DD262968A3 - Verfahren und anlage zur bio-physikochemischen reinigung von abwaessern mit hoher tensidkonzentration - Google Patents

Abstract

Die Erfindung kann fuer die Reinigung aller Abwaesser, die bei der Herstellung und Konfektionierung von Haushaltchemikalien entstehen, angewandt werden. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, diese Abwaesser so zu reinigen, dass der Energieeinsatz und die Betriebs- und Anlagenkosten vermindert werden, indem Wechselwirkungen der physikalischen und biochemischen Vorgaenge in der Fluessigphase und im Schaum erzeugt werden, und der Mikroorganismus entsprechenden Bedingungen unterworfen wird. Das Wirkprinzip besteht darin, dass ein Fluessigkeits-Schaum-Kreislauf erzeugt wird, wobei Tenside verschaeumt und Schlamm in den Schaum flotiert, im Schaum ein intensiver mikrobiologischer Abbau und Tensidabsorption bewirkt und verbrauchter Schlamm mit abgebauten und absorbierten Tensiden wieder aus dem Schaum ausgespuelt wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Der Erfindungsgegenstand bezieht sich auf die Reinigung von Abwässern, die in der Haushaltchemie anfallen und die insbesondere Tenside, Waschhilfsmittel, Phosphate, Seifen und alkalische Grundsubstanzen enthalten. Die Erfindung kann für die Reinigung aller Abwasser, die bei der Herstellung und Konfektionierung von Haushaltschemikalien, wie Waschmittel, Waschhilfsmittel, (Weichspüler u.a.) Industriereiniger, Reinigungsmitteln (z.B. Scheuer- und Fensterputzmittel) entstehen, angewandt werden.

Auch bei der industriellen und individuellen Anwendung dieser Produkte in größerem Umfang entstehen Abwasser, die erfindungsgemäß aufbereitet werden können.

Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung liegt in der chemischen und artverwandten Industrie.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Stand der Technik zur biologischen Reinigung tensidhaltiger Abwässer stützt sich zusammengefaßt auf folgende charakteristische Merkmale:

— Arbeitsbereich bis max. 600 mg/1 Tenside im Zulauf (Fortschritte der Wasserchemie Heft 3 und 5, WWT, 9,1959,1; S. 15 usw.)

— Verdünnung des konzentrierten tensidhaltigen Abwassers mit Frisch- und Fäkalwasser bis 1:20

— Betreiben der Anlage mit einem Gehaltan biologisch aktivem Schlamm von 2g/l beim klassischen Belebtschlammverfahren bzw. 6g/l bei intensivbiologischem Verfahren.

— Hohe Verweilzeiten bzw. geringe Raumbelastung (kg BSB 5/m³ · d).

— Bekämpfung und weitestgehende Unterbindung der mit der Belüftung einhergehenden starken Schaumentwicklung. Diese Belebtschlammverfahren, wie siez. B. in den DD-PS, 35901,47779,110029 u.a. beschrieben sind sowie das intensivbiologische Verfahren, wie es in der DD-PS 77466 beschrieben ist, sind nur dann praktikabel, wenn der Mikroorganismus exponentiellen (fogarithmischen) Wachstumsbedingungen — nach Rehm „Einführung in die technische Mikrobiologie", Teil C einer Wachstumskurve — unterworfen wird, bzw. sind o.g. Verfahren daraufgerichtet, dem Mikroorganismus optimale Wachstumsbedingungen in dieser produktivsten Phase zu schaffen. Dieser allgemeine biochemische Sachverhalt ist in Figur 1 näher erläutert.

Weiterhin ist bekannt, daß in diesem Abschnitt der Wachstumskurve gehaltene und an spezielle Abwasserinhaltsstoffe adaptierte Mikroorganismen besonders empfindlich gegen Konzentrationsschwankungen von toxischen Abwasserinhaltsstoffen, zu denen auch Tenside gehören, reagieren. Allgemein gilt, daß die in der log-Phase gezüchteten Organismen einseitig an das vorliegende Nährstoffdargebot adaptiert sind. Während der log-Phase ist die Anpassung der Mikroorganismen an andere Nährstoffquellen verlangsamt und somit auch die Empfindlichkeit gegen krasse Änderungen der chemischen Zusammensetzung erklärt.

Bei der Herstellung und Anwendung von Tensiden sind aber normale Betriebszustände von erheblichen Konzentrationsschwankungen begleitet, so daß sich diese Verfahren bei derTensidelimination als instabil erweisen. Die exponentiell Mikroorganismenproduktion kommt bei den unvermeidlichen Konzentrationswechseln häufig zum Erliegen. Um zu vermeiden, daß ungenügend aufbereitetes Wasser in die Gewässer gelangt, sind großvolumige Pufferräume notwendig, die der Abbaustufe vor-oder nachgeschaltet sind und diez. B. die Anwendung der Lösung nach DD-PS 77466 überhaupt erst ermöglichen. Bei den Intensivverfahren gelingt es technisch nicht, den vorgenannten hohen Belebtschlammspiegel ständig im Reaktor zu halten, da auf Grund der vorgenannten Mängel die Züchtung der Mikroorganismen im Abschnitt C der Wachstumskurve in Figur 1 immer wieder nachhaltig und langdauernd gestört wird.

