DE2040272A1

DE2040272A1 - Verfahren zur Abwasserbehandlung unter Phosphorentfernung

Info

Publication number: DE2040272A1
Application number: DE19702040272
Authority: DE
Inventors: Albertson Orris Earl
Original assignee: Dorr Oliver Inc
Current assignee: Dorr Oliver Inc
Priority date: 1967-09-12
Filing date: 1970-08-13
Publication date: 1971-03-04
Also published as: DE1642399A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des Verfahrens zur Abwasserbehandlung unter Phosphorentfernung, wie es in den deutschen Patentanmeldungen P 16 42 399.7 und P I9 13 341.6 beschrieben ist. Das Verfahren dient der wirtschaftlichen Entfernung eines Hauptnährstoffes für die Algenbildung, nämlich Phosphor bzw. Phosphat, aus Abwasser, insbesondere städtischem Abwasser u.dergl. durch kombinierte chemische und biologische Behandlung.

Gegenwärtig zunehmende Verwendung von phosphorhaltigea

Detergentien, Düngemitteln und sonstigen chemischen Verbin-

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düngen hat zu einer ernsthaften und immer noch zunehmenden Verschmutzung der Naturwässer infolge Algenbildung geführt. Das Haupthindernis für die Entfernung des für das Algenwachstum erforderlichen Phosphornährstoffes durch ohemische Fällungsmittel lag in den Kosten der Chemikalien und einer Reihe zusätzlicher Verfahrensstufen, wodurch die Anlage- und Betriebskosten erhöht wurden. Das Volumen zu behandelnden Abwassers ist so groß, daß die Kosten der benutzten Chemikalien entscheidend ist und die Verwendung von Chemikalien je Volumen Abwasser und je Tag so niedrig wie möglich gehalten werden muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Kosten an Chemikalien für die Entfernung von flüssigem Abfallmaterial, wie Abwasser, insbesondere städtischem Abwasser, gegenüber dem Verfahren der vorstehend genannten Patentanmeldungen noch weiter herabzusetzen.

Da Kalk das billigste Material unter den üblicherweise verwendeten Fällungs- und Koagulierungsmitteln bei der Wasserbehandlung ist, besteht die Aufgabe der Erfindung im besonderen darin, eine größere Phosphorentfernung für eine gegebene Kalkmenge sicherzustellen, als dies bisher möglich war, und gleichzeitig einen Wasserweichmaohungseffekt zu erzielen und die anfallenden Schlämme bei wirk samer Phosphorentfernung leichter entwässerbar zu machen·

Bin Hauptmerkmal der Erfindung besteht in der Aufteilung

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des Zulaufs zu einem Flockungsbecken und Klärbecken oder sonstigem Gefäß zur Trennung von Flüssigkeit und Feststoff in zwei Teile, von denen der eine stark mit Kalk auf einen relativ hohen pH-¥ert versetzt werden kann und dun mit dem anderen Teil vermischt wird, um den pH-Wert soweit herabzusetzen, wie er sich normalerweise bei der Zugabe von Kalk zum ganzen Rohwasserzulauf ergibt.

Daraus ergibt sich eine erhöhte Ausfällung von Calciumphosphorverbindungen, und der Auslauf erhält einen geringeren Calciumgehalt, so daß seine Abführung tragbarer ist, insbesondere λίβηη er wiederbenutzt werden soll. Auch werden die chemischen Hilfsfällungsmittel für die Ausspülung restlicher Phosphorrückstände und weitere Klärung des Überlaufes wirtschaftlicher ausgenutzt.

Ein weiterer Vorteil der starken Versetzung nur eines Teiles des gesamten Rohwasserstromes besteht darin, daß die Erhöhung des pH-Wertes über 10,5 einen Weichmaehungseffekt hat, was zu einem leichter zu entwässernden Kalkschlamm führt. Dies ist wichtig, im Hinblick auf das Volumen und den bekannten Widerstand von Kalkschlämmen gegen Entwässerung, wie ei)4ich bei der üblichen Behandlung von Stadtabwasser und ähnlichem Abwasser mit Kalk bei niedrigeren pH-Werten ergibt.

