CH493430A

CH493430A - Verfahren zur Reinigung von Abwasser

Info

Publication number: CH493430A
Application number: CH375968A
Authority: CH
Inventors: Stone Joyce Ronald; Gene Hager Donald
Original assignee: Calgon Corp
Priority date: 1967-05-05
Filing date: 1968-03-14
Publication date: 1970-07-15
Also published as: GB1200366A; US3455820A; DE1642396A1; FR1556797A

Description

Verfahren zur Reinigung von Abwasser
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser mit Aktivkohle, welches sich insbesondere für Haushalts- und Industrieabfälle enthaltende Abwässer eignet.

Mit dem raschen Anwachsen der Bevölkerung und der Industrialisierung der Städte fällt ein immer grösser werdendes Volumen an Abwasser an, das behandelt und abgeleitet werden muss. Die bisher zur Ableitung des Abwassers oder des aus Abwasserbehandlungsanlagen abströmenden Wassers dienenden Flüsse und Ströme sind durch die Zunahme des Abwasseranfalles überlastet und vielfach erheblich verunreinigt.

Die zur Zeit verbreitetste Methode zur Abwasserbehandlung besteht aus einem Absitzenlassen, wobei ein grosser Teil der Feststoffe des Rohabwassers mit oder ohne Zuhilfenahme von Flockungsmitteln entfernt wird.

Bei einer erheblichen Anzahl von Abwasserbehandlungs anlagen wird noch eine weitere biologische Behandlungs stufe, beispielsweise eine Belüftung durchgeführt, um die Feststoffe durch Bakterieneinwirkung weiter abzubauen.

Das aus der biologischen Behandlungsstufe abströmende Wasser wird dann mit oder ohne weitere Reinigung in die Flüsse und Ströme geleitet.

In neuerer Zeit ist vorgeschlagen worden, das aus der biologischen Behandlungsstufe abströmende Wasser zur abschliessenden Reinigung mit Aktivkohle zu behandeln.

Es sind natürlich zahlreiche Variationen derartiger Vorschläge möglich.

Es ist klar, dass jedes Verfahren zur Behandlung von städtischen Haushalts- und Industrieabwässern geeignet sein muss, mit geringen Unkosten einen grossen und wechselnden Zustrom zu behandeln. Dabei stellt eine weitere Reinigungsbehandlung von ausgeflocktem und belüftetem Abwasser beispielsweise durch Aktivkohle eine Erhöhung der Unkosten der Abwasserbehandlung dar. Aktivkohle ist ferner ein zur Abwasserbehandlung relativ teures Material und muss daher zur praktischen Anwendbarkeit wiedergewonnen und regeneriert werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Abwasserbehandlung vorzuschlagen, bei welchem Aktivkohle in einer für die Abwasserbehandlung wirtschaftlichen Weise benutzt wird und das abströmende Wasser nur einen geringen Gehalt an Verunreinigungen aufweist, so dass es hinreichend rein ist zur Behandlung in den herkömmlichen städtischen Wasseraufbereitungsanlagen und für den menschlichen Verbrauch nicht verloren geht.

Dementsprechend wird erfindungsgemäss ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser durch Sieben und Klären und nachfolgendes Abtrennen der suspendierten Feststoffe vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man das gesiebte Rohabwasser mit einem Flockungsmittel behandelt, das überstehende Wasser von der gebildeten Ausflockung abtrennt und durch ein oder mehrere Aktivkohlebetten leitet und diese periodisch rückspült und regeneriert.

Im folgenden werden zunächst einige hierin benutzte Bezeichnungen definiert. Die Bezeichnung Rohabwas ser wird für eine verdünnte wässrige Mischung von Abfällen, hauptsächlich aus Haushaltungen und bestimmten Leichtindustrien verwendet, welche durch das Wasser bequem und wirtschaftlich abgeführt werden und zahlreiche verschiedene Materialien, beispielsweise menschliche Abfälle, Seifen, Detergentien, Schmutz, Papier, Speiseabfälle, Chemikalien, Fäden usw. enthalten.

