DD282443A5

DD282443A5 - METHOD FOR THE TOTAL ADSORPTION OF ORGANIC RAW WATER POLLUTION BEFORE FULLY DESOLDERING PLANTS

Info

Publication number: DD282443A5
Application number: DD32777489A
Authority: DD
Inventors: Fredy Kurtzweg
Original assignee: Werk Fernsehelektronik Veb
Priority date: 1989-04-19
Filing date: 1989-04-19
Publication date: 1990-09-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Totaladsorption von organischen Rohwasserverunreinigungen vor Vollentsalzungsanlagen zur vollstaendigen Enteisenung, zur Schwebstoffbeseitigung und Sterilisierung und Entfernung aller organischer Substanzen. Das Verfahren ist geeignet, eine Hochreinigung von Brauchwaessern, Grundwaessern und Oberflaechenwaessern durchzufuehren, um die Voraussetzungen der Wasseraufbereitung fuer eine nachfolgende Vollentsalzung zu schaffen. Wasser in dieser Qualitaet wird in der Halbleiterfertigung und Mikrooptoelektronik benoetigt. Erfindungsgemaesz erfolgt die Totaladsorption der organischen Rohwasserverunreinigungen in drei aufeinanderfolgenden Reaktionsschritten. Entscheidend ist, dasz die Reinigungsstufen fuer ihren aufgeteilten Arbeitsbereich in dem vorgesehenen Adsorptionssaeulentyp optimiert erfolgt. Nach einer Filtration mit Feinkies, wird eine Filtration und Adsorption mit abriebarmer Aktivkohle oder einem neutralen Adsorptionspolymer auf Styrenbasis durchgefuehrt. Hierbei sind jeweils die Fuellungen und Anstroemgeschwindigkeiten optimiert. Abschlieszend erfolgt eine Reinigung des Adsorbates mit antionitischem Adsorptionsharz unter optimalen Bedingungen. Es wird eine hoechste Organstoff-Absenkung erreicht, die analytisch mit der gegenwaertig bekannten Mesztechnik als "nicht nachweisbar" gemessen wird.{Totaladsorption; Rohwasserverunreinigungen; Vollentsalzungsanlagen; Enteisenung; Schwebstoffbeseitigung; Sterilisierung; Wasseraufbereitung; Halbleiterfertigung; Reaktionsschritte; Adsorptionssaeulentyp; Mesztechnik}The invention relates to a method for the total adsorption of organic raw water contaminants before Vollentalzungsanlagen for complete iron removal, for suspended solids and sterilization and removal of all organic substances. The process is suitable to carry out a high-level purification of service waters, groundwaters and surface waters in order to create the conditions for water treatment for subsequent demineralisation. Water of this quality is needed in semiconductor manufacturing and microoptoelectronics. According to the invention, the total adsorption of the organic raw-water impurities takes place in three successive reaction steps. It is crucial that the cleaning stages for their divided work area is optimized in the intended adsorption column type. After filtration with fine gravel, filtration and adsorption with chargeable activated charcoal or a neutral styrene-based adsorption polymer is performed. Here, the fillings and Anstroemgeschwindigkeiten are optimized. Finally, the adsorbate is cleaned with antionitic adsorption resin under optimum conditions. It achieves the highest sinking of the organism, which is analytically measured as "undetectable" by the currently known measuring technique. Raw water contaminants; Full desalination plants; Removal of iron; Schwebstoffbeseitigung; Sterilization; Water treatment; Semiconductor manufacturing; Reaction steps; Adsorptionssaeulentyp; Mesztechnik}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es ist bekannt, Rohwässer, Trinkwässer oder andere Brauchwässer, insbesondere Oberflächenwässer zum Betreiben einer Vollentsalzungsanlage auf lonenaustauschbasis oder durch Umkehrosmose vorzureinigen. Dabei unterscheidet sich der benötigte Aufwand je nach Menge und Struktur der Wasserverunreinigung erheblich. Die Wirkung organischer Verunreinigungen auf lonenaustauschprozesse ist bekannt und sind in den Patentschriften DD 55617, DD 126710, DE-OS 3018086, DE-AS 2332103 und DD 242800 beschrieben.It is known to pre-clean raw water, drinking water or other industrial water, in particular surface water for operating a demineralization system based on ion exchange or by reverse osmosis. The required effort differs considerably depending on the amount and structure of the water contamination. The effect of organic impurities on ion exchange processes is known and described in patents DD 55617, DD 126710, DE-OS 3018086, DE-AS 2332103 and DD 242800.

Des weiteren sind Reinigungsverfahren bekannt, die auf der Basis von Klärbecken, biologischen Belebtschlämmen, Belüftungen, Filtrationen mit Kies und anderen Materialien, mit chemischen oder chemisch-physikalischen Oxidationen, elektrolytischen Behandlungen, mit verschiedenen Flockungsverfahren und mit ein und/oder mehrstufigen Adsorptionsverfahren vorrangig auf der Basis verschiedener Aktivkohlen oder anderer Substrate durchgeführt werden.Furthermore, cleaning methods are known, based on clarifiers, biological activated sludge, aeration, gravel and other material filtration, with chemical or chemical-physical oxidation, electrolytic treatments, with different flocculation methods and with a and / or multi-stage adsorption process primarily on the Basis of various activated carbons or other substrates are performed.

