CH444065A - Verfahren zur Nachbehandlung von vorgeklärtem Abwasser - Google Patents

Description

      Verfahren        zur    Nachbehandlung von     vorgeklärtem    Abwasser    Die organischen Substanzen im Abwasser werden  durch Mikroorganismen verschiedenster Art angebaut  und ausgenützt zur Deckung ihres Energie- und Nähr  stoffbedarfes. Solange freier Sauerstoff in der Lösung  bzw. Dispersion vorhanden ist, werden die organischen  Verbindungen besonders durch     aerobe    und fakultativ       aerobe    Bakterien oxydiert, d. h.     veratmet.    Es bilden sich  dabei neben Wärme und     Zellsubstanz    vorwiegend     niedri-          germolekulare    Verbindungen und Gase.

   Der Abbau kann  so weit gehen, dass nur noch anorganische Restprodukte  verbleiben; die organische Substanz ist dann vollständig       mineralisiert.    Eine restlose     Mineralisierung    der Abwas  serbestandteile ist, allgemein gesprochen, das Ziel der  Abwasserreinigung.  



  Da nicht alle Bakterien und anderen am Abbau be  teiligten Mikroorganismen alle organischen Verbindun  gen in gleichem Mass angreifen können, sind die erfor  derliche Zeit für den Abbau und der erreichbare Effekt  oft sehr verschieden, je nach der Zusammensetzung des  Abwassers und der aktiven Mikroflora und Mikrofauna.  Man benötigt für die     Veratmung    von bestimmten Verbin  dungen oft eine ganz spezifische Bakterienflora. Die Ent  wicklung einer solchen erfordert Zeit.  



  Solange ein Abwasser stets die gleiche Zusammen  setzung aufweist, gelingt ein Abbau weitgehend; treten  aber bedeutende qualitative Schwankungen auf, wird der  in der Zeiteinheit erreichbare     Mineralisierungs-Effekt     schlechter oder gar in Frage gestellt.  



  Der     oxydative    Abbau ist nur soweit möglich, als den  Mikroorganismen der hierzu erforderliche Sauerstoff zur  Verfügung steht. In der     Praxis    ermittelt man diesen       Saurerstoffbedarf    in der Regel auf chemischem Weg  durch Erfassung der sog.

       Oxydierbarkeit.    Man oxydiert  mittels     Bichromat    oder     Permanganat    alle organischen  Verbindungen und kann so die Menge Sauerstoff fest  stellen, die für die vollständige     Mineralisation    benötigt  wird     (KMn0h-Verbrauch,        CSB    =     chem.        Sauerstoff-Be-          darf    oder     DOC    =     dichromat        oxygen        consumption)

  .    Für  die Berechnung der Dimensionen von biologischen Ab  wasserreinigungsanlagen ist der     DOC-Wert    nur bedingt  brauchbar, da sich nicht alle Verbindungen innert nütz  licher Frist durch Mikroorganismen vollständig minera-         lisieren    lassen. Man verwendet für diesen Fall die biolo  gische Methode, die darin besteht, dass man experimen  tell den Sauerstoffbedarf des Abwassers pro Liter in 5  Tagen bestimmt     (BSBS    = biologischer Sauerstoffbedarf).  Bei einzelnen Verbindungen decken sich die beiden  Werte, d. h.     DOC    =     BSB"    z.

   B. bei gewissen     Modell-          Versuchen.    Bei häuslichem Abwasser schwankt das Ver  hältnis     DOC    :     BSBS    zwischen 1,4 und 3,2. Das heisst,  dass in den gemischten häuslichen Abwässern organische  Verbindungen vorhanden sind, die durch Mikroorgani  smen nur schwer oder langsam abbaubar sind. Das  Wasser beim Auslauf der Reinigungsanlage besitzt im  mer noch einen biologischen     Sauerstoffbedarf.    Die Höhe  dieses Sauerstoffbedarfes des aus der Anlage     abfliessen-          den    Wassers ist abhängig von der Restmenge und der  Natur der organischen Verbindungen, sowie der Menge  noch vorhandenen Sauerstoffes im Wasser.  



  Solange der Restsauerstoff ausreichend ist, um den  biologischen Sauerstoffbedarf vollumfänglich zu decken,  funktioniert eine Anlage gut. Ist der biologische Sauer  stoffbedarf aber höher als der     Restsauerstoffgehalt,    so  entzieht das Abwasser dem Gewässer, in welches es ein  geleitet wird, den für den restlichen Abbau erforderli  chen Sauerstoff (sofern er dort vorhanden ist). Das Er  gebnis ist, dass solches Abwasser das Gewässer in dop  peltem Sinn belastet:  a) durch den Entzug des     Sauerstoffes    für den Abbau  der verbliebenen organischen Verbindungen und  b) durch Verdünnung mit     sauerstoffreiem    Abwasser.

