DE69802781T2

DE69802781T2 - Verfahren zur physikalish-chemischen behandlung von wasser, insbesondere von für den verbrauch bestimmtem oberflächenwasser

Info

Publication number: DE69802781T2
Application number: DE69802781T
Authority: DE
Inventors: Patrick Vion
Original assignee: Degremont SA
Current assignee: Suez International SAS
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: WO1998032702A1; NO993618D0; NO993618L; DE69802781D1; BR9806789A; NO317246B1; DE961759T1; EP0961759B1; AU6218498A; CA2279405C; ATE210084T1; US6210588B1; CA2279405A1; EP0961759A1; JP3945541B2; ES2138948T1; PT961759E; ES2138948T3; JP2001508697A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur physikalisch-chemischen Behandlung von Abflüssen, insbesondere von für den Verbrauch bestimmtem Oberflächenwasser.
Es ist bekannt, dass die Durchführung physikalisch-chemischer Verfahren den meisten Behandlungen gemeinsam ist, die auf verschiedene Wasserarten angewendet werden und im Wesentlichen aus einer
- Klärung des Oberflächenwassers für die Konsumtion oder die Industrie,
- Klärung von kommunalem, Regen- oder Industrieabwasser,
- Kohlenstoffentfernung und
- Entfernung von beispielsweise Phosphaten
bestehen.
Diese Typen physikalisch-chemischer Behandlungen umfassen immer die aufeinander folgenden Stufen:
- Koagulieren: Stufe der Neutralisation der Kolloide mit einem Metallsalz, im Allgemeinen einer Verbindung des dreiwertigen Eisens oder des Aluminiums, um Mikroflocken zu bilden, wobei diese Koagulationsstufe in einem oder mehreren Schritten durchgeführt werden kann,
- Ausflocken: Stufe für die Agglomeration und das Wachstum der Mikroflocken, wobei diese Agglomerationsstufe durch Zugabe eines Polyelektrolyten (oder Polymeren) nach der Koagulationsstufe erfolgt, und
- Absetzen: Stufe des Abtrennens der Flocken und des eingelagerten Wassers, die einerseits zur Schlammbildung und andererseits zum geklärten Wasser führt.
Seit etwa dreißig Jahren hat sich der Stand der Technik, der eine solche physikalisch-chemische Behandlung betrifft, durch das Aufkommen zweier Technologien beträchtlich entwickelt:
- Ausflockung mit einer Kontaktmasse, welche die Verbesserung der Qualität der Flocken, die Verkleinerung des Reaktorvolumens und die Verbesserung des Klärvorgangs ermöglicht hat, wobei die Möglichkeit der Mikroflocken aus der Koagulation umso besser ist, zu agglomerieren und zu wachsen, je mehr das Reaktionsmedium eine große Teilchendichte enthält, da die Bildungsgeschwindigkeit der Flocken proportional zur Anzahl der freien Teilchen in der Suspension ist, und
- lamellares Absetzen, das durch Einführung geneigter Platten oder Röhren in die Absetzbecken durchgeführt wird, wobei diese Technologie es erlaubt hat, die Größe der Absetzbecken in einem Verhältnis von 50 bis 70% zu verkleinern.
Die gegenwärtige technologische Entwicklung ist auf die Verbesserung der Ausflockungsbedingungen gerichtet, welche bestimmend sind, was die Qualität des behandelten Wassers und das Erreichen hoher Absetzgeschwindigkeiten betrifft.
Bisher werden in modernen Absetzbecken zwei Arten von Kontaktmassen im Flockungsreaktor eingesetzt:
1. Abgesetzter und zurückgeleiteter Schlamm, wobei ein Beispiel für dieses Verfahren in FR-A-2 553 082 beschrieben ist, und
2. feine Ballaststoffe wie Mikrosand, wobei ein Beispiel für die Durchführung dieses Verfahrens in FR-P-1 411 792 und FR-A-2 627 704 beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft Perfektionierungen für Apparate mit abgesetztem und zurückgeleitetem Schlamm, wobei diese Perfektionierungen derart sind, dass diese Apparate bei viel höheren Absetzgeschwindigkeiten arbeiten, wobei ihre Spezifität und ihre Vorteile erhalten bleiben.
Bevor diese Perfektionierungen beschrieben werden, werden die Vor- und Nachteile des bekannten Verfahrens mit einer Kontaktmasse aus Schlamm erläutert.
In Fig. 1 der im Anhang befindlichen Zeichnungen ist schematisch eine physikalisch-chemische Behandlungsanlage dargestellt, in welcher dieses Verfahren durchgeführt wird. In dieser Figur ist mit A schematisch der Koagulationsreaktor, mit B der Flockungsreaktor und mit C das Absetzbecken dargestellt. Dabei handelt es sich um Anlagen, die dem Fachmann bekannt sind und daher nicht weiter beschrieben zu werden brauchen.
So ist in Fig. 1 im Flockungsreaktor B die Kontaktmasse zu erkennen, die aus der Rückleitung eines Teils des in C abgesetzten Schlamms besteht, wobei dieser zurückgeleitete Schlammteil in den Flockungsreaktor B über die Kreislaufleitung 16 und die Kreislaufpumpe 18 eingeleitet wird. Dabei macht der zurückgeleitete Schlammdurchsatz zwischen 0,5 und 5% des behandelten Durchsatzes aus. Zurückgeleiteter Schlamm, Rohwasser und Polyelektrolyt werden in einem Bereich mit starken Turbulenzen miteinander in Berührung gebracht, wobei das Polymer, wie Fig. 1 zu entnehmen, im Allgemeinen in der Nähe des Flockungsrotors 10 des Flockungsreaktors B eingeleitet wird. Überschüssiger konzentrierter Schlamm wird abgezogen und abgeleitet.
