants have not been used previously.
Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Ausfällung von gelösten Wasser- und Abwasserinhaltsstoffen und Flockung von Schwebstoffen bei der Trink- und Brauchwasseraufbereitung, bei der Reinigung von kommunalen und industriellen Abwässern sowie bei der Konditionierung von Prozeß- und Kreislaufwässern zu finden, bei dem die vorstehenden Nachteile vermieden und neben den zudosierten Kationen auch die zudosierten Anionen aus dem Wasser eliminiert werden.It was therefore the task of a method for precipitation of dissolved water and wastewater constituents and Flocculation of suspended matter during drinking and process water treatment, in the cleaning of municipal and industrial Waste water and in the conditioning of process and To find circulating waters, in which the above disadvantages avoided and in addition to the dosed cations and the dosed anions are eliminated from the water.
Überraschenderweise kann die gestellte Aufgabe in einfacher Weise dadurch gelöst werden, daß Eisen(3)- und/oder Aluminiumsalze in gelöster Form in das Wasser dosiert werden, die als Anion Nitrat enthalten, und diese Nitrationen anschließend unter Abwesenheit von in Wasser gelöstem Sauerstoff zu molekularem Stickstoff reduziert werden. Als Nitrationen enthaltende Aluminiumsalze können sowohl basische als auch nichtbasische Aluminiumnitrate eingesetzt werden. Bei Verwendung von Eisen(3)- nitraten werden vorzugsweise die kristallwasserhaltigen Nitrate eingesetzt, jedoch können auch die basischen Eisen(3)-nitrate mit Erfolg eingesetzt werden.Surprisingly, the task may be easier Be solved by iron (3) - and / or aluminum salts be dosed in dissolved form in the water, as Anion nitrate, and then these nitrate ions in the absence of oxygen dissolved in water to molecular Nitrogen can be reduced. Containing as nitrate ions Aluminum salts can be both basic and non-basic Aluminum nitrates are used. When using iron (3) - Nitrates are preferably the hydrated nitrates However, the basic iron (3) nitrates can also be used be used successfully.
Die zu dosierenden Nitratlösungen können sowohl als gesättigte Lösungen als auch in Form vorverdünnter Lösungen eingesetzt werden. The nitrate solutions to be dosed can be both saturated Solutions as well as in the form of prediluted solutions used become.
Die Reduktion der Nitrationen zu molekularem Stickstoff erfolgt durch mikrobielle Stoffwechselprozesse beim Abbau von organischen Wasserinhaltsstoffen, das heißt, durch Denitrifikation. Bekanntlich können viele aerobe Bakterien bei Abwesenheit von gelöstem Sauerstoff den Sauerstoff des Nitrats zur Deckung ihres eigenen Sauerstoff-Bedarfs heranziehen und so das Nitrat zu elementarem Stickstoff reduzieren, der als Gas in die Atmosphäre entweicht.The reduction of nitrate ions to molecular Nitrogen is produced by microbial metabolism during degradation of organic water ingredients, that is, by denitrification. As you know, many aerobic bacteria can contribute Absence of dissolved oxygen, the oxygen of the nitrate to cover their own oxygen demand and thus the nitrate to reduce elemental nitrogen, which is used as gas in the Atmosphere escapes.
Für die Denitrifizierung des Nitratstickstoffs eignen sich viele der in Belebtschlammsystemen reichlich vorkommenden Bakterien, z. B. Pseudomonas, Micrococcus, Denitrobacillus, Achromobacter u. a. Sie können sich ohne Anpassungsprobleme im anoxischen Milieu von der Sauerstoffatmung auf die Nitratrespiration umstellen. Unter bestimmten Bedingungen können Sauerstoffatmung und Denitrifikation sogar nebeneinander stattfinden. Wesentlich für die Betriebssicherheit der Denitrifikationsstufe ist, daß eine ausreichende Menge an organischen Kohlenstoffverbindungen im Abwasser oder Belebtschlamm vorhanden ist.For the denitrification of the nitrate nitrogen are suitable many of those abundant in activated sludge systems Bacteria, z. Pseudomonas, Micrococcus, Denitrobacillus, Achromobacter u. a. They can be without adjustment problems in the anoxic milieu from oxygen respiration to nitrate respiration change. Under certain conditions can Oxygen breathing and denitrification even side by side occur. Essential for the operational safety of the denitrification stage is that a sufficient amount of organic Carbon compounds in wastewater or activated sludge is available.