Als primäres Ablaufwasser wird das von einer vorhergehenden Behandlung des Rohabwassers abströmende Wasser bezeichnet, in welchem ein wesentlicher Teil der suspendierten und/oder gelösten Feststoffe entfernt oder auf andere Weise teilweise gereinigt wurden. Als sekun- däres Ablaufwasser wird hierin das aus einer zweiten Abwasserbehandlung abströmende Wasser bezeichnet, in welchem ein wesentlicher Teil der suspendierten und/oder gelösten Feststoffe durch eine Reinigungsstufe entfernt wurden. Die Bezeichnung Flockungsmittel wird für solche Materialien verwendet, die bei der Zugabe zum Abwasser eine Ausflockung erzeugen und eine raschere Abtrennung der Feststoffe bewirken. Als biochemischer Sauerstoffbedarf wird diejenige Sauerstoffmenge bezeichnet, welche bei der biochemischen Oxidation organischer Stoffe innerhalb von fünf Tagen bei 200C verbraucht wird.

Als Aktivkohle werden solche Kohlenstoffmaterialien bezeichnet, die kleine Po ren und eine grosse innere Oberfläche besitzen. Die Bezeichnung echemischer Sauerstoffbedarf bezeichnet diejenige Sauerstoffmenge, ausgedrückt in ppm und korrigiert für den Einfluss von Chloriden, welche unter speziellen Bedingungen für die Oxidation der organs schen und der oxidierbaren anorganischen Stoffe im Wasser oder Abwasser verbraucht wird (vgl. Methode for the Examination of Water and Waste Mater , 12.

Auflage, Public Health Assoc., New York, N.Y., 1965, Seiten 510 bis 514).

Für die Durchführung des erfindungsgemässen Ver- fahrens sind alle herkömmlichen organischen und anor- ganischen Flockungsmittel geeignet. So können beispiels weise anionische, kationische oder nichtionogene Poly- elektrolyte Verwendung finden. Geeignete polymere Flockungsmittel sind:
1. Cellulosederivate, wie Hydroxyalkylcellulose, Carb- oxyalkylcellulose, Sulfoalkylcellulose, Alkylcellulose und deren Salze.

2. die durch Umsetzung von Butylbromid mit Polyvi nylpyridin oder Vinylpyridin-Copolymeren mit anderen Stoffen, beispielsweise Styrol erhaltenen, wasserlöslichen quaternären Ammoniumsalze,
3. die durch Umsetzung eines primären Diamins, wie Propylendiamin, eines Alkylhalogenids wie 1,4-Dichlor- butan und einer halogenierten Alkylverbindung wie Bu- tylbromid erhaltenen, wasserlöslichen quaternären Am moniumsalze,
4. Polyvinylamidsalze,wiePolyvinylamid-acetat,
5. die wasserlöslichen Reaktionsprodukte aus Form- aldehyd und Guanidincarbonat oder bestimmten substi- tuierten Guanidinsalzen, wie Aminoguanidincarbonat,
6.

Polyäthylenimin-Salze, beispielsweise das Acetat oder Sulfat,
7. Salze langkettiger Polymerer sekundärer Amine, beispeilsweise die durch Umsetzung von 1,4-Dibrombu- tan und 1,6-Hexamethylendiamin gebildeten Produkte,
8. Salze, beispielsweise Chloride oder Acetate, ge- mischter primärer und sekundärer Amine, wie Triäthy- lentetramin oder Tetraäthylenpentamin,
9. sulfonierte lineare Polymere aus Styrol und substi- tuiertem Styrol oder Copolymere derselben mit Acrylmo nomeren,
10. Polyäthylenoxide,
11. Polyacrylatsalze,
12.

