DE2338853A1 - Verfahren zum behandeln von stickstoffhaltigen abwaessern - Google Patents
Verfahren zum behandeln von stickstoffhaltigen abwaessernInfo
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Description
Patentanwälte O r> q opci
ing. Walter Abitz ^ "
Dr, Dieter F. Morf 31.^111973
pr. Hans-Α. Brauns cc-s
DU PONT OP CANADA LIMITED.
555 Dorchester Boulevard, West, Montreal, Quebec, Kanada
Verfahren zum Behandeln von stickstoffhaltigen Abwässern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes .Verfahren
zum Behandeln von ab fliessenden Stoffen und insbesondere ein biologisches Verfahren zum Behandeln von
wässrigen, ab fliessenden Stoffen, die stickstoffhaltiges Material in Gegenwart von kohlenstoffhaltigem Material enthalten.
Stickstoffhaltige Verbindungen, beispielsweise !Titrationen,
Nitritionen, Amine und/oder Ammoniak, sind in abfliessenden
Stoffen (im folgenden Abwässer genannt) vorhanden, die aus vielen Quellen stammen. Abwässer von Industrieanlagen, von
beispielsweise viele verschiedene Produkte erzeugenden chemischen Anlagen, können kohlenstoffhaltige und stickstoffhaltige
Materialien enthalten, und die Zusammensetzung dieser Abwässer hängt von der speziellen Abwasserquelle ab.
Abwässer können beträchtlich zur Verschmutzung von Seen und Flüssen und Zerstörung von Iier- und Pflanzenleben bei-
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σσ-8
tragen und können zu einer Gefährdung der Gesundheit führen.
Chemische Verfahren zum Behandeln von Abwässern sind "bekannt.
Beispielsweise wird ein Verfahren zum Behandeln von Abwasser, das kohlenstoffhaltiges und stickstoffhaltiges Material enthält,
in Gegenwart von Wasser bei erhöhter !Temperatur in der anhängigen CA-PS 111 685 (G. A. Stewart und K. E. Wilkins,
angemeldet^ am 28. April 1971) beschrieben.
Auch biologische Verfahren zum Behandeln von wässrigen, abfliessenden
Stoffen sind bekannt. Der herkömmliche "Aktivschlamm-Prozess" ist ein aerobisches Verfahren, bei dem
ein wässriger, abfliessender Stoff mit aktiviertem Schlamm
in Berührung gebracht wird, wobei üblicherweise damit einhergehend belüftet wird. Ein solches Verfahren kann zur
Entfernung von kohlenstoffhaltigem Material aus Abwässern angemessen sein, aber es kann sein, dass es bei der Entfernung
von stickstoffhaltigem Material, beispielsweise Ammoniak und Nitritionen, die durch das Verfahren möglicherweise
lediglich in eine andere Form stickstoffhaltigen Materials, beispielsweise !Titrationen, umgewandelt werden, versagt.
Andere biologische Verfahren sind für die Denitrifizierung von stickstoffhaltigem Material bekannt. Ein anaerobes
Verfahren zum Denitrifizieren von Nitrocellulose-Abfallgut
wird von K. Mudrack in "Nitro-Cellulose Industrial Waste",
Purdue University Engineering Bulletin, Extension Service Nr. 121, 1966, beschrieben. Anaerobe Denitrifizierungsverfahren
sind gegenüber dem pH des Abwassers empfindlich, und es ist vorzuziehen, dass das Abwasser, welches in das
Denitrifizierungsverfahren eintritt, zuvor neutralisiert worden ist.
Um die schädlichen Einwirkungen von Phenolen auf Bakterien unter anaeroben Bedingungen zu bewältigen, offenbarten und
beanspruchten Todhunter et al. in der CA-PS 620 366, die am
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16. Mai 1961 erteilt wurde, ein Verfahren, bei dem Phenole
vor der anaeroben Behandlung von Ammoniak aerob behandelt werden.
Es wurde nun ein verbessertes Denitrifizierungsverfahren gefunden.
Insbesondere wurde ein verbessertes Verfahren gefunden, das weniger empfindlich gegenüber den Auswirkungen eines
Abwassers, dessen pH-Wert weniger als etwa 6,0 beträgt, und/ oder der chemischen Natur von kohlenstoffhaltigem oder stickstoffhaltigem
Material, das in dem Abwasser vorliegt, sein kann.
Demgemäss wird durch die vorliegende Erfindung ein verbessertes
Verfahren zum Behandeln von Abwasser (wässrigen, abfliessenden
Stoffen) mit einem pH-Wert von weniger als etwa 6,0, das stickstoffhaltiges Material, und zwar Nitrat- oder
Nitritionen oder Material, das in der Lage ist, Nitrat- oder Nitritionen zu bilden, enthält, wobei ein wesentlicher Anteil
des sauren Bestandteils des Abwassers stickstoffhaltiges Material ist, in Gegenwart von genügend viel kohlenstoffhaltigem
Material, so dass eine praktisch vollständige Denitrifizierung des Abwassers ermöglicht wird, bereitgestellt.