Nach einer besonders günstigen Verfahrensweise der Erfindung wird der in der Denitrifikationsstufe freigewordende Stickstoff zur Abscheidung der in der Fäll- und Flockungsstoffe gebildeten Flocken und vorhandenen Schwebstoffe unter Flotation eingesetzt. Zur Abscheidung der Flocken können mit Vorteil auch Siebmaschinen, Lamellenklärer und/oder Sandfilter eingesetzt werden.After a particularly favorable procedure of the invention becomes the nitrogen released in the denitrification step for the deposition of the precipitants and flocculants Flakes and existing suspended matter used under flotation. For the deposition of the flakes can also with advantage Screening machines, lamellar clarifier and / or sand filter used become.
Das Wesentliche der Erfindung wird darin gesehen, daß die Wasserbehandlung und -reinigung mit Fäll- und Flockungsmitteln, die Nitrat als Anion enthalten, so durchgeführt wird, daß sowohl die Kationen als auch die mit dem Flockungsmittel zugesetzten Anionen entfernt werden, und zwar bereits in zwei Stufen. The essence of the invention is seen in that the Water treatment and purification with precipitants and flocculants, containing nitrate as an anion, is carried out so that both the cations as well as those added with the flocculant Anions are removed, and already in two Stages.
In der ersten Stufe werden die Chemikalien in Form von stabilen Lösungen dem Wasser zudosiert, in welchem sie die aus dem Wasser zu entfernenden Substanzen, beispielsweise Schwebstoffe, CSB-, BSB₅- betreffende Inhaltsstoffe und Phosphate, ausfällen bzw. ausflocken.In the first stage, the chemicals are in the form of stable Add solutions to the water in which they are made substances to be removed from the water, for example particulate matter, COD, BODA-related ingredients and phosphates, precipitate or flocculate.
In der zweiten Stufe wird das Nitration, das mit dem Flockungsmittel zudosiert worden ist, durch Denitrifizierung zerlegt und entfernt.In the second stage, the nitration is done with the flocculant by denitrification disassembled and removed.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Nitration in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt und die entweichenden Gase werden zur Abscheidung von Schwebstoffen durch Flotation eingesetzt.According to a particularly advantageous embodiment of the invention the nitration is decomposed into nitrogen and oxygen and the escaping gases are used for the separation of Suspended matter used by flotation.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens wird ferner darin gesehen, daß der Sauerstoff zur Vermeidung von Gärung und Fäulnisprozessen in den Wassersystemen genutzt werden kann. Auch kann er zum mikrobiellen Abbau von organischen Wasserinhaltsstoffen genutzt werden. Another advantage of the method is further seen in that the oxygen to avoid fermentation and decay processes can be used in the water systems. Also can for the microbial decomposition of organic water constituents be used.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele und der schematischen Zeichnungen noch näher erläutert.The object of the present invention is based on the following examples and the schematic drawings explained in more detail.
In Fig. 1 bedeutet:In Fig. 1,
1 Aussiedlerhof
2 Fäkalhebeanlage und Dosierstelle
3 Rohrleitung NW 80
4 Schacht
5 Kanal NW 400
6 Kläranlage 1 Aussiedlerhof
2 fäkalhebeanlage and metering
3 Pipeline NW 80
4 shaft
5 channel NW 400
6 sewage treatment plant
In Fig. 2 bedeutet:In Fig. 2,
7 Zulauf
8 Fällmitteldosierung
9 Vorklärbecken
10 Belebungsanlage
11 Nachklärbecken
12 Ablauf
13 Schlammzirkulation 7 inlet
8 precipitant dosing
9 primary clarifiers
10 aeration plant
11 secondary settling tanks
12 process
13 mud circulation
In Fig. 3 bedeutet:
14 Zulauf
15 Mischbehälter
16 Vorklärbecken
17 Belebung
18 Nachklärbecken
19 AblaufIn Fig. 3,
14 inlet
15 mixing containers
16 primary clarifiers
17 animation
18 secondary clarifiers
19 process
In Fig. 4 bedeutet:In Fig. 4,
20 Zulauf
21 Vorklärbecken
22 Belebung
23 Nachklärbecken
24 Schlammrezirkulation
25 Ablauf 20 inlet
21 primary clarifiers
22 animation
23 secondary clarifiers
24 mud recirculation
25 expiry
In den Beispielen wurden zwei konventionelle Flockungsmittel und zwei Flockungsmittel gemäß der Erfindung eingesetzt.In the examples, two conventional flocculants were used and two flocculants according to the invention.
