DE10207611A1 - Reed bed waste water treatment plant has sacrificial anode forming insoluble phosphate compounds - Google Patents
Reed bed waste water treatment plant has sacrificial anode forming insoluble phosphate compoundsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausfällung von Phosphaten aus Abwässern, insbesondere von Klärwerken mit Hilfe von Kationen, wobei die Kationen mit den Phosphaten eine schwerlösliche oder unlösliche Verbindung eingehen.The invention relates to a method for the precipitation of Phosphates from waste water, especially from sewage treatment plants with the help of cations, the cations containing one with the phosphates form a poorly soluble or insoluble bond.
Phosphate gelangen hauptsächlich als Düngerückstände ins Was ser, aber auch Waschmittel und Fäkalien versetzen Abwässer mit Phosphaten. Da Phosphate als Planzennährstoffe wirken - daher ihre Verwendung als Düngemittel - müssen sie aus Abwässern entfernt werden. In Kläranlagen geschieht das beispielsweise durch Zugabe von löslichen Metallsalzen, wie Eisensulfat oder Aluminiumchlorid, die Phosphate als schwerlösliche Eisen- oder Aluminiumverbindungen ausfällen. Ein Nachteil bei dieser Methode besteht darin, daß eine größere Menge der oben ge nannten Salze in die Abwässer gelangt, was unerwünscht ist. Ein weiteres Verfahren zur Phosphatentfernung wird mit Hilfe von Bindung in Bakterien erreicht. Allerdings lässt sich ein solches Verfahren nur in größeren technischen Anlagen stabil durchführen.Phosphates are mainly released into the soil as fertilizer residues This, as well as detergents and faeces, also cause waste water Phosphates. Because phosphates act as plant nutrients - that's why their use as fertilizers - they must come from sewage be removed. This happens, for example, in sewage treatment plants by adding soluble metal salts such as iron sulfate or Aluminum chloride, the phosphates as poorly soluble iron or Failure of aluminum connections. A disadvantage with this Method is that a larger amount of the above ge called salts get into the wastewater, which is undesirable. Another method for phosphate removal is with the help achieved by binding in bacteria. However, one can Such a process is only stable in larger technical systems carry out.
Weitere Stoffe zur Entfernung von Phosphaten aus Abwässern, insbesondere bei Bodenkörperkläranlagen, sind Tonmineralien und Kalziumverbindungen, die eine Phosphatausfällung im Bodenkörper erreichen. Allerdings hat dieses Verfahren auch Nachteile, da es von verschiedenen Faktoren, wie Sauerstoffgehalt, Tempera tur, pH-Wert, Redoxpotential usw. abhängig ist.Other substances for the removal of phosphates from waste water, clay minerals and Calcium compounds that cause phosphate precipitation in the soil to reach. However, this method also has disadvantages it from various factors, such as oxygen content, tempera ture, pH value, redox potential, etc.
Die Erfindung hat es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren zur Ausfällung von Phosphaten aus Abwässern vorzu sehen, bei dem eine zusätzliche Belastung des Abwassers unter bleibt.The invention has therefore set itself the task of a Process for the precipitation of phosphates from waste water see where an additional pollution of the wastewater under remains.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus, von einem Verfahren wie oben beschrieben und schlägt vor, daß die Kationen von einer Opferanode zur Verfügung gestellt werden, wobei diese in Lösung geht.To achieve this object, the invention is based on one Procedure as described above and suggests that the Cations are provided by a sacrificial anode which goes into solution.
