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Verfahren zur Reinigung von Siel-und ähnlichen Abwässern.
Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Siel-und Kloakenabwässern zu ihrer Reinigung von Fäulnisstoffen. In den gewöhnlichen Siel-und Kloakenabwässern sind Fäulnisstoffe in zwei Formen vorhanden, nämlich 1. lösliche Stoffe, die sich daher in Lösung befinden, und 2. unlösliche Stoffe. Die unlöslichen Stoffe können in Grössen vorhanden sein, die zwischen grobem Korn und kolloidaler Verteilung schwanken. Bei jeder Behandlung von Sielwässern werden die gröberen und schwereren, unlöslichen
Stoffe, also die Feststoffe entfernt, u. zw. in der Regel durch Rechen oder Siebe. Nach diesem Vorgang aber verbleiben in den Abwässern nicht nur die löslichen Fäulnisstoffe, sondern auch unlösliche, fein verteilte Fäulnisstoffe, zumeist in kolloidaler Suspension.
Die Konzentration der Fäulnisstoffe sowohl jener, die sich in den Abwässern nach deren Rechenbehandlung in Lösung, als auch jener, die sich darin in Suspension befinden, ist ausserordentlich niedrig. Beispielsweise enthält durchschnittlich ein städtisches Abwasser je Million etwa 160 Teile dispergierter oder fein verteilter Feststoffe zum Grossteil in kolloidaler Suspension. In solch verhältnismässig niedriger, fast verschwindender Konzentration reagieren die der Fäulnis unterliegenden Bestandteile solcher suspendierter Stoffe entweder überhaupt nicht oder nur sehr langsam mit jenen Mengen von Chemikalien, welche sie ungefährlich machen wurden, wenn die Fäulnisstofe in einer konzentrierten Form vorhanden wären. Der Weg einer unmittelbaren Abscheidung oder Zerstörung der Fäulnisstoffe in Abwässern ist daher weder wirksam noch gangbar.
Man hat bereits vorgeschlagen, eine Abtrennung der suspendierten Fäulnisstoffe durch Konzentration derselben in Gegenwart eines Niederschlagsmittels zu bewirken. Beispielsweise hat man vorgeschlagen, eine ilockenbildende Metallverbindung in den Abwässern zum Niederschlagen zu bringen ; diese flockenbildende Metallverbindung sammelt die suspendierten Stoffe in Form eines Schlammes, der sich durch Absetzen von der Flüssigkeit trennt und der hierauf leicht von ihr abgeschieden werden kann. Bei diesem Vorgang werden jedoch die gelösten Fäulnisstoffe nicht abgetrennt, die demzufolge im Abwasser auch noch dann verbleiben, wenn die suspendierten Stoffe abgetrennt worden sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung von Siel-und Kloakenabwässern zur Abtrennung praktisch aller Fäulnisstoffe. Dies wird dadurch erreicht, dass die Abwässer zuerst mit einer Metallbase behandelt werden, um die suspendierten Fäulnisstoffe in Gestalt eines absetzbaren Schlammes zu konzentrieren, worauf die zurückgebliebenen Abwässer einem Basenaustausch unterworfen werden, bei welchem eine in Lösung vorhandene faulende Base gegen eine nicht faulende Base ausgetauscht wird. Basenaustauschreaktionen an sich sind seit langem bekannt und eingehendst erforscht.
So ist beispielsweise bekannt, dass Ammoniak und manche Aminoverbindungen mit Zeolith einem Basenaustausch unterliegen, doch wurde diese Erkenntnis für die Behandlung von Siel-und Kloakenabwässern zwecks Entfernung der darin gelösten faulenden Basen bisher niemals ausgenutzt. Es hat sich erwiesen, dass, wenn man nach Abscheidung der suspendierten Stoffe Siel-und Kloakenabwässer einer Basenaustauschreaktion unterwirft, nicht faulende Basen gegen in Lösung befindliche faulende Basen ausgetauscht und die schliesslich abgehenden Wässer hiedureh praktisch unschädlich gemacht werden.