Die vorteilhafte Adsorptionswirkung von Belebtschlamm auf in Abwasser gelöste Tenside kann bei beiden Verfahrensweisen weitestgehend nicht genutzt werden, da entweder eine zu geringe oder zu stark schwankende Konzentration an Belebtschlamm vorliegt.

Die unbefriedigende Adsorption der Tenside an den Belebtschlamm verhindert bei den Belebtschlammverfahren etwa bei einer Sauerstoffeintragsgeschwindigkeit von 60g OVm³ · h und bei dem Intensivverfahren etwa bei 200g GVm³ · h eine Sauerstoffzufuhr, da dann eine unbeherrschbare Schaumentwicklung einsetzt, die zu einer Reduzierung des Sauerstoffeintrages zwingt.

Außerdem verschlechtern in der Regel in Lösung gebliebeneTenside den Sauerstoffertrag (kg OVkW · h). 3 ppm eines Tensides genügen, um den Sauerstofftransport im Wasser um 50% herabzusetzen (s. Zlokarnik, M.: Korrespondenz Abwasser 27 [1980] Nr. 11 S. 728-734).

Alle Veröffentlichungen, die die Untersuchung der Flotation von Belebtschlamm in die Schaumphase beschreiben, kommen zu dem Ergebnis, daß dieser Vorgang nachteilig ist und zielen darauf hin, diese zu unterbinden, indem die Verfahrensparameter, wie Belüftung, Verweilzeit, Raumbelastung, Verdünnung usw. entsprechend begrenzt werden. Das wirkt sich weiterhin so aus, daß manche Lösungsvorschläge den limitierten Sauerstoffeintrag durch eine zwei- oder mehrstufige Verfahrensgestaltung auszugleichen versuchen.

In der DD-PS 133786 wird zur Aufbereitung von Gülle, die nur in bezug auf die allgemeine Schaumneigung gewisse Ähnlichkeiten mit haushaltschemischen Abwässern hat, beschrieben, daß die auftretenden Schäume nur bei Einsatz unverdünnter Gülle verfahrenstechnisch beherrschbar sind.

Das Verfahren wird in der logarithmische/i Wachstumsphase und ohne Einflußnahme auf den Schlammgehalt im Reaktionsraum betrieben; die Schaumentwicklung wird negativ beurteilt und ihr wird u.a. durch in diesen Fällen üblichen Freibord am Reaktionsbehälter begegnet. Dieser Freibord ist lediglich für die Schaumbeherrschung (-bekämpfung) vorgesehen und geht für die Reinigung verloren. Er stellt eine wenig ökonomische Maßnahme zur Schaumzerstörung dar, weil dafür zwischen 50 und 80% der Flüssigkeitshöhe als Totraum vorgesehen werden.

Ein 2stufiges Verfahren zur kontinuierlichen biologischen Grobreinigung von stark belasteten Abwässern mit Mikroorganismenrückführung wird in DD-PS 96009 beschrieben. Neben der bekannten Arbeitsweise in der logarithmischen Wachstumsphase wird daraufhingewiesen, daß es möglich ist, Mikroorganismen durch Flotation aus der flüssigen Phase in den Schaum zu überführen und diesen zum Zwecke der Mikroorganismenanreicherung in die biologische Stufe zurückzuführen.

Die technische Lehre der DD-PS 142 870 drückt aus, daß Öle und Fette aus Abwässern abgetrennt werden sollen, indem Tenside, Abfallseifen, Natronlauge usw. zugegeben werden. Damit wird eine Verseifung und totale Emulgierung der Fette und Öle bezweckt, um sie dem biologischen Abbau besser zugänglich zu machen. Außer der relativ geringen Tensiddosierung, die nur in dem Maße vorgenommen werden darf, daß sie die biologischen Vorgänge nicht stört und dem erhöhten sonstigen Hilfsstoffbedarf bei der Verfahrensführung, beruht das Verfahren ebenfalls auf intensivbiologischen Arbeitsweisen. Die DD-PS 132194 stellt sich als Aufgabe, einen intermittierenden Betrieb von Wäschereiabwässern ohne längerfristiges Nährstoffangebot zu realisieren. Dabei ist daran gedacht, daß nachts und an Wochenenden die Anlage abgeschaltet, insbesondere die Abwasserzufuhr unterbrochen wird und der Belebtschlamm eine „Selbsterhaltungsfunktion" übernimmt, indem er die adsorbierten Abwasserinhaltsstoffe, insbesondere die Tenside, aufzehren soll. Die technische Lehre ist eine theoretisch abgeleitete Variante, die außeracht läßt, das ein abrupter Wechsel zwischen exponentiellem Wachstum und zunehmend absterbendem Zustand (Phase F einer Wachstumskurve nach Rehm) im allgemeinen nicht möglich ist und diese Bedingungen bei toxischen Stoffen, wie sie Tenside darstellen, besonders verschärft sind. Mit dem Verfahren kann ein gleichbleibender Reinigungseffekt auch nicht annähernd erzielt werden. Die sonstigen Verfahren zur Tensidentfernung haben folgende technische Ziele zum Inhalt:

— Flotation allein und Flotation als Vorbehandlung

— Adsorption an Metalloxidhydrate

Nachteilig bei der Flotation ist, daß bei relativ großem Energieaufwand ein voluminöser, mit Schadstoffen belasteter Schaum entsteht, dessen Beherrschung, Abtrennung und Beseitigung technisch nicht gelöst wurde. Deswegen wird die Flotation selten als alleinige Behandlungsstufe empfohlen, ausgenommen biochemisch nicht abbaubare Tenside (siehe Klotter, Städtehygiene 1958,12, S.235).

