DD212951A1 - Verfahren zur biologischen behandlung von abwaessern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abwaessern, die geloeste organische Verbindungen enthalten, die toxisch bzw. biologisch nicht oder nur schwer abbaubar sind. Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur biologischen Abwasserbehandlung zu entwickeln, um die teuren Bioadsorbentien auf Kohlebasis einzusparen und gleichzeitig die Abbaufaehigkeit fuer toxische Stoffe zu erhoehen. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass zu einem Abwasser, das sowohl Belebtschlamm als auch toxische Substanzen enthaelt, ein quellfaehiges Dreischichttonmineral aus der Gruppe der Smektite zugemischt wird. Das Adsorbensmaterial kann relativ lange verwendet und im Kreislauf gefuehrt werden, da es sich durch den biologischen Abbau reaktiviert. Der Zusatz weiteren Tonminerals erfolgt dann, wenn das biologische Gleichgewicht durch zu hohe Schadstoffkonzentration gestoert ist u. sich dadurch ein verminderter biologischer Abbau einstellt. Das verwendete Tonmineral-Adsorbens braucht auf Grund seines rel. niedrigen Preises nicht reaktiviert werden. Eine Deponie ist ohne Umweltbelastung moeglich.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwässern

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abwässern, die gelöste organische* Verbindungen enthalten, die toxisch und/oder biologisch nicht oder nur schwer abbaubar sind.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen

Die Wirksamkeit von biologischen Reinigungsanlagen wird durch solche Stoffe beeinträchtigt, die sich dein Abbau durch Mikroorganismen nicht nur widersetzen, sondern ihn hemmen oder unmöglich machen, Es ist bekannt, derartige Substanzen durch Adsorptionsmittel zu entfernen. Als Adsorbentien korn-' men vor allem Aktivkohlen in Präge. Weiterhin werden auch Adsorberharze sowie verschiedene Abprodukte wie Kraftwerksaschen eingesetzt (Mangold, K.-H.; Kaeding, J.; Lorenz, K.;. Schuster, H.: Abwasserreinigung in der chemischen und artverwandten Industrie, Leipzig 1973)· Die Adsorptionsmittel werden entweder vor oder nach der biologischen Reinigung^

zugegeben und erfordern somit zusätzliche technische Aufwendungen.

Desweiteren finden Verfahren zur Intensivierung der biologischen Reinigungsstufen Anwendung. Dabei soll durch zusätzliche Maßnahmen ~ .

1. eine Verbesserung der biochemischen Abbaubarkeit toxischer bzw. biologisch schwer abbaubarer Verbindungen bzw.

2. eine Vergrößerung der Aufwuchsfläche für Mikroorganismen und/oder

3. eine Reduktion des Schlammvolumens (Überschuß-Schlamm) bzw. Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des Schlammes . ~

erreicht v/erden.

Dazu existieren eine Reihe von Verfahren, bei denen Adsorptionsmittel in die belüfteten Belebungsbecken dosiert werden. Das Adsorptionsmittel kann dabei eine größere Menge Schadstoff adsorbieren, als der maximalen Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels entspricht, da ein Teil des Adsorbens durch biologischen Abbau reaktiviert wird (BRD-OS 1 958 113)· Vorrangig werden als Adsorptionsmittel verschiedene Stoffe auf Kohlebasis verwendet.

Beim PACT-Verfahren (ÜS-PS 3 904 518; US-PS 4 069 148; BRD-AS 2 101 376) wird pulverförmige Aktivkohle mit einer spezifischen Oberfläche > 100 m /g dem belüfteten Belebungsbecken zudosiert.

Jm ZIMPRO-Verfahren wird der biologische Abbau durch Zusatz von 8 g gepulverter Aktivkohle/l Abwasser bei gleichzeitiger Anwesenheit von 12 g Belebtschlamm/1 intensiviert. Die verbrauchte Aktivkohle wird regeneriert, indem sie gemeinsam mit dem Überschuß-Schlamm einer Uaßoxydation unterzogen wird (Jähnig, K.: Gas- und Wasserfach (V/asser/Abwasser) 119 (1978), 253). . -

Im Bio-Carbon-Verfahren wird eine eng abgesiebte körnige Aktivkohle eingesetzt, die im Schwebezustand gehalten wird und als Trägermaterial für die biologisch aktiven Mikroorga-

nismen dient (Koppe, P.; Sebesta, G.; Herkeimann, H»; Ges.-Ing. 95. (1974), 33, 247).

