DD291540A5 - METHOD FOR REMOVING INORGANIC CONTAMINATION FROM FLUIDS - Google Patents
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- C02F1/283—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using coal, charred products, or inorganic mixtures containing them
Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernung von anorganischen Verunreinigungen aus Fluessigkeiten, insbesondere Abwasser. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dasz zum Abtrennen von in Fluessigkeiten enthaltenen Metall- und Phosphationen aus Braunkohlen hergestellter Koks und/oder Aktivkohle eingesetzt wird.{anorganische Verunreinigungen; Abwasser-/Wasserbehandlung; Metall-/Phosphationen; Koks; Braunkohle; Aktivkohle}The invention relates to a process for the removal of inorganic impurities from liquids, in particular wastewater. The essence of the invention is that it is used to separate coke and / or activated carbon produced from lignite in activated liquids in liquid form. {Inorganic impurities; Sewage / water treatment; Metal / phosphate ions; Coke; Brown coal; Activated carbon}
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Entfernung von gelösten Verunreinigungen aus Flüssigkeiten, insbesondere Abwasser, durch Behandeln derselben mit Braunkohlenkoksen und/oder Aktivkohlen aus Braunkohle.The process according to the invention relates to the removal of dissolved impurities from liquids, in particular wastewater, by treating them with brown coal cokes and / or activated charcoals from lignite.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Die Verwendung von Koksen und Aktivkohlen zur Abwasserreinigung ist seit langem bekannt. So werden beispielsweise Koks und Aktivkohle als Filtermasse zum Abscheiden feinverteilter Feststoffe in Abwasser eingesetzt.The use of cokes and activated carbons for wastewater treatment has long been known. For example, coke and activated carbon are used as a filter mass for separating finely divided solids into wastewater.
Kokse und Aktivkohlen eignen sich auch als Adsorbens für gelöste organische Verunreinigungen.Cokes and activated carbons are also suitable as adsorbents for dissolved organic impurities.
So wird in „Hordofenkoks aus Brunkohle-konventionelle Einsatzgebiete und zukünftige Einsatzmöglichkeiten" in Erdöl, Erdgas, Kohle, 102 S. 143/144 (1986) die Verwendung von Braunkohlenkoks für diesen Zweck beschrieben. Braunkohlenkoks eignet sich gemäß dieser Veröffentlichung auch sehr gut als Zusatz zu biologischen Kläranlagen, da sich Kompaktflocken mit der Biomasse bilden mit verbesserten Sedimentationseigenschaften. Ein besonderes Problem der Abwasserreinigung stellt die Entfernung anorganischer Verunreinigungen, insbesondere von gelösten Metallverbindungen dar.Thus, the use of lignite coke for this purpose is described in "Hordofenkoks aus Brunkohle-conventional applications and future applications" in petroleum, natural gas, coal, 102 pp. 143/144 (1986). According to this publication lignite coke is also very well suited as an additive to biological sewage treatment plants, as compact flocs are formed with the biomass with improved sedimentation properties A particular problem of wastewater treatment is the removal of inorganic impurities, in particular of dissolved metal compounds.
Von den zahlreichen bekannten Verfahren können nur einige beispielhaft zitiert werden.Of the numerous known methods, only a few can be cited by way of example.
So wird in der EP 0110240 ein Verfahren beschrieben, gemäß dem Kupfer und Zink enthaltendes Abwasser mit anaerobem Schlamm behandelt wird. Nach dieser Methode können 92% an Kupfer und 90% an Zink entfernt werden.Thus, EP 0110240 describes a process according to which wastewater containing copper and zinc is treated with anaerobic sludge. By this method, 92% of copper and 90% of zinc can be removed.
Geht man also beispielsweise von einem Abwasser mit einem Gehalt von 7 mg/l Kupfer aus, so verbleiben im Abwasser 0,56 mg.For example, assuming a wastewater with a content of 7 mg / l of copper, the effluent will contain 0.56 mg.
Bei 70mg/l würden demgemäß 5,6 mg Kupfer im Abwasser verbleiben. Analoges gilt für Zink. Mit dieser Methode wird demgemäß der erwünschte Reinigungsgrad nicht erreicht.At 70 mg / l, accordingly, 5.6 mg of copper would remain in the wastewater. The same applies to zinc. Accordingly, the desired degree of purification is not achieved with this method.
