DE4335133A1 - Verfahren zur Reinigung von Sickerwässern aus Hausmülldeponien und schwermetallhaltigen gewerblichen Abwässern - Google Patents

Description

Das Sickerwasser aus Deponien muß nach dem "Stand der Technik" (für die BRD nach WHG §7a, Anhang 51) gereinigt werden. Dies bedingt, daß in einem Mehrstufenprozeß eine Kombination von Einzelverfahren zur Reinigung des Abwassers eingesetzt werden muß, um die vorgeschriebenen Grenzwerte für eine Ableitung einzuhalten. Für die Leistungsfähigkeit und die Behandlungskosten spielt die Reihenfolge der angewandten verfahrenstechnischen Grundoperationen eine entscheidende Rolle. Folgende Verfahrenskombinationen werden in der Praxis angewandt.

• - Umkehrosmose I/Trocknung/Stickstoffentfernung/Umkehrosmose II
• - Biologie/Ultrafiltration/Aktivkohleadsorption
• - Biologie mit Denitrifikation und Nitrifikation/Fällung/Flockung/ Aktivkohleadsorption
• - Umkehrosmose/Eindampfung/Trocknung

Die angewandten Verfahren reinigen in der ersten Stufe entweder mit der Umkehrosmose oder einer biologischen Reinigung. Es gibt bisher kein mehrstufiges Verfahren zur Reinigung von Sickerwasser, welches mit einer rein chemischen Stufe wie der Koagulation beginnt, die außerordentlich preisgünstig ist, eine Fällungsstufe für Schwermetalle erspart, etwa 30-60% aller AOX-Verbindungen entfernt und so insgesamt die Gesamtkosten der Abwasserreinigung entscheidend vermindert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sickerwasser aus Deponien so zu reinigen, daß eine besonders effektive und wirtschaftliche Reinigung des Abwassers erreicht wird. Das Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß in Sickerwässern meistens große Mengen an komplexbildenden huminstoffartigen Verbindungen (Humin- und Fulvosäuren) enthalten sind, die kolloidal im Sickerwasser verteilt sind und sich leicht mit Calcium- oder Magnesiumionen abtrennen lassen. Das beschriebene kontinuierlich und/oder diskontinuierlich betriebene Mehrstufenverfahren erreicht das Ziel, indem zunächst alle sehr schwer oder nicht biologisch abbaubaren organischen Verbindungen wie Humin- und Fulvosäuren, die Schwermetalle als auch die höher molekularen chlorierten organischen Verbindungen mit einer chemischen und einer chemisch-physikalischen Methode aus dem Abwasser entfernt werden. Durch diese Vorstufe tritt für eine nachfolgende biologische Reinigung eine große Entlastung ein, weil durch die Koagulation aus dem Abwasser als erstes Stoffe entfernt werden, die den biologischen Abbau hemmen und/oder biologisch nicht abbaubar sind. Der Ammoniumgehalt des Abwassers wird dann durch Strippung so weit abgesenkt, daß das Abwasser in eine öffentliche Kanalisation eingeleitet werden kann (Indirekteinleiter) oder gegebenenfalls ein anschließender biologischer Abbau sehr kostengünstig ohne eine Nitrifikations- und Denitrifikationsstufe durchgeführt werden kann (Direkteinleiter). Ein wesentlicher Grund für die Preiswürdigkeit der Strippung ist, daß Sickerwässer wesentlich höhere Ammoniumkonzentrationen als häusliches Abwasser haben.