Weiterhin gibt es Verfahren, die nehen Adsorptionsmitteln auf Kohlebasis andere Materialien verwenden. Es ist ein Verfahren (Perotti, A. E. j Rodman, Q, Α.: AIChS Symp. Ser. 144 (1974)ι 316) bekannt, bei dem neben Aktivkohle auch Inertsand, der die gleichen Korngrößen wie die Aktivkohle besitzt, verwendet wird· Dabei zeigte sich, daß bei Verwendung von Aktivkohle Keimzahlen von 1,4 Mill/ml auftraten im Gegensatz zum Inertsand, wo sie bei 2500/ml lagen. Demzufolge wurde beim Einsatz von Aktivkohle gegenüber Inertsand ein vollständigerer Abbau der toxischen Substanzen erreicht. Der Abbau durch Inertsand betrug nur ca. 50 %.

Bs gibt v/eitere Lösungen, wo Aluminiumoxide und Kieselgele als sogenannte Bioadsorbentien (BRD-OS 2 812 813) neben Aktivkohle dienen. Die Bioadsorbentien werden durch Siebboden in einer Säule - getrennt vom übrigen Teil der Anlage —. gehalten, um einerseits ein Austragen dieser Materialien zu verhindern aber andererseits den Belebtschlamm im Kreislauf zu führen. In einem anderen Verfahren werden Pullererde, Bleicherden und synthetische Kunststoffe zugegeben (BRD-OS 2 94² 112). Auch verschiedene natürliche Minerale der Teilchengröße < 0,297 mm in einer Konzentration von 1 bis 200. g/l (BRD-OS 2 739 090) werden vorgeschlagen (Galcit, Cerussit, Clinoptilolit, Karborund, Diaspor,-Gibbsit, Halloysit, Hämatit, Cyanit, Millerit und !Mischungen davon). Zur Verbesserung der Abwasserklärung wird zusätzlich ein Flockulant verwendet.

Bei einem anderen Verfahren wird ein regenerierter Kraek-Katalysator mit Zeolithen als Trägermaterial als Alternative zur Aktivkohle empfohlen (Schwartz, R.-D.j-Mc Goy, CJ.: J. Water Poll. Contr. Fed. 48 (1976), 274). Die Wirkungsweise besteht darin, daß die Alumosilikate zur Adsorption von Mikroorganismen und organischen Verbindungen befähigt sind. . - '

Nachteile der oben aufgeführten Verfahren sind besonders die verhältnismäßig hohen Chemikalienkosten bei Verwendung von

Bioadsorbentien auf Kohlebasis. Andererseits werden durch die Kohleersatzstoffe wie z. B. Sand schlechtere Abbauraten erzielt. Außerdem ist der Chemikalienverbrauch hoch (bis 200 g/l). ·

Ziel der Erfindung ...

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur biologischen Abwasserbehandlung zu entwickeln, um die teuren Bioadsorbentian auf Kohlebasis einzusparen und gleichzeitig eine bessere Abbaufähigkeit für toxische Stoffe zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung .

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Behandlung von Abwässern, die gelöste organische Verbindungen enthalten, die toxisch und/oder biologisch nicht oder nur schwer abbaubar sind, zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zu dem Abwasser, das sowohl Belebtschlamm als auch zu entfernende gelöste organische Verunreinigungen enthält, ein quellfähiges Dreischichttonmineral aus der Gruppe der Smektite in nicht vorbehandelter Form mit einer Korngröße von 200 bis 400,/U m zugemischt wird. .