Dialkylaminoalkylacrylate und deren quaternäre Verbindungen,
13. quaternäre Vinyl-benzyl-ammoniumverbindungen und deren Copolymere mit Acrylaten,
14. mit Olefinen copolymerisierte Halbamide olefins¯ scher Anhydride,
15. Polyalkylenimine und polymere Kondensate von Polyalkylen-polyaminen und vicinalen Dihaloalkanen,
16. Homopolymere und Interpolymere von in Zei chen-Stellung äthylenisch ungesättigten Sulfinen,
17. mit starken Basen behandelte Polyacroleine, 18. polymerisierte Produkte aus Polysacchariden oder deren Derivate und Harnstoff- oder Melaminhar zen,
19. natürliche Gummis,
20.

Alkali- und Ammonium-lignosulfonate und
21. hydrolysierte und unhydrolysierte Polyacrylami de.

Es können auch anorganische Materialien wie Alumi- niumsulfat, Kupfersulfat, Eisen-(E)-chlorid, Eisen-(III)- sulfat, Eisen-(II)-sulfat und Kalk verwendet werden.

Es kann ferner erwünscht sein, Flockungshilfsmittel wie Montmorillonite, Attapulgit, Wyoming-Bentonit, Calciumbentonit, Bentone und Bauxit zu verwenden.

Wie bereits erwähnt, kann erfindungsgemäss jedes bekannte Flockungsmittel und Flockungshilfsmittel ver- wendet werden. Die Wahl der jeweils im Einzelfall benutzten Flockungsmittel und Flockungshilfsmittel hängt von der Art des zu behandelnden Abwassers ab.

Da die Zusammensetzung von Abwasser von Ort zu Ort und selbst am gleichen Ort mit der Tageszeit und den Wochentagen verschieden ist, wird die Wahl der jeweils geeigneten Flockungsmittel und Flockungshilfsmittel ent- sprechend variiert. Das jeweils im Einzelfall verwendete Flockungsmittel und Flockungshilfsmittel kann jedoch vom Fachmann je nach den Anforderungen zweckent- sprechend ausgewählt werden.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, welche ein schematisches Fliessbild einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Anlage zeigt.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Anlage wird das Rohabwasser 1 zur Entfernung grober Feststoffe durch eine herkömmliche Gittersiebvorrichtung 2 in einen Ausflockungsbehälter 3 eingeführt. Durch eine Leitung 4 werden geeignete Flockungsmittel und gewebe nenfalls Flockungshilfsmittel zugeführt. Der Ausflok- kungsbehälter 3 ist mit einem Bodenablass S zum periodischen Abziehen der ausgeflockten Feststoffe ver- sehen.

Das geklärte, überstehende Ablaufwasser wird durch eine Leitung 6 einer Adsorbersäule 7, von dieser durch eine Leitung 8 einer Adsorbersäule 9 und von dieser durch eine Leitung 10 einer Adsorbersäule 11 zugeführt und dann über eine Leitung 12 abgezogen. Die Adsorbersäulen 7, 9 und 11 sind mit Aktivkohle be schickt. Anstelle der in der Zeichnung dargestellten Anlage mit drei Adsorbersäulen kann auch mit nur einer oder mit vier oder mehr Adsorbersäulen gearbeitet werden, jedoch sollen vorzugsweise mindestens zwei Adsorbersäulen vorgesehen werden, so dass mindestens eine derselben während des Betriebes der anderen rück gespült und/oder regeneriert werden kann.

Bei einer Schaltung der Adsorbersäulen in Serie sind die Ventile 16, 17, 23, 22, 28 und 29 offen und die übrigen Ventile geschlossen. In der Praxis wird jedoch gewöhnlich min- destens eine Adsorbersäule nicht in Betrieb sein. Wenn zum Beispiel die Adsorbersäule 7 ausser Betrieb ist würden die Ventile 16 und 17 geschlossen und das Ventil 18 geöffnet sein, während die Stellung der übrigen Ventile den vorstehenden Ausführungen entsprechen würde.