1. Eisen(3)-chloridsulfatlösung
2. Aluminiumsulfat
3. Eisen(3)-nitrat
4. Aluminiumnitrat1. iron (3) chloride sulphate solution
2. aluminum sulphate
3. Iron (3) nitrate
4. Aluminum nitrate
Eingesetzt als 40%ige Lösung mit einer Dichte von 1,5Used as a 40% solution with a density of 1.5
Eisen(3): 11,95 Gew.-% = 179 g/l = 2,134 mol/kg
Chlorid: 7,57 Gew.-% = 114 g/l
Sulfat: 20,48 Gew.-% = 307 g/l
Wasser: 60,0 Gew.-% = 900 g/lIron (3): 11.95 wt% = 179 g / l = 2.134 mol / kg
Chloride: 7.57% by weight = 114 g / l
Sulfate: 20.48% by weight = 307 g / l
Water: 60.0% by weight = 900 g / l
Aluminium: 9,23 Gew.-% = 3,419 mol/kg
Sulfat: 49,23 Gew.-%
Wasser: 41,54 Gew.-%Aluminum: 9.23% by weight = 3.419 mol / kg
Sulfate: 49.23% by weight
Water: 41.54% by weight
Eisen(3): 15 Gew.-% = 2,679 mol Fe/kg
Nitrat: 49,82 Gew.-% = Äqu 38,57 Gew.-% Sauerstoff
Wasser: 35,18 Gew.-%Iron (3): 15% by weight = 2.679 mol Fe / kg
Nitrate: 49.82 wt.% = Equ. 38.57 wt.% Oxygen
Water: 35.18% by weight
Aluminium: 7,2 Gew.-% = 2,667 mol Al/kg
Nitrat: 49,6 Gew.-% = Äqu. 38,4 Gew.-% Sauerstoff
Wasser: 43,2 Gew.-%Aluminum: 7.2% by weight = 2.667 mol Al / kg
Nitrate: 49.6% by weight = equiv. 38.4% by weight of oxygen
Water: 43.2% by weight
In allen Vergleichsversuchen wurde das Produkt 1 in Lieferform (40%ige Lösung) eingesetzt und die Produkte 2 bis 4 als Lösungen der Trockenprodukte. Die Dosierangaben beziehen sich jedoch auf das entsprechende Trockenprodukt.In all comparative experiments, product 1 was supplied (40% solution) and products 2 to 4 as solutions of the dry products. Refer to the dosage information but on the corresponding dry product.
Ein Aussiedlerhof (1) hat eine Fäkalhebe- und -zerkleinerungsanlage (2) und entwässert über eine 2 km lange Druckleitung NW 80 (3) in den Steinzeugkanal NW 400 (5), der zur kommunalen Kläranlage (6) führt.A Aussiedlerhof ( 1 ) has a Fäkalhebe- and -zerkleinerungsanlage ( 2 ) and drained via a 2 km long pressure line NW 80 ( 3 ) in the Steinzeugkanal NW 400 ( 5 ), which leads to the municipal sewage treatment plant ( 6 ).
Wegen der teilweise sehr langen Verweilzeit des Abwassers in der Rohrleitung (3) lassen sich sauerstoffzehrende bis anaerobe Abbauprozesse nicht vermeiden. Aus diesem Grunde ist das Abwasser besonders in den Morgenstunden am Auslaufschacht (4) in den Kanal NW 400 eine dunkle, nicht sedimentierende Suspension mit stark fauligem Geruch. Der H₂S-Nachweis mit Bleiacetatpapier ist positiv.Because of the sometimes very long residence time of the waste water in the pipeline ( 3 ), oxygen-consuming to anaerobic degradation processes can not be avoided. For this reason, the wastewater is especially in the morning at the outlet shaft ( 4 ) in the channel NW 400 a dark, non-sedimenting suspension with a strong foul smell. The H₂S detection with lead acetate paper is positive.
Zu dem Abwasser wurde bei (2) in den 4 Vergleichsversuchen a) bis d) jeweils eine Fällungs- und Flockungschemikalie zugegeben.A precipitation and flocculation chemical was added to the waste water in ( 2 ) in the four comparative experiments a) to d).
a) Eisen(3)-chloridsulfatlösung,
und zwar 165 ml/m³ = 250 g/m³
b) Aluminiumsulfat 155 g/m³
c) Aluminiumnitrat 200 g/m³
d) Eisen(3)-nitrat 200 g/m³a) Iron (3) chloride sulphate solution, 165 ml / m³ = 250 g / m³
b) aluminum sulfate 155 g / m³
c) Aluminum nitrate 200 g / m³
d) iron (3) nitrate 200 g / m³
Die gewählten Dosiermengen entsprechen 0,53-0,536 mol Al bzw. Fe(3) pro m³ Abwasser.The selected dosage amounts correspond to 0.53-0.536 moles of Al or Fe (3) per m³ wastewater.
Das an der Übergabestelle (4) dunkle Abwasser wurde nach Zudosierung der Eisen(3)-chloridsulfatlösung tiefschwarz und färbte sogar das übrige Abwasser in (5) schwarz. Es bildeten sich keine sedimentierenden Flocken. Die H₂S-Nachweisreaktion war negativ. Es war nur ein schwach fauliger Geruch feststellbar. The dark waste water at the transfer point ( 4 ) turned deep black after metering in the iron (3) chloride sulphate solution and even colored the remaining wastewater in ( 5 ) black. There were no sedimenting flakes. The H₂S detection reaction was negative. There was only a faintly foul odor detectable.
Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 70 mg/l Sulfat und Chlorid zudosiert.With the flocculant, the effluent 70 mg / l of sulfate and Chloride added.
Nach Zudosierung der Aluminiumsulfatlösung an (2) bildeten sich an der Übergabestelle (4) und im gesamten Abwasserstrom zur Kläranlage (6) Flocken.After addition of the aluminum sulphate solution to ( 2 ) flakes were formed at the transfer point ( 4 ) and in the entire waste water stream to the treatment plant ( 6 ).
Das Abwasser war im Vergleich zu dem unbehandelten Abwasser heller gefärbt. Es hatte jedoch den gleichen stark fauligen Geruch wie unbehandeltes Abwasser. Der H₂S-Nachweis mit Bleiacetatpapier blieb stark positiv.The wastewater was compared to the untreated wastewater colored lighter. However, it had the same strong putrid Odor like untreated sewage. The H₂S detection with lead acetate paper remained strong positive.
Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 76 mg Sulfat/l zudosiert.With the flocculant, the wastewater received 76 mg sulphate / l added.
Nach Zudosierung der Aluminiumnitratlösung nahm das Abwasser bei (4) eine graubraune Farbe an. Die Schwebstoffe waren weitgehend geflockt. Das Abwasser hatte keinen fauligen Geruch mehr, sondern den typischen Geruch von frischem Abwasser.After metering in the aluminum nitrate solution, the wastewater took on a gray-brown color at ( 4 ). The suspended solids were largely flocculated. The wastewater no longer had a foul odor, but the typical smell of fresh sewage.
In den Nachmittagsstunden mit mehr Abwasserdurchfluß und kürzerer Verweilzeit in der NW 80-Druckleitung (3) konnte bei (4) sogar vereinzelt ein Restgehalt an Nitrat gefunden werden.In the afternoon with more wastewater flow and shorter residence time in the NW 80-pressure line ( 3 ), even a few residual nitrate contents could be found in ( 4 ).
Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 99 mg NO₃/l zudosiert, was 76 mg Sauerstoff pro Liter entspricht.With the flocculant 99 mg of NO₃ / l were added to the wastewater, which corresponds to 76 mg of oxygen per liter.
Nach Zudosierung der Eisen(3)-nitratlösung nahm das Abwasser eine braune Farbe an. Die Ergebnisse waren wie bei c).After metered addition of the iron (3) nitrate solution, the wastewater was removed a brown color. The results were as in c).
Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 99 mg NO₃ zudosiert, was 76 mg Sauerstoff pro Liter entspricht. With the flocculant 99 mg NO₃ were added to the wastewater, which corresponds to 76 mg of oxygen per liter.
Vorstehende Vergleichsversuche zeigen, daß bei einer langen Verweilzeit des Abwassers unter Luftabschluß im Kanal Schwefelwasserstoff entstehen kann. In den Versuchen a) und d) wird der gebildete Schwefelwasserstoff als Eisensulfid ausgefällt.The above comparative experiments show that in a long Dwell time of the waste water under exclusion of air in the hydrogen sulphide channel can arise. In experiments a) and d) is the hydrogen sulfide formed precipitated as iron sulfide.
Die Fäll- und Flockungsmittel nach der Erfindung unterbinden in c) und d) schon unter anoxischen Bedingungen die Faulprozesse durch Sauerstoffabscheidung.Prevent the precipitants and flocculants according to the invention in c) and d) the digestion processes already under anoxic conditions by oxygen separation.
Besonders wirkungsvoll und betriebssicher ist Versuch d). Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Eisen im Eisen(3)- nitrat auch bei starker Unterdosierung, das heißt bei Sauerstoffmangel, den entstehenden Schwefelwasserstoff als Eisensulfid ausfällt und durch die schwarze Abwasserverfärbung die Unterdosierung anzeigt.Particularly effective and reliable is experiment d). This is due to the fact that the iron in the iron (3) - nitrate even in case of severe underdosing, ie in the case of oxygen deficiency, the resulting hydrogen sulfide as iron sulfide precipitates and due to the black sewage discoloration indicates the underdose.
Eine kommunale Kläranlage hat zur Zeit der Weinernte gegenüber den Auslegungsdaten einen Zulauf (7) mit mehrfacher Überlastung mit organischen Stoffen, vor allem mit leicht abbaubaren Verbindungen wie Fruchtzucker und Fruchtsäuren.A municipal sewage treatment plant at the time of the grape harvest compared to the design data has a feed ( 7 ) with multiple overload with organic substances, especially with easily degradable compounds such as fructose and fruit acids.
