DE2419863A1

DE2419863A1 - Nassluft-oxydation von abwaessern

Info

Publication number: DE2419863A1
Application number: DE2419863A
Authority: DE
Inventors: John Allen Meidl; Louis Atwater Pradt
Original assignee: Sterling Drug Inc
Current assignee: STWB Inc
Priority date: 1973-04-24
Filing date: 1974-04-24
Publication date: 1974-11-07
Also published as: KR800000033B1; US3876536A; BR7403194D0; FR2227232A1; JPS577800B2; AU6781574A; GB1411064A; CH580544A5; AT328983B; ES425593A1; JPS5013265A; DE2419863C2; BE813997A; AU476980B2; FR2227232B1; IT1009974B; ZA742294B; NL7405482A; CA1015074A; SE407565B

Description

NASSLÜPT-OXYDATIOIT VOU ABWÄSSERN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oxydation von Abfall, und insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von Abwasserschlamm (sewage sludge) oder Abtrittsdünger (night soil) durch Nassluft-Oxydation,gefolgt von biologischer Oxydation.

Abwasserschlamm wird aus von Wasser getragenen Abwasserkanal- bzw-Kloakensystemen gewonnen, die durch Spülklosetts beschickt werden, wie sie in der westlichen Welt üblich sind. In orientalischen Ländern, einschliesslich Japan, werden Spültoiletten gewöhnlich nicht verwendet; anstelle hiervon sammelt man menschliche Abfälle, die als Abtrittsdünger bekannt sind, in Abtrittsgewölben, unverdünnt mit Wasser, und holt diesen periodisch zur Beseitigung ab.

Es ist bekannt, Abwasserschlamm oder Abtrittsdünger durch Nassluft-Oxydation, gefolgt von biologischer Oxydation, zu behandeln, um den chemischen Sauerstoffbedarf (COD) und den biochemischen Sauerstoffbedarf (BOD) auf einen Punkt zu vermindern, wo die resultierenden Peststoffe und Abflüsse.ohne Verschmutzung der Umgebung beseitigt werden können; vergl. Hurwitz, Teletzke und Gitchel, "Wet Air Oxidation of Sewage Sludge", Water and Sewage Works, August I965; .und L-A. Pradt, "Some Recent Developments in Night Soil Treatment", Water Research, Band 5, Seiten 507-521 (1971)

(Pergamon Press).

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Die bekannten Verfahren zur" Oxydation von Abwasserschlamm oder Abtrittsdünger weisen Nachteile auf» Das Ausmass der Nassoxydation, das gewöhnlich nicht über etwa 70 % liegt _g zerstört Farbkörper nicht; daher verbleibt in dem behandelten Abstrom eine unangenehme Farbe von etwa 500"American Public Health Association (APHA) "-Einheiten . Darüberhinaus werden in dem Belüftungstank, in dem die biologische Oxydation stattfindet, unangenehme Gerüche entwickelt.

Es wurde nun gefunden, dass der Zusatz von pulverisierter Aktivkohle (powdered activated carbon) zu der biologischen Oxydationsstufe, d.h. in den BeIUftungstank, zur Entfernung der vorstehend erwähnten unangenehmen Farbe und Gerüche dient, und die Entfernung von COD und BOD aus dem Äbfallabfluss verbessert. Darüberhinaus wird durch die Zugabe der pulverisierten Aktivkohle ein System geschaffen, das eine geringere Verdünnung mit Wasser erfordert und zur Schaffung einer Nitrifikation und Denitrifikation des Abstroms bzw. Abflusses angepasst werden kann.