Eine interessante Methode wird in DE-PS 3026430 offenbart. Hier wird Konverterschlacke aus der Eisenindustrie in einer Teilchengröße von ca, 0,15mm eingesetzt.An interesting method is disclosed in DE-PS 3026430. Here, converter slag from the iron industry in a particle size of ca, 0.15 mm is used.
Wie aus Tabelle 4 der Patentschrift hervorgeht, lassen sich mit 1 g Schlacke 4mg Quecksilber binden. Setzt man ausreichende Mengen an Schlacke ein, so kann man Hg bis zur Nachweisgrenze von <0,001 ppm entfernen.As can be seen from Table 4 of the patent, 4 mg of mercury can be bound with 1 g of slag. If sufficient amounts of slag are used, Hg can be removed up to the detection limit of <0.001 ppm.
Cs ist allerdings erforderlich, bei einem pH < 2 zu arbeiten. Es müssen demgemäß erhebliche Mengen an Säure wie beispielsweise HCI oder H2SO4 eingesetzt werden.However, Cs is required to work at a pH <2. Accordingly, significant amounts of acid such as HCI or H2SO4 must be used.
Die Untersuchungen zur Entfernung von Cd, Pb, Cr und Arsen zeigen, daß hier trotz des Einsatzes der genannten Schlackenmengen erhebliche höhere Konzentrationen an Metallen im gereinigten Abwasser verbleiben als im Falle des Quecksilbers.The investigations into the removal of Cd, Pb, Cr and arsenic show that, despite the use of said slag amounts, significantly higher concentrations of metals remain in the treated wastewater than in the case of mercury.
Geht man von einem nur gering mit Hg belasteten Abwasser aus, das 10mg Hg/l Wasser enthält, so muß nach diesem Verfahren bei einer relativ kleinen Menge von 1000m3 Abwasser bereits 11 Schlacke eingesetzt werden und eine entsprechend große Menge an Säure. Auch die Korngröße der Schlacke von 0,15mm belastet die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Zudem ist bei Einsatz der Schlacke mit dieser Korngröße ein Rühr- oder sonstiger Mischreaktor erforderlich.Assuming an only slightly contaminated with Hg wastewater containing 10 mg Hg / l of water, as already 11 slag has to be used by this method are a relatively small amount of 1000m 3 of waste water and a correspondingly large amount of acid. Also, the grain size of the slag of 0.15 mm charged the economy of the process. In addition, when using the slag with this grain size, a stirring or other mixing reactor is required.
Ein weiteres Verfahren, in dem mit sekundären Aminen und Schwefelkohlenstoff vorbehandelte Aktivkohle eingesetzt wird, ist in DE-OS 3020608 offenbart.A further process in which activated carbon pretreated with secondary amines and carbon disulfide is disclosed in DE-OS 3020608.
In der DE-OS 3438140 wird ein Verfahren beschrieben, gemäß dem Metalle durch Zusatz einer Natriumaluminatlösung ausgefällt werden. Zusätzlich muß ein Polyelektrolyt zugesetzt werden und anschließend müssen die schwer filtrierbaren ausgefällten Metallhydroxide abgetrennt werden.In DE-OS 3438140 a method is described according to which metals are precipitated by the addition of a Natriumaluminatlösung. In addition, a polyelectrolyte must be added and then the difficult to filter precipitated metal hydroxides must be separated.
Die EP-AO 156059 beschreibt die Fällung von Metallen als Metallphosphate.EP-A-0 156059 describes the precipitation of metals as metal phosphates.
