DD255721A1

DD255721A1 - COMPACT ADSORBER FOR WASTEWATER CLEANING AND PLASTIC RECOVERY

Info

Publication number: DD255721A1
Application number: DD29603586A
Authority: DD
Inventors: Rolf Schubert; Lothar Horn; Manfred Beer; Matthias Suess; Werner Preuss
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1986-11-07
Publication date: 1988-04-13

Abstract

Die Vorrichtung eignet sich zur Abtrennung von Wert- und Schadstoffen aus galvanischen und aehnlichen Prozess- und Abwaessern mittels geeigneten Sorptions- und Filtermitteln. Vertikale Leitbleche in ihrem Inneren quer zur Hauptstroemungsrichtung, als alternierende Ueber- und Unterlaufwehre ausgebildet, verleihen der Sorptionsvorrichtung die Charakteristik einer Saeule. In Form und Groesse variabel und adaptionsfaehig ist der Kompaktadsorber fuer den Einsatz im Spuelbad praedestiniert und in Kapazitaet und Betriebsweise auf das Betriebsregime einer Galvanik in weiten Grenzen einstellbar. Das Regenerieren der Sorbenzien kann bei einem Einsatz im Spuelbad badin- oder -extern erfolgen. Fuer die bevorzugte externe zentrale Regenerierung besitzt die kassettenartige Vorrichtung gute Stapel- und Transporteigenschaften.The device is suitable for the separation of valuable substances and pollutants from galvanic and similar process and effluents by means of suitable sorption and filter media. Vertical baffles in their interior transverse to the Hauptstroemungsrichtung, designed as alternating over- and underflow weirs, give the sorption the characteristic of a Saeule. The compact adsorber can be preset in size and adaptability for use in a flushing bath and can be set in terms of capacity and mode of operation to the operating regime of a galvanic plant within wide limits. The regeneration of the sorbents can be carried out bath-in or -extern when used in the flushing bath. For the preferred external central regeneration, the cartridge-like device has good stacking and transport properties.

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtrennung gelöster Wert- und/oder Schadstoffe aus Prozeß-, Spül- und Abwässern auf der Grundlage des lonenaustauschs. Sie eignet sich besonders zur Rückgewinnung von Schwermetallen aus Spül- und Abwässern galvanischer Betriebe.The invention relates to a device for the separation of dissolved value and / or pollutants from process, rinsing and waste water on the basis of the ion exchange. It is particularly suitable for the recovery of heavy metals from rinsing and waste water from galvanic plants.

Characteristic of the known technical solutions

Nicht zuletzt die ständig wachsende Bedeutung des Umweltschutzes und der Nutzung sekundärer Rohstoffquellen haben eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Abtrennung einzelner oder mehrerer Stoffe, insbesondere einfacher und komplex gebundener Metallionen aus galvanischen und anderen' Prozeß- und Abwässern hervorgebracht. Diese bedienen sich der Fällung, der Verdampfung, der Extraktion, der Elektrolyse, der Elektrodialyse, der Umkehrosmose und des ionenaustauschs (z. B.Not least the ever increasing importance of environmental protection and the use of secondary sources of raw materials have spawned a variety of methods and devices for the separation of single or multiple substances, in particular simple and complex bonded metal ions from galvanic and other 'process and waste water. These use precipitation, evaporation, extraction, electrolysis, electrodialysis, reverse osmosis and ion exchange (eg.

Kammel und Lieber, „Möglichkeiten zur Behandlung galvanischer Abwässer unter Vermeidung von Sonderabfällen", Galvanotechnik 68 [1971] 1 bis 69 [1978] 8).Kammel and Lieber, "Possibilities for treating galvanic wastewater while avoiding special waste", Galvanotechnik 68 [1971] 1 to 69 [1978] 8).

Aus unterschiedlichen technischen und technologischen Gründen hat sich der Ionenaustausch als allein oder in Kombination mit einer der oben genannten Methoden angewandtes Verfahren behauptet (DE 27 24724).For various technical and technological reasons, ion exchange has been claimed to be used alone or in combination with one of the methods mentioned above (DE 27 24724).

