DE19646414C1 - Vorrichtung zur Aufbereitung von kommunalen Abwässern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Abwässern, ins­ besondere von kommunalen oder ähnlich zusammen gesetzten Abwässern, die einen hohen Anteil an kolloidalen und hochmolekularen organischen In­ haltsstoffen aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt für den Einsatz bei der de­ zentralen Abwasserentsorgung vorgesehen und ermöglicht die Abwasserrei­ nigung mit einem hohen Wirkungsgrad in einer Kompaktanlage. Für den Auf­ bau von Kompaktanlagen, die für die dezentrale Abwasserentsorgung einge­ setzt werden, sind Vorrichtungen für biologische Verfahren im Nachteil, da mit diesen nur geringe Stoffumsätze erzielbar sind und somit die Vorrichtun­ gen große konstruktive Abmessungen erfordern.

Physikalisch-chemische Verfahren zur Abwasseraufbereitung weisen einen wesentlich höheren Stoffumsatz als biologische Verfahren auf. Demzufolge weist eine Vorrichtung für ein physikalisch-chemisches Verfahren bei einem Stoffumsatz vorgegebener Größe wesentlich geringere konstruktive Abmes­ sungen auf als vergleichbare Vorrichtungen für ein biologisches Verfahren. Zur Aufbereitung von kommunalen oder ähnlich zusammengesetzten Abwäs­ sern sind jedoch bisher ausschließlich physikalisch-chemische Verfahren bzw. Vorrichtungen wegen zu hoher Betriebs kosten nicht zum Einsatz gelangt.

Nachfolgende Dokumente enthalten Hinweise auf den Stand der Technik. Aus Chemical Abstracts, Vol. 95, 1981, p. 338, Ref. Nr. 95: 138048q ist eine Vorrichtung zur Abwasserbehandlung entnehmbar, bei der biologisch vorgereinigtes Wasser unter Verwendung einer Edelstahl-Anode elektrolytisch behandelt wird. Anschließend wird das Wasser gefiltert, wobei ein Membran- und anschließend ein Aktivkohlefilter eingesetzt wird.

Aus der DE 31 21 337-A1 ist eine Filteranlage bekannt, bei der eine Durch­ flußelektrolysezelle einem Filter so vorgeschaltet ist, daß zumindest ein Teil des dem Filter zugeführten Wassers durch die Durchflußelektrolysezelle strömt. Die Elektrolysezelle erzeugt kontinuierlich Desinfektionsmittel zur Desinfizierung der Rohwasserseite des Filters. Falls der Chloridionengehalt des Rohwassers nicht ausreicht, werden dem Wasser zusätzlich Chlorid oder zusätzliche Desinfektionsmittel, ggf. auch Flockungsmittel zugesetzt. Ferner kann ein Aktivkohlefilter nachgeschaltet werden, der zusätzlich bakterizid wirkende Substanzen enthält.

Aus der DE 92 18 559-U1 ist eine Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser entnehmbar, wobei in einer Behandlungsstufe eine physikali­ sche und/oder chemische Behandlung des Konzentrats durchgeführt wird. Es wird eine UV-Bestrahlungseinheit, eine Ozonbehandlungseinrichtung und eine Chemikalienzuführungseinrichtung eingesetzt, aus der Flockungs- und Fäl­ lungsmittel, sowie Adsorptionsmittel, wie Aktivkohle, Bentonit oder ähnliches bereitgestellt werden.

Aus ZA 7107184, Referat aus Chemical Patents Index, Derwent Publications LDT, Ref. Nr. 30651V/16 ist eine Vorrichtung zur Desinfektion von Schwimmbadwasser entnehmbar, wobei das Wasser unter Zusatz von Koch­ salz mittels Elektrolyse behandelt wird.

Die FR 2 485 570-A1 zeigt eine Vorrichtung zur elektrochemischen Was­ serzersetzung mit einer dafür geeigneten Elektrodenanordnung.

Die DE 295 02 118-U1 zeigt eine mobile Anlage zur Behandlung von Ab­ wasser. Während der Behandlung werden Zusatzstoffe zugeführt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur physikalisch­ chemischen Abwasseraufbereitung zu schaffen, die einen verbesserten Wir­ kungsgrad und somit geringe Betriebskosten aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Patentan­ spruch 1 gelöst, die eine hocheffektive Abwasserbehandlung ermöglicht. Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu Vorrichtungen, die auf biologischen Verfahren beruhen, kein biologischer Überschußschlamm entsteht, weist die Vorrichtung im Vergleich zu biologischen Abwasserreini­ gungsanlagen sehr geringe bauliche Abmessungen auf. Die Vorrichtung eig­ net sich daher besonders zur Realisierung von Kompaktanlagen, die für eine dezentrale Abwasseraufbereitung vorgesehen sind. Die verwendete Edelstahl­ elektrode hat sich als besonders geeignet erwiesen, da die elektrochemische Reaktion, bei der hochaktiver Sauerstoff gebildet wird, durch den katalyti­ schen Effekt des Elektrodenmaterials unterstützt wird, wodurch ein beson­ ders hoher Wirkungsgrad bei der Ausflockung der kolloidalen Feststoffe und der partiell oxydierten, gelösten Abwasserinhaltsstoffe erreicht wird. Da sich die als Anode geschaltete Edelstahlelektrode nicht auflöst, fällt auch kein zu­ sätzlich zu entsorgender Rückstand an. Es ist vorteilhaft, wenn die Edel­ stahlanode aus tiefgezogenem Blech, Streckmetall, Siebgeflecht oder Fließ­ spänen besteht, da diese Materialformen eine große Oberfläche aufweisen und wirtschaftlich günstig herstellbar sind. Die Kathode besteht vorzugsweise ebenfalls aus Edelstahl. Das zu behandelnde Abwasser strömt von einer Un­ terkammer von unten durch die flache, flüssigkeitsdurchlässige Edel­ stahlanode in eine Oberkammer, wobei die entstehenden Ausflockungen sich mit den aufsteigenden Sauerstoffbläschen vereinigen und zur Wasseroberflä­ che hin transportiert werden.

