DD285769A5

DD285769A5 - Verfahren zur oxydation von schadstoffen in waessern

Info

Publication number: DD285769A5
Application number: DD33045389A
Authority: DD
Inventors: Stefan Grunig; Hans-Joachim Walther; Horst Plate
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1989-07-05
Filing date: 1989-07-05
Publication date: 1991-01-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oxydation von Schadstoffen in Waessern, das zur Reinigung von Ab- und Kreislaufwaessern dient. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dasz Luftsauerstoff mit einem spezifischen Lufteintrag von 15 m3/m3h in einen Reaktor eingefuehrt, von einem Ruehrer-Stator-System mit einem Leistungsbeiwert von 2,5 im turbulenten Stroemungsfeld bei Re-Zahlen von 5103 dispergiert wird und die Reinigung des Wassers bei Normaldruck und Umgebungstemperatur, gegebenenfalls unter Zugabe eines Katalysators, erfolgt. Das Verfahren kann sowohl bei der katalytischen als auch bei der nichtkatalytischen Oxydation mit hohen Abbaugeschwindigkeiten eingesetzt werden, dabei ist eine Reduzierung der Katalysatormenge moeglich. Vorteilhaft ist auch, dasz die Schaumentwicklung ohne Zusatz von Antischaummitteln beherrscht wird. Auszerdem ist der Verschleisz am Ruehrer-Stator-System gering und beeinfluszt das technologische Ergebnis bei Normalbetrieb nicht.{Umweltschutz; Verfahren; Schadstoffe; Oxydation; Abwaesserreinigung; Kreislaufwasserreinigung; Normaldruck; Umgebungstemperatur; Luftsauerstoffeintrag; Katalysator}

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oxydation von Schadstoffen in Wässern und dient der Reinigung von Ab- und Kreislaufwässern.

Charakteristik der bekannten Lösungen

In vielen Industriezweigen fallen Wässer an, die Stoffe mit starkem Reduktlonuvermögen enthalten. Diese müssen sowohl vor Einleitung der Abwässer in eine biologische Reinigungsstufe oder in die Kanalisation bzw. den Vorfluter als auch bei Wiederverwendung des Wassers in Kreisläufen beseitigt werden, um Schäden zu vermeiden. Als Beispiele für solche Schadstoffe seien Sulfid, Cyanld, Mercaptane genannt.

Zur Behandlung solcher Abwässer, die einen oder mehrere dieser Schadstoffe enthalten, wurde eine Vielzahl von Verfahren entwickelt. In der Praxis sind die Vernichtungsverfahren durch Oxydation mit Gasen sehr vei breitet, wobei Luft, Sauerstoff, Chlor usw. eingesetzt werden, um die stark toxischen Stoffe in ungiftfge Verbindungen zu überführen. Die Oxydation mit Luftsauerstoff verläuft langsam. Eine befriedigende Geschwindigkeit kann nur bei entsprechender Temperatur und entsprechendem Druck erreicht werden (Abwassertechnologie, Springer-Verlag 1984). Jedoch tritt bei diesen Reaktionsbedingungen ein sehr hoher Verschleiß am Apparat ein, so daß dieser mit Titanwerkstoff ausgekleidet werden muß, wenn längere Standzeiten zu garantieren sind. Durch den Übergang zur katalytischen Oxydation kann auch bei Normaldruck und Umgebungstemperatur der Sulfidabbau verbessert werden.