Der Zusatz des Tonminerals erfolgt diskontinuierlich direkt in das Belebungsbecken, wenn der biologische Abbau durch zu hohe Schadstoffkonzentration gestört ist. Ein Teil des im Hachklärbehälter anfallenden Schlammes (Rücklaufschlamm), bestehend aus Bioschlamm und Tonmineralkomponente, wird in das Belebungsbecken zurückgeführt. Das Adsorbens kann in Gegenwart der organischen Verunreinigungen relativ lange verwendet und im Kreislauf geführt werden, da ein Teil des Adsorptionsmittels durch biologischen Abbau der sorbierten Bestandteile reaktiviert wird. Der abzuführende Schlamm (Überschußschlamm) ist für eine Deponie geeignet, ohne Beeinträchtigung der Umwelt.

Das Tonmineral zeichnet" sich durch eine große aktive Oberfläche aus, so daß für die Mikroorganismen eine beträchtliche Aufwuchsfläche vorhanden ist. Ferner verfugen die Tonmineraladsorbentien über verschiedene aktive Zentren, die eine hohe Sorptionskapazität für die verschiedensten organischen Verbindungen bedingen. Die eingesetzten Tonminerale haben weiterhin die Eigenschaft, extrazelluläre Enzyme, die für den biochemischen Abbau bedeutsam sind, zu , aktivieren. Bei den verwendeten silikatischen Materialien handelt es sich um billige einheimische Rohstoffe bzw. Sekundärrohstoffe, so daß eine vollständige Reaktivierung der Produkte nicht erforderlich ist. Der Einsatz dieser billigen Substanzen macht bei vergleichbaren Abbauleistungen die Substitution von teuren Trägermaterialien vriLe z.B. verschiedenen Aktivkohlen möglich. ^:

Auaführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an 2 Beispielen erläutert.

Beispiel 1:

In einem Belüftungsreaktor von 5 1 Inhalt wird ein Abv/asser mit p-Nitrophenol als Schadstoff eingespeist. Es wird ein Durchsatz von 5 1/d aufrechterhalten, so daß die Aufenthaltszeit im'Belebtschlammreaktor 24 Stunden beträgt. Der Reaktor enthält adaptierten Belebtschlamm, wobei die Zuführung des Abwassers unter steigender Konzentration des Schadstoffes kontinuierlich erfolgt. Zur Gewährleistung eines optimalen C/P/N-Verhältnisses werden Nährstoffe zudosiert. Ein pH-Wert im schwach basischen Bereich ( 7 bis 8) im Belebungsbecken wird durch Zugabe von IaOH eingestellt.

Der Luftdurchsatz erfolgt über eine Bodenfritte und beträgt 100 l/h. Die verwendeten Adsorptionsmittel werden nach Absetzen im Nachklärbecken diskontinuierlich einmal täglich in das Belebungsbecken zurückgeführt.

Das eingesetzte Tonmineral weist als Hauptbestandteil ein ungeordnetes Montmorillonit-Muskovit-Wechsellagerungsmineral (ca. 45 %) mit ca. 70 % Hontmorillonitschichten auf. Weitere

Bestandteile sind IHit (ca. 12. %), Kaolinit/Chlorit (ca. 11%), Quarz (ca. 14 %), Feldspat (ca. 5 %) und Glaukonit, Pyrit, CaIeit und Dolomit mit je < 1 ^. Die Kationenaustauschkapazität des lufttrockenen Materials beträgt 26,7 mval/100 g. Es wurde eine BET-Oberflache von ca. 40 m /g und eine spezifische Oberfläche in der Flüssigphase von ca. 300 m /g (mittels Methylenblauadsorption) berechnet. Die maximale Beladung für Aromaten mit stickstoffhaltigen funktioneilen Gruppen beträgt 3 bis 5 %· Die verwendete Korngröße des Tonminerals lag zwischen 200 und 40O₄^Jn.

Als Yergleichsversuch zur erfindungsgemäßen Anwendung des Tonminerals wurde als Bioadsorbens die nachfolgend näher charakterisierte Aktivkohle eingesetzt.