Das erfindungsgemässe Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass man das Abwasser in eine anaerobe Behandlung sz one, die
anaeroben, aktivierten Schlamm enthält, mit einer solchen Geschwindigkeit einleitet, dass die Konzentrationen von Nitrat-
und Nitritionen in der anaeroben Behandlungszone bei einem
niedrigen Niveau gehalten werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Konzentration
an Stickstoff in Form von Nitrat- und Nitritionen unterhalb etwa 10 mg/1 und insbesondere unterhalb etwa 3 mg/1 und
ganz besonders unterhalb 1 mg/1 gehalten.
Gemäss einer Ausführungsform lässt man das Abwasser in eine zweite Behandlungszone und insbesondere in eine solche zweite
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Behandlungszone gelangen, in der Schlamm abgetrennt und aus der eine Mischung aus Schlamm und Abwasser im Kreislauf in
die anaerobe Zone zurückgeführt werden kann.
Bei einer anderen Ausführungsform wird der wässrige, abfliessende
Stoff in eine anaerobe Zone mit einer Geschwindigkeit eingeleitet, die nicht grosser ist als etwa 0,30 kg (O.3O Ib.)
Stickstoff in dem wässrigen, abfliessenden Stoff je kg
(per pound) flüchtiger, suspendierter Feststoffe in der anaeroben Zone je Tag.
In speziellen Ausführungsformen kann die zweite Zone eine
Klärungszone oder eine aerobe Behandlungszone sein.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende
Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von Abwasser, das stickstoffhaltiges Material, und zwar Nitratoder
Nitritionen oder ein Material, das in der Lage ist, Nitrat- oder Nitritionen zu bilden, enthält, in Gegenwart
von ausreichend viel kohlenstoffhaltigem Material, um eine praktisch vollständige Denitrifizierung des Abwassers zu
ermöglichen, bereit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man das Abwasser in eine anaerobe Behandlungszone, die anaeroben,
aktivierten Schlamm enthält, einleitet, das Abwasser in eine aerobe Behandlungszone eintreten lässt, eine
Mischung aus Schlamm und Abwasser abtrennt und im Kreislauf aus der aeroben Behandlung sz one nach der anaeroben Behandlungszone
mit einer Geschwindigkeit zurückführt, die mindestens so gross ist, wie die Geschwindigkeit, mit der das
Abwasser in die anaerobe Behandlungszone eingeleitet wird.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform wird die Konzentration
des Stickstoffs in Form von Nitrat- und Nitritionen in der anaeroben Behandlungszone unterhalb etwa 10 mg/1 und insbesondere
unterhalb etwa 3 nig/1 und ganz besonders unterhalb
etwa i mg/1 gehalten.
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Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist die Beschickung
an reduzierten Stickstoffverbindungen, die der aeroben Zone zugeführt werden, kleiner als etwa 0,1 kg reduzierter Stickstoff
je kg "flüchtiger, suspendierter Feststoffe je Tag,
wobei "reduzierter Stickstoff" nachfolgend definiert wird.
Wie oben beschrieben, bezieht sich das erfindungsgemässe Verfahren
auf die Behandlung von wässrigen, ab fliessenden Stoffen (Abwässern), die stickstoffhaltiges und kohlenstoffhaltiges
Material enthalten. Das stickstoffhaltige Material kann in Form von Kitrat- oder Nitritionen oder einem. Material
vorliegen, das in der Lage ist, Nitrat- oder Nitritionen zu bilden; Beispiele hierfür sind Ammoniak, Amine
und dgl., wobei die letzteren hier als "reduzierte Stickstoffverbindungen"
bezeichnet werden. Das kohlenstoffhaltige Material sollte mindestens in der Menge vorhanden sein, die
für die vollständige Denitrifizierung des Abwassers benötigt
wird. Das kohlenstoffhaltige Material kann in dem Abwasser vorliegen, das dem anaeroben Reaktor zugeführt wird, oder
getrennt dem anaeroben Reaktor zugesetzt werden, und kann aus irgendeiner zweckmässigen Quelle stammen, beispielsweise
.städtischem Kloakenwasser, Industrie-Abfallgut oder einer kohlenstoffhaltigen Flüssigkeit, z. B. Methanol. Das Abwasser
kann aus irgendeiner geeigneten Quelle, beispielsweise aus Industrieplätzen, erhalten werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen bedeuten:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Denitrifizierungsverfahrens
mit einer Klärungsvorrichtung als zweiter Zone;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Denitrifizierungsve
rf ahrens mit einer bei hoher Geschwindigkeit arbeitenden aeroben Zone und einer Klärungszone nach der anaeroben
Zone;
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CC—8
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Abwandlung des
Verfahrens der Fig. 2;
Fig. M- eine schematisehe Darstellung eines Denitrifizierungsverfahrens
mit einer aeroben Lagunen-Abwasserbehandlungszone als zweiter Zone; und die
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Denitrifizierungsverfahrens
mit einer bei hoher Geschwindigkeit arbeitenden, aeroben Abwasserbehandlungszone und einer nachfolgenden
bei niedriger Geschwindigkeit arbeitenden, aeroben Lagunen-Abwasserbehandlungsz one.