Wenn der stark mit Kalk versetzte Teil darauf mit dem Rohwasser vermischt wird, um den pH-Wert auf 9,5 oder weniger

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herabzubringen, sind proportional mehr Phosphate und sonstige Phosphorverbindungen aus dem stark versetzten Anteil ausgefällt worden, als wenn man ihn auf pH 9i5 einstellt; wenn also der stark versetzte Anteil mit dem Rest des Wassers vermischt wird, ergibt sich eine Senkung im Phosphorgehalt gegenüber dem Wert, der sich aus der Behandlung des gesamten Zulaufs mit derselben Kalkmenge auf einen End-pH-Wert von 9>5 ergeben würde.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung Bezug genommen.

Fig.l ist ein schematisches Fließbild für das Verfahren der Erfindung und eine hierzu geeignete Anlage,

Fig.2 zeigt in einem Diagramm die Ergebnisse von Versuchen mit städtischem Abwasser unter Anwendung der Erfindung im Vergleich zu Versuchen, bei denen die Erfindung nicht angewandt wurde.

Gemäß Fig.l wird rohes Abwasser oder sonstiges flüssiges organisches Abfallmaterial durch Pumpen 9 oder mittels Schwerkraft durch die Zulaufleitung 10 zum Mischbecken und von dort zum Flockungs-Klärbecken 12 befördert. Dieses Klärbecken kann ähnlich dem in der USA-Patentschrift 2 268 475 beschriebenen sein, worin sich der **eststoffhaltige Schlamm als Unterlauf von einem relativ klaren Überlauf trennt. Für diesen Zweck kann auch eine Zentrifuge

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oder ein Filter eingesetzt werden, oder man kann ein Flockungsbecken verwenden, das an ein getrenntes Klärbecken abgibt. Der Unterlauf des Klärbeckens 12 geht durch Leitung 13 mit Einstellventil 18 und wird von einer Pumpe 24a mit veränderlicher Leistung in ein Umsetzungsoder Mischbecken 22 befördert, Durch Betätigung des Einstellventils kann jeder gewünschte Anteil oder die Gesamtheit des Schlammes vom Klärbecken zur AbfalULeitung 19a befördert werden. Durch Erhöhung des Unterlaufanteiles durch die Pumpe 24a von veränderlicher Leistung kann jedes Rücklaufverhältnis bis zu 100 $ gewährleistet werden, wobei normalerweise sich ein Rücklauf im Bereich zwischen 15 und 75 $ als befriedigend erwiesen hat. Die Mischbecken 11 und 22 sind mit einer üblichen Mischeinrichtung,z.B₀ einem "Flash-Mischer", versehen.

Ein Speisegefäß 19 mit Kalk ist über eine Leitung 20 und Ventil 21 mit dem Mischbecken 22 verbunden, so daß eine ausreichende Kalkmenge dem Misch becken 22 zugeführt wird, um den pH-Wert des Schlammes im Becken über 10,5 und vorzugsweise 11,0 oder mehr anzuheben. Bei 50 $-igem Schlammrücklauf hat sich eine Verweilzeit von etwa 2 Minuten im Becken als ausreichend erwiesen. Dieser stark dosierte Schlamm wird dann zum Mischbecken 11 befördert, wo er mit dem Roh*wasβerzulauf in einem Verhältnis von beispielsweise zwei Teilen Rohwasserzulauf zu einem Teil Rücklaufmaterial vermischt wird, was zu einer Herabsetzung des pH-W rtes auf 9,5 oder tiefer führt* Vorzugsweise werden 15 bis 75 Ί»

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Schlammes rezirkuliert, und zwar ist 50 $ Rezirkulierung als effektiv anzusehen, während der Rest zum Abfall geht und damit kontinuierlich Phosphor aus dem System entfernt, der durch den Kalk ausgefällt worden ist.