In Anbetracht der Entwicklung im Abwasserbereich wird es immer dringender, verbesserte Verfahren zu entwickeln, die auf wirtschaftliche Weiso und mit hoher Selektivität die gelösten Verunreinigungen, die sowohl für Pflanzen als auch Tier und Mensch teilweise außerordentlich schädlich sind, aus Wasser, in dem sie enthalten sind, zu entfernen. Es kann sich hierbei sowohl um Industrieabwasser als auch um Oberflächengewässer schlechthin, wie Fluß-, Teich-, See- und auch Meerwasser sowie insbesondere um Grundwasser handeln. So sind Deponiesickerwässer, wie allgemein bekannt ist, zu einam zunehmenden Risiko für das Grundwasser geworden.In view of the development in the field of wastewater, it is becoming more and more urgent to develop improved processes which, in economic and with high selectivity, remove the dissolved impurities which are in part extremely harmful to both plants and animal and human from water in which they are contained , to remove. This can be industrial wastewater as well as surface water par excellence, such as river, pond, sea and also seawater and in particular groundwater. As is well known, landfill leachate has become an increasing risk to groundwater.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, den Entsorgungsgrad bei der Behandlung von Abwässern und/oder bei der Aufbereitung von Wasser weiter zu erhöhen.The aim of the invention is to further increase the degree of disposal in the treatment of waste water and / or in the treatment of water.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem auf sehr wirtschaftliche Weise gelöste Metall- und Phosphat-Ionen bis zur Nachweisgrenze aus Industrieabwässer, Oberflächengewässer und Grundwasser abgetrennt werden können.The invention has for its object to develop a method with which in a very economical manner dissolved metal and phosphate ions can be separated to the detection limit of industrial wastewater, surface water and groundwater.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß aus Braunkohlen hergestellte(r) Koks(e) und/oder Aktivkohle(n) zur Entfernung der in der Flüssigkeit enthaltenen Ionen verwendet werden.According to the invention, the object is achieved by using coke (s) and / or activated carbon (s) produced from lignite for the removal of the ions contained in the liquid.
Braunkohlen entstammen bekanntlich überwiegend dem Tertiär und sind demgemäß vergleichsweise geologisch junge Kohlen mit niedrigem Inkohlungsgrad. Sie sind reich an bituminösen Stoffen wie Huminsäuren, die sich in Alkalilauge mit tiefbrauner Farbe lösen.Lignite is known to originate mainly from the tertiary and are therefore comparatively geologically young coal with a low degree of coalification. They are rich in bituminous substances such as humic acids, which dissolve in caustic soda with deep brown color.
Sie können bis zu 65Gew.-% Wasser enthalten und werden gewöhnlich im Tagebau auf sehr wirtschaftliche Weise mit Schaufelbaggern abgebaut. Aus Braunkohle kann man auf verschiedene Weise Koks herstellen.They can contain up to 65% by weight of water and are usually mined on open pit shovels in a very economical way. From lignite one can produce coke in different ways.
Beispiele sind der durch Schwelen bei etwa 6000C gewinnbare sog. Grudekoks; durch Verkoken bei 1000-1200°C erhält man den sog. Braiinkohlen-Hochtemperaturkoks mit einer spezifischen Oberfläche von etwa 75-250 mVg.Examples are the so-called Grudekoks obtainable by smoldering at about 600 ° C. By coking at 1000-1200 ° C to obtain the so-called Brain coal high-temperature coke with a specific surface area of about 75-250 mVg.
Ein weiterer durch seine Härte und Druckfestigkeit sehr wertvoller Braunkohlenkoks ist der sog. Herdofenkoks mit einer spezifischen Oberfläche von 250-35OmVg.Another very hard coal coke, due to its hardness and pressure resistance, is the so-called hearth furnace coke with a specific surface area of 250-35 OmVg.
Bei der Verkokung im Herdofen wird feingemahlene und vorgetrocknete Braunkohle über Fallrohre am Außenrand der Herdofenplatte aufgegeben und wandert unter deren ständiger Drehung und der Einwirkung der feststehenden Rührschaufeln langsam zur Mitte, von wo aus der fertige Koks ausgetragen wird. Beim Durchgang treten die flüchtigen Bestandteile aus der Braunkohlen-/Koksschüttung aus und werden unter Luftzufuhr von außen oberhalb der Koksschüttung teilweise verbrannt. Der Verkokungsprozeß wird über diese Verbrennung eines Teiles der flüchtigen Bestandteile geführt, das heißt, es wird unter Luftmangel gearbeitet, so daß jeweils nur eine solche Menge an flüchtigen Bestandteilen verbrennt, wie zur Aufrechterhaltung der Verkokungstemperatur benötigt wird, Das Verkoken von Braunkohle im Herdofen erfolgt im allgemeinen ohne Zufuhr von Wasserdampf oder Wasser von außen, da der Wassergehalt der vorgetrockneten Braunkohle so eingestellt werden kann, daß Koks mit den gewünschten Eigenschaften erhalten wird. Erfindungsgernäß besonders bewährt hat sich aus rheinischer Braunkohle hergestellter Herdofenkoks. Die genannten Braunkohlenkoksqualitäten sind beispielhaft, jedoch nicht als limitierend anzusehen.When coking in the hearth furnace finely ground and pre-dried lignite is placed on downpipes on the outer edge of the hearth furnace plate and migrates under the constant rotation and the action of the fixed paddles slowly to the center, from where the finished coke is discharged. During the passage, the volatiles escape from the lignite / coke bed and are partially incinerated while supplying air from outside above the coke bed. The coking process is conducted via this combustion of a portion of the volatiles, that is, it is carried out under air deficiency, so that each burns only such an amount of volatile components, as is needed to maintain the coking temperature, the coking of brown coal in the hearth furnace takes place in generally without supplying water vapor or water from the outside, since the water content of the pre-dried lignite can be adjusted so that coke with the desired properties is obtained. In accordance with the invention it has proved particularly useful to produce hearth furnace coke made from Rhenish lignite. The mentioned lignite coke qualities are exemplary, but not to be regarded as limiting.