    Es wird in diesem Fall das     Selbstreinigungsvermögen     des Gewässers mehr oder weniger stark beeinträchtigt,  ja in vielen Fällen überbeansprucht.  



  Die     Abwasser-Reinigungsanlagen    werden in der Re  gel als gut arbeitend bezeichnet, falls der     Reinigungs-          grad        in        bezug        auf        BSBS        etwa        90%        beträgt.        Dies        bedeutet,     dass bei einem Abwassereinlauf mit     BSBS    von 250     mg/1     ein Auslauf mit einem     BSB5    von 25     mg/1    resultiert.

    Gewöhnlich hat dann das auslaufende Abwasser keinen  gelösten, freien Sauerstoff mehr; es belastet daher das  Gewässer immer noch in starkem Masse.  



  Diesen Übelstand hat man schon verschiedentlich zu  beseitigen versucht, indem man den Auslauf einem Be-           lüftungsbecken    zuleitet und dort während einiger Zeit  nachbelüftet hat. Es sind Verfahren bekannt, die für  die     Begasung    mit Druckluft gelochte Röhren, perforier  te Metall- oder Kunststoffplatten, keramische     Verteiler     und/oder     ähnliches    verwenden; andere benutzten     Krei-          selbelüfter,        Bürstenbelüfter    und dgl. Alle diese Verfah  ren besitzen den Nachteil, dass nur ein geringer Teil des  dargebotenen Sauerstoffes ausgenützt wird und die gan  ze Behandlung einer sehr grossen Luftmenge bedarf.

   Es  handelt sich um einen Ausnützungseffekt des Sauerstof  fes von 1,5 bis     2,5%.    Im Durchschnitt rechnet man für  die Reduktion des biologischen Sauerstoffbedarfes um  1     mg/1    mit einer Luftmenge von 30 bis 50 Litern.  



  Eine Berechnung der erforderlichen Luftmenge bzw.  Lüftungszeit für eine vollständige Oxydation hat nur  theoretischen     Wert,    da sich verschiedene organische Ver  bindungen mit dem molekularen Sauerstoff der Luft  allein nicht oxydieren lassen und auch mit Mikroorga  nismen zusammen die     Mineralisation    lange Zeit in An  spruch nimmt. Eine Langzeitbelüftung ruft nicht nur  gewaltigen baulichen, sondern auch betrieblichen Mehr  kosten, die den tragbaren Rahmen bei weitem übersteigen.  Bemerkenswert ist, dass bei den bekannten     Nachbelüf-          tungsanlagen    mit der gewöhnlichen Luft zusätzlich auch  eine beträchtliche Menge von Bakterien ins Wasser ein  gebracht werden.  



  Es ist ferner bekannt, das Abwässer vor und nach  den Kläranlagen in hygienischer Beziehung vielfach be  denklich sind. Sie enthalten neben riesigen Mengen von  für den Menschen meist harmlosen,     ubiquitären    Mikro  organismen öfters     pathogene    Keime und Viren. Wieder  holt nachgewiesen wurden insbesondere Darmbakterien  der     Thyphus-,    Paratyphus-,     Enteritis-    und Ruhr-Gruppe,  Milzbrand- u.

   Eitererreger sowie     Bangbakterien    und die  Erreger der Tuberkulose, ferner die heimtückischen     Li-          sterien    und     Leptospiren,    wie auch Viren vom     hepato-          tropen,        entero-    und zum Teil auch     neurotropen    Typus.  



  So bildet jedes Gewässer, welches mit Abwasser (ge  reinigt oder nicht)     kontaminiert    wird, in epidemiologi  scher Beziehung eine grosse Gefahr. Zwar     verlieren    ge  wisse     pathogene    Keime im     Vorfluter    mit der Zeit ihre       Virulenz,    andere behalten sie oder können sich bei An  wesenheit gewisser Nährstoffe (z. B. Eiweiss) sogar ver  mehren, wie etwa die genannten Darmbakterien der  Typhus-, Paratyphus-,     Enteritis-    und Ruhr-Gruppe, die       Listerien    und     Leptospiren.        Sporenbildner,    wie z.

   B. die       Milzbranderreger,    sind ausserordentlich resistent und  behalten ihre     Virulenz    über Wochen hinfort.  