In gewissen Abständen ist es erforderlich, die Adsorbersäulen rückzuspülen, um die aus dem vom Flockungsbe ] iälter 3 kommenden Ablaufwasser ausgefil terten Feststoffe zu entfernen. Wenn beispielsweise die Adsorbersäule 7 rückgespült werden soll, wird sie in der vorstehend beschriebenen Weise stillgelegt und nach öffnen der Ventile 13 und 14 Wasser durch das Ventil 14, die Adsorbersäule 7 und das Ventil 13 geleitet, bis die Aktivkohle in der Adsorbersäule 7 genügend gespült ist.

Wenn die Aktivkohle in einer Adsorbersäule zur Entfer- nung der adsorbierten Feststoffe regeneriert werden muss, wird die Adsorbersäule in ähnlicher Weise stillge- legt. Zur Regenerierung beispielsweise der Adsorbersäule 7 wird diese stillgelegt, die darin enthaltene Aktivkohle durch Einleiten von Wasser durch das geöffnete Ventil 13 aufgeschlämmt und durch das geöffnete Ventil 15 abgezogen. Die aufgeschlämmte Aktivkohle wird dann in einem nicht dargestellten, herkömmlichen Regenerierungsofen regeneriert und dann zur weiteren Verwendung in das Verfahren zurückgeführt.

Die Adsorbersäule kann vor dem Entfernen der Aktivkohle zur Regenerierung in der vorstehend beschriebenen Weise rückgespült werden. Die Adsorbersäulen 9 und 11 werden in der gleichen Weise rückgespült oder regeneriert, wie die Adsorbersäule 7. Obgleich die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellte Anlage erläutert wurde, kann das erfindungsgemässe Verfahren natürlich gleichermassen auch in anderen Anlagen durchgeführt werden.

Im folgenden wird nun das erfindungsgemässe Verfahren im einzelnen erläutert. Zur Entfernung grober
Feststoffe ist ein ,herkömmliches Gittersieb geeignet. Das Rohabwasser weist normalerweise einen durch Filtration bestimmten Feststoffgehalt zwischen 50 und 1000 ppm, einen biologischen Sauerstoffbedarf zwischen 50 und 800 und einen chemischen Sauerstoffbedarf zwischen 50 und 2000 auf. Unabhängig davon können jedoch auch Rohabwässer mit ausserhalb dieser Zahlenbereiche liegenden Werten nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt werden. Die zur Klärung des Rohabwassers erforderliche Menge an Flockungsmittel hängt vom Feststoffge- halt des Abwassers ab, liegt jedoch im allgemeinen zwischen 0,01 und 600ppm.

Da die Aktivkohle sowohl als Filter, als auch als Adsorbens zur Reinigung des Ablaufwassers der Klärstufe wirkt, soll der Anteil der durch die Aktivkohle zu entfernenden Feststoffe inner- halb der praktischen Möglichkeiten möglichst niedrig gehalten werden. In jedem Falle sollte der Gehalt an suspendierten Feststoffen jedoch unter 100 ppm liegen, da bei einem diesen Wert wesentlich übersteigenden Feststoffgehalt die Aktivkohle rasch unwirksam wird.

Die zur Behandlung des jeweiligen Rohabwassers verwendeten Flockungsmittel und Flockungshilfsmittel müssen daher in der Lage sein, den Feststoffgehalt auf unter 100 ppm zu verringern.

Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass die Aktivkohle im erfindungsgemässen Verfahren eine doppelte Funktion besitzt. Sie wirkt einerseits als Filter zur Entfernung suspendierter Feststoffe und andererseits als Adsorbens zur Entfernung gelöster Feststoffe.

Es ist daher wesentlich, die Aktivkohle zur Entfernung der ausgefilterten Feststoffe periodisch zurückzuspülen.

Im allgemeinen werden jeweils mehrere Rückspülungen durchgeführt, bevor eine Regenerierung der Aktivkohle erforderlich ist. Eine Rückspülung ist jeweils dann erforderlich, wenn das Druckgefälle über die Aktivkohle stark anzusteigen beginnt und dadurch anzeigt, dass die ausfiltrierten Feststoffe den Flüssigkeitsstrom durch die Adsorbersäule erheblich behindern. Eine Regenerierung der Aktivkohle ist natürlich erforderlich, wenn die Mengen der darauf adsorbierten gelösten Feststoffe soweit angewachsen ist, dass die Wirksamkeit der Aktivkohle erheblich verringert wird. Zur Regenerierung von Aktivkohle sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die auch im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet werden können.