Die praktische Anwendung der Erfindung geht aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung hervor, in welch letzterer schematisch die Anordnung von Vorrichtungen dargestellt ist, die für die Durchführung der Erfindung in ihrer vollständigen und derzeit bevorzugten Form geeignet sind.
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Die fein verteilten Fäulnisstoffe werden so weit konzentriert, dass man sie leicht und wirksam aus den Abwässern entfernen und in geeigneter Weise für ihre Beiseitesehaffung behandeln kann. Dies geschieht vorzugsweise durch Behandlung der rohen Abwässer nach ihrem Durchgang durch Auffangrechen für grobe Verunreinigungen mittels einer Lösung einer Metallverbindung, z.
B. von Ferrisulfat FeSO, in solchen Mengenverhältnissen, dass die Abwässer 50 bis 200 oder mehr Teile Eisen oder äquivalentes Metall je Million enthalten, je nach der Menge an zu entfernenden Fäulnisstoffen. Nach gründ- lichem Mischen wird ein Alkali wegen seiner Billigkeit zweckmässig Kalk (CaO)-dem Abwasser zugesetzt, vorzugsweise in einem solchen Mengenverhältnis, dass das entstehende abfliessende Wasser einen pH-Wert von ungefähr 6-8 hat. Das Alkali fällt das Metall als Hydroxyd (z. B. Ferrihydroxyd Fe (OH) 3) aus, welches beim Absetzen die suspendierten Fäulnisstoffe in solcher Form nach abwärts mit-
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keiten, wie z. B. Eindiek-, Absetz-, Filter-u. dgl.
Reinigungsvorrichtungen, abseheiden kann.
Der Zweck dieser Massnahme ist die Konzentration der suspendierten Fäulnisstoffe zu einem absetzfähigen Schlamm, indem man in die Abwässer eine unlösliche Substanz einbringt, die imstande ist, die suspendierten Stoffe zu sammeln und sie unter Bildung eines absetzfähigen Schlammes nach abwärts mitzunehmen, wie dies beispielsweise durch Niederschlagen von Eisenhydroxyd im Abwasser möglich wird. Die Ausfällung oder der Niedersehlag von Ferrihydroxyd oder einer äquivalenten Metallbase, sowie die koagulieren oder mitgenommenen Fäulnisstoffe werden in Form eines Schlammes vom übrigen Abwasser abgetrennt und entfernt. Dieser Schlamm wird alsdann derart behandelt, dass die darin befindlichen Fäulnisstoffe zerstört oder sonstwie beiseitegeschafft werden ; das im Schlamm enthaltene Metall wird wiedergewonnen.
So kann man den Schlamm entwässern und das verbleibende Produkt rösten oder kalzinieren, um die Fäulnisstoffe zu zerstören und das Ferrihydroxyd in Ferrioxyd umzuwandeln. Das Ferrioxyd bzw. das äquivalente Metalloxyd wird dann mit Schwefelsäure behandelt, um wieder Ferrisulfat zu ergeben.
Bei einem Abwasser, welches je Million ungefähr 160 Teile suspendierter Stoffe enthält, einen zehntägigen biologischen Sauerstoffbedarf von 200-400 Teilen je Million und einen B-Wert von 7'0 bis 7'4 hat, ergab sich eine zufriedenstellende Klärung durch Zusatz von 100 Teilen je Million Eisen in Form von Ferrisulfat und von 150 Teilen je Million Kalk zum Abwasser. Die halbe Gewichtsmenge Eisen kann man durch Aluminium in Form von Aluminiumsulfat mit annähernd gleich gutem Ergebnis ersetzen. An Stelle von Kalk kann eine äquivalente Menge an Ammoniak, Natriumhydroxyd, Natriumkarbonat,
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erscheint.
Das zurückbleibende (und nunmehr geklärte) Abwasser, welehes über die Eindiek-, Absetz-,
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des Schlammes einem Basenaustauseh unterworfen, in dessen Verlauf ein wesentlicher Teil der im Abwasser in Lösung befindliehen, der Fäulnis unterliegenden Basen ausgetauscht bzw. durch eine der Fäulnis nicht unterliegende Base ersetzt wird, wodurch die der Fäulnis unterliegenden Basen zu einer leicht behandelbaren und gewinnbaren Form konzentriert werden. Unter einer der Fäulnis unterliegenden Base wird eine chemische Base verstanden, die Bakterien oder andern Formen von Leben als Nahrung dienen kann, beispielsweise Ammoniak u. dgl. Substanzen nach Art der Zeolithe, die Basen austausehen können, sind für den vorliegenden Zweck verwendbar.