Das zu behandelnde Abwasser kann bisweilen nachfolgend als Beschickungsabwasser bezeichnet werden.
In der Fig. 1 wird gezeigt, wie Abwasser 1, das bisweilen
hier als Beschickungsabwasser 1 bezeichnet wird, einer anaeroben Behandlungszone 2 zugeführt wird, die aus einem
Tank 3, der einen Rührer M aufweist, besteht. Ein Teil des
Abwassers in der anaeroben Behandlungszone 2 wird durch das Rohr 5 nach einem oberen Abschnitt des Schnellbelüfters
6 hin geleitet. Luft wird in den unteren Teil des Schnellbelüfters 6 durch den Einlass 7 eingeleitet. Der Schnellbelüfter
6 erleichtert die Entfernung von Stickstoffblasen, die sich auf dem Schlamm befinden, der von der anaeroben
Behandlungszone 2 herkommt. Der Betrieb von Schnellbelüftern ist bekannt. Die aus dem Schnellbelüfter 6 abströmenden
Stoffe werden in das Klärgefäss 8 geleitet. Konstruktion und Betrieb des Klärgefässes sind ebenfalls bekannt. Das im
Klärgefäss behandelte Abwasser 9 wird aus dem oberen Teil des Klärgefässes 8 entnommen, während Kreislaufschlamm
und Abwasser aus dem unteren Teil 10 des Klärgefässes 8 entnommen und der anaeroben Behandlungszone 2 zugeführt werden.
Die Zufuhrgeschwindigkeit des Beschickungsabwassers 1 wird
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bei der Au ε führung sform der Fig. 1 und den Ausführungsformen,
die weiter unten offenbart werden, vorzugsweise so eingestellt, dass die Konzentration der Nitrat- und Nitritionen
in der anaeroben Behandlungszone 2 auf einem niedrigen Niveau gehalten wird. Überdies ist es wichtig, dass die anaerobe
Behandlungszone 2 genügend viel kohlenstoffhaltiges Material enthält, um. eine praktisch vollständige Denitrifizierung
des Beschickungsabwassers 1 zu ermöglichen. Es kann daher notwendig sein, kohlenstoffhaltiges Material dem Abwasserbehandlungsverfahren
zuzusetzen, und zwar vorzugsweise dem Beschickungsabwasser 1 oder direkt der anaeroben Behandlungszone
2. Überschüssiges, kohlenstoffhaltiges Material kann nachfolgend, insbesondere nach den weiter unten beschriebenen
Verfahren behandelt werden.Beschickungsabwasser kann aus mehr als einer Quelle erhalten werden, und solche
Beschickungsabwässer können unterschiedliche Niveaus an
stickstoffhaltigem und kohlenstoffhaltigem Material aufweisen. Die Beschickungsabwässer können getrennt zugeführt
oder vermischt werden, bevor sie der anaeroben Behandlungszone 2 zugeführt werden.
Wie oben angegeben, wird die Zufuhrgeschwindigkeit des Beschickungsabwassers
1 vorzugsweise so eingestellt, dass die Konzentration der Nitrit- und Nitrationen in der anaeroben
Behandlungszone 2 auf einem niedrigen Niveau gehalten wird. Solche niedrigen Niveaus können von der speziellen Zusammensetzung
des Beschickungsabwassers abhängig sein; die Konzentration des Stickstoffs in Form von Nitrit- und Nitrat
kann jedoch geringer als etwa 20 mg/1 sein. Bei bevorzugten Ausführungsformen kann die Konzentration des Stickstoffs
niedriger als 10 mg/1 und insbesondere niedriger als 3 mg/1
sein.
Das in der Fig. 1 gezeigte Verfahren und die weiter unten gezeigten Au sführungs formen des Verfahrens sind bei einem
pH-Wert des Beschickungsabwassers beträchtlich unterhalb
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6,0 und insbesondere bei einem pH-Wert von nur 2,0 durchführbar,
vorausgesetzt dass ein wesentlicher Mengenanteil der Säure Salpetersäure ist, die nachfolgend durch das
Denitrifizierungsverfahren entfernt werden kann. Die Anwesenheit
wesentlicher Mengen anderer Säuren, beispielsweise von Chlorwasserstoffsäure und Schwefelsäure, kann dazu
führen, dass der pH-Wert des Abwassers in der anaeroben Zone auf unterhalb etwa 6,0 herabgesetzt wird.
Bei der in der 51Xg. 2 gezeigten Ausführungsform wird das
Abwasser^ das aus der anaeroben Behandlung sz one 2 kommt, einer bei hoher Geschwindigkeit arbeitenden, aeroben Behandlungszone
11, die einen Rührer 12 aufweist, zugeführt. Ein Anteil des Abwassers in der aeroben Behandlungszone 11
wird durch die Rohrleitung 15 nach der anaeroben Behandlungszone
2 im Kreislauf zurückgeführt, während der Rest des Abwassers in dieser Zone durch die Rohrleitung 14-nach
dem Klärgefäss 8 hin geleitet wird. Geklärtes, behandeltes Abwasser 9 wird aus dem oberen Teil des Klärgefässes
8 entfernt, während Kreislaufschlamm und Abwasser aus dem unteren !Teil 10 des Klärgefässes 8 entnommen und der anaeroben
Behandlungszone 2 zugeführt werden.