Die Aktivkohle wurde durch Gasaktivierung aus BHT-Koks gewonnen und verfügt über ein ausgeprägtes Mikro- und Mesoporensystem. Die lodzahl beträgt 842 mg/g. Es wurde eine spe-

2 zifische Oberfläche in der Plüssigphase von ca. 950 m /g mittels p-Uitrophenoladsorption berechnet. Die maximale Beladung für p-HitiOphenol beträgt bei dieser Aktivkohle ungefähr 410 mg/g. Die verwendete Korngröße lag zwischen 200 und

Beim Abbau von p-ITitrophenol werden unter den o. g. Bedingungen die in Tabelle 1 zusammengestellten Abbauleistungen erreicht. Pur die Versuche wurde Belebtschlamm einer industriellen Abwasserbehandlungsanlage verwendet, v/elcher 7 Tage mit 50 mg/1 p-STitrophenol bis zum völligen Abbau adaptiert wurde.

Da eine vollständige Reinigung bei Konzentrationen von größer 250 mg/1 mit den konventionellen Belebtschlammverfahren nicht mehr möglich ist (Tabelle 1.1.), erfolgt der einmalige Zusatz von je 5 g Aktivkohle bzw. sogenannten Priedländer Tonmehl (bezogen auf das Reaktorvolumen) in das Belebungsbecken (Tabelle \*2. und 1.3·). Die erfindungsgemäße Zugabe von Bioadsorbentien bewirken dabei eine schlagartige Verbesserung der Abflußqualität, wobei Tonmineralien und Aktivkohle ähnliche Abbauleistungen zeigen.

In der weiteren Versuchsdiirchführung erfolgte bei sinkenden Abbauleistungen (Abbau < 75 %) ein nochmaliger Zusatz von jeweils 5 g Aktivkohle bzw. Friedländer Tonmehi. Dabei zeigten sich ebenfalls die. oben dargelegten Effekte.

Beispiel 2:

Pur den Abbau von p-Nitroanilin werden unter den im Ausführungsbeispiel 1 genannten Bedingungen folgende Abbauleistungen erzielt, die in Tabelle 2 dargestellt sind.

Bei der Adaption eines Belebtschlamms einer industriellen Abwasserbehandlungsaniage über einen Zeitraum von 28 Tagen mit 10 mg/1 p-ifitroanilin zeigte dieser keine Adaptionserscheinungen (Vergleichsversuch, Tab. 2.1.).

Da p-Nitroanilin ein Schadstoff ist, welcher mit konventionellen biologischen/Methoden nicht abbaubar ist, erfolgte nach 7 Tagen der Zusatz von je 5g Aktivkohle als Vergleichsbioadsorbens bzw. die Zugabe von Friedländer Tonmehl (bezogen, auf das Reaktorvolumen) in das Belebungsbecken (Tabelle 2.2. und 2.3.)"►

Hierbei kam es dann durch die Adsorption des Schadstoffes an den Adsorptionsmitteln zu verbesserten Eliminierungsleistungen, welche sich aber wieder verringerten, nachdem einerseits das Tonmineral bzw. die Aktivkohle beladen war, andererseits aber auch durch kontinuierliche Fahrweise ständig·, neuer Schadstoff in den Reaktor eingespeist wurde. Beim Versuch mit Friedländer Tonmehl stellte sich nach einer gewissen Einarbeitungszeit, im Gegensatz zur Aktivkohle (Tabelle 2.2. und 2.3.), wieder eine hohe Abbauleistung und somit ein biologisches Gleichgewicht ein. Das verwendete Tonmineral ist in der Lage, die biologischen Vorgänge zu aktivieren. - ' ·

- 8 !Tabelle 1: Abbau von p-Nitrophenol

Schadstoffkon- Versuchstage Abbaurate (bezogen- auf zentration . Substanzkonzentration)

in mg/1 in %

gäbe von Adsorbentien)	.1-7	vollst.	Abbau ( >992.	250	43-49	Zugabe von Aktivkohle...	95,4
50 - ·_	8-15	vollst.	Abbau ( > 99)	300	50-55-		82,7
80	16 - 20	vollst.	Abbau ( > 99)	350	56-63		75,3
120	21 - 26	vollst.	Abbau ( j> 99)	400	64 - 70		69.8
150	27 - 35		sinkende Abbauleistung bis
200
	36 - 42
.250	43 _ 49
250	- 50 - 55
300	56 - 63
350	64 - 70
400		62,8
57,8
46,8
- 37,2
22,9
<10
1 »2. Adaptierter Belebtschlamm (entsprechend 1.1.) Ver
gleichsbeispiel unter