Mit Hilfe einer solchen Opferanode können im Abwasser Kationen erzeugt werden, ohne dieses mit weiteren Salzen zu verun reinigen. Das bedeutet eine geringere Belastung der Abwässer. Überraschenderweise ergibt es sich hierbei, daß das erfindungs gemäße Verfahren unabhängig von äußeren Einflüssen ist. Eine stabile Prozeßführung ist bereits bei kleineren Kläranlagen möglich, das Verfahren ist auch weitestgehend unabhängig von anderen Parametern wie Sauerstoffgehalt, Temperatur und so weiter. Im Ergebnis wird neben einer geringeren Salzbelastung der abfließenden, ausgefällten Gewässer auch ein prozeß stabileres, erfindungsgemäßes Verfahren vorgeschlagen.With the help of such a sacrificial anode, cations can be found in the waste water generated without causing further salts clean. This means less pollution of the waste water. Surprisingly, it turns out that the invention appropriate procedure is independent of external influences. A stable process control is already in smaller sewage plants possible, the process is also largely independent of other parameters like oxygen content, temperature and so on further. As a result, in addition to a lower salt load the draining, precipitated water is also a process more stable, proposed method according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Kathode verwendet, die aus einem edleren, in der Spannungsreihe höher stehenden Material, vorzugsweise Metall besteht, und wobei das unedlere Material der Opferanode in der Spannungsreihe niedriger steht. Es ergeben sich eine Vielzahl von möglichen Anordnungen von Opferanode und Kathode. Vorteilhafterweise wird ein billiges Material der Opferanode mit einem entsprechend höherwertigen, edleren, weil in der Spannungsreihe höherstehen den Material elektrisch leitend verbunden, um dieses zu schonen und den erfindungsgemäßen Effekt auszunutzen.In a preferred embodiment of the invention, a Cathode used from a nobler, in the voltage series higher material, preferably metal, and the base material of the sacrificial anode in the voltage series is lower. There are a multitude of possible ones Arrangements of sacrificial anode and cathode. Advantageously a cheap material of the sacrificial anode with a corresponding one higher quality, nobler, because in the voltage series are higher the material is electrically connected to protect it and to take advantage of the effect according to the invention.
Dazu hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn Kathode und Opferanode miteinander in elektrisch leitenden Kontakt stehen. Dadurch ist sichergestellt, daß der Unterschied in der elektrochemischen Spannungsreihe auch den gewünschten Effekt, nämlich das Auflösen der Anode bringt. Als Elektrolyt fungiert in diesem Fall das Abwasser, in das Kathode und Opferanode eintauchen.For this purpose, it has proven to be advantageous if the cathode and sacrificial anode in electrically conductive contact with one another stand. This ensures that the difference in the electrochemical voltage series also the desired effect, namely the dissolution of the anode. Acts as an electrolyte in this case the waste water, into the cathode and sacrificial anode plunge.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Kationen der Opferanode mit dem Phosphat einen schwerlöslichen Niederschlag bilden, der sich als Schlamm absetzt. Dieser Schlamm, der Bestandteil des Klärschlammes ist, kann mechanisch leicht entfernt werden und einer Wiederaufarbeitung oder Entsorgung zugeführt werden.It is particularly advantageous that the cations of the sacrificial anode form a sparingly soluble precipitate with the phosphate settles out as mud. This mud, which is part of the Sewage sludge can be removed mechanically and easily be reprocessed or disposed of.
Die Erfindung betrifft weiter vorteilhafterweise eine Kathoden- Anoden-Anordnung für die Ausfüllung von Phosphaten in Abwäs sern, wobei die Kathode mit der als Opferanode ausgebildeten Anode in elektrisch leitendem Kontakt steht, und die Opferanode aus einem unedleren Material besteht, das in der Spannungsreihe unterhalb des edleren Materials der Kathode steht. Nach dem Verbrauch der Opferanode, die sich wie oben beschrieben im Abwasser auflöst, wird eine neue Opferanode eingesetzt und so die Anordnung wieder betriebsbereit gemacht. Die Herstellung einer entsprechenden Kathoden-Anoden-Anordnung ist vergleichs weise preisgünstig und wenig aufwendig. Insbesondere braucht die im Vergleich zur Anode teurere Kathode nicht ersetzt wer den.The invention further advantageously relates to a cathode Anode arrangement for filling phosphates in waste water the cathode with the one designed as a sacrificial anode Anode is in electrically conductive contact, and the sacrificial anode made of a less noble material that is in the voltage series stands below the nobler material of the cathode. After this Consumption of the sacrificial anode, which is as described above Wastewater dissolves, a new sacrificial anode is inserted and so the arrangement made operational again. The production a corresponding cathode-anode arrangement is comparative wise inexpensive and inexpensive. In particular needs the cathode, which is more expensive than the anode, cannot be replaced the.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Kathode aus Kupfer. Bei Kupfer handelt es sich um ein ver gleichsweise preisgünstiges Material, das sich für die edlere Kathode bestens eignet.In the preferred embodiment of the invention, the Copper cathode. Copper is a ver equally inexpensive material that is for the nobler Best suited cathode.