Die Nitrifizierung von stickstoffhaltigem Material, beispielsweise
von Aminen und Ammoniak, die in dem Abwasser vorhanden sind, kann in der aeroben Behandlungszone 11
geschehen, In diesem Pail.kann das Gemisch aus Abwasser und
Schlamm, das aus dem unteren Teil der aeroben Behandlungszone 11 entnommen wird, Nitrat- und/oder Nitritionen enthalten,
welche in der anaeroben Behandlungszone 2 verwendet werden können. Um die Nitrat- und Nitritionen wirksam zu
entfernen, ist es notwendig, das Gemisch aus Schlamm und Abwasser aus der belüfteten Zone 11 mit einer Geschwindigkeit
im Kreislauf zurückzuführen, die mindestens so gross ist wie die Geschwindigkeit, mit der das Beschickungsabwasser
1 in die anaerobe Behandlungszone 2 eingeleitet wird. Ins-
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besondere sollte die Umwälzgeschwindigkeit 1 bis 4-mal so
gross wie die Zufuhrgeschwindigkeit sein. Die Anwendung einer aeroben Zone und der hohen Umwälzgeschwindigkeit können
eine wirksame Behandlung von Abwässern ermöglichen, die anderes stickstoffhaltiges Material als Nitrat- und Nitritionen
enthalten.
Wenn die Umwälzgeschwindigkeit so hoch wie die Zufuhrgeschwindigkeit
ist, lässt sich voraussagen, dass die Wirksamkeit der Behandlung eines Beschickungsabwassers, das
reduzierte Stickstoffverbindungen enthält, 50 % für die
in der J1Ig. 2 gezeigte Ausführungsform betragen würde. In
den nachfolgenden Beispielen werden höhere Wirkungsgrade erhalten, was anzeigt, dass eine gewisse Denitrifizierung
in der aeroben Zone eintreten kann. Unwirksames Mischen und/oder abgesetzter Schlamm können diese Wirkung steigern.
Die aerobe Zone kann so entworfen werden, dass solche Faktoren in Rechnung gestellt werden.
Es kann beispielsweise bei der Behandlung von Abwässern, die einen grossen Mengenanteil des stickstoffhaltigen Materials
in Form von Ammoniak oder Ammoniak-Derivaten aufweisen, wünschenswert sein, dass eine zweite anaerobe Behandlungszone 15 zwischen der mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden,
aeroben Behandlungszone 11 und dem Klärgefäss 8 der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform angeordnet wird, wie es in
der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsform veranschaulicht ist. Bei dieser Ausführungsform kann es notwendig sein,
eine zusätzliche Quelle von biologisch-abbaubarem Kohlenstoff
16 der zweiten anaeroben Behandlungszone 15 zuzusetzen. Eine geeignete Quelle für biologisch-abbaubarem Kohlenstoff
ist Methanol oder kohlenstoffhaltiges Abwasser. Die zweite anaerobe Behandlungszone 15 wird vorzugsweise durch den
Rührer 17 gerührt. Aus der zweiten anaeroben Behandlungszone
abströmende Stoffe werden durch die Rohrleitung 14 dem Klärgefäss 8 zugeführt. Eine zweite anaerobe Behandlungs-
- 9 409807/087 3
JO
zone kann wünschenswert sein, wenn ein Behandlungsgrad des Abwassers benötigt wird, der grosser ist, als er in der
ersten anaeroben Behandlungszone 2 und in der mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden, aeroben Behandlungszone 11
erzielbar ist.
Die aerobe Behandlungszone kann in Form einer belüfteten
Lagune, wie sie in der Aus führung s form der J1Ig. 4· gezeigt
wird, vorliegen. Der Betrieb von aeroben Lagunen ist bekannt (vgl. beispielsweise das. Kapitel 10 des Buches "Water
Pollution Control, Experimental Procedures for Process Design" von V. W. Eckenfelter und D. L. Ford, The Pemberton
Press,(1970)· Die aus der anaeroben Behandlungszone 2 abströmenden
Stoffe werden der aeroben Lagune 18 zugeführt, die einen Rührer 19 aufweist. Behandeltes Abwasser 20 wird
ausgetragen. Eine Mischung aus Schlamm und Abwasser wird durch die Rohrleitung 21 im Kreislauf nach der anaeroben
Behandlungszone 2 zurückgeführt.
Eine Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 4- wird in der
Fig. 5 gezeigt. Bei der letzteren Ausführungsform wurde
eine mit hoher Geschwindigkeit arbeitende, aerobe Behandlungszone 11 der in der Ausführungsform der Fig. 2 beschriebenen
Art zwischen die anaerobe Behandlungszone 2 und die aerobe Lagune 18 gebracht.