Die Vorteile dieses Ausflockungsverfahrens, in welchem abgesetzter und zurückgeleiteter Schlamm als Kontaktmasse verwendet wird, sind folgende:
1. Die Kontaktmasse wird durch das Verfahren erzeugt und steht deshalb ohne Qualitätseinschränkungen entsprechend den Anforderungen des Verfahrens zur Verfügung,
2. Im Flockungsreaktor B ist die Schlammmasse auf Grund der Rezirkulation im Verhältnis zu den suspendierten Stoffen, die vom Rohwasser eingetragen werden, sehr hoch. Deshalb ist das System sowohl gegenüber großen Abnahmen als auch großen Zunahmen der suspendierten Stoffe im Rohwasser unempfindlich,
3. Die Kontaktmasse bietet auf Grund ihrer ausgedehnten Struktur und niedrigen relativen Dichte eine sehr große spezifische Oberfläche oder einen sehr großen Raumbedarf von beispielhaft 1 Gramm Schlammflocken in einem Liter (mittlere Konzentration im Reaktor) und nimmt nach einem Absetzen von etwa 5 Minuten ein Volumen von 100 ml ein. Durch diese sehr große spezifische Oberfläche oder diesen sehr hohen Raumbedarf wird die Wahrscheinlichkeit des Kontaktes zwischen den Flocken und den sehr feinen Teilchen, die koagulierte Kolloide und Mikroorganismen sind, und somit die Wahrscheinlichkeit beträchtlich erhöht diese suspendierten Stoffe mit viel größerer Effizienz "einzufangen",
4. Auf Grund der kontinuierlichen Rückleitung des ausgeflockten Schlamms wird dieser eingedickt. Somit ist auch der abgezogene Schlamm sehr konzentriert (zwei bis zehn Mal konzentrierter als der Schlamm in den meisten Apparaten) und
5. Dieses Verfahren erlaubt es, relativ hohe Behandlungsgeschwindigkeiten zu erreichen. So betragen bei der Klärung von Flusswasser die angegebenen Geschwindigkeiten durch Lamellenmodule des Absetzbeckens 10 bis 25 m³/m²·h, was Absetzgeschwindigkeiten UD (Verhältnis von Durchsatz/Fläche des Bodens des Absetzbeckens) von 6 bis 15 m/h entspricht.
Diese Geschwindigkeiten sind aber durch den begrenzten Massenfluss (Fml) der ausgeflockten Suspension, ausgedrückt in kg suspendierter Stoff, der durch m² Boden des Absetzbeckens hindurchgeht, und pro Stunde (kg/m²/h) begrenzt.
Der Massefluss ist der begrenzende Faktor, der den theoretischen Grenzwert für den Absetzvorgang Udl bestimmt. Dieser Wert ist auch mit der Konzentration CR des Schlamms im Reaktor B, ausgedrückt in kg/m³, verknüpft:
Fm = CR·Udl, d. h.
Udl = Fml/CR.
Wenn die im Absetzbecken c eingehaltene Absetzgeschwindigkeit UD gleich oder größer als Udl ist, bedeutet das einen Engpass. Das Lamellenabsetzbecken ist als Endstufe wirksam, jedoch nicht in der Lage, ein Schlammbett zurückzuhalten.
Es ist deshalb sicherzustellen, dass der im Absetzbecken angewendete Massenfluss kleiner als Fml oder die im Absetzbecken eingehaltene Absetzgeschwindigkeit UD kleiner als Udl ist.
So beträgt beispielsweise bei der Klärung eines Flusswassers der Grenzmassenfluss im Allgemeinen weniger als oder etwa 20 kg/m³·h. Die für eine gute Ausflockung geforderte Konzentration CR beträgt etwa 1 kg/m³. Die Grenzgeschwindigkeit des Absetzvorgangs Udl beträgt dann 20 m/h, weshalb die im Absetzbecken eingehaltene Geschwindigkeit UD aus Sicherheitsgründen kleiner als 15 m/h ist.
6. Oftmals folgt auf solche Apparate ein Filtersystem. Dies ist der Fall bei der Klärung von Flusswasser. Die Filtration ist charakterisiert durch die Qualität des Filterwassers und die Dauer des Filtrationszyklus (Betriebsdauer, nach welcher die maximale Verschmutzung des Filters erreicht ist und dessen Auswaschen erfordert). Bei Absetzbecken mit zurückgeleitetem Schlamm beträgt der Filtrationszyklus im Allgemeinen mehr als 24 h.
Um das Vermögen des abgesetzten Wassers mit der richtigen Filtrationsdauer filtriert zu werden anzugeben, werden für die Filtrierbarkeit des abgesetzten Wassers repräsentative Versuche durchgeführt. Einer dieser Versuche besteht in der Messung der Zeit, die für die Filtration von 250 cm³ abgesetztem Wasser durch eine 5-um-Membran und unter einem Vakuum von 8·10&sup4; Pa erforderlich ist. Dabei geht die Wasserfiltration umso leichter, je kürzer diese Zeit ist. Im Fall eines Absetzbeckens, das mit einer Absetzgeschwindigkeit UD von 15 m/h arbeitet, beträgt die Filtrierbarkeit etwa 30 Sekunden.
7. Die Erhöhung der Absetzgeschwindigkeiten UD ist möglich, jedoch um den Preis einer Vergrößerung der Polyelektrolyt- Dosis. Jedoch wird durch einen Überschuss an Polyelektrolyt die Filtrierbarkeit des abgesetzten Wasser verschlechtert (Erhöhung der Versuchszeit), was sich am Filter durch ein Zusetzen der Oberfläche und damit in einer Verkürzung der Dauer des Filtrationszyklus ausdrückt.