Die Adsorption an Metalloxidhydraten hat einen unbefriedigenden Wirkungsgrad, der im allgemeinen nur zwischen 20 und 30% Abnahme des BSB₅ bzw. des CSV beträgt. In der DE-AS 1266240 wird ein Verfahren zum Entfernen von synthetischen oberflächenaktiven Stoffen aus Wasser erläutert, in dem zweiwertige Metalloxidhydrate bei gleichzeitiger Verschiebung des pH-Wertes auf hohe Alkalität angewandt werden. Ausgehend von Tensidgehalten bis zu 30mg/l wurde eine Verringerung an Tensidenauf 3bis7mg/l erreicht. Die nicht adsorbierbaren Stoffe werden durch Flockung kaum reduziert, so daß die o.g. nicht zufriedenstellende Wirkung hinsichtlich CSV und BSB—Verringerung eintritt. Weiterhin sind die Kosten für die Flockungsmittel, die Aufsalzung des Wassers und nicht zuletzt der hohe Schlammanfall nachteilig zu verzeichnen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Abwässer aus der Herstellung und Konfektionierung von Haushaltschemikalien so zu reinigen, daß die Verweilzeiten, der Energieeinsatz, der Platzbedarf, die Betriebs- und Anlagenkosten entscheidend vermindert werden; der fühlbare Wärmeinhalt der Sekundärenergiegewinnung und die gereinigten Abwässer als Kühl-, Brauch- oder landwirtschaftliche Beregnungswässer genutzt werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es wurde überraschend gefunden, daß im verschäumten tensidhaltigen Medium unter Anwesenheit einer ausreichenden Menge tensidabbauender bzw. tensideliminierender Substanzen unter bestimmten Bedingungen eine vielfach höhere Stoffwechselintensität stattfindet als in der begasten Flüssigphase dieses Mediums und die Toxizität pro Einheit Tensid stark gemindert ist. Das liegt darin begründet, daß im Flüssigkeitsfilm, der die Gasblasen umgibt, durch die großen Grenzflächen für alle biochemischen Reaktionspartner — Mikroorganismen, Oxydanz und Tenside und/oder ggf. anderer Substanzen wie Öle, Fette, Eiweiße und dgl.—zeitweilig ein unmittelbarer allseitiger Kontakt besteht und trotz teilweiser Sauerstoffabsorption in der Flüssigphase eine sprunghafte Zunahme der Triebkraft für die Oxydation eintritt.

Andererseits wurde gefunden, daß sich die Abbau- und Adsorptionsfähigkeit des Mikroorganismenschlammes und der adsorptionsaktiven Substanzen sowie der Sauerstoffgehalt der Schaumbläschen im Aufwärtsstrom des Schaumes nahezu erschöpfen und dadurch der Stoffwechsel und Stoffaustausch zum Erliegen kommt bevor die Tenside vollständig abgebaut sind. Die Folge ist der zu Havariezuständen führende anwachsende stabile Schaum.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, durch geeignete Mittel eine Wechselwirkung der physikalischen und biochemischen Vorgänge in der Flüssigphase und im Schaum stark tensidhaltiger Abwässer zu erzeugen, in der Flüssigphase die Tensidadsorptionsfähigkerit der Mikroorganismen zu erhalten und in der Schaumphase den ständigen Phasenkontakt aller Reaktionspartner herzustellen".

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im stark tensidhaltigen Abwasser ein extrem hoher Bioschlammspiegel im Bereich der Lebenstätigkeit vom stationären Erhaltungszustand bis zur letalen Phase eingestellt, ein hoher Anteil des Mediums durch Lufteintrag verschäumt und die sich bildende Schaumschicht durch darüber verregnetes stark tensidhaltiges Abwasser verdichtet wird, wodurch sich adsorptionsaktiver Schlamm undTenside im Schaum anreichern, die reaktionsinaktiven Schaumblasen an der Oberfläche der Schaumschicht zerstört werden und ein an Sauerstoff abgereichertes Gas freigeben. Mit dem zulaufenden Abwasser werden reaktionsinaktiver Schlamm und nicht abgebaute Tenside in der Schaumschicht abwärts und durch die aufsteigenden Luftblasen reaktionsaktiver Schlamm und schaumbildende Tenside aufwärts bewegt, in deren Folge der die Schaumbläschen umgebende, bewegte Flüssigkeitsfilm die Schaumbläschen mit reaktionsaktivem bzw. adsorptionsaktivem Substanzen umhüllt und in Wechselwirkung mit der Flüssigphase eine hohe Abbauintensität erzielt. Erfindungsgemäß geschieht das mit einem Verfahren und einer Anlage dadurch, daß konzentrierte Abwasser aus haushaltschemischen Produktionen oder Konfektionierungen mit einem Gehalt an Abwasserschadstoffen, deren CSV bis zu 30 g/l und BSB₅ bis zu 25g/l beträgt, mit in bekannter Art rückgeführtem Belebtschlamm, dem weitere adsorptionsaktive anorganische Substanzen zugegeben werden können, bei einer Gesamtschlammkonzentration bis zu 100g Trockensubstanz pro I im an sich bekannten offenen oder geschlossenen Becken oder Tank versetzt werden.

