DE3917415C2 - Verfahren zur Reinigung von Abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser, wobei das Abwasser zunächst einer aeroben biologischen Behandlungsstufe und anschließend einer Fällungsstufe zugeführt wird, in der das Abwasser einer Fällung mit Ca(OH)₂ unterzogen wird und dabei entstehender Schlamm vom Abwasser abgetrennt wird.

Organisch verschmutzte Abwässer werden in der Regel biologisch gereinigt. Nach der biologischen Reinigung verbleiben insbesondere bei Industrieabwässern (z. B. Zellstoffabwässern), im Abwasser noch in beträchtlichem Umfang biologisch nicht oder nur schwer abbaubare Stoffe, die durch Fällung (z. B. mit Fe- oder Al-Salzen, Bentonit etc.) eliminiert werden können.

Klassische Verfahren mit einer Fällungsstufe nach einer biologischen Stufe haben den Nachteil, daß in erheblichem Umfang kostspielige Fällungschemikalien beschafft werden müssen, die durch den Einsatz vollständig verloren werden. Darüberhinaus fallen große Mengen an organisch belastetem anorganischen Fällungsschlamm an, die entsorgt werden müssen, und dadurch Sekundärkosten und Probleme verursachen.

Aus dem Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik, 3. Auflage, Bd. IV, Verlag Ernst + Sohn, Berlin 1985, Seiten 551, 358-359, ist es bekannt, Abwasser zunächst in einer aeroben biologischen Behandlungsstufe zu behandeln und nach einer Zwischenklärung einer Fällung mit Kalk zu unterziehen. Diese Fällung dient zur Phosphorelimination.

In der RO-80 584-A, Ref. aus Chemical Patents Index, Derwent Publications LTD, London, Ref. Nr. 83-606 10 K/25, ist ein Verfahren zur Fällung von Abwasser mit Ca(OH)₂ beschrieben, bei dem der ausgefällte Schlamm mit CO₂-haltigem Biogas aus einer Fermentationsanlage behandelt wird. Dabei sollen ein fermentierbarer Schlamm sowie ein Biogas mit reduziertem CO₂-Gehalt und einem CH₄-Gehalt von über 90% hergestellt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine effektive und wirtschaftliche Reinigung des Abwasers erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung besteht aus folgenden Einzelschritten:

Das organisch verschmutzte Abwasser wird mit einer mit technisch reinem Sauerstoff oder einem mit Sauerstoff hoch angereicherten Gas begasten Belebungsanlage biologisch gereinigt. Anschließend wird das biologisch gereinigte Abwasser mit Ca(OH)₂ in einer Menge von ca. 500-6000 g/m³ versetzt. Dadurch entsteht ein Schlamm, bestehend aus gelöstem Ca(OH)₂ und CaCO₃, das durch Reaktion von Ca(OH)₂ mit dem CO₂-Gehalt des Abwassers entsteht. An den Schlamm ist refraktäre organische Schmutzfracht gebunden. Der Schlamm wird, z. B. durch Sedimentation, abgetrennt.

Der stark alkalische Überstand wird mit CO₂-haltigem Abgas der Belebungsanlage vermischt. Dadurch wird das Abwasser neutralisiert und gleichzeitig weiteres CaCO₃ ausgefällt, das weitere organische Schmutzfracht bindet. Der CaCO₃-Schlamm wird ebenfalls, z. B. durch Sedimentation, abgetrennt, während das neutralisierte Abwasser abgeleitet wird.

Die Schlämme werden entwässert und einem Kalkbrennofen zugeführt, wo unter Sauerstoffzufuhr die organischen Stoffe zu CO₂ verbrennen und CaCO₃ und Ca(OH)₂ in CaO (Branntkalk) umgewandelt werden. Dieser wird mit Wasser zu Ca(OH)₂ gelöscht und erneut zur Fällung eingesetzt.

