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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser, das verbrennbare
organische Verunreinigungen entiitlt Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung
verdünnter wässriger Lösungen, die als Nebenprodukt beim Eindicken in Sy" stemen
entstehen, in denen Abwasser, das verbrennbare organische Verunreinigungen in gelöster,
emulgierter oder suspendier ter Form enthält, wie ölhaltigesabwasser, eingedickt
und dann als flüssiges Konzentrat verbrannt wird.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Beseitigung von
Abwasser, das verbrennbare organische Bestandteile enth1t, durch Eindicken des Abwassers
mittels Ultrafiltration und/oder Umkehrosmose und Verbrennen der eingedickten Flüssigkeit,
das
dadurch gekennzeichnet ist, daß man die aus der Ultrafiltration
oder Umkehrosmose erhaltene verdünnte Lösung (Filtrat) ggebenenfalls im Kreislauf,
für die Kühlung oder Wäsche des aus der Verbrennung stammenden Abgases, zur Zersetzung
in dem Filtrat enthaltener organischer Bestandteile, verwendet.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen: Figuren 1 und 2 Fließdiagramme des Verfahrens der Erfindung und Figur
3 ein Diagramm als Erklärung zu einem Aus führungsbeispiel gemäß dem Verfahren der
Erfindung.
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Bin Beispiel, das eine Beschreibung des Verfahrensablaufs zur Verbrennung
dieser Art eingedickter Flüssigkeiten gibt, ist im folgenden anhand der Figur 1
erklärt.
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Das zu verarbeitende Abwasser 10 wird mittels einer Vorrichtung 1
nach dem Ultrafiltrationsverfahren (nachfolgend als uF-Verfahren bezeichnet; vergleiche
'lEagaku to Kogyo (Chemistry and Industry)" 1973, Bd. 26, Nr. 8, S. 94 und 95) eingedickt,
und die eingedickte Abfallflüssigkeit wird in einer Abwasser-Verbrennungsvorrichtung
3 verbrannt.
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Die verdünnte Lösung (nachfolgend als Filtrat bezeichnet), die bei
der Eindickung anfällt, kann in einigen Fällen nach Maßgabe der Eigenschaften der
Lösung wiederverwendet oder verworfen werden. In den meisten Fällen muß sie jedoch
weiteren Behandlungen unterworfen werden. In diesem Fall wird das Filtrat in einer
Vorrichtung 2 einer Umkehrosmose (nachfolgend als RVerfabren bezeichnet; vergleiche
Kagaku to Kogyo ("Chemistry and Industry")" 1973, Bd. 26, Nr. 8, S. 94 und 95) unterworfen,
und die hierbei erhaltene eingedickte Plüssigkeit wird zusammen mit der zuvor in
der UF-Stufe erhaltenen Flüssigkeit verbrannt oder in einigen Fällen zu dem Original-Abwassertank
zurückgespeist.
Es bestehen keine Probleme, wenn das Filtrat aus der RO-Stufe zur Wiederverwendung
geeignet ist oder ohne weitere Behandlung verworfen, das heißt in die natürlichen
Genasser geleitet werden kann. In einigen Fällen ist dies jedoch wegen des hohen
biochemischen Sauerstoffbedarfs (BOD) und/oder wegen des hohen Sauerstoffbedarfs
durch Kaliumpermanganat bei 100 °C (COD; vergleiche JIS K 0102) unmöglich.
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Es gibt kein überzeugendes Verfahren zur Eliminierung desCOD.
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Es gibt zwar Verfahren, wie die Belebtschlammbehandlung, die Koagulationsausfällung
und die Filtration mittels Aktivkohle; sämtliche genannten Verfahren erfordern jedoch
Wasserbehandlungsvorrichtungen in erheblichem Umfang. Darüber hinaus sind die beiden
ersten Verfahren kaum zur Herabsetzung des GOD auf einen Wert unterhalb des Standards
für die Einleitung in natürlichte Gewässer geeignet, während das zuletzt genannte
Verfahren mit dem Nachteil behaftet ist, daß man zusätzlich einen Ofen zur Gewinnung
von Aktivkohle installieren muß was sich in hb'heren Kosten niederschlägt.