  Wässer von     Vorflutern,    die mit Abwasser vermischt  worden sind, dürfen vom hygienischen Standpunkt aus  nicht mehr ohne gründliche Entkeimung als Brauch  wasser für Mensch und Tier verwendet werden.  



  Die     vorliegende    Erfindung bezweckt, einen Weg zu  finden, um die geschilderten Schwierigkeiten zu besei  tigen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nach  behandlung von     vorgeklärtem    Abwasser durch Begasen  des Wassers mit einem sauerstoffhaltigen Gasgemisch  und besteht darin, dass das Abwasser mit einem ioni  sierten sauerstoffhaltigen Gasgemisch begast wird, wäh  rend das Abwasser in turbulenter Strömung durch ein  Leitungsstück mit geschlossenem Querschnitt hindurch  geleitet wird. Zweckmässig kann die     Begasung    mit ioni  sierter, ozonhaltiger Luft erfolgen.  



  Weitere Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus  der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbei  spielen und aus der zugehörigen Zeichnung, in welcher  eine Anlage zur Durchführung des     erfindungsgemässen       Verfahrens rein beispielsweise und schematisch veran  schaulicht ist.  



  Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsva  riante des Verfahrens wird das     vorgeklärte    Abwasser  zur     Begasung    durch eine     Strahlpumpenvorrichtung    un  ter Druck hindurchgeleitet und das     ionisierte    Gasgemisch  durch     Injektorwirkung    selbsttätig in die     Strahlpumpen-          vorrichtung    eingesaugt, wo es sich mit dem eine hohe  Turbulenz aufweisenden Abwasser innig mischt und im  Wasser weitgehend gelöst wird. Dadurch ist verhindert,  dass Teile des Wassers, wie bei der offenen Belüftung,  sich der     Begasung    entziehen können.

   Bei Verwendung  eines     Injektors    mit Hochturbulenz kann bei einem Ver  hältnis von Luft zu Wasser 1 : 10, also 100 Liter Luft  pro 1000 Liter Wasser, eine Übersättigung an Sauerstoff  erreicht werden. Je nach dem verwendeten Druck im  Zulauf und der Bauart der     Strahlpumpe    können bis zu       10%        des        dargebotenen        Sauerstoffes        der        Luft        gelöst        wer-          den,    d. h. es können pro Kubikmeter Luft ohne weiteres  25 bis 30 g Sauerstoff in das Wasser eingetragen und  gelöst werden.  



  Da es sich gezeigt hat, dass gewisse organische Ver  bindungen mit Luft und Mikroben nicht schnell genug  oxydiert werden können, verwendet das     erfindungsge-          mässe    Verfahren ein ionisiertes sauerstoffhaltiges Gas  gemisch. Es wird z. B. Luft verwendet, die zuvor einen       Ionisator    passiert hat und bei der ein möglichst grosser  Teil des Sauerstoffes in Form von Ozon, ein Teil der  anderen Gase, wie Stickstoff oder Wasserstoff, in Form  ihrer Ionen vorhanden sind. Diese Ionen sind starke  Oxydationsmittel. Vom Ozon weiss man, dass nur ganz  wenige Stoffe seiner Oxydationswirkung zu widerstehen  vermögen.

   Die     ionisierte    Luft wirkt also auf zweifache  Weise oxydierend:  a) Durch Ozon, das ja bekanntlich die meisten orga  nischen Verbindungen anzugreifen vermag, sei es durch  reine Oxydation (z. B. bei den gesättigten     Kohlenwas-          serstoffen),    durch Anlagerung an Doppel- und Drei  fachbindungen oder durch     Peroxydbildung    (z. B. bei  Aldehyden, Äther und Alkoholen).  



  Der Zerfall des Ozons erfolgt stufenweise, wobei Pro  dukte in angeregtem Zustande anfallen, z. B.    <B>0,</B> 03+       03+        -@        O2+        -f-    O+     -I-    0    Die einzelnen     Dissoziationsprodukte,    also     03+,        O2+    und  O+, sind starke Akzeptoren und reagieren entsprechend  schnell.  



  b) Durch den Elektronenentzug der verschiedenen  Gasionen. Die positive Überschussladungen tragenden  Ionen entziehen den Verbindungen des Substrates Elek  tronen, wie z. B.         Fe++    - e- Fe<B>...</B>       Cu+    - e-     -@.        Cu++       Dies kommt einem Oxydationsvorgang gleich, was  bedeutet, dass beim Begasen des Abwassers mit ioni  sierter Luft der Bedarf an Sauerstoff geringer ist als bei  Verwendung von molekularem Sauerstoff und dass fer  ner die Oxydation sehr schnell verläuft, ja man kann  sagen momentan.

