DE3838864C2

DE3838864C2 -

Info

Publication number: DE3838864C2
Application number: DE3838864A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Chem. Dr. 6701 Otterstadt De Vogel
Original assignee: Giulini Chemie GmbH
Current assignee: Vogel Walter Dr-Ing 6701 Otterstadt De
Priority date: 1988-11-17
Filing date: 1988-11-17
Publication date: 1991-12-05
Also published as: DE3838864A1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Ausfällung von gelösten Wasser- und Abwasserinhaltsstoffen und Flockung von Schwebstoffen bei der Trink- und Brauch wasseraufbereitung, bei der Reinigung von kommunalen und industriellen Abwässern sowie bei der Konditionierung von Prozeß- und Kreislaufwässern und Abtrennung der gebildeten Niederschläge und Flocken vom Wasser, bei dem als Fällungs- bzw. Flockungsmittel Eisen(3)- und/oder Aluminiumnitrate eingesetzt und die zudosierten Kationen und Anionen weitest gehend entfernt werden.

Die Verwendung von Eisen(3)- und Aluminiumsalzen als Fäl lungs- bzw. Flockungsmittel in der Wasseraufbereitung ist schon seit langem bekannt.

In der DE-PS 6 41 793 wird ein Verfahren zur Kreislaufverwendung von Eisen bei der chemischen Reinigung von Abwasser durch Eisenverbindungen beschrieben. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das ausge fällte Eisenhydroxid zunächst als Schlamm wie üblich in einem Absetz becken vom gereinigten Abwasser abgetrennt wird und von hier in einem eingedickten Zustand in ein besonderes Reaktionsbecken gebracht wird, das mit einer Rühreinrichtung versehen ist. Hier verbleibt der Schlamm, nachdem eine gewisse Menge Impfschlamm zugesetzt worden ist, wobei zeitweise umgerührt wird. Anschließend wird der Schlamm laufend dem zu reinigenden Abwasser, dem man Kohlensäure zusetzt, zugeführt. Hierbei löst sich das im Schlamm vorhandene Eisenhydroxid als Eisenbicarbonat im Abwasser auf, welches in einem Absetzbecken wieder vom Schlamm abge trennt wird. Der Schlamm wandert zwecks weiterer Reduktion von Eisenhy droxid wieder zu Reduktionsbecken zurück und macht diesen Kreislauf bis zum gewünschten Grad der Enteisung erneut durch. Bei diesem Verfah ren wird kein Eisen- oder Aluminiumsalz in Form der Nitrate zur gleich zeitigen Flockung und Denitrifikation zugesetzt.

In der Zeitschrift gwf. Wasser/Abwasser 112 (1971) S. 33 beschreibt der Autor K. Mudrack die Möglichkeit der mikrobiellen Denitrifikation von Industrieabwässer. Das zu reinigende Abwasser muß allerdings von vornherein nitratreich sein. Die Untersuchung zeigt, daß das Abwasser dann gut biologisch zu reinigen ist, wenn man Phosphat in einer Konzentration von 0,2 mg P/l dem zu reinigenden Abwasser zusetzt. Das Verfahren ist nur dann effek tiv, wenn bereits eine ausreichende Nitratkonzentration im Abwasser vorhanden ist. Nitrationen in Form von Eisen oder Aluminiumnitrat wer den bei diesem Verfahren auch nicht zugesetzt.

Gemäß der DE-AS 19 07 359, Sp. 1, Zeilen 54 bis 65, zählen zu den üblichen Flockungsmitteln Aluminiumsulfat, Eisen(II)- sulfat, Eisen(III)-sulfat, Eisen(II)-chlorid, Eisen(III)- chlorid und Aluminiumchlorid. Diese Flockungsmittel bewirken die Koagulierung von Stoffen, die in dem zu behandelnden Wasser suspendiert oder gelöst vorliegen und durch Sedimentation nur schwer abgesetzt werden können.