Aktivkohlen oder aufgrund ihrer großen Oberfläche auch Adsorptionskohlen genannt, worden häufig aus Holz gewonnen, jedoch auch Braunkohle ist ein geeignetes Ausgangsmaterial.Activated carbons or, because of their large surface, also called adsorption charcoal, have often been obtained from wood, but lignite is also a suitable starting material.
Es gibt zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Aktivkohlen. Beispielhaft seien Schwefelverfahren mit anschließender Behandlung mit Wasserdampf, Erhitzen von fein verteilten Einsatzmaterialien in Gegenwart von oxidierenden Gasen in der Wirbelschicht, Behandeln von verkohlter Substanz mit auf ca. 1000°C überhitztem Wasserdampf u.a. genannt, Aktivkohlen, die nach diesem oder anderen Verfahren aus Braunkohle hergestellt sind und auch ggfs. auf dem Markt erhältlich sind, eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren.There are numerous processes for the production of activated carbons. Examples include sulfur processes followed by treatment with steam, heating of finely divided feedstocks in the presence of oxidizing gases in the fluidized bed, treating charred substance with superheated steam to about 1000 ° C u.a. Activated carbons which are produced by this or other processes from lignite and may also be available on the market are suitable for the process according to the invention.
Vor der Behandlung der die Verunreinigungen enthaltenden Flüssigkeit mit dem aus Braunkohle hergestellten Koks und/oder der Aktivkohle werden Koks bzw. Aktivkohle vorteilhafterweise entgast, d.h.daßander Oberfläche bzw. in den Poren haftende Gas, im allgemeinen Luft, wird zumindest teilweise jedoch bevorzugt möglichst vollständig entfernt. Dies geschieht in einer bevorzugten Ausführungsform durch Evakuieren. Das Evakuieren kann auf die Weise erfolgen, daß an den den Koks und/oder die Aktivkohle enthaltenden Behälter Vakuum angelegt wird und daß man anschließend die Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser in den Koks bzw. die Aktivkohle strömen läßt. Man kann jedoch auch zunächst den Koks und/oder die Aktivkohle mit der Flüssigkeit benetzen bzw. bedecken und anschließend Vakuum anlegen.Before the treatment of the liquid containing the impurities with the coke produced from lignite and / or activated carbon, coke or activated carbon is advantageously degassed, ie the surface or gas adhering to the pores, generally air, is at least partially removed as completely as possible , This is done in a preferred embodiment by evacuation. The evacuation may be carried out by applying vacuum to the containers containing the coke and / or the activated carbon and then allowing the liquid, preferably water, to flow into the coke or activated carbon. However, it is also possible first to wet or cover the coke and / or the activated carbon with the liquid and then to apply a vacuum.
Das Entfernen des an dem Koks bzw. der Aktivkohle haftenden Gases ist cino wichtige bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie aus den durchgeführten Versuchen hervorgeht, obgleich auch nicht entgaster Koks gute Ergebnisse ergibt (Versuch Nr.37). Sehr vorteilhaft kann die Entgasung durch Behandeln mit Dampf oder heißem Wasseroder beidem sein,Removal of the gas adhering to the coke or activated carbon is an important preferred embodiment of the present invention, as shown by the experiments carried out, although non-degassed coke gives good results (experiment # 37). Very advantageous may be degassing by treatment with steam or hot water or both,
auch in Kombination mit einer Entgasung durch Evakuieren. Ebenso kann die Entgasung und Mischung mit Wasser in der Weise erfolgen, daß fein verteilter Koks oder Aktivkohle in den Wasserstrahl einer Wasserstrahlpumpe eingesaugt werden.also in combination with degassing by evacuation. Likewise, the degassing and mixing with water in such a way that finely divided coke or activated carbon are sucked into the water jet of a water jet pump.