Das rechteckige Absatzbecken (9) zur mechanischen Vorreinigung dieses Abwassers hat für den Schlammaustrag einen Längsräumer und eine Schwimmstoffräumvorrichtung.The rectangular sales basin ( 9 ) for mechanical pre-treatment of this wastewater has a Längsräumer and a Schwimmstoffräumvorrichtung for the sludge discharge.
Während der Verweilzeit des Abwassers in (9) beginnen sich die organischen Inhaltsstoffe unter Abwesenheit von Sauerstoff durch Gärung zu zersetzen. Das führt unter anderem zu einer unerwünschten Absenkung des pH-Wertes im Abwasser.During the residence time of the waste water in ( 9 ), the organic contents begin to decompose in the absence of oxygen by fermentation. Among other things, this leads to an undesirable lowering of the pH in the wastewater.
Der pH-Wert in (7) liegt bei 6,5 bis 7,4. Er sank im Ablauf von (9) durch die Gärung auf Werte zwischen 4,5 und 6. Der Ablauf war stark trüb und roch deutlich nach Gärung. Der Ablauf aus (9) führte in (10) zu Blähschlammbildung. Der Schlammindex in (10) als Meßzahl für das Absatzverhalten von Belebtschlammflocken war ständig größer als 400. The pH in ( 7 ) is 6.5 to 7.4. In the course of ( 9 ) it dropped to values between 4.5 and 6 due to fermentation. The process was very cloudy and smelled clearly after fermentation. The process from ( 9 ) led to bloating in ( 10 ). The sludge index in ( 10 ) as a measure of the slump behavior of activated sludge flakes was constantly greater than 400.
Bei Einsatz von sauren Metallsalzlösungen wie Aluminiumsulfat- oder Eisen(3)-chloridsulfatlösung sank der pH-Wert in (9) auf Werte zwischen 4,1 und 5,5. In einem derart sauren Milieu sind sowohl chemische Fällung und Flockung als auch aerobbiologische Prozesse deutlich behindert. Von entsprechenden Versuchen wurde daher abgesehen.When using acidic metal salt solutions such as aluminum sulfate or iron (3) chloride sulphate solution, the pH in ( 9 ) dropped to values between 4.1 and 5.5. In such an acidic environment, both chemical precipitation and flocculation as well as aerobic biological processes are clearly hampered. From corresponding experiments was therefore omitted.
In den Zulauf (7) wurden nun gemäß vorliegender Erfindung 250 g Aluminiumnitrat pro m³ Abwasser zudosiert. Dieser Dosiermenge entspricht ein Nitratanteil von 124 g/m³ bzw. 96 g Sauerstoff pro m³.In the feed ( 7 ) now 250 g of aluminum nitrate per m³ wastewater were added according to the present invention. This dosage corresponds to a nitrate content of 124 g / m³ or 96 g of oxygen per m³.
Mit Dosierungsbeginn wurde der Ablauf aus (9) klarer. Der pH-Wert im Ablauf lag wie im Zulauf (7) bei Werten von 6,5 bis 7,4. Der Geruch nach Gärung war verschwunden. Deutlicher war jetzt der Gärungsbereich in (7).With the start of dosing, the procedure in ( 9 ) became clearer. The pH in the effluent was as in the feed ( 7 ) at values of 6.5 to 7.4. The smell of fermentation was gone. The fermentation area in ( 7 ) was clearer now.
In (10) konnte der Schlammindex durch die erfindungsgemäße Behandlung innerhalb einer Woche von dem ursprünglichen Wert größer als 400 auf 160 gesenkt werden. Unter dem Mikroskop waren Blähschlammfäden (Sphaerotilus natans) nur noch vereinzelt zu beobachten.In ( 10 ), the mud index could be lowered from the original value greater than 400 to 160 within one week by the treatment according to the invention. Under the microscope, swelling filaments (Sphaerotilus natans) were only occasionally observed.
Ein Schlammabtrieb aus (11) war nicht mehr zu beobachten. Dieses Ergebnis verringerte die Vorflutbelastung erheblich.A mud shoot from ( 11 ) was no longer observed. This result significantly reduced the flood load.
Vorstehender Versuch zeigt mehrfach positive Auswirkung bei Anwendung der Flockungsmittel gemäß Erfindung:The above test shows several positive effects when using the flocculants according to the invention:
- 1. Durch die Flockung im optimalen pH-Bereich wird die Schwebstoffabscheidung in (9) wesentlich verbessert und die überlastete biologische Stufe (10) entsprechend entlastet.1. By flocculation in the optimum pH range, the suspended sediment in ( 9 ) is significantly improved and the overloaded biological stage ( 10 ) relieved accordingly.