Mit der Erfindung wird eine Kombination einer biologischen ersten Stufe mit einer physikalisch-chemischen zweiten Stufe in der Art erreicht, daß die spezifischen Wirkungen beider Verfahrensschritte (hoher Eliminationsgrad der organischen Verschmutzung) erhalten bleiben, ohne daß dadurch Sekundärprobleme durch hohe Chemikalienkosten oder durch Schlammentsorgung auftreten.

Die Erfindung ermöglicht auch die Reinigung von Abwässern mit hohem Anteil an biologisch schwer abbaubaren bzw. gefärbten Stoffen mit hohem Wirkungsgrad. Da der Fällungsschlamm nach der Umwandlung im Kalkbrennofen wieder zur Fällung verwendet werden kann, muß kein Fällungsschlamm entsorgt werden. Durch die Kreislaufführung von Ca(OH)₂ ist der Chemikalienbedarf sehr gering. Ferner kann der in der Belebungsanlage eingesetzte Sauerstoff zu nahezu 100% ausgenutzt werden. Da CO₂ durch den biologischen Abbau ständig neu gebildet und durch die Zersetzung von CaCO₃ immer wieder rückgewonnen wird, ist das Verfahren autark bezüglich der Chemikalie CO₂.

Durch das erfindungsgemäße biologische und physikalisch- chemische Reinigungsverfahren wird ein Abwasser mit besonders hohem Reinigungsgrad erzeugt, so daß für viele Industrieabwässer eine zumindest teilweise Rückführung in die Produktion möglich ist. Dadurch sinkt sowohl der Frischwasserbezug als auch die Ableitung von Abwasser in die Vorfluter. Indirekt ergibt sich für den Betreiber dadurch eine Verminderung von Abwassergebühren.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines, in der Zeichnung schematisch dargestellten, Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt ein Fließschema zur Abwasserreinigung mit einem sauerstoffbegasten Belebungsbecken und einem nachgeschaltetem Fällungsbecken.

Das organisch belastete, etwa neutrale Abwasser 1 wird in das sauerstoffbegaste Belebungsbecken B geleitet, wo der biologisch abbaubare Anteil der organischen Fracht teilweise in biologischen Überschußschlamm 4 und teilweise in CO₂ umgewandelt wird, das das Belebungsbecken B zusammen mit unverbrauchtem Sauerstoff als Abgas 21 verläßt. Das Belebtschlamm/Abwasser-Gemisch 2 fließt in ein Nachklärbecken C, wo es sich in einen Schlammstrom 3 und 4 und einen Klarwasserstrom 5 trennt.

Das biologisch gereinigte Abwasser 5 wird in einen alkalischen Mischer D geleitet, wo es mit Ca(OH)₂ aus einem Kalklöschbehälter J vermischt wird. Das biologisch gereinigte Abwasser 5 hat, dank des hohen CO₂-Partial­ druckes in der Gasphase des sauerstoffbegasten Belebungs­ beckens B, einen erhöhten CO₂/HCO₃-Gehalt, was zu einer Ausfällung von CaCO₃ durch Reaktion mit überschüssigem Ca(OH)₂ führt. Die nach der biologischen Reinigung noch im Abwasser enthaltene, organische Substanz, wird weitgehend an den Fällungsschlamm durch Adsorption an ungelöstes Ca(OH)₂ und ausgefälltes CaCO₃ und durch Bildung unlöslicher Ca-Salze gebunden.