Günstig ist es, wenn die Opferanode aus Eisen besteht. Eisen steht in der elektrochemischen Spannungsreihe unterhalb des Kupfers, so daß einfach ein entsprechendes Potential aufgebaut werden kann, so daß Eisen als Opferanode in Lösung geht. Das ausgefällte Eisenphosphat ist relativ ungiftig und einfach zu entsorgen. Beim Ausfällungsvorgang fallen keine weiteren Salze oder andere Stoffe im Abwasser oder im Klärschlamm an.It is favorable if the sacrificial anode is made of iron. iron is in the electrochemical series below the Copper, so that a corresponding potential is simply built up can be so that iron goes into solution as a sacrificial anode. The precipitated iron phosphate is relatively non-toxic and easy to use to dispose. No further salts fall during the precipitation process or other substances in the wastewater or sewage sludge.
Die Erfindung bezieht sich dabei nicht nur auf die Ausgestal tung der Kathoden-Anoden-Anordnung, sondern betrifft in gleicher Weise auch die Verwendung einer solchen Kathoden- Anoden-Anordnung.The invention relates not only to the Ausgestal device of the cathode-anode arrangement, but relates to in in the same way the use of such a cathode Anode arrangement.
Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf eine Kläranlage für Abwässer, in welcher zur Ausfällung von Phosphaten ein Ver fahren, wie oben beschrieben, verwendet wird. Insbesondere ist es günstig, wenn hier eine solche Kathoden-Anoden-Anordnung im Abwasser vorgesehen ist, wobei eine derartige Kläranlage mit der Kathoden-Anoden-Anordnung eine Einheit bildet. Die anderen Stoffe werden auf herkömmliche Art aus dem Abwasser entsorgt, wobei für die Phosphatentfernung das oben beschriebene Ver fahren mit Hilfe der Kathoden-Anoden-Anordnung zum Einsatz kommt.The invention further relates to a sewage treatment plant for Wastewater in which a Ver drive as described above. In particular is it is favorable if such a cathode-anode arrangement in the Waste water is provided, such a sewage treatment plant with the cathode-anode arrangement forms a unit. The others Substances are disposed of from wastewater in a conventional way, where for the phosphate removal Ver drive with the help of the cathode-anode arrangement comes.
Insbesondere ist es günstig, wenn die Kläranlage eine Pflanzenkläranlage ist. Derartige Pflanzenkläranlagen lassen sich für kleinere Wohneinheiten oder für einzelne Häuser verwenden, wobei die Abwässer nach entsprechender Vorklärung in große mit Pflanzen bestandenen Becken geleitet werden. In diesen Becken sitzt die Kathoden-Anoden-Anordnung und entfernt die Phosphate aus den Abwässern.In particular, it is favorable if the sewage treatment plant has a Plant wastewater treatment plant is. Leave such sewage treatment plants for smaller residential units or for individual houses use, the wastewater after appropriate preliminary treatment in large pools filled with plants are led. In The cathode-anode arrangement is located in this basin and removed the phosphates from the waste water.
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Beispiel einer Kathoden-Anoden-Anordnung, sowie einer Kläranlage schematisch beschrieben, es zeigen:In the drawing, an example according to the invention is one Cathode-anode arrangement, and a sewage treatment plant schematically described, it shows:
Fig. 1 einer perspektivische Ansicht einer Kathoden-Anoden-Anordnung; FIG. 1 is a perspective view of a cathode-anode assembly;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Fällungsvorganges; Fig. 2 is a schematic representation of the precipitation process;
Fig. 3 eine Pflanzenkläranlage mit Ka thoden-Anoden-Anordnung. Fig. 3 is a plant water treatment plant with Ka anode-anode arrangement.
