WO2012143326A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von abwässern - Google Patents

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    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • the invention relates to a process for the purification of wastewaters, in particular organically polluted wastewaters, with the addition of a nitrate source according to feature combination of claim 1 and an apparatus for carrying out a process for the purification of wastewater, according to feature combination of claim 13.
  • oxygen is used as a terminal electron acceptor for the oxidation of organic material in the wastewater.
  • the oxygen is brought into solution, finely distributed and dosed as required.
  • a major disadvantage of this technique is the limited amount of oxygen in the air and the limited solubility of oxygen in water (about 8 mg / l at 20 ° C). Furthermore, parameters such as salinity, pressure and especially temperature significantly affect the availability of oxygen in solution for wastewater treatment.
  • the object of the invention is achieved by a method for the purification of waste water, especially of organically polluted wastewater, according to the teaching of claim 1, and by a device for Performing a method for the purification of waste water with the addition of nitrate, according to the teaching of claim 13, wherein the dependent claims represent at least expedient refinements and developments.
  • the inventive method for the purification of waste water is particularly suitable for the purification of organically polluted wastewater and is based on the addition of a nitrate source to be cleaned wastewater. Concerning.
  • the cleaning procedure is basically carried out in the following steps:
  • each cleaning cycle begins with filling a container with waste water.
  • a cleaning cycle may already have taken place in the container beforehand so that there is a residue of wastewater or sediment and active biomass in the container.
  • the container is filled until reaching a first filling level.
  • the filling level is 80-99%, preferably 95%.
  • the wastewater in the container is mixed. That is, the sediment contained in the container or the sludge is mixed with the freshly added wastewater.
  • the mixing is preferably carried out by a stirrer.
  • the mixing process should be carried out for at least five minutes, so that a sufficient mixing of the sludge with the wastewater can be guaranteed.
  • the pH of the wastewater is measured. If the pH is less than 7.0, lye is added to the waste water until a pH of 7.5 is reached. Preferably, lime milk is added.
  • nitrate in the wastewater.
  • the nitrate can be used, for example, in the form of nitric acid, preferably 25-50% nitric acid or dissolved nitrate salt z.
  • Ca Na nitrate can be added.
  • the nitric acid after addition to the wastewater to a molar concentration (c) of 100 mg / l or a pH of 6.5.
  • the wastewater-nitrate mixture is stirred. The stirring process can take place at intervals, so that the agitator, for example, for 30
  • the cleaning method according to the invention further provides for a control of the addition of further nitrate source and / or further liquor, wherein the control takes place depending on the measurement of at least one parameter of the wastewater-nitrate mixture.
  • the measurement of the pH value of the wastewater-nitrate mixture Preferably at relatively low polluted wastewater, the measurement of the pH value of the wastewater-nitrate mixture. If the pH is greater than 7.0, additional nitrate is added to the wastewater-nitrate mixture. It should be noted that this may also be a nitric acid solution. An addition of nitrate or nitric acid solution is omitted from the time when the wastewater-nitrate mixture has a pH of 7.0 or less.
  • the wastewater-nitrate mixture is added as long as nitrate, until the alkalization is absent. The absence indicates the completion of the biological treatment of the wastewater.
  • the addition of further nitrate and / or further liquor takes place on the basis of the measurement of the nitrate concentration of the wastewater-nitrate mixture.
  • the cleaning device in a certain nitrate area such. B. operated at 50 - 200 mg / l.
  • the nitrate concentration is determined here by means of a probe and continuously monitored over the duration of the cleaning process in order to determine fluctuations and changes in the concentration. to be able to make.
  • the control of the addition of additional nitrate is then concentration-dependent. About the consumption of nitrates, the degree of pollution or organic pollution can be determined.
  • An oxidation-reduction potential of ⁇ 0 mV points to incipient anaerobic processes and acidification. Also dpH / dt ⁇ 0 - ie a decreasing pH value - indicates that acidification takes place. Preferably, both the pH and the redox potential are monitored.
  • highly polluted organic wastewater is preferably aeration of the wastewater-nitrate mixture with stripluft at intervals, with the ventilation within five to ten minutes for a few seconds, for example, about five seconds.
  • the stripping of gases is for the purpose of preventing carbonation.
  • soluble gases in particular C0 2 accumulate as degradation end product in the reaction suspension or N 2 and the pH is very strongly buffered by carbonate.
  • gases are expelled by the air jets emanating from a stripper.
  • the purification process is preferably operated in the pH range from 6.5 to 7.0.
  • a second filling level of the container is 50-70%, preferably 60%. It can be seen that in the container mentioned by means of level switch, two working or filling levels are to be defined, which are preferably 95% and 60%.
  • the decantation may take about 14 minutes, after the withdrawal of the clear water, a new cleaning cycle can be carried out with the method steps according to the invention. After every fifth to tenth cleaning cycle, the excess sludge must be removed.