Ähnliches Ergebnis kann man erhalten, wenn man vorzugsweise den Kreislauf vom Unterlauf aus dem Klärbecken 12 vermindert oder ausschaltet, indem man den Rohwasserzulauf 10 mittels eines Verteilerschiebers Zk aufteilt und beispielsweise bis zu einer Hälfte des Rohwasserzulaufs dem Mischbecken 22 zuliefert und eine gesamte Kalkdosierung von beispielsweise 300 mg/l auf diesen Teil anwendet und darauf diesen stark versetzten Teil mit dem Rest des Roh·» wasserzulaufes im Mischbecken 11 vermischt. Unterschiedliche Mengenverhältnisse von aufgespaltenem Zulauf und rückgeleitetem Schlamm können dem Mischbecken 22 zugeführt werden, während man annähernd dieselbe Dosierung und denselben pH-Wert einhält.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient ein getrenntes Mischbecken 11 zur Vermischung des stark mit Kalk versetzten Rohwasseranteiles/6der Schlammes mit dem R_est des Rohwassers. Eine Alternative besteht jedoch darin, daß man das Mischbecken 11 fortläßt und das stark dosierte Material unmittelbar dem Flockungsbecken zuführt, wie dies in der USA-Patentschrift 2 268 475 gezeigt ist.

Dieses Flockungebecken mit seinen bewegten Schaufeln

man stellt dann eine Mischzone dar, in der/den pH-Vert Je

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nach dem gewünschten Restphosphor auf 9>5 oder weniger herabdrückt ο

Um eine weitere Herabsetzung des Restphosphors und einen höheren Klärungsgrad des Abwasserüberlaufes zu gewährleisten oder die geiriinschte Klärung ohne Anwendung eines Flockungsbeckens sicherzustellen, ist es häufig erwünscht, andere Fällungs- oder Koagulierchemikalien neben dem billigeren Kalk, z.B. zweiwertige oder dreiwertige Metallsalze, wie Alaun oder Ferrichlorid oder einen der PoIyeleKtroiyten zu verwenden, wie sie in der USA-Patentschrift 3 ^^2 700 von Glavis u.a. beschrieben sind. Vermutlich wird der Wirkungsgrad der zusätzlichen teureren Koaguliermittel erhöht, wenn man sie zusammen mit dem Kalk vor Abtrennung der Niederschläge im Klärbecken verwendet, während die Wirtschaftlichkeit erhalten bleibt, was sich aus der Verwendung des billigeren Kalkes zur Entfernung des Hauptphosphorteiles und der teureren Fällungsmittel für die Beseitigung des Restes ergibt.

Daher sieht die Erfindung für die geregelte Zuleitung der mehrwertigen MetäLlsalze oder Polyelektrolyten einen Speisebehälter 14 mit einstellbarem Ventil 1^a und Anschlußleitung l^b zur Rohwasserleitung vor; stattdessen kann die Zugabe auch durch Ventile 15 und 16 und Leitungen 15a und 16a zum Flockungsbecken 12 bzw. zum Mischbecken 11 erfolgen. Durch Betätigung der Ventile l4a, 15 und 16 kann das zusätzliche Chemikal beliebig an einer der vor-

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stehend erwähnten Stellen abgegeben werden,