In der Patentliteratur werden eine Reihe von geeigneten Katalysatoren wie Bauxit, Eisenoxid, Kohlenstoffpartikel (DE-PS 3209856, SU-PS 277632), Übergangsmetallkatalysator (DE-OS 2334954), Edelmetallkatalysatoren (DE-OS 1546498) und ein Kohlenstoffträger, der in wäßrigen Mineralsäuren anodisch oxidiert und anschließend mit Mo-Vl- und/oder Wolfram-Vl- und/ oder Vanadium-V-Verbindungen dotiert wird (DE-OS 3430484), vorgeschlagen. Jedoch konnten sich in der Praxis hauptsächlich Kohlenstoffpartikol wie z. B. Koks, Aktivkohle und Mn-Salze durchsetzen. Können keine Abfallstoffe als Katalysator eingesetzt werden, so tritt durch die Verwendung des Katalysators eine deutliche Kostenbelastung auf. Für die Oxydation von Sulfid erreichten BALLEY und HUMPHREYS (JSLTC, London (1967], S. 154-172) mit 100mg/l Mn²⁺ Abbauraten von 11 bis 32 mg/min. SCHMIDT et al. (Das Leder, Darmstadt, 1981,5, S. 85-89) setzten für das gleiche System einen Schlaufengenerator ein. Bei der nichtkatalytischen Oxydation wurden Abbauraten von 0,4 mg/min bzw. beim Einsatz von 75mg/l Mn²⁺ als Katalysator 5 mg/min erreicht. Die Behandlung erfordert mehrere Durchlaufe durch den Reaktor, weshalb zusätzlich ein Speicherbecken erforderlich wird. Eine Vorabscheidung grober Bestandteile aus der Flotte, die ein Zusetzen der Düse verhindert, ist außerdem notwendig. Weiterhin werden zur Oxydation Tauchstrahlreaktoren eingesetzt. TAEGER (Das Leder, 1981, S. 210-214) erzielte bei Zugabe von 70mg/l Mn" Abbaugeschwindigkeiten für Sulfid von 3,1 mg/min. Als Nachteil dieser Apparate erweist sich die rasche Abnutzung der Pumpe, da in kalkhaltigen Abwässern Kalksand gebildet wird, der immer wieder durch die Pumpe gezogen wird (GAUGLHOFER, LHM, 1977, S. 184-186). Außerdem müssen Spezialpumpen eingesetzt werden, um die bei der Behandlung entstehenden Schäume effizient fördern zu können (TAEGER, Das Leder, 1981, S.210-214). Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß der ziemlich teure Katalysator verlorengeht (GAUGLHOFER, LHM, 1977, S. 184-186). Durch Zusatz von Chlorkalk als zweites Oxydationsmittel wird nach DD-WP 2972226 der Sulfidabbau beträchtlich intensiviert. Dafür entstehen aber auch zusätzliche Kosten für das zweite Oxydationsmittel.

Der Sulfidabbau kann weiterhin durch große spezifische Lufteinträge verbessert werden. Die Untersuchungen von SCHMIDT et al. (Das Leder, Darmstadt, 1981,5, S. 85-39) ergaben jedoch, daß aus einer Steigerung des Luftdurchsatzes über 10mVm³h im Schlaufenreaktor keine Verbesserung des Sulfidabbaues mehr resultierte. Die sehr starke Erhöhung des Luftdurchsatzes von 50mVm³h auf 175m³/m'h mit Hilfe einer Zusatzbelüftung bewirkte nur einen geringfügigen Anstieg der Sulfidabbaurate bei der nichtkatalytischen Oxydation von 2 auf 3,5mg/min (acta hydrochim. hydrobiol. 16 [1988], 4, S.429-438). Als entscheidender Nachteil dabei kann sich eine starke Schaumbildung erweican, der entweder durch den Zusatz von Antischaummitteln oder einer Rücknahme des Luftdurchsatzes entgegengewirkt werden muß. GAUGLHOFER (Leder- und Häutemarkt, Frankfurt (Main], 29 (1978), S. 184-186) vertritt die Ansicht, daß eine langsamere Belüftung, die nur wenig Energie verbraucht, einer intensiven Belüftung verzuziehen ist.