  • the present method is particularly suitable for the purification of waste waters with easily degradable substances, since the oxidation force of the terminal electron acceptor is reduced compared to conventional oxygen.
  • Nitrate respiration can be assigned a standard Nernst + 400 mV potential, whereas respiration with oxygen is a standard Nernst potential of + 800 mV is assigned.
  • the oxidation power of the reaction is limited enough for a variety of organic substances having similar properties such as alcohols, aldehydes, organic acids and already activated hydrocarbons without substitution by heteroatoms such as nitrogen, sulfur and halogens.
  • COD chemical oxygen demand
  • BOD biological oxygen demand
  • the process of the invention can be used in a very wide range of applications.
  • the COD of the wastewater can be from 200 mg / l to 20,000 mg / l.
  • Wastewater from the solar industry which are contaminated with PEG as polymer, can also be purified by the method according to the invention. Hot waste water can be cleaned very well with the help of the method, since the activity of the microorganisms rises with the temperature.
  • Sewage temperatures of up to 45 ° C do not represent disabilities, as is the case with conventional cleaning processes. It eliminates the standardized cooling of wastewater. In the case of purification with oxygen, the negative solubility dependence forms a significant limiting factor with increasing temperature.
  • the present invention additionally comprises a device which is designed to carry out the method according to the invention.
  • the device comprises a container with a settling trough in the bottom of the container as well as an agitator and a pH meter and a dossier device for adding a nitrate source.
  • Container is to be made according to the expected amount of waste water and composition. In this case, exceeding a volume load of 4 kg COD / m 3 * day is to be avoided.
  • the container may have any geometry.
  • a container with a cylindrical geometry is preferably provided.
  • the device preferably has a nitrate concentration measuring device and / or a redox potential measuring device.
  • a ventilation or stripping device may also be provided. Especially with organically polluted wastewater such a ventilation device is beneficial.
  • the container of the device has two working or filling levels, which are preferably 95% and 60%.
  • Level switches should be used to define the above-mentioned levels, with an outlet for clear water withdrawal at the filling level of 60%.
  • Other fittings such as one or more membrane aerators in the form of plates or hoses, Abwasserzu- and drain and a sludge removal device are also provided.
  • a device for the addition of liquid may be necessary.
  • the device for the purification of wastewater on a temperature detection device as soon as extreme temperature fluctuations in
  • Wastewater is expected. At high wastewater loads, measurable heat can be generated during the dismantling, which must also be taken into account in the control system. In this case, a temperature fluctuation in the sewage inflow of +/- 5 ° C is allowed around the previously defined operating point.
  • the operating point can be at long time intervals z. B. 5 ° C per week vary in a range between 15 ° C and 45 ° C, but longer time periods for the adjustment of the biomass are needed.
  • wastewater from the solar industry is purified.
  • wastewater contaminated with polyethylene glycol (PEG) accumulates.
  • Wastewater quantity 150 m 3 / day
  • Reactor volume 150 m 3 (distributed over 3 stirred tank with 50 m 3 volume)
  • the following example shows that the method according to the invention is also suitable for the purification of waste water in the food industry.
  • a cereal wash fall to waste water with moderate organic stress, which does not allow a direct discharge into a receiving water.
  • the requirements for the purified water are as follows:
  • a feed 2 wastewater which is preferably organically polluted wastewater, given.
  • the container 1 is filled up to a first filling level (level A). It may well be the case that residual sludge from a previous cleaning cycle is still present in the container.
  • the first fill level (Niv A) is preferably 95%. That is, the container 1 is 95% full.
  • the mixing is carried out with a stirrer 3, so that the remaining components of a previous cleaning cycle and the fresh wastewater are mixed.
  • the mixing process takes about five minutes, after which a measurement of the pH value is made.
  • the device has measuring devices 4, which in this case is a pH sensor.
  • lye is preferably added to the wastewater in the form of lime milk. This addition takes place via a liquid metering device 6 until a pH of 7.5 is reached.
  • nitrate is added to the waste water in the container 1 via a nitrate dosing device 5. The nitrate causes nitrate respiration in the container 1, so that the organic components of the wastewater are bound and filtered out.
  • the nitrate and waste water are mixed by means of a stirring process at intervals to a wastewater-nitrate mixture.
  • the device according to the invention preferably has an aeration device 7.
  • the ventilation with stripluft also takes place at intervals. Ventilation is especially beneficial for highly polluted wastewater.
  • the ventilation takes place for example in five minutes cleaning phase for about five seconds. Due to the ventilation z. B. C0 2 or N 2 expelled through the vent 8.
  • a measurement of the redox potential of the wastewater-nitrate mixture is provided, wherein in an arrangement of measuring devices 4 in this case a redox potential measuring device is provided.