Obgleich erfindungsgemäss jede Aktivkohle verwendet werden kann, wurde gefunden, dass bestimmte Aktivkohletypen eine überlegene Wirksamkeit besitzen und zu einer besseren Reinigung des behandelten Ablaufwassers führen. Die Aktivkohle soll daher vorzugsweise eine nach der Brumauer-Emmett-Teller-Methode ( Journal of the American Society , Band 60, 1938, Seite 309) bestimmte innere Oberfläche zwischen etwa 300 und 1500 m2/g besitzen. Obwohl erfindungsgemäss auch pulverisierte Aktivkohle benutzt werden kann, wird vorzugsweise granulierte Aktivkohle, insbesondere mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von mindestens 0,3 mm eingesetzt.

Der in der Klärstufe verwendete Ausflockungsbehälter kann mit Rührvorrichtungen versehen sein, jedoch ist dies nicht entscheidend. Es wurde jedoch gefunden, dass durch anfängliches Rühren des Abwassers und des Flockungsmittels bis zum Einsetzen der Fällung und nachfolgendes Absitzenlassen ohne Rühren eine raschere Klärung bewirkt werden kann.

Obgleich die zu einer hinreichenden Verringerung des Gehaltes an gelösten Feststoffen erforderliche Menge an Aktivkohle von der Art des behandelten Abwassers abhängt, sind zur Behandlung von 1 m3 Abwasser im allgemeinen etwa 12 bis 360g Aktivkohle erforderlich Die benötigte Aktivkohlemenge kann jedoch auch ausserhalb dieses Bereiches liegen und durch einfache Versuche leicht bestimmt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen weiter erläutert.

Beispiel I
Ein aus einer Kläranlage für Haushalts- und Leichtindustrie-Abwasser stammendes Rohabwasser wurde unter Rühren mit 400 ppm Kalk (CaO) und 0,25ppm eines anionischen synthetischen hydrolysierten Polyacrylamids (Flockungshilfsmittel 230, Calgon Corp.) versetzt. Nach dem Beginn des raschen Ausflockens der Feststoffe wurde das Rühren beendet und die Ausflockung absitzen gelassen. Das überstehende Wasser wurde von der Ausflockung abgetrennt und durch eine mit Aktivkohle beschickte Adsorbersäule geleitet. Die Adsorbersäule hatte einen Durchmesser von 25 mm und eine Länge von 685 mm und war mit 150 g einer granulierten Aktivkohle (Calgon Filtrasorb 300) mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von etwa 0,6 mm und einer inneren Oberfläche zwischen 950 und 1100m2/g beschickt.

Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 mllmin besass das in die Adsorbersäule eintretende Klärwasser einen chemischen Sauerstoffbedarf von 84 und das aus der Adsorbersäule austretende Wasser einen chemischen Sauerstoffbedarf von 2,8.

Beispiel 2
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch ein anderes Abwasser verwendet wurde. Das Ablaufwasser trat in die Adsorbersäule mit einem chemischen Sauerstoffbedarf von 108 ein und verliess diese mit einem chemischen Sauerstoffbedarf von 25.

Beispiel 3
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch jetzt wiederum ein anderes Abwasser verwendet wurde. Das Wasser trat in die Adsorbersäule mit einem chemischen Sauerstoffbedarf von 90 ein und verliess diese mit einem chemischen Sauerstoffbedarf von 1,5.

Beispiel 4
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch das Durchströmen der Adsorbersäule fortgesetzt wurde, bis der chemische Sauerstoffbedarf des aus der Adsorbersäule austretenden Wasser scharf anzusteigen begann. Nach der Entfernung der beladenen Aktivkohle aus der Adsorbersäule wurde bestimmt, dass die Aktivkohle einen Gehalt von 40 Gewichtsprozent an adsorbierten gelösten Feststoffen enthielt.