Zum Entfernen von anionischem Phosphat 2 aus dem Abwasser 3 wird in dieses die Kathoden-Anoden-Anordnung 30 eingebracht, wobei die Opferanode 10 aus Eisen und die Kathode 20 aus Kupfer besteht. Beide Metalle haben an der Kontaktfläche 7 direkten Kontakt miteinander, so daß ein Potential aufgebaut werden kann, das dazu führt, daß sich von der Opferanode 10 Eisen in ionischer Form löst. Das Eisen geht zunächst als Eisen-II+-Ion in Lösung, wird dann durch das umgebende Abwasser 3 zum Eisen- III+-Ion oxidiert und bildet mit dem Phospat 2 einen schwerlös lichen Niederschlag 4, der am Boden 8 der Kläranlage 5 als Klärschlamm 9 liegen bleibt. Der Niederschlag 4 besteht aus schwerlöslichem Eisen-III-Phosphat 31, wobei die Niederschlags richtung durch den Pfeil 32 angedeutet ist.To remove anionic phosphate 2 from the waste water 3 , the cathode-anode arrangement 30 is introduced into it, the sacrificial anode 10 being made of iron and the cathode 20 being made of copper. Both metals have direct contact with one another at the contact surface 7 , so that a potential can be built up which leads to the ion anode being released from the sacrificial anode 10 . The iron first goes into solution as iron (II +) ion, is then oxidized by the surrounding wastewater 3 to iron (III +) ion and forms a poorly soluble precipitate 4 with phosphate 2, which lies at the bottom 8 of the sewage treatment plant 5 as sewage sludge 9 remains. The precipitate 4 consists of poorly soluble iron III phosphate 31 , the direction of precipitation being indicated by the arrow 32 .
Die frei werdenden Elektronen 11 verbinden sich mit den Wasser stoffionen 12 des Wassers zu elementarem Wasserstoff 13, der in Richtung der Pfeile 14 aus dem Abwasser 3 entweicht. Die Kationen, bei denen es sich um Eisen-II beziehungsweise Eisen- III-Ionen handelt, sind mit 1 bezeichnet und lösen sich in Richtung der Pfeile 15 aus der Eisenopferanode 10.The released electrons 11 combine with the water ions 12 of the water to form elemental hydrogen 13 , which escapes from the wastewater 3 in the direction of the arrows 14 . The cations, which are iron (II) and iron (III) ions, are denoted by 1 and detach from the iron sacrificial anode 10 in the direction of the arrows 15 .
Nach dem vollständigen Auflösen der Opferanode 10 kann diese leicht ersetzt werden. Bei der Kupferkathode 20 handelt es sich beispielsweise um ein Kupferrohr, während als Eisen-Opferanode 10 eine Eisenplatte verwendet wird, wobei die Eisen-Opferanode 10 entsprechende seitliche Vorsprünge aufweist, die in das Rohr der Kupferkathode 20 elektrisch leitend eingreifen. Die Eisen platte ist zum Beispiels als normale, handelsübliche ST37- Platte ausgebildet, an dem Kupferrohr ist zum Beispiel ein Strick oder ein Seil befestigt, um dieses zum Tauschen der Kathoden-Anoden-Anordnung aus der Kläranlage zu bergen.After the sacrificial anode 10 has completely dissolved, it can easily be replaced. The copper cathode 20 is, for example, a copper tube, while an iron plate is used as the iron sacrificial anode 10 , the iron sacrificial anode 10 having corresponding lateral projections which engage in an electrically conductive manner in the tube of the copper cathode 20 . The iron plate is designed, for example, as a normal, commercially available ST37 plate, for example a rope or a rope is attached to the copper pipe in order to retrieve it for exchanging the cathode-anode arrangement from the sewage treatment plant.