  • a redox potential measuring device With a decreasing pH value and a redox potential of less than 0 mV, an incipient anaerobic process and acidification are detected. This is prevented by adding more milk of lime to the wastewater-nitrate mixture via the liquid-feeding device 6 until a pH of 7.5 is reached.
  • the biological purification can be resumed by adding nitrate in the form of nitric acid solution via the nitrate dosing device 5.
  • the same parameters as for the initial nitrate addition are selected with regard to the molar concentration and the pH.
  • This example shows that with the method according to the invention at low-loaded wastewater Already by a single nitrate dosage of 100 mg / l, the cleaning goal can be achieved.
  • a second filling level which is preferably 60%, a clear water outlet 9, through which the clarified by the settling clear water can be deducted. So there is an exchange ratio of about 30% of the reactor volume.
  • a mud bed 10 remains after a 14-minute clear-water removal phase.
  • the cleaning cycle is completed after the clear water discharge, so that a new cleaning cycle can be started by filling the container 1 with "fresh" wastewater After about every fifth to tenth cleaning cycle, the sludge excess has to be pumped out via a sludge discharge 11.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Abwässern, insbesondere von organisch belasteten Abwässern, unter Zugabe einer Nitratquelle, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Füllen des Abwassers in einen Behälter bis Erreichen eines ersten Füllniveaus (Niv A) des Reaktors, wobei das Füllniveau (Niv A) bei 80 - 99 %, vorzugsweise bei 95 % liegt, Mischen des Abwassers, Messung des pH-Wertes des Abwassers, wobei bei einem pH-Wert des Abwassers von < 7,0 dem Abwasser Lauge zugefügt wird bis ein pH-Wert von 7,5 erreicht wird, Zugabe von Nitrat in das Abwasser, Rühren der Abwasser-Nitrat-Mischung, Steuerung der Zugabe von weiterem Nitrat und/oder weiterer Lauge durch Messung mindestens eines Parameters der Abwasser-Nitrat-Mischung, Beenden des Rührens und Dekantieren mit Klarwasserabzug bei einem zweiten Füllniveau (Niv B), wobei das Füllniveau (Niv B) bei 50 - 70 %, vorzugsweise bei 60 % liegt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abwässern
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abwässern, insbesondere von organisch belasteten Abwässern, unter Zugabe einer Nitratquelle gemäß Merkmalskombination des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Reinigung von Abwässern, gemäß Merkmalskombination des Patentanspruches 13.
In der konventionellen Abwassertechnik wird Sauerstoff als terminaler Elektronenakzeptor zur Oxidation von organischem Material in den Abwässern verwendet. Zur Reinigung des Abwassers wird der Sauerstoff in Lösung gebracht, fein verteilt und bedarfsgerecht dosiert.
Es ist bekannt, zur Reinigung von Abwässern angereichertes Gas oder reinen Sauerstoff zu verwenden. Ziel derartiger Anstrengungen ist es, den gelösten Anteil von Sauerstoff und somit die Verfügbarkeit des terminalen Elektronenakzeptors zu erhöhen.
Ein großer Nachteil dieser Technik stellt zum einen der limitierte Anteil von Sauerstoff in der Luft und zum anderen die begrenzte Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser (ca. 8 mg/l bei 20 °C dar). Des Weiteren beeinflussen Parameter wie Salzgehalt, Druck und insbesondere Temperatur die Verfügbarkeit von Sauerstoff in Lösung zur Reinigung von Abwasser erheblich.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Reinigung von Abwässern anzugeben, welches auf die Verwendung von Sauerstoff oder reinem Sauerstoff verzichtet. Außerdem soll eine Vorrichtung angegeben werden, mit welcher ein derartiges Verfahren durchgeführt werden kann.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein Verfahren zur Reinigung von Abwässern, insbesondere von organisch belasteten Abwässern, gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, sowie durch eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zur Reinigung von Abwässern unter Zugabe von Nitrat, gemäß der Lehre nach Patentanspruch 13, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Abwässern ist in besonderer Weise zur Reinigung von organisch belasteten Abwässern geeignet und basiert auf der Zugabe von einer Nitratquelle zum zu säubernden Abwasser. Bzgl. der Reinigung wird grundsätzlich in folgenden Schritten vorgegangen:
Zunächst beginnt jeder Reinigungszyklus mit dem Befüllen eines Behälters mit Abwasser. In dem Behälter kann vorher bereits ein Reinigungszyklus stattgefunden haben, sodass ein Rest an Abwasser bzw. Sediment und aktiver Biomasse in dem Behälter befindlich ist. Der Behälter wird bis Erreichen eines ersten Füllniveaus gefüllt. Das Füllniveau liegt bei 80 - 99 %, vorzugsweise bei 95 %.