Bei niedrigen Konzentrationen an kohlenstoffhaltigem und stickstoffhaltigem Material in der anaeroben Zone kann die
Konzentration des gelösten Sauerstoffs in der anaeroben Zone wichtig sein. Methoden zur Kontrolle der Konzentration von
gelöstem Sauerstoff sind bekannt. Beispielsweise kann die anaerobe Zone durch einen Deckel abgeschlossen werden, oder
man kann ein inertes, schwimmfähiges Material auf der Oberfläche des Abwassers in der anaeroben Zone schwimmen lassen.
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Die Wirkungsweise von "bei hoher Geschwindigkeit arbeitenden,
aeroben Behandlungszonen und aeroben Lagunen ist bekannt. Das Feststoffniveau, d. h. die Bakterienkonzentration, ist
in einer mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden aeroben Behandlungszone höher und dieser Typ der Behandlungszone
kann gegenüber Temp era turänderungen empfindlicher sein als eine aerobe Lagune und kann sogar ähnliche Wirkungsgrade
der Abwasserbehandlung zu allen Jahreszeiten zeigen. Eine solche Ausführungsform kann an Standorten, an denen kalte
Winter vorkommen, den Vorzug finden.
Die anaerobe Zone wird vorzugsweise so betrieben, dass Stickstoff in das Abwasser mit einer Geschwindigkeit von
weniger als 0,7 und insbesondere von weniger als 0,3 kg Stickstoff/kg flüchtiger, suspendierter Feststoffe in der
anaeroben Zone/Tag eingeführt wird. Diese Konzentration wird in den Beispielen als Stickstoff-Beschickungsfaktor
bezeichnet.
Die Geschwindigkeit, mit der die reduzierten Stickstoffverbindungen
der aeroben Zone zugeführt werden, und die in den Beispielen als Nitrifizierungs-Beschickungsfaktor bezeichnet
wird, beträgt vorzugsweise weniger als 0,1 kg
Stickstoff/kg flüchtiger, suspendierter Feststoffe in der aeroben Zone/Tag. Die Geschwindigkeit, mit der BOD der
aeroben Zone zugeführt wird und die in den Beispielen als der BOD-Beschickungsfaktor bezeichnet wird, beträgt vorzugsweise
weniger als 0,25 kg BOD/kg flüchtiger, suspendierter Feststoffe in der aeroben Zone/Tag.
Die Beschickungsfaktoren werden aus den Konzentrationen
beispielsweise des Stickstoffs, und der flüchtigen, suspendierten Feststoffe und der Verweilzeit des Abwassers in
der Behandlungszone errechnet.
- 11 -
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In der aeroben Zone beträgt die Konzentration an gelöstem Sauerstoff vorzugsweise 2 bis 4 mg/1.
Bakterien sind für das erfindungsgemässe Verfahren durch Akklimatisieren des Schlammes, der aus einem sanitären
Behandlungsverfahren stammt, erhältlich. Vorzugsweise führt man hierzu den Schlamm unter anaeroben Bedingungen in ein
verdünntes Abwasser ein und erhöht nachfolgend allmählich, beispielsweise über eine Zeitspanne von mehreren Wochen,
die Konzentration des Materials in dem Abwasser. Andere Quellen von denitrifizierenden Bakterien sind "bekannt. Bakterien
können auch durch Akklimatisieren von Schlamm in dem erfindungsgemässen Verfahren erhalten werden. Beispielsweise
kann ein verdünntes Abwasser einer anaeroben Zone, welche Schlamm enthält, zugeführt werden. Abwasser, das in der
anaeroben Zone behandelt worden ist, kann einer aeroben Zone zugeführt werden, und eine Mischung aus Schlamm und
Abwasser kann im Kreislauf nach der anaeroben Zone zurückgeführt werden. Die Konzentration der kohlenstoffhaltigen
und stickstoffhaltigen Materials in dem der anaeroben Zone zugeführten Abwasser sollte allmählich, beispielsweise
über eine Zeitspanne von mehreren Wochen hin, auf das gewünschte Niveau erhöht werden. Der Wirkungsgrad des Abwasserbehandlungsverfahrens
während des Akklimatisierungszeitraums der Bakterien kann geringer sein als der Wirkungsgrad
nach der Akklimatisierung der Bakterien.
Es kann notwendig sein, Phosphat oder dergleichen zur Förderung des Bakterienwachstums dem Abwasser zuzusetzen. Die
Bedeutung der Anwesenheit solcher Verbindungen für die Förderung des Bakterienwachstums ist "bekannt.