Zum innigen turbulenten Kontakt der Phasen ist es notwendig, eine intensive Durchmischung und Homogenisierung des Reaktionsraumes der Flüssigphase mit an sich bekannten technischen Mitteln durchzuführen.

Es ist zweckmäßig, den Vorgang der Mischung mit der Belüftung zu kombinieren, wobei die Belüftungsrate zwischen 0,4 und 1,0kg O₂/kg BSB₅ eingestellt wird.

Dadurch ist gewährleistet, daß alle im Reaktionsraum befindlichen und neu entstehenden Mikroorganismen im stationären Erhaltungszustand bis hin zur absterbenden und letalen Phase des Lebenszyklusses des Mikroorganismus existieren, in dem eine hohe Adsorptionsfähigkeit erreicht wird.

Anhand von Figur 2 wird verdeutlicht, wie der Prozeß mit den Parametern Schlammkonzentration und Verweilzeit geführt werden kann. Erfindungsgemäß wird eine Schlammbelastung von 0,4 bis 0,6kg BSB₅Je kg Trockensubstanz gewählt; die Verweilzeit kann bis zu 30 g betragen. Die Raumbelastung beträgt somit bis über 15 kg BSB₅/m³ Reaktionsraum und Tag bzw. bis über 20 kg CSV/m³ Reaktionsraum und Tag.

Die ungewöhnlich hohe Schlammkonzentration wird dadurch erreicht, daß einerseits aus der nachgeschalteten Absetz- und Klärstufe eingedickter Schlamm mit einem Feststoffgehalt um 60g/l in den Reaktionsraum kontinuierlich zurückgeführt wird; dieser Schlamm befindet sich im Zustand der Abschnitte E bis F nach Figur 2 und kann bei außergewöhnlichen Betriebsereignissen, wie Stoßbelastung durch getrennte Belüftung aktiviert werden (Verschiebung des Zustandes F nach E).

Andererseits wird adsorptionsaktive Substanz in die Schaumphase des Reaktionsraumes über die Wasserphase flotiert.

Erfindungsgemäß wird das Volumenverhältnis von Flüssigkeitsphase zur Schaumphase von 4:1 bis 1:1 eingestellt. In dieser Schaumphase wird die Konzentration der Feststoffe bzw. der Trockensubstanz so weiterhöht, bis die Feststoffe mit dem verregneten Abwasserzulauf und durch eigene Schwerkraft gegen den aufsteigenden Abluftstrom in die Wasserphase ausfallen.

Die Konzentration an Feststoffen, berechnet als kg Trockensubstanz je m³ Flüssigkeit in der Schaumphase, muß immer um ein Mehrfaches größer als die in dem belüfteten Abwasser-Schlamm-Gemisch sein. Es ist zweckmäßig auf Schaumkonzentrationen von 80 bis 150kg Trockensubstanz/m³ Flüssigkeit anzureichern.

Bei Tensidstößen bis über 10000 mg/l, z. B. bei Betriebsstörungen, wird das bio-physikochemische Gleichgewicht dadurch wieder hergestellt, daß zusätzlich zum Rücklaufschlamm durch separate Belüftung aktivierter Schlamm zugeführt oder anorganische, adsorptionsaktive Substanzen, wie Metalloxidhydrate, silikatische Schlämme, Aschen usw. in einer Konzentration von 1 bis 3g/l zugefügt werden.

Die erfindungsgemäße Anlage besteht aus einem oder mehreren Reaktionsbehältern, deren wirksamer Reaktionsraum in einen höhenveränderlichen Flüssigphasenraum und einen damit korrespondierenden höhenveränderlichen Schaumraum unterteilt ist. Über dem Schaumraum ist eine starre oder bewegliche Verregnungseinrichtung angeordnet, die möglichst feindüsig den gesamten Schaumquerschnitt überstreicht. An der Verregnungseinrichtung ist die Abwasserzulaufleitung angeschlossen.

Am Reaktorboden oder über der Flüssigkeits-Schaumgrenzschicht sind geeignete Belüftungs- und Mischeinrichtungen, wie die bekannten Turbobelüfter, Kreiselbelüfter oder die IZ-Strahlbelüfter vorgesehen.

