DE2026126A1 - Verfahren zum kontinuierlichen Reinigen von Abwässern sowie Anlage zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Paienianwcdi
Di. W. Η^ί-θ

£₉ 8

H.P. Hefermehl S.A. Vevey (Schweiz)

Verfahren zum kontinuierlichen Reinigen von Abwässern sowie Anlage zur Ausführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Reinigen von Abwässern sowie eine Anlage zur Ausführung des Verfahrens. (

Der hohe Anfall an landwirtschaftlichen Abwässern und namentlich an Jauche stellt immer grössere Probleme für die Landwirtschaft sowie den Gewässerschutz dar. Die landwirtschaftliche Verwertung der Jauche stösst immer mehr auf Schwierigkeiten wegen Mangels an geeignetem Grasland und wegen Anwachsen der Austragkosten. Die für den Gewässerschutz verantwortlichen Stellen ihrerseits sehen sich zu immer einschneidenderen Vorschriften veranlasst, um die verheerende Auswirkung der Gewässerverschmutzung durch landwirtschaft- " liehe Abwässer zu verhindern.

Die genannten Schwierigkeiten einerseits und die verschärften Vor-Schriften andererseits haben in letzter Zeit den Ruf nach einem Verfahren zur wirtschaftlichen Unschädlichmachung dieser Abwässer immer lauter werden lassen. Die in jüngster Zeit aufgetretene Ten denz nach Konzentration und Rationalisierung der Zucht- und Mastbetriebe hat diese· Bedürfnis noch verstärkt, da das für die land-

15.5.70/hs - 1 -

009850/1860

wirtschaftliche Verwertung benötigte Land, das nach den bestehenden Vorschriften z.B. mindestens 1 ha pro 10 Mastschweine betragen muss, der überwiegenden Zahl von Betrieben bei weitem nicht zur Verfügung steht. -

Die Vorschriften über die Lagerung der Jauche vor deren Austragung verlangen ausserdem eine beinahe untragbare Investition in Jauchegruben.

Die Einleitung von Jauche oder jauchehaltigen Abwässern in eine Öffentliche Kläranlage ist wegen der übermässigen Belastung an organischen Stoffen, die daraus erfolgen würde und wegen der Verstopfungsgefahr der Kanalisation nicht statthaft.

Die Klärung von Jauche und jauchehaltigen Abwässern in herkömmlichen Totaloxydationsanlagen hat sich nicht bewährt und als unwirtschaftlich erwiesen. Pur die organische Belastung von Jauche % wurden BSB5~Werte bis 20¹OOO mg/1 gemessen (Biochemischer Sauerstoff-Bedarf, Index 5 : 5 Tage). Im Durchschnitt dürfte dieser Wert bei etwa 15¹OOO mg/1 liegen, d.h. ca. 60 mal höher, als bei einem städtischen Abwasser. Wenn die Jauche oder jauchehaltigen Abwässer zudem Futtersilo-Abwasser enthalten, können diese Werte noch bedeutend höher liegen. Dies erklärt die übermäsaige Belastung einer herkömmlichen Anlage.

Die Ableitung der In einer Totaloxydationsanlag© vorg^klärton land-

8 5^/1860

wirtschaftlichen Abwässer in ein mit immergrünen Pflanzen besetztes Absorptionsbecken hat sich ebenfalls nicht bewährt, da die Verdunstung des durch die Pflanzen aufgenommenen Wassers sowie die Assimilierung der darin enthaltenen Salze zu sehr witterungsabhängig sind. "

Die Trocknung der Volljauche durch Verdampfung des darin enthaltenen Wassers, das in der Regel 95 - 97 ST ausmacht, ist unwirtschaftlich und birgt die Gefahr einer Luftverschmutzung und Geruchsbelästigung in sich, wenn dieses Verfahren vom Standpunkt ' des Gewässerschutzes auch als einwandfrei zu betrachten ist.