Zunächst wird das im Behälter befindliche Abwasser gemischt. Das heißt, das im Behälter befindliche Sediment bzw. der Schlamm wird mit dem frisch hinzugefügten Abwasser vermischt. Die Vermischung erfolgt vorzugweise durch ein Rührwerk. Der Mischvorgang sollte hierbei mindestens fünf Minuten erfolgen, sodass eine ausreichende Mischung des Schlammes mit dem Abwasser garantiert werden kann.
Anschließend wird der pH-Wert des Abwassers gemessen. Sollte der pH-Wert kleiner als 7,0 sein, wird dem Abwasser Lauge hinzugefügt und zwar solange bis ein pH-Wert von 7,5 eingestellt ist. Vorzugsweise wird Kalkmilch hinzugegeben.
Es folgt die Zugabe bzw. dosierte Zugabe von Nitrat in das Abwasser. Das Nitrat kann beispielsweise in Form von Salpetersäure, vorzugsweise 25 - 50 %iger Salpetersäure oder gelöstem Nitrat-Salz z. B. Ca, Na-Nitrat zugegeben werden. Vorzugsweise weist die Salpetersäure nach Zugabe zum Abwasser eine Stoffmengenkonzentration (c) von 100 mg/l oder einen pH-Wert von 6,5 auf. Anschließend wird die Abwasser-Nitrat-Mischung gerührt. Der Rührvorgang kann in Intervallen erfolgen, sodass das Rührwerk beispielsweise für 30
Sekunden betrieben wird und anschließend eine 150 sekündige Pause folgt. Diese Abfolge von Betrieb und Pause kann sich mehrere Stunden wiederholen. Das Rühren vermeidet zum einen das Entstehen von Schwimmschichten und verhindert zum anderen Übersättigungen an Gasen.
Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren sieht des Weiteren eine Steuerung der Zugabe von weiterer Nitratquelle und/oder weiterer Lauge vor, wobei die Steuerung abhängig von der Messung mindestens eines Parameters der Abwasser-Nitrat-Mischung erfolgt.
Vorzugsweise bei relativ gering belasteten Abwässern erfolgt die Messung des pH-Wertes der Abwasser-Nitrat-Mischung. Sofern der pH-Wert größer 7,0 ist, wird der Abwasser-Nitrat-Mischung weiteres Nitrat zugegeben. Es sei erwähnt, dass es sich auch hierbei um eine Salpetersäurelösung handeln kann. Eine Zugabe von Nitrat bzw. Salpetersäurelösung entfällt ab dem Zeitpunkt, wenn die Abwasser-Nitrat-Mischung einen pH-Wert von 7,0 oder kleiner aufweist.
Sofern in der Abwasser-Nitrat-Mischung Verschmutzung und aktive Biomasse vorhanden sind, erfolgt eine Alkalisierung auf den ursprünglichen pH-Wert innerhalb kurzer Zeit. Prinzipiell wird der Abwasser-Nitrat-Mischung solange Nitrat zugegeben, bis die Alkalisierung ausbleibt. Das Ausbleiben kennzeichnet den Abschluss der biologischen Reinigung des Abwassers.
Des Weiteren ist es denkbar, dass die Zugabe von weiterem Nitrat und/oder weiterer Lauge auf Grundlage der Messung der Nitratkonzentration der Abwasser-Nitrat-Mischung erfolgt. Ausgehend von der Belastung des Abwassers ist es vorgesehen, die Reinigungsvorrichtung in einem bestimmten Nitratbereich wie z. B. bei 50 - 200 mg/l zu betrieben. Die Nitratkonzentration wird hierbei mittels einer Sonde bestimmt und über die Zeitdauer des Reinigungsvorganges stetig überwacht um Schwankungen und Änderungen der Konzentration fest- stellen zu können. Die Steuerung der Zugabe von weiterem Nitrat erfolgt dann konzentrationsabhängig. Über den Verbrauch des Nitrates kann der Grad der Verschmutzung bzw. organischen Verschmutzung bestimmt werden.
Bei einer hohen Konzentration an organischen Bestandteilen des Abwassers kann der Prozess der Versäuerung einsetzen. Das bedeutet, dass im Abwasser vorhandene Polymere in organischen Säuren überführt werden. In einem derartigen Fall, ist es nicht möglich nur den pH-Wert zur Steuerung der Reinigung bzw. zur Steuerung der Zugabe von weiterem Nitrat und/oder weiterer Lauge zu verwenden. Es muss die Messung des Redoxpotentials der Abwasser-Nitrat- Mischung erfolgen, um die Steuerung der Reinigung verbunden mit der Zugabe von weiterem Nitrat und/oder weiterer Lauge vornehmen zu können.
Sobald eine Versäuerung der Abwasser-Nitrat-Mischung festgestellt wird, also ein negatives Redoxpotential mit sinkender Tendenz vorliegt, ist weitere Lauge zuzugeben, wobei die Zugabe solange erfolgen muss, bis der ursprüngliche pH-Wert, also 7,5 erreicht wird.
