Raw water treatment process and apparatus

Abstract: 1. Process for the conditioning of untreated water to produce service water, in which the untreated water is fed in a mainstream successively to a flocculation, an ozone reaction stage and an after-treatment, a part-stream of the service water which has been conditioned in this way is enriched with ozone via an ozone-introduction device and is then mixed into the mainstream of the untreated water between the flocculation and ozone reaction stage, and the ozone for the ozone-introduction device is obtained from pure oxygen, characterized in that the after-treatment is an aerobic biological treatment in which exhaust gas resulting in the ozone-introduction device is fed to an oxygen enrichment preceding the flocculation, and exhaust gas produced in the oxygen enrichment is fed to the biological stage.

Description: Verfahren zur Aufbereitung von Rohwasser Die Erfindung betrifft ein#Vö'rfahren zur Aufbereitung von Rohwasser zu Nutzwasser, bei dem das Rohwasser verschiedenen Oxidationsprozessen sowie einer Ozonstufe zugeführt und das Ozon für die Ozonstufe aus reinem Sauerstoff gewonnen wird. Die Aufbereitung von Roh- und Abwasser zu Trink- und Nutzwasser erfordert immer mehr hochwirksame, umweltfreundliche und kostengünstige Verfahren. Diese Forderungen werden vor allem durch einen Ozonzusatz zum Wasser erfüllt. Aufgrund seiner grossen oxidativen Wirkung baut das Ozon die organischen Inhaltsstoffe ab und dient somit zur Entkeimung des Rohwassers. Das Ozon kann aus Luft oder reinem Sauerstoff gewonnen werden. Die Erzeugung von Ozon aus Luft hat jedoch zur Folge, dass der Gewichtsanteil des Ozons im Gasgemisch nur ca. 1 bis 2% beträgt, wodurch die Eintragsverfahren verhältnismässig kostenspielig werden. Demgegenüber arbeitet man bei Ozon-Sauerstoffgemischen mit über 4 Gew,S Ozon, was mit erheblichen Einsparungen bei den Investitionskosten verbun den ist. Aus der DE-OS 25 56 328 ist bekannt, Rohwasser in einer Reaktionsstufe mit einem mit Ozon hoch angereicherten Teilstrom des bereits behandelten Wassers zu vermischen, wodurch eine intensive Reaktion des Ozons mit den Wasserinhaltsstoffen erfolgt. In einer Nachbehandlung erfolgen weitere Behandlungsschritte, wie Chemikalienzugabe, Nachflokkung oder Filtrieren. Das nachbehandelte Reinwasser verlässt die Anlage, nachdem ein Teilstrom abgezweigt wird, der auf erhöhten Druck gebracht wird. Dieser Teilstrom gelangt zur Anreicherung mit Ozon und Sauerstoff in eine Füllkörperkolonne und anschliessend in die Reaktionsstufe. Der in der Füllkörperkolonne nicht verbrauchte Sauerstoff verlässt als Kreislaufsauerstoff die Kolonne am Kopf und muss vor Wiedereintritt in den Ozoneur gekühlt, getrocknet, auf den im Ozoneur herrschenden Druck entspannt und durch Sauerstoff Frischgas ergänzt werden; Beim Eintrag des Ozon-Sauerstoff-Gemisches in die Fu##llkör- perkolonne kommt es gleichzeitig zum Austrag von im Teilstromwasser gelöstem Stickstoff. Hierdurch wird das Kreislauf gas mit Stickstoff verdünnt. Dieser Effekt hat weitreichende Folgen: Durch eine komplizierte Analytik und Regeltechnik muss der N2-Gehalt im Kreislaufgas in Grenzen gehalten werden. Dennoch erreicht das Kreislaufgas nicht immer die für den optimalen Betrieb des Ozoneurs erforderlichen Werte. Aus diesem Grunde sind die Energieausbeute des Ozoneurs und die erzielbare Ozonkonzentration unbefriedigend. Insgesamt ist die Kreislaufführung des Sauerstoffträgergases kompliziert und wirtschaftlich ungünstig. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah ren der eingangs beschriebenen Art und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, die es erlauben, Rohwasser auf einfache und wirtschaftliche Weise unter verbesserter Ausnutzung des Ozon-Sauerstoff-Gemisches aufzubereiten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Sauerstoff, Stickstoff und Restozon enthaltende Abgas der Qzonstufe den der Ozonstufe vor- und/oder nachgeschalteten Oxidationsprozessen zugeführt wird. Das Wesentliche der Erfindung ist somit die Vermeidung der Kreislaufführung des Sauerstoffes und die stufenweise Weiterverwendung des in der Ozonstufe anfallenden Abgases bei Behandlungsschritten, bei denen ansonsten frischer Sauerstoff eingesetzt werden müsste. Das Abgas der Ozonstufe vermag jedoch diese Ansprüche dank seines Restozon- und seines hohen Sauerstoffgehaltes und O2-Partialdrucks ebenfalls zu erfüllen. Durch die stufenweise Verwendung des anfallenden Abgases kann auch mit relativ einfachen Eintrags systemen unter niedrigen Drücken eine gute Ozon-Sauerstoff-Ausnutztung erzielt werden. Durch die gute Energiebilanz des Ozoneurs mit reinem Sauerstoff bzw. einem idealen O2/N2-Gemsich ergibt sich eine überlegene Wirtschaftlichkeit, die auch dadurch erreicht wird, dass zahlreiche Apparate, Armaturen, Regelund Messgeräte durch die Vermeidung der Kreislaufführung des Sauerstoffes und, der damit verbundenen Behandlungsstufen entfallen. AuBerdem ergeben sich erhebliche energetische Einsparungen. Der hohe O2-Partialdruck in sämtlichen Behandlungsstufen bewirkt, dass die biologisch-chemischen Oxidationsprozesse Shn- lich vorteilhaft wie mit reinem Sauerstoff ablaufen; zusätz- lich jedoch wird durch die Dislokalisierung der Oxidationsprozesse auf mehrere Stufen noch eine höhere Flexibilität und Sicherheit erzielt. Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt weiterhin in einfacher Weise den Umbau bereits bestehender Wasseraufbereitungsstationen. Als besonders zweckmässig haben sich als Oxidationsprozesse vor der Ozonstufe eine Sauerstoffanreicherung des Rohwassers mit nachgeschalteter Flockung und nach der Ozonstufe eine Oxidation in einer biologischen Stufe erwiesen. In der biologischen Stufe werden mit Vorteil Eisen, Mangan, Ammoniak und/oder Methan oxidativ eliminiert. Mit Vorteil wird dabei nach der biologischen Stufe ein Teilstrom des aufbereiteten Nutzwassers mit Ozon angereichert und danach dem Hauptstrom des Rohwassers nach der Flockung zugeführt. Gemäss einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Abgas der Ozonstufe der Sauerstoffanreicherung des Rohwassers und das Abgas der Sauerstoffanreicherung den der Ozonstufe nachgeschalteten Oxidationsprozessen zugeführt. Dem Abgas der Sauerstoffanreicherung kann dabei mit Vorteil reiner Sauerstoff oder ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gas zugeführt werden. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens weist verschiedene Oxidationszonen und eine Ozonstufe mit Ozoneintragseinrichtung und Ozonreaktionszone auf. Erfindungsgemäss ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasleitung der Ozoneintragseinrichtung mit den der Ozonstufe vor- und/oder nachgeschalteten Oxidationszonen in Verbindung steht. Als Oxidationszone vor der Ozonstufe kann vorteilhaft ein eine Sauerstoffeintragseinrichtung aufweisendes Mischbecken mit Flockungszonen und nach der Ozonstufe eine biologische Stufe mit Enteisenung und/oder Entmanganung vorgesehen sein, wobei die Abgasleitung der Ozoneintragseinrichtung mit der Sauerstoffeintragseinrichtung des Mischbeckens in Verbindung steht, und eine Abgasleitung des Mischbeckens an die biologische Stufe angeschlossen ist. Mit Vorteil ist an die Abgasleitung des Mischbeckens eine Gaszuleitung für reinen Sauerstoff oder ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gas angeschlossen. In weiterer Ausbildung des Anmeldungsgegenstandes ist vorgesehen, dass die Ozoneintragseinrichtung getrennt von der Ozonreaktionsstufe angeordnet ist, und eine Zuleitung für einen Teilstrom des aufbereiteten Nutzwassers sowie eine Ableitung für mit Ozon angereichertes Gas aufweist, wobei die Ableitung mit der Ozonreaktionsstufe verbunden ist. Das erfindungsgemässe Verfahren sei