- 2. Der abgespaltene Sauerstoff aus dem Nitrat verhindert eine Gärung, pH-Wert-Verschiebung und eine Blähschlammentwicklung. 2. The split off oxygen from the nitrate prevents one Fermentation, pH shift and a swelling sludge development.
- 3. Der abgespaltene Sauerstoff aus dem Nitrat wird bereits in (9) zum Abbau organischer Verbindungen genutzt. Diese Reaktion entlastet die biologische Reinigungsstufe (10). Sie vergrößert damit ohne zusätzliche Baumaßnahmen das Nutzvolumen von (10).3. The split off oxygen from the nitrate is already used in ( 9 ) for the decomposition of organic compounds. This reaction relieves the biological purification stage ( 10 ). It thus increases the useful volume of ( 10 ) without additional construction measures.
Für eine kommunale Kläranlage mit Ablauf (19) in einen sehr kleinen Vorfluter wird von den Behörden eine Phosphatfällung gefordert. Der Ablauf-P-Wert muß auf kleiner 2 mg P/l verringert werden.For a municipal sewage treatment plant with discharge ( 19 ) in a very small receiving water, the authorities demanded a phosphate precipitation. The effluent P value must be reduced to less than 2 mg P / l.
Die Fällungsmittel können sowohl in die Belebung (17) dosiert werden als auch in einen Mischbehälter (15) vor dem Vorklärbecken (16). Bei der ersten Verfahrensvariante spricht man von einer Simultanfällung, bei der zweiten von einer Vorfällung. Das zuletzt genannte Verfahren wird im vorliegenden Beispiel angewandt.The precipitants can be dosed both into the animation ( 17 ) and into a mixing vessel ( 15 ) in front of the primary clarifier ( 16 ). In the first variant of the method one speaks of a simultaneous precipitation, in the second of a pre-precipitation. The latter method is used in the present example.
In (14) wurden im Abwasser folgende Werte (Mittelwerte) bestimmt:In ( 14 ), the following values (mean values) were determined in the wastewater:
Ohne Zugabe von Fäll- und Flockungsmittel lag der BSB₅-Wert im Ablauf aus (16) bei 290 mg/l. Somit wurden in (16) 23,7% BSB₅ aus dem Wasser eliminiert.Without addition of precipitant and flocculant, the BOD value in the effluent from ( 16 ) was 290 mg / l. Thus, in ( 16 ), 23.7% BSB₅ was eliminated from the water.
In den Beispielen a) bis c) wurde die Fällungsmittelmenge auf etwa β = 1,7 eingestellt. β ist der stöchiometrische Fällungsmittelüberschuß, bezogen auf die gemessene Phosphatkonzentration im Abwasser. Wegen der sehr trägen Reaktion in (17) wurde der Phosphatwert bereits im Ablauf aus (16) gemessen. Der geforderte Grenzwert im Ablauf (19) liegt niedriger. In Examples a) to c), the amount of precipitant was adjusted to about β = 1.7. β is the stoichiometric excess precipitate, based on the measured phosphate concentration in the wastewater. Because of the very sluggish reaction in ( 17 ), the phosphate value was already measured in the course of ( 16 ). The required limit value in the sequence ( 19 ) is lower.
In den Vergleichsversuchen a), b) und c) wurden zudosiert:In the comparative experiments a), b) and c) were added:
a) Eisen(3)-chloridsulfatlösung
190 ml/l = 285 g/m³; β beträgt 1,71a) iron (3) chloride sulphate solution
190 ml / l = 285 g / m³; β is 1.71
b) Eisen(3)-nitrat
225 g/m³; β beträgt 1,70b) iron (3) nitrate
225 g / m³; β is 1.70
c) Aluminiumnitrat
225 g/m³; β beträgt 1,69c) aluminum nitrate
225 g / m³; β is 1.69
Der pH-Wert in (16) sank während der Fällungsperiode auf 7,0. Der Gesamt-P-Wert im Ablauf (16) betrug 1,8 mg/l, daraus errechnet sich ein Wirkungsgrad von 83,6%.The pH in ( 16 ) dropped to 7.0 during the precipitation period. The total P value in the effluent ( 16 ) was 1.8 mg / l, resulting in an efficiency of 83.6%.
Der BSB₅-Wert betrug unter den gegebenen Bedingungen im Ablauf aus (16) 250 mg/l, die Elimination stieg damit von 23,7% bei nur mechanischer Sedimentation auf 34,2%.Under the given conditions, the BOD value of ( 16 ) was 250 mg / l, the elimination thus increased from 23.7% with only mechanical sedimentation to 34.2%.
Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 80 mg/l Sulfat und Chlorid zudosiert.With the flocculant the wastewater 80 mg / l sulfate and Chloride added.