Die zu reinigende Flüssigkeit ist selbstverständlich bevorzugt Wasser. Es ist allgemein bekannt, daß die Entfernung bestimmter Schwermetallionen aus Wasser ein vordringliches Umweltproblem geworden ist. Jedoch kann das erfindungsgemäße Verfahren auch für Gemische von Wasser mit anderen in Wasser löslichen Flüssigkeiten mit Vorteil angewandt werden, wie z. B.Of course, the liquid to be purified is preferably water. It is well known that the removal of certain heavy metal ions from water has become an urgent environmental problem. However, the process of the invention can also be used with advantage for mixtures of water with other water-soluble liquids, such as e.g. B.
mit Alkoholen, Ketonen, organischen Säuren und anderen aciden Verbindungen und dergl. Schließlich ist das Verfahren auch dann anwendbar, wenn solche oder auch nicht in Wasser lösliche Flüssigkeiten von gelösten Metallionen befreit werden sollen.with alcohols, ketones, organic acids and other acidic compounds and the like. Finally, the method is also applicable if such or non-water-soluble liquids to be removed from dissolved metal ions.
Ein besonderer Vorteil von Braunkohlenkoks ist din Verfügbarkeit desselben und die hohe Wirtschaftlichkeit. Dies gilt insbesondere für Herdofenkoks, der um wenigstens einen Faktor 10 preisgünstiger ist als Aktivkohle.A particular advantage of lignite coke is its availability and high cost-effectiveness. This is especially true for hearth furnace coke, which is at least a factor of 10 cheaper than activated carbon.
Das Verfahren is für nahezu alle Metallionen anwendbar. Besonders geeignet ist es jedoch zur Entfernung der als toxisch eingestuften Schwermetallionen wie z.B. des Quecksilbers, Cadmiums, Zinks, Kupfers, Bleis, Chroms, Kobalts, Nickels, Vanadiums, Zinns, Galliums, Indiums und Thalliums, jedoch auch für Metallionen wie die des Eisens, Molybdäns, Wolframs, Mangans und von Kationen des Arsens, Antimons und Wismuts sowie der seltenen Erden, radioaktiven Metalle und der Edelmetalle. Die Metallionen können als Einzelelemente oder im Gemisch vorliegen.The method is applicable to almost all metal ions. However, it is particularly suitable for the removal of heavy metal ions classified as toxic, e.g. of mercury, cadmium, zinc, copper, lead, chromium, cobalt, nickel, vanadium, tin, gallium, indium and thallium, but also for metal ions such as iron, molybdenum, tungsten, manganese and cations of arsenic, antimony and bismuth and rare earths, radioactive metals and precious metals. The metal ions can be present as individual elements or in a mixture.
Das Verfahren ist auch für die Entfernung von Phosphat-Ionen sehr gut geeignet, insbesondere solchen, wie sie durch Waschmittel in Abwasser oder andere Wässer gelangen.The method is also very suitable for the removal of phosphate ions, in particular those which pass through detergents into wastewater or other waters.
Das Verfahren ist auf sehr einfache Weise durchführbar, indem man das zu reinigende Wasser mit dem Koks und/oder der Akivkohle in der Weise in Kontakt bringt, daß man Koks bzw. Aktivkohle als festes Bett anordnet und das Wasser über dieses mit einer bestimmten Verweilzeit fließen läßt. Hierbei kann das Wasser von unten nach oben durch das Bett gedrückt werden oder von oben nach unten durch dasselbe fließen. Auch ein wanderndes Festbett, ein Wirbelbett und andere Formen des Kontaktes zwischen Flüssigkeit und Adsorptionsmitteln sind möglich, wie beispielsweise im Susponsionsbett, Bei der Reinigung von Metallionen enthaltendem Wasser wird bevorzugt bei einem pH von >4 und besonders bevorzugt bei einem pH von > 5 in der zu reinigenden Flüssigkeit, insbesondere in Wasser gearbeitet. Der pH kann jedoch auch niedriger oder höher sein. Der pH in der gereinigten Flüssigkeit wird jedoch nicht während der ganzen Reinigungsperiode auf diesen Werten gehalten, sondern man läßt den pH während des Re:nigungsbetriebs auf höhere Werte wie beispielsweise auf 8, ansteigen.The process can be carried out in a very simple manner by contacting the water to be purified with the coke and / or charcoal in such a way that coke or activated carbon is arranged as a solid bed and the water flows through it with a certain residence time leaves. Here, the water can be pushed from bottom to top through the bed or flow from top to bottom through the same. Also a migrating fixed bed, a fluidized bed and other forms of contact between liquid and adsorbents are possible, such as in the bed of suspensions. In the purification of metal ions containing water is preferably at a pH of> 4 and more preferably at a pH of> 5 in the worked to be cleaned liquid, especially in water. However, the pH may be lower or higher. The pH in the purified liquid is not retained during the entire cleaning period on these values, but allowed the pH during the Re: nigungsbetriebs to higher values such as 8 to increase.