In einem alkalischen Absetzbecken E trennt sich der Fällungsschlamm 7 vom alkalischen Klarwasser 8. Das alkalische Klarwasser wird in einen neutralen Mischbehälter F geleitet und dort mit CO₂-haltigem Gas gemischt, das im wesentlichen aus dem Abgas 21 des Belebungsbeckens B und zum Teil aus dem Abgas 23 einer Calziniereinrichtung I besteht. Durch Reaktion von Ca(OH)₂ mit CO₂ entsteht CaCO₃, das in unlöslicher Form ausfällt und weitere organische Substanz adsorptiv bindet. Das Abwasser wird dabei neutralisiert, was eine Grundvoraussetzung für die Abgabe an einen Vorfluter bzw. die Rückführung z. B. in eine industrielle Produktion ist. Da CO₂ im zentralen Mischer F weitestgehend zu CaCO₃ abreagiert, fällt dort ein sauerstoffreiches Abgas 22 an, das zum Belebungsbecken zurückgeführt wird und so eine praktisch vollständige Sauerstoffausnutzung ermöglicht.

In einem neutralen Absetzbecken G trennt sich das ausgefällte CaCO₃ mit der adsorbierten organisch Substanz vom neutralen Klarwasser 10. Die Schlämme aus den Absetzbecken E und G werden gemischt und einer Entwässerungseinrichtung H, z. B. einer Zentrifuge oder Filterpresse, zugeführt. Die Flüssigphase 13 geht zurück in den alkalischen Mischer, wo CaCO₃-Partikel als Kristallisationskeime wirken. Der entwässerte Schlamm wird in einer Calziniereinrichtung I durch Erhitzen in Branntkalk umgewandelt, wobei gleichzeitig, in Gegenwart von Sauerstoff, die organische Substanz verbrennt. Das CO₂-haltige Abgas 23 der Calziniereinrichtung I wird, soweit zu Abdeckungdes Rest-CO₂-Bedarfes erforderlich, dem neutralen Mischer F zugeführt.

Mit dem gereinigten Abwasser 10 ausgetragenes Ca wird aus einem Vorrat K, zweckmäßig in Form von kostengünstigem CaCO₃ (Kalkstein) ersetzt, der zusammen mit dem Fällungsschlamm 12 der Calziniereinrichtung I zugeführt wird. Da im Belebungsbecken B ständig CO₂ gebildet wird, das sowohl im biologisch gereinigten Abwasser 5 gelöst als auch im Abgasstrom 21 aufkonzentriert ist, und aus der Calziniereinrichtung ebenfalls CO₂ zurückgewonnen wird, ist die gesamte Verfahrenskette in Bezug auf CO₂ autark. CO₂-Überschuß wird zweckmäßig aus dem Calzinierabgas 23 ausgeschleust.

Bezugszeichenliste Teilströme des Fließschemas

1

Rohabwasser-Zulauf zum Belebungsbecken B

2

Belebtschlamm/Abwassergemisch zum Nachklärbecken C

3

Rücklaufschlamm vom Nachklärbecken C zum Belebungs­ becken B

4

Biologischer Überschußschlamm zur Entsorgung (z. B. Entwässerung und Verbrennung)

5

Biologisch vorgereinigtes Abwasser aus Nachklärbecken C zum alkalischen Mischbecken D

6

Alkalisches Gemisch aus Abwasser und Fällungsschlamm, bestehend aus ungelöstem Ca(OH)₂

, gefälltem CaCO₃

und adsorbierter organischer Substanz (CSB)

7

Fällungsschlamm (Ca(OH)₂

, CaCO₃

und organische Fracht) aus alkalischem Mischbecken D

8

Alkalisches Klarwasser aus Absetzbecken E

9

Neutrales Klarwasser und neutraler Fällungsschlamm (CaCO₃

und adsorbierte organische Substanz)

10

Physikalisch-gereinigtes Abwasser zur Abgabe an den Vorfluter oder zur Rücknahme in die Produktion

11

Abgesetzter neutraler Fällungsschlamm (CaCO₃

und organische Substanz)

12

Gemisch der Fällungsschlämme

7

und

11

zur Entwässerung H

13

Flüssigphase der gemischten Fällungsschlämme (Zentrat, Filtrat) zurück in den alkalischen Mischer D)

14

Entwässerter Fällungsschlamm zur Calziniereinrichtung I (Ca(OH)₂

und CaCO₃

und organische Substanz)

