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Entfernung organischer Bestandteile aus Abwässern. Synthetische oberflächenaktive
Mittel, sogenannte Surfaetants, machen nur einen Teil der vielen organischen. Verbindungen
aus, die in Abwässern auftreten, doch muß ihrer Beseitigung besondere Aufmerksamkeit
geschenkt werden, da sie selbst in niedrigen Konzentrationen zu starker Schaumentwicklung
neigen. Es zeigt sieh, daß das aus der üblichen Abwasserbehandlung erhaltene Wasser
in vielen Gebieten, innbesondere in Industrie-und Stadtgebieten, eine große Menge
schaumbildender Stoffe enthält. Ein Beispiel für die synthetischen Surfactants,
welche unter der üblichen Behandlung nicht ausreichend biologisch zersetzt werden,
sind synthetische Reinigungsmittel wie a.B. Alkylbenzolsulfate (ABS), worin die
Alkylgruppe verzweigt ist, z.B. Tetrapropylen. Das Schäumen tritt bei Konzentrationen
der synthe tischen Reinigungsmittel über etwa 1 T.p.M. auf. Die schaumbildenden
Surfactants, welche bei der Abwasserbehandlung nicht ohne weiteres biologisch
abgebaut werden und deren Konzentration im gewöhnlichen Abwasser häufig hoch genug
ist, daß auch nach der Behandlung des Abwassers Schaum gebildet wird, werden "beständige
Surfaotants" genannt.
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Bisher wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um die
Konzentration der beständigen Surfactants soweit herabzusetzen,'
daß
kein Schaum mehr auftritt, gewöhnlich bei oder unter 1 T. p.M. Eine Behandlung mit
Aktivkohle ist zwar wirksam, läßt sich jedoch nicht wirtschaftlich durchführen.
Die Schaumfraktionierung hat neuerdings an Interesse gewonnen. Die hohe Konzentration
der beständigen Surfactants jedoch, die im Schaum erforderlich ist, um eine wirtschaftlich
durchführbare Verdampfung zu gestatten und das daran anschließende Problem der Beseitigung
der beständigen Surfactants haben die Chancen ihrer Anwendung verringert. Es wurde
nun gefunden, daß man aus dem Abwasser Wasser gewinnen kann, welches nichtmehr als
etwa 1 T.p.M. organische Bestandteile wie beständige Surfactants, insbesondere Alkylbenzolsulfonate
enthält, wenn man das Abwasser durch Hindurchleiten von Gas aufschäumt, den Schaum
von der flüssigen Phase abtrennt und einem biologischen Abbau unterwirft. Dabei
kann man z.B. das Abwasser in einem Belüftungstank nach den üblichen Verfahren unter
Verwendung von aktiviertem Schlamm behandeln, den Strom aus dem Belüftungstank in
einen Absetztank leiten und die Feststoffe absetzen lassen, die oberschwimmende
Flüssigkeit oder den Strom aus dem Absetztank in einen Schaumkessel einführen, die
oberschwimmende Flüssigkeit in einem Schaumfraktioniergefäß fraktionieren, den Schaum
zur weiteren Behandlung mit aktiviertem Schlamm in den Belüftungstank zurück. leiten
und gereinigtes Wasser aus einem unteren Teil des Schaumfraktioniergefäßes abziehen.
Es zeigt sieh, daß man so auf kontinuierliche Weise Wasser mit Konzentrationen an
beständigen Surfactants von etwa 1,0 oder weniger T.p.M. erzielen kann.
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Verschiedene Verfahren zur Behandlung von Abwasser mit Aktivschlamm
sind dem Fachmann wohlbekannt und werden in einer Reihe von Berichten und Artikeln
beschrieben. S. z.B. Sewage Treatment, 2, Auflage, Imhoff and Fair (1956), lohn
Wiley & Sons, Inc., New York,. S. 136. Dieses Verfahrem umfaßt (1) die kontinuierliche
Rückleitung der benötigten Mengen aktivierten Schlamms zu einem in einen Belüftungstank
einfließenden Strom (Rückführschlamm.) und die Entfernung des Schlamms über diese
Mengen
hinaus (Schlammüberschuß oder Abfallschlamm); (2) die Belüftung des Abwasserschlamme
(gemischte Flüssigkeit), um ihn serobisch zu halten; (3) die Bewegung des Abwasserschlammgemische
durch Luft oder mechanisches Rühren, um die Flocken in Suspension zu halten und.