Jedoch auch höhere pH-Werte sind möglich.However, higher pH values are possible.
Grundsätzlich kann Koks oder Aktivkohle erfindungsgemäß mit sehr unterschiedlichen Korngrößen eingesetzt werden, wie z. B.Basically, coke or activated carbon can be used according to the invention with very different particle sizes, such. B.
von >0 bis 100 mm. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen sind jedoch bestimmte Korngrößen bevorzugt, nämlich > 0,01 bis 20mm und besonders bevorzugt von > 0,01-10 mm. Übliche Feinkokssorten liegen z. B. etwa zwischen 1,2-5 mm, Feinstkokssorten zwischen 0,1-1,5 mm. Alle diese Korngrößen, auch Koksstäube sind ersetzbar und liefern sehr gute Ergebnisse. Es ist zu berücksichtigen, daß die Korngrößen in zerkleinerten und gesiebten Produkten einer Gausschen Verteilung unterliegen, d. h. eine mittlere Korngröße in den angegebenen Grenzen überwiegt, jedoch in kleinen Mengen liegen auch kleinere und größere Körnungen vor.from> 0 to 100 mm. For technical and economic reasons, however, certain grain sizes are preferred, namely> 0.01 to 20mm and more preferably of> 0.01-10 mm. Usual Feinkokssorten are z. B. between about 1.2-5 mm, Feinstkokssorten between 0.1-1.5 mm. All these grain sizes, including coke dusts are replaceable and provide very good results. It should be noted that grain sizes in shredded and sieved products are Gaussian distribution, i. H. a mean grain size in the specified limits predominates, but in small quantities are also smaller and larger grain sizes.
Im praktischen Einsatz kann es von Vorteil sein, im unteren Bett große Korngrößen zu verwenden bis zu 100 mm, jedoch im oberen Teil kleine Korngrößen. Auch die umgekehrte Anordnung kann ggfs. von Wichtigkeit sein, daß ein Teil der Verunreinigungan im oberen groben Teil abgefangen wird und die restlichen Verunreinigungen im feinkörnigen unteren Teil.In practical use, it may be advantageous to use large grain sizes in the lower bed up to 100 mm, but in the upper part small grain sizes. The reverse arrangement may possibly be. Of importance, that a part of the contamination is caught in the upper coarse part and the remaining impurities in the fine-grained lower part.
Die Verweilzeit das zu reinigenden Wassers bzw. der Flüssigkeit sollte 1-300 min betragen, bevorzugt 5-180min und besonders bevorzugt 10-120min. Grundsätzlich können auf Kosten der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens auch wesentlich längere Verweilzeiten angewandt werden.The residence time of the water or liquid to be purified should be 1-300 min, preferably 5-180 min and more preferably 10-120min. In principle, significantly longer residence times can be applied at the expense of the economy of the process.
Von den Braunkohlekoksen ist der Herdofenkoks erfindungsgemäß bevorzugt. Dieser ist sehr preiswert verglichen mit anderen Koksarten und mit Aktivkohle 'jnd zeigt hervorragende Adsorptionseigenschaften für die genannten Metalle.Of the lignite cokes, the hearth furnace coke is preferred according to the invention. This is very inexpensive compared to other types of coke and activated carbon and shows excellent adsorption properties for the metals mentioned.
Nach Beladung mit den metallischen oder sonstigen Verunreinigungen kann der Koks deponiert werden oder verbrannt werden, wobei die Metalle aus der Asche gegebenenfalls zurückgewonnen werden können.After loading with the metallic or other contaminants, the coke can be dumped or incinerated, and the metals can optionally be recovered from the ash.
Herdofenkoks wird im allgemeinen als sog. Feinkoks mit einer Korngröße von 1,25-5 mm, als Feinstkoks mit einer Korngröße von 0,1-1,5mm und als Koksstaub mit einer Korngröße von <0,4mm gehandelt.Herdofenkoks is generally traded as so-called. Fine coke with a particle size of 1.25-5 mm, as Feinstkoks with a particle size of 0.1-1.5mm and as a coke dust with a particle size of <0.4mm.