Für die industrielle Applikation der Ionenaustauscher werden verschiedenartige Vorrichtungen und Betriebsweisen beschrieben.For the industrial application of ion exchangers various devices and modes of operation are described.

Dabei dominiert die Säulentechnik aufgrund ihrer guten Betriebseigenschaften und ihrer Funktionssicherheit (Mallon, Ch. und Richter, M., „Moderne lonenaustauschverfahren", Zfl-Mitteilungen 86 [1984]).The column technique dominates because of its good operating characteristics and its functional reliability (Mallon, Ch. And Richter, M., "Modern Ion Exchange Methods", Zfl-Mitteilungen 86 [1984]).

Auch die beiden sich abzeichnenden Entwicklungsrichtungen des lonenaustauschereinsatzes zur Prozeß- und Abwasserbehandlung in der galvanischen Industrie, die Anwendung von Kurzsäulen mit automatisch ablaufenden Kurzzeitzyklen der Beladung und Regenerierung („ECO-TEC-" Verfahren, Galvano- Organo-Traitements de Surface, Febr.Also, the two emerging development directions of the ion exchange use for process and wastewater treatment in the galvanic industry, the use of short columns with automatically running short-term cycles of loading and regeneration ("ECO-TEC" method, Galvano Organo-Traitements de Surface, Febr.

1981/513) und die Kassettentechnik —gleich in welcher speziellen Ausführung (DT-OS 2602232; DT-OS 2716953) halten beim Beladen und Regenerieren des Austauscherharzes am Säulenprinzip fest.1981/513) and the cassette technology - same in which special design (DT-OS 2602232; DT-OS 2716953) hold during loading and regeneration of the exchange resin on the column principle.

Die mobilen und leicht austauschbaren Kassetten sind vorteilhaft für ein Dienstleistungssystem zur Entsorgung vor allem kleinerThe mobile and easily replaceable cartridges are advantageous for a service system for disposal especially smaller

und älterer Galvanikbetriebe mit zentraler Regenerierung und Regeneratweiterverarbeitung. _; and older electroplating plants with central regeneration and reclaiming. _;

Alle bekannten Vorrichtungen besitzen jedoch den Nachteil, daß sie einen in vielen, insbesondere älteren Galvanikbetrieben, nicht realisierbaren Platzbedarf haben. Außerdem sind sie durch die erforderliche BMSR-Technik, Rohrleitungen und Armaturen relativ aufwendig und dadurch in Verbindung mit den zu behandelnden aggressiven Medien störanfällig.However, all known devices have the disadvantage that they have in many, especially older electroplating plants, unrealizable space requirements. In addition, they are relatively expensive due to the required BMSR technology, pipelines and fittings and thus susceptible to interference in connection with the aggressive media to be treated.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist eine einfache, vielseitig einsetzbare, ökonomisch arbeitende Sorptionsvorrichtung, mit der nicht nur Schadstoffe aus Abwässern entfernt werden, sondern vor allem gelöste Wertstoffe aus Prozeß- und Abwässern günstig zurückgewonnen werden können.The aim of the invention is a simple, versatile, economically operating sorption, with which not only pollutants are removed from wastewater, but above all dissolved recyclables can be recovered from process and effluent low.

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Explanation of the essence of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die im weiteren als Kompaktadsorber bezeichnet wird, besteht aus einem in Form und Größe den technischen Bedingungen anpaßbaren, vorzugsweise quaderförmigen Behälter mit Flüssigkeitsein- und austrittsöffnungen, der mit regenerierbaren Sorbenzien gefüllt und dadurch gekennzeichnet ist, daß in seinem Inneren vertikale Strömungsleitbleche quer zur Hauptdurchflußrichtung — im einfachsten Fall Über- und Unterlaufwehre in alternierender Folge — angeordnet sind.The device according to the invention, which is hereinafter referred to as Kompaktadsorber, consists of a shape and size the technical conditions adaptable, preferably cuboid container with liquid inlet and outlet openings, which is filled with regenerable sorbents and characterized in that in its interior vertical Strömungsleitbleche transverse zur Hauptdurchflußrichtung - in the simplest case overflow and underflow weirs in an alternating sequence - are arranged.