in Kontakt mit suspendierten und gelösten Stoffen zu bringen, welche durch die Flocken
aus dem Abwasser entfernt werden sollen und (4) das Absetzen des Stromes aus dem
Belüftungstank zur. Abtrennung der aktivierten Schlammfeststoffe aus dem Wasser.
| Nach der vorliegenden Erfindung wird der Strom aus dem |
| Absetztank, welcher aus einer Flüssigkeit besteht, die im we- |
| sentlichen.freio von suspendierten Feststoffmaterial.ist, ge- |
| wöhnlich mittels einer.Pumpe in ein Schaumfraktioniergefäß
ge- |
| leitet. Der Strom wird an. einer Stelle zwischen .dem oberen
und |
| unteren Ende der Flüssigkeitskolonne, vorzugsweise oberhalb
der |
| Mitte in das S-chaumfraktioniergefäß eingeführt. Gas oder Dampf |
| wird in einen unteren Teil des Gefäßes in der Form von zahl- |
| reichen Blasen eingeführt. Die Blasenströmen durch das Abwassex |
| rasch aufwärts, wobei sie. eine mäßige Bewegung verursachen.
und |
| entlang der Kolonne ein senkrechtes Konzentrationsdifferential |
| der beständigen Surfactants im Strom verursachen. Durch die |
| Einwirkung der durch den Strom fließenden Blasen wird an der |
| Oberseite der Flüssigkeit Schaum erzeugt. Dieser Schaum wird |
| zur Weiterbehandlung mit aktiviertem Schlamm in den Belüftungs- |
| tank zurückgeleitet. Sobald das obere Ende des eam Schaum- |
| fraktionierkes.sels geschlossen ist, tr%bt die Kraft des buft- |
| stroms den Schaum in den Auslaß und gewöhnlich reichender |
| Luftstrom und das Gewicht aus, um die Bewegung des Schaums |
| duroh.eine Leitung ,in den Belüftungstank fortzusetzen.. Gegebener |
| falls können auch andere Vorrichtungen wie z.B. Pumpen vergren- |
| det eerden. Der Schaum kann auch durch einfaches Überfließen, |
| aus einem offenen Schaumtank in eine Schräggranne unter der
Wir- |
| kung der Schwerkraft in den Belüftungstank zurückgeführt werden. |
| Das Wasser wird im unteren Teil des Schaumkessels mit einer
et- |
| was niedrigeren üeschwindigkeit abgezogen als das behandelte |
| Abwasser in den Kessel eingeführt wird. Die niedrigere Geschwin#- |
digkeit ist erforderlich, um den in Form von Schaum entfernten
Strom aus dem Absetztank auszugleichen.
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Der Schaumfraktionierkessel ist gewöhnlich mindestens 0,30 m hoch
und besteht vorzugsweise aus einer Kolonne mit eines Höhe von mindestens 0,90 m.
In der Praxis ist die Kolonne gewöhnlich etwa 1,5 - 9 m hoch, kann jedoch gegebenenfalls
auch höher sein. Der Durchmesser der Kolonne ist von der Höhe der Kolonne sowie
von der Fließgeschwindigkeit und dem Volumen des zu behandelnden Abwassers abhängig.
Je größer die zu behandelnde Menge Abwasser ist, desto größer muß der Durchmesser
sein, wenn man eine konstante Verweilzeit und Höhe annimmt. Die Kolonne hat einen
Lufteinlaß nahe dem Boden, einen Auslaß für das gereinigte Wasser in einem unteren
Teil der Kolonne, einen Einlaß für den Strom aus dem Absetztank an einem Punkt in
der Mitte, vorzugsweise im oberen Teil der Kolonne, einen Auslaß für Schaum, der
mit einer Leitung in Verbindung steht, welche den Schaum zur weiteren Behandlung
in den Belüftungstank zurückleitet.