Offenbart wird ein verbessertes Verfahren zum Behandeln wässriger, abfliessender Stoffe (Abwasser), die stickstoff-
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haltiges Material (Hitrat- oder Nitritionen und Material,
das in der Lage ist, Nitrat- und Nitritionen zu bilden) enthält, in Gegenwart von genügend viel kohlenstoffhaltigem
Material» um eine praktisch vollständige Denitrifizierung des Abwassers zu ermöglichen. Das Verfahren umfasst das
Einleiten des Abwassers in eine anaerobe Behandlungszane,
welche anaeroben, aktivierten Schlamm enthält, mit solcher Geschwindigkeit ι dass die Konzentrationen an Nitrat- und
Nitritienen in der anaeroben Behandlungszone bei einem
niedrigen Niveau, beispielsweise bei weniger als 3 nig/1,
gehalten werden. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung fliesst das Abwasser aus der anaeroben Behandlungszone nach
einer aeroben Behandlungszone, aus der die abfliessenden
Stoffe mit einer Geschwindigkeit im Kreislauf zurückgeführt werden können» die mindestens so hoch ist wie diejenige, mit der
das unbehandelte Abwasser der anaeroben Behandlungszone zugeführt wird. Der pH-Wert des Beschickungsabwassers kann
kleiner als 6,0 sein, und das Beschickungsabwasser kann Phenol enthalten.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele weiter veranschaulicht.
Das in der Pig. 1 gezeigte Abwasserbehandlungsverfahren
wurde im Laboratoriumsmasstab unter Yerwendung eines Abwassers
durchgeführt, das aus einer technischen Anlage kam, in der Nylon-Zwischenprodukte hergestellt wurden. Das Abwasser
enthielt Salpetersäure, Adipinsäure, Hexamethylendiamin, Ammoniak (in Form von Ammoniumsalzen), Ketone,
Alkohole, Kohlenwasserstoffe und dgl. Durchschnittliche Ergebnisse, die für zwei Perioden erhalten wurden, werden in
der Tabelle I angegeben. Die Umgebungstemperatur betrug in diesem Beispiel und in allen nachfolgenden Beispielen
22° G.
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CC-8
T a | «7 belle I |
2338853 | |
Periode | 1 Behandlungs niveau |
Periode 2 Behandlungs niveau |
|
Tage | 15 | 17 | |
Beschickungs abwasser* Nitrat Nitrit TOC** pH |
660 70 1020 2,0-2, |
5 | 630 50 990 2,0-2,5 |
Behandeltes Abwasser* Nitrat Nitrit TOC pH |
1 0 180 7,5-8, |
99 81 0 |
0,5 99 0 190 82 7,5-8,0 |
Schlammniveau * * * | 8050 | 6000 | |
Stickstoff- Beschickungs faktor**** |
o, | 22 | 0,27 |
* in mg/1
** Gesamter organischer Kohlenstoff, als Kohlenstoff
gemessen
*** Cmg/1 VSS); VSS - flüchtige, suspendierte Feststoffe
**** in kg Stickstoff/kg VSS/Tag
Der gesamte organische Kohlenstoff ist als der Unterschied zwischen dem gesamten Kohlenstoff und dem anorganischen
Kohlenstoff definiert, und sein Betrag wurde mittels eines Beckman-Kohlenstoff-Analysegerätes erhalten.
Nitrat, Nitrit und Ammoniak wurden nach bekannten Methoden bestimmt. Reduzierte Stickstoffverbindungen, die in den
nachstehenden Tabellen als N-H-Verbindungen identifiziert werden, sind als der Unterschied zwischen dem gesamten
Stickstoff, und der Gesamtheit der Nitrat- und Nitritverbindungen definiert. Der Gesamtstickstoff wurde erhalten,
indem eine Testprobe mit einem Nickelkatalysator bei hoher Temperatur (etwa 600 C) in Gegenwart von Wasserstoff in
Berührung gebracht wurde. Das dadurch gebildete Ammoniak
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CC-8
wurde mit Wasser in Berührung gebracht und mittels eines Coulson-Leitfähigkeitsdetektors gemessen.
Alle Analysen auf Stickstoffverbindungen werden als Stickstoff in mg/1 wiedergegeben. In ähnlicher Weise werden die
Kohlenstoffanalysen als Kohlenstoff in mg/1 wiedergegeben.
Das* Behandlungsniveau ist als der Grad der Behandlung zwischen
dem Beschickungsabwasser und dem behandelten Abwasser, ausgedruckt als Prozent, definiert.
Abwasser wurde im Laboratoriumsmasstab nach dem in der Fig. gezeigten Verfahren behandelt. Das Beschickungsabwasser war
ähnlich demjenigen, das in Beispiel 1 verwendet wurde. Die Werte wurden für zwei Zeiträume gemittelt; die Ergebnisse
werden in der Tabelle II wiedergegeben. Die Umwälzgeschwindigkeit war dieselbe wie die Abwasserzufuhrgeschwindigkeit.