In US-A-4388/95 ist ein Verfahren zur Behandlung von Abflüssen beschrieben, das die aufeinander folgenden Stufen Koagulieren, Ausflocken und Absetzen umfasst, wobei eine aus der Koagulationsstufe stammende Kontaktmasse in das Abwasser gegeben wird, die aus einem Teil des eingedickten Schlamms besteht, der aus der Absetzstufe stammt und in die Ausflockungsstufe zurückgeleitet wird.
Daher schlägt die vorliegende Erfindung eine Perfektionierung des bisher erläuterten Verfahrens vor, um die Absetzgeschwindigkeit zu erhöhen, ohne jedoch die Filtrierbarkeit des abgesetzten Wassers zu beeinträchtigen.
Deshalb hat die Erfindung ein Verfahren zur physikalischchemischen Behandlung von Abwasser, insbesondere von zum Verbrauch bestimmtem Oberflächenwasser, zum Gegenstand, welches die aufeinander folgenden Stufen Koagulieren, Ausflocken und Absetzen umfasst, wobei dem aus der Koagulationsstufe kommenden Wasser und somit in der Ausflockungsstufe eine Kontaktmasse zugesetzt wird, die aus einem Teil des aus der Absetzstufe stammenden eingedickten Schlamms, der in die Ausflockungsstufe zurückgeführt wird, besteht, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens ein Teil des für die Ausflockung sorgenden Polyelektrolyten in den Schlammkreislauf eingebracht wird.
Die Anmelderin hat festgestellt, dass diese Vorgehensweise den überraschenden und vorteilhaften Effekt hat, den Grenzmassenfluss, die Absetzgeschwindigkeit, die Filtrierbarkeit des Rohwassers und die Konzentration des abgezogenen Schlamms zu erhöhen.
Das wie zuvor definierte erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Ausflockungsstufe durchgeführt werden, in welcher ein Ballaststoff als Kontaktmasse eingesetzt wird.
Es ist bekannt, dass gemäß diesem Verfahren die Kontaktmasse durch Zugabe eines neuen oder nach einem Reinigungsvorgang zurückgeleiteten Ballaststoffes hinter einem Flockungsreaktor erhalten wird. Dabei sind die Mittel, die das Abtrennen und Regenerieren des Ballaststoffes, der in den Flockungsreaktor zurückzuleiten ist, dem Fachmann bekannt, weshalb sie nicht weiter erläutert zu werden brauchen.
Bei der Durchführung dieses Verfahrens besteht der Ballaststoff im Allgemeinen aus Sand, und die kontinuierlichen Entnahmen belaufen sich auf etwa 5% des Durchsatzes des im Absetzbecken behandelten Wassers, wobei diese Entnahmen, die mit Schlamm versehen sind, der den Mikrosand umhüllt, behandelt werden müssen, um diesen Sand zu regenerieren, wobei der gereinigte Sand anschließend am Anfang der Anlage hinter dem Flockungsreaktor erneut zugeführt wird. Der durch diesen Reinigungsvorgang erzeugte Rückstand an dem aus Sand bestehenden Ballaststoff macht den überschüssigen Schlamm aus.
Es ist festzustellen, dass die mit Ballaststoff arbeitenden Apparaturen vorhanden und in der Literatur, insbesondere in FR-P 1 411 792 und FR-A-2 627 704, beschrieben sind und eine Ballastrückführung aus selbstverständlichen Kostengründen umfassen. Weiterhin wird in allen Dokumenten, welche diese Technologie beschreiben, festgestellt, dass der Ballaststoff immer "gereinigt", d. h. regeneriert wird. Der mit dem Polymer "beschichtete" Ballaststoff muss die maximale Haftfläche für die ausgefällten Flocken aufweisen, die während der Koagulation chemisch erzeugt werden. Eine wirksame physikalische Reinigung ist daher unerlässlich, um die maximale Haftfläche freizusetzen.
Der Ballaststoff ist häufig ein Sand, dessen Durchmesser im Allgemeinen 50 bis 150 um beträgt und welcher im Allgemeinen als Mikrosand bezeichnet wird.
In der Veröffentlichung Journal Water SRT-AQUA, 41, Nr. 1, 18-27 (1992) ist eine Kurve dargestellt, welche die Trübung des erzeugten Wassers mit dem Durchmesser der Ballaststoffteilchen verbindet und zeigt, dass dieses Verfahren dann wirkungsvoll wird, wenn der Durchmesser des Sandes 150 um nicht übersteigt, wobei die Ergebnisse umso besser werden, je mehr Werte von etwa 50 bis 100 um erreicht werden.
Dabei ist festzustellen, dass der Vorteil dieses Flockungsverfahrens mit einer Kontaktmasse, die aus einem feinen Ballaststoff besteht, im Wesentlichen in der Absetzgeschwindigkeit besteht, die 20 bis 200% höher als die Geschwindigkeiten sein kann, die mit den Flockungsverfahren mit einer Kontaktmasse, die aus abgesetztem und zurückgeleitetem Schlamm besteht, erhalten werden. So betragen bei der Klärung von Flusswasser die angegebenen Geschwindigkeiten durch Lamellenmodule 25 bis 50 m³/m²·h, während in den Vorrichtungen, in welchen das Flockungsverfahren durchgeführt wird, in welchem der Schlamm als Kontaktmasse eingesetzt wird, auf Geschwindigkeiten von etwa 15 bis 30 m³/m²·h beschränkt sind.