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Der Schaum-Fraktionierkessel kann einen konstanten Querschnitt oder
vorzugsweise einen radial abnehmenden Querschnitt haben. Den abnehmenden Querschnitt
kann man auf verschiedene Arten erreichen. Z.B. kann man einen Kegelstumpf verwenden
oder man kann Kessel mit abnehmendem Querschnitt übereinanderstellen, sodaß man
einen einzigen Kessel mit sich verringerndem Querschnitt erhält. Es sind verschiedene
Konstruktionen möglich, die sich vorteilhaft verwenden lassen..
| Eine besonders vorteilhafte Konstruktion besteht aus ei- |
| nem ersten zylindrischen Kessel mit verhältnismäßig großem
Durcx |
| messer in senkrechter Stellung und einem zweiten zylindrischen |
| Kessel mit geringerem Durchmesser, welcher auf den oberen Teil, |
| des ersten Zylinders aufgesetzt wird. Der zweite Kessel.
steht |
| an seinem .oberen Ende in. Verbindung mit einem Ausdehnungskessel, |
| der vorzugsweise die Form einer Kugel hat. Der Strom, aus dem |
| Absetztank wird durch einen. E.nl aß nahe dem oberen Teil des
. |
ersten Kessels eingeführt, während das behandelte Wasser aus einem
Auslaß nahe dem Boden des ersten Kessels entfernt wird. Außerdem ist nahe dem Boden
des ersten Kessels ein Lufteinlaß vorgesehen. Der Ausdehnungskessel hat einen Auslaß
für den Schaum in seinem oberen Teil.
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Beim ersten Kessel ist die Querschnittsfläche zwei- bis viermal größer
als die des zweiten Kessels, während seine Höhe nur der Hälfte bis zu einem Fünftel
des zweiten Kessels entspricht. Der Ausdehnungskessel hat gewöhnlich seine größte
Quersohnittflächee zwischen den Querschnittflächen der beiden Kessel.
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Die Größe der verwendeten Anlage sowie die Wirksamkeit der Behandlung
sind abhängig von dem zu behandelnden Abwasservolumen, von der Konzentration der
beständigen Surfactants im Abwasser aus dem Absetztank und der zulässigen menge
der bestän digen Surfactants in dem schließlich erzielten Wasser. Die verschiedenen
Bedingungen und Grenzen sind daher größtenteils voneinander abhängig und müssen
aufeinander abgestimmt werden.
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Die Verweilzeit des Abwasserstroms in der Fraktionskolonne ist von
den verschiedenen bereits erwähnten Variablen ab-
| hängig, sowie von der Wirksk-unkeit der Fraktionierkolonne.
Da- |
| her ist ein Komiomiß zwischen der höhe der Kolonne, welche
die |
Wirksamkeit erhöht, und einer Verkürzung der Verweilzeit zulässig, denn eine kurze
Verweilzeit erweist sich als zweckmäßig zur Steigerung der Leistungsfähigkeit der
Anlage. Unter den üblichen Bedingungen beträgt daher die Verweilzeit etwa 10 Minuten
bis 24 Stunden. Verweilzeiten im Bereich von 10 Minuten. bis 2 Stunden werden bevorzugt.
| Die erforderliche Gusmenge ist von der anwesenden Menge |
| der beständigen Surfactante sowie von der Höhe der Schaumfrak- |
| tionier-Kolonne abhängig. Das Gas, gewöhnlich Luft, wird in
cbm |
| freier Luft pro Liter behandeltes Abwasser bemessen. Mengen
im |
| Bereich von 0.000074 abm bis 0,74 cbm/,Liter sind verwendbar, |
| doch werden,Xengen im Bereich von 0,00074 bis 0,037 abm/Ziter |
| bevorzugt; |
Das Gas sollte in Form von kleinen Blasen in das Abwassereingeführt
werden. Blasen von nur 0,05 mm sind verwendbar und können je nach der Größe des
Schaumfraktioniergefäßes bis zu 5 cm groß sein. Gewöhnlich haben die Blasen jedoch
einen Durchmesser von 0,1 bis 1 cm. Die Blaszen lassen sich auf verschiedene Arten
herstellen, doch werden sie am zweckmäßigsten so hergestellt, daß man die Luft durch
eine grobe, poröse Platte leitet. Die poröse Platte ist von solcher Größe, daß sie
einen ausreichenden Querschnitt bedeckt, sodaß ein großer Teil des Abwassers im
Schaumfraktioniergefäß durch das Gas bewegt wird.
