DE3127570A1 - Verfahrung und einrichtung zur flockungsfiltration von abwasser - Google Patents

Description

Verfahrung und Einrichtung zur Flockungsfiltration von Abwasser

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Flockungsfiltration von Abwasser, insbesondere zum Ausfiltern von durch Fällungsinittel wie Eisen-III-Chlorid ausgeschiedenen Phosphaten. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Abwasser-Reinigungsverfahrens.

Ein wesentlicher Teil der Abwasserbelastung von Flüssen und Seen besteht in der Phosphatfracht des in diese Oberflächengewässer gelangenden Abwassers, insbesondere des komunalen Abwassers. Der daraus folgende hohe Phosphatgehalt der Gewässer führt bekanntlich zu einem äusserst starken Algenwachstum. Dieser Algenbewuchs stellt zwar in den oberflächennahen Wasserschichten an sich keinen Schadstoff dar, jedoch sinkt die mit dem natürlichen Generationswechsel laufend anfallende Algenmasse mit ihren energiereichen organischen Verbindungen in die tieferen Wasserschichten ab, wo unter Sauerstoffmangel Faul- und Zersetzungsreaktionen mit zunehmender Sauerstoffarmut und Bildung von Schadstoffen wie Schwefelverbindungen und dergleichen führen= Die Folge ist das bekannte "Absterben" oder "Umkippen" der Gewässer, vor allem stehender Gewässer, mit entsprechend nachteiligen Folgen für den natürlichen Wasserkreislauf und u.U. auch für die Reinhaltung des Grundwassers.

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Um die Phosphatbelastung der Gewässer zu vermindern oder wenigstens zu stabilisieren wird daher in zunehmendem Masse eine Phosphatelimination in den komunalen und sonstigen Abwässern im Bereich der Kläranlagen angestrebt und auch bereits verwirklicht. Dazu ist es bekannt, Fällungsreaktionen durch Zugabe von Eisensalzen, insbesondere von Eisen-III-Chlorid, oder anderen Fällungsmitteln einzuleiten. Dadurch werden die Phosphorverbindungen ausgefällt.

Es werden neuerdings bekanntermassen Mittel für eine gröbere Koagulation der Schwebestoffe angewendet, sogenannte Flockungs-Hilfsmittel, unter deren Wirkung die Schwebestoffe eine Zusammenballung zu flockenartigen Gebilden erfahren. Während die Schwebestoffe im erforderlichen Masse nur durch Einsatz aufwendiger apparativer Mittel, beispielsweise von Suspensionsfiltern, unmittelbar abzutrennen wären, kann das Flockenmaterial mit Hilfe von gröberen Filtern erfasst werden. Hierzu werden bekanntermassen Granulatfilter eingesetzt, nämlich in Form von üblichen Sandfiltern.

Solche Granulatfilter sind von hoher Wirksamkeit, sie unterliegen jedoch einer vergleichsweise raschen Verschmutzung mit Abfall der Filterdurchlasshäufigkeit durch tiefergehendes Eindringen des Flockenmaterials in die Hohlräume der Granulatschüttung als Filtermedium. Es sind deshalb periodisch komplizierte Rückspülprozesse erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens zur Flockungsfiltration von Abwasser, das sich durch hohen Wirkungsgrad hinsichtlich der Gesaitit-Feststoffabtrennung, d.h. durch geringe mechanische Beanspruchung des Flockenmaterials, und durch vergleichsweise geringen Betriebsaufwand bzw. grosse wartungsfreie Betriebsintervalle auszeichnet. Die ergindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe sieht bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art vor; dass das Abwasser zur Flockenabtrennung durch mindestens einen porösen Filterschichtkörper geführt wird.

Poröse Filterschichtkörper sind an sich bekannt, wurden bisher jedoch nicht für eine Abwasser-Flockenfiltration eingesetzt. Es hat sich durch praktische Untersuchungen ergeben, dass mit solchen insbesondere hoher Abtrennungsgrad erreichbar ist, der auf sehr geringe mechanische Beanspruchungen des Flockenmaterials bei der Bewegung und Anlagerung an der Filteroberfläche zurückzuführen ist. Das Flockenmaterial zerfällt daher beim Filtriervorgang nur zu einem sehr geringen Teil, was neben dem erhöhten Abtrennungsgrad auch ein im Vergleich zu den üblichen Abwasser-Sandfiltern wesentlich geringeres Eindringen der Feststoffpartikel in die Hohlräume des Filterschichtkörpers zur Folge hat.