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CC-8
Tage | Tabelle : | 19 | Aerobe (erste) Stufe* | 40 | Aerobe (zweite) Stufe* | NA | VSS - flüchtige, | lung s- | ' 25 | |
] | Beschickungs | II | Nitrat und | Nitrat und | *** in kg Stickstoff/kg VSS/Tag | niveau | ||||
abwasser* | Periode 1 Behänd- Periode 2 Behand | Nitrit | 50 | Nitrit | NA | |||||
Nitrat | lungs- | 130 | N-H-Verbin- | 140 | N-H-Verbin- | NA | 110 | |||
Nitrit | niveau | 55 | dungen | 380 | dungen | 45 | ||||
N-H-Verbin- | TOC | TOC | ||||||||
dungen | 185 | Schlammniveau | Schlammniveau | NA nicht analysiert | 170 | |||||
IOC | 990 | Nitrifizierungs- | 0,1 | * in mg/1 | ** (mg/1 VSS); | 1130 | ||||
Anaerobes Stadium* | Beschickungs- | |||||||||
Nitrat und | faktor*** | 0,76 | ||||||||
Nitrit | 0 | BOD-Beschickungs- | 0 | |||||||
N-H-Verbin- | faktor **** | |||||||||
dungen | 95 | 80 | ||||||||
TOC | 380 | 490 | ||||||||
Schlammniveau * * | 250 | 240 | ||||||||
Stickstoffbe | ||||||||||
schickungsfaktor | 0,68 | 0,68 | ||||||||
20 | ||||||||||
40 | ||||||||||
185 | ||||||||||
370 | ||||||||||
0,1 | ||||||||||
1,4 | ||||||||||
32 80 | ||||||||||
15 91 | ||||||||||
95 92 | ||||||||||
36 | ||||||||||
suspendierte Feststoffe | ||||||||||
16 -
0 9 8 0 7/0879
CC-8
Beispiel 5
Das in der Fig. 2 veranschaulichte Verfahren wurde eim Laboratoriumsmasstab
mit einem Abwasser des in Beispiels 1 verwendeten Typs betrieben. Die Ergebnisse sind in der
Tabelle III wiedergegeben. Die Umwälzgeschwindigkeit aus dem Klärgefäss zu der anaeroben Behandlungszone war dieselbe
wie die Abwasserzufuhrgeschwindigkeit. BOD wurde nach Standardmethoden gemessen.
- 17 -
7/0379
il
Tage | 14 | 0,49 | e 1 1 e III | • 26 | Behand | |
Tab | Beschickungs | Behänd- Periode 2 | lungs- | |||
Periode 1 | abwasser* | lungs- | niveau | |||
Nitrat | 120 | niveau | 120 | |||
Nitrit | 35 | 20 | 15 | |||
N-H-Verbin- | 17 | |||||
dungen | 155 | 65 | 150 | |||
0?OC | 1120 | 13 | 995 | |||
Anaerobes Stadium* | ||||||
Nitrat und | ||||||
Nitrit | 0 | 0 | ||||
N-H-Verbin- | ||||||
dungen | 55 | 75 | ||||
TOC | 420 | 360 | ||||
BOD** | 690 | 715 | ||||
Stickstoff-Be- | ||||||
schickungsfaktor | 0,5 | 0,2 | ||||
Aerobe Stufe* | ||||||
Nitrat und | ||||||
Nitrit | 25 | 50 | ||||
N-H-Verbin- | ||||||
dungen | 20 | 7 | ||||
TOC | 75 | 60 | ||||
Sehlammniveau * * * | 570 | 1360 | ||||
BOD | 11 | 13 | ||||
Nitrifizierungs- | ||||||
Beschickungsfaktor 0,05 | 0,022 | |||||
BOD-Beschickungs- | ||||||
faktor | 0,21 | |||||
Aus dem Klärgefäss | ||||||
austretendes Abwas | ||||||
ser* | ||||||
Nitrat und Nitrit | 87 45 | |||||
N-H- Verbindungen | 89 4 | |||||
TOC | 94 60 | |||||
BOD | 11 | 67 | ||||
97 | ||||||
94 | ||||||
mg/1
an gefilterten Proben, in mg/1
(Mg/1 VSS); VSSm» flüchtige, suspendierte Feststoffe
- 18 -
409807/0879
CC-8
Unter Verwendung eines Beschickungsgutes, das Phenol,
Thiocyanat und Ammoniak enthielt, wurde das in der Fig. 3 veranschaulichte Verfahren im Laboratoriumsmasstat» durchgeführt.
Die Umwälzgeschwindigkeit aus der aeroben Stufe nach der anaeroben Stufe und diejenige aus dem Klärgefäss nach
der ersten anaeroben Stufe waren beide gleich hoch wie die Abwasserzufuhr geschwindigkeit. Die Ergebnisse waren die
folgenden: Das Phenolniveau in dem Abwasser aus der ersten anaeroben Stufe war niedriger als 1 mg/1.
Tabelle IV
Zeit (Tage) | 16 |
Beschickungsabwasser* | |
Ammoniak | 200 |
Phenol | 75 |
Thiocyanat | 20 |
TOC | 90 |
pH | 10-11 |
Anaerobe Stufe* | |
Nitrat und Nitrit | 0 |
N-H-Verbindungen | 85 |
TOC | 32 |
pH | 6,5-9,0 |
Schlammniveau* * | 1125 |
Aerobe Stufe* | |
Nitrat und Nitrit | 50 |
N-H- Ve rbindung en | 45 |
TOC | 24- |
Schlammnive au | 980 |
Zweite anaerobe Stufe | |
Nitrat und Nitrit | 0 |
N-H-Verb indungen | 23 |
TOC | 55 |
Schlammnive au | 785 |
* mg/1
** (mg/1 VSS); VSS - flüchtige, suspendierte Feststoffe
- 19 _
7/087 9,
CÖ-8
iO 2333853
Methanol wurde der zweiten anaerobischen Stufe zugeführt,
und die Erhöhung des analytischen Gehalts an gesamtem organischem Kohlenstoff auf dieser Stufe des Verfahrens
ist der übermässigen Methanölzugabe zuzuschreiben.