Als wasserspeichernde Materialien zur Fixierung der Konzentrate der Ultrafil­ tration sind vorzugsweise vernetzte organische Polymere, wie z. B. Acryl­ amid/Acrylsäure-Copolymerisate oder Materialien mit vergleichbaren Eigen­ schaften geeignet, da diese Materialien ein sehr hohes Wasseraufnahmever­ mögen aufweisen, wobei das aufgenommene Wasser durch Verdunsten oder Verdampfen wieder aus den wasserspeichernden Materialien entfernbar ist, so daß eine Mehrfachbeladung der Materialien möglich wird.

Als Filter werden Membranfilter eingesetzt, die bevorzugt nach dem Prinzip einer Cross-flow- oder Querstrom-Filtration betrieben werden. Es können je­ doch in Abhängigkeit von den jeweiligen Prozeßbedingungen auch andere Filterarten zum Einsatz kommen.

Eine effektive Prozeßdurchführung wird erreicht, wenn die zwischen der Edelstahlanode und der Kathode angelegte Gleichspannung zwischen 15 V und 60 V beträgt. Bevorzugt wird in einem Spannungsbereich zwischen 20 V und 25 V gearbeitet.

Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den ver­ bleibenden Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung des Aus­ führungsbeispiels in Verbindung mit der beigefügten schematischen Zeich­ nung, wobei sich die Erfindung auf alle daraus entnehmbaren Merkmale oder Merkmalskombinationen richtet, auch wenn diese nicht ausdrücklich in den Ansprüchen angeführt sind.

Fig. 1 zeigt schematisch den Ablauf einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Patentanspruch 1.

Fig. 2 zeigt ein vergrößertes Detail von Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 wird kommunales Abwasser 1 aus einem Sammelschacht 2 mit einer Schneidradpumpe 3 in einen Grobfilter 4 gefördert und dort durch Schwerkraftfiltration nach dem Beutel-Filter-Prinzip von Feststoffen getrennt. Es können jedoch auch andere vergleichbare Stofftrennverfahren eingesetzt werden. Die anfallenden Rückstände 5 werden abgezogen und in die örtliche Entsorgung gegeben.

Das vorgeklärte Abwasser 6 wird in einen Behälter 7 geleitet, der in seinem Bodenbereich eine schlitzförmige Einlaßöffnung 8 aufweist, durch welche das Wasser in eine Elektrolysekammer 9 zur oxydativ-elektrochemischen Behand­ lung einströmt. Die Elektrolysekammer 9 ist in eine Unterkammer 9a und in eine Oberkammer 9b durch eine flache, flüssigkeitsdurchlässige und katalytisch wirkenden Edelstahlanode 10 geteilt. Das Abwasser 6 strömt intensiv von unten nach oben an der großen Oberfläche der Edelstahlanode 10 vorbei. Die Edelstahlanode 10 steht mit einer Kathode 11 elektrisch in Verbindung, wo­ bei die Betriebsspannung in diesem Ausführungsbeispiel 24 V beträgt.

Die geometrischen Abmessungen der Kathode 11 und der Edelstahlanode 10 bzw. deren Abstände zueinander sind so zu wählen, daß in Abhängigkeit vom Abwasserdurchsatz eine ausreichende Menge an atomarem, d. h. hoch­ reaktionsfähigem Sauerstoff erzeugt wird. Um zu verhindern, daß sich die an der Kathode aufsteigenden Wasserstoffbläschen 12 mit den an der Anode aufsteigenden Sauerstoffbläschen 13 mischen, wobei gefährliche Betriebszu­ stände eintreten können, ist die Kathode 11 mittels eines Gehäuses 14 um­ geben, das in seinem tiefstliegenden Abschnitt eine Gehäuseöffnung 15 auf­ weist, die eine durch gestrichelte Linien 16 in Fig. 2 dargestellte elektrische Verbindung zur Edelstahlanode 10 gewährleistet. Durch das Gehäuse 14 wird der Wasserstoff von der umgebenden Atmosphäre separiert und kann gefahr­ los entsorgt werden.