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Eine wesentliche Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens beruht auf der ebenfalls in eingehenden Untersuchungen gewonnenen Verwendung von aus einem Faseraggregat, vorzugsweise aus einem Wirrfaservlies, bestehenden Filterschichtkörpern für die Abtrennung des Flockenmaterials. Es ist hervorzuheben, dass mit textlien Filterschichtkörpern offenbar kein einem Wirrfaservlies vergleichbarer Abtrennungsgrad mit Bezug auf das Flockenmaterial erreicht werden kann. Dabei haben sich speziell besondere Porositätsverhältnisse bei Wirrfaservliesen als vorteilhaft erwiesen. Demzufolge wird für das Festfaservlies zweckmässig ein Festkörper-Raumanteil im Bereich zwischen 8% und 13%, gewählt.

Ferner hat sich herausgestellt, dass es für den Wirkungsgrad der Flockungsfiltration und der Gesamt-Feststoffabtrennung im Bereich der Phosphatfilterung auch auf bestimmte Werte des mittleren Faserdurchmessers im Wirrfaservlies ankommt. Demzufolge wird zweckmässig ein Faservlies mit einem mittleren Faserdurchmesser von vorzugsweise in einem Bereich zwischen 60 χ 1O~ mm und 70 χ 10~ mm gewählt.

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Weiterhin hat sich ein besonders hoher Phosphat-Abtrennungsgrad mit vergleichsweise geringer Fällungsmitteldosierung bei anwendung eines porösen Feststoff-Filtermediums in Verbindung mit der Anwendung von an sich bekannten Flckungs-Hilfsmitteln ergeben. Als solche Flockungs-Hilfsmittel kommen Polyelektrolyte in Betracht, beispielsweise AP 45 / NP 10 / MGL 4213 / XZ 86216. Ein solches Verfahren erlaubt insbesondere auch eine Kombination mit der Anwendung von biologischen Reinigungsstufen an sich bekannter Art. In diesen Reinigungsstufen erfolgt bekanntlich ein Abbau von organischen Inhaltsstoffen des Abwassers mit Hilfe von Mikroben verschiedener Art.

Die der Erfindung zugrundeliegenden Untersuchungen haben gezeigt, dass die Versetzung des Abwassers mit geeigneten Phosphat-Fällungsmitteln bereits unmittelbar im Bereich einer solchen biologischen Reinigungsstufe vorgenommen werden kann, ohne die Wirksamkeit der mikrobiologischen Abbauprozesse zu beeinträchtigen. Dies gilt jedoch nicht für die Einleitung bzw. Verstärkung der Flockenbildung durch Zugabe von Flockungs-Hilfsmitteln der vorgenannte Art.

Grundsätzlich können für Zwecke der erfindungsgemässen Flockungsfiltration Filtereinrichtungen und -anlagen unterschiedlichen Aufbaues und ebensolcher maschineller Funktion verwendet werden, sofern ein poröser Filterschichtkörper der vorstehen erläuterten Art eingesetzt ist. Besonders günstige Betriebsverhältnisse mit grossen wartungsfreien Betriebsintervallen und mit vergleichsweise geringem Arbeitsaufwand für die Wartungs- und Reinigungsarbeiten haben sich jedoch durch den Einsatz von Trommelfiltern ergeben. Diese erlauben mit Hilfe einfacher Konstruktionen einen hohen Raumausnutzungsgrad in Bezug auf den beanspruchten Abwasser-Beckenraum. Vor allem hat sich der Einsatz von Drehtrommelfilterη als optimal erwiesen/ weil diese über die vorgenannten Vorteile hinaus eine optimale Einstellung der Relativbewegung zwischen Abwasser bzw. Flockenmaterial und Filterschicht im Sinne einer schonenden Flockenbehandlung einerseits sowie einer intensiven Berührung zwischen Abwasser und Filterschicht andererseits ermöglichen. Insbesondere kann bei solchen Drehtroiranelfiltern auch mit einfachen konstruktiven Mitteln eine kontinuierliche oder intermittierende Oberflächenabsaugung vorgesehen werden, womit nicht nur die wartungsfreien Betriebsintervalle weiter vergrössert werden, sondern auch das an der Filteroberfläche angesammelte Flockenmaterial samt etwa durch Verfall entstandenem Schlammanteil unmittelbar entfernt werden kann.