Ein Nachteil der vorstehenden Flockungsmittel wird darin gesehen, daß sie nur eine begrenzte Wirkung zeigen und nicht für alle Zwecke einsetzbar sind.

In der DE-AS 19 07 359 sind weiterhin basische Metallsalze der Formel

M_n(OH)_mX_3n-m

beschrieben, in der M ein Aluminium- oder dreiwertiges Eisenatom darstellt, n eine Zahl zwischen 1 und 20, X ein einwertiges Anion, 3n größer als m ist und M/X zwischen 1,5 und 200 liegt, die als Fällungs- und Flockungsmittel eine vorteilhafte Wirkung bei der Behandlung von Abwasser zeigen sollen, insbesondere Abwässern der Papierindustrie.

Schließlich sind aus der DE-AS 19 07 359 auch noch Flockungsmittellösungen für die Wasseraufbereitung bekannt, welche sich von einem basischen Metallsalz der Formel

M_n(OH)_mX_3n-m

in der M ein dreiwertiges Eisen- oder Aluminiumatom ist, X für ein Anion aus der Gruppe Cl, NO₃ und CH₃COO steht und 3n größer als m ist, ableiten, wobei die Basizität des Metallsalzes (m/3n · 100) im Bereich von 30 bis 83% liegt und ein mehrwertiges Anion Y in einer solchen Menge in das basische Salz eingeführt worden ist, daß das Molverhältnis Y/M einen Wert von 0,015 bis 0,4 hat.

Ein Nachteil der vorstehenden Fällungs- und Flockungsmittel wird nun darin gesehen, daß bei der Reaktion des Fäll- und Flockungsmittels im Wasser durch Hydrolyse nur die Kationen Eisen und Aluminium wieder ausgefällt werden, die Anionen jedoch im Wasser verbleiben. Das hat zur Folge, daß der pH- Wert des Wassers in den sauren Bereich verschoben wird. Gleichzeitig erfolgt eine nicht gewünschte Aufsalzung des Wassers. Bei wenig gepufferten Wässern kann die pH-Wert- Verschiebung sogar soweit gehen, daß sich ein für die Flockung ungünstiger pH-Wert einstellt und ein Zusatz von Neutralisationsmitteln erforderlich wird.

In stark verunreinigten Abwässern mit einem entsprechend hohen Fällmittelbedarf und in Kreislaufwässern, die wiederholt mit sauren Metallsalzen behandelt werden, können somit pH-Verschiebungen und Aufsalzungen erreicht werden, welche die behördlichen Grenzwerte für die Abwassereinleitung überschreiten und Beton- und Metallaggressivität aufweisen.

Nitrationen sind in der Trinkwasseraufbereitung außerdem wegen ihrer gesundheitsschädlichen Wirkung unerwünscht. Sie müssen weitestgehend bei der Wasseraufbereitung entfernt werden. Wohl auch aus diesem Grunde sind in der Praxis Nitrationen enthaltende Eisen-und Aluminiumsalze als Fäll- und Flockungsmittel bisher nicht verwendet worden.

Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Ausfällung von gelösten Wasser- und Abwasserinhaltsstoffen und Flockung von Schwebstoffen bei der Trink- und Brauchwasseraufbereitung, bei der Reinigung von kommunalen und industriellen Abwässern sowie bei der Konditionierung von Prozeß- und Kreislaufwässern zu finden, bei dem die vorstehenden Nachteile vermieden und neben den zudosierten Kationen auch die zudosierten Anionen aus dem Wasser eliminiert werden.