Die vorliegende Erfindung geht von der Ueberlegung aus, dass eine vorgängige mechanische Abtrennung der in der Jauche oder den landwirtschaftlichen Abwässern suspendierten Feststoffe eine wesentliche Entlastung der Kläranlage bringt.

Das Verfahren der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass man die Abwässer sammelt und sie einem ersten Trennverfahren für das " Ausscheiden von Grobfeststoffen unterwirft, wobei man vor, während oder nach der Trennung den pH-Wert der Abwässer prüft und ihn belässt oder einstellt, um im neutralen oder sauren Bereich zu arbeiten, und dass man hierauf den Abwässern Flockungs- und/oder Fällmittel zusetzt und danach die geflockten Stoffe von der flüssigen Phase trennt.

009850³/186Q

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschema des Verfahrens,

Fig. 2 ein Flussbild einer Anlage zur Ausführung des Verfahrens nach Fig. 1.

^ Die zu klärenden Abwässer inform von Spülwasser mit Kot» Harn, Futterresten, häusliohen und Siloabwassern u.dgl. werden in einer Sammelgrube 1 aufgefangen, welche vorzugsweise so bemessen wird, dass sie mindestens den Anfall von 24 Stunden an landwirtschaftlichen Abwässern aufnehmen kann. Falls in den Stallungen mit Einstreu gearbeitet wird und ausserdem häusliches Abwasser mitverarbeitet werden soll, empfiehlt es sich, dieser Sammelgrube einen Desintegrator vorzuschalten (nicht dargestellt).

fc Ein Rührwerk 2 verhindert ein Absetzen der schweren Feststoffe in der Sammelgrube.

Durch eine volumetrische Pumpe 3 wird das zu klärende Abwasser der Sammelgrube 1 entnommen und auf eine Siebmaschine 4 gegeben. Diese Maschine 4 scheidet alle suspendierten Feststoffe bis zu einer Min .-destkorngrösse von z.B. 50 μ aus« Am besten haben sich für diese erste mechanische Trennstufe Vibrations- oder Rüttelsiebe bewährt·.

18 60

Der Feuchtigkeitsgehalt der dabei ausgeschiedenen Peststoffe liegt zwischen 75 und 85 #.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden» dass durch die Aussiebung der suspentierten Feststoffe in der Siebmaschine 4 die biologische Belastung, z.B. der Schweinejauche, um 50 - 70 % herabgesetzt vjird, d.h. der KMnO^-Verbrauch für die Bestimmung des 0,,-Mangels reduziert sich von 12¹OOO - 15¹OOO mg/1 auf 4Ό00 - 6¹OOO mg/1. Unter gewissen Voraussetzungen wird es daher möglich sein, das so gewonnene Filtrat direkt in eine komunale oder regionale Kläranlage her- " kömmlicher Bauart abzuleiten. In den meisten Fällen wird es jedoch nötig sein, die Klärung noch weiterzutreiben.

Die noch nassen Feststoffe werden entweder auf einem Komposthaufen, gegebenenfalls mittelst Förderband, abgelagert oder gemäss Schema einem thermischen Trockner 18 und von dort, z.B. mittels pneumatischem Transportgut 23 einem Absack-Zyklan 19 zugeführt. Die Erfahrung hat nämlich gezeigt, dass die mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 75 " 85 % anfallenden Feststoffe auf Komposthaufen ohne Schwierigkeit kompostiert oder in geeigneten thermischen Trocknern mit verhältnismässig geringem Aufwand auf eine Reetfeuchte von 8 bis 15 % getrocknet werden können. Die dabei zu verdampfenden Wassermengen betragen nur einen Bruchteil derjenigen, welcher bei einem Totaltrocknungsverfahren verdampft werden müssen und sind daher wirtschaftlich tragbar.