Beispiel 5
Zur Untersuchung der Wirksamkeit des erfindungsgemässen Verfahrens unter Praxisbedingungen wurde in einer herkömmlichen Kläranlage eine kleine Versuchsanlage errichtet und durch diese ein abgezweigter Seitenstrom von 3,8 1/min Abwasser geleitet, welcher aus dem Nassbehälter zugepumpt wurde und vor diesem durch einen herkömmlichen Zerkleinerer und ein Gittersieb geführt worden war. Dieser abgezweigte Strom wurde kontinuierlich mit 20 bis 50ppm Alaun und 10 bis 14ppm eines Homopolymeren aus Dimethyldiallyl-ammoniumchlorid behandelt Die Chemikalien wurden dem Abwasser in einem Strahlmischer zugemischt, in welchem die Verweilzeit etwa fünfundfünfzig Minuten betrug. In diesem Behälter lief ferner ein Blattrührer mit einer Geschwindigkeit von 14 U/min um.

Das die Ausflockung enthaltende Abwasser wurde in einen Absetzbehälter überführt, in welchem die Verweilzeit neunzig Minuten betrug. Obgleich in der Versuchsanlage zur bequemeren Durchführung des Experiments getrennte Misch-, Flokkungs- und Absetzbehälter vorgesehen waren, kann das erfindungsgemässe Verfahren in einer normal dimensionierten Anlage ohne getrennte Behälter durchgeführt werden.

Ein aus dem Absetzbehälter abfliessender Teilstrom wurde dann mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 380 ml/min (entsprechend einem Durchsatz von 193 I/m2/min) durch eine Reihe von Pyrex -Rohren mit einem Innendurchmesser von 51 mm gepumpt, welche mit Aktivkohle ( Filtrasorb 300 ) mit einer inneren Oberfläche von etwa 950 bis 1100m2/g beschickt war.

Die Gesamttiefe der Aktivkohlenbetten betrug 6,12 m. In regelmässigen Abständen wurden Proben des in die verschiedenen Stufen ein- bzw. ausströmenden Wassers aufgefangen und auf den Gehalt an suspendierten Feststoffen sowie den biologischen und den chemischen Sauerstoffbedarf untersucht. Der Versuch wurde über mehrere Monate fortgeführt und durch die Aktivkohlebetten dabei insgesamt etwa 41,8 m5 Klärwasser geleitet.

Die Ergebnisse dieses Versuches sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
Tabelle
Roh nach Aus- nach Aktiv wasser nockung und ppm Absitzen Behandlung ppm Suspendierte
Feststoffe 50-700 25-75
Durchschnittswert 250 45 Biologischer
Sauerstoffbedarf 63-287 15-75 1-7
Durchschnittswert 127 25 4 Chemischer
Sauerstoffbedarf 90-800 40-180 4-20
Durchschnittswert 400 110 13
Wie die vorstehenden Beispiele zeigen, ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren eine einfache und wirksame Methode zum Klären und Reinigen von Abwasser mit einem Minimum an Ausrüstung und einfachem Betrieb.

Claims

PATENTANSPRUCH

Verfahren zur Reinigung von Abwasser durch Aussieben, Klären und Abtrennen der suspendierten Feststoffe, dadurch gekennzeichnet, dass man das gesiebte Rohabwasser mit einem Flockungsmittel behandelt, das überstehende Wasser von der gebildeten Ausflockung abtrennt und durch ein oder mehrere Aktivkohlebetten leitet und diese periodisch rückspült und regeneriert.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man den Feststoffgehalt des überstehenden Ablaufwassers auf unter 100 ppm hält.

2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man granulierte Aktivkohle, vorzugsweise mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse von über 0,3 mm verwendet.

3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man Aktivkohle mit einer inneren Oberfläche zwischen 300 und 1500 m2/g verwendet.

4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aktivkohle nach Erreichen einer Beladung mit 40 Gewichtsprozent adsorbierten Feststoffen regeneriert.