Die hauptsächlichen Nachteile dieses Verfahrens sind im Wesentlichen auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Ballaststoff zwei unterschiedliche Funktionen ausüben muss:
- eine beschleunigte Ausflockung durch die Verwendung einer Kontaktmasse mit großer spezifischer Oberfläche (oder großem Raumbedarf) und
- Beschleunigung der Absetzgeschwindigkeit, die das Ergebnis der Zugabe des Ballaststoffes zu den Flocken ist.
Diese Beschränkungen oder Nachteile sind auf folgende Charakteristika zurückzuführen:
- bei äquivalenter Kontaktmasse (als Gewicht) bietet der Ballaststoff eine Kontaktfläche oder einen Prozentanteil am Raumbedarf, die/der viel kleiner als der Schlamm ist; so zum Beispiel
- beträgt im Fall einer "Ausflockung mit Schlamm" die Konzentration im Reaktor etwa 1 g/l und das Volumen, das vom Schlamm nach 5 Minuten Absetzen eingenommen wird, etwa 10% des Anfangsvolumens,
- muss im Fall einer "Ausflockung mit Ballaststoff (beispielsweise Sand)" die Konzentration des Ballaststoffes im Reaktor mindestens 5 g/l erreichen, während das Volumen, das vom Schlamm nach 5 Minuten Absetzen eingenommen wird, nur etwa 1% des Anfangsvolumens beträgt,
- führt die Erhöhung der Ballaststoffmenge, die für das Erhalten einer großen Kontaktmasse (und nicht für das Erhalten einer hohen Absetzgeschwindigkeit) wünschenswert ist, dazu, dass der Rückfluss zum Behandlungssystem für den abgezogenen Schlamm zu vergrößern ist, wobei diese Behandlung darin besteht, den Sand vom Schlamm abzutrennen, um ihn zu regenerieren. Dieser Arbeitsgang wird im Allgemeinen durch Hydrozyklone realisiert, die mit hohen Drücken versorgt werden, und ist deshalb auf Grund des Energieverbrauches sehr kostenintensiv. In der Realität, und um die Selbstkosten zu begrenzen, wird der Rückfluss freiwillig auf zwischen 5 und 10% des behandelten Durchsatzes begrenzt, wobei die BalTaststoff- Konzentration im Reaktor 5 bis 10 g/l nicht übersteigt, diese Entscheidung verträgt sich somit selbstverständlich nicht mit der Möglichkeit einer Optimierung der Ausflockung, und
- sind verschiedene Verfahren darauf gerichtet, das Defizit an Kontaktmasse zu kompensieren, das aus den zuvor beschriebenen Betriebsbedingungen resultiert, wie:
- Anwendung einer übermäßigen Flockungsenergie (es werden Zahlen genannt, die bis zum 100fachen der klassischen Flockungsenergie gehen) oder
Einsatz von noch feineren Ballaststoffteilchen, wodurch die spezifische Oberfläche vergrößert wird (beispielsweise von Teilchen mit einem Durchmesser von 10 bis 50 um), was aber einerseits aus Gründen der Energiekosten und andererseits aus Schwierigkeiten mit dem Absetzen und Abtrennen nicht vorgesehen werden kann.
Zusammengefasst wird die Leistungsfähigkeit der Ausflockung mithilfe eines Ballaststoffes durch drei Faktoren begrenzt:
- das System ist gegenüber einer plötzlichen Zunahme an Schadstoffen auf Grund einer mangelnden Verfügbarkeit von Haftstellen am Ballaststoff (Begrenzung der Kontaktmasse auf 5 bis maximal 10 g/l) empfindlich,
- das System ist gegenüber als "sensiblen" bezeichneten Verschmutzungen weniger leistungsfähig (beispielsweise Helmintheneier, Mikroorganismen, Mikroteilchen, Spuren komplexer organischer Verbindungen und Pestizide) und
- die niedrige Konzentration des abgezogenen Schlamms, die aus der Notwendigkeit resultiert, den Ballaststoff so vollständig wie möglich zu reinigen, wobei diese Konzentration mindestens 10 Mal niedriger als diejenige ist, die in Apparaten gemessen wird, die mit einer Kontaktmasse aus Schlamm arbeiten, und häufig die Installation zusätzlicher Ausrüstungen nach dem Absetzbecken erfordert, um den abgezogenen Schlamm einzudicken.
Die Anmelderin schlägt daher vor, das zuvor definierte Verfahren mit einer Ausflockung durch einen Ballaststoff zu kombinieren, wobei die Nachteile und Grenzen der zuvor kurz beschriebenen Verfahren beseitigt werden und es dieses Verfahren erlaubt, einen Absetzvorgang mit hoher Geschwindigkeit zu realisieren.
Deshalb betrifft die Erfindung gemäß einem zweiten Merkmal ein Verfahren zur physikalisch-chemischen Behandlung von Abwasser, insbesondere von zum Verbrauch bestimmtem Oberflächenwasser, welches die aufeinander folgenden Stufen Koagulieren, Ausflocken und Absetzen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schlamm in der Ausflockungsstufe ein Ballaststoff zugesetzt wird, dessen Aufgabe darin besteht, jenen zu beschweren, und dass die in dieser Ausflockungsstufe verwendete Kontaktmasse aus einem Teil des aus der Absetzstufe stammenden eingedickten Schlamms besteht, der kontinuierlich, ohne einen Waschvorgang, in die Ausflockungsstufe zurückgeführt wird, und wenigstens ein Teil des für die Ausflockung sorgenden Polyelektrolyten in den Schlammkreislauf eingebracht wird.