In der Fig. 3 ist eine Pflanzenkläranlage 6 gezeigt, bei der das Hauptbecken 60 ebenfalls die Kathoden-Anodenanordnung 30 aufweist. Das Hauptbecken 60 wird vom Zulauf 61 gespeist, der wiederum als Ablauf für den Vor- beziehungsweise Zwischen speicher 62 dient. Im Vor- beziehungsweise Zwischenspeicher 62 lassen sich gewisse Verunreinigungen schon durch Absetzen und Filtern herausholen.In Fig. 3 is a wetland 6 is shown, in which the main basin 60 also having the cathode-anode assembly 30. The main pool 60 is fed by the inlet 61 , which in turn serves as an outlet for the preliminary or intermediate storage 62 . Certain impurities can be removed from the preliminary or intermediate storage 62 by settling and filtering.
Das Hauptbecken 60 ist mit Pflanzen 63 bestückt, die den Klärvorgang unterstützen. Die Kathoden-Anoden-Anordnung 30 funktioniert hier wie oben beschrieben und fällt aus dem anfallenden Abwasser 3 das Phosphat als Eisenphosphat 31 aus, wobei dieses als Niederschlag 4 am Boden 64 des Hauptbeckens liegen bleibt. Der Boden 64 des Hauptbeckens 60 ist weiter mit Rollkies 65 bestückt. Das Hauptbecken 60 wird über den Ablauf 66 entleert, wobei zur Kontrolle noch ein Kontrollbecken 67 vorgesehen ist, in dem die Abwässer auf Reinheit kontrolliert werden können. Schließlich gelangt das geklärte Abwasser durch einen weiteren Ablauf 68 in das freie Gewässer 69.The main pool 60 is equipped with plants 63 that support the clarification process. The cathode-anode arrangement 30 functions here as described above and the phosphate precipitates out of the waste water 3 as iron phosphate 31 , which remains as precipitation 4 on the bottom 64 of the main basin. The bottom 64 of the main pool 60 is further equipped with rolling gravel 65 . The main pool 60 is emptied via the outlet 66 , a control pool 67 being provided for the control, in which the waste water can be checked for purity. Finally, the treated wastewater reaches the open water 69 through a further outlet 68 .
Die verschiedenen Vor- und Zwischenreinigungsschritte zum Entfernen der übrigen Schadstoffe aus dem Abwasser sind nicht weiter dargestellt.The various pre- and intermediate cleaning steps for Removing the remaining pollutants from the wastewater are not further illustrated.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.The claims now filed with the application and later are attempts to formulate without prejudice to achieve further protection.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.Should there be a closer examination, especially of the relevant prior art, show that one or other feature for the purpose of the invention, although favorable, not but what is crucial is, of course now striving for a wording that has such a characteristic, especially in the main claim, no longer has.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Haupt anspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.The backward relationships mentioned in the dependent claims point to the further training of the subject of the main claim by the features of the respective sub-claim out. However, these are not considered a waiver of achievement an independent, objective protection for the characteristics to understand the related subclaims.
Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.Features previously only disclosed in the description can in the course of the process as of essential to the invention Significance, for example to differentiate it from the prior art be claimed.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merk malen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merk malen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit an deren Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen. Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung wei tergehenden Schutzes.Features that were only disclosed in the description, or also individual features from claims that a plurality of Merk paint include, can be used at any time to differentiate from the state of Technology in the first claim to be adopted, and indeed then when such characteristics are related to other characteristics paint were mentioned or in connection with the characteristics of which achieve particularly favorable results. The are now with the application and claims filed later Attempts to formulate without prejudice to achieve white ongoing protection.
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DE (1) | DE10207611A1 (en) |
Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
DE102006060365A1 (en) * | 2006-12-15 | 2008-06-19 | Technische Fachhochschule Berlin | Method for reducing phosphate content of liquid e.g. waste water, comprises applying an electrical direct current voltage to two inert electrodes present in the liquid and transferring loaded fine dispersed or colloidal phosphate particles |
EP2383230A1 (en) | 2010-04-28 | 2011-11-02 | Wolfgang Wesner | Device and method for phosphation release by means of anodal metal solution |
CN109824125A (en) * | 2019-03-15 | 2019-05-31 | 济南大学 | Electrochemically strengthening sacrificial anode water purifying process and device |
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2002
- 2002-02-22 DE DE2002107611 patent/DE10207611A1/en not_active Withdrawn
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