Ein Redoxpotential von < 0 mV gibt Hinweis auf beginnende anaerobe Prozesse und Versäuerung. Auch dpH/dt < 0 - also ein sinkender pH-Wert - zeigt an, dass eine Versäuerung stattfindet. Vorzugsweise werden sowohl der pH- Wert als auch das Redoxpotential überwacht.
Sobald der pH-Wert wieder seinen ursprünglichen Wert erreicht, kann wieder eine dosierte Zugabe von Nitrat erfolgen, welche die Nitratatmung aktiviert, bei welcher bevorzugt die organischen Säuren verbraucht werden und folglich der Versäuerung entgegengewirkt wird.
Bei organisch hoch belasteten Abwässern erfolgt vorzugsweise eine Belüftung des Abwasser-Nitrat-Gemisches mit Stripluft in Intervallen, wobei die Belüftung innerhalb von fünf bis zehn Minuten für wenige Sekunden beispielsweise ca. fünf Sekunden erfolgt. Das Stripen von Gasen erfolgt zum Zwecke der Verhinderung von Carbonatisierung. In Fällen von hoch belasteten Abwässern, kann es vorkommen, dass sich lösliche Gase, insbesondere C02 als Abbauendprodukt in der Reaktionssuspension oder N2 anreichern und der pH-Wert durch Carbonat sehr stark abgepuffert wird. In Intervallen werden durch die von einer Stripvorrichtung ausgehende Luftstöße gelöste Gase ausgetrieben.
Wie bereits beschrieben, ist das Ausbleiben der Alkalisierung der Abwasser- Nitrat-Mischung ein Hinweis auf das Ende der biologischen Reinigung des Abwassers, sodass zu diesem Zeitpunkt das Rühren gestoppt wird. Sofern dpH/dt = 0, sich der pH-Wert also nicht mehr ändert und das Redoxpotential > 0 mV wird der Rührvorgang, welcher bis zu sechs Stunden dauern kann, gestoppt.
Zur Vermeidung der bereits beschriebenen Carbonatisierung wird das Reinigungsverfahren bevorzugt im pH-Bereich von 6,5 - 7,0 betrieben.
Nachfolgend wird das Absetzen des Aktivschlammes eingeleiten. Nach ca. 30 Minuten ist der Teil der mechanischen Abwasserreinigung abgeschlossen. Es folgt das Dekantieren mit dem Abzug des Klarwassers über eine Öffnung bei einem zweiten Füllniveau des Behälters. Dieses zweite Füllniveau liegt bei 50 - 70 %, vorzugsweise bei 60%. Es wird ersichtlich, dass im genannten Behälter mittels Niveauschalter, zwei Arbeits- bzw. Füllniveaus zu definieren sind, welche bevorzugt bei 95 % und 60 % liegen.
Das Dekantieren kann ca. 14 Minuten in Anspruch nehmen, nach dem Abzug des Klarwassers kann ein neuer Reinigungszyklus mit den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten erfolgen. Nach jedem fünften bis zehnten Reinigungszyklus muss der Überschussschlamm abgezogen werden.
Das vorliegende Verfahren eignet sich besonders zur Reinigung von Abwässern mit leicht abbaubaren Stoffen, da die Oxidationskraft des terminalen Elektronenakzeptors gegenüber konventionellem Sauerstoff reduziert ist. Der Nitratatmung kann ein Standard-Nernst-Portential von + 400 mV zugeordnet werden, wohingegen der Atmung mit Sauerstoff ein Standard-Nernst-Potential von + 800 mV zugeordnet wird. Die Oxidationskraft der Reaktion ist begrenzt jedoch für eine Vielzahl von organischen Substanzen mit ähnlichen Eigenschaften wie Alkohole, Aldehyde, organische Säuren und bereits aktivierte Kohlenwasserstoffe ohne Substituierung durch Heteroatome wie Stickstoff, Schwefel und Halogene ausreichend.
Bevorzugte Anwendungsgebiete bilden deswegen Abwässer deren chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) ungefähr dem biologischen Sauerstoffbedarf (BSB) entspricht. Dies trifft beispielsweise für zucker- und stärkehaltige Abwässer, für Säuren und Alkohole zu.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem sehr breiten Anwendungsbereich zum Einsatz kommen. Der CSB des Abwassers kann einen Wert von 200 mg/l bis 20.000 mg/l betragen.
Abwässer aus der Solarindustrie, welche mit PEG als Polymer verunreinigt sind, können ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt werden. Warme Abwässer können mit Hilfe des Verfahrens besonders gut gereinigt werden, da die Aktivität der Mikroorganismen mit der Temperatur steigt.