Mit den Höchstanforderungen an reinstem Wasser der Elektronik und der verwandten Industrie wurden Adsorptions-Austauscherharze, vor allem mit poröser Kanalstruktur, eingesetzt. Sie werden meistens auf der Basis von Polystyren-Divinylbenzen hergestellt; die wirksamsten von ihnen mit anionitischen Seitenketten. Dabei treten die gewünschten Adsorptionen für spezifische Substanzgruppen auf, deren Zusammensetzung und Konzentration vor allem in Oberflächenwässern mit Belastungen durch industrielle Abwässer oder durch verschmutzten Regenoder durch landwirtschaftliche Einflüsse sowie durch natürliche Prozesse unvorhersehbar schwanken. Das hat zur Folge, daß der erreichbare Reinigungseffekt an Brauchwasser in Form von Beseitigung organischer Verunreinigungen ebenfalls Schwankungen unterliegt und ständiger, aufwendiger Kontrollen und Analysen bedarf.With the highest requirements of pure water in the electronics and the related industry adsorption exchange resins, above all with porous channel structure, were used. They are mostly made on the basis of polystyrene divinylbenzene; the most effective of them with anionic side chains. The desired adsorptions occur for specific substance groups whose composition and concentration fluctuate unpredictably, especially in surface waters with loads from industrial wastewater or from contaminated rain or agricultural influences, as well as from natural processes. This has the consequence that the achievable cleaning effect of hot water in the form of elimination of organic contaminants is also subject to fluctuations and more constant, consuming controls and analysis needs.

Die Schwierigkeiten bastenen in der Festlegung der Regenerierungstechnologie, dem Regenerierungsaufwand, dem Zeitbedarf hierfür im Verhältnis zum aktiven Betriebszustand sowie der ökonomischen Tragbarkeit des Verfahrens, beispielsweise durch Lebensdauerverkürzungen der teuren Adsorberfüllungen.The difficulties were based on the determination of the regeneration technology, the regeneration effort, the time required for this in relation to the active operating state and the economic portability of the process, for example by shortening the life of the expensive Adsorberfüllungen.

Nach den Patentschriften DD 249248, DD 249703 und DD249191 gehören dazu Adsorptionsharze in hydrophilierter Form, die keine aktiv«. Seitenkette besitzen, aber durch eine enorme innere Oberfläche von mehr als 10OOqm/Gramm ausgezeichnet sind und damit die Aktivkohlen übertreffen.According to the patents DD 249248, DD 249703 and DD249191 include adsorbent resins in hydrophilized form, which are not active. Have side chain, but are characterized by an enormous inner surface of more than 10OOqm / gram and thus exceed the activated carbons.

Des weiteren sind in jüngster Zeit „Inline-Koagulationen" bekannt geworden, bei denen zusätzlich ein Wasserkoagulationsmittel, z.B. auf der Basis von Polymeren-Acrylamid, zugesetzt wird. Alle diese Verfahren erreichen jedoch nicht, daß die organischen Inhaltsstoffe als Restverunreinigung des verwendeten Rohwassers einen nicht mehr nachweisbaren, oxidablen Gehalt bekommen und eine sichere Sterilität garantieren.Furthermore, "in-line coagulations" have recently become known, in which a water coagulant, for example based on polymer-acrylamide, is additionally added, but all these processes do not achieve that the organic constituents do not cause residual contamination of the raw water used get more detectable, oxidizable content and guarantee a safe sterility.

Die beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, daß sie keine Eliminierung sämtlicher organischer Inhaltsstoffe des Wassers erreichen, die außer dem Elektrolytgehalt in wechselnden Mengen vorhanden sind. Von der Vielzahl gelöster, ungelöster oder emulgierter Organstoffe, dem Komplexgebundenen Eisen und anderen Schwermetallen, den Schwebstoffen, Keimen und Algen, Sporen, Daphnien und Bakterien, dem freien Chlor und seinen Reaktionsprodukten mit solchen organischen Inhaltsstoffen werden ja nach dem angewandten Verfahren nur Teile des Verunreinigungsspektrums entfernt. Mit oxidativen oder anderen Analyseverfahren bleiben stets noch organische Verunreinigungen nachweisbar, die einen Einfluß auf den sensorischen Geschmack ausüben können und die bei Umkehrosmosemembranen zum „Fowling" und/oder „Scaling" führen und sich bis auf die Qualität des deionisierten Wassers auswirken. In den Westdeutschen Wasserwerken kann neuerdings die Verunreinigung des Trinkwassers durch Pflanzenschutzmittel und giftige Chlorkohlenwasserstoffe nicht mehr beseitigt werden.The described processes have the disadvantage that they do not achieve elimination of all organic constituents of the water, which are present in varying amounts in addition to the electrolyte content. Of the large number of dissolved, undissolved or emulsified organic substances, the complexed iron and other heavy metals, the suspended matter, germs and algae, spores, daphnia and bacteria, the free chlorine and its reaction products with such organic ingredients are so according to the method used only parts of the impurity spectrum away. With oxidative or other analytical methods, organic contaminants that can exert an influence on the sensory taste and that lead to "fowling" and / or "scaling" in reverse osmosis membranes and still affect the quality of the deionized water are still detectable. In the West German waterworks, the contamination of drinking water by pesticides and toxic chlorinated hydrocarbons can no longer be eliminated.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Höchstreinigung von Brauch-, Grund- und Oberflächenwässern zu entwickeln, um diese in nachfolgenden Vollentsalzungsanlagen aufbereiten zu können.The aim of the invention is to develop a process for the maximum purification of industrial, ground and surface waters in order to be able to process them in subsequent demineralization plants.