Beispiel

Fig.2 erläutert ein Beispiel für den Betrieb und die Vorteile der Erfindung auf Grund eines Versuchslaufes an
einer städtischen Abwasserkläranlage. Bei diesem Durchgang wurde eine Menge Unterlaufschlamm vom Klärflockungsbecken zu 50 $ des Rohwasserzulaufs zu einem ersten Misch becken zurückgeleitet. Diese 50 $ befanden sich bereits auf pH 9i5 ^mit einem G halt von 180 mg Kalk je Liter und wurden mit 36O mg Kalk je Liter Kreislauf versetzt, was I8O mg Kalk je Liter neuem Zufluß entspricht und&en pH-Wert im Reaktionsbecken, z.B. Becken 22, auf über 11
bringt. Bei 50 $ Kreislauf ist die Kalkzugabe in diesem Becken dreimal so konzentriert, als wenn man sie dem gesamten Fluß an Rohwasser und Kreislauf zugibt und den
pH-Wert bei den meisten Abwässern auf annähernd 11 oder mehr bringen würde. Dieses stark dosierte Kreislaufmaterial
wurde dann mit dem Rohwasserzulauf in einem zweiten Mischbecken vermischt, wodurch der pH-Wert des gesamten Flusses auf 9»0 bis 9,5 herabgesetzt wurde. Der tatsächliche Restphosphor ergab sich zu etwa 1,5 mg/l» was durch den Punkt C in der Kurve der Fig.2 erläutert ist. Wenn ein
ahn 1 idler Durchlauf unter Dosierung des gesamten Flusses von 100 $ Rohwasser plus 50 $ Rücklauf mit IjSO mg Kalk
je Liter neuen Rohwasserzulaufes dosiert wurde, was
einer Kalkmenge von 36O mg/l, wie vorher angewandt, auf 50 ⁰Jo Rücklauf entspricht, so zeigte sich, daß der Rest-

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phosphor etwa 2,0 mg/l betrug. Es vmrde eine beträchtliche Anzahl solcher Versuchsdurchgänge durchgeführt,, Obgleich sich Schwankungen in den Ergebnissen der Versuchsdurchläufe ergaben, beruhen diese vermutlich auf Schwankungen in der Abwasserzusammensetzung. Die Phosphorreste waren aber stets geringer, wenn eine gegebene Kalkmenge im rezyklierten Unterlauf zugesetzt wurde, im Vergleich zu der Zugabe derselben Kalkmenge zu dem gesamten Abwasserfluß .

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herabsetzung des Phosphorgehaltes von organischem Abfallmaterial durch Zusatz von chemischem Fällungsmittel, bei dem man eine vorbestimmte Menge eines chemischen Fällungsmittels für Phosphor dem Abfallmaterial in solcher Menge zusetzt, daß der Phosphoranteil, der am wirksamsten durch chemische Behandlung entfernt wird, ausgefällt wird, und man darauf die restliche Flüssigkeit in Gegenwart von Phosphor verzehrenden biologischen Mitteln belüftet und einen Endablauf von vorbestimmtem Phosphorgehalt erzeugt, nach Patent ..₀ (Patentanmeldung P 16 k2 399.7), dadurch gekennzeichnet, daß man in einer ersten Mischzone ausreichend Kalk mit dem Schlamm vermischt, um seinen pH-Wert auf eine vorbestimmte Höhe zu bringen und einen Phosphorniedarschlag zu bilden, darauf den so behandelten Schlamm mit dem Rohwasserzulauf in einer zweit en Mischzone in einem Verhältnis zu mi sollt ,das zu einem vorbestimmten niedrigeren pH-Wert führt, und man die Mischung von der zweiten Mischzone zu der Trennzone befördert, den phosphorhaltigen Schlamm abtrennt und einen Teil dieses Schlammes ate Abfall austrägt und einen anderen Teil in die erste Mischzone zurückleitet.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalk in dor ersten Mischzone in ausreichender Menge verwendet wird, um den pH-Wert bis auf 10,5 oder höher zu

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bringen, und der Rohwasserzulauf zur zweiten Mischzone derart eingestellt ist, daß sich ein herabgesetzter pH·» Wert ergibt, der ausreicht, um einen vorbestimmten Restphosp&orgehalt in dem Überlauf aus der Endstufe zu erzielen.

3») Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Gemisch von Rohwasser undmit Kalk behandeltem Schlamm als Koaguliermittel mehrwertige Metallsalze und/oder Polyelektrolyten vor der Abtrennung zusetzt und einen Teil des Schlammes aus der Trennstufe zur Phosphorentfernung als Abfall austrägt.

k.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennstufe eine Flockung mit anschließender Absetzung erfolgt.

5o) Verfahren nach Anspruch k-, dadurch gekennzeichnet, daß die Flockung in demselben Flüssigkeitskörper wie die Absetzung erfolgt.