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Eine wesentliche Abnahme der Konzentration der beständigen Surfactants
läßt sich sowohl bei einem Abwasser mit nur etwa 1 T.p.M. beständigen Surfactants
als auch bei Abwässern mit bis zu etwa 20 T.p.M. Surfactants erzielen. Der chemische
| Oxydationsbedarf (COD) des roken Abwassers, welches die
anwe- |
| senden Surfactants einschließlßeh, liegt gewöhnlich
im Bereich |
von etwa 100 T.p.M. bis 500 T.p.M. Nach der Behandlung des rohen Abwassers beträgt
der chemische Oxydationsbedarf gewöhnlich nur 20 bis 200 T.p.M.
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Es wurde gefunden, daß die folgenden Abweichungen von dem oben beschriebenen
Verfahren die Leistung der Abwasserbehandlung verbessern. Durch Verwendung einer
Ausdehnungskammer im Schaumbereich des Schaumfraktioniergefäßes, d.h. im Bereich
zwischen dem Schaumauslaß und der Oberfläche des Abwasserstromes kann eine Konzentration
der beständigen Surfactants im Schaum erreicht werden. Durch eine Konzentrierung
der beatändigen Surfactante wird weniger Wasser zur Behandlung in den Be-
| lüftungstank eingeführt, sodaß die Wirksi@mkeit des
Syastems |
| in der pro Zeiteinheit behandelten Menge Wasser gesteigert
wird |
| Eine größere Wirksamkeit bei der Entfernung von beständigen |
| Surfacta.its erreicht man außerdem durch Verwendung mehrerer |
| Schaumfraktioniergefäße anstelle eines einzigen Schaumfraktio- |
| niergefäßes. Es wurde gefunden, daß zwei Kolonnen mit der hal- |
| ben Höhe einer einzelnen Kolonne eine viel wirksamere Entfer- |
| nung der beständigen Surfactants als eine einzelne Kolonne
er- |
| geben. |
Beispiel I: Es wurde eine kleine Schaumanlage für Laboratoriumszweeke
hergestellt. Sie bestand aus einem 2 Liter-Rundkolben, welcher
| mit einer iiigreauakolonne mit einer Länge von etwa 50 cm und |
| einer Beeite von 2 am ausgestattet war. Am oberen Lnde der |
Vigreauxkolonne war ein 1 Liter-Rundkolben mit einem 098 cm rohrförmigen Auslaß
aufgesetzt, durch welchen der Schaum in einen Behälter strömte. Der einfließende
Strom wurde nahe der Mitte des 2-Literkolbens eingeführt, während der Strom am Boden
des Kolbens abgezogen wurde. Die Belüftung wurde dadurch er reicht, daß man feuchte
Luft durch ein Luftdispergierrohr einspritzte, das bis zum Boden des 2-Literkolbens
verlief. Die
| Luftgeschwindigkeiten wurden an einem Strommesser gemessen
und |
| so reguliert,, daß die Flüssigkeitssäule in der vigreauakolonne |
nie ihre Kontinuität mit der Flüssigkeitsmasse in dem 2-Literkolben verlor.
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Mit einer Beschickungslösung, welche 10 T.p.m. ABS=Alkylbenzolsulfonat
enthielt, worin das ABS vorwiegend aus Tetrapropylenbenzolsulfonat bestand, wurde
Luft in einem Umfang von etwa 500 bis 600 ccm/Minute eingeführt. Die Verweilzeit
für die Beschickungslösung wurde bei etwa 2 Stunden gehalten. Es zeigte sieh, daß
der ausfließende Strom etwa 1 T.p.M. ABS enthielt. Sobald die Zeit auf 11,5 Stunden
gesteigert wurde, sank die ABS-Konzentration im ausfließenden Strom auf 0,45.