Das neue erfindungsgemässe Verfahren wird wie folgt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die spezielle Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, durchgeführt. In dem in Figur 1 dargestellten System wird der Abwasserschlamm oder der Abtrittsdünger zu einem Lagertank 1 gebracht, von wo er, vermischt mit Luft, durch einen Wärmeaustauscher 2 zu einem Reaktor 3 transportiert wird, wo der Schlamm oder Abtrittsdünger einer Nassluft-Öxydatiön unterzogen wird. Die Nassluft-Oxydation findet bei einer Temperatur von I50 bis 575°C statt und bei einem Druck, der dazu ausreicht, den grössten Teil des anwesenden Wassers in der flüssigen Phase zu erhalten, d.h. 11,5 bis 281 kg/cm (I50 bis 4000 psig). Das Ausmass der Oxydation liegt vorzugsweise bei einer 30 bis 70 ^-igen Verminderung des COD. Der Inhalt des Reaktors wird nach der Oxydation erneut durch den Wärmeaustauscher 2 geleitet, und ansehliessend zu einer Abtrennvorrichtung 4 geführt, worin die gasförmigen und flüssigen Phasen getrennt werden. Die flüssige Phase enthält suspendierte Feststoffe, wie Sand, die als "Asche" bezeichnet werden. Die Asche wird durch Absetzen und Dekantieren der Flüssigkeit oder durch Filtrieren entfernt und die Flüssigkeit wird zu einem Belüftungs-Kontakt-Tank 5 geleitet, der

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ein zur Bewirkung der biologischen Oxydation der in der Abfallflüssigkeit enthaltenen organisch gelösten Produkte geeignetes Bioprodukt (biogrowth) oder eine geeignete Biomasse enthält. Bi dem Belüftungstank wird pulverförmige Aktivkohle in wässeriger Aufschlämmung derart gehalten, dass die Konzentration an Kohlenstoff mindestens 500 Teile pro Million und vorzugsweise 10,000 bis 20,000 Teile pro Million Gewichtsteile beträgt. Nach einem Belüftungskontaktzeitraum von 10 bis 150 Stunden, vorzugsweise etwa 50 Stunden, werden die Flüssigkeit und die Biomasse-Kohlenstoff zu einer Klärvorrichtung 6 geleitet, wo sich die Mischung von pulverförmiger Aktivkohle und Biomas-se zum Grund der Klärvorrichtung absetzt. Zwischen dem Belüftungstank und der abschliesse^vnden Kläranlage kann zur Erhöhung der Absetzungscharakteristika des Stroms ein Ausflockungsmittel, vorzugsweise ein katiohisches organisches Polymeres zugesetzt werden. Die in der Klärvorrichtung gesammelte Mischung von Biomasse und Kohlenstoff wird über die Abfallrückflussleitung 7 zu dem Belüftungstank 5 zurückgeführt.

Der Zusatz der pulverförmigen Aktivkohle in das Belüftungsgefäss vermehrt die dort stattfindende Biooxydation und vermindert den Geruch und die Farbe der AbfallflUssigkeiten wesentlich, wobei . die Farbe auf etwa 20 APHA-Einheiten vermindert wird.

Während der Durchführung des Verfahrens baut sich in dem System überschüssige Biomasse auf und die Aktivkohle wird verbraucht, nachdem ihre Kapazität zur Absorption von zuströmendem COD-BOD erreicht wurde. Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt in der Beseitigung von überschüssiger Biomasse und von verbrauchtem Kohlenstoff aus der Kläranlage 6, und in ihrem Transport durch die Schlammüberschussleitung 8 zum Lagerungstank 1, wo.sie mit frischem Abwasserschlamm oder Abtrittsdünger vermischt werden νηά'mit diesen zum Nassluft-Oxydationsreaktor transportiert werden. Auf diese Weise wird die überschüssige Biomasse durch Oxydation beseitigt und der verbrauchte Kohlenstoff wird regeneriert. Bi diesem System, wo der Kohlenstoff recyclisiert und regeneriert wird, enthält die flüssige Phase in dem Separator 4 eine Suspension iron regenerierter Kohle und Asche. Die Asche wird' vorzugsweise entfernt, bevor die die regenerierte Kohle enthaltende