Überraschenderweise werden mit dieser Vorrichtung sowohl hinsichtlich der Sorptionskinetik als auch in der Ausnutzung der Harzkapazität die gleichen Werte wie mit einer äquivalenten konventionellen lonenaustauschersäule erzielt. Dabei ist hervorzuheben, daß das unabhängig von der Lage der Vorrichtung erreicht wird.Surprisingly, the same values are achieved with this device both in terms of sorption kinetics and in the utilization of the resin capacity as with an equivalent conventional ion exchange column. It should be emphasized that this is achieved regardless of the position of the device.

Werden die Wehröffnungen mit perforiertem Material wie z. B. Siebgewebe gegen hydraulischen Harztransport versperrt, dann können die so entstandenen Zellen auch mit unterschiedlichen Sorbenzien gefüllt werden.If the weir openings with perforated material such. B. screen mesh blocked against hydraulic resin transport, then the resulting cells can also be filled with different sorbents.

Bei einer Betriebsunterbrechung hat diese Anordnung bei gleicher Betriebsweise im Vergleich zu den konventionellen Wirbeloder Schwebebettsäiflen den Vorteil, daß keine totale Rückvermischung auftritt.In an interruption of operation, this arrangement has the same operating mode compared to the conventional fluid or Schwebebettsäiflen the advantage that no total backmixing occurs.

Das Befüllen der Vorrichtung mit Ionenaustauscher erfolgt bei freien Zellenübergängen durch Einschwemmen über die Anschlußstutzen (Flüssigkeitsein- und -austrittsöffnungen). Im Falle abgesperrter Zellen sind verschließbare Öffnungen vorzugsweise an der Behälteroberseite, die gleichzeitig der Entlüftung und bei Ausführung der Verschlüsse aus transparentem Material der Sichtkontrolle der Harzbeladung dienen, vorgesehen.The device is filled with an ion exchanger at free cell transitions by flooding over the connecting piece (liquid inlet and outlet openings). In the case of sealed cells, closable openings are preferably provided on the container top which simultaneously serve for venting and, when the closures are made of transparent material, for visual inspection of the resin loading.

Im Bereich der Ein- und Austrittsöffnungen kann die Vorrichtung mit auswechselbaren Einschüben ausgerüstet sein, die Flüssigkeitsverteiiereinrichtungen oder/und aktive Filtermittel zum Schutz des Austauscherharzes gegen Verschmutzung und Vergiftung durch organische Badzusätze oder eine Feinreinigungsstufe enthalten.In the area of the inlet and outlet openings, the device may be equipped with interchangeable inserts containing Flüssigkeitsverteiiereinrichtungen and / or active filter means for protecting the exchange resin against contamination and poisoning by organic bath additives or a fine cleaning stage.

An den Behälteraußenseiten sind in den Schwerpunktachsen Zapfen angebracht, die sowohl zur Bewegung des Behälters um diese Achsen als auch als Anschlagbolzen für den Transport der Vorrichtung mittels Hebezeug oder als Stapelhilfsmittel dienen. Ein Schwenken der Vorrichtung um die quer zur Hauptdurchflußrichtung liegende horizontale Schwerpunktachse intensiviert den Elutionsprozeß.On the container outer sides pins are mounted in the gravity axes, which serve both to move the container about these axes and as a stop pin for the transport of the device by means of lifting equipment or as a stacking aid. Pivoting the device about the transverse horizontal axis of gravity to the main flow intensifies the elution process.

