AT393632B - Verfahren zum abtrennen von verunreinigungen aus abgasen sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

AT 393 632 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtrennen von Verunreinigungen aus Abgasen, insbesondere von Schwermetallen beim thermischen Verarbeiten von schwermetallhaltigen Abfällen, wie z. B. Schlämmen, Stäuben, Schlacken o. dgl., zur Einbindung in Klinker bzw. Ziegel, mit wenigstens einem Filter, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Für die Abtrennung von Verunreinigungen, insbesondere von Schadstoffen aus Abgasen, ist es bekanntgeworden, Filter unterschiedlicher Zusammensetzung zu verwenden. Insbesondere bei Abgasen, welche unter hoher Temperatur anfallen, lassen sich gebräuchliche Filtermaterialien nicht uneingeschränkt verwenden. Beschickungen aus anorganischen körnigen Substanzen, wie beispielsweise Kalziumcarbonat, Magnesiumcarbonat oder Kalziumoxid, wurden dazu eingesetzt, Schadstoffe chemisch abzubinden, wobei in der Folge Substanzen gebildet wurden, welche selbst nicht unmittelbar weiter verwendet werden konnten und zumeist verhaldet werden mußten. Mit Rücksicht auf die in derartigen Filtermaterialien enthaltenen Schadstoffe mußten die erhaltenen beladenen Filtermaterialien auf Sonderdeponien gelagert werden.

Die Verwendung von Aktivkohle bringt prinzipiell den Vorteil mit sich, daß das Filtermaterial zur Vermeidung größerer Mengen an Deponiegut, welches nur in Sonderdeponien deponiert werden kann, verbrannt werden kann, wobei allerdings ein Großteil der adsorbierten Schadstoffe neuerlich freigesetzt wird. Darüberhinaus bringen Aktivkohlefilter die Gefahr mit sich, daß sie beim Betrieb bei hohen Temperaturen zu brennen beginnen und eine Regenerierung von Aktivkohlefiltem ist auf Grund der inhärenten Feuergefahr gleichfalls mit einer Reihe von Schwierigkeiten verbunden.

Insbesondere bei der Aufarbeitung von Hafenschlämmen oder Galvanikschlämmen, für welche bereits vorgeschlagen wurde, diese dem Ausgangsmaterial einer Klinker- bzw. Ziegelherstellung beizumengen, sind einfache und effiziente Filter für die Reinigung der Abgase des Brennofens bisher nicht bekanntgeworden.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem auch bei Verwendung derartiger einen hohen Anteil an Schwermetallen enthaltenden Ausgangsmaterialien und damit bei Abgasen bzw. Rauchgasen mit hohem Schwermetallanteil eine sichere Abtrennung derartiger Verunreinigungen bzw. derartiger Schadstoffe gelingt. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen darin, daß die Abgase über wenigstens zwei gesonderte Filter geführt werden, daß die Filter mit anorganischen Sorbentien bzw. Kationenaustauschern, wie z. B. Zeolithen, beschickt werden und das beladene Filtermaterial abgezogen wird. Dadurch, daß anorganische Sorbentien bzw. Kationenaustauscher eingesetzt werden, wird zum einen ein hochtemperaturbeständiges Material eingesetzt, welches auch bei einer Regenerierung nicht zur Brandgefahr neigt. Derartige anorganische Sorbentien, welche gleichzeitig Ionenaustauscher-Eigenschaften aufweisen, sind in der Lage auch hohe Anteile von Schwermetallen bzw. Schwermetallverbindungen im Abgas zu binden, wobei allerdings leicht flüchtige Schwermetalle, wie beispielsweise Quecksilber, mit einem einzigen derartigen Filter nicht ohne weiteres zurückgehalten werden können, wenn die Gefahr eines Verbackens des Filtermaterials durch Kondensation von ebenfalls in den Abgasen enthaltenem Wasser vermieden weiden soll. Eine sichere Abscheidung von Quecksilber bei gleichzeitig hinreichender hoher Standzeit des Filters, ohne daß die Filterdurchtrittswiderstände für das Abgas in unzulässigerweise ansteigen, läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß ein erster Filter bei Temperaturen über dem Taupunkt betrieben wird und daß an einen derartigen ersten Filter durch welchen Quecksilber in hohem Maße hindurchtreten kann, ein Kondensator angeschlossen ist