Abwassertemperaturen von bis zu 45 °C stellen keine Behinderungen dar, wie es bei konventionellen Reinigungsverfahren der Fall ist. Es entfällt also das standardisierte Kühlen von Abwässern. Bei der Reinigung mit Sauerstoff bildet bei steigender Temperatur die negative Löslichkeitsabhängigkeit einen erheblichen limitierenden Faktor.
Die Denitrifikation bzw. Nitratatmung kann vereinfacht dargestellt werden:
3 HN03 + 15 [H] <-> 1,5 N2 + 9 H20
2 HNO3 + CH3OH <-> N2 + C02 + 3 H20 Folgende Kennwerte sprechen für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens:
Mögliche Raumbelastungen: bis zu 2 - 4 kg/m3 * Tag CSB
Abbauleistung
Verbrauch an Salpetersäure: ca. 0,8 - 1,2 kg/kg CSB abgebaut
Schlammanfall: ca. 0,25 kg/kg CSB abgebaut
Die vorliegende Erfindung umfasst zusätzlich eine Vorrichtung, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
Die Vorrichtung umfasst einen Behälter mit einer Absetzmulde im Boden des Behälters sowie ein Rührwerk und ein pH-Wert-Messgerät und eine Dossiervorrichtung zur Zugabe von einer Nitratquelle. Die Dimensionierung des
Behälters ist nach der zu erwarteten Abwassermenge und Zusammensetzung vorzunehmen. Hierbei ist eine Überschreitung einer Raumbelastung von 4 kg CSB/m3*Tag zu vermeiden. Der Behälter kann eine beliebige Geometrie aufweisen. Um die Mischung und das Rühren mittels Rührwerk einfach zu gestalten ist bevorzugt ein Behälter mit zylindrischer Geometrie vorgesehen.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung ein Nitratkonzentration-Messgerät und/oder ein Redoxpotential-Messgerät auf.
Eine Belüftungs- bzw. Stripvorrichtung kann ebenfalls vorgesehen sein. Vor allem bei organisch hoch belasteten Abwässern ist eine derartige Belüftungsvorrichtung von Vorteil.
Der Behälter der Vorrichtung weist zwei Arbeits- bzw. Füllniveaus auf, welche vorzugsweise bei 95 % und 60 % liegen. Mittels Niveauschalter sind die genannten Niveaus zu definieren, wobei beim Füllniveau von 60 % ein Auslass für den Klarwasserabzug vorgesehen ist. Weitere Einbauten wie ein oder mehrere Membranbelüfter in Form von Tellern oder Schläuchen, Abwasserzu- und ablauf und eine Schlammabzugvorrichtung sind ebenfalls vorgesehen. Abhängig von der Abwasserzusammensetzung ist gegebenenfalls eine Vorrichtung zur Laugendosierung notwendig.
Ebenso weist die Vorrichtung zur Reinigung von Abwässern eine Temperaturerfassungsvorrichtung auf, sobald extreme Temperaturschwankungen im
Abwasser zu erwarten sind. Bei hohen Abwasserbelastungen kann beim Abbau messbare Eigenwärme entstehen, welche in der Steuerung ebenfalls zu berücksichtigen sind. Dabei ist eine Temperaturschwankung im Abwasserzulauf von +/-5°C um den vorher definierten Betriebspunkt zulässig. Der Betriebspunkt kann in langen Zeitintervallen z. B. 5°C pro Woche variieren in einem Bereich zwischen 15°C und 45°C, dabei sind jedoch längere Zeitperioden für die Anpassung der Biomasse nötig.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Abwässern unter Zugabe von Nitrat und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Reinigung von Abwässern unter Zugabe von Nitrat soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.
Anwendunqsbeispiel 1:
In dem folgendem dargestellten Beispiel zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Abwasser aus der Solarindustrie gereinigt. Beim Schneiden von Silizium-Ingots fallen mit Polyethylenglykol (PEG) belastete Abwässer an.
Abwassermenge: 150 m3/Tag
CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf) 2.500 mg/Liter
Organische Inhaltsstoffe: PEG 200 Die Anforderungen an gereinigtes Abwasser stellen sich wie folgt dar:
CSB: < 500 mg/Liter
Schwebstoffe: < 400 mg/Liter
Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende Kennwerte ausschlaggebend bzw. typisch:
CSB Abbau pro Tag: 315 kg
Reaktorvolumen: 150 m3 (verteilt auf 3 Rührkessel mit 50 m3 Volumen)
Betriebstemperatur: 28 - 32 °C
Raumbelastung: 2,5 kg CSB/m3*Tag
Verbrauch von Salpetersä 504 kg (50% Lösung)
3,4 Zyklen pro Tag mit 20 Stunden
Reaktionszeit
Anwendunqsbeispiel 2:
Das folgende Beispiel zeigt auf, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Reinigung von Abwässern in der Lebensmittelindustrie geeignet ist. Bei einer Getreidewäsche fallen Abwässer mit mäßiger organischer Belastung an, welche eine Direkteinleitung in einen Vorfluter jedoch nicht ermöglichen.