im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, das in zwei Figuren schematisch dargestellt ist, näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 ein Blockschema mit direktem Ozoneintrag; Figur 2 ein Blockschema mit Frischwasserteilstrom. Die in Figur 1 dargestellte Variante des erfindungsgemässen Verfahrens stellt den einfachsten Weg der dreistufigen Nutzung des 02/03-primärgases dar. Rohwasser gelangt über eine Leitung 1 in die Aufbereitungsanlage, die im wesentlichen aus einem Mischbecken 2 mit Flockungszone 3, einer Ozonstufe 4 und einer biologischen Stufe 5 besteht, wobei der Ozonstufe 4 direkt ein Ozon-Sauerstoff-Gemisch aus einem Ozoneur 6, der über Leitung 7 mit reinem Sauerstoff versorgt wird, zugeführt wird. Die Ozonstufe 4 ist über eine Abgasleitung 8 mit dem Mischbecken 2 und dieses über eine Abgasleitung 9 mit der biologischen St#ufe 5 verbunden. Als Eintrags system für das Ozon-Sauerstoff-Gemisch innerhalb der Ozonstufe 4 ist beispielsweise eine Kerzenbegasung in einem ca. 10 m tiefen Begasungsbecken denkbar. Das Ozon wird mit dieser Methode nicht vollständig eingetragen. Demzufolge ist in dem sauerstoffreichen Abgas, das die Ozonstufe 4 über Leitung 8 verlässt, neben Stickstoff ein relativ hoher Restozongehalt vorhanden. Dieses Abgas wird über eine Sauerstoff-Eintragseinrichtung, z.B. eine Frischturbine, in das Mischbecken 2 eingetragen und dort mit dem Rohwasser vermischt. Damit kommt der nicht vollständige Ozoneintrag der Flockungsstufe 3 zugute, da durch den relativ hohen Ozonanteil die vorhandenen Schmutzkolloide im Rohwasser zerstört werden und somit die Flockbarkeit gefördert wird und ausserdem bereits Eisen, Mangan, Ammoniak und/oder Methan oxidativ elimiert werden können. Das Abgas aus dem Mischbecken 2 enthält kein Ozon mehr,doch ist es an Sauerstoff reich genug, um in der der Ozonstufe 4 nachgeschalteten biologischen Stufe 5, in die es über Leitung 9 gelangt, eine wirksame Enteisenung und/oder Entmanganung des ozonisierten Wassers bzw. eine oxidative Elimierung von Ammoniak oder Methan zu bewirken. Das gereinigte Wasser verlässt die Aufbereitungsanlage nach der biologischen Stufe 5 über eine Leitung 10. Bei dieser Variante des erfindungsgemässen Verfahrens besteht die Ozonstufe 4 aus einer -Ozoneintragsvorrichtung,z.B. einer Füllkörperkolonne und der Reaktionsstufe. Der im Abgas noch vorhandene Stickstoff ist bei den der Ozonstufe vor- und-/oder nachgeschalteten Oxidationsprozessen keineswegs störend. Eine quantitative Ausnutzung des Ozons in der Ozonstufe 4 ist bei der dreistufigen Nutzung des 02/03-Gemisches im Mischbecken, der Flockungsstufe und der biologischen Stufe nicht notwendig, insbesondere da diese Verfahrensvariante für niedere Ozonkonzonzentrationen (unter 4 Gew.%) ausgelegt ist. Die in Figur 2 dargestellte Variante eignet sich speziell zum Umrüsten bereits bestehender Ozonstufen mit Frischwasserteilstrom. Leitungen und Behandlungsstufen, die in Figur 1 und Figur 2 übereinstimmen', sind mit gleichen Ziffern versehen. Im Unterschied zum direkten Ozoneintrag wird hier vom gereinigten Wasser in Leitung 10 ein Teilstrom über Leitung 11 abgezweigt und einer Ozoneintragsvorrichtung 12, beispielsweise einer Füllkörperkolonne, zugeführt. In die Füllkörperkolonne 12 gelangt weiterhin das im Ozoneur 6 erzeugte Ozon Sauerstoff-Gemisch, das vorteilhaft einen hohen (über4Gew%) Ozonanteil aufweist. Das mit Ozon und Sauerstoff angereicherte, sogenannte Starkwasser, verlässt die Füllkörperkolonne 12 über Leitung 13 und wird dem Rohwasser nach der Flockungsstufe 3 und vor der Ozonreaktionsstufe 4 zugeführt. Das in der Füllkörperkolonne 12 anfallende sauerstoffreiche Abgas enthältnebenStickstoff noch Restozon. Uber Leitung 14 wird dieses Abgas von der Füllkörperkolonne 12 zum Mischbekken 2 geführt und in dieses beispielsweise mittels einer ABS-Turbine eingetragen und mit dem Rohwasser vermischt. Das