Durch eine solche thermische Trocknung erreicht man eine praktisch

8^0/1860

unbeschränkte Lagerfähigkeit der wertvollen Düngstoffe und eine wesentliche Herabsetzung der Abtransportkosten nach einer Trockendüngerfabrik zwecks Vermischung mit anderen Naturdüngern oder: mit Kunstdüngern,

Zur allfälligen weiteren Klärung der aus der Siebmaschine 4 austretenden flüssigen Phase werden ihr in der Reaktionsstrecke 5 sukzessive chemische Produkte kontinuierlich mit der Dosierpumpe 17 beigegeben, mit dem Zweck/ den pH-Wert der flüssigen Phase zu regulieren und gleichzeitig die suspendierten, kolloiden und gelösten Stoffe, welche das Abwasser organisch belasten, zu flocken und auszufällen. Es ist aber auch möglich, die pH-Regelung, sofern überhaupt nötig, vor dem oder im ersten Abscheider bzw. vor der oder in der Siebmaschine 4 vorzunehmen₉ wie dies die strichpunktierten Linien in Fig. 1 zeigen.

Diese Ausfällung der nach der Vorklärung noch enthaltenen suspendierten Peinstoffe sowie der kolloiden und gelösten Stoffe erfolgt erfahrungsgemäss am besten im sauren oder neutralen Bereich, dh. bei einem pH-Wert von 4,5 bis 7_SO unter Verwendung von geeigneten Plockungs- und Fällungsmitteln.

Als Flockungsmittel eignen sieh besonders hochpolymere Verbindungen wie namentlich homo- und/ode^ copolymere Polyao^ylüäuren als ionogene Polyelektrolyts und nicht; iosiogenej, anionische und kanonische Polymere. Zu dieser Oropp© ^lhlen b©iepi@lsweise Polyaoryla* te, Polymethacrylate, Polyaorf!amide₈ Polyäth^flenoxiäe₀ Polyimide

und Mischpolymerisate aus Vinylacetat oder Styrol mit Maleinsäureanhydrid. Als Fällungsmittel werden mit Vorteil Salze mehrwertiger Metalle verwendet, deren Wirkung überraschenderweise durch die geeignete Steuerung des pH-Wertes der mechanisch vorgereinigten Jauche wesentlich erhöht werden kann. Die günstigsten Resultate wurden mit einer pH-Wertregulierung unter gleichzeitiger Ausfällung mit einem Salz/Säuregemisch, namentlich Aluminiumsulfat und Schwefelsäure erzielt. Im vorliegenden Fall war nicht zu erwarten, dass eine Ausfällung im neutralen oder sauren Bereich erfolgreich durch- ( zuführen ist, weil in diesem Medium die Proteine mit fallendem pH-Wert stärker werdende Kontraktioneeigenschaften aufweisen, die beim isoelektrischen Punkt der Proteine am grösfcen sind. Durch den Zusatz eines Salz/Säuregemisches, insbesondere Aluminiumsulfat und Schwefelsäure, als Fällungs- und pH-Regulierungsgemisch, wird die leichte Basizität des Aluminiumsulfats völlig zurückgedrängt und das Adsorptions- und Brückenbildungsvermögen zwischen zwei Teilchen wesentlich erhöht. Dadurch wird ebenfalls der Einfluss des Flockungsmittels, insbesondere von ionogenen Polyelek- | trolyten begünstigt.

Die Vorratslösungen dieser Produkte werden in Behältern 15 mittelst Rührwerken 16 periodisch angesetzt, beispielsweise einmal wöchentlich.

Durch die Ausfällung der suspendierten, kolloiden und gelösten Stoffen erfolgt eine deutlich sichtbare Bildung von Flocken, wel che in einem Plotationebecken 6 abgetrennt werden* Die Flotation

009850/1860 - 7 -

der Flocken wird durch Belüftung oder Erzeugung eines elektrischen Feldes wesentlich gefördert. Durch diesen Vorgang erhält man ein klares Filtrat, dessen BSBc-Belastung noch bei etwa 1ΌΟΟ mg/1 liegt. Es ist leicht gelbbraun gefärbt und weist noch eine gewisse Geruchsbelastung auf.