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Zur Eliminierung des BOD wird die Aktivschlammbehandlung oder Aktivkohlefiltration
gefolgt von einer Belebtschlamm behandlung durchgeführt. Auch hier ist jedoch eine
Wasserbehandlungsvorrichtung in erheblichem Umfang erforderlich und, wenn eine Aktivkohlebehandlung
durchgeführt wird, muß ein Ofen zur Gewinnung von Aktivkohle installiert werden.
Somit bestehen hier ähnliche Probleme wie bei der Eliminierung des COD.
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Andererseits besitzen die Abgase der Verbrennungsvorrichtung 3 Temperaturen
von 700 bis 1000 00, wobei es erforderlich ist, Vt diese Temperatur auf etwa 250
0 oder darunter zu erniedrigen, bevor die Abgase in den Staubscheider 6 eintreten,
damit 3eeinträchtigungen des Staubscheiders vermieden werden. Zu diesem Zweck ist
eine Rauch(Abgas)-Wasch- oder Xühlvorrichtung 4 vorgesehen, die die Temperatur des
Abgases herabsetzt, oder man verwendet zur Wärmewiedergewinnung einen Abwärmeboiler
oder Luftvorerhitzer 5.
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Die Rauch-Wasch- oder Kühlvorrichtung 4 kühlt das heißt Abgas durch
direkten Kontakt mit Wasser, zum Beispiel durch Einsprüheu von Wasser indas heiße
Gas.
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Die Erfindung bezweckt die Zersetzung und Verdampfung organischer
Bestandteile (Verunreinigungen), die die Ursache für den COD oder BOD sind, durch
Verwendung des RO-Filtrats, und in einigen Fällen des UF-Filtrats, als Wasser für
die Rauch-Wäsche oder -kUbi'uug Wenn man Abwasser, das im allgemeinen einige Prozent
verbrennbare organische Bestandteile enthält, auf die zehnfache Konzentration einengt
und dann verbrennt, besitzt das bei der Verbrennung entstehyende Gas eine Temperatur
von etwa 1000 °C. Wird dieses Abgas durch das vorgenannte Filtrat gekühlt, so fällt
die Temperatur des Abgases auf etwa 500 bis 200 , wenn das gesamte Filtrat verdampft
und verlorengeht. Hierdurch werden die meisten der COD- oder BOD-Elemente zersetzt.
Wenn die COD- oder BOD-Elemente durch dieses Verfahren nicht vollständig zersetzt
werden, sondern in dem Filtrat noch organische Bestandteile verbleiben, wird das
Filtrat im Kreislauf als Wasser für die Rauch-Wäsche oder - kühlung verwendet. Das
Filtrat, das infolge der Verwendung im Kreislauf eingedickt worden ist, kann der
Verbrennung in einer Verbrennungsvorrichtung unterworfen werden, wodurch hierin
enthaltene COD- oder BOD-Elemente schließlich zersetzt werden Vorstehende Ausführungen
gelten mit Bezug auf Figur 1. Nach Maßgabe der Eigenschaften des Original-Abwassers,
ist auch die Anwendung einer Nethode gemäß Figur 2 möglich.
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Figur 2 zeigt ein Beispiel, wo die vorgenannte Behandlungsmethode
auf ein Filtrat Anwendung findet, das nach der Eindickung mittels des UF-Verfahrens
allein oder des RO-Verfahrens allein erhalten worden ist Wenn zum Beispiel für den
Fall, daß die verunreinigenden Stoffe in dem Original-Abwasser nach dem UF-Verfahren
so eingedeckt werden, daß das Filtrat nur einen gringeren Verunreinigungsgrad aufweist,
und darüber hinaus das Filtrat keine Schwermetalle enthält, kann das UF-Filtrat
als
Kühlwasser oder Rauch-Waschwasser verwendet werden, wie bereits
vorstehend dargelegt.