Die Behandlungsniveaus waren die nachstehenden: Ammoniak 89 %, Phenol 100 %, Thiocyanat 93 %; es zeigt sich somit,
dass Ammoniak, Phenol und Thiocyanat bei dem erfindungsgemässen
Verfahren gleichzeitig entfernt werden.
Das in der Fig. 2 veranschaulichte Verfahren wurde im Laboratoriumsmasstab unter Verwendung einer wässrigen Hexamethylendiamin
lösung als Beschickungsabwasser durchgeführt. Die Umwälzgeschwindigkeit von dem Klärgefäss nach der anaeroben
Zone hin war gleich hoch wie die Abwasserzufuhrgeschwindigkeit. Die flüchtigen, suspendierten Feststoffe
lagen bei allen Versuchen im Bereich von 3000 bis 3200 mg/1.
Das Verfahren wurde bei einem gegebenen Satz von Betriebsbedingungen
eine Zeitlang durchgeführt. Es wurde eine Probe entnommen und analysiert. Di-? Betriebsbedingungen wurden
verändert und die Arbeitsweise wurde wiederholt. Die Zeitdauer ist in der Tabelle 5» in welcher die Ergebnisse zusammengestellt
sind, als "Versuchsdauer" identifiziert.
- 20 7/08 7-9
label 1 e V
Versuch Versuchsdauer (Tage) |
1 7 |
2
3 |
3 4 |
4 2 |
5 3 |
6 1 |
|
Beschickungsabwasser TOC BOD |
30 85 200 |
30 85 200 |
30 85 200 |
30 85 200 |
30 85 200 |
30 85 200 |
|
CD | Anaerobe Stufe Nitrat Nitrit TKN TOC Stickstoff-Beschickungs faktor |
0,2 10,3 25 0,075 |
TR TR 10,6 33 0,075 |
TR . TR 11,2 14 0,04 |
TR TR 11,2 33 0,04 |
0,1 TR 8,7 22 0,075 |
TR 11,2 19 0,07 |
O3
& ι |
Aerobe Stufe NO, NOg |
7,1 TR |
TR* | 8,0 TR |
9,0 TR |
Ii | |
m * | TKN TOG BOD-Beschickungsfaktor Nitrifi zi erungs-Beschik- kungsfaktor |
TR 9 0,25 0,04 |
TR 12 0,13 0,02 |
TR 9 0,13 0,02 |
TR 11 0,25 0,04 |
TR 8 0,39 0,06 |
0,9 10 0,13 0,02 |
Geklärtes Abwasser NO, · N0| |
8,0 TR |
7,3 TR |
4,4 TR |
TR | 9,0 TR |
5,9 TR- |
|
TKN TOC |
TR 8 |
TR 12 |
TR 9 |
TR 10 |
TR 9 |
TR 11 |
|
Behandlungsniveau (Stickstoff) | 73 | 76 | 85 | 75 | 70 | 80 |
♦Gesamter K^jeldahl-Stickstoff U)
TR Spur, weniger als 0,1 mg/1 J§
Claims (2)
- PatentansprücheVerfahren zum Behandeln wässriger, abfliessender Stoffe (Abwasser), deren pH-Wert unterhalb etwa 6 liegt und die stickstoffhaltiges Material, und zwar Titrationen oder Nitritionen oder Material, das in der Lage ist, Nitrat- oder Kitritionen zu bilden, enthält, wobei ein wesentlicher Anteil des sauren Bestandteils des Abwassers das genannte stickstoffhaltige Material ausmacht, dadurch gekennzeichnet, dass man den Abwasser-Strom zunächst in eine anaerobe Behandlungszone führt, die anaeroben, aktivierten Schlamm und genügend viel kohlenstoffhaltiges Material enthält, um eine praktisch vollständige Denitrifizierung des genannten wässrigen Stroms zu ermöglichen, wobei die Konzentration des Stickstoffs in Form von Nitrat- und Nitritionen in der genannten anaeroben Behandlungszone unterhalb etwa 10 ml/1 gehalten wird, und man den behandelten, wässrigen Strom dann in eine zweite Behandlungszone, und zwar eine Klärzone oder eine aerobe Behandlungszone, führt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wässrige Strom Ammoniak, Amine oder andere organische Stickstoffverbindungen enthält, die zweite Behandlungsζone eine aerobe Behandlungszone ist, eine Mischung aus Schlamm und Abwasser aus der aeroben Zone nach der anaeroben Zone im Kreislauf zurückgeführt wird und die Umwälzgeschwindigkeit zwischen einem Verhältnis von wässrigem Beschickungsgut zu im Kreislauf zurückgeführtem Gut von 1 : 1 und von 1 : 4 liegt.- 22 403807/0879toLeerseite
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