Das Verfahren soll mit geringem Aufwand realisierbar sein sowie wartungsarm und wenig störanfällig sein. Als Verfahren zur Trinkwassergewinnung ist es unter den Bedingungen einer Umweltverseuchung einsetzbar, wenn normale Aufbereitungen versagen.The process should be feasible with little effort and be low maintenance and little prone to interference. As a process for the production of drinking water it can be used under the conditions of an environmental contamination, if normal reprocessing fails.

-2- 282 443 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 282 443 Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, alle Wasserverunreinigungen zu entfernen, die bei nachfolgenden Prozessen die Endqualität des deionisierten Wassers negativ beeinflussen; insbesondere sind komplexgebundene Eisen- u, a.The object of the invention was to remove all water contaminants that adversely affect the final quality of the deionized water in subsequent processes; In particular complexed iron u, a.

Schwermetallverbindungen, gelöste und ungelöste und emulgierte organische Stoffe, Schwebstoffe und Bakterien zu entfernen, so daß mit gegenwärtigen analytischen Meßverfahren keine restlichen Verunreinigungen nachgewiesen werden können.Heavy metal compounds, dissolved and undissolved and emulsified organic matter, suspended solids and bacteria to remove, so that no residual impurities can be detected with current analytical measurement methods.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Totaladsorption der organischen Rohwasserverunreinigungen, also ihre außergewöhnliche vollständige Entfernung aus dem Rohwasser, vor dessen Eingang in nachgeschaltete Vollentsalzungsanlagen, in drei aufeinanderfolgenden Reaktionsschritten erfolgt.According to the invention, the object is achieved in that the total adsorption of the organic raw water contaminants, so their extraordinary complete removal from the raw water, before it enters into downstream demineralization, takes place in three successive reaction steps.

Als erster Teilschritt wird eine optimale Filtration des ausreichend vorbelüfteten Grund- oder Oberflächenwassers von Trinkwasser oder Brauchwasserqualität mittels Feinkies kleiner als 1 mm in einem geschlossenen Filterkiesdruckapparat durchgeführt.As a first step, an optimal filtration of the sufficiently pre-aerated groundwater or surface water of drinking water or service water quality by means of fine gravel less than 1 mm is performed in a closed filter gravel pressure apparatus.

Dabei muß der gelöste oder in Säure lösliche Eisen- und Mangangehalt auf „nicht nachweisbar" in der chemischen Analytik gebracht werden, obwohl Aufkonzentrierungen in den nachfolgenden Stufen immer noch geringe Restgehalte z.B. von Eisen anzeigen, die analytisch sonst unzugänglich sind. Die Standzeit nachgeschalteter Kontrollfilter mit 0,45 μηι Porenweite muß bei dem Prozeß um einen relativen Faktor von 10-50fach oder ggf. noch weiter erhöht werden. Die Entfernung der Eisenionen ist unumgänglich notwendig, weil diese als starke Komplexbildner und Carrier, also Durchträger für Organstoffe fungieren. Das würde, zusammen mit zu hohem Schwebstoff-Restgehalt, die nachfolgenden Stufenadsorptionen behindern und/oder ihre notwendige Regenerierbarkeit einschränken.In this case, the dissolved or acid-soluble iron and manganese content must be brought to "undetectable" in the chemical analysis, although concentrations in the subsequent stages still indicate low residual levels, for example, of iron, which are otherwise analytically inaccessible 0.45 μηι pore size must be increased in the process by a relative factor of 10-50fach or possibly even further.The removal of the iron ions is inevitably necessary because they act as strong complexing agents and carriers, thus the carrier for organic substances. together with excessive residual suspended matter, hinder the subsequent stage adsorptions and / or limit their necessary regenerability.

Das erklärt die erfindungsgemäße Notwendigkeit der Feinkiesfiltration an der ersten Stelle der Rohwassser-Aufbereitungskette.This explains the need for fine gravel filtration according to the invention at the first point of the raw water treatment chain.

Bei der Regeneration des Kiesbettes im Wochen- bzw. Monatsabstand ist ölfreie und steril filtrierte Druckluft einzusetzen.When regenerating the gravel bed at weekly or monthly intervals, use oil-free and sterile filtered compressed air.

Nur zur Erstbehandlung neuer Kiesfüllungen soll eine 3%ige Perhydrol-Lösung eingesetzt werden. Eventuelle Chlorungen oder Ozonungen müsson nach der Stufe I erfolgen, um den natürlichen Bakterienrasen auf der Quarzoberfläche sich entwickeln zu lassen, zu erhalten und dio Filtratschärfe voll ansteigen zu lassen.Only for the initial treatment of new gravel fillings should a 3% perhydrol solution be used. Any chlorination or ozonation must be carried out after Stage I in order to allow the natural bacterial lawn on the surface of the quartz to develop, to maintain and to fully increase filtrate sharpness.