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Flüssigkeit zu dem Belüftungstank zurückgeführt wird. Die Entfernung der Asche kann mit Hilfe einer Zentrifugiervorrichtung erfolgen,die das unterschiedliche spezifische Gewicht von Asche und regenerierter Kohle ausnutzt. Wenn die dem System zugesetzte Kohlenstoffmenge gering ist, so kann die in dem Schlammüberschuss enthaltene Kohle vollständig oxydiert werden oder mit der Asche entfernt werden. Frische, unverbrauchte Kohle wird zugesetzt, um je nach Bedarf das ursprüngliche Gewicht zu ergänzen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt in der Behandlung der Mischung von verbrauchter Kohle und überschüssiger Biomasse aus der Stufe der biologischen Oxydation, die getrennt von dem rohen Abwasserschlamm oder Abtrittsdünger erfolgt. Unter'Bezugnahme auf Figur 2 werden in der Klärvorrichtung 6 gesammelte überschüssige Biomasse und verbrauchte Kohle über die Leitung 8 zu einem Schlamm-Kohlenstoff -Lagerungstank 9 transportiert. Auf diese Weise ist es möglich, den Abwasserschlamm oder Abtrittsdünger einerseits und die Mischung von überschüssiger Biomasse und verbrauchtem Kohlenstoff andererseits unabhängig voneinander getrennt oder intermitierend der Nassluft-Oxydation zu unterziehen. In dem Tank zum Absetzen der Asche (Abtrennvorrichtung 4) befinden sich zwei Auslasse. Ein Auslass dient zur Beseitigung der Asche und der andere führt zum Belüftungstank 5° Der Auslass zur Beseitigung der Asche wird verwendet, wenn Abwasserschlamm oder Abtrittdünger der Nassluft-Oxydation unterzogen werden. Der Auslass zum Belüftungstank wird verwendet, wenn der Reaktor 3 überschüssige Biomasse und verbrauchten Kohlenstoff produziert, während wenig oder keine Asche erzeugt wird.

Das erfindungsgemässe System kann,falls gewünscht, eine -Nitrifikation und Denitrifikation der oxydierten Äbfallflüssigkeit zur Entfernung von ammoniakalischem Stickstoff schaffen. Die Oxydation des ammoniakalischen Stickstoffs zu Nitrit und Nitrat erfolgt, wenn das Alter des aktivierten Schlamms ausreicht, eine nitrifisierende Bakterienpopulation zu erzeugen, die gross genug ist, um eine wesentliche Nitrifikation zu bewirken. Zu diesem Zweck ist ein durchschnittliches Sehlammalter von mindestens drei Tagen ■ erforderlich. Die Mitrifikation erfolgt dalier In dem Belüftungs-

tank 5 zur Biooxydation, vorausgesetzt, dass das Alter des aktivierten Schlamms mindestens drei Tage beträgt. Die Denitrifikation wird dann durch Leiten der überstehenden Flüssigkeit zu einer aeroben Zone durchgeführt, die eine Quelle für organischen Kohlenstoff, wie Methanol enthält, wo das Nitrat zu elementarem Stickstoff reduziert wird und als Gas entweicht.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, ohne eine Einschränkung darzustellen.

Beispiel 1

78 nr roher Abfalldünger mit einem COD von 35 g/1 werden gesammelt und in den Lagerungstank 1 von Figur 1 oder Figur 2 überführt. Der Abfalldünger wird anschliessend in dem Reaktor 3 oxydiert, wobei der COD auf 15 g/l vermindert wird. Der assoziierte BODpdes oxydierten Abtrittdüngers beträgt 8,5 g/l und der Ammoniak/ Stickstoffgehalt beträgt 3,5 g/l.

Der Reaktorinhalt wird zur Abscheidevorrichtung 4 geführt und die Asche wird selektiv aus dem oxydierten Abtrittdünger entfernt. Die flüssige Phase wird in dem Belüftungs-Kontakt-Tank 5 geführt, der eine Biomasse enthält und 63O kg pulverförmige Aktivkohle werden in den Tank gefügt. Die behandelte Flüssigkeit und suspendierten Feststoffe werden zur Klärvorrichtung 6 geleitet und die Feststoffe, die sich dort absetzen, werden durch die Schlammleitung 7 zurück zu dem Belüftungstank geführt. Aufgrund der biologischen Natur des Behandlungssystems werden I63 kg überschüssige Biomasse produziert.

Nachdem die Kohle verbraucht ist, wird eine Feststoffmenge, die dem erhöhten Gewicht des Systems äquivalent ist (Kohlenstoff + überschüssige Biomasse, 793 kg), aus der Klärvorriehtung 6 entfernt und zum Lagerungstank 1 (Figur 1) oder Lagerungstank 9 (Figur 2) überführt. Diese vereinten Feststoffe werden in dem Oxydationsreaktor 3 entweder mit zusätzlichem Abtrittsdünger (Figur 1) oder getrennt (Figur 2) behandelt.