In vielen Fällen wird es möglich sein» das so gewonnene Abwasser einer konventionellen Abwasserreinigungsanlage zuzuleiten oder zu verregnen. Konventionelle Anlagen weisen per definitionem einen biologischen Teil auf. Meistens wird es jedoch unumgänglich sein, die Klärung noch weiter zu treiben₃ damit das gereinigte Abwasser entsprechend den Richtlinien des Eidg. Departementes des Innern vom 1.9.66 in einen Vorfluter geleitet werden kann.

Die periodisch und kontinuierlich abgeschöpften Flocken können der Siebmaschine 4 wieder zugeführt oder direkt in den Trockner 18 gefördert werden.

Der Ausfluss aus dem Flotationsbecken 6 wird in einem Zwischenbehälter 7 aufgefangen und von dort durch eine volumetrische Pumpe 8 nach einer Waschkolonne 9 gefördert. In dieser wird das Abwasser im Gegenstrom mit einer bestimmten Menge ionisierter Luft, welche in einem Ozonisator 10 durch Ionisation mit Ozon angereichert wurde, in engen Kontakt gebracht wird» wobei Ozon selbstkatalytisch zur AufOxydation der im Abwasser bestehenden Verbindungen wirkt» und dabei selbst reduziert wird* Durch das in der ionisierten X&tft enthaltene O^ werden die im Abwasser noch enthaltenen organischen

009850/1860 - 8 -

Stoffe weiter kräftig abgebaut und gleichzeitig wird eine weitestgehende Sterilisation der gereinigten Jauche erreicht, Analysen haben gezeigt, dass in nach der Erfindung ozonisierter Jauche die Keimzahl äusserst klein war und Colibazillen nicht mehr festgestellt werden konnten. Diese kräftige Oxydation kann ausser durch Ozon auch nur oder zusätzlich durch andere Perverbindungen, wie z.B. unterchlorige Säure, Persäure und/oder deren Salze erreicht werden.

Durch die Einwirkung des Ozons oder anderer Oxydationsmittel wer- *' den weitere organische Stoffe abgebaut, wodurch im geklärten Wasser wieder eine leichte Trübung, hervorgerufen durchjdie suspendierten abgebauten Stoffe, entsteht. Das aus dor Oxydationsstufe austretende Wasser muss daher noch einer Peinfiltration unterzogen werden, wozu vorzugsweise hochaktive Adsorpentien, wie Aktivkohle, Kaolin, Bleicherde oder keramische Pilterkerzen verwendet werden.

Infolge der zu Beginn des Verfahrens angewandten pH-Wertsteuerung und unter dem EinfLuss der angewandten Fällungsmittel kann der pH-Wert dea aus der Waschkolonne 9 ausfliessenden Filtrates unter 6.5 liegen. Es muss daher eine nochmalige pH-Wertkontrolle und gegegenenfalls eine Neutralisation des Filtrates vorgesehen werden. Dazu wird das Fllbrat am bestun Über eine Schicht Kalkbrocken geleitet.

DLo aua tier Waßchkolo-nnö 9 aueferutundu Flüaslßkoib fliessb in diesem

009 BBO/IQOO

Sinne in einen Zwischenbehälter 11^ woraus sie durch eine volumetrische Pumpe 12 über einen Feinfilter 13 gefördert wird.

Der Klarlauf dieses Filters 13 entspricht den Vorschriften für die direkte Ableitung in einen Vorfluter (nicht dargestellt). Das Endprodukt ist in der Regel ein farbloses und geruchloses Wasser, dessen BSBcj im Durchschnitt 20 mg/1 nicht übersteigt und das den übrigen Grenzwerten für die Ableitung in einen Vorfluter entspricht.

Ausserdem ist das Wasser praktisch keimfrei und kann daher ohne Bedenken für die Reinigung von Ställen wieder verwendet werden, was namentlich in wasserarmen Gegenden von wirtschaftlicher Bedeutung ist. Darüber hinaus tritt durch diese Rückspülung eine wesentliche Entlastung des Vorfluters »in.