Als zweiter Teilschritt wird eine optimierte Filtration und Adsorption des vorherigen Feinkiesf il trates an einer abriebarmen Aktivkohle oder an einem neutralen, nicht ionogenen, hydrophilierten Adsorberpolymer z. B. auf der Basis von Poly-Styren-Divinylbenzen im geschlossenen Druckapparat durchgeführt.As a second step, an optimized filtration and adsorption of the previous Feinkiesf il trates on a low abrasion charcoal or on a neutral, non-ionic, hydrophilic adsorber polymer z. B. carried out on the basis of poly-styrene-divinylbenzene in a closed pressure apparatus.

Hierbei sind die optimalen Anströmgeschwindigkeiten 2-4m/h bei Füllhöhen zwischen 0,75-1,5m, so daß eine analytisch maximale Organstoff-Absenkung auftritt, kein oder nur geringer mechanischer Materialabrieb auftritt und der innere Freibord der Apparatefüllung mindestens 30%, besser 50% beträgt. In diesem Aufbereitungsprozeß werden vorrangig organische Neutralstoffe eliminiert, wie sie in Oberflächenwasser auftreten und durch industrielle und/oder landwirtschaftliche Belastungen enthalten sind, sowie auch Reaktionsprodukte von Chlorungen oder Ozonungen von Grundwasser/Brunnenwasser, sowie reste freien Chlors oder Ozons. Alle diese genannten Produkte schädigen und/oder beeinträchtigen ohne ihre erfindungsgemäß abgestufte Eliminierung die nachfolgende Feinadsorptionsstufe III. Dabei dient der zur jahrelangen Regenerierung im Wochenbis Monate-Zyklus ohnehin notwendige Freibord gleichzeitig als Verweilzeit-Reaktionsraum.Here are the optimal flow velocities 2-4m / h at filling heights between 0.75-1.5m, so that an analytically maximum reduction of the organic matter occurs, no or little mechanical abrasion material occurs and the inner freeboard of the apparatus filling at least 30%, better 50 % is. In this treatment process, organic neutral substances are primarily eliminated, as they occur in surface water and are contained by industrial and / or agricultural pressures, as well as reaction products of chlorination or ozonation of groundwater / well water, as well as residues of free chlorine or ozone. All of these mentioned products damage and / or impair the subsequent fine adsorption stage III without their graded elimination according to the invention. At the same time, the freeboard, which is required anyway for years of regeneration in the weekly to monthly cycle, serves as residence time reaction space at the same time.

Dieser Teilschritt Il macht so zwingend seine zweite Stufenfolge erklärlich und soll mit einem Faktor größer als 5 die Standzeit eines 0,45pm-porenweiten Kontrollfilters erhöhen.This sub-step II makes it imperative to explain its second step sequence and increase the service life of a 0.45 pm pore-wide control filter with a factor greater than 5.

Die noch schwerer zu bindenden und schwer zu desorbierenden, negativ geladenen Polyelektrolyte in kolloider, sowie in Schwebstoff-Form werden auch bei Eisenfreiheit des vorauf bereiteten Wassers in diesem neutralen Adsorber nur unvollständig eliminiert. Das betrifft z. B. Huminsäuren und ihre Metallkomplexe.The even more difficult to bind and difficult to desorb, negatively charged polyelectrolytes in colloid, as well as in suspended solids form are only partially eliminated even in the absence of iron of the previously prepared water in this neutral adsorber. This concerns z. B. humic acids and their metal complexes.

Abschließend erfolgt der III. Reinigungsschritt des entstandenen Adsorbates durch optimierte Filtration und Adsorption an einem anionitischen Adsorptionsharz auf Basis von mikroporösem, Styren-Divinylbenzen-Kopolymerisates mit einer aminischen Seitenkette mit Salzsäure aktivierter Form in einem geschlossenen Druckapparat.Finally, the III. Purification step of the resulting adsorbate by optimized filtration and adsorption on an anionic adsorption resin based on microporous, styrene-divinylbenzene Kopolymerisates with an amine side chain with hydrochloric acid activated form in a closed pressure apparatus.

Die optimalen Einsatzparameter sind die gleichen wie in Stufe II. Durch die erfindungsgemäße Abstimmung der Reinigungsfolge des ursprünglichen Rohwassers werden die verbliebenen Huminsäuren bzw. ihre äußerst stabilen Schwermetallkomplexe, insbesondere Eisenhuminat, so vollständig abgeschieden, daß die Restorganstoff-Gehalte „Null" oder „nicht nachweisbar" gemessen werden können und eine optimale, jahrelange Regenerierbarkeit des Adsorbers ähnlich einer neuwertigen Füllung gegeben ist, auch mit einer Perhydrol-Nachbehandlung. Die gleichzeitige Absenkung der ohnehin nur noch geringen Restschwebstoffgehalte ergibt so niedrige Meßwerte an einem 0,45pm Kontrollfilter, daß keine exakten Tagesmessungen mehr möglich sind.The optimal use parameters are the same as in step II. By tuning the cleaning sequence of the original raw water according to the invention, the remaining humic acids or their extremely stable heavy metal complexes, in particular iron humate, so completely deposited that the residual organine levels "zero" or "undetectable "can be measured and an optimal, long-term regenerability of the adsorber is given similar to a mint filling, even with a perhydrol after-treatment. The simultaneous lowering of the already low residual content of suspended matter results in such low values on a 0.45 pm control filter that exact daily measurements are no longer possible.