Somit wird erfindungsgemäß ein Ballaststoff verwendet, der auf eine andere Art und Weise als derjenige des weiter oben beschriebenen Ausflockungsverfahrens mit einem Ballaststoff eingesetzt wird. Erfindungsgemäß erfüllt der Ballaststoff nur eine einzige Funktion, die eines Beschwerungsmittels, wobei die Ausflockungsfunktion der Kontaktmasse von dem zurückgeleiteten Schlamm erfüllt wird. Der Ballaststoff bildet keine Haftoberfläche mehr, die für die Teilchen zur Verfügung steht, sondern einfach ein Beschwerungsmittel, das sich in den Schlamm einbaut, der zum Flockungsreaktor zurückgeleitet wird, wobei dieser zurückgeleitete Schlamm die Kontaktmasse bildet.
Entsprechend einem erfindungsgemäßen Merkmal besteht der Ballaststoff aus einem Material, das eine Korngröße von 50 bis 500 um und vorzugsweise von zwischen 100 und 300 um aufweist.
Entsprechend einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Ballaststoff ein dichtes mineralisches Material (reine Teilchendichte von 2 bis 8 g/ml), insbesondere Sand, Granat oder Magnetit.
Erfindungsgemäß kann der nicht zurückgeleitete überschüssige eingedickte Schlamm ohne weitere Behandlung abgegeben oder auch behandelt werden, um den Ballaststoff zurückzugewinnen, wobei diese Behandlung keine gründliche Reinigung des vom Schlamm abgetrennten Ballaststoffes einschließt. Im Fall einer Abgabe ohne weitere Behandlung weist der eingedickte Schlamm ein besseres Absetzvermögen auf.
Erfindungsgemäß erfolgt die Rückgewinnung des Ballaststoffes vorzugsweise durch Absetzen mittels Schwerkraft entweder im Inneren oder außerhalb des Absetzbeckens, wobei der zurückgewonnene Ballaststoff anschließend in die Ausflockungsstufe zurückgeführt wird.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, die eine beispielhafte Ausführungsform veranschaulichen, wobei
- Fig. 1 eine schematische Ansicht, die das Prinzip des weiter oben beschriebenen bekannten physikalisch-chemischen Behandlungsverfahrens darstellt, in welchem die Kontaktmasse, die in der Ausflockungsstufe eingesetzt wird, aus dem abgesetzten und zurückgeleiteten Schlamm besteht,
- Fig. 2 ein Prinzipschema, das ähnlich wie Fig. 1 ist und das erfindungsgemäße Verfahren mit einer doppelten Zufuhr von Polyelektrolyt darstellt, und
- Fig. 3 das zweite erfindungsgemäße Merkmal, in welchem die doppelte Polyelektrolyt-Zugabe und die Zugabe von Ballaststoff kombiniert ist,
zeigt.
So ist Fig. 2 zu entnehmen, dass die Kontaktmasse im Flockungsreaktor B, wie in dem von Fig. 1 veranschaulichten bekannten Verfahren, aus einer kontinuierlichen Rückleitung eines Teils des eingedickten Schlamms nach dem Absetzen und Eindicken im Absetzbecken C besteht. Der so zurückgeleitete Teil des Schlamms wird zum Flockungsreaktor B mittels der Kreislaufleitung 16, die in 14 in den Flockungsreaktor mündet, und der Kreislaufpumpe 18 zurückgeleitet. Entsprechend einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform macht der zurückgeleitete Durchsatz zwischen 0,5 und 4% des behandelten Durchsatzes aus.
Erfindungsgemäß wird mindestens ein Teil (Polymer 2) des Polyelektrolyten, der für die Ausflockung erforderlich ist, in die Schlammkreislaufleitung 16 gegeben. Der möglicherweise übrig bleibende Teil des Polyelektrolyten (Polymer. 1) wird dem Flockungsreaktor B zugesetzt. Wie Fig. 2 zu entnehmen, kann diese Zugabe mindestens eines Teils des Polyelektrolyten zum zurückgeleiteten Schlamm hinter oder nach der Kreislaufpumpe 18 erfolgen. Im Allgemeinen erfolgt diese Zugabe hinter der Kreislaufpumpe 18 derart, dass das Gemisch aus zurückgeleitetem Schlamm + Polyelektrolyt von der von der Pumpe erzeugten Turbulenz profitiert.
In einer Abwandlung kann der Teil des zum zurückgeleiteten Schlamm zugegebenen Polyelektrolyten mit diesem in einem speziellen Rührreaktor vermischt werden, der an der Kreislaufleitung 16 angeordnet ist.
Erfindungsgemäß kann die primäre Zugabe des Polyelektrolyten (Polymer 1) im Flockungsreaktor B in der Nähe von dessen Flockungsrotor 10, wie in Fig. 2 veranschaulicht, erfolgen, sie kann aber auch in der Förderleitung 12 für das im Flockungsreaktor (gerührter Bereich) zu behandelnde Wasser hinter oder nach der Einleitungsstelle 14 für den über die Kreislaufleitung 16 zurückgeleiteten Schlamm realisiert werden.
Erfindungsgemäß kann das Verhältnis der Dosis des Polyelektrolyten, der zum Flockungsreaktor B (primäre Zugabe) gegeben wird, zu der Dosis, die in die Kreislaufleitung 16 für den Schlamm (sekundäre Zugabe) gegeben wird, variieren und wird optimiert. Dabei kann der Anteil des Polymeren, das in die Schlammrückleitung gegeben wird, von 10 bis 100% des gesamten Polymerflusses betragen, wobei 10% die Polymer-Dosis ist, die erforderlich ist, um eine deutliche Erhöhung des Masseflusses (über 10%) zu erhalten. Erfindungsgemäß ist es möglich, 100% des Polymers in die Schlammrückleitung zu geben. In diesem Fall sind die Masseflüsse noch größer (100 bis 200 kg/m³h), wobei sich jedoch die Wasserqualität etwas verschlechtert. In diesem Fall gibt es nicht mehr genügend freies Polymer, um das Verkleben zwischen den zurückgeleiteten dichten Schlammteilchen und den Mikroflocken zu realisieren, die aus der Koagulation des Rohwassers stammen.