   Es     gelingt    auf diese Weise nicht nur,  den biologischen Sauerstoffbedarf, sondern auch den  chemischen     Sauerstoffbedarf    bis auf Null zu reduzieren  und das Abwasser mit Sauerstoff gesättigt oder gar  übersättigt einem Gewässer zuzuleiten. Dadurch kön  nen die Sauerstoffverhältnisse eines jeden     Vorfluters,    sei  es ein Bach, Fluss, Teich oder See, saniert werden. Das           Selbstreinigungsvermögen    wird durch das Einleiten     sol-          chermassen    behandelten Abwassers zumindest beibehal  ten, meistens wesentlich verbessert.  



  In bakteriologischer Hinsicht findet gleichzeitig mit  der Oxydation der Abwasserbestandteile durch Ozon und  Gasionen eine Entkeimung statt. Wird die Oxydation  des Abwassers vollständig     durchgeführt,    so besteht auch  volle Gewähr, dass     sämtliche    Keime, auch die Sporen  bildner und Viren, restlos abgetötet sind. Solche Abwäs  ser entlasten ein Gewässer wirksam, verbessern dieses       derart,    dass eine Wiederverwendung des Wassers zu  Genusszwecken kein Problem mehr bildet.  



  Es ist mit diesem Verfahren auch möglich, jedes  andere Wasser zu behandeln, mit     Sauerstoff    anzurei  chern oder zu sättigen und seine Sauerstoffzehrung zu  beheben sowie es bakteriologisch einwandfrei zu gestal  ten. Ebenso eignet sich dieses Verfahren zur Aufarbei  tung gewerblicher und industrieller Abwässer.  



  Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nun ein  Ausführungsbeispiel aus der Praxis beschrieben:  Vom Auslauf einer     Abwasserreinigungsanlage    1 wird  häusliches Abwasser mit einem     BSBS-Wert    von 20     mg/1     mittels einer Pumpe 2 durch eine     Strahlpumpenvorrich-          tung    3 gefördert und dort im Verhältnis Wasser :

   Gas =  10: 1 mit ionisierter Luft mit einem Ozongehalt von  1,8     mg/1    innig vermischt, wobei die ionisierte Luft durch  die     Injektorwirkung    der     Strahlpumpenvorrichtung    3  selbsttätig von einem     Ionisator    4 angesaugt und mit dem  Abwasser innig vermischt wird, das beim Durchlaufen  der     Strahlpumpenvorrichtung    3 in starke Turbulenz ver  setzt wird. An den Ausgang der Vorrichtung 3 ist eine  Rohrleitung 5 mit eingebauten     Umlenkorganen    ange  schlossen, um die     Durchmischung    von Wasser und ozo  nisierter Luft aufrechtzuerhalten, bis zum Einlauf in  einen     Vorfluter    6.

   Der     BSBS-Wert    des Abwassers beim  Verlassen der Leitung 5 wird Null, und der Überschuss  an gelöstem Sauerstoff liegt zwischen 7 und 8     mg/1.     Die Keimzahl ist weniger als 10 pro Liter. Im     Ionisator       4 wird die aus der Atmosphäre kommende Luft     zweck-          mässig    durch ein elektrisches Feld zwischen Elektroden  hindurchgeleitet, die an eine Hochspannungsquelle an  geschlossen sind, wobei die Luft ozonisiert und     ionisiert     wird.  



  Die     Strahlpumpenvorrichtung    3 kann gegebenenfalls  mehrstufig ausgebildet sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Nachbehandlung von vorgeklärtem Abwasser durch Begasen des Wassers mit einem sauer stoffhaltigen Gasgemisch, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser mit einem ionisierten sauerstoffhaltigen Gasgemisch begast wird während das Abwasser in tur bulenter Strömung wird ein Leitungsstück mit ge schlossenem Querschnitt hindurchgeleitet wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Begasung mit ionisierter, ozonhaltiger Luft erfolgt. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass das Abwasser zur Begasung durch eine Strahlpumpenvorrichtung unter Druck hindurchgeleitet und das ionisierte Gasgemisch durch Injektorwirkung selbsttätig in die Strahlpumpenvorrichtung eingesaugt wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch zu seiner Ionisation durch ein zwischen Elektroden liegendes elektrisches Feld hindurchgeleitet wird.