So kann man Ammoniak oder eine ähnliche, der Fäulnis unterliegende Base, die sieh im Abwasser in Lösung befindet, durch eine nicht faulende Base dadurch ersetzen, dass man das verbleibende Abwasser durch eine geeignete Schicht oder einen Körper eines basenaustauschenden Zeolithfilters hindurchsehickt. Bei diesem Vorgang werden die löslichen, stark basischen, oxydierbaren Verbindungen, wie das Ammoniak und andere Amine, durch eine Basen-
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gestellt werden kann :
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Bei dieser Reaktion werden das Ammoniak und die mehr basischen Amine, die sich im Abwasser in Lösung befinden, praktisch quantitativ abgeschieden und durch die Alkalimetallbase (Natrium) des Zeolithen od. dgl. ersetzt.
Das Ergebnis bzw. das Filtrat nach diesem Basenaustausch ist ein Produkt, das für alle praktischen Zwecke im Wesen als frei von Fäulnisstoffen anzusehen ist und an die aufnehmende Wassermasse für die weitere Wegschaffung übergeben werden kann.
Nach einer angemessenen Betriebsdauer wird, wenn das Alkalimetall des Zeolithen durch Ammoniak
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austauschmittel mit einer Lösung eines Alkalimetallsalzes behandelt, um einerseits dieses Mittel zu regenerieren und anderseits das Ammoniak zu extrahieren und zu lösen, welches alsdann in konzentrierter Form wirtschaftlich gewonnen werden kann. Ein Zeolithfilter wird beispielsweise mit einer starken Kochsalzlösung (200-300 g pro Liter) in entgegengesetzter Richtung gewaschen. Dadurch wird infolge
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bar. Beispielsweise kann man die verbrauchte Salzlösung mit Kalk oder einem andren Alkali behandeln, das entstehende Ammoniak abdestillieren und in geeigneter Weise gewinnen.
Dieses so wiedergewonnene Ammoniak kann gewünsehtenfalls für das erste Stadium des Verfahrens als Alkali zum Niederschlagen des Metallhydroxydes verwendet werden.
Jeder Teil je Million von vorhandenem Ammoniakstickstoff wird ungefähr 1'2 kg Ammoniak je Million Liter ven behandeltem Abwasser ergeben, welches gewünshtenfalls in handelsfähiger Form gewonnen werden kann, wodurch sich die Kosten des Verfahrens wesentlich vermindern.
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1. Behandelte Abwässer mit 200 Teilen je Million Eisen als Fe ; : (SO, t) jj ; Fe (OH) g, niedergeschlagen mit Na OH.
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10tägiger <SEP> biologischer <SEP> Sauerstoff-Organiseher <SEP> Ammoniakbedarf <SEP> Stickstoff <SEP> Stickstoff
<tb> Rohabwasser] <SEP> 99 <SEP> je <SEP> Million <SEP> 9 <SEP> je <SEP> Million <SEP> 15 <SEP> je <SEP> Million
<tb> Geklärtes <SEP> Abwasser <SEP> 60 <SEP> je <SEP> Million <SEP> 8 <SEP> je <SEP> Million <SEP> 12 <SEP> je <SEP> Million
<tb> Endprodukt <SEP> 52 <SEP> je <SEP> Million <SEP> 5-7 <SEP> je <SEP> Million <SEP> 0'3 <SEP> je <SEP> Million
<tb>
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10tägiger <SEP> biologischer <SEP> Organischer <SEP> GesamtSauerstoffbedart <SEP> Stickstoff <SEP> Stickstoff
<tb> Rohabwasser <SEP> 322 <SEP> je <SEP> Million <SEP> nicht <SEP> bestimmt <SEP> 24 <SEP> je <SEP> Million
<tb> Endprodukt <SEP> 40 <SEP> je <SEP> Million <SEP> nicht <SEP> bestimmt <SEP> 2 <SEP> je <SEP> Million
<tb>
Bei beiden Beispielen fand die Entfernung des Hauptteiles des Stickstoffes beim Basenaustausch statt und annähernd der gesamte, dabei entfernte Stickstoff war im verbleibenden (geklärten) Abwasser als basischer Stickstoff, d. i. als Ammoniak oder als Aminoverbindung vorhanden.