Es empfiehlt sich jedoch, diesen Klarlauf in einem Auffangbecken 14 zu speichern, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, die Güte des Klarlaufes kontinuierlich zu prüfen und einen Teil mittels der Förderpumpe 24 für die Reinigung der Ställe wieder zu verwenden. Der Ueberlauf dieses Auffangbeckens 14 wird dem Vorfluter zugeleitet.

Beispiel 1

Aus der Jauchegrube wird die Rohjauche mittels einer Pumpe zur Siebmaschine gefördert. Zuvor wird über ein pH-Wert-Messgeräfe und eine Dosierpumpe der pH-Wert der Rohjauche auf 5*4 eingestellt. Die

009 8 50^/18 80

pH-Regulierung erfolgt mit einem Aluminiumsulfat/Schwefelsäuregemisch. Das Verhältnis beträgt Aluminiumsulfat zu konz. Schwefelsäure = 10 : 1 - bezogen auf trockenes Aluminiumsulfat. Der saure pH-Wert begünstigt bereits die Siebwirkung zur Abtrennung der suspendierten Feststoffe.

Das Filtrat aus der Siebmaschine wird über eine Dosierpumpe kontinuierlich mit Flockungsmittel, z.B. Polyacrylate, versetzt, wobei ein starker Flockungseffekt erzielt wird. Das Flockungsmittel I wird in einer Konzentration von 0,0556 zudosiert.

Die Flocken werden in einem belüfteten Flotationsbecken ausflotiert. Das stark gereinigte Flotationswasser wird nunmehr oxydativ mit Ozon behandelt. Anschliessend erfolgt eine Blankfiltration über einen Keramikfilter mit einer Porengrösse von 50 - 200 >u.

Analysendaten Rohjauche:

suspendierter Feststoffanteil : 3.45 %

KMnOij - Wert : 12560 me KMnO^/1 Filtrierte und geklärte Jauche:

suspendierter Festetoffanteil : 0,018 % ΚΜηΟμ - Wert: 50 mg KMnO^/1

Der Reinigungeeffekt der geklärten Rohjauche betrug 99,6 Ji.

009850/1860 - 11 -

Bedarf an Aluminiumsulfat/Schwefelsäure : 5 kg/m³ Bedarf an Flockungsmittel (Polyacrylat) : 0,020 kg/nr

Beispiel 2

Die mechanisch vorgereinigte Suspension wurde zunächst mit Schwefelsäure auf pH 4,8 eingestellt. Danach wurde ein Gemisch Aluminiumsulfat /Eisen-III-chlorid zugesetzt und direkt anschliessend ein Flockungsmittel, ein Polyacrylamid, zudosiert. Die geflockten Feststoffteile wurden über ein Kieselgurfilter entfernt und das Filtrat weiter nach Beispiel 1 behandelt.

Der Bedarf an Chemikalien war etwa derselbe. Der Reihigungseffekt betrug hierbei 93,5 $·

^ Beide gereinigten Abwässer konnten direkt in Vorfluter gegeben werden, da sie den gesetzlichen Bestimmungen entsprachen.

0098B0/1 860

- -12 - .:- BAD ORiGtNAL

Claims (17)

1. Patentansprüche

   { 1.) Verfahren zum kontinuierlichen Reinigen von Abwässern, dadurch gekennzeichnet, dass man die Abwässer sammelt und sie einem ersten Trennverfahren für das Ausscheiden von Grobfeststoffen unterwirft, wobei man vor, während oder nach der Trennung den pH-Wert der Abwässer prüft und ihn belässt oder einstellt, um im neutralen oder sauren Bereich zu arbeiten, und dass man hierauf den Abwässern Flockungs- und/oder .Fällmittel zusetzt und danach die geflockten Stoffe von der flüssigen Phase trennt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine biologische Nachbehandlung vornimmt.
3. 3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die flüssige Phase durch oxydative Behandlung weiter aufbereitet.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die geflockten Stoffe durch Flotation und/oder Sieben, Sedimentieren oder Filtrieren ausscheidet.
5. 5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch "gekennzeichnet, dass man den PH-Wert in den Grenzen 4,5 bis 7,0 hält.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die pH-Wertregulierung durch Zugabe eines Salz/Säuregemiechee, z.B.