Weitere Mer]onale und Vorteile der Erfindung werden anhand des in der Zeichnung schernatisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierin ist eine Abwasser-Kläranlage mit Flockungsfiltration in Form eines Block- und Funktionsplanes wiedergegeben.

Die dargestellte Kläranlage umfasst im Anschluss an einen Zulauf ZL mit nachfolgendem Hebelwerk HW und Rechen RC sowie Sandfang SF eine Vorklärstufe VK, beispielsweise in Form eines üblichen Absetzbeckens. Hierauf folgt eine biologische Reinigungsstufe BRS mit einer laufenden Belüftung der mikrobiologischen Aktivmasse. Im Anschluss an die biologische Reinigung ist im allgemeinen eine Nachklärstufe NK erforderlich, um den in der biologischen Reinigungsstufe ausgeschiedenen Ueberschuss-Schlamin abzutrennen. Diese Nachklärstufen sind ebenfalls im allgemeinen als Absetzbecken ausgebildet.

Für Zwecke der Phosphatelimination ist eine Zuführeinrichtung PFM für ein geeignetes Phosphat-Fällungsmittel mit an sich bekannten, nicht näher dargestellten Dosier- und Eingabemitteln vorgesehen.. Von hier aus erfolgt die Steuerung der Abwasserversetzung mit Fällungsmittel sowie die Verteilung auf verschiedene Zuführ- und Versetzungsstellen. Dabei versteht es sich, dass je nach Gegebenheiten des Anwendungsfalles nur einer dieser Zuführkanäle oder eine beschränkte Anzahl derselben vorgesehen oder aktiviert werden kann.

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Ein erster Fällungsmittel-Zuführkanal I ist unmittelbar an die biologische Reinigungsstufe BRS angeschlossen. Eine solche Verfahrensführung bewirkt also eine Kombination der Phosphat-Fällungsprozesse mit den biologischen Abbau- und Umwandlungsprozessen. Eine entsprechende Zuführung kann selbstverständlich auch kurz vor der biologischen Reinigungsstufe vorgenommen werden.

Endlich führt ein zweiter Fällungsmittel-Zuführkanal II im Abflussbereich der Nachklärstufe zum Abwasser.

Ferner umfasst die Anlage eine Zuführeinrichtung FHM für Fällungs-Hilfsmittel mit einem entsprechenden Zuführkanal III.

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Bei Verwendung des Zuführkanals III für das Flockungs-Hilfsmittel in Verbindung mit dem Zuführkanal II für das Fällungsmittel erfolgt im wesentlichen eine Mischung der beiden Wirkstoffe, jedoch mit Einwirkung auf das vergleichsweise weitgehend vorgereinigte Abwasser im Abflussbereich der Nachklärstufe.

Insbesondere für die letztgenannte Verfahrensausführung empfiehlt sich die Anordnung eines Reaktionsbeckens RA, in welchem die Fällungs- und Flockungsreaktionen bei vergleichsweise Einwirkdauer ablaufen können.

Ausschlaggebend für den Gesamt-Abtrennungsgrad ist eine abschliessend angeordnete Flocken-Filtrationsstufe FLF, insbesondere eine solche mit einem Drehtrommelfilter der vorstehend erwähnten Art. Damit erfolgt die Entfernung der koagulierten Feststoffe und bei entsprechend feinporösem Filtermaterial auch eine Suspensionsfilterung mit Entfernung von restlichen Schwebestoffen.

Vom Ablauf AL des gereinigten Abwassers wird im Beispielsfall ein Rücklauf RL abgezweigt, und zwar wie dargestellt insbesondere im Zulaufbereich der Vorklärstufe VK.