Überraschenderweise kann die gestellte Aufgabe in einfacher Weise dadurch gelöst werden, daß Eisen(3)- und/oder Aluminiumsalze in gelöster Form in das Wasser dosiert werden, die als Anion Nitrat enthalten, und diese Nitrationen anschließend unter Abwesenheit von in Wasser gelöstem Sauerstoff zu molekularem Stickstoff reduziert werden. Als Nitrationen enthaltende Aluminiumsalze können sowohl basische als auch nichtbasische Aluminiumnitrate eingesetzt werden. Bei Verwendung von Eisen(3)- nitraten werden vorzugsweise die kristallwasserhaltigen Nitrate eingesetzt, jedoch können auch die basischen Eisen(3)-nitrate mit Erfolg eingesetzt werden.

Die zu dosierenden Nitratlösungen können sowohl als gesättigte Lösungen als auch in Form vorverdünnter Lösungen eingesetzt werden.

Die Reduktion der Nitrationen zu molekularem Stickstoff erfolgt durch mikrobielle Stoffwechselprozesse beim Abbau von organischen Wasserinhaltsstoffen, das heißt, durch Denitrifikation. Bekanntlich können viele aerobe Bakterien bei Abwesenheit von gelöstem Sauerstoff den Sauerstoff des Nitrats zur Deckung ihres eigenen Sauerstoff-Bedarfs heranziehen und so das Nitrat zu elementarem Stickstoff reduzieren, der als Gas in die Atmosphäre entweicht.

Für die Denitrifizierung des Nitratstickstoffs eignen sich viele der in Belebtschlammsystemen reichlich vorkommenden Bakterien, z. B. Pseudomonas, Micrococcus, Denitrobacillus, Achromobacter u. a. Sie können sich ohne Anpassungsprobleme im anoxischen Milieu von der Sauerstoffatmung auf die Nitratrespiration umstellen. Unter bestimmten Bedingungen können Sauerstoffatmung und Denitrifikation sogar nebeneinander stattfinden. Wesentlich für die Betriebssicherheit der Denitrifikationsstufe ist, daß eine ausreichende Menge an organischen Kohlenstoffverbindungen im Abwasser oder Belebtschlamm vorhanden ist.

Nach einer besonders günstigen Verfahrensweise der Erfindung wird der in der Denitrifikationsstufe freigewordende Stickstoff zur Abscheidung der in der Fäll- und Flockungsstoffe gebildeten Flocken und vorhandenen Schwebstoffe unter Flotation eingesetzt. Zur Abscheidung der Flocken können mit Vorteil auch Siebmaschinen, Lamellenklärer und/oder Sandfilter eingesetzt werden.

Das Wesentliche der Erfindung wird darin gesehen, daß die Wasserbehandlung und -reinigung mit Fäll- und Flockungsmitteln, die Nitrat als Anion enthalten, so durchgeführt wird, daß sowohl die Kationen als auch die mit dem Flockungsmittel zugesetzten Anionen entfernt werden, und zwar bereits in zwei Stufen.

In der ersten Stufe werden die Chemikalien in Form von stabilen Lösungen dem Wasser zudosiert, in welchem sie die aus dem Wasser zu entfernenden Substanzen, beispielsweise Schwebstoffe, CSB-, BSB₅- betreffende Inhaltsstoffe und Phosphate, ausfällen bzw. ausflocken.

In der zweiten Stufe wird das Nitration, das mit dem Flockungsmittel zudosiert worden ist, durch Denitrifizierung zerlegt und entfernt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Nitration in Stickstoff und Sauerstoff zerlegt und die entweichenden Gase werden zur Abscheidung von Schwebstoffen durch Flotation eingesetzt.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens wird ferner darin gesehen, daß der Sauerstoff zur Vermeidung von Gärung und Fäulnisprozessen in den Wassersystemen genutzt werden kann. Auch kann er zum mikrobiellen Abbau von organischen Wasserinhaltsstoffen genutzt werden.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele und der schematischen Zeichnungen noch näher erläutert.