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Andererseits gibt es bei Abwasser, das zum Beispiel von der Nahrllngsmittelherstellung
herrührt, Fälle, in denen die RO-Eindickung direkt angewendet werden kann, während
die Eindickung nach dem UP-Verfahren wenig erfolgreich ist. Auch in diesen Fällen
kann das RO-Filtrat als Kühlwasser oder Rauch-Waschwasser verwendet werden, wie
vorstehend dargelegt.
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Nachfolgend ist eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der
Erfindung anhand der Figur 3 beschrieben.
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Ausgangsmaterial ist ein beim Walzen unter Verwendung von Gleitmitteln
anfallendes Abwasser. Das Öl ist in emulgierter Form anwesend, und es ist außerordentlich
schwierig, dieses Abwasser nach einer herkömmlichen Methode so aufzubereiten, daß
man es verwerfen, das heißt in die natürlichen Getwasser einleiten kann.
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Das Original-Abwasser (Olgehalt 3,5 Prozent: COD 95 000 ppm) in einer
Menge von 1690 kg/Stunde wird nach dem UF-Verfahren eingedickt. Hierbei erhält man
200 kg/Stunde eingedickte Flüssigkeit (Ölgehalt 30 Prozent) und 1490 kg/Stunde Filtrat
(Ölgehalt 15 ppm, COD 14 000 ppm). Dieses Filtrat in einer Menge von 1490 kg/Stunde
wird weiterhin dem RO-Verfahren unterworfen, wobei man 50 kg/Stunde eingedickte
Flüssigkeit (Ölgehalt 450 ppm: COD 370 000 ppm) und 1440 kg/Stunde Filtrat (Ölgehalt
nicht über 1 ppm: COD 1400 ppm) erhält. Die eingedickte Flüssigkeit nach dem UF-
und RQ-Verfahren (Ölgehalt 24 Prozent) wird verbrannt, wobei 40 kg/Stunde Heizöl
A zur Unterstützung der Verbrennung dienen. Die anfallenden 1440 kg/Stunde des RO-Filtrats
werden auf die 1050 0C heißen Abgase gesprüht und verdampft.
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Hierbei verdampft das gesamte Filtrat, wodurch die Temperatur des
Abgases auf 235 0C abfällt.
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Die Analyse dieses Abgases zeigt, daß keine unverbrannten orga nischen
Stoffe anwesend sind.
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Die Erfindung kann nicht nur auf die Behandlung von ölhaltigem Abwasser,
wie vorstehend beschrieben, sondern auch auf die Behandlung von bei der Zellstoffabrikation
anfallendem Wasser, Lactam-Abwasser und anderen Abwässern angewendet werden, die
verbrennbare organische Bestandteile enthalten.
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Die Erfindung ist insbesondere für solche Fälle geeignet, wo das ölhaltige
Abwasser Abwasser von emulgiertem Öl darstellt, da man hier die Vorteile des UF-Verfahrens
in vollem Umfang nutzen kann, wie nachstehend dargelegt.
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1. Derzeitig gibt es kein überzeugendes Verfahren für die Behandlung
von ölhaltigem Abwasser aus emulgiertem Öl. Nach Auffassung der Fachwelt besteht
die einzige Möglichkeit in der Verbrennung der gesamten Menge.
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2. Wenn das Öl nicht in emulgierter Form vorliegt, ist es vorteilhafter,
das Öl unter Ausnutzung des unterschiedlichen spezifischen Gewichts abzutrennen.
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3. Bei nicht in emulgierter Form vorliegendem Öl kann es zur Verstopfung
der UF-Membran mit einem Ölfilm kommen.