In der Praxis variiert, je nachdem, ob das gewünschte Ziel eine hohe Absetzgeschwindigkeit UD (Kompaktheit der Anlage) oder eine hohe Qualität des behandelten Wassers ist, der Anteil des Polymers, das in die Schlammrückleitung gegeben wird, im Verhältnis zum gesamten Polymer, das in die Ausflockungsstufe gegeben wird, von 10 bis 100% mit einem Optimum, das im Allgemeinen 20 bis 70% beträgt.
Erfindungsgemäß kann zum zurückgeleiteten Schlamm ein Polymer gegeben werden, das von demjenigen verschieden ist, das in den Flockungsreaktor B gegeben wird. So kann beispielsweise in den Flockungsreaktor B ein anionisches Polymer und zum zurückgeleiteten Schlamm ein kationisches Polymer gegeben werden,
Erfindungsgemäß kann der zurückgeleitete Schlamm direkt in den Flockungsreaktor B, wie in Fig. 2 dargestellt, oder auch in die Förderleitung 12 geleitet werden, welche die Verbindung zwischen dem Koagulationsreaktor A und dem Flockungsreaktor B sicherstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einen beliebigen Typ einer Behandlung oder Klärung von Wasser für die Konsumtion oder die Industrie, industrielle oder kommunale Wasserbehandlung (beispielsweise primäre oder tertiäre) angewendet werden.
Es wurden Versuche in einer Pilotanlage durchgeführt, die mit einem Koagulationsreaktor A, einem Flockungsreaktor B und einem Absetzbecken C, dessen Absetzfläche SD 2 m² betrug, und einer Schlammkreislaufleitung 16 mit einer Kreislaufpumpe 18 mit, entsprechendem Durchfluss ausgerüstet war. Die Kapazität dieser Pilotanlage betrug etwa 100 m³/h.
Es wurden zwei Versuchsreihen mit einem Oberflächenwasser durchgeführt. Dabei war die Polyelektrolyt-Dosis in beiden Fällen dieselbe (0,8 g/m³), aber etwas höher als üblich, um die Erhöhung der Absetzgeschwindigkeit UD zu untersuchen. In der ersten Versuchsreihe wurden 100% des Polyelektrolyten zum Flockungsreaktor B in der Nähe von dessen Flockungsrotor 10 gegeben, während in der zweiten Versuchsreihe nur 50% des Polyelektrolyten in der Nähe des Flockungsrotors 10 und 50% in die Schlammkreislaufleitung 16 gegeben worden. Die Pilotanlage wurde derart geregelt und eingestellt, dass alle anderen Versuchsbedingungen gleich waren.
Die signifikantesten Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1
Aus der Untersuchung der in dieser Tabelle befindlichen Ergebnisse lässt sich schlussfolgern, dass das erfindungsgemäße Verfahren in Bezug auf den Stand der Technik folgende Vorteile hat:
1) Bei gleicher Polymerdosis ist der Massenfluss zwei Mal grösser, was es erlaubt hat, Absetzgeschwindigkeiten UD im Absetzbecken oder UL in einem Lamellenreaktor zu testen, die zwei Mal höher waren, und das bei einer Qualität des behandelten Wassers, die praktisch gleich war, wobei sich dieser Vorteil in einer Verkleinerung der Größe der Apparate niederschlägt.
2) Das abgesetzte Wasser hat eine bessere Filtrierbarkeit. Die Zeit des Filtrierbarkeitsversuchs (30 Sekunden) ist zwei Mal kürzer und gleich derjenigen, die man mit üblichen Polymerdosen (etwa 0,4 g/m³) und niedrigeren Behandlungsgeschwindigkeiten (UD = 15 m/h an Stelle von 50 m/h) erhält, wobei diese längere Dauer des Filtrationszyklus zu einer Verringerung der Anzahl der Waschvorgänge führt, die mit den Filtern durchzuführen sind.
3) Der abgezogene Schlamm besitzt eine um etwa 50% höhere Konzentration, wobei dieses Ergebnis den Vorteil hat, dass es erlaubt, die Abmessungen der Behandlungssysteme für den Schlamm zu verkleinern.
Dabei ist zu betonen, dass in einigen Fällen, in denen die Haftung der Mikroflocken der Koagulationsstufe am dichten zurückgeleiteten Schlamm schlecht erfolgt, erfindungsgemäß ein dritter Zugabepunkt für das Polymer vorgesehen werden kann. In diesem Fall wird der dritte Zugabepunkt vorzugsweise in der Förderleitung 12 angeordnet, welche die Verbindung des Koagulationsreaktors A mit dem Flockungsreaktor B sicherstellt, oder in einem speziellen Reaktor, der zwischen Koagulationsreaktor und Flockungsreaktor eingebaut wird.
In dem in Fig. 3 veranschaulichten Ausführungsbeispiel wurde eine Zugabe des Ballaststoffes im Flockungsreaktor B durchgeführt.