In Fig. 1 bedeutet:

1 Aussiedlerhof
2 Fäkalhebeanlage und Dosierstelle
3 Rohrleitung NW 80
4 Schacht
5 Kanal NW 400
6 Kläranlage

In Fig. 2 bedeutet:

7 Zulauf
8 Fällmitteldosierung
9 Vorklärbecken
10 Belebungsanlage
11 Nachklärbecken
12 Ablauf
13 Schlammzirkulation

In Fig. 3 bedeutet:
14 Zulauf
15 Mischbehälter
16 Vorklärbecken
17 Belebung
18 Nachklärbecken
19 Ablauf

In Fig. 4 bedeutet:

20 Zulauf
21 Vorklärbecken
22 Belebung
23 Nachklärbecken
24 Schlammrezirkulation
25 Ablauf

In den Beispielen wurden zwei konventionelle Flockungsmittel und zwei Flockungsmittel gemäß der Erfindung eingesetzt.

1. Eisen(3)-chloridsulfatlösung
2. Aluminiumsulfat
3. Eisen(3)-nitrat
4. Aluminiumnitrat

1. Eisen(3)-chloridsulfatlösung (FeClSO₄)

Eingesetzt als 40%ige Lösung mit einer Dichte von 1,5

Eisen(3): 11,95 Gew.-% = 179 g/l = 2,134 mol/kg
Chlorid: 7,57 Gew.-% = 114 g/l
Sulfat: 20,48 Gew.-% = 307 g/l
Wasser: 60,0 Gew.-% = 900 g/l

2. Aluminiumsulfat krist. Al₂(SO₄)₃ · x H₂O (hier x = 13,5)

Aluminium: 9,23 Gew.-% = 3,419 mol/kg
Sulfat: 49,23 Gew.-%
Wasser: 41,54 Gew.-%

3. Eisen(3)-nitrat Fe(NO₃)₃ · x H₂O (hier x = 7,6)

Eisen(3): 15 Gew.-% = 2,679 mol Fe/kg
Nitrat: 49,82 Gew.-% = Äqu 38,57 Gew.-% Sauerstoff
Wasser: 35,18 Gew.-%

4. Aluminiumnitrat Al(NO₃)₃ · 9 H₂O

Aluminium: 7,2 Gew.-% = 2,667 mol Al/kg
Nitrat: 49,6 Gew.-% = Äqu. 38,4 Gew.-% Sauerstoff
Wasser: 43,2 Gew.-%

In allen Vergleichsversuchen wurde das Produkt 1 in Lieferform (40%ige Lösung) eingesetzt und die Produkte 2 bis 4 als Lösungen der Trockenprodukte. Die Dosierangaben beziehen sich jedoch auf das entsprechende Trockenprodukt.

Beispiel 1 (Fig. 1)

Ein Aussiedlerhof (1) hat eine Fäkalhebe- und -zerkleinerungsanlage (2) und entwässert über eine 2 km lange Druckleitung NW 80 (3) in den Steinzeugkanal NW 400 (5), der zur kommunalen Kläranlage (6) führt.

Wegen der teilweise sehr langen Verweilzeit des Abwassers in der Rohrleitung (3) lassen sich sauerstoffzehrende bis anaerobe Abbauprozesse nicht vermeiden. Aus diesem Grunde ist das Abwasser besonders in den Morgenstunden am Auslaufschacht (4) in den Kanal NW 400 eine dunkle, nicht sedimentierende Suspension mit stark fauligem Geruch. Der H₂S-Nachweis mit Bleiacetatpapier ist positiv.

Zu dem Abwasser wurde bei (2) in den 4 Vergleichsversuchen a) bis d) jeweils eine Fällungs- und Flockungschemikalie zugegeben.

a) Eisen(3)-chloridsulfatlösung, und zwar 165 ml/m³ = 250 g/m³
b) Aluminiumsulfat 155 g/m³
c) Aluminiumnitrat 200 g/m³
d) Eisen(3)-nitrat 200 g/m³

Die gewählten Dosiermengen entsprechen 0,53-0,536 mol Al bzw. Fe(3) pro m³ Abwasser.

