DE3711161A1 - Verfahren zur biologischen reinigung von abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere von Industrieabwasser, bei dem das mit biologisch abbaubaren Verunreinigungen be­ lastete Abwasser einen Belebtschlamm enthaltenden Becken zugeführt und dort mit dem Belebtschlamm unter gleichzeitiger Belüftung durchmischt wird, wobei die im Abwasser enthalten­ den Verunreinigungen durch die Mikroorganismen des Belebt­ schlamms biologisch abgebaut werden, und bei dem das aus Belebtschlamm und Abwasser bestehende Gemisch in einem Nach­ klärer voneinander getrennt und zumindest ein Teil des Belebt­ schlamms zum Becken zurückgeführt und das gereinigte Abwasser abgeleitet wird.

Die Leistungsfähigkeit eines solchen Verfahrens ist unter anderem abhängig von der Größe des Belebtschlammbeckens und damit der Menge des Belebtschlamms und diese wiederum von der Abbaugeschwindigkeit der einzelnen Verunreinigungen im Belebtschlamm durch die entsprechenden Mikroorganismen. Ist die Zufuhr der Verunreinigungen zum Belebtschlamm größer als die entsprechende Abbaugeschwindigkeit der jeweiligen Verunreinigungen, kommt es zwangsläufig zu einer Anreicherung der Verunreinigungen im Belebtschlamm. Mit fortschreitender Anreicherung der Verunreinigung kann eine hemmende oder toxische Konzentration des Substrats auf den biologischen Abbau erreicht werden. Auch bei Schwankungen der Konzentration der Verunreinigungen, die auch durch Schwankungen der Ab­ wassermenge entstehen kann, können toxische oder zumindest hemmende Wirkungen auf die Organismen eintreten, die den biologischen Abbau beeinträchtigen. Eine Pufferkapazität, mit der Stoßbelastungen aufgefangen werden können, besitzt dieses bekannte Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser nur durch sehr große Belebtschlammbecken oder große vorgeschaltete Pufferbecken, was sehr kostenintensiv ist. Beim Vorliegen sehr schlecht wasserlöslicher Verunreinigungen mit einem hohen Dampfdruck, sind diese einem biologischen Abbau nach dem bekannten Belebtschlamm-Verfahren nur bedingt zugänglich, da diese Verunreinigungen schon im Einlauf des Belebtschlammbeckens ausgestrippt werden, somit dem biolo­ gischen Abbau entzogen und über die von einer Belüftungsvor­ richtung eingetragene Luft in die Umgebung emittiert werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, insbesondere von Industrieabwasser zu schaffen, bei dem bei einer vorge­ gebenen Größe des Belebtschlammbeckens Stoßbelastungen ohne Schwierigkeiten aufgefangen werden können, das Strippen von flüchtigen Verbindungen verhindert wird und die Anwesen­ heit von toxisch oder hemmenden Schadstoffen nicht zu einer nennenswerten Beeinträchtigung des Wirkungsgrades führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei dem eingangs beschriebenen Verfahren vorgeschlagen, daß dem Be­ lebtschlamm im Becken ein hochsiedendes, organisches Löse­ mittel zugesetzt wird. Weitere Merkmale des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2-7 offenbart.

Dabei muß das Lösemittel bei Normaltemperatur einen sehr niedrigen Dampfdruck besitzen, so daß Grenzwerte der gesetz­ lichen Vorschriften bezüglich Emissionen nicht schon durch das Lösemittel selbst überschritten werden, ein hohes Löse­ vermögen für organische Verunreinigungen aufweisen, mit Wasser in Form einer groben Dispersion oder feinen Emulsion keine toxischen oder sonstigen schädlichen Wirkungen auf die Mikroorganismen ausüben, eine möglichst geringe Lös­ lichkeit in Wasser besitzen und selbst eine möglichst geringe biologische Abbaubarkeit aufweisen. Als besonders geeignet haben sich Dialkylphthalate wie Dioctylphthalat oder Dinonylphthalat und Silikonöle erwiesen.