Abwassermenge:
CSB im Zulauf:
Organische Inhaltsstoffe
Die Anforderungen an das gereinigte Wasser stellen sich wie folgt dar:
CSB: < 100 mg/Liter Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende Kennwerte ausschlaggebend bzw. typisch:
CSB Abbau pro Tag: 15 kg
Reaktorvolumen: 50 m3
Betriebstemperatur: 15 - 20 °C
Raumbelastung: 0,5 kg CSB/m3*Tag
Verbrauch von Salpetersä 57,6 kg (25 %ige Lösung)
5 Zyklen pro Tag mit 15 Stunden
Reaktionszeit
In der Figur wird eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reinigung von Abwässern aufgezeigt.
Zunächst wird in den Behälter 1 der Vorrichtung über einen Zulauf 2 Abwasser, welches vorzugsweise organisch belastetes Abwasser ist, gegeben. Der Behälter 1 wird dabei bis zu einem ersten Füllniveau (Niv A) befüllt. Es kann durchaus der Fall sein, dass in dem Behälter noch Restschlamm eines vorangegangenen Reinigungszyklus befindlich ist. Das erste Füllniveau (Niv A) liegt vorzugsweise bei 95 %. Das heißt der Behälter 1 ist zu 95 % gefüllt.
Anschließend folgt ein Mischen des Abwassers. Das Mischen erfolgt mit einem Rührwerk 3, sodass die Restbestandteile eines vorangegangenen Reinigungszyklus und das frische Abwasser durchgemischt werden. Der Mischvorgang dauert ca. fünf Minuten, wobei im Anschluss daran eine Messung des pH-Wertes vorgenommen wird. Hierfür weist die Vorrichtung Messgeräte 4 auf, wobei es sich in diesem Fall um einen pH-Wert Sensor handelt.
Sofern ein pH-Wert von kleiner 7,0 ermittelt wird, wird dem Abwasser Lauge vorzugsweise in Form von Kalkmilch hinzugefügt. Diese Zugabe erfolgt über eine Laugendosierungsvorrichtung 6 solange bis sich ein pH-Wert von 7,5 einstellt. Um den biologischen Reinigungsvorgang zu starten, wird dem Abwasser im Behälter 1 Nitrat über eine Nitratdosierungsvorrichtung 5 zugegeben. Das Nitrat ruft eine Nitratatmung im Behälter 1 hervor, sodass die organischen Bestandteile des Abwassers gebunden und herausgefiltert werden. Vorzugsweise wird Nitrat in Form von Salpetersäure mit einer Stoffmengenkonzentration c = 100 mg/l oder einem pH-Wert von 6,5 zugegeben.
Das Nitrat und Abwasser werden mittels eines Rührvorganges in Intervallen zu einer Abwasser-Nitrat-Mischung vermischt. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Belüftungsvorrichtung 7 auf. Die Belüftung mit Stripluft erfolgt ebenfalls in Intervallen. Eine Belüftung ist vor allen Dingen bei organisch hoch belasteten Abwässern von Vorteil. Die Belüftung erfolgt beispielsweise in fünf Minuten Reinigungsphase für ca. fünf Sekunden. Aufgrund der Belüftung werden z. B. C02 oder N2 über die Entlüftung 8 ausgetrieben.
Mittels vorhandener Messgeräte erfolgt wiederum eine Messung des pH-Wertes der Abwasser-Nitrat-Mischung, wobei bei einem pH-Wert größer 7,0 Salpetersäure zugegeben wird.
Des Weiteren ist eine Messung des Redoxpotentials der Abwasser-Nitrat- Mischung vorgesehen, wobei bei einer Anordnung von Messgeräten 4 in diesem Fall ein Redoxpotential-Messgerät vorgesehen ist. Bei einem sinkenden pH- Wert und einem Redoxpotential kleiner als 0 mV wird ein beginnender anaerober Prozess und eine Versäuerung erkannt. Dies wird dadurch unterbunden, dass der Abwasser-Nitrat-Mischung über die Laugendosierungsvorrichtung 6 weitere Kalkmilch zugegeben wird, bis sich ein pH-Wert von 7,5 einstellt.
Sobald dieser Ausgangs-pH-Wert erreicht wird, kann wieder mit der biologischen Reinigung fortgefahren werden indem über die Nitratdosierungsvorrichtung 5 Nitrat in Form von Salpetersäurelösung zugegeben wird. In diesem Fall werden bzgl. der Stoffmengenkonzentration und dem pH-Wert die gleichen Parameter wie bei der Initial-Nitratzugabe gewählt. Dieses Beispiel zeigt auf, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei niedrig belasteten Abwässern bereits durch einmalige Nitratdosierung von 100 mg/l das Reinigungsziel erreicht werden kann.