In besonders vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß das Filtermaterial kontinuierlich im Gegenstrom zu den Abgasen zugeführt und abgezogen wird. Auf diese Weise läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren über lange Zeiträume in quasi stationärem Zustand im Gleichgewicht führen und es wird unmittelbar ein Filtermaterial, welches mit Schadstoffen bzw. Verunreinigungen kontaminiert ist, für die weitere Aufarbeitung zur Verfügung gestellt. Der kontinuierliche Abzug sowie die kontinuierliche Zuführung gelingt besonders leicht, wenn das Filtermaterial als körnige Schüttung eingesetzt wird.

Zur sicheren Abtrennung von Quecksilberund anderen leicht flüchtigen Schadstoffen aus den schwermetall-haltigen Abfällen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Verfahren so geführt wird, daß ehe Abgase zwischen aufeinanderfolgenden Filtern über einen Kondensator zur Abscheidung von H2O und Hg geführt werden. Ein derartiger Kondensator kann in konventioneller Weise als Kühler ein» Destillationseinrichtung ausgebildet sein, wobei für die Abscheidung von Quecksilber auch das unmittelbare Einspeisen bzw. Eindüsen von Wasser verwendet werden kann. Die Abscheidung von Quecksüber erfolgt in einem derartigen Kondensator bzw. Kühler mit Rücksicht auf die in den Abgasen, insbesondere dann, wenn es sich um Verbrennungsabgase handelt, enthaltenen Wasseranteile in einer Weise, daß das abgeschiedene Quecksilber von flüssigem Wasser überschichtet ist Ein neuerliches Abdampfen von Quecksilber wird auf diese Weise verhindert, so daß eine sichere Abtrennung von Quecksilber gelingt Um aber gegebenenfalls noch im den Kondensator verlassenden Abgas enthaltene Spuren von Quecksilber sicher abzutrennen, wird mit Vorteil so voigegangen, daß in wenigstens einem dem Kondensator im Strömungsweg nachgeschalteten Filter mit Ag- und/oder Hg-Salzen dotierte Sorbentien, insbesondere Zeolithe, eingesetzt werden. Prinzipiell können in einem nicht dotierten Zeolithfilter zumeist bis zu 50 % der enthaltenen Quecksilberdämpfe bzw. Quecksilberverbindungen gebunden werden. Durch die Dotierung mit Silber-und/oder Quecksilbersalzen gelingt eine Abbmdung von metallischem Quecksilber über Charge-Transferkomplexe, wodurch eine nahezu quantitative Abtrennung gelingt und die zulässigen Grenzwerte für Quecksilber, welche üblicherweise bei 0,05 mg/nr* angesetzt werden, deutlich unterschritten werden. -2-

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Mit Silbersalzen dotierte Sorbentien bzw. Zeolithe können in einfacher Weise durch Aufschlämmen oder Übeibrausen mit Abwässern der Photoindustrie hergestellt werden.

Das entsprechend mit Schadstoffen bzw. Schwermetallen oder anderen Verunreinigungen beladene Material, welches im Gegenstrom zum Abgas abgezogen werden kann, wird mit Vorteil einer Mischeinrichtung für das Ausgangsmaterial einer Ziegel- oder Klinkerherstellung rückgeführt. Insbesondere in Kombination mit einem Brennofen für das Brennen von Ziegeln oder Klinkern gelingt es auf die Art und Weise die beim Brennen nicht abgebundenen Schwermetalle nahezu quantitativ im Kreislauf zu führen, wobei derartige anorganische Sorbentien, insbesondere Zeolithe, ohne weiteres als Zuschläge mit Ziegeln oder Klinkern mitgebrannt werden können und die Gefahr der Auswaschung derartiger Schwermetalle oder Schwermetallveibindungen, aus den Endprodukten weiter herabsetzen.