Im Schaumraum sind jeweils eine Minimal-Schaummeßsonde und eine Maximal-Schaummeßsonde angeordnet, welche über einen Regelkreis mit der Regelarmatur der Ablaufleitung verbunden sind.

Unterhalb der niedrigsten Grenzschicht Flüssigkeit-Schaum ist im Flüssigphasenraum eine übliche Ablaufeinrichtung angebracht, die über eine Ablauf leitung mit einem üblichen Nachklärbecken verbunden ist. In dieser Ablaufleitung befindet sich eine Regelarmatur zur Mengenregelung. Weiterhin kann eine Einrichtung oder Gerinne zur Nachentgasung zwischengeschaltet

Der Schlammfang des Nachklärbeckens ist mittels einer Schlammleitung und Fördereinrichtung einerseits mit dem Flüssigphasenraum des Reaktionsbehälters und andererseits mit einem Schlammaktivierungsbecken mit Belüftungs- und Rühreinrichtung sowie einem Stapelbecken verbunden. Vom Schlammaktivierungsbecken führt eine Aktivschlammleitung mit Fördereinrichtung zurSchlammrückführleitung des Reaktors.

In den Flüssigphasenraum mündet eine Leitung für Zusatzadsorbentien.

Über die Abwasserleitung gelangt das stark tensidhaltige Abwasser in die Verregnungseinrichtung wird möglichst feindüsig über dem gesamten Schaumraum verregnet. Nur im Havariefall wird ggf. Verdünnungswasser zugespeist. Aus dem Nachklärbecken wird über die Schlammieitung Bioschlamm und ggf. aktivierter Schlamm aus der Schlammaktivierung in das Reaktionsbecken rückgefahren. Über eine Leitung können dem Flüssigphasenraum noch weitere adsorptionsaktive Substanzen zugesetzt werden.

Im Reaktionsbecken bildet sich durch die Begasung und Rührung eine Schaumschicht aus, die durch das darüber verregnete Abwasser ständig verdichtet, zerstört und durch die aufsteigenden Gasblasen ständig ergänzt wird. Mit den aufsteigenden Gasblasen wird aber auch eine große Menge Bioschlamm und Tenside in die Schaumphase flotiert, so daß sich mit dem von oben zulaufenden Abwasser ein ständiger Kreislauf von aufsteigendem tensideliminierenden und -abbauenden Schlamm und abwärtsstrebendem beladenem Schlamm und Abwasser ausbildet. Dabei finden durch die ständige Ver- und Entsorgung des die Schaumbläschen umgebenden Flüssigkeitsfilms mit Bioschlamm und adsorptionsaktiven Substanzen sowie dem in den Gasblasen vorhandenen Sauerstoff rege Adsorptions- und Stoffwechselprozesse statt, die sich im Flüssigphasenraum, jedoch mit verringerter Intensität, fortsetzen. Über die Schaumsonden wird das Verhältnis Flüssigphasenschicht zur Schaumschicht reguliert. Steigt der Schaum bis zur Maximal-Schaumsondean — das erfolgt bei Zunahme des Tensidgehaltes im Abwasser—wird die Regelarmatur in der Ablaufleitung weiter geöffnet, so daß der Flüssigkeitsstand fällt und die Schaumschicht so weit zunimmt, bis der Abbau der erhöhten Tensidkonzentration gewährleistet ist. Verringert sich der Tensidgehalt, fällt die Schaumobergrenze durch verringerte Schaumbildung unter die Minimal-Schaumsonde ab, wodurch der Durchlaß der Regelarmatur gedrosselt und der Flüssigphasenstand und damit die Schaumschicht im Sollbereich gehalten

Das annähernd tensidfreie Abwasser gelangt mit dem ablaufenden Schlamm nach einer Restentgasung in das Nachklärbecken und wird von dort geklärt abgelassen. Ein Teil des Schlammes wird zur Aktivierung mit Luft in ein Aktivierungsbecken gepumpt.

Der Überschußschlamm gelangt in üblicher Weise zur Entwässerung und/oder Deponie.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlagen weisen folgende technisch-ökonomische Vorteile auf:

— Das Verfahren kann ohne mechanische Vorklärung suspendierbarer Stoffe und Schwimmschlammabscheidung, beispielsweise flotierter Stoffe, aus dem Rohabwasser, betrieben werden. Diese Verfahrensweise ist dem konventionellen Belebtschlammverfahren unzuträglich, während bei der erfinderischen Lösung keine Minderung des Reinigungseffektes auftritt.

— Es ist eine mehr als lOfach höhere Zulaufkonzentration möglich.

— Trotz geringerer Verweilzeiten und höherer Zulaufkonzentration werden bessere Abbauwerte erzielt.

— Bedingt durch den hohen Schlammspiegel mit ausreichender Belüftung ist das Verfahren unempfindlicher gegen Stoßbelastung.

— Pathogene Keime werden durch die hohe Tensidkonzentration im Zulauf weitgehend abgetötet, wodurch eine landwirtschaftliche Verwertung des Abwassers und des abgestoßenen Überschußschlammes möglich wird.

— Infolge der hohen Raum-Zeit-Ausbeute ergeben sich für die Reinigung konzentrierter tensidhaltiger Abwasser wesentlich geringer bemessene Reaktionsräume.