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Mit einer Beschickung, welche 3 T.p.M. ABS enthielt und einer Verweilzeit
von 2r6 Stunden wurde die Konzentration von ABS im Strom um das Zehnfache auf 0,3
T.p.M. herabgesetzt, die ABS-Konzentration im Schaum betrug 1,24%.
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Beiapiel II in einen Abwasserbehandlungssystem für die Reinigung von
- täglich 3 780
000 Liter Wasser verwendet man einen Belüftungstank mit einem
Fassungsvermögen von etwa 945 000 Liter. Der
aktivierte Schlamm
hat eine durchschnittliche Konzentration von etwa 2000 bis 3000 T.p.M., während
das Abwasser einen chemischen Sauerstoffbedarf von etwa 300 bis 350 T.p.M. hat.
Die ABS-Konzentration des eingeführten Abwassers beträgt durchschnittlich etwa 5
bis 10 T.p.M. Das Abwasser wird 6 Stunden im Belüftungstank behandelt und wird dann
in einen Absetztank geleitet. nach etwa 1 bis 2 stündigem Stehen wird die oben Schwimmende
Flüssigkeit, welche verhältnismäßig frei von suspendierten Feststoffen ist, in einen
Schaumfraktionierkessel mit einem Fassungsvermögen von etwa 160 000 Liter geleitet.
Der Kessel hat einen Durchmesser von etwa 5,4 m, eine Höhe von etwa 6,6 m
| und ist an beiden Enden geschlossen. Am Boden des Schagmfrak- |
| tionierlgbefinden sich mehrere Lufteinlässe, welche
mit |
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groben porösen Platten ausgestattet sind. Der Strom aus dem Absetztank wird zu einer
Stelle etwa 42 m vom Boden des Kessels gepumpt. Dieser Punkt befindet sich etwa
0,6 m unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Die Luft wird mit einer Geschwindigkeit
von etwa 0s0074 obm/Liter Abwasser eingeführt. Der Flüssigkeits-Strom wird bei einer
Geschwindigkeit gehalten, welche in der Kolonne eine Verweilzeit von etwa 1 Stunde
erlaubt. Das behandelte Abwasser wird aus dem Kessel durch einen Auslaß etwa 0,45
m vom Boden des Kessels entfernt. Das erzielte Wasser hat weniger als 1 T.p.M. Alkylbenzolsulfonat.
Der im Kreislauf geführte Schaum hat ABS in einem Bereich von etwa 200 bis 250 T.p.M.
und eine Wassermenge, welche etwa 1 % des gesamten behandelten Abwassers entspricht.
Das aus dem Schaumfraktionierkessel ausfließende Wasser hat einen chemischen Sauerstoffbedarf
von durchschnittlich etwa 75 bis 90.
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Es wurde ferner gefunden, daß sich durch Kreislaufführung des
Schaums auch andere organische Stoffe im Wasser entfernen lassen, wodurch der biologische
Sauerstoffbedarf (BOD) und der chemische Sauerstoffbedarf (GOD) gesenkt werden.
Das erzielte Wasser schäumt nicht und hat gußerdem eine niedrigere Konzentration
an unerwünschten organischen Verunreinigungen.
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Aus den. vorstehenden Beispielen geht hervor, daß sich der
Wirkungsgrad
bei der eEntfernung der beständigen Surfaetants stark verbessern läßt, wenn man
einen Belüftungstank zur Behandlung mit Aktivschlamm und einen Absetztank, die beide
bereits in den meisten Abwasserverfahren verfügbar sind, mit einem Schaumfraktioniergefäß
kombiniert und den Schaum zurückleitet. Bei einer nur mäßigen Ausgabe für zusätzliche
Vorrichtungen
| und einer geringen: Abnahme der in einer bestehenden Anlage
zu |
| behandelnden Abwassermenge kann AN Wasser erzielen, in welchem |
die Konzentration an beständigen Surfactants niedrig genug ist, sodaß es nicht schäumt.