15

Branntkalk (CaO) zur Wiederverwendung

16

Löschwasser zur Herstellung von Ca(OH)₂

aus CaO, zweckmäßig als Teilstrom des gereinigten Abwasers

10

17

Ca(OH)₂

-Suspension (Kalkmilch) zur Rückführung in den alkalischen Mischer D

18

Gemisch aus

17

und Flüssigphase aus der Entwässerung

13

zur Einspeisung in den alkalischen Mischer D

19

CaCO₃

zur Ergänzung von Ca-Verlusten mit Ablauf

10

20

Gasförmiger Sauerstoff zur Versorgung der aeroben Biomasse im Belebungsbecken

21

Abgas des Belebungsbecken, im wesentlichen bestehend aus Sauerstoff und CO₂

22

Abgas aus neutralem Mischer F, im wesentlichen Sauerstoff, zur Rückführung in das Belebungsbecken; das CO₂

aus dem Belebungsbecken reagiert mit Ca(OH)₂

zu unlöslichem CaCO₃

23

Abgas aus der Calziniereinrichtung I, im wesentlichen CO₂

aus CaCO₃

und Verbrennung organischer Substanz

24

CO₂

-Überschuß zur Ausschleusung

Apparate des Fließschemas

ASauerstoffversorgung (z. B. Luftzerleger, Pipeline, Flüssigsauerstoff)
BSauerstoffbegastes Belebungsbecken
CNachklärbecken zur Trennung von Belebtschlamm und Abwasser
DMischbecken für biologisch gereinigtes Abwasser und Ca(OH)₂

EAlkalisches Absetzbecken zur Abtrennung von alkalischem Schlamm Ca(OH)₂

und CaCO₃

und adsorbierte organische Fracht)
FMischbecken für alkalisches Abwasser mit CO₂

-haltigem Gas
GNeutrales Absetzbecken zur Abtrennung von CaCO₃

und adsorbierte organische Fracht
HEntwässerungseinrichtung für Fällungsschlämme aus E und G
IBrennofen (Drehrohrofen) zur Umwandlug von Ca(OH)₂

und CaCO₃

und organischer Substanz in CaO (Branntkalk) und CO₂

JKalklöschbecken
KCaCO₃

-Vorrat zur Ergänzung von Kalkverlusten durch Ausschwemmung

Claims (2)

1. Verfahren zur Reinigung von Abwasser, wobei das Abwasser zunächst einer aeroben biologischen Behandlungsstufe und anschließend einer Fällungsstufe zugeführt wird, in der das Abwasser einer Fällung mit Ca(OH)₂ unterzogen wird und dabei entstehender Schlamm vom Abwasser abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die aerobe biologische Behandlungsstufe (B) mit technisch reinem Sauer­ stoff oder einem mit Sauerstoff hoch angereicherten Gas begast wird,
• b) das biologisch behandelte Abwasser in der Fällungsstufe (D) mit dem Ca(OH)₂ in einer Menge von ca. 500 bis 6000 g/m³ versetzt wird, und
• c) das vom Schlamm abgetrennte Abwasser im Anschluß an die Fällung in einem Mischer (F) mit kohlendioxidhaltigem Abgas aus der biologischen Behandlungsstufe vermischt wird und dabei entstehender Schlamm ebenfalls vom Abwasser abgetrennt und anfallendes sauerstoffhaltiges Abgas in die biologische Behandlungsstufe zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte Schlamm entwässert und einem Kalkbrennofen (I) zugeführt wird, wo er teilweise zu Branntkalk (CaO) umgewandelt wird, daß der Branntkalk zu Ca(OH)₂ gelöscht wird, daß das Ca(OH)₂ erneut in die Fällungsstufe (D) zugegeben wird und daß im Kalkbrennofen (I) entstehendes Abgas in den Mischer (F) zurückgeführt wird.