Um einen störungsfreien Betrieb über längere Zeit aufrechterhalten zu können und die Ausbildung quasi stationärer Gleichgewichte zu ermöglichen, muß vor allen Dingen dafür Sorge getragen werden, daß die Filterdurchlässigkeit über die Zeit nicht wesentlichen Änderungen unterliegt. Dies gelingt in einfacher Weise dann, wenn, wie bereits oben erwähnt, der erste in Strömungsrichtung des Abgases angeordnete Filter bei Temperaturen über dem Taupunkt betrieben wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß in den Abgasen, insbesondere Verbrennungsabgasen enthaltenes Wasser, erst im nachgeschalteten Kondensator abgeschieden wird und dort wiederum eine Flüssigkeitssperre gegen neuerliches Verdampfen von abgeschiedenem Quecksilber bildet

Aus den bereits oben erwähnten Gründen ist dem Kondensator zur Vervollständigung der Abtrennung von metallischem Quecksilber ein weiterer Filter nachgeschaltet und gemäß der Erfindung wird dieser weitere dem Kondensator nachgeschaltete Filter mit Vorteil bei Temperaturen unter 80 °C, vorzugsweise 30 bis 50 °C betrieben. Durch den vorangehenden Kondensator wird eine wesentliche Abkühlung der Abgase erzielt und der Betrieb eines mit Silber- oder Quecksilbersalzen dotierten Zeolithfilters bei diesen Temperaturen ermöglicht eine deuüich bessere Abtrennung nicht nur des Quecksilbers, sondern auch anderer verbleibender Verunreinigungen durch Adsorption soweit diese Verunreinigungen nicht durch Ionenaustausch äbgebunden werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht im wesentlichen darin, daß wenigstens zwei Filter im Strömungsweg der Abgase hintereinander angeordnet sind, daß die Filter anorganische Sorbentien bzw. Kationenaustauscher, insbesondere Zeolithe, in körniger Schüttung enthalten und daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Filtern ein Kondensator zur Abscheidung von Wasser und Hg angeordnet ist Die erfindungsgemäße Hintereinanderschaltung von wenigstens zwei Filtern mit den genannten anorganischen Sorbentien bzw. Kationenaustauschern sowie die Zwischenschaltung eines Kondensators zur Abscheidung von Wasser und Quecksilber ermöglicht die gewünschte Verfahrensführung bei der Schwermetalle und insbesondere auch metallisches Quecksilber sicher äbgetrennt werden können. Die Ausbildung ist hiebei mit Vorteil so getroffen, daß an den Kondensator eine Schleuse, insbesondere ein Ablaßventil, für Hg angeschlossen ist, wodurch ein einfaches Austragen des jeweils kondensierten Quecksilbers gelingt, wobei mit Vorteil der im Strömungsweg letzte Filter mit Ag- und/oder Hg-Salzen dotiert ist, um auch noch geringe Spuren von im Gas mitgerissenem Quecksilber sicher abtrennen zu können. Eine konstruktiv einfache Ausbildung eines Filters für eine kontinuierliche Verfahrensweise besteht hiebei darin, daß wenigstens der erste Filter als Wanderbettfilter ausgebildet ist, wobei für die Rückführung des beladenen Filtermaterials, dann, wenn Abgase eines Brennofens einer Ziegel- oder Klinkerherstellung gereinigt werden sollen, die Ausbildung mit Vorteil so getroffen ist, daß an wenigstens einen Filter eine Abzugs- und Fördereinrichtung für den Transport des beladenen Filtermaterials zu einer Mischein-richtung für die Herstellung eines zu Klinkern oder Ziegeln brennbaren Gemisches angeschlossen ist Ein Großteil der Schadstoffe kann auf diese Weise im Kreislauf geführt werden, so daß die Umweltbelastung wesentlich herabgesetzt wird. Für die Herstellung von Mischungen, welche zu Klinkern oder Ziegeln gebrannt werden können, ist es erforderlich, wäßrige Aufschlämmungen herzustellen und da im Kondensator mit dem kondensierenden Wasser auch eine Reihe von wasserlöslichen Schadstoffen, insbesondere Chloride sowie Schwefelverbin-dungen, ausgetragen weiden können, ist es von Vorteil auch ein derartiges mit Schadstoffen belastetes Wasser im Kreislauf zu führen und innerhalb des Verfahrens zu verarbeiten. Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Einrichtung mit Vorteil so weiter gebildet, daß die Schleuse bzw. das Ablaßventil des Kondensators, gegebenenfalls nach einer Ausschleusung des Hg, über eine Leitung mit der Mischvorrichtung verbunden ist