Ergebnis Zu a)

Das an der Übergabestelle (4) dunkle Abwasser wurde nach Zudosierung der Eisen(3)-chloridsulfatlösung tiefschwarz und färbte sogar das übrige Abwasser in (5) schwarz. Es bildeten sich keine sedimentierenden Flocken. Die H₂S-Nachweisreaktion war negativ. Es war nur ein schwach fauliger Geruch feststellbar.

Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 70 mg/l Sulfat und Chlorid zudosiert.

Zu b) Ausgangsbedingungen wie bei a)

Nach Zudosierung der Aluminiumsulfatlösung an (2) bildeten sich an der Übergabestelle (4) und im gesamten Abwasserstrom zur Kläranlage (6) Flocken.

Das Abwasser war im Vergleich zu dem unbehandelten Abwasser heller gefärbt. Es hatte jedoch den gleichen stark fauligen Geruch wie unbehandeltes Abwasser. Der H₂S-Nachweis mit Bleiacetatpapier blieb stark positiv.

Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 76 mg Sulfat/l zudosiert.

Zu c) Ausgangsbedingungen wie bei a)

Nach Zudosierung der Aluminiumnitratlösung nahm das Abwasser bei (4) eine graubraune Farbe an. Die Schwebstoffe waren weitgehend geflockt. Das Abwasser hatte keinen fauligen Geruch mehr, sondern den typischen Geruch von frischem Abwasser.

In den Nachmittagsstunden mit mehr Abwasserdurchfluß und kürzerer Verweilzeit in der NW 80-Druckleitung (3) konnte bei (4) sogar vereinzelt ein Restgehalt an Nitrat gefunden werden.

Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 99 mg NO₃/l zudosiert, was 76 mg Sauerstoff pro Liter entspricht.

Zu d) Ausgangsbedingungen wie bei a)

Nach Zudosierung der Eisen(3)-nitratlösung nahm das Abwasser eine braune Farbe an. Die Ergebnisse waren wie bei c).

Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 99 mg NO₃ zudosiert, was 76 mg Sauerstoff pro Liter entspricht.

Vorstehende Vergleichsversuche zeigen, daß bei einer langen Verweilzeit des Abwassers unter Luftabschluß im Kanal Schwefelwasserstoff entstehen kann. In den Versuchen a) und d) wird der gebildete Schwefelwasserstoff als Eisensulfid ausgefällt.

Die Fäll- und Flockungsmittel nach der Erfindung unterbinden in c) und d) schon unter anoxischen Bedingungen die Faulprozesse durch Sauerstoffabscheidung.

Besonders wirkungsvoll und betriebssicher ist Versuch d). Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Eisen im Eisen(3)- nitrat auch bei starker Unterdosierung, das heißt bei Sauerstoffmangel, den entstehenden Schwefelwasserstoff als Eisensulfid ausfällt und durch die schwarze Abwasserverfärbung die Unterdosierung anzeigt.

Beispiel 2 (Fig. 2)

Eine kommunale Kläranlage hat zur Zeit der Weinernte gegenüber den Auslegungsdaten einen Zulauf (7) mit mehrfacher Überlastung mit organischen Stoffen, vor allem mit leicht abbaubaren Verbindungen wie Fruchtzucker und Fruchtsäuren.

Das rechteckige Absatzbecken (9) zur mechanischen Vorreinigung dieses Abwassers hat für den Schlammaustrag einen Längsräumer und eine Schwimmstoffräumvorrichtung.

Während der Verweilzeit des Abwassers in (9) beginnen sich die organischen Inhaltsstoffe unter Abwesenheit von Sauerstoff durch Gärung zu zersetzen. Das führt unter anderem zu einer unerwünschten Absenkung des pH-Wertes im Abwasser.