Sobald sich der pH-Wert nicht mehr ändert und das Redoxpotential größer 0 mV beträgt ist vom Abschluss der biologischen Reinigung des Abwassers auszugehen. In diesem Fall wird das Rührwerk 3 gestoppt und es folgt eine Absetzphase, welche Teil der mechanischen Reinigung des Abwassers ist.
Innerhalb von ca. 30 Minuten setzt sich in einer Absetzmulde im Boden des Behälters Schlamm ab.
Es folgt der Dekantiervorgang mit dem Abzug des Klarwassers. Hierfür befindet sich auf Höhe eines zweiten Füllniveaus (Niv B), welches vorzugsweise bei 60 % liegt, ein Klarwasserauslass 9, durch welchen das durch den Absetzvorgang geklärte Klarwasser abgezogen werden kann. Es liegt also ein Tauschverhältnis von ca. 30 % des Reaktorvolumens vor. Im Behälter 1 bleibt nach 14-minütiger Klarwaserabzugphase ein Schlammbett 10 zurück.
Der Reinigungszyklus ist nach dem Klarwasserabzug beendet, sodass ein neuer Reinigungszyklus durch Befüllen des Behälters 1 mit„frischem" Abwassers gestartet werden kann. Nach ca. jedem fünften bis zehnten Reinigungszyklus muss der Schlammüberschuss über einen Schlammabzug 11 abgepumpt werden.
Bezugszeichenliste
1 Behälter
2 Zulauf
3 Rührwerk
4 Messgeräte
5 Nitratdosierungsvorrichtung
6 Laugendosierungsvorrichtung
7 Belüftungsvorrichtung
8 Entlüftung
9 Klarwasserauslass
10 Schlammbett
11 Schlammabzug
Niv A erstes Füllniveau
Niv B zweites Füllniveau

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Reinigung von Abwässern, insbesondere von organisch belasteten Abwässern, unter Zugabe einer Nitratquelle,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) Füllen des Abwassers in einen Behälter bis Erreichen eines ersten
Füllniveaus (Niv A) des Reaktors, wobei das Füllniveau (Niv A) bei 80 - 99%, vorzugsweise bei 95 % liegt,
b) Mischen des Abwassers,
c) Messung des pH-Wertes des Abwassers, wobei bei einem pH-Wert des Abwassers von < 7,0 dem Abwasser Lauge zugefügt wird bis ein pH-Wert von 7,5 erreicht wird,
d) Zugabe von Nitrat in das Abwasser,
e) Rühren der Abwasser-Nitrat-Mischung,
f) Steuerung der Zugabe von weiterem Nitrat und/oder weiterer Lauge durch Messung mindestens eines Parameters der Abwasser-Nitrat-Mischung, g) Beenden des Rührens,
h) Dekantieren mit Klarwasserabzug bei einem zweiten Füllniveau (Niv B), wobei das Füllniveau (Niv B) bei 50 - 70%, vorzugsweise bei 60 % liegt
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Nitrat in Form von Salpetersäure oder gelöstem Nitrat-Salz zugegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rühren der Abwasser-Nitrat-Mischung in Intervallen erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
Lauge in Form von Kalkmilch zugegeben wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zugabe von weiterem Nitrat und/oder weiterer Lauge auf Grundlage der Messung des pH-Wertes der Abwasser-Nitrat-Mischung erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einem pH-Wert > 7,0 der Abwasser-Nitrat-Mischung weiteres Nitrat zugegeben wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zugabe von weiterem Nitrat und/oder weiterer Lauge auf Grundlage der Messung der Nitratkonzentration der Abwasser-Nitrat-Mischung erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zugabe von weiterem Nitrat und/oder weiterer Lauge auf Grundlage der Messung des Redoxpotentials der Abwasser-Nitrat-Mischung erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einem negativen und sinkenden Redoxpotential der Abwasser-Nitrat- Mischung weitere Lauge zugeführt wird bis ein pH-Wert von 7,5 erreicht wird.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei gleichbleibenden pH-Wert und einem Redoxpotential > 0 mV das Rühren beendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der pH-Wert zwischen 6,5 und 7,0 liegt.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abwasser-Nitrat-Mischung mit Stripluft belüftet wird.
13. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung einen Behälter (1) mit einer Absetzmulde im Boden des Behälters sowie ein Rührwerk (3) und des Weiteren ein pH-Wert Messgerät und eine Dossiervorrichtung zur Zugabe von Nitrat (5) umfasst.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung ein Nitratkonzentration-Messgerät und/oder ein
Redoxpotential-Messgerät (4) umfasst.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung eine Belüftungsvorrichtung (7) umfasst.
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