Die huminstoffartigen, weitgehend kolloidal verteilten Stoffe tragen eine negative Oberflächenladung und können mit positiv geladenen Erdalkaliionen koaguliert werden. Das patentgemäße Verfahren besteht darin, daß in einer ersten Stufe die im Sickerwasser vorhandenen huminstoffartigen Stoffe mit Calcium- oder Magnesiumionen in der Nähe des isoelektrischen Punktes der Lösung koaguliert werden. Beim isoelektrischen Punkt liegt ein Minimum der Löslichkeit des Kolloids vor und es fällt aus, dies geschieht mit Calciumionen bei Humin- und Fulvosäuren je nach der Menge und der Oberflächenladung bei pH-Werten oberhalb von 9. Bei der Koagulation der huminstoffartigen Substanzen wird der im Sickerwasser ebenfalls vorhandene partikuläre Feinstkornanteil mitgerissen. Es entsteht gegenüber dem Originalsickerwasser ein sehr gut filtrierbarer Niederschlag, der auch sehr schnell sedimentiert. Das Filtrat hat seine dunkelbraune Farbe verloren und ist nur noch gelblich gefärbt. Das Abwasser verliert auch seinen unangenehmen fäkalischen Geruch und riecht nur noch nach Ammoniak. Früher wurde in einem Fall in den USA häusliches Abwasser mit Calciumhydroxid und Aktivkohle behandelt. Häusliches Abwasser enthält jedoch keine huminstoffartigen Verbindungen. Es handelt sich hierbei um ein Ausfällen von schwerlöslichen Carbonaten und Phosphaten, die einen gewissen Teil des partikulären Feinstkornes des Abwassers mitreißen und somit auch eine CSB-Verminderung bewirken, die bei häuslichem Abwasser vor allem angestrebt wird. Da Sickerwässer nur Spuren von Carbonaten und Phosphaten enthalten, ist beim Sickerwasser durch die Carbonat- und Phosphatfällung kein Mehrverbrauch an Calcium- oder Magnesiumionen vorhanden.

Vor allem hydrophobe organische Chlorverbindungen wie PCB und Herbizide adsorbieren an der Oberfläche des partikulären Feinstkornes und der kolloidalen Teilchen oder werden von diesen umhüllt oder schwach gebunden. Daher wird bei der Koagulation ein erheblicher Anteil der AOX-Verbindungen mitgerissen und gelangt in den Niederschlag. Dies geht beispielhaft aus den Werten der Tabelle 1 hervor. Etwa die Hälfte der AOX- Verbindungen findet sich im Niederschlag wieder. Die komplexbildnerhaltige kolloidale Lösung adsorbiert oder umhüllt aber auch z. B. hydrophile Organochlorverbindungen, die gegenüber den hydrophoben im Sickerwasser allerdings seltener vorkommen, jedoch für Versuchszwecke die einzig geeignete Testsubstanz darstellen. Bei dem Sickerwasser 3 wurde die urspüngliche AOX-Konzentration um das 2-fache mit 4-Chlorphenol auf 2,9 mg/l aufgestockt. Auch in diesem Fall gelangt ein größerer Teil der AOX-Verbindungen (38%) bei der Koagulation mit Calciumionen am isoelektrischen Punkt in den Niederschlag und kann so abgetrennt werden.

Die Koagulation der kolloidalen Lösung führt auch zu einem Abscheiden der vorhandenen Schwermetalle (Tab. 1). Hier wurde ein Originalsickerwasser mit Schwermetallen in einer solchen Höhe aufgestockt wie sie als Maximalkonzentration für Deponien in der Literatur genannt wird. Die Koagulation mit Calciumionen am isoelektrischen Punkt - bei den vorliegenden Versuchen im Bereich pH =9,8-10,6 - ergibt Werte, die für eine Einleitung in ein Gewässer oder eine öffentliche Kanalisation ausreichen. Es besteht somit eine einfache Möglichkeit, Schwermetalle gemeinsam bei einem festen End-pH-Wert abzuscheiden, ohne daß wie bei einer Hydroxid- oder Sulfidfällung bei unterschiedlichen optimalen Fällungs­ pH-Werten auszufällen ist, um ausreichend niedrige Restkonzentrationen in der Lösung für eine Abwassereinleitung zu erhalten. Das patentgemäße Verfahren bezieht sich daher auch auf Abwässer, denen für eine Schwermetallabtrennung extra Humin- und Fulvosäuren oder andere synthetisch gewonnene koagulationsfähige Komplexbildner zugesetzt werden (Anspruch 2). Die Schwermetalle bilden bei diesem Verfahren zunächst in der Lösung Metallchelatkomplexe und werden anschließend durch Koagulation mit Calcium- oder Magnesiumionen als Niederschlag des Chelatkomplexes abgetrennt.