Der pH-Wert in (7) liegt bei 6,5 bis 7,4. Er sank im Ablauf von (9) durch die Gärung auf Werte zwischen 4,5 und 6. Der Ablauf war stark trüb und roch deutlich nach Gärung. Der Ablauf aus (9) führte in (10) zu Blähschlammbildung. Der Schlammindex in (10) als Meßzahl für das Absatzverhalten von Belebtschlammflocken war ständig größer als 400.

Bei Einsatz von sauren Metallsalzlösungen wie Aluminiumsulfat- oder Eisen(3)-chloridsulfatlösung sank der pH-Wert in (9) auf Werte zwischen 4,1 und 5,5. In einem derart sauren Milieu sind sowohl chemische Fällung und Flockung als auch aerobbiologische Prozesse deutlich behindert. Von entsprechenden Versuchen wurde daher abgesehen.

In den Zulauf (7) wurden nun gemäß vorliegender Erfindung 250 g Aluminiumnitrat pro m³ Abwasser zudosiert. Dieser Dosiermenge entspricht ein Nitratanteil von 124 g/m³ bzw. 96 g Sauerstoff pro m³.

Mit Dosierungsbeginn wurde der Ablauf aus (9) klarer. Der pH-Wert im Ablauf lag wie im Zulauf (7) bei Werten von 6,5 bis 7,4. Der Geruch nach Gärung war verschwunden. Deutlicher war jetzt der Gärungsbereich in (7).

In (10) konnte der Schlammindex durch die erfindungsgemäße Behandlung innerhalb einer Woche von dem ursprünglichen Wert größer als 400 auf 160 gesenkt werden. Unter dem Mikroskop waren Blähschlammfäden (Sphaerotilus natans) nur noch vereinzelt zu beobachten.

Ein Schlammabtrieb aus (11) war nicht mehr zu beobachten. Dieses Ergebnis verringerte die Vorflutbelastung erheblich.

Vorstehender Versuch zeigt mehrfach positive Auswirkung bei Anwendung der Flockungsmittel gemäß Erfindung:

1. Durch die Flockung im optimalen pH-Bereich wird die Schwebstoffabscheidung in (9) wesentlich verbessert und die überlastete biologische Stufe (10) entsprechend entlastet.
2. Der abgespaltene Sauerstoff aus dem Nitrat verhindert eine Gärung, pH-Wert-Verschiebung und eine Blähschlammentwicklung.
3. Der abgespaltene Sauerstoff aus dem Nitrat wird bereits in (9) zum Abbau organischer Verbindungen genutzt. Diese Reaktion entlastet die biologische Reinigungsstufe (10). Sie vergrößert damit ohne zusätzliche Baumaßnahmen das Nutzvolumen von (10).

Beispiel 3 (Fig. 3)

Für eine kommunale Kläranlage mit Ablauf (19) in einen sehr kleinen Vorfluter wird von den Behörden eine Phosphatfällung gefordert. Der Ablauf-P-Wert muß auf kleiner 2 mg P/l verringert werden.

Die Fällungsmittel können sowohl in die Belebung (17) dosiert werden als auch in einen Mischbehälter (15) vor dem Vorklärbecken (16). Bei der ersten Verfahrensvariante spricht man von einer Simultanfällung, bei der zweiten von einer Vorfällung. Das zuletzt genannte Verfahren wird im vorliegenden Beispiel angewandt.

In (14) wurden im Abwasser folgende Werte (Mittelwerte) bestimmt:

BSB₅:
380 mg/l
pH-Wert	7,4
Gesamt-P-Gehalt:	11 mg/l

Ohne Zugabe von Fäll- und Flockungsmittel lag der BSB₅-Wert im Ablauf aus (16) bei 290 mg/l. Somit wurden in (16) 23,7% BSB₅ aus dem Wasser eliminiert.

In den Beispielen a) bis c) wurde die Fällungsmittelmenge auf etwa β = 1,7 eingestellt. β ist der stöchiometrische Fällungsmittelüberschuß, bezogen auf die gemessene Phosphatkonzentration im Abwasser. Wegen der sehr trägen Reaktion in (17) wurde der Phosphatwert bereits im Ablauf aus (16) gemessen. Der geforderte Grenzwert im Ablauf (19) liegt niedriger.