Die zu reinigende Flüssigkeit wird mittels einer geeigneten Pumpe durch die Vorrichtung gefördert. Im Fall des Einsatzes der Vorrichtung im zu reinigenden Medium, z. B. im Spülbehälter eines galvanischen Betriebes, können durch Verwendung einer Tauchpumpe oder durch Installation einer Umwälzpumpe in der Sorptionsvorrichtung selbst, Schlauch- oder Rohrleitungen auf ein Minimum reduziert oder sogar völlig vermieden werden. Dadurch werden u.a. Leckverluste verringert oder völlig vermieden.The liquid to be purified is conveyed through the device by means of a suitable pump. In the case of using the device in the medium to be cleaned, for. B. in the washing compartment of a galvanic operation can be reduced by using a submersible pump or by installing a circulating pump in the sorption itself, hose or pipes to a minimum or even completely avoided. This will u.a. Leakage losses reduced or completely avoided.

Der Flüssigkeitsaustritt aus der Vorrichtung kann in Düsenform ausgeführt werden, wodurch infolge verbesserter Badumwälzung der Spül- und auch der lonenaustauschvorgang intensiviert werden.The liquid discharge from the device can be carried out in a nozzle shape, whereby the rinsing and also the ion exchange process are intensified as a result of improved bath circulation.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat im Vergleich zu den bekannten Lösungen eine Reihe von Vorteilen: neben den bereits genannten der „gefalteten" Säule (Kompaktheit, Lageunabhängigkeit) sind das die Einfachheit der Ausführung und die Mobilität der Vorrichtung. Nicht nur die Variabilität der äußeren Gestalt und der Abmessungen, sondern auch die Anzahl und die Anordnung der Strömungsleitbleche und damit die Veränderung der Säulenlänge und des hydraulischen Querschnitts sind wesentliche Faktoren der multivalenten Einsetzbarkeit und der Optimierbarkeit der Vorrichtung.The device according to the invention has a number of advantages compared with the known solutions: in addition to the already mentioned "folded" column (compactness, position independence), this is the simplicity of the design and the mobility of the device Dimensions, but also the number and arrangement of the flow baffles and thus the change of the column length and the hydraulic cross section are essential factors of multivalent applicability and the optimizability of the device.

Als weitere Vorteile sind die Einschubtechnologie mit Flüssigkeitsverteilungs-, Harzschutz- und Feinreinigungsfunktion und die Einsetzbarkeit der Vorrichtung im Behälter der zu reinigenden Flüssigkeit zu nennen.Other advantages include the slide-in technology with liquid distribution, resin protection and fine cleaning function and the applicability of the device in the container to be cleaned liquid.

Zur optimalen Lösung spezifischer Anforderungen können zwei oder mehrere Behälter hintereinander geschaltet werden, die gegebenenfalls mit unterschiedlichen Adsorbern gefüllt sind.For optimal solution of specific requirements, two or more containers can be connected in series, which are optionally filled with different adsorbers.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Figur zeigt die schematische Darstellung einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The figure shows the schematic representation of an embodiment of the device according to the invention.

Die Vorrichtung besteht aus einem Behälter 1, der durch Unter- 2 und Überlaufwehre 3 in acht Zellen unterteilt wird. An den Stirnseiten befinden sich eine Eingangszelle 4 und eine mit Pumpenanschluß 6 versehene Ausgangszelle 5, die auswechselbare Einschübe mit aktiven Filtermitteln enthalten. Die Zellenübergänge sind mit Sperrsieben 7 gegen hydraulischen Harztransport gesichert. Jede Zelle Verfügt über einen separaten Füllstutzen, der mit einem transparenten Verschluß 8 zur optischen Kontrolle der Harzbeladung versehen ist. Der Verschluß 8 enthält außerdem eine Entlüftungsschraube 9. Die Zapfen 10 an den Seiten der Vorrichtung dienen als Anschlagbolzen für den Transport per Hebezeug, als Schwenklager zur Unterstützung des Elutionsprozesses und als Stapelhilfe.The device consists of a container 1, which is subdivided by sub 2 and overflow weirs 3 into eight cells. At the end faces are an input cell 4 and provided with pump port 6 output cell 5, the interchangeable inserts containing active filter means. The cell junctions are secured with barrier sieves 7 against hydraulic resin transport. Each cell has a separate filler neck, which is provided with a transparent closure 8 for optical control of the resin loading. The closure 8 also includes a vent screw 9. The pins 10 on the sides of the device serve as stop bolts for transport by hoist, as a pivot bearing to support the elution process and as a stacking aid.