6.,) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Koaguliermittel in das Rohmaterial und den Schlamm in der zweiten Mischzone eingespeist wird.

7o) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung der Mischung aus Rohwasserzulauf und mit Kalk behandeltem Schlamm mit einem mehrwertigen. Metall-

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salz vorgenommen wird.

8.)Verfahim nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung der Mischung aus Rohwasserzulauf und mit Kalk behandeltem Schlamm mit einem Polyelektrolyten erfolgt.

9o) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohwasserzulauf in zwei Teile aufgespalten, der eine Teil in einer ersten Mischzone mit ausreichend Kalk für die Ausfällung des Phosphors und Erzeugung eines Wasserweichmachereffektes vermischt und darauf in einer zweiten Zone mit dem anderen Teil unter Herabsetzung des pH-Wertes derart vermischt wird, daß im Ablauf eine vorbestimmte Restphosphormenge erzielt wird, und der anfallende phosphorhaltige Schlamm vom Ablauf abgetrennt wird.

10.) Verfahren nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abwasserteil mit ausreichend Kalk zur Einstellung auf einen pH-Wert von 10,5 oder darüber versetzt wird und die Menge des zweiten Teils derart bemessen ist, daß der pH-Wert des Rohwasserzulaufes auf 9»5 oder darunter herabgedrückt wird.

11.) Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dEß ein Teil des abgetrennten Schlammes zur ersten Mischstufe zurückgeleitet und ein anderer Teil ausgetragen wird.

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L2.) Verfahnen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des in der Trennstufe anfallenden Schlammes mit dem ersten Teil unter gleichzeitiger Vermischung mit Kalk vermischt wird.

13·) Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mehrwertiges Metallsalz oder Polyelektrolyten mit dem mit Kalk behandelten Abwasser vor oder während der Schlammabtrennung vermischt werden«

14.) Vorrichtung zur Entfernung von Phosphor aus flüssigem organischem Abfall, gekennzeichnet durch einen Separator zur Abtrennung von Schlamm vom flüssigen Überlauf ein erstes und ein zweites Mischbecken,Leitungen zur Abgabe des Rohabfalls an das erste Mischbecken, zur Förderung von Schlamm vom Separator zum zweiten Mischbecken,zur Überleitung eines Teiles des Schlammes zu dem Abfall, und eine Kalkzuleitung zu dem zweiten Mischbecken, soxirie Leitungen zur Überführung des vermischten Schlammes und Kalks in das erste Mischbecken»und Leitungen zur Zuführung des vermischten, mit Kalk behandelten Schlammes und rohen Zulaufes zum Separator.

15·) Anlage nach Anspruch Ik, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator aus einer mechanischen Flockuttgseinrichtung besteht, der der vermischte Schlamm und Zulauf zunächst zugeleitet wird, und ein Abaetzklärbecken den ausgeflockten

Abfall aufnimmt.

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16.) Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator aus einem Becken besteht und die Flockungseinrichtung und die Klärvorrichtung in diesem Becken angeordnet sind.

17·) Anlage nach Anspruch Ik, gekennzeichnet,durch eine Chemikalieneinspeisung, die zusätzliche chemische Koaguliermittel dem Material zuführt, bevor es in Schlamm und Überlauf getrennt wird.

18.) Anlage nach Anspruch Ik, gekennzeichnet durch eine Verzweigung zur Abgabe eines ersten Teiles des Rohmaterials an das erste Mischbecken und des anderen Teiles an das zweite Mischbecken, eine Kalkzufuhreinrichtung zum zweiten Mischbecken, eine Leitung zur Abgabe des Gemisches von Kalk und Abwasser zum ersten Becken, zwecks Vermischung des ersten Teiles unter Lieferung einer Mischung von vorbestimmtem niedrigeren pH-Wert und Überführungsleitungen für die vermischten beiden Teile zum Separator.

19.) Anlage nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Rezirkulierung mindestens eines Teils des Schlammes aus dem Separator zum zweiten Mischbecken.

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