Zugabe von weiteren 5 g Adsorptionsmittel

400 71-76 - . 82,6

450 77 - 86 52,8

Zugabe von weiteren 5 g Adsorptionsmittel

450 87 - 106 85,7

500 107 - 121 89,6

- 9 Tabelle 1 (Fortsetzung)

Schadstoffkon- Versuchstage Abbaurate (bezogen auf zentration Substanzkonzentration)

in mg/1 in %

1,3. Adaptierter Belebtschlamm (entsprechend 1.1.) unter Zu-' - gäbe von Friedländer Tonmehl (erfindungsgemäß) 250 43-49 vollst. Abbau ( >99)

300 . 50 - 55 vollst. Abbau ( > 99)

350 56 - 63 88,7

400 64 - 70 : 73,4

Zugabe.von weiteren 5 g Adsorptionsmittel , ... 400 71-92 /.. 97,8

450 V 93-99 73,9

Zugabe von weiteren 5 g Adsorptionsmittel

450 100 - 105 - 96,8

500 106 - 119 : 98,2

' - ^1Q -

!Tabelle 2; Abbau von p-Hitroanilin

Schadstoffkon- Yersuchstage Abbaurate (bezogen auf zentration - . . Substanzkonzentration) in mg/1 in % ·

2.1« Belebtschlamm (Vergleichsbeispiel ohne Zugabe von

Adsorbentien) ,·.... -

10 t - 7 .kein Abbau

10 ' 8-14 kein Abbau 10 15 - 21 kein Abbau

10 .22-28 kein Abbau " ^:

2.2. Belebtschlamm (Yergleichsbeispiel unter Zugabe von Aktivkohle) . "

10 8-27 80

(bedingt durch Adsorp- " " '. tionswirkung

10 28-37 . 17

- (ständig sinkende Abbau

rate )

2.3» Belebtschlamm unter Zugabe von Priedländer ionmehl (erfindungsgemäß)

10 "8-11 ^ 50

(bedingt durch Adsorptionswirkung)

10 12-26 < 20

10. 27-34 ansteigende Abbau

leistung bis

15 35-42 95

Claims (7)

1. Erfindungsanspruch

   1· Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwässern, die toxisch bzw. biologisch nicht oder nur schwer abbaubare Verbindungen enthalten, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Belüftungsreaktor Abwasser, Belebtschlamm und eine Menge eines silikatischen Materials eingesetzt werden.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß das silikatische Material als Adsorptionsmittel für Wasserinhaltsstoffe verwendet wird und zusätzlich als Aufwuchsfläche für Mikroorganismen (Bioadsorbens) wirksam wird»
3. 3. Verfahren nach Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß- als silikatisches Material ein quellfähiges Dreischichttonmirieral aus der Gruppe der Smektite in unbehandelter Form verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1·, gekennzeichnet dadurch, daß das eingesetzte Tonmineral diskontinuierlich direkt in das Belebungsbecken dosiert wird. ,
5. 5. Verfahren nach Punkt 1., gekennzeichnet dadurch, daß die Tonmineraldosierung vorrangig bei einer verminderten biologischen Abbauleistung, infolge Störung des biologischen Gleichgewichts durch sprunghafte Erhöhung der Schadstoffkonzentration, erfolgt. - .
6. 6. Verfahren nach Punkt 1.,, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil des im Nachklärbehälter anfallenden Schlammes (Rücklaufschlamm) , bestehend aus Bioschlamm und Tonmineralkomponente, in das Belebungsbecken zurückgeführt wird.
7. 7. Verfahren nach Punkt 1. und 6., gekennzeichnet dadurch, daß der abzuführende Schlamm (Überschußschlamm) deponiefähig ist. ,