— Durch die Leistungssteigerung ergeben sich geringe Investkosten und niedrige Energie- sowie Wartungs- und Instandhaltungskosten.

— Verdünnungswasser wird nur im Havariefall benötigt.

— Die Betriebssicherheit wird durch Verkleinerung der Anlage und den erhöhten Schlammspiegel im biologischen Reaktionsraum vergrößert.

— Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im stationären Erhaltungssystem gehaltenen Mikroorganismen sind gegen Konzentrationsschwankungen relativ unempfindlich und ermöglichen dadurch eine hohe Betriebssicherheit.

Die Erfindung soll nachfolgend an vier Beispielen näher erläutert werden:

Figur 1 zeigt die Lebenstätigkeit der Mikroorganismen einer Intensivbiologie einer Wachstumskurve nach Rehm.

Figur 2 zeigt die Lebenstätigkeit der Mikroorganismen des erfindungsgemäßen Verfahrens einer Wachstumskurve nach Rehm.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage.

Beispiel 1:

Ein Abwasser mit einem Tensidgehalt von 6g/l aus der Herstellung und Konfektionierung von Haushaltwaschmitteln und einem CSV-Cr von 15g/l sowie einem BSB₆ von 11 g/l wurde mittels Verregnungsvorrichtung 15 über dem biochemischen Reaktionsbehälter 5 verregnet.

Dabei wurde die Zulaufmenge so geregelt, daß die Verweilzeit 18h betrug. Über Leitungen 21 und 28 sowie Pumpe 22 wurde Schlamm rückgeführt und die Schlammkonzentration so eingestellt, daß die Schlammbelastung unter 0,5g Trockensubstanz je g BSB5 betrug. Die Belüftung durch Belüftungsaggregat 9 wurde so gewählt, daß ausreichende Turbulenz und stets aerobe Vorgänge gewährleistet waren.

Je nach Schaumspiegel 14 wurde der Wasserspiegel 13 über die Schaumsonden 11,12 und dem Regelventil 17 am Ablauf 10,16 so eingestellt, daß er zwischen 50-70% in bezug auf die Schaumobergrenze 14 des Reaktorinhalts betrug.

Das ablaufende Abwasser-Schlamm-Gemisch gelangt über Leitung 16 und Entgasungsrinne 18 in die Nachklärstufe 19. Hier erfolgt die Trennung des Schlamm-Wasser-Gemisches in sedimentierten bzw. flotierten Schlamm und geklärtem Abwasser. Der Überschußschlamm wurde zur Deponie gefördert. Bei einer Störung im Abbau durch einen Tensidstoß wurde der gesamte Rücklaufschlamm über die Schlammaktivierung 24 in den Reaktor rückgefördert.

Es ergaben sich Ablaufwerte von <800mg/l CSV-Cr und BSB₅ Werteyon <300mg/l, die Tensidkonzentration betrug unter

Beispiel 2:

Ein Abwasser aus der Herstellung von Waschrohstoffen (Alkylsulfonat) mit einem CSV-Cr von 18 bis 22g/l und einem BSB₅ von 13 bis 17g/l wurde ohne Verdünnung im belüfteten Reaktionsbehälter 5 biochemisch behandelt. Durch Zuführung von aktiviertem Belebtschlamm, z. B. Überschußschlamm aus einer anderen Belebtschlammstufe bzw. durch Schlammrückführung wird ein Schlammgehalt von 10 g/l eingestellt. Je nach Schaumhöhe 14 wurde der Wasserspiegel 13 im Reaktionsbehälter 5 über die Schaumsonden 11,12 und Regelventil 17 vom Ablauf 10 so eingestellt, daß erzwischen 60 bis 75% der Reaktionsraumhöhe einnahm. Bei Störungen, im Anfahrzustand, nach Stillständen usw. wurden zur Verbesserung des Abbaus und zur Stabilisierung des Systems 1 bis 2g Aluminiumsulfat bzw. Eisen-ll-sulfat je Liter zulaufenden Abwassers zugesetzt. Anstelle dieser relativ teuren Flockungsmittel können wahlweise anorganische Abprodukte, wie Braunkohlenaschen, Abfallbeizen aus der Metallveredelung, Abfallwasserglas, verbrauchte Filterhilfsschichten, wie Bentonit, Kieselgur, Aktivkohle, Precosit zur Anwendung kommen. Die Belüftungszeit wurde mit 23 h gewählt. Bei ständigem Anfall der vorgenannten Abfallstoffe ist es zweckmäßig, diese kontinuierlich in Mengen von 1 bis 3g je Liter zulaufenden Abwassers zu dosieren. Diese Maßnahmen dient der Kapazitätserweiterung, der Erhöhung der Betriebssicherheit und der Verbesserung des Reinigungseffektes; insbesondere wird dadurch erreicht, daß

• eine zusätzliche Phosphatentfernung eintritt,

• die aktuelle Tensidkonzentration im belüfteten Reaktionsbecken wesentlich herabgesetzt,

• die Schlammkonzentration, einschließlich des Aktivschlammgehaltes wesentlich erhöht, und

• die Schlammabsetzzeit verkürzt wird.