Sämtliche Korngrößen können erfindungsgemäß wie bereits dargelegt, einzeln oder als Gemische eingesetzt werden, wobei jedoch bei Einsatz von Koksstaub allein ebenfalls vorzugsweise mit dem Wasser sine innige Vermischung durch beispielsweise Rühren erfolgen sollte.All grain sizes can be used according to the invention, as already stated, individually or as mixtures, but with the use of coke dust alone preferably also with the water sine intimate mixing should be done by, for example, stirring.
Beladener Koks bzw. beladene Aktivkohle kann ggfs. auch regeneriert werden, wie z. B. im Falle der Beladung mit Hg, Cd u. a.Loaded coke or loaded activated carbon can, if necessary. Also be regenerated, such. B. in the case of loading with Hg, Cd u. a.
durch thermische Desorption, aber auch durch chemische Umsetzung.by thermal desorption, but also by chemical reaction.
Ausführungsbeispieleembodiments
Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung dienen folgende Versuche:To further explain the present invention, the following tests are used:
(In allen gereinigten Wasserproben wurde der Restgehalt durch Atomabsorptionsspektroskopie bzw. lonenchromatographie bestimmt. Als Herdofenkoks wurde ein Produkt aus Rheinischer Braunkohle eingesetzt.) Die in den Tabellen zusammengestellten Versuche wurden im allgemeinen in der Weise durchgeführt, daß in eine Säule aus Glas (Durchmesser 1,8cm), die mit einem Siebboden ausgestattet war, 1bg r!erdofenkoks der Korngröße 0,1-1,5mm eingefüllt wurden (Füllhöhe 11cm). Die Säule wurde mit Leitungswasser aufgefüllt und bei 18-20 mm auf Wasserstrahlvakuum evakuiert (Evakuierungsdauer 15min). Das Koksvolumen betrug 30cm.(In all purified water samples, the residual content was determined by atomic absorption spectroscopy or ion chromatography.) The hearth furnace coke was a product of Rhenish brown coal.) The experiments summarized in the tables were generally carried out by placing in a glass column (diameter 1, 8cm), which was equipped with a sieve bottom, 1bg r! Erdofenkoks the grain size 0.1-1.5mm were filled (filling height 11cm). The column was filled up with tap water and evacuated at 18-20 mm on a water jet vacuum (evacuation time 15 min). The coke volume was 30cm.
Oder es wurde der feinverteilte Koks mittels einer Wasserstrahlpumpe eingesaugt und mit Wasser vermischt. Anschließend ließ man den Koks absitzen. Auch die Methode der Behandlung mit heißem Dampf wurde in einigen Fällen, insbesondere bei den größeren Geräten eingesetzt. So wurde beispielsweise Versuch 7 in der Weise durchgeführt, daß das zu reinigende Grundwasser über einen mit Herdofenkoks gefüllten Behältergeleitet wurde, der mehrere m3 Koks enthielt und als Vorbehandlung mit Dampf erhitzt und anschließend mit heißem Wasser aufgefüllt wurde. Für die technische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich das in der deutschen Patentanmeldung Nr, P 3823127.1 von der gleichen Anmelderin angemeldete Verfahren. Kennzeichnendes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht die apparative Durchführung, sondern der Einsatz von Koksen und Aktivkohle auf Braunkohlebasis.Or the finely divided coke was sucked in by means of a water jet pump and mixed with water. Subsequently, the coke was allowed to settle. Also, the method of hot steam treatment has been used in some cases, especially in the larger devices. So Experiment 7 was carried out in the manner, for example, that the ground water to be purified through a container filled with open-hearth coke container was passed, which contained several m 3 and coke was heated as a pretreatment with steam and then filled with hot water. For the technical implementation of the method according to the invention is in the German patent application no., P 3823127.1 filed by the same Applicant method. Characteristic feature of the present invention, however, is not the implementation of the apparatus, but the use of cokes and lignite-based activated carbon.