Bei der Anlage nach der Zeichnung werden die rohen Abwässer zuerst durch einen Grobrechen A, dann durch einen Feinrechen B zur Abseheidung der groben und schweren Feststoffe hindurehgeschickt.
Die durch diese Rechen gereinigten Abwässer werden mit zugesetztem, aus einem Behälter H kommendem Ferrisulfate in einem mit Prallwänden ausgestatteten Mischer C innig vermischt. Hierauf folgt im Behälter D ein Zusatz von Kalk. Es erwies sich als zweckmässig, während des Mischens oder des Kalkens die Abwässer zu durchlüften, da hiedurch der biologische Sauerstoffbedarf der schliesslich erhaltenen Flüssigkeit wesentlich herabgesetzt wird. Sehr zufriedenstellende Ergebnisse wurden durch Kalken in einem Behälter erzielt, dessen Inhalt durch Luft in Bewegung versetzt wurde. Vom Behälter D gelangen die Abwässer zu den Absetzbehältern E.
Diese arbeiten vorzugsweise kontinuierlich und der abgesetzte
Schlamm wird kontinuierlich vom Boden zu einem Filter 1 abgezogen, während die zurückbleibenden (geklärten) Abwässer kontinuierlich längs der oberen Behälterränder über einen Überfall abfliessen. Die Abwässer sowie die im Filter 1 abgeschiedene Flüssigkeit gelangen zu einer Zeolithbatterie F, F und werden von dort in gereinigtem Zustande bei J abgezogen. Die Salzlösung aus Behältern G, welche zur Regenerierung der Zeolithfilter dient, wird durch diese entgegengesetzt zur Filterrichtung so lange hindurchgeschickt, bis sie eine bestimmte Menge von Ammoniak od. dgl. aufgenommen hat. Nachher folgt das Fertigwaschen und Regenerieren mit frischer Salzlösung. Die bei dieser Regenerierung erhaltene Lösung wird bei K zur Gewinnung von Ammoniak weiterbehandelt.
Das Filtrat aus dem Filter 1 wird zu einem Röst-oder Verbrennungsraum L geleitet und das dabei erhaltene Produkt mit Hilfe von Schwefelsäure, die aus einem Vorrat M in den Reaktionsraum N eingeführt wird, zu Ferrisulfat umgewandelt. Dieses regenerierte Ferrisulfat wird zum Behälter H geschafft, von dem aus die Beschickung des Mischers C erfolgt.
Die Menge an suspendierten Feststoffen in durch Rechen gereinigten Abwässern u. dgl. kann beträchtlich schwanken, je nach dem augenblicklichen Quellen solcher Flüssigkeiten. So können gewöhn- lich Abwässer von 50 bis 400und mehr Teile suspendierter Stoffe je Million enthalten. Der gewöhnliche Abfluss von städtischen Sielwässern (durch Rechen gereinigt) zeigt im Durchschnitt ungefähr 160 Teile suspendierter Feststoffe je Million. Angestellte Untersuchungen ergaben, dass Eisen in einer Menge von ungefähr ein Drittel bis zu zwei Drittel der Menge an vorhandenen suspendierten Feststoffen (bei Niederschlagung als Ferrihydroxyd) mit Erfolg dazu verwendet werden kann, praktisch alle suspendierten Stoffe zu sammeln und nach abwärts zu schaffen.