Bei diesem zweiten erfindungsgemäßen Merkmal kann je nach Reinigungsgrad des eingedickten Schlamms, der durch P&sub2; abgezogen wird, und den Kosten des Ballaststoffes der überschüssige Schlamm entweder rein und einfach abgelassen oder zur Rückgewinnung des Ballaststoffes behandelt werden. Dabei ist jedoch festzustellen, dass die Schlammbehandlung für die Rückgewinnung des Sandes sich von derjenigen der Ausflockung durch einen Ballaststoff unterscheidet (FR-P-1 411 792 und FR-A-2 627 704) Erfindungsgemäß wird der Sand, ohne dass er gereinigt wird, zurückgewonnen, d. h., dass mit dem konzentrierten Schlamm keine Regenerierung und Behandlung stattfindet, da es nicht erforderlich ist, in der Abtrennungsphase eine gründliche Reinigung des Sandes durchzuführen.
In Fig. 3 sind mit E schematisch die Mittel dargestellt, die erfindungsgemäß für die Rückgewinnung des Ballaststoffes vorgesehen sind. Dabei ist festzustellen, dass der niedrige Durchsatz an abzuziehendem Schlamm, der 0,1 bis 1% des Durchsatzes des behandelten Wassers beträgt (d. h. 5 bis 50 Mal weniger als im Fall einer Ausflockung durch einen Ballaststoff), es erlaubt, gegebenenfalls entwickeltere und leistungsfähigere Abtrennverfahren anzuwenden, von denen insbesondere zu nennen sind:
- Abtrennung in einem Hydrozyklon,
- Abtrennung durch Einblasen von Luft,
- Abtrennung durch Windsichten,
- Abtrennung in einer Zentrifuge,
- Abtrennung durch Ultraschall,
oder die Energiekosten dieser Abtrennstation zu senken.
Vorausgesetzt, dass der Ballaststoff ausschließlich die Funktion eines Beschwerungsmittels und nicht die einer Kontaktmasse hat, kann die Wahl der Korngröße der Teilchen dieses Ballaststoffes als Beschwerungsmittel, im Gegensatz zur Ausflockung durch einen Ballaststoff, vorteilhafterweise sich zu größeren Durchmessern hinbewegen. So können Teilchen des Beschwerungsmittels eingesetzt werden, die einen Durchmesser von 50 bis 500 um und vorzugsweise zwischen 150 und 300 um aufweisen, während im Fall einer Ausflockung durch eine aus einem Ballaststoff bestehende Kontaktmasse deren Korngröße weniger als 150 um und vorzugsweise 50 bis 100 um betragen muss.
Der Durchmesser des Ballaststoffes bildet im erfindungsgemäßen Verfahren ein fundamentales Merkmal für
- Erhöhung der Absetzgeschwindigkeit,
wenn d = 100 um, Absetzgeschwindigkeit des Ballaststoffes = 30 m/h,
wenn d = 250 um, Absetzgeschwindigkeit des Ballaststoffes = 115 m/h, und
- Rückgewinnung des Ballaststoffes aus dem abgezogenen Schlamm.
Dabei ist festzustellen, dass in einigen Fällen, wenn der Durchmesser des Ballaststoffes ausreicht, eine einfache Abtrennung durch Schwerkraft im Inneren oder außerhalb des Absetzbeckens vorgesehen werden kann, um den Ballaststoff zurückzugewinnen und zurückzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Ausflockung durch eine Kontaktmasse, die aus zurückgeleitetem eingedicktem Schlamm besteht, hat insbesondere folgende Vorteile:
1. Das Haftmaterial nimmt einen sehr großen Anteil des Raumbedarfs ein, weshalb die Behandlung sehr effizient ist.
- Stabilität der Leistungsfähigkeit der Reinigung selbst bei einer großen Erhöhung der Belastung mit Rohwasser,
- Vermögen zur verstärkten Entfernung von Schadstoffen, die als "sensibel" bezeichnet werden (beispielsweise Mikroteilchen, Mikroorganismen, Spuren komplexer organischer Verbindungen, Pestizide und Helmintheneier).
2. Der Ballaststoff hat nur die Funktion eines Beschwerungsmittels. Seine mittlere Korngröße kann deshalb größer als diejenige sein, die für eine Ausflockung durch einen Ballaststoff erforderlich ist (beispielsweise 250 um gegenüber 100 um). Diese Möglichkeit bietet zwei Vorteile:
- die Absetzgeschwindigkeiten werden beträchtlich erhöht, und dies umso mehr, je größer der Durchmesser des Beschwerungsmittels ist, und
- die Rückgewinnung des Ballaststoffes ist umso einfacher, je größer sein Durchmesser ist.
In bestimmten Fällen, wenn sein Durchmesser genügend groß, ist es möglich, eine einfache Abtrennung durch Schwerkraft im Inneren oder außerhalb des Absetzbeckens vorzusehen.
3. Es ist nicht erforderlich, dass der zurückgewonnene Ballaststoff gereinigt werden muss, da man nicht will, dass die Stellen, die für die Koagulation/Ausflockung geeignet sind, regeneriert werden. Es ist daher möglich und vorteilhaft, die Rückgewinnung des Ballaststoffes aus einem sehr konzentrierten Schlamm durchzuführen, was folgende Vorteile bietet:
- der abgezogene Schlamm ist etwa 10 Mal konzentrierter, wobei das Volumen des Lager/Eindickungs-Tanks, der nach dem Absetzbecken installiert ist, in diesem Verhältnis verringert werden kann,
- das Rückgewinnungssystem für den Sand arbeitet mit Volumina, die in denselben Verhältnissen verkleinert sind (beispielsweise 10 Mal) weshalb man auch hier wieder die Größe der Ausrüstungen und den Energieverbrauch senken kann.
4. Die Trennung der Funktionen von Ballaststoff-Schlammmasse für die Ausflockung erlaubt es, mit einem kleinen Durchsatz zu arbeiten (gegebenenfalls zwischen weniger als 20 und 80% von Qmax), ohne Zugabe oder Rückführung des Ballaststoffes, was es erlaubt, die Selbstkosten weiter zu senken.