Die Vorrichtung wurde zur Schwermetallabscheidung in dem einem Nickelsulfat-Elektrolytbad (Cn = 70g · Γ¹) folgenden 4001-Standspüler der Trommelstraße eines Galvanikbetriebes eingesetzt.The apparatus was used for heavy metal deposition in the 4001 dishwasher of the drum train of a galvanic plant following a nickel sulphate electrolyte bath (Cn = 70 g × ¹ ).

Mit einem Adsorberinhalt von 951 „Wofatit KPS" konnte eine Standzeit von einer Woche bis zur Erschöpfung der Harzkapazität erzielt werden. In diesem Zeitraum wurden 70 Trommeln mit einem durchschnittlichen Ausschleppvolumen von 1,01 durchgesetzt. Bei einer Beladungsgeschwindigkeit von 30m · h"¹ konnte die Nickelkonzentration im Spülbad mit geringen Schwankungen um einen Mittelwert von 0,1 g · Γ¹ bis zur Harzsättigung konstant gehalten werden. Die erreichte Sättigungskonzentration des „Wofatit KPS" — in der /H⁺/-Form eingesetzt — betrug etwa 1,0 Mol Nickel pro kg Harz und entsprach der Gleichgewichtskonzentration des durch Protonenaustausch angesäuerten Spülwassers.With a Adsorberinhalt of 951 "Wofatite KPS" a lifetime of one week could be achieved until exhaustion of the resin capacity. In this period, 70 drums were enforced with an average Ausschleppvolumen of 1.01. At a loading rate of 30 m · h ^"1 was the Nickel concentration in the rinsing bath with small fluctuations to an average of 0.1 g · Γ ¹ are kept constant until the resin saturation. The achieved saturation concentration of "Wofatit KPS" - used in the / H ⁺ / -form - was about 1.0 mole of nickel per kg of resin and corresponded to the equilibrium concentration of the acidified by proton exchange rinse water.

Zur vollständigen Regenierung des Harzes war die 2,5fache Menge an 4 N Schwefelsäure, bezogen auf das Harzvolumen, erforderlich. Das Eluat besaß die Konzentration des Elektrolytbades.For complete regeneration of the resin was 2.5 times the amount of 4 N sulfuric acid, based on the volume of resin required. The eluate had the concentration of the electrolyte bath.

Claims

Invention claim:

1. A device for separating dissolved pollutants and recyclables from process and effluents, preferably heavy metals from galvanic rinsing water based on the ion exchange, consisting of a mobile container, which is provided with liquid inlet and outlet openings and filled with one or more regenerable sorbents , characterized in that the preferably cuboid container is divided in its interior by vertical partitions transversely to the Hauptdurchflußrichtung with alternating overflow and underflow weir into interconnected cells.

2. Device according to item 1, characterized in that the cell transitions through perforated material, such as. B. screen mesh are blocked against hydraulic resin transport.

3. Device according to item 1, characterized in that each cell has an opening in the container wall, preferably in the container top, provided with closures and bleed screws possesses.

4. Device according to item 1, characterized in that on the outer sides of the container in the gravity axes pins are mounted for transport and storage.

5. The device according to item 1, characterized in that are additionally switched by interchangeable inserts in the liquid inlet and outlet cell liquid distributor and active filter means.

6. The device according to item 1, characterized in that the liquid outlet is formed from the device as nozzles.