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Der Bereich des Öl gehalts in der zu behandelnden Flüssigkeit gemäß
dem Verfahren der Erfindung beträgt etwa 1000 ppm bis etwa 50 Prozent. (Eine direkte
e Aktivkohlebehandlung ist ausreichend für eine verdünnte Lösung von etwa 1000 ppm,
während es vorteilhafter ist, das Abwasser so, wie es ist, zu verbrennen, wenn es
50 Prozent oder mehr verbrennbare Bestandteile enthält.) Die Anwendung der Erfindung
ist jedoch nicht auf den genannten Bereich beschränkt. Das Verfahren der Erfindung
ist besonders geeignet für Abwasser, das einige Prozent bis 10 Prozent Öl oder etwas
darüber enthält.
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Im Fall von ölhaltigem Abwasser ist dieses selbst brennbar, und man
benötigt keine zusätzlichen Brennstoffe, werm es bis auf
eine Konzentration
von etwa 40 Prozent Ölgehalt oder mehr eingedickt wird. Dies ist insbesondere vom
bkonomisohen Stanipunkt aus vorteilhaft.
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Bei Anwendung des Verfahrens der Erfindung sind COD-Werte von etwa
1000 ppm oder darunter und BOD-Werte von etwa 1900 pum oder darunter die bevorzugten
Bereiche zur Verwendung des Filtrats als Kühlwasser oder Rauch-Waschwasser; das
Verfahren der Erfindung ist jedoch nicht auf die genann,ten Bereiche beschränkt.
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Die Beseitigung von ölhaltigen Abwasser, das emulgiertes Öl enthält,
ist aus den nachfolgend genannten Gründen ein schwerliegendes Problem.
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Wenn man große Umstände in Kauf nimmt, ist es möglich, den ölgehalt
(n-Hexanextrakt) auf 5 ppm oder darunter zu senken. flo zugleich des COD ist jedoch
die Aktivkohlefiltration der einzige Weg, um eine Herabsetzung bis auf einige 10
bis einige 100 ppm oder darunter zu erreichen. Neuerdings werden In zahlreichen
Fällen für die Einleitung von Abwässern in natürliche Gewässar 5 ppm oder weniger
n-Hexanextrakt und 20 ppm oder weniger <XH) gefordert, und es ist nahezu unmöglich,
diese Werte nur durch Wasserbehandlungsmethoden zu erreichen. Die Auffassung der
Fachwelt geht vielmehr dahin, daß man eine zufriedensteflende Beseitigung der COD-Elemente
nur durch eine Verbrennung erreichen kann. TatsächLich gibt es eine ganze Reihe
von Fällen, in denen ölhaltige Abwasser, deren Ölgehalt einige Prozent nicht übersteigt,
in ihrer Gesamtheit verbrannt worden sind.
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Ganz allgemein bestehen die nachfolgend angegebenen Verfahren zur
Beseitigung von Abwasser, das eiirulgiertes Öl enthält
A. Verfahren
unter Anwendung von Wasserbehandlungsmethoden (a) Aussalzen, Koagulationsmethode
Nachdem man die Emulsion durch Erhitzen unter Zugabe von Schwe oelsäure, Magnesiumsulfat
oder dergleichen gebrochen hat, wird das Öl unter Ausnutzung seines spezifischen
Gewichts abgetrennt.
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Wahrend man der unteren Wasserschicht ein Koagulationsmittel zusetzt,
wird das verbleibende Öl durch Ausfällung oder Ausschwimmen unter Druck abgetrennt.
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(b) Elektrolytisches Verfahren Die Emulsion wird durch Elektrolyse
zersetzt, und es wird eine Trennung durch Piotieren mittels der durch die Elektrolyse
erzeugten Blasen durchgeführt, oder man wendet die gewöhnliche Koagulatlonsmethode
an.