Abschliessend ist hervorzuheben, dass insbesondere auch für die Nachklärstufe im Anschluss an die biologische Reinigungsstufe der Einsatz eines Drehtrommelfilters anstelle eines einfachen Absetzbeckens mit üeberlauf in Betracht kommt. Dies empfiehlt sich vor allem bei den dargestellten Reaktionsmittel-Zuführvarianten r die einen Beginn oder sogar hauptsächlichen Ablauf der Fällungs- und Flockungsreaktionen im Bereich der biologischen Reinigung beinhalten. Eine intensive Nachklärung übernimmt dann bereits einen wesentlichen Anteil der gesamten Feststoffabtrennung. In entsprechender Weise kann im übrigen das gesamte Verfahren mehrstufig mit aufeinanderfolgenden Fällungs- und Flockungssowie Filtrierstufen ausgestaltet werden.

Claims (1)

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   1. Verfahren zur Flockungsfiltration von Abwasser, insbeson-

   , dere zum Ausfiltern von durch Fällungsmittel wie Eisen-III-Chlorid ausgeschiedenen Phosphaten, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser zur Flockenabtrennung durch mindestens einen porösen Filterschichtkörper geführt wird.

   2. Ver"f,a.hren zur Flockungsf iltration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser zur Flockenabtrennung durch mindestens einen mikroporösen Filterschichtkörper geführt wird.

   ο Verfahren zur Flockungsfiltration nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines im wesentlichen aus einem Faseraggregat bestehenden Filterschichtkörpers.

   4. Verfahren zur Flockungsfiltration nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer wenigstens teilweise aus einem Wirrfaservlies bestehenden,Filterschichtkörpers.

   5ο Verfahren zur Flockungsfiltration nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Wirrfaservlieses mit . einem Festkörper-Raumanteil im Bereich zwischen 8 % und

   13%, vorzugsweise zwischen 10% und 15% für den Filterschichtkörper. \

   6. Verfahren zur Flockungsfiltration nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Wirrfaservlieses mit einem mittleren Faserdurchmesser von mindestens 40 χ 10 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 60 χ 10 mm und 70 χ 10 mm für den Filterschichtkörper.

   7. Verfahren zur Abscheidung und Abtrennung von Phosphaten aus Abwässern, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

   a) mikrobiologischer Abbau von Abwasser-Inhaltsstoffen;

   b) Versetzen von Abwasser mit einem Phosphat-Fällungsmittel;

   c) Versetzen des Abwassers mit einem Flockungs-Hilfsmittel;

   d) Durchführung einer Filtration zur Flockenabtrennung mit einem porösen Feststoff-Filtermedium.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphatfällung und -abtrennung in Verbindung mit einer biologischen Abwasserreinigung durchgeführt wird.

   9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer biologischen Reinigungsstufe befindliches Abwasser mit Phosphat-Fällungsmittel versetzt wird.

   10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
   Versetzung von Abwasser mit Phosphat-Fällungsmittel nach Behandlung des Abwassers in mindestens einer biologischen Reinigungsstufe durchgeführt wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Versetzung von Abwasser mit Phosphat-Fällungsmittel im Anschluss an eine Nachklärung des in mindestens einer biologischen Reinigungsstufe behandelten Abwassers durchgeführt wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Versetzung des Abwassers mit einem Flockungs-Hilfsmittel im Bereich nach mindestens einer biologischen Reinigungsstufe.

   13. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 10, insbesondere auch
   nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
   Zuführung von Phosphat-Fällungsmittel zum Abwasser teilweise im Bereich mindestens einer biologischen Reinigungsstufe sowie teilweise im Abflussbereich dieser Reinigungsstufe,
   insbesondere im Abflussbereich einer der biologischen Reinigungsstufe folgenden Nachklärstufe, durchgeführt wird.

   14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13,
   dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Nachklärbehandlung des Abwassers mittels eines oder mehrerer poröser Filterschichtkörper durchgeführt wird.

   15. Einrichtung zur Durchführung eines Abwasser-Reinigungsverfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Trommelfilter, insbesondere Drehtrommelfilter, mit wenigstens einem porösen Filterschichtkörper für die Flockenabtrennung.

   16. Einrichtung zur Durchführung eines Abwasser-Reinigungsverfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch mindestens ein Trommelfilter, insbesondere Drehtrommelfilter, mit wenigstens einem porösen Filterschichtkörper als Nachklärstufe, insbesondere als einer biologischen Reinigungsstufe folgende Nachklärstufe.