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Der regenerierte Kohlenstoff und die löslich gemachte, überschüssige Biomasse werden zur Durchführung eines weiteren Zyklus zum Belüftungstank 5 überführt.

Der Abfluss des Systems weist einen COD von 200 mg/1, einen BOD₁-von 100 mg/1, einen Ammoniak-Stickstoffgehalt von 500 mg/1 und einen Farbwert von etwa 20 APHA-Einheiten auf.

Ohne Zusatz von Aktivkohle in den Fliessschemata der Figuren 1 oder 2 wären der ausströmende COD, BOD und Ammoniak-Stickstoff etwa 2000 mg/1, 350 mg/l, bzw. 1000 mg/1 und der Farbwert etwa 500 APHA-Einheiten.

Beispiel 2

30.280 Liter (8000 Gallonen) rohe Primärschlammfeststoffe wurden behandelt. Die Schlammcharakteristika sind: COD = 50 g/l, BOD₅ = 20 g/l, Prozentgehalt Feststoffe = 3 %. Die Primärschlammfeststoffe werden aus dem Lagerungstank 1 (Fig.1 oder FIg. 2) in den Oxydationsreaktor 3 übergeführt, wo der lösliche COD und BOD,- auf 25 g/l bzw. 15 g/l vermindert werden.

Nach der Oxydation wird die primäre Asche vorzugsweise aus dem System entfernt. Die flüssige Phase wird zu dem Kontakt-Belüftungstank 5 geleitet. Dort werden 433 kg (955 lbs) pulverförmige Aktivkohle zugesetzt, und das System wird gemäss der Arbeitsweise von Beispiel 1 betrieben. Auch aufgrund der biologischen Natur des Systems, erfolgt die Biooxydation der restlichen organischen Stoffe'unter Bildung von 154 kg (3^0 lbs) überschüssiger Biomasse. Nachdem die Kohle verbraucht Ist, wird der vereinte Feststoff überschuss von 587 kg = 433 + 154 kg (1295 lbs = 955 + 34o) aus der Klärvorrichtung 6 entfernt und in den Lagerungstank .(Figur 1) oder den Lagerungstank 9 (Figur 2) überführt.

Der verbrauchte Kohlenstoff und die überschüssige Biomasse werden anschliessend in dem Oxydationsreaktor 3 behandelt, um den Kohlenstoff zu regenerieren und das assoziierte organische Material löslich zu machen. Die Feststoffe können entweder kombiniert mit

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zusätzlichem rohem Primärschlamm (Figur 1) oder getrennt (Figur 2) behandelt werden.

Der Abfluss des Systems hat einen COD von 400 mg/I, einen BOD,-von 200 mg/1 und einen Ammoniak-Stickstoffgehalt von 10 mg/1.

Ohne Zusatz von Aktivkohle in jedem der beiden Fliessschemata ■ wären der COD, BOD,- und Ammoniak-Stickstoff gehalt 2000 mg/1," 500 mg/1 bzw. 1000 mg/1.

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Claims

Patentansprüche

1·/ Verfahren zur Behandlung von Abwasserschlamm oder Abtrittdünger durch Nassluft-Oxydation, dadurch gekennzeichnet,- dass man das behandelte Produkt einer biologischen Oxydation der flüssigen Phase durch Belüften, in Anwesenheit einer Biomasse und von pulverförmiger Aktivkohle, unterzieht.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Nassluft-Oxydation eine 30 - 70 #-ige Verminderung des chemischen Sauerstoffbedarfs bewirkt wird, und die Menge an pulverförmiger Aktivkohle, die in der Stufe der biologischen Oxydation vorhanden ist, 500 bis 20,000 Teile pro Million beträgt.
;5. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verbrauhte Kohle und die überschüssige Biomasse aus dem biologischen Oxydationsschritt zur Nassluft-Oxydationseinheit übergeführt werden und unabhängig oxydiert werden, um die Aktivkohle zur weiteren Verwendung im biologischen- Oxydationsschritt zu regenerieren.
4. Verfahren gemäss Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Oxydation der verbrauchten Kohle und der überschüssigen Biomasse im Gemisch mit zusätzlichem Abwasserschlamm oder Abtrittdünger durchgeführt wird_o

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