Das wie im Beispiel 1 geklärte Abwasser hat CSV-Werte zwischen 1000 bis 1500 mg/l, BSB₅-Werte von 400 bis 800 mg/l und einen Alkylsulfonatgehalt unter 20 mg/l.

Beispiel 3:

Abwasser aus einer industriellen Wäscherei mit einem CSV-Cr-Gehaltvon 1000 bis 3000 mg/l und BSB₅1300 bis 170Or^g/! wurde wie unter Beispiel 2 behandelt. Die Verweilzeit hierbei betrug 12 bis 15 h. Insbesondere zur Phosphateliminierung wurde je Liter zulaufenden Abwassers wahlweise 1 g eines der im Beispiel 2 angeführten Stoffe zugesetzt. Die Ablaufwerte des geklärten Abwassers betragen weniger als 250mg/l CSV-Cr, weniger als 100mg/l BSB₅ und einer Tensidgehalt lag bei 5 bis 10 mg/l.

Beispiel 4:

Die Anlage besteht insbesondere aus dem biochemischen Reaktionsbehälter 5, einem Regelventil 17, der Entgasungsrinne 18, einem Nachklärbecken 19 und dem Schlammaktivierungsbecken 24. Der Reaktionsbehälter 5 wird offen oder geschlossen ausgeführt und ist in die Zonen für die wäßrige Phase 6 und den Schaumraum 7 sowie den Freibord 8 eingeteilt. Diese Zonen sind so variabel ausgebildet, daß für den Schaumraum 7 und Freibord 8 mindestens 50% vorgesehen sind. In den Reaktor 5 wird durch einen Intensiv-Turbobelüfter 9 Luft 4 eingetragen; er ist in der Zone für die wäßrige Phase 6 angeordnet und hat außerdem die Aufgabe, den Reaktorinhalt turbulent zu durchmischen. Von der Ablaufvorrichtung 10 wird aus dem Flüssigphasenraum 6 Wasser-Belebtschlamm-Gemisch über Ablaufleitung 16 zum Nachklärbecken 19 abgezogen. Die Vorrichtung 10 wurde in einem relativ feststoff-und gasarmen Bereich der wäßrigen Phase 6 angeordnet, um einerseits den Schlammspiegel im Reaktor 5 hoch zu halten und andererseits die Mitnahme von Schaum zu verhindern. Der Schaumraum 7 bzw. der Freibord 8 wird von Schaumsonden 11 und 12 begrenzt. Die Sonde 11 wirktauf das Regelventil 17 dergestalt ein, daß bei Schaumkontakt das Ventil 17 weiter geöffnet wird und der Spiegel 13 der wäßrigen Phase 6 so lange absinkt, bis durch Sonde 12 der Kontakt aufgehoben und der Durchlaß des Ventils 17 verringert wird. Das ist dann der Fail, wenn der Schaum die Sonde 12 nicht mehr benetzt.

Außer Abwasser 1 und Luft 4 sowie rückgeführtem Schlamm 21,27 können dem Reaktor 5, Zusatzstoffe, wie Nährstoffe, Schlämme aus Metalloxidhydraten und Silikaten sowie Abprodukte (Aschen) über eine gesonderte Leitung 2 kontinuierlich zugeführt werden. Im offenen Gerinne 18 erfolgt die Restentgasung des Abwasser-Belebtschlamm-Gemisches bevor es gäsfrei in das Nachklärbecken 19, das vorteilhafterweise als üblicher Eindicker mit Krählwerk 20 ausgebildet ist, eintritt. Im Nachklärbecken 19 werden Schlamm und gereinigtes Abwasser voneinander getrennt. Mit der Pumpe 22 wird dieser kontinuierlich abgezogen und als Rücklaufschlamm 21 in den biochemischen Reaktionsbehälter 5 gepumpt. Damit wird die Schlammbelastung von 0,4 bis 0,6 kg BSB₅/kg Trockensubstanz realisiert, wobei der Feststoffgehalt des rückgeführten Schlammes 21 um 60g/l betragen kann. Aus diesem Schlammkreislauf kann mit derselben Pumpe 22 über Leitung 29 diskontinuierlich Schlamm entzogen werden, da dieser entweder überschüssig ist (Leitung 31) oder über Leitung 30 der Aktivierung im Aktivierungsbecken 24 unterworfen werden kann. Die Schlammaktivierung erfolgt im Becken 24 durch Luft 25. Die Schlammaktivierung ist dann vorteilhaft, wenn durch äußere Eingriffe die Anlage mit Schadstoffen über Gebühr überbelastet wird, z. B. bei Havariezuständen. Der aktivierte Schlamm 27 wird mit Pumpe 26 dem Schlammrücklauf 28 in Behälter 5 wieder zugesetzt.

Im Havariefall kann auch Verdünnungswasser über Leitung 3 dem Reaktionsbehälter zugeführt werden. Die Anlage verlassen somit die Medien gereinigtes Abwasser 23 und Überschußschlamm 31.