Mit den bisher bekannten Verfahren können mittels nichtkatalytischer Luftoxydation Abbaugeschwindigkeiten bis zu 4mg/min und bei Einsatz von Katalysatoren bis 33 mg/min erreicht werden, wenn bei Normaldruck und Umgebungstemperatur Sulfide zu oxydieren sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren zur Oxydation von Schadstoffen in Wässern zu entwickeln, das kostengünstiger arbeitet, keinen hohen Verschleiß am Apparat erzeugt und die Schaumbildung bei der Behandlung ohne zusätzliche Mittel beherrscht. Boi der katalytischem Luftoxydation soll die benötigte Katalysatormenge bei hoher Sulfidabbaugeschwindigkeit reduziert werden.

Darlegung des Wesen* der Erfindung

Aufgabe der Erfindung Ist es, ein Verfahren zur Oxydation von Schadstoffen in Wässern mit hoher Abbaugeschwindigkeit zu entwickeln, das sowohl bei der katalytischer! als auch nichtkatalytischen Oxydation eingesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Luftsauerstoff mit einem spezifischen Luf'.eintrag von > 15 m³/m³h in einen Reaktor eingeführt, von einem Rührer-Stator-System mit einem Leistungsbeiwert von > 2,5 im turbulenten Strömungsfeld bei Re-Zahlen von > 5 · 10³ dispergiert wird und die Reinigung des Wassers bei Normaldruck und Umgebungstemperatur, gegebenenfalls unter Zugabe eines Katalysators, erfolgt.

Der hohe spezifische Durchsatz des Gases und seine im Reaktor gewährleistete gute Dispergierung bewirken eine große Grenzfläche Gas/Flüssigkeit. Die dabei gebildeten Blasen unterliegen einer Intensiven Beanspruchung im turbulenten Strömungsfeld und Zirkulationsströmungen im Apparat führen die Gasphpf e wiederholt in den Rührerbereich, was eine effektivere Bildung der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche bewirkt. Damit wird ein sehr intensiver Stoffübergang gewährleistet, der höhere Abbaugeschwindigkeiten garantiert.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß es sowohl bei der katalytischen als auch nichtkatalytischen Oxydationmit hohen Abbaugeschwindigkeiten eingesetzt werden kann. Weiterhin ist eine Reduzierung der Katalysatormenge möglich.

Vorteilhaft Ist auch, daß die Schaumentwicklung ohne Zusatz von Antischaummitteln beherrscht wird. Außerdem ist der Verschleiß am Rührer-Stator-System gering und beeinflußt das technologische Ergebnis bei Normalbetrieb nicht.

Ausführungsbeispiele

1. Ein Abwasser (pH-Wert 13) mit einem S²"-Gehalt von 2750mg/l wurde 30 Minuten in einem 100-l-Reaktor bei einem spezifischen Lufteintrag von 120mVm³h und einer Katalysatorkonzentration 18mg/1 Mn²⁺ behandelt. Das Rührer-Stator-System wies einen Leistungsbeiwert von 3,7 auf und die Re-Zahl betrug 6,3 · 10³. Nach 30 Minuten war der S²~-Gehalt auf 30mg/l abgesunken, was einer Abbaurate von 91 mg/min entspricht.

2. Ein Abwasser (pH-Wert 13) mit einem S²"-Gehalt von 2800mg/l wurde einer Luftoxydation (spezifischer Luftdurchsatz 27m³/m³h) unterzogen. Die Re-Zahl betrug 10⁴ und das Rdhrer-Stator-System hatte einen Leistungsbeiwert von 3,7. Nach 120minütiger Behandlung wurde ein Sulfidgehalt von 550mg/l gemessen, was einer Abbaurate von 19 mg/min entspricht.

Claims

Verfahren zur Oxydation von Schadstoffen in Wässern durch base, dadurch gekennzeichnet, daß Luftsauerstoff mit einem spezifischen Lufteintrag von > 15m³/m³h in einen Reaktor eint eführt, von einem Rührer-Stator-System mit einem Leistungsbeiwert von >2,5 im turbulenten Strömungsfold bei Re-Zahlen von >5 · 10³ dispergiert wird und die Reinigung des Wassers bei Normaldruck und Umgebungstemperatur, gegebenenfalls unter Zugabe eines Katalysators, erfolgt.

Anwendungsgebiet der Erfindung