im Mischbecken 2 nicht verbrauchte sauerstoffreiche Abgas enthält noch Stickstoff und wird über Leitung 9 zur weiteren Verwendung in der biologischen Stufe 5 dieser zugeführt. Beispiel: Aus 1 Nm3 = 1430 g 2 können ungefähr 90 g O3 gewonnen wer 2 den. Diese 90 g O3 reichen erfahrungsgemäss zur Behandlung von ca. 40 m3 Rohwasser (Richtwert: 1,2 bis 4 g 03/m3 Rohwasser). Beim Eintrag diser 90 G 03 in das Wasser (Ozonstufe und Flockungsvorstufe) werden gleichzeitig vergleichbare Mengen 2 eingetragen, so dass für die biologische Behandlung der 40 m3 Rohwasser noch etwa 12 g O2 zur Verfügung stehen. Hieraus resultiert eine 02-Konzentration von ungefähr 30 g 02/m3 Rohwasser. Diese O2-Konzentration ist auch bei schlechteren Rohwässern für eine weitgehend oxidative Elimierung von BSB5, Eisen, Mangan, Ammoniak usw. ausreichend.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Aufbereitung von Rohwasser zu Nutzwasser, bei dem das Rohwasser verschiedenen Oxidationsprozessen sowie einer Ozonstufe zugeführt und das Ozon für die Ozonstufe aus reinem Sauerstoff gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Sauerstoff, Stickstoff und Rest ozon enthaltende Abgas der Ozonstufe den der Ozonstufe vor- und/oder nachgeschalteten Oxidationsprozessen zuge führt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxidationsprozesse vor der Ozonstufe eine Sauerstoff anreicherung des Rohwassers mit nachgeschalteter Flockung und nach der Ozonstufe eine Oxidation in einer biologi schen Stufe durchgeführt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichent, dass als Oxidationsprozesse in der biologischen Stufe eine oxidative Elimierung von Eisen, Mangan,-Ammoniak und/ oder Methan durchgeführt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der biologischen Stufe ein Teilstrom des aufberei teten Nutzwassers mit Ozon angereichert und danach dem Hauptstrom des Rohabwassers nach der Flockung zugeführt wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass das Abgas der Ozonstufe der Sauerstoff anreicherung des Rohwassers und das Abgas der Sauerstoff anreicherung den der Ozonstufe nachgeschalteten Oxida tionsprozessen zugeführt wird. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgas der Sauerstoffanreicherung reiner Sauerstoff oder ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gas zu geführt wird. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit verschiedenen Oxidationszonen und einer eine Ozon eintragseinrichtung und eine Oionreaktionszcne aufweisen de Ozonstufe, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgaslei tung der Ozoneintragseinrichtungmitden der Ozonstufe vor- und/oder nachgeschalteten Oxidationszonen in Ver bindung steht. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxidationszone vor der Ozonstufe ein eine Saue#rstoff eintragseinrichtung aufweisendes Mischbecken mit Flok kungszone vorgeschaltet ist und nach der Ozonstufe eine biologische Stufe mit Enteisenung und/oder Entmanganung nachgeschaltet ist und dass die Abgas leitung der Ozonein tragseinrichtung mit der Sauerstoffeintragseinrichtung des Mischbeckens in Verbindung steht und eine Abgaslei tung des Mischbeckens an die biologische Stufeange- schlossen ist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich net, dass an die Abgasleitung des Mischbeckens eine Gaszu leitung für reinen Sauerstoff oder ein mehr Sauerstoff als Luft enthalendes Gas angeschlossen ist. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ozoneintragseinrichtung getrennt von der Ozonreaktionsstufe angeordnet ist und eine Zu leitung für einen Teilstrom des aufbereiteten Nutzwas sers sowie eine Ableitung für mit Ozon angereichertes Wasser aufweist, wobei die Ableitung mit der Ozonreak tionsstufe in Verbindung steht.

Inventors: BERGER, MICHAEL, DR.
Applicants: LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: C02F1
IPC codes: C02F1, C02F3