Sofern nach der Koagulation der Humin- und Fulvosäuren im Abwasser noch eine zu hohe AOX-Konzentration für eine Ableitung ins öffentliche Kanalnetz vorhanden ist, wird dieser mit Aktivkohle aus der Lösung entfernt. Da vorher ein Teil der AOX-Verbindungen bereits durch Koagulation mit Calciumhydroxid (Kosten ca. 1,-- DM/m³) entfernt wurde, kommt man bereits mit einer Menge von 0,5-1,5 kg Aktivkohle (Kosten ca. DM 5,--/m³) pro m³ Sickerwasser aus, wenn ein Grenzwert von <0,5 mg/l AOX eingehalten werden muß. Beim Chargenprozess geschieht die Adsorption der AOX-Verbindungen unter 5-30 Minuten langem Rühren in dem gleichen Behälter, in dem die Koagulation stattgefunden hat, ohne daß eine vorausgehende Abtrennung des mit Erdalkaliionen koagulierten Niederschlags erforderlich ist. Die Sedimentation der aus Koagulat und Aktivkohle bestehenden Suspension wird durch Flockungshilfsstoffe unterstützt und anschließend erfolgt eine Feststoffabtrennung der sedimentierten Suspension.

Der pH-Wert des Filtratwassers liegt im Regelfall im Bereich 10-11. Da bei einem pH-Wert von 11,5-12 der Ammoniakanteil im chemischen Gleichgewicht von Ammonium und gelöstem Ammoniak bereits 100% in der Lösung beträgt, ist eine Entfernung des Ammoniumstickstoffs am wirtschaftlichsten durch Ausblasen mit Luft oder Wasserdampf (Ammoniakstrippung) zu erreichen, um den benötigten Ablaufwert zu erhalten. Begründet ist dies darin, daß im Sickerwasser hohe Ammoniumkonzentrationen vorhanden sind. Mit der Strippung lassen sich technisch auch kleine Ammoniumwerte im Ablauf erreichen. Nach der Durchführung dieser dritten Reinigungsstufe kann daher das gereinigte Abwasser in ein öffentliches Kanalnetz eingeleitet werden (Indirekteinleiter).

Die bisherigen Behandlungsstufen zielten nicht darauf ab, den nötigen Grenzwert für CSB (organische Belastung) in ein Gewässer zu erreichen. Soll der CSB-Wert weiter vermindert werden, muß eine weitere Reinigungsstufe wie Biologie, Naßoxidation usw. nachgeschaltet werden. Da in den bisher durchgeführten Verfahrensstufen alle schwer abbaufähigen Stoffe praktisch vollständig sowie Ammonium bis zum nötigen Grenzwert aus dem Abwasser entfernt wurden, empfiehlt sich in diesem Fall der Abbau der verbliebenen organischen Substanz in einer konventionellen Belebtschlammanlage ohne Nitrifikations- und Denitrifikationsstufe, hierzu muß der pH-Wert des Abwassers durch Neutralisation vorher wieder auf den pH-Wert 8,9 abgesenkt werden.

Tabelle 1

Claims (5)

1. Chargenweise oder kontinuierlich betriebenes mehrstufiges Verfahren zur Reinigung von Sickerwässern aus Hausmülldeponien, die huminstoffartige Substanzen enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß das Sickerwasser zunächst in einer Koagulationsstufe behandelt wird. Die Koagulation der in den Sickerwässern vorhandenen kolloidal verteilten komplexbildenden Stoffe wie z. B. Humin- und Fulvosäuren erfolgt in der Nähe des isoelektrischen Punktes mit Calcium - oder Magnesiumionen, vorwiegend jedoch einer Calciumhydroxidlösung oder -suspension in einem gerührten Behälter.

2. Anspruch nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß auch schwermetallhaltige gewerbliche Abwässer wie unter 1. beschrieben behandelt werden können, nachdem ihnen vorher für die Schwermetallabtrennung Humin- bzw. Fulvosäuren oder andere synthetisch gewonnene koagulationsfähige Komplexbildner zugesetzt wurden.

3. Anspruch nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zweiten Verfahrensstufe die Abtrennung von AOX-Verbindungen (chlorierte organische Verbindungen) durch Adsorption an Aktivkohle erfolgt und daß bei einer chargenweisen Durchführung dieser Stufe die Adsorption in dem unter 1. genannten Behälter unter Rührung, jedoch ohne vorherige Abtrennung des Koagulats aus der ersten Stufe erfolgt.

4. Anspruch nach 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sedimentation des Koagulats aus der ersten Verfahrensstufe und der Aktivkohle aus der zweiten Verfahrensstufe durch Flockungshilfsmittel beschleunigt wird.

5. Anspruch nach 1., dadurch gekennzeichnet, daß erhöhte Ammoniumstickstoffgehalte aus dem Abwasser in einer dritten Verfahrensstufe durch Ausblasen mit Luft oder Dampf aus dem Abwasser entfernt werden.