Es wurden erstmalig und reproduzierbar Analysenwerte „Null" bzw. „nicht nachweisbar" gemessen, und zwar bei den Meßverfahren:For the first time and reproducibly, analytical values of "zero" or "undetectable" were measured, namely in the measuring methods:

UV 254nm; CSV/Mn; CSV/Cr; gesamt Fe; gesamt Mn; kuppelbare Stoffe; Kolloidindex; neue Polarographische Na-Dodecylsulfonat-Methode; sowie Biologisches/Keimzahlen und der Geschmsckstest. In der nocht nicht erfolgten Entsalzung der erfindungsgemäßen Wasservorreinigung kann man bereits eine höhere Organstoffentfernung erreichen, als z. B. im fertigen Deionat einer konventionellen, dem Stand der Technik entsprechenden Umkehrosmoseanlage zur Fertigung von Halbleitern erzeugt wird. Erfindungsgemäß kann ein steriles Wasser erhalten werden, was dadurch ermöglicht wird, daß anfängliche Verkeimungen puffernd bte zur nächsten Vollregenerierung für Wochen bis Monate gespeichert werden und dann bei Regenerierungen mittels verdünnter Perhydrol-Lösung eine erneute, langfristige Sterilisierung erfolgt, und zwar ohne Schädigung der Adsorberstufen.UV 254nm; CSV / Mn; CSV / Cr; total Fe; total Mn; detachable fabrics; Colloid index; new polarographic Na dodecyl sulfonate method; as well as biological / germ count and the Geschmsckstest. In the still unsalted desalination of water pre-cleaning according to the invention you can already reach a higher removal of the organic matter than z. B. is produced in the finished deionized a conventional, the prior art reverse osmosis system for the production of semiconductors. Sterile water can be obtained in accordance with the present invention by allowing initial bacterial accumulations to be buffered for the next full regeneration for weeks to months and then regenerated by dilute perhydrol solution for renewed long term sterilization without damaging the adsorber stages.

Erfindungsgemäß ist damit die Aufgabe gelöst, das Eingangswasser einer Vollentsalzungsanlage auf den derzeit am niedrigsten bekannten Restgehalt an Organstoffen und Schwebstoffen zu bringen und für Wochen bis Monate wartungsarm steril zu halten.According to the invention, the object is achieved to bring the input water of a demineralizer on the currently lowest known residual content of organics and suspended solids and keep sterile for weeks to months maintenance.

Damit stößt die Qualität des daraus erhaltenen Deionats in eine neue Dimension vor, die weitgehend vom Standort der Anlage bzw. iher Versorgung unabhängig ist.As a result, the quality of the resulting deionized material is entering a new dimension that is largely independent of the location of the plant or its supply.

Es können keine Verblockungen der kostenintensiven Umkehrosmose-Module mehr auftreten.It can no longer occur blockages of costly reverse osmosis modules.

Die Qualität des Deionats läßt z. B. in einer Halbleiterproduktion kaum noch einen Ausbeuteverlust zu, ordnungsgemäße Rohrleitungsspülungen vorausgesetzt, und ermöglicht so wissenschaftlich-rationale und echt technologische Ausfalluntersuchungen, die bisher durch diffuse Verunreinigungen unüberschaubar und daher kaum zu bekämpfen waren.The quality of the deionized z. B. in a semiconductor production hardly a loss of yield, proper pipe flushing provided, and thus allows scientific-rational and truly technological failure investigations, which were previously unmanageable by diffuse impurities and therefore difficult to combat.

-3- 282 443 Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.-3- 282 443 Embodiment The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments.

Embodiment 1

Ein belüftetes und noch ausreichend gelösten Sauerstoff-haltiges, gechlortes Stadtwasser mit Restchlor, aus Grund- und Oberflächenwasser produziert, Eisen- und Schwebstoffhaltig mit einem Kolloidindex 4-5, soll für Umkehrosmose-Anlagen aufbereitet werden.A ventilated and still sufficiently dissolved oxygen-containing, chlorinated city water with residual chlorine, produced from groundwater and surface water, containing iron and suspended matter with a colloid index 4-5, is to be treated for reverse osmosis systems.

Zur Durchführung der ersten Reinigungsstufe wird ein innengummierter Druckbehälter mit unteren 0,3mm breiten Schlitzdüsen, dessen Durchmesser für 5m/h Anströmgeschwindigkeit berechnet ist, dessen innere Höhe 2 m beträgt. Der Behälter wird 1,5m mit gespültem Feinkies gefüllt, der folgende Kieseigenschaften besitzt: 1 mm Versiebung und Hauptfraktion 0,45mm.To carry out the first purification step, an internally gummed pressure vessel with lower 0.3 mm wide slotted nozzles, whose diameter is calculated for 5m / h flow velocity, the inner height is 2 m. The container is filled 1.5 m with purged fine gravel, which has the following Kieseigenschaften: 1 mm sieving and main fraction 0.45 mm.