Der pH-Wert sank in (15) von 7,4 auf 7,05. Nach 2,5 bis 6 Stunden, das ist die Verweilzeit des Wassers in (16), hatte der pH- Wert wieder den Ausgangswert von 7,4 angenommen.The pH dropped from 7.4 to 7.05 in ( 15 ). After 2.5 to 6 hours, which is the residence time of the water in ( 16 ), the pH had returned to the initial value of 7.4.
Der Gesamt-P-Wert im Ablauf aus (16) betrug 1,6 mg/l, das entspricht einem Wirkungsgrad von 85,5%.The total P value in the course from ( 16 ) was 1.6 mg / l, which corresponds to an efficiency of 85.5%.
Der BSB₅-Wert im Ablauf aus (16) betrug 175 mg/l; der Wirkungsgrad stieg demnach auf 53,9%.The BOD value in ( 16 ) was 175 mg / l; the efficiency increased accordingly to 53.9%.
Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 112 mg NO₃/l zudosiert, das entspricht 87 mg Sauerstoff/l. With the flocculant 112 mg of NO₃ / l were added to the wastewater, this corresponds to 87 mg oxygen / l.
Der Verlauf des pH-Wertes in diesem Versuch war wie in b). Der Gesamt-P-Wert im Ablauf von (16) betrug 1,25 mg/l, das ist eine Steigerung des Wirkungsgrades auf 88,6%. Der BSB₅-Wert im Ablauf aus (16) betrug 170 mg/l, der Wirkungsgrad der Abscheidung stieg damit auf 55,3%.The course of the pH in this experiment was as in b). The total P value in the run of ( 16 ) was 1.25 mg / L, which is an increase in efficiency to 88.6%. The BOD value in the reaction from ( 16 ) was 170 mg / l, the deposition efficiency thus increased to 55.3%.
Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 112 mg NO₃/l zudosiert, das entspricht 86 mg Sauerstoff/l.With the flocculant 112 mg of NO₃ / l were added to the wastewater, this corresponds to 86 mg oxygen / l.
Die Vergleichsversuche zeigen den an sich bekannten Effekt, daß nämlich mit einer Vorfällung Phosphat eliminiert und der Wirkungsgrad von (16) verbessert werden kann.The comparative experiments show the effect known per se, namely that with a pre-precipitation phosphate can be eliminated and the efficiency of ( 16 ) can be improved.
Der darüber hinaus deutlich erhöhte Wirkungsgrad bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Fäll- und Flockungsmittel zeigt an, daß bereits in der mechanischen Klärstufe der Sauerstoffgehalt im Nitrat für den biologischen Abbau der organischen Abwasserinhaltsstoffe genutzt wird (16), wird somit gleichzeitig zu einem zusätzlichen Beckenvolumen für (17).Moreover, the significantly increased efficiency in the application of the precipitating and flocculating agents according to the invention indicates that the oxygen content in the nitrate is already used in the mechanical clarification stage for biodegradation of the organic wastewater constituents ( 16 ), thus simultaneously becoming an additional tank volume for ( 17 ).
Für eine weitere kommunale Kläranlage wird vor allem eine Phosphateliminierung gefordert, und zwar soll der P-Wert ebenfalls auf kleiner 2 mg P/l im Abwasser gesenkt werden. Anders als in Beispiel 3 ist hier die biologische Reinigungsstufe überdimensioniert. Der Grenzwert für BSB₅ in (25) ist auf Werte kleiner 20 mg/l festgelegt. In der Praxis liegen die Betriebswerte zwischen 4 und 9 mg/l.For a further municipal sewage treatment plant especially a phosphate elimination is required, namely the P-value should also be reduced to less than 2 mg P / l in the wastewater. Unlike in Example 3 here the biological purification stage is oversized. The limit value for BOD in ( 25 ) is set to values less than 20 mg / l. In practice, the operating values are between 4 and 9 mg / l.
Der Gesamt-P-Wert lag in (25) der Kläranlage ohne Anwendung von Flockungsmittel bei 8,5 mg P/l.The total P value in ( 25 ) of the treatment plant without the use of flocculants was 8.5 mg P / l.
Für den Sauerstoffeintrag in (22) sind 3 Tauchbelüfter mit je 15 kW Leistungsaufnahme installiert, die ständig in Betrieb sind. Die technische Ausstattung der Kläranlage erlaubt eine Vorfällung und/oder eine Simultanfällung.For the oxygen entry in ( 22 ) 3 submersible aerators each with 15 kW power consumption are installed, which are constantly in operation. The technical equipment of the sewage treatment plant allows a pre-precipitation and / or a simultaneous precipitation.