Wenn das Abwasser 6 mit der Oberfläche der Edelstahlanode 10 in intensive Berührung kommt, erfolgt eine Ausflockung der kolloidalen und hochmoleku­ laren organischen Inhaltsstoffe. Die durch die Ausflockung entstandenen Schwebeteilchen 17 werden mittels der Strömung nach oben zur Wasser­ oberfläche geschwemmt. Dieser Vorgang wird unterstützt durch die aufstei­ genden Sauerstoffbläschen 13, an denen sich ein Teil der Schwebeteilchen 17 anlagert und somit durch den Auftrieb der Sauerstoffbiäschen 13 mitge­ hoben werden. Durch die intensive Abführung der ausgeflockten Schwebe­ teilchen 17 wird eine Selbstreinigung der Anodenoberfläche bewirkt. Daher sind Bereiche, wie tote Winkel mit geringer Strömungsgeschwindigkeit u. dgl., zu vermeiden, in denen sich Schwebeteilchen anreichern und festsetzen kön­ nen.

Das Wasser verläßt die Elektrolysekammer 9 über eine Austrittsöffnung 18, ge­ langt in einen Auffangbehälter 19, wird mittels einer Pumpe 20 durch eine Ultrafiltrationseinheit 21 und von dort zurück in den Behälter 7 geleitet. Die­ ser Kreislauf wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 25 mal durch­ laufen. Anschließend wird das durch die Filtration entstandene Klarwasser abgezogen und in einen Vorfluter verbracht.

Die Konzentratphase mit den abgetrennten Abwasserschmutzstoffen weist einen Volumenanteil von ca. 1/20 des Gesamtvolumens des vorgeklärten Abwassers 6 auf und wird in eine mit Acrylamid/Acrylsäure-Copolymerisat (Fixiermittel) gefüllte Fixiereinheit 22 geleitet. Wenn die Fixiereinheit 22 keine Inhaltsstoffe mehr aufnehmen kann, wird die beladene Fixiereinheit 22 gegen eine neue oder gegen eine entwässerte ausgetauscht. Die beladene Fixierein­ heit 22 wird in einem Luftstrom getrocknet und dadurch entwässert. Wenn keine ausreichende Wasseraufnahmefähigkeit mehr vorhanden ist, wird das Fixiermittel entsorgt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Behandlung von vorgeklärtem, von groben Verunreinigungen befreitem Abwasser, das einen hohen Anteil an kolloidalen und hochmolekularen organischen Inhaltsstoffen aufweist, wobei das Abwasser durch miteinander verbundene Behältereinheiten geleitet wird; in denen Behandlungsschritte vor­ genommen werden, wobei die Vorrichtung aufweist:

• - einen Behälter (7), der mit dem vorgeklärten, von groben Verunreini­ gungen befreiten Abwasser (6) beschickt wird,
• - eine Elektrolysekammer (9), die über eine, in Bodennähe angeordnete Öffnung (8) mit dem Behälter (7) verbundenen ist,
• - einen Auffangbehälter (19), der mit der Elektrolysekammer (9) über eine Überströmöffnung (18) verbunden ist,
• - eine Ultrafiltrationseinheit (21) zum Abtrennen der Abwasserschmutzstof­ fe aus dem in der Elektrolysekammer (9) behandelten Abwasser,
• - eine Fixiereinheit (22) zum Fixieren der Konzentratphase der Ultrafiltrati­ onseinheit, wobei
• - die Elektrolysekammer (9) durch eine flache, flüssigkeitsdurchlässige Edelstahlanode (10) in eine Unterkammer (9a) und in eine Oberkammer (9b) geteilt ist, und in der Unterkammer (9a) eine Kathode (11) angeord­ net ist, die von einem gasdichten Gehäuse (14), das eine untere Gehäu­ seöffnung (15) aufweist, umschlossen ist, so daß von der Kathode (11) aufsteigende Wasserstoffbläschen (12) innerhalb des Gehäuses (14) nach oben entweichen können und nicht mit den von der Edelstahlanode (10) aufsteigenden Sauerstoffbläschen (13) in Verbindung kommen,
• - die Ultrafiltrationseinheit (21) über eine vorgeschaltete Pumpe (20) mit dem Auffangbehälter (19) verbunden ist, die Ultrafiltrationseinheit (21) permeatseitig zur Kreislaufführung mit dem Behälter (7) verbunden sein kann, und
• - die Fixiereinheit (22) Stoffe mit einem hohen Wasseraufnahmevermö­ gen zur Aufnahme der Konzentratphase der Ultrafiltrationseinheit beinhal­ tet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Edel­ stahlanode (10) aus tiefgezogenem, profiliertem Blech, Streckmetall, Siebge­ flecht oder Fließspänen besteht.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fixiereinheit (22) mit vernetzten organischen Polymeren, ins­ besondere Acrylamid/Acrylsäure-Copolymerisaten oder mit Materialien mit ver­ gleichbaren Eigenschaften gefüllt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ultrafiltrationseinheit eine Cross-flow- oder Querstrom- Filtration ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Gleichspannung von 15 bis 60 V und insbesondere von 20 bis 25 V angelegt ist.