Die Feinanteile werden im Steigstrom entsprechend den Vorversuchen in einer kleinen Testsäule mit z. B. 8% Anteil herausgespült, bis ein gleichmäßiger turbulenzfreier Aufstrom sichtbar wird. Dabei ist das Rohrleitungsmaterial auf der Filtratseite aus Plast. Nach dem Einfahren ist ein Regenerierungsmaterial auf der Filtratseite aus Plast. Nach dem Einfahren ist ein Regenerierungsabstand von 2-4 Monaten vorzusehen.The fines are in the riser according to the preliminary tests in a small test column with z. B. 8% portion rinsed out until a uniform turbulence-free upcurrent is visible. The pipe material on the filtrate side is made of plastic. After retraction, a regeneration material on the filtrate side is plastic. After retraction, provide a regeneration interval of 2-4 months.

Die zweite Reinigungsstufe erfolgt mit einem innengummierten Druckbehälter mit unteren und oberen 0,3mm breiten Schlitzdüsen, dessen Durchmessser für 2 m/h Anströmgeschwindigkeit berechnet ist, der eine innere Höhe von 1,5 m besitzt und der 0,75 m hoch mit gespülter abriebarmer Wasserreinigungskohle gefüllt ist. Dabei sollten die Zuleitungen ebenfalls aus Plastwerkstoff bestehen. Bei Kohleabrieb ist zusätzlich eine Nachfiltration z. B. mit Glasfaserfilterpapier von 1 μιτι Faserstärke durchzuführen. Die Regenerierung sollte im Abstand von 2-4 Monaten erfolgen. Die Kohle mit Nachfiltration kann gegen ein neutrales Adsorberpolymer ausgetauscht werden, wodurch die Anströmgeschwindigkeit auf 4m/!i erhöht werden kann. Die dritte Reinigungsstufe erfolgt dann abschließend in einem innengummierten Druckbehälter mit unteren und oberen 0,3mm breiten Schlitzdüsen, dessen Durchmesser für 4m/h Anströmgeschwindigkeit berechnet ist, der eine innere Höhe von 3,0m besitzt und der bis zur Hälfte mit einem anionitischen hochporösen Adsorptionsharz z. B. auf Basis von Styren-Divinylbenzen mit einer Seitenkette aus Tetramethylammonium gefüllt ist, wobei das Harz mit Salzsäure aktiviert wird. Die Rohrleitungen sollten aus Plastwerkstoff bestehen und Regenerierungsanschlüsse für Salzlösungen, Laugen, Säuren, verdünnten alkoholischen Lösungen und ölfreier steriler Druckluft besitzen. Der Regenerierungsabstand sollte 2-5 Monate betragen.The second stage of treatment is carried out with an internally rubberized pressure vessel with lower and upper 0.3 mm wide slotted nozzles, whose diameter is calculated for 2 m / h flow velocity, which has an inner height of 1.5 m and 0.75 m high with flushed abriebarmer water purification coal is filled. The supply lines should also be made of plastic material. In Kohleabrieb is an additional filtration z. B. with glass fiber filter paper of 1 μιτι fiber strength. Regeneration should be done every 2-4 months. The post-filtration coal can be replaced with a neutral adsorbent polymer, which can increase the flow rate to 4m / l. The third purification step then takes place finally in an internally rubberized pressure vessel with lower and upper 0.3 mm wide slot nozzles whose diameter is calculated for 4m / h Anströmgeschwindigkeit, which has an inner height of 3.0m and up to half with an anionic highly porous adsorption z , B. based on styrene divinylbenzene with a side chain of tetramethylammonium, wherein the resin is activated with hydrochloric acid. The piping should be made of plastic material and have regeneration connections for saline solutions, alkalis, acids, dilute alcoholic solutions and oil-free sterile compressed air. The regeneration interval should be 2-5 months.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Es soll ein Brauchwasser aus industriell und biologisch belastetem z. B. aus Kieselalgen-haltigem Flußwasser hergestellt werden. Die Aufbereitung erfolgt durch Eisenflockung, Kiesfiltration und mittels Anthrazitkohle, sowie hohem Hypochlordzusatz. Es soll ein Kolloidindex kleiner als 3 erreicht werden und das aufbereitete Wasser für Umkehrosmoseanlagen einsetzbar sein. Gemäß der Erfindung erfolgt die Reinigung in 3 Stufen. Zur Durchführung der ersten Reinigungsstufe wird ein innengummierter Druckbehälter mit unteren 0,3mm breiten Schlitzdüsen verwendet, dessen Durchmesser für 2 m/h Anströmgeschwindigkeit berechnet ist, der eine innere Höhe von 2,0m besitzt und der 1,5m hoch mit gespültem Feinkies gefüllt ist. Die Kieseigenschaften sind analog wie im Ausführungsbeispiel 1It is a service water from industrial and biologically contaminated z. B. made of diatomaceous river water. The treatment takes place by iron flocculation, gravel filtration and by means of anthracite coal, as well as high hypochlorite addition. A colloid index of less than 3 is to be achieved and the treated water can be used for reverse osmosis plants. According to the invention, the purification is carried out in 3 stages. To carry out the first cleaning step, an internally rubberised pressure vessel with lower 0.3 mm wide slot nozzles is used, whose diameter is calculated for 2 m / h flow velocity, which has an inner height of 2.0 m and which is 1.5 m high filled with purged fine gravel. The Kieseigenschaften are analogous to the embodiment 1

Weitere Bedingungen sind: Other conditions are:

- Das Filtratrohrleitungsmaterial muß Plast sein.- The filtrate tubing material must be plastic.