In den Vergleichsversuchen a), b) und c) wurde zudosiert:In the comparative experiments a), b) and c) was added:
a) Aluminiumsulfat
180 g/m³; β beträgt 2,24
Simultanfällunga) aluminum sulfate
180 g / m³; β is 2.24
simultaneous precipitation
b) Aluminiumnitrat
230 g/m³; β beträgt 2,24
Simultanfällungb) aluminum nitrate
230 g / m³; β is 2.24
simultaneous precipitation
c) Aluminiumnitrat
230 g/m³; β beträgt 2,24
Vorfällungc) aluminum nitrate
230 g / m³; β is 2.24
preliminary precipitate
Der pH-Wert in (22) ging allmählich von 7,2 auf 6,9 zurück. Der Gesamt-P-Wert in (25) lag zwischen 0,8 und 1,2 mg/l, das ist ein Wirkungsgrad von 85,9 bis 90,6%.The pH in ( 22 ) gradually decreased from 7.2 to 6.9. The total P value in ( 25 ) was between 0.8 and 1.2 mg / l, which is an efficiency of 85.9 to 90.6%.
Im Ablauf-BSB₅ (25) konnte im Versuchszeitraum kein signifikanter Unterschied zum Betrieb ohne Flockungsmittel beobachtet werden.In the effluent BOD ( 25 ) no significant difference to the operation without flocculant could be observed during the trial period.
Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 89 mg Sulfat/l zudosiert.With the flocculant, the effluent 89 mg sulfate / l added.
Für die Denitrifizierung, das heißt für den Abbau und die Nutzung des Nitratsauerstoffes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mußte intermittierend die Belüftung abgestellt werden. Optimal waren folgende Bedingungen:For denitrification, that is for the mining and the Use of the nitrate oxygen according to the invention Procedure had intermittently turned off the ventilation become. Optimal conditions were:
40 Minuten mit Belüftung,
20 Minuten ohne Belüftung.40 minutes with ventilation,
20 minutes without ventilation.
Unter diesen Bedingungen konnte die Leistungsaufnahme der Belüfter in (22) um 33% reduziert werden. Der pH-Wert in (22) blieb im Mittel bei 7,2.Under these conditions, the aerators' power consumption in ( 22 ) was reduced by 33%. The pH in ( 22 ) remained on average 7.2.
Die Ergebnisse bei der P-Ausfällung und Elimination von BSB₅ sind die gleichen wie bei a).The results of P precipitation and elimination of BOD₅ are the same as in a).
Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 114 mg NO₃/l zudosiert, das entspricht 88 mg Sauerstoff pro Liter. With the flocculant 114 mg of NO₃ / l were added to the wastewater, this corresponds to 88 mg of oxygen per liter.
Wie in Beispiel 3 sollte bereits im Vorklärbecken (16 bzw. 21) ein erheblicher Teil der mit dem Zulauf (20 bzw. 4) zugeführten organischen Substanz abgebaut werden.As in Example 3, a considerable part of the organic substance supplied with the feed ( 20 or 4 ) should already be decomposed in the primary clarifier ( 16 or 21 ).
Unter diesen Bedingungen genügt in (22) bereits ein einziger Belüfter für den Sauerstoffeintrag (Sauerstoffgehalt 1,5 bis 4 mg/l).Under these conditions, a single aerator for the introduction of oxygen (oxygen content 1.5 to 4 mg / l) is sufficient in ( 22 ).
Für eine dann noch ausreichende Umwälzung mußte in (22) ein Rührwerk mit 3 kW Leistungsaufnahme installiert werden. Der Gesamt-P-Wert in (25) lag zwischen 0,6 und 1,1 mg/l, das ist ein Wirkungsgrad von 87,1 bis 92,9%.For a still sufficient circulation had to be installed in ( 22 ) a stirrer with 3 kW power consumption. The total P value in ( 25 ) was between 0.6 and 1.1 mg / l, which is an efficiency of 87.1 to 92.9%.
Der Energieverbrauch für den Sauerstoffeintrag in (22) verringerte sich vonThe energy consumption for oxygen entry in ( 22 ) decreased from
3 × 15 = 45 kW auf3 × 15 = 45 kW
1 × 15 plus 3 = 18 kW, also1 × 15 plus 3 = 18 kW, so
um 60%.by 60%.
Die Vergleichsversuche zeigen, daß außer den bereits erwähnten VorteilenThe comparative experiments show that except those already mentioned benefits
- - keine pH-Wert-Veränderung -- no pH change -
- - keine Aufsalzung -- no salinisation -
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weitere Verbesserungen erzielt werden können. Beispielhaft erwähnt wird an dieser Stelle die Reduzierung des Energiebedarfs in einer großzügig dimensionierten Belebungsstufe einer Kläranlage.in the method according to the invention further improvements can be achieved. As an example, mention is made of this Make the reduction of energy needs in a generous dimensioned activation level of a sewage treatment plant.
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