In Abhängigkeit von der Wasserlöslichkeit der biologisch abzu­ bauenden Verunreinigungen und deren jeweiliger Konzentration kann der Anteil des Lösemittels im Belebtschlamm frei und damit so gewählt werden, daß ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird. In dem Belebtschlammbecken wird das mit den Verunreini­ gungen beladene Abwasser mit dem Belebtschlamm und dem Löse­ mittel bei gleichzeitiger Belüftung innig vermischt, wobei das Abwasser und das hochsiedende Lösemittel biologisch regeneriert wird. In einem Nachklärer, beispielsweise einer Absetz- oder Flotationseinheit, wird das hochsiedende Lösemittel vom Ab­ wasser-Belebtschlammgemisch getrennt und das regenerierte, hochsiedende Lösemittel wird wieder, ggf. mit einem Teil des Belebtschlamms zum Becken zurückgeführt. Das gereinigte Ab­ wasser wird abgeleitet und der überschüssige Schlamm wird abgezogen.

Da die Geschwindigkeit des biologischen Abbaus oft pro­ portional zur stationären Konzentration in der wäßrigen Phase ist, kann es, um die Gesamtgröße des Belebungsbeckens zu minimieren, sinnvoll sein, zwei oder mehrere hinterein­ ander geschaltete, kleinere Belebungsbecken mit unterschied­ licher Konzentration vorzusehen. In gewissen Fällen, z.B. beim Vorliegen biologisch hemmender, z.B. anorganischer Salze oder von Schwermetallen kann es sinnvoll sein, die organischen Verunreinigungen aus dem Abwasser zunächst mit dem hoch­ siedenden Lösemittel zu extrahieren, das mit den organischen Verunreinigungen beladene, hochsiedende Lösemittel gemäß dem vorliegenden Verfahren biologisch zu regenerieren, das regenerierte Lösemittel nach einem bekannten Verfahren vom Wasser mit dem Belebtschlamm zu separieren und anschließend wieder zur erneuten Extraktion von organischen Verunreini­ gungen zu verwenden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

10 m³/h Abwasser mit etwa 300 mg/l organischen Verunreini­ gungen, die zum Teil nicht flüchtig sind und zum anderen Teil aus 100 mg/l Toluol bestehen, sollen durch das er­ findungsgemäße Verfahren gereinigt werden. Der Gleichge­ wichtsdampfdruck von Toluol bei einer Konzentration von 100 mg/l in Wasser beträgt 28000 mg/m³ Luft, d.h., Toluol ist in dem organischen, hochsiedenden Lösemittel etwa tausendmal besser löslich als in Wasser. Die erforderliche Größe des Belebtschlammbeckens zum biologischen Abbau der Verunreinigungen beträgt 40 m³, während zur Belüftung etwa 200 m³/h Luft erforderlich sind. Wegen des Dampfdruckes des Toluols werden bisher bereits im Einlaufbereich des Belebtschlammbeckens bereits mehr als 90% des Toluols ausgestrippt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sinkt der Dampfdruck des Toluols bei einem Zusatz von etwa 33% des organischen, hochsiedenden Lösemittels zum Belebt­ schlamm im Einlaufbereich von 28 000 mg/m³ auf 56 mg/m³. Dieses Absinken auf etwa 1/500 dieses Wertes gegenüber dem herkömmlichen Verfahren bedeutet, daß nur noch ein geringer Teil des Toluols ausgestrippt wird, während der größte Teils des Toluols dem biolgischen Abbau zugänglich ist. In dem Maße, wie die Toluol-Konzentration in der wäßrigen Phase biologisch abgebaut wird, wird dieses aus der organischen Phase, die jederzeit im Gleichgewicht mit der wäßrigen Phase steht, nachgeliefert und dabei der Verteilungskoeffizient auf einem Wert von ca. 1 000 konstant gehalten. Wegen der hohen Speicherkapazität des hochsiedenden, organischen Lösemittels, die für zahlreiche organische Stoffe einhundert bis zweitausendmal höher ist als die von Wasser, können auch starke Belastungsschwankungen des Abwassers hervorragend ab­ gepuffert werden, indem die Spitzenbelastungen durch Auf­ nahme in das hochsiedende, organische Lösemittel abgefangen und nur allmählich entsprechend dem biologischen Abbau in der wäßrigen Phase an diese abgegeben werden. Dadurch kann der Bau von großvolumigen Pufferbecken, wie er bei den bekannten Belebtschlamm-Verfahren oft erforderlich ist, entfallen.