- Die Regenerierungsabstände nach dem Einfahren sind je nach Jahreszeit und analytischen Untersuchungen des Filtrats sowie nach Schwankungen der Flußwasserqualität 1 Woche-2 Monate zu wählen.- The regeneration intervals after retraction are to be selected according to the season and analytical investigations of the filtrate and for variations in the river water quality 1 week-2 months.

Eine eventuelle Kontrollfiltration ist mit 1 pm Glasfaserfilterpapier durchzuführen.Any control filtration shall be carried out with 1 μm glass fiber filter paper.

Die zweite Reinigungsstufe erfolgt mit einem innengummierten Druckbehälter mit unteren und oberen 0,3mm breiten Schlitzdüsen, dessen Durchmesser für 4m/h Anströmgeschwindigkeit berechnet ist, der eine innere Höhe von 3,0m besitzt und der bis zur Hälfte mit neutralen Adsorberpolymeren hoher Porosität gefüllt ist, die aus Styren-Divinylbenzen polymerisiert und hydrophiliert wurden. Die Regenerierung ist in Abständen von 1 bis 4 Monaten mit Salzlösungen, Laugen, Säuren, verdünnten alkoholischen Lösungen bzw. warmen Lösungen bis 45°C vorzunehmen. Dabei sollten Rohrleitungen aus Plast bestehen und mit entsprechenden Regenerierungsanschlüssen versehen sein.The second stage of purification is carried out with an internally rubberized pressure vessel with lower and upper 0.3 mm wide slot nozzles, the diameter of which is calculated for a flow velocity of 4 m / h, which has an inner height of 3.0 m and is filled up to half with neutral adsorber polymers of high porosity, which were polymerized from styrene-divinylbenzene and hydrophilized. Regeneration must be carried out at intervals of 1 to 4 months with saline solutions, alkalis, acids, dilute alcoholic solutions or warm solutions up to 45 ° C. In this case, pipelines should be made of plastic and be provided with appropriate regeneration connections.

Die dritte Reinigungsstufe erfolgt analog der beschriebenen Lösung im Ausführungsbeispiel 1.The third purification step takes place analogously to the solution described in the exemplary embodiment 1.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Brauchwasser, das als industriell, landwirtschaftlich und biologisch unbelastetes Quellwasser, das eisenfrei, organstoffarm in Trinkwasserqualität austritt, kann bei vorliegender, jahreszeitlicher Qualitätsstabilität auch ohne Kiesfilter und Kontrollfiltration in nur zwei Stufen aufbereitet werden.Industrial water, which as an industrial, agricultural and biologically untreated spring water that exits iron-free, low in organics in drinking water quality, can also be treated without gravel filter and control filtration in just two stages, given the seasonal quality stability.

Damit entfällt die erfindungsgemäß vorgeschlagene erste Reinigungsstufe.This eliminates the invention proposed first cleaning stage.

Die Reinigung beginnt in einem innengummierten Druckbehälter mit unteron und oberen 0,3mm breiten Schlitzdüsen, desser.Cleaning starts in an internally rubberized pressure vessel with lower and upper 0.3 mm wide slot nozzles.

Durchmesser für 8m/h Anströmgeschwindigkeit berechnet ist, der eine innere Höhe von 1,5m besitzt und der bis zur Hälfte nii neutralen Adsorberpolymeren hoher Porosität, das aus Styren-Divinylbenzen polymerisiert und hydrophyliert wurde, gefüllt ist.Diameter for 8 m / h inflow velocity, which has an internal height of 1.5 m and which is filled up to half nii neutral adsorber polymers of high porosity polymerized and hydrophylated from styrene divinylbenzene.

Die Regenerierung soll alle 2-6 Monate mittels Salzlösungen, Laugen, Säuren, warmen Lösungen bis 45⁰C sowie ölfreie und sterilfiltrierte Druckluft erfolgen.The regeneration should take place every 2-6 months using saline solutions, alkalis, acids, warm solutions up to 45 ⁰ C as well as oil-free and sterile-filtered compressed air.

Die nachfolgende Reinigung erfolgt dann in einem innengummierten Druckbehälter mit unteren und oberen 0,3mm breiten Schlitzdüsen, dessen Durchmesser für 8m/h Anströmgeschwindigkeit berechnet ist, der eine innere Höhe von 3,0m besitzt und zur Hälfte mit anionitischen, hochporösen Adsorptionsharz z. B. auf Basis von Styren-Divinylbenzen mit einer Seitenkette auj Tetramethylammonium, salzsauer aktiviert, gefüllt ist.The subsequent cleaning is then carried out in an internally rubberized pressure vessel with lower and upper 0.3 mm wide slot nozzles, whose diameter is calculated for 8m / h Anströmgeschwindigkeit, which has an inner height of 3.0m and half with anionic, highly porous adsorption resin z. B. on the basis of styrene-divinylbenzene with a side chain auj tetramethylammonium, salt-activated, is filled.

Die Regenerierung soll im Abstand von 3-6 Monaten erfolgen. Dazu sind Regenerierungsanschlüsse für Salzlösungen, Laugen, Säuren, verdünnten alkoholischen Lösungen und für ölfreie sterile Druckluft vorzusehen.The regeneration should take place at intervals of 3-6 months. For this purpose, regeneration connections should be provided for salt solutions, lyes, acids, dilute alcoholic solutions and for oil-free sterile compressed air.