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher »läutert.

In der Figur ist mit (1) eine Zuführungsleitung für die aus einer thermischen Verarbeitung von schwermetall-haltigen Abfällen, insbesondere Schlämmen, Stäuben oder Schlacken, stammenden Abgase zu einem mit anorganischen Sorbentien befüllten Wanderbettfilter (2) dargestellt. In den Wanderbettfilter (2) wird kontinuierlich über Leitung (3) frisches, getrocknetes Sorptionsmaterial zugeführt und gleichzeitig werden über Leitung (4) gleiche Mengen von mit Schwermetall beladenem Sorptionsmaterial abgezogen. Als Sorptionsmaterial wird in dem Wanderbettfilter (2) vorzugsweise ein Zeolith eingesetzt, da dieser neben einer großen spezifischen Oberfläche auch Kationenaustauschereigenschaften aufweist. Die im Gegenstrom zu dem Filtermaterial durch den Wanderbettfilter (2) strömenden Abgase werden nach dem Durchgang durch den Filter (2) über Leitung (5) einem Kondensator (6) zugeführt. In dem nach Art eines konventionellen Kühlers betriebenen Kondensator (6) werden nun die Abgase auf Temperaturen unter dem Taupunkt des Wassers abgekühlt und auf diese Weise in dem -3-

Claims (15)