   0098 50/1880

   Aluminiumsulfat und Schwefelsäure, vornimmt.
7. 7.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die suspendierten Peststoffe vor der Flockung und Fällung mittels eines.. Vibrations- oder Rüttelsiebes oder mittels eines Schlammfilters abtrennt,
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als ) Flockungsmittel ionogene Polyelektrolyte, insbesondere hochpolymere Verbindungen, wie homo- und copolymere Polyacrylate und -amide, kationische Polymere, wie z.B. quarternäre Ammoniumverbindungen und/oder nichtionogene Polymere, wie z.B. Polyvinylalkohol, Polyäthylenoxid, verwendet.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man

   die oxydative Behandlung durch Ozon und/oder andere Perverbindungen z.B. unterchlorige Säure, Persäure und/oder deren Salze zur Re-™ duktion des biochemischen Sauerstoffbedarfs vornimmt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den oxydativ behandelten Klarlauf einer Nachfiltrierung, gegebenenfalls unter Verwendung von Adsorption, wie z.B. Aktivkohle, Bleicherde und/oder keramische Filtermaterialien unterzieht.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Klarlauf vor seinem Abfluss nochmals einer pH-Kontrolle unter-

    009850/ 1860 - 14 -

    zieht und man den pH-Wert gegebenenfalls z.B. automatisch, korrigiert.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Klarlauf vor seinem Abfluss einer, z.B. selbsttätigen, Gütekontrolle unterzieht, beispielsifeise mittelst Trübungsmesser, Kolorimeter
    und/oder Leitfähigkeitsmesser.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die ( ausgeschiedenen Feststoffe, feucht, z.B. mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 75 — 85 ^ einzeln oder gemischt nachtrocknet, z.B. bis zu einem Ήestfeuchtigkeitsgehalt von 8 bis
14. lH. Verfahren nach Anspruch 1 zum kontinuierlichen Reinigen landwirtschaftlicher Abwässer, welche mindestens Exkremente, insbesondere tierische, und Spülwasser enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass man den Stallabgängen auch häusliches Abwasser beimischt.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
    zu klärende Abwasser geringe Mengen von Stallabgängen enthält.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man den Stallabgängon auch Futtersilo-Abwasser beimischt.
17. 17 Anlage zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, '.gekennzeichnet durch eine pH-Mess-und Reguliereinrichtung.

    009850/1860 BAD ORlQINAL

    - 15 -

    IS. Anlage nacsh Anspruch. 17, gekennzeichnet durch mindestens eine der folgenden Einrichtungen:

    - eine pH-Wertsteuerung für die Stallabgänge

    - Rüttel- oder Schwungsiebe zum Abtrennen der Feststoffe

    - Dosiermittel für den kontinuierlichen Zusatz von Flockungsund/ader Fällungsmitteln

    - Flotationseinrichtung

    - Katalytischen Oxydator für den Klarlauf mit Filtermitteln für den oxydierten Klarlauf

    - Kontrolleinrichtung für die Bestimmung des pH-Wertes, der Trübung, der Verfärbung und/oder der Leitfähigkeit des Klarlaufes,

    - Trocknungsvorrichtung für das Nachtrocknen der, z.B. in den Sieb-, Flotations- und Filterstufen, ausgeschiedenen Feststoffe

    - Automatische Steuerung^-, Sicherheits~, Mess- und Kontrollorgane.

    ■0:0 9 8-5 0 / 1860 - 16 - ·

    Leerseite