Für die aufgeführten Ausführungsbeispiele 1-3 ist entscheidend, daß jede dieser drei Adsorptionsstufen einen partikelwirksamen Filtrationsnebeneffekt hat, also von Stufe zu Stufe den Kolloidindex bei 0,45μΓη Membranfiltern des aufbereitet abfließenden Wassers verbessert.For the exemplary embodiments 1 to 3 it is crucial that each of these three adsorption stages has a particle-effective filtration side effect, ie, improves the colloid index at 0.45 μm membrane filters of the treated effluent from stage to stage.

Des weiteren ist entscheidend, daß jede der drei Reinigungsstufen für ihren aufgeteilten Arbeitsbereich optimiert sein muß, also für den jeweiligen Anwendungsfall und nach der Art der vorhandenen Wasserverunreinigungen bzw. der höchsten, im Wechsel der Jahreszeit auftretenden und der perspektivischen Verunreinigungen ausgelegt sein muß.Furthermore, it is crucial that each of the three purification stages must be optimized for their divided work area, so for the particular application and the nature of the existing water contaminants or the highest, occurring in the change of season and the perspective impurities must be designed.

Hierfür müssen Reserven vorhanden sein und für jeden Anwendungsfall auch optimale Vorbereitungsspülungen, Einfahrspülungen und Regenerierspülungen vorgenommen werden.For this purpose, reserves must be available and for each application also optimal preparatory rinses, Einfahrspülungen and Regenerierspülungen be made.

Zum Wesen der Erfindung gehört auch, daß die nachfolgend genannte Reihenfolge des Adsorptionssäulen/Typs eingehalten werden muß, um die höchsten Organstoff-Absenkungen zu erreichen und nach den Regenierungen zu erhalten und damit in analytische Bereiche vorzustoßen, die an der Grenze der gegenwärtig üblichen Meßtechnik liegen.It is also part of the essence of the invention that the following sequence of adsorption columns / type must be adhered to in order to achieve the highest organic substance reductions and to obtain after the regenerations and thus to advance into analytical ranges which are at the limit of the currently customary measuring technique ,

Embodiment 4

Grundwasser, das xJurch industrielle und/oder landwirtschaftliche Umweltschädigung so mit Chlorkohlenwasserstoffen und/ oder Schwermetall-Crganokomplexen verseucht ist, das es mit den üblichen Verfahren nicht mehr die Trinkwasserqualität erreicht, kann erfindungsgemäß folgendermaßen aufbereitet werden:Groundwater which is contaminated by industrial and / or agricultural environmental damage with chlorinated hydrocarbons and / or heavy metal-crgano complexes so that it no longer reaches the quality of drinking water by the customary processes, can be prepared according to the invention as follows:

1. Das letzte der in den Wasserwerken vorhandenen Kiesfilter wird mit dem beschriebenen Feinkies von 0,45 mm Hauptfraktion mindestens 1 m hoch gefüllt und nur noch mit max. 2 m/h angeströmt, bis das Wasser analytisch eisenfrei ist.1. The last of the existing in the water works gravel filter is filled with the described fine gravel of 0.45 mm main fraction at least 1 m high and only with max. 2 m / h, until the water is analytically iron-free.

Oa s Kiesfiltrat wird ozoniert.Oa s gravel filtrate is ozonated.

2. Die nachfolgende Hochreinigung und Ozon-Zehrung erfolgt in einem innengummierten Druckbehälter mit unteren und oberen 0,3mm breiten Schlitzdüsen, dessen Durchmesser für 8m/h Anströmgeschwindigkeit berechnet ist, der eine innere Höhe von 3,0mm besitzt und zur Hälfte mit einem Gemisch aus neutralem Adsorberpolymer und solchem mit anionitischer Seitenkette gefüllt ist und nach der Salz-Alkali-Säure-Regenerierung mit aufsteigender Druckluft vermischt wird. Die Investitionskosten und die Regeneriermittelkosten müssen gegen die Ferntransportkosten guten Trinkwassers aus schwindenden Reinregionen aufgerechnet werden.2. The subsequent high-purification and ozone consumption is carried out in an internally rubberized pressure vessel with lower and upper 0.3 mm wide slot nozzles, the diameter of which is calculated for 8m / h flow velocity, which has an inner height of 3.0mm and half with a mixture of neutral adsorbent polymer and such is filled with anionic side chain and is mixed after the salt-alkali-acid regeneration with rising compressed air. The investment costs and the costs of the regeneration must be offset against the long-distance transport costs of good drinking water from dwindling clean regions.

Claims

Method for the total adsorption of organic raw water contaminants before demineralization plants preferably for complete iron removal, to eliminate suspended matter and sterilization and removal of all organic substances, characterized in that the high purification of the aerated raw water is separated in three successive reaction steps, wherein first an optimal fine gravel filtration takes place, then a neutral , non-ionic optimized adsorption by special activated carbon or by organic hydrophilized adsorber polymers and then completed in an anionic polymer adsorber conditioner under optimized conditions of the purification complex.

Field of application of the invention

The invention relates to a process for the high purification of industrial water, groundwater and surface waters in order to further process them in subsequent demineralization plants used in micro-optics and semiconductor manufacturing.