5. Die Eindickung des Schlammes, die durch die Kombination aus doppelter Polymer-Zufuhr und Zugabe von Ballaststoff erreicht wird, erlaubt es, Absetzvorrichtungen mit einer höheren Geschwindigkeit zu realisieren, die gegenüber den bekannten Vorrichtungen herausragende Vorteile haben.
Die erfindungsgemäße Abwandlung, die darin besteht, einerseits die Zugabe mindestens eines Teils des Polyelektrolyten, der die Ausflockung sicherstellt, in die Schlammrückleitung und die Zugabe von Ballaststoff in den Flockungsreaktor zu kombinieren wird hauptsächlich in dem Fall einer Erzeugung von Flocken, die durch das Polymer allein schwierig zu verdichten sind, oder vor allem bei einem zu hohen Durchsatz durch die Anlage angewendet.

Claims

1. Verfahren zur physikalisch-chemischen Behandlung von Abwasser, insbesondere von zum Verbrauch bestimmtem Oberflächenwasser, welches die aufeinander folgenden Stufen Koagulieren (A), Ausflocken (B) und Absetzen (C) umfasst, wobei dem aus der Koagulationsstufe kommenden Wasser und somit in der Ausflockungsstufe eine Kontaktmasse zugesetzt wird, die aus einem Teil des aus der Absetzstufe stammenden eingedickten Schlamms, der in die Ausflockungsstufe zurückgeführt wird, besteht, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens ein Teil des für die Ausflockung sorgenden Polyelektrolyten in den Schlammkreislauf (16) eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schlamm in der Ausflockungsstufe ein Ballaststoff zugesetzt wird, dessen Aufgabe darin besteht, jenen zu beschweren, indem er sich in den Teil des eingedickten Schlamms einbaut, der in die Ausflockungsstufe zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, je nach dem, ob die Absetzgeschwindigkeit oder die Wasserqualität begünstigt werden soll, der Anteil des Polymers, das dem zurückgeführten Schlamm zugesetzt wird, oder des zweiten Zusatzes von 10 bis 100% der Gesamtmenge des Polymers variiert, das in der Ausflockungsstufe und dem zurückgeführten Schlamm zugesetzt wird.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des dem zurückgeführten Schlamm sekundär zugesetzten Polymers von 20 bis 70% der Gesamtmenge des Polymers variiert, das in der Ausflockungsstufe und dem zurückgeführten Schlamm zugesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das dem zurückgeführten Schlamm sekundär zugesetzte Polymer von dem ersten Polymer unterscheidet, das im Flockungsreaktor (B) zugesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das im Flockungsreaktor (B) zugesetzte Polymer ein anionisches und das dem zurückgeführten Schlamm zugesetzte Polymer ein kationisches Polymer ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Polymerzusatz in der Nähe des Flockungsrotors (10) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Polymerzusatz in der Förderleitung (12) zwischen Koagulationsreaktor (A) und Flockungsreaktor (B) erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Polymerzusatz in der Kreislaufleitung (16) für den zurückgeführten Schlamm in den Flockungsreaktor (B) nach und/oder vor der Kreislaufpumpe (18) erfolgt.

10. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Polymerzusatz in einem Mischreaktor für das Polymer und zurückgeführten Schlamm erfolgt, welcher an der Kreislaufleitung (16) für den zurückgeführten Schlamm zwischengeschaltet ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Zugabepunkt für das Polymer vorgesehen ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Zugabepunkt in der Abwasserförderleitung (12) zwischen Koagulationsreaktor (A) und Flockungsreaktor (B) vor dem ersten Zugabepunkt für das Polymer angeordnet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Zugabepunkt für das Polymer in einem spezifischen Reaktor angeordnet ist, der zwischen Koagulationsreaktor (A) und Flockungsreaktor (B) geschaltet ist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung des zurückgeführten Schlamms direkt in den Flockungsreaktor (B) erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung des zurückgeführten Schlamms in die Förderleitung (12) zwischen Koagulationsreaktor (A) und Flockungsreaktor (B) erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ballaststoff aus einem Material besteht, dessen Korngröße 50 bis 500 um und vorzugsweise zwischen 100 und 300 um beträgt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ballaststoff ein dichtes mineralisches Material, das eine reine Teilchendichte von zwischen 2 und 8 g/ml aufweist, und insbesondere Sand, Granat oder Magnetit ist.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss des die Kontaktmasse bildenden eingedickten Schlamms, der nach dem Absetzen und Eindicken kontinuierlich in die Ausflockungsstufe zurückgeführt wird, 0,5 bis 4 % des behandelten Abwasserdurch- Satzes beträgt.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der überschüssige Teil des eingedickten Schlamms, der aus der Absetzstufe abgeleitet und nicht in die Ausflockungsstufe zurückgeführt wird, eine Abflussmenge von etwa 0,1 bis 1% des behandelten Abwasserdurchsatzes ausmacht.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht zurückgeführte, überschüssige eingedickte Schlamm ohne weitere Behandlung abgelassen wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht zurückgeführte, überschüssige eingedickte Schlamm behandelt wird, um den Ballaststoff zurückzugewinnen, wobei diese Behandlung keine gründliche Reinigung des vom Schlamm abgetrennten Ballaststoffs umfasst.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnung des Ballaststoffs entweder im Absetzbecken oder außerhalb davon durch einen Absetzvorgang mittels Schwerkraft erfolgt, wobei der zurückgewonnene Ballaststoff anschließend in die Ausflockungsstufe zurückgeführt wird.