Claims (7)

1. Verfahren zur bio-physikochemischen Reinigung von Abwässern hoherTensidkonzentrationen aus der Herstellung von Konfektionierung von Haushaltschemikalien in offenen oder geschlossenen, homogenen, begasten Reaktoren unter Zugabe von ausgezehrtem Belebtschlamm und gegebenenfalls anderen üblichen adsorptionsaktiven Substanzen, gekennzeichnet dadurch, daß im Abwasser mit einem Tensidgehalt bis über 5000mg/l und einem BSB₅ bis 25000mg O₂I\ sowie einem CSV bis 30000mg O₂/l ein Gesamtschlammspiegel bis zu 100g/l Trockensubstanz, vorzugsweise von 15 bis 30 g/l Trockensubstanz, durch Rück- und erforderlichenfalls Zuführung von Schlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von 30 bis über 60 g/l eingestellt wird, der überwiegende Teil der Tenside und des Schlammes durch eine im unteren Teil der Flüssigkeitssäule eingetragene, einer Belüftungsrate von 0,8 bis 1,0kg O₂/kg BSB₅ entsprechende Luftmenge in die Schaumphase flotiert und ein Flüssigkeits-Schaumverhältnis, bezogen auf das Volumen, von 4:1 bis 1:1 eingestellt und eine der Verweilzeit proportionalen Menge an Abwasser über der Schaumschicht verregnet, die Schaumschicht verdichtet und ein Kreislauf zwischen ausfallendem und neu gebildetem Schaum erzeugt wird, wobei die im Schlamm enthaltenen tensideliminierenden Mikroorganismen ständig im Bereich des stationären Erhaltungszustandes bis in die zunehmend absterbende und letale Phase bei einer Verweilzeit von 15 bis 30 h gehalten werden und das abgebaute Substrat unterhalb der Grenzschicht zwischen Flüssigkeit und Schaum geregelt abläuft.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die flüssige Phase in an sich bekannter Weise intensiv gemischt und belüftet wird, im Schaum ein Gehalt an flotierten Stoffen, bestehend aus adsorptionsaktiver Substanz, vorzugsweise Belebtschlamm, oberflächenaktiven Substanzen, wie z. B. Tenside und weitere Inhaltsstoffe wie Öle, Fette, Eiweiße und dergleichen von 80—150 kg/m³ Flüssigkeit eingestellt wird und die flüssige und schaumförmige Phase so miteinander korrespondieren, daß die Feststoffkonzentration in der Schaumphase größer als in der wäßrigen Phase ist, dort die Tenside überwiegend eliminiert werden und stetig Feststoffe entgegen dem aufsteigenden Schaum und Abluftstrom in die Wasserphase zurückfallen.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei Tensidkonzentrationen über 10000mg/l und bei außergewöhnlichen Betriebszuständen zusätzlich zur Rücklaufschlammenge durch getrennte Belüftung entweder aktiver Schlamm zugeführt wird oder anorganische adsorptionsaktive Substanzen, wie Metalloxidhydrate, silikatische Schlämme, Abprodukte, z. B. Aschen, in einer Konzentration von 1 bis 3g/l zugefügt werden.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das aus dem Reaktionsbecken oder -tank ablaufende Substrat in üblicher Weise entgast und in Klarwasser und Schlamm getrennt wird und der Schlamm in den Reaktor direkt oder ggf. durch Belüftung aktiviert rückgeführt wird.

5. Anlage zur bio-physikochemischen Reinigung von Abwässern hoher Tensidkonzentration bestehend aus Reaktionsbehälter, mit Begasungs- und Rühreinrichtung, nachgeschalteter Restentgasung und Nachklärung sowie Schlammrückführung und Schlammaktivierungsbecken, gekennzeichnet dadurch, daß der Reaktionsbehälter (5) in einen höhenveränderlichen Fiüssigphasenraum (6) und darüberliegenden höhenveränderlichen Schaumraum (7) unterteilt, über dem gesamten Schaumraum (7) eine starre oder bewegliche Verregnungseinrichtung (15), an die eine Abwasserzulaufleitung (1) anschließt, angeordnet ist und sich die Begasungs- und Rühreinrichtungen (9) im unteren Teil des Flüssigphasenraumes (6) sowie die Ablaufvorrichtung (10) unterhalb der Grenze (13) zwischen Flüssigphasen- und Schaumraum (6,7) im Fiüssigphasenraum (6) befinden, sowie im Schaumraum (7) jeweils eine Schaummeßsonde für Maximalschaumstand (11) und Minimalschaumstand (12) vorgesehen sind, welche über Regelkreis mit einer in der Ablaufleitung (16) befindlichen Regelarmatur (17) Verbindung haben und die Schlammrückführleitung (21 »27, 28) in den Fiüssigphasenraum (6) mündet.

6. Anlage nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß eine Zuführleitung (2) für adsorptionsaktive Stoffe in den Fiüssigphasenraum (6) mündet.

7. Anlage nach Punkt 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Schlammleitung (21, 28) die Schlämmaktivierungseinrichtung (24) im Bypass durch Leitungen (27,29,30) zugeschaltet ist.

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