Wo Aluminium an Stelle von Eisen verwendet wird, ist nur ungefähr die Hälfte desselben in Teilen je Million erforderlich. In ähnlicher Weise hängt bei Verwendung anderer unlöslicher Substanzen als Sammler für die suspendierten Stoffe die erforderliche Menge derselben von den physikalischen Eigenschaften dieser Substanz und von der Menge der suspendierten und zu konzentrierenden Feststoffe ab. In jedem Falle soll eine solche Menge einer unlöslichen, sammelndwirkenden Substanz verwendet werden, die die suspendierten Stoffe in einer Form wirksam zu konzentrieren vermag, welche sich für die spätere Behandlung zur Zerstörung oder Wegschaffung der Fäulnisstoffe eignet.
Die Menge des den Abwässern zuzusetzenden Alkalis ist vorzugsweise derart, dass die zurückbleibenden, geklärten Abwässer einen pH-Wert von ungefähr 6-8 aufweisen. Wird ein Metallhydroxyd
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zum Sammeln und Konzentrieren der suspendierten Stoffe verwendet, soll alles zugesetzte oder in den
Abwässern vorhandene Metall als Hydroxyd niedergeschlagen werden. Es hat sich erwiesen, dass der
Basenaustausch am besten dann vor sich geht, wenn die verbliebenen geklärten Abwässer annähernd neutral oder schwach alkalisch sind, dass dagegen der Austausch verlangsamt wird, wenn die Flüssigkeit zu stark alkalisch ist.
Der Basenaustausch wurde wohl auch mit Abwässern eines yH-Wertes von 10-11 ausgeführt, doch geht nach den gemachten Erfahrungen alsdann der Austausch langsamer und weniger wirksam vor sich als mit Abwässern, deren pH-Wert nicht wesentlich höher als ungefähr 8 ist. Die Basen- austausehreaktion ist nur wirksam hinsichtlich basischer Stiekstoffverbindungen, wie z. B.
Ammoniak und manche Amine in Form von Salzen und nicht in Form von freien Basen ; zu stark alkalische Abwässer führen zur Umwandlung der Stickstoffverbindungen in die Form freier Basen, in welcher Form diese
Verbindungen, wenn überhaupt, dann jedenfalls nicht leicht zum Basenaustausch veranlasst werden können. Aus diesen Gründen wird der pE-Wert der geklärten Abwässer durch Regelung der zugesetzten Menge an Alkali überwacht, welches Alkali dazu dient, praktisch das ganze vorhandene Metall als Hydroxyd niederzuschlagen und den verbleibenden Abwässern einen pR-Wert von ungefähr 6-8 zu verleihen.
Zu diesem Zwecke wird dieser pH-Wert der zufliessenden Wassermengen periodisch festgestellt und der Zusatz von Alkali dementsprechend so geregelt, dass die verbleibenden geklärten Abwässer einen pH-Wert innerhalb der vorangegebenen günstigsten Werte aufweisen.
Die andern Reaktionsprodukte beim Niederschlag des Metallhydroxydes (beispielsweise Kalziumsulfat bei der Reaktion von Ferrisulfat und Kalk zur Ausfällung von Ferrihydroxyd) sind gewöhnlich in den geklärten Abwässern in den verhältnismässig geringen Mengen, in welchen sie anwesend sind, löslich und gelangen daher nicht in den absetzfähigen Schlamm. Demzufolge besteht der Schlamm im Wesen aus den suspendierten Fäulnisstoffen-die durch Rösten rasch zerstört werden können-und aus Metallhydroxyd, wodurch die wirtschaftliche Wiedergewinnung und Regenerierung der Metallverbindung möglich ist, die für die Behandlung weiterer Mengen von Abwässern gebraucht wird.
Durch die erfindungsgemässe Behandlung der Abwässer werden nicht nur die Fäulnisstoffe, sondern auch beträchtliche Mengen von Bakterien entfernt. Die Entfernung eines Grossteiles der Bakterien findet bei der Konzentration und der Abscheidung der suspendierten Stoffe statt ; ein weiterer wesentlicher Teil der Bakterien wird während des Basenaustausches weggeschafft.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Behandlung von Siel-und Kloakenabwässern, dadurch gekennzeichnet, dass in den Abwässern suspendierte Fäulnisstoffe in Gegenwart einer Metallbase zu einem absetzfähigen Schlamm konzentriert werden, der von dem verbleibenden Abwasser abgeschieden wird, das nachher
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eine nicht faulende Base ausgetauscht wird.