In den Vergleichsversuchen a), b) und c) wurden zudosiert:

a) Eisen(3)-chloridsulfatlösung
190 ml/l = 285 g/m³; β beträgt 1,71

b) Eisen(3)-nitrat
225 g/m³; β beträgt 1,70

c) Aluminiumnitrat
225 g/m³; β beträgt 1,69

Ergebnis Zu a)

Der pH-Wert in (16) sank während der Fällungsperiode auf 7,0. Der Gesamt-P-Wert im Ablauf (16) betrug 1,8 mg/l, daraus errechnet sich ein Wirkungsgrad von 83,6%.

Der BSB₅-Wert betrug unter den gegebenen Bedingungen im Ablauf aus (16) 250 mg/l, die Elimination stieg damit von 23,7% bei nur mechanischer Sedimentation auf 34,2%.

Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 80 mg/l Sulfat und Chlorid zudosiert.

Zu b)

Der pH-Wert sank in (15) von 7,4 auf 7,05. Nach 2,5 bis 6 Stunden, das ist die Verweilzeit des Wassers in (16), hatte der pH- Wert wieder den Ausgangswert von 7,4 angenommen.

Der Gesamt-P-Wert im Ablauf aus (16) betrug 1,6 mg/l, das entspricht einem Wirkungsgrad von 85,5%.

Der BSB₅-Wert im Ablauf aus (16) betrug 175 mg/l; der Wirkungsgrad stieg demnach auf 53,9%.

Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 112 mg NO₃/l zudosiert, das entspricht 87 mg Sauerstoff/l.

Zu c)

Der Verlauf des pH-Wertes in diesem Versuch war wie in b). Der Gesamt-P-Wert im Ablauf von (16) betrug 1,25 mg/l, das ist eine Steigerung des Wirkungsgrades auf 88,6%. Der BSB₅-Wert im Ablauf aus (16) betrug 170 mg/l, der Wirkungsgrad der Abscheidung stieg damit auf 55,3%.

Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 112 mg NO₃/l zudosiert, das entspricht 86 mg Sauerstoff/l.

Die Vergleichsversuche zeigen den an sich bekannten Effekt, daß nämlich mit einer Vorfällung Phosphat eliminiert und der Wirkungsgrad von (16) verbessert werden kann.

Der darüber hinaus deutlich erhöhte Wirkungsgrad bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Fäll- und Flockungsmittel zeigt an, daß bereits in der mechanischen Klärstufe der Sauerstoffgehalt im Nitrat für den biologischen Abbau der organischen Abwasserinhaltsstoffe genutzt wird (16), wird somit gleichzeitig zu einem zusätzlichen Beckenvolumen für (17).

Beispiel 4 (Fig. 4)

Für eine weitere kommunale Kläranlage wird vor allem eine Phosphateliminierung gefordert, und zwar soll der P-Wert ebenfalls auf kleiner 2 mg P/l im Abwasser gesenkt werden. Anders als in Beispiel 3 ist hier die biologische Reinigungsstufe überdimensioniert. Der Grenzwert für BSB₅ in (25) ist auf Werte kleiner 20 mg/l festgelegt. In der Praxis liegen die Betriebswerte zwischen 4 und 9 mg/l.

Der Gesamt-P-Wert lag in (25) der Kläranlage ohne Anwendung von Flockungsmittel bei 8,5 mg P/l.

Für den Sauerstoffeintrag in (22) sind 3 Tauchbelüfter mit je 15 kW Leistungsaufnahme installiert, die ständig in Betrieb sind. Die technische Ausstattung der Kläranlage erlaubt eine Vorfällung und/oder eine Simultanfällung.