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(c) Aktivkohle-Filtrationsverfahren Dieses Verfahren ist nicht auf
Abwasser mit hoher Konzentration anwendbar. Demgemäß handelt es sich der Natur nach
um eine Nachbehandlung, zum Beispiel eine Behandlung zur Entfernung von n-Hexanextrakt
und C0D-Elementen, die in der Wasserschicht verbleiben, die der Behandlung gemäß
(a) oder (b) unterworfen worden ist.
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B. Ultrafiltration. Umkehrosmose Selbst wenn Ultrafiltration und Umkehrosmose
durchgeführt werden, kann, wie bereits dargelegt, der COD des Filtrats in einigen
Fällen nicht auf den geforderten Wert herabgesetzt werden.
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Der einzige Weg zur Uberwindung der hiermit verbundenen Schwierigkeiten
bestand bisher darin, daß Filtratwasser der Aktivkohlefiltration zu unterwerfen.
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G, Totalverbrennungsmethode Man verbrennt das gesamte Abwasser unter
Verwendung von Hilft brennstoffen.
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Die vorgenannten Verfahren A bis a besitzen jedoch die nachfolgend
angegebenen Nachteile.
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Mit Bezug auf A: A-(a) 1. In den meisten Fällen wird Schwefelsäure
verwendet, so daß das Verfahren gefährlich ist.
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2. Die Schwefelsäure enthaltende Flüssigkeit wird auf 70 bis 80 o0
erhitzt. Dies ist gefährlich und energie aufwendig.
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3. Die Ergebnisse der Behandlung sind schwankend.
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4. In dem Behandlungswasser verbleiben einige 10 bis einige 100 ppm
n-Hexanextrakt und einige 10 bis einige 100 ppm COD, so daß eine weitere Behandlung
erforderlich ist.
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A-(b) 1. Elektrische Energie ist teuer.
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2. Die Wartung und Überwachung der Elektroden und Tanks stellt eine
schwere Arbeit dar.
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3. Hier gilt das unter A-(a) 4 Gesagte.
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A-(c) 1. Die Kosten sind hoch.
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2. Man benötigt einen Ofen zur Gewinnung von Aktivkohle.
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Darüber hinaus ist es in der Praxis erforderlich, A-(a) oder A-(b)
und A-(c) zu kombinieren, so daß sowohl die Installationsals auch die Betriebskosten
hoch sind.
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Mit-Bezug auf B: Da dieses Verfahren mit der Aktivkohlefiltrationkombiniert
ist, sind die Kosten hoch.
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Mit Bezw auf C: 1. Da die Verdampfung von Wasser bei hoher Temperatur
erfolgt, besteht ein hoher Brennstoffverbrauch.
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2. Aus diesem Grund muß der Ofen groß ausgelegt sein. Da auch die
Abgasmenge groß ist, muß die Anlage als Ganzes großund somit teuer, sellz, Im Gegensatz
hierzu besitzt das Verfahren der Erfindung folgen.
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de Vorteile: 1. Man muß lediglich die Energiekosten für die Umralzpumpe
auS-wenden; die Eindickung erfordert nur wenig Energie.
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2. Da es möglich ist, die Flüssigkeit bis zu einem Grad einzudicken,
bei dem sie nahezu selbstbrennbar ist, benötigt man entweder überhaupt keinen oder
nur sehr wenig Hilfsbrennstoff.
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3. Da überschüssiges Wasser durch Eindicken entfernt wird, kann die
Verbrennungsvorrichtung sehr klein gehalten werden.
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4. Die Abgasmenge ist somit ebenfalls gering.
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5. Da es nicht erforderlich ist, eine Wasserbehandlung, zum Beispiel
eine Aktivkohlefiltration, zur Eliminierung des COD anzuwenden, sind die Kosten
für die COD-Eliminierung aus dem Filtrat nahezu null, so daß sich die Kosten für
die Gesamtbehandlung erheblich herabsetzen lassen.
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6. Es fällt kein Wasser an, so daß die natürlichen Gewässer nicht
belastet werden (das Verfahren kann als geschlossenes System durchgeführt werden).
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Patent ansprüche