Beispiel 2

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können auch solche Ab­ wässer einer biologischen Reinigung zugänglich gemacht werden, bei denen bisher eine biologische Behandlung entweder gar nicht oder erst nach vorhergehender, starker Verdünnung möglich war. Zu derartigen Abwässern gehören Deponiesicker­ wässer. Diese Abwässer enthalten oft neben einer hohen Be­ lastung mit organischen Substanzen eine hohe, anorganische Salzfracht und/oder Schwermetalle. Beide Stoffgruppen wirken hemmend auf den biologischen Abbau.

In einer ersten Stufe werden nun aus 2 m³/h Deponiesicker­ wasser die organischen Verunreinigungen mit einer Menge von 2 m³/h eines hochsiedenden, organischen Lösemittels mit einer an sich bekannten Extraktionsvorrichtung, beispielsweise einer Mixer-Settler-Kaskade extrahiert. Nach dem Durchlaufen dieser ersten Stufe ist das Sickerwasser weitgehend von den organischen Verunreinigungen gereinigt und enthält überwiegend nur noch anorganische Verunreinigungen. Das mit den organischen Verunreinigungen be­ ladene, hochsiedende organische Lösemittel wird nun in einem 20 m³ fassenden Belebtschlammbecken nach dem erfindungsgemäßen Verfahren biologisch regeneriert, wobei auch hier wegen der wesentlich größeren Löslichkeit der Verunreinigungen im Löse­ mittel im Vergleich zu Wasser keine toxisch oder hemmend wirkende Konzentrationen der Verunreinigungen in Wasser auf­ treten können.

Aus dem Belebtschlamm, Wasser und hochsiedendes, organisches Lösemittel enthaltenden Gemisch wird anschließend in einer Flotation das Wasser von dem Belebtschlamm und dem Lösemittel getrennt und in das Belebtschlammbecken zurückgeführt. In einer weiteren Stufe wird dann, beispielsweise ebenfalls durch eine Flotation oder durch eine Zentrifuge der Belebtschlamm vom Hochsieder getrennt. Der Belebtschlamm wird wieder in das Belebtschlammbecken zurückgeführt, während das biologisch re­ generierte Lösemittel erneut zur Extraktion des Sickerwassers eingesetzt werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, ins­ besondere von Industrieabwasser, bei dem das mit bio­ logisch abbaubaren Verunreinigungen belastete Abwasser mit einem Belebtschlamm enthaltenden Becken zugeführt und dort mit dem Belebtschlamm unter gleichzeitiger Be­ lüftung durchmischt wird, wobei die im Abwasser enthal­ tenen Verunreinigungen durch die Mikroorganismen des Belebtschlamms biologisch abgebaut werden, und bei dem das aus Belebtschlamm und Abwasser bestehende Gemisch in einem Nachklärer voneinander getrennt und zumindest ein Teil des Belebtschlammes zum Becken zurückgeführt und das gereinigte Abwasser abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Belebtschlamm im Becken ein hochsiedendes, orga­ nisches Lösemittel zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Belebtschlamm 1% bis nahezu 100% des Lösemittels zugesetzt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Belebtschlamm 20%-50% des Lösemittels zuge­ setzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Belebtschlamm Dialkylphthalate als Lösemittel zugesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Belebtschlamm Dioctylphthalat oder Dinonylphthalat zugesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Belebtschlammbecken ein Silikonöl als Lösemittel zugesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das belastete Abwasser kaskadenartig durch ein mehr­ teiliges Belebtschlammbecken geführt wird.