In den Vergleichsversuchen a), b) und c) wurde zudosiert:

a) Aluminiumsulfat
180 g/m³; β beträgt 2,24
Simultanfällung

b) Aluminiumnitrat
230 g/m³; β beträgt 2,24
Simultanfällung

c) Aluminiumnitrat
230 g/m³; β beträgt 2,24
Vorfällung

Ergebnis Zu a)

Der pH-Wert in (22) ging allmählich von 7,2 auf 6,9 zurück. Der Gesamt-P-Wert in (25) lag zwischen 0,8 und 1,2 mg/l, das ist ein Wirkungsgrad von 85,9 bis 90,6%.

Im Ablauf-BSB₅ (25) konnte im Versuchszeitraum kein signifikanter Unterschied zum Betrieb ohne Flockungsmittel beobachtet werden.

Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 89 mg Sulfat/l zudosiert.

Zu b)

Für die Denitrifizierung, das heißt für den Abbau und die Nutzung des Nitratsauerstoffes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mußte intermittierend die Belüftung abgestellt werden. Optimal waren folgende Bedingungen:

40 Minuten mit Belüftung,
20 Minuten ohne Belüftung.

Unter diesen Bedingungen konnte die Leistungsaufnahme der Belüfter in (22) um 33% reduziert werden. Der pH-Wert in (22) blieb im Mittel bei 7,2.

Die Ergebnisse bei der P-Ausfällung und Elimination von BSB₅ sind die gleichen wie bei a).

Mit dem Flockungsmittel wurden dem Abwasser 114 mg NO₃/l zudosiert, das entspricht 88 mg Sauerstoff pro Liter.

Zu c)

Wie in Beispiel 3 sollte bereits im Vorklärbecken (16 bzw. 21) ein erheblicher Teil der mit dem Zulauf (20 bzw. 4) zugeführten organischen Substanz abgebaut werden.

Unter diesen Bedingungen genügt in (22) bereits ein einziger Belüfter für den Sauerstoffeintrag (Sauerstoffgehalt 1,5 bis 4 mg/l).

Für eine dann noch ausreichende Umwälzung mußte in (22) ein Rührwerk mit 3 kW Leistungsaufnahme installiert werden. Der Gesamt-P-Wert in (25) lag zwischen 0,6 und 1,1 mg/l, das ist ein Wirkungsgrad von 87,1 bis 92,9%.

Der Energieverbrauch für den Sauerstoffeintrag in (22) verringerte sich von

3 × 15 = 45 kW auf

1 × 15 plus 3 = 18 kW, also

um 60%.

Die Vergleichsversuche zeigen, daß außer den bereits erwähnten Vorteilen

- keine pH-Wert-Veränderung -
- keine Aufsalzung -

bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weitere Verbesserungen erzielt werden können. Beispielhaft erwähnt wird an dieser Stelle die Reduzierung des Energiebedarfs in einer großzügig dimensionierten Belebungsstufe einer Kläranlage.

Claims

1. Verfahren zur Ausfällung von gelösten Wasser- und Abwasserinhaltsstoffen und Flockung von Schwebstoffen bei der Trink- und Brauchwas seraufbereitung, bei der Reinigung von kommunalen und industriellen Ab wässern, sowie bei der Konditionierung von Prozeß- und Kreislaufwäs sern, wobei die entstehenden Flocken vom Wasser abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Eisen(3)- und/oder Aluminiumsalze in gelöster Form in das Wasser dosiert werden, die als Anion Nitrat enthalten und diese Nitrationen anschließend in Abwe senheit von im Wasser gelöstem Sauerstoff zu molekularem Stickstoff re duziert werden, wobei die Reduktion des Nitrations durch mikrobielle Stoffwechselprozesse durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff im Nitration zum Abbau von organischen Wasserinhalts stoffen eingesetzt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gebildete Stickstoff zur flotativen Abscheidung der Flocken eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtrennung der Flocken Siebmaschinen, Lamellenklärer und/oder Sandfilter eingesetzt werden.