1. AT 393 632 B Gasstrom enthaltenes Wasser sowie Dämpfe von leicht flüchtigen Metallen, wie Quecksilber, zur Kondensation gebracht. Der Kondensator (6) wird hiebei im Gegenstrom mit einer Wasserkühlung betrieben, welche in der Zeichnung schematisch mit (7) angedeutet ist. Über eine Abzugsleitung (8) im Boden des Kondensators (6) werden die kondensierten Flüssigkeiten, insbesondere mit Wasser überschichtetes Quecksilber, aus dem Kondensator (6) ausgetragen und in einer als Dreiweg-Ablaßventil (9) ausgebildeten Schleuse das Quecksilber von dem mit Anionen verunreinigtem Wasser abgetrennt Das Quecksilber wird hiebei über Leitung (10) ausgetragen und gesammelt und das mit Anionen verunreinigte Wasser wird über Leitung (11) einer Mischeinrichtung (12) zugeführt, in welcher die Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Ziegeln bzw. Klinkern vermischt werden. Der aus dem Kondensator (6) austretende gekühlte Gasstrom, welcher gegebenenfalls noch Reste von Dämpfen flüchtiger Schwermetalle, insbesondere Quecksilberdämpfe, enthält, wird über Leitung (13) einem weiteren, mit anorganischen Sorbentien befüllten Filter (14) zugeführt Der zweite Filter (14) ist hiebei wiederum als Wanderbettfilter ausgebildet, wobei das Filtermaterial abweichend von jenem des osten Wanderbettfilters (2) mit Silber- und/oder Quecksilbersalzen dotiert ist, um auf diese Weise eine höhere Sorptionsfähigkeit für Quecksilber zu besitzen. Der Wanderbettfilter (14) wird hiebei über Leitung (15) kontinuierlich mit frischem, dotiertem Filtermaterial, insbesondere Zeolith, beschickt und gebrauchtes, mit Schwermetallen beladenes Filtermaterial wird über Leitung (16) aus dem Filter ausgetragen und ebenso wie das mit Schwermetallen beladene Filtermaterial aus dem Wanderbettfilter (2) dem Mischer (12) zugeführt. Die in dem Mischer (12) gebildete Ausgangsmischung für die Ziegel- oder iüinkerherstellung wird über Leitung (17) einer entsprechenden Ziegel- bzw. Klinkerherstellung zugeführt. Die den zweiten Wanderbettfdter (14) auf über Leitung (18) verlassenden gereinigten Abgase können in der Folge ohne Bedenken in die Atmosphäre abgelassen werden, da sowohl der Gehalt an Quecksilber als auch jener an anderen in den Abgasstrom enthaltenen Schwermetallen bzw. anionischen Substanzen derartig gering ist, daß diese Werte weit unter den zulässigen Grenzwerten liegen. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Abtrennen von Verunreinigungen aus Abgasen, insbesondere von Schwermetallen beim thermischen Verarbeiten von schwermetallhaltigen Abfällen, wie insbesondere Schlämmen, Stäuben oder Schlacken, zur Einbindung in Klinker bzw. Ziegel, mit wenigstens einem Filter, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase über wenigstens zwei gesonderte Filter geführt werden, daß die Filter mit anorganischen Sorbentien bzw. Kationenaustauschern, wie vorzugsweise Zeolithen, beschickt werden und das beladene Filtermaterial abgezogen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial kontinuierlich im Gegenstrom zu den Abgasen zugeführt und abgezogen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial als körnige Schüttung eingesetzt wird.
4. 4. Verfahren nach Ansprach 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase zwischen aufeinanderfolgenden Filtern über einen Kondensator zur Abscheidung von H2O und Hg geführt weiden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem dem Kondensator im Strömungsweg nachgeschalteten Filter mit Ag- und/oder Hg-Salzen dotierte Sorbentien, insbesondere Zeolithe, eingesetzt werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Ag-Salzen dotierten Sorbentien durch Aufschlämmen oder Überbrausen mit Abwässern der Photoindustrie hergestellt werden.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das im Gegenstrom zum Abgas geförderte und abgezogene Filtermaterial einer Mischeinrichtung für das Ausgangsmaterial einer Ziegeloder Klinkerherstellung rückgeführt wird,
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste in Strömungsrichtung des Abgases angeordnete Filter bei Temperaturen über dem Taupunkt betrieben wird. -4- AT 393 632 B
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Kondensator nachgeschaltete Filter bei Temperaturen unter 80 °C, vorzugsweise 30 bis 50 °C betrieben wird.
10. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Filter (2), (14) im Strömungsweg der Abgase hintereinander angeordnet sind, daß die Filter (2), (14) anorganische Sorbentien bzw. Kationenaustauscher, insbesondere Zeolithe, in körniger Schüttung enthalten und daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Filtern (2), (14) ein Kondensator (6) zur Abscheidung von Wasser und Hg angeordnet ist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kondensator (6) eine Schleuse, insbesondere ein Ablaßventil (9), für Hg angeschlossen ist
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der im Strömungsweg letzte Filter (14) mit Ag- und/oder Hg-Salzen dotiert ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 10,11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der erste Filter (2) als Wanderbettfilter ausgebildet ist
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einen Filter (2), (14) eine Abzugs- und Fördereinrichtung (4), (16) für den Transport des beladenen Filtermaterials zu einer Mischeinrichtung (12) für die Herstellung eines zu Klinkern oder Ziegeln brennbaren Gemisches angeschlossen ist.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuse bzw. das Ablaßventil (9) des Kondensators (6), gegebenenfalls nach einer Ausschleusung des Hg, über eine Leitung (11) mit der Mischvorrichtung (12) verbunden ist Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5-