Ein filtriertes Abwasser mit 25mg Cd+* als Cadmiumacetat pro Liter und einem pH von 5,3 wurde zur Reinigung eingesetzt. Die Versuche erfolgton bei Raumtemperatur und Normaldruck. Der Durchsatz pro Stunde betrug 30ml (Verweilzeit: 1 Stunde). Nach 110-260 Stunden wurde der Versuch abgebrochen und das gereinigte Wasser analysiert. Nach diesen Versuchszeiten waren die Koksfüllungen noch nicht erschöpft. Die Analysen wurden jeweils zum Ende der angegebenen Laufzeiten gezogen, so daß die Restkonzentration an Metallen im gesamten gereinigten Abwasser noch niedriger lag als in der rechten Spalte angegeben.A filtered waste water containing 25mg Cd + * as cadmium acetate per liter and a pH of 5.3 was used for purification. The experiments are carried out at room temperature and normal pressure. The throughput per hour was 30 ml (residence time: 1 hour). After 110-260 hours, the experiment was stopped and the purified water analyzed. After these trial periods, the coke fills were not exhausted. The analyzes were each drawn at the end of the specified maturities, so that the residual concentration of metals in the entire treated wastewater was even lower than indicated in the right column.
Versuche mit entgastem Herdofenkoks aus Braunkohle Einfluß von Korngröße und KoksvolumenExperiments with degassed Herdofenkoks from brown coal influence of grain size and coke volume
Einfluß der Metallionenart (Herdofenkoks entgast)Influence of the metal ion species (furnace furnace coke degassed)
Koksmenge Korngröße Verweil- pH mm zeit/minCoke quantity Particle size dwell pH mm time / min
Versuchs- Konz. dauer nachExperimental Conc. Duration after
h Reinigungh cleaning
ppmppm
5,3 120 < 0,0025.3 120 <0.002
5,6 120 <0,15.6 120 <0.1
6,0 120 <16.0 120 <1
Die in Tabelle 1 angegebenen Ergebnisse zeigen, daß die Korngröße des eingesetzten Herdofenkokses nur einen geringenThe results given in Table 1 show that the grain size of the used Herdofenkokses only a small
Einfluß auf das Versuchsergebnis hat.Has influence on the test result.
In Tabelle 2 sind Versuche mit zahlreichen Metallionen in wäßriger Lösung zusammengefaßt.Table 2 summarizes experiments with numerous metal ions in aqueous solution.
Es wurde in nahezu allen Versuchen zum besseren Vergleich mit einer Verweilzeit von 1 Stunde gearbeitet.It was worked in almost all experiments for a better comparison with a residence time of 1 hour.
Die Ergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren in sehr weitem Umfang anwendbar ist, wobei die angegebenenThe results show that the inventive method is applicable to a very wide extent, the indicated
Versuche nicht als limitierend anzusehen sind.Try not to be considered limiting.
Einfluß der Koks- bzw. Aktivkohleart 25mg Cu++/I (CuCI2) (entgast)Influence of coke or activated carbon 25mg Cu ++ / I (CuCl 2 ) (degassed)
Die Versuche in Tabelle 3 wurden wie die in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Versuche durchgeführt, jedoch wurdenThe tests in Table 3 were carried out as the experiments indicated in Tables 1 and 2, but were
verschiedene Koksarten bzw. Aktivkohlen eingesetzt.various types of coke or activated carbons used.
Es wurde ein CuCI2 enthaltendes Abwasser mit 25mg Cu**/I eingesetzt.It was a CuCI 2- containing wastewater with 25mg Cu ** / I used.
Versuch 25 mit Herdofenkoks aus Rheinischer Braunkohle ergab auch nach 260 Stunden Laufzeit eine Cu" Menge im gereinigten Abwasser von <0,1 ppm.Experiment 25 with hearth furnace coke from Rhenish brown coal gave after 260 hours running time a Cu "amount in the purified wastewater of <0.1 ppm.
Steinkohlenkoks (Versuch 26) ergab nach 14 h 0,2 mg/l und bei 20 h einen schnellen Anstieg auf 7,6mg/l. Der Versuch wurde nach 20h abgebrochen.Coal coke (trial 26) gave 0.2 mg / l after 14 h and a rapid increase to 7.6 mg / l at 20 h. The experiment was stopped after 20h.
Bei Hochtemperatur-Braunkohlenkoks (DDR) wurde bis zu 120 h ein Wert von < 1 ppm erhalten. Das gleiche Ergebnis wurde mit Tieftemperaturkoks (DDR) erhalten (Versuche 29 und 30).For high-temperature lignite coke (DDR), a value of <1 ppm was obtained for up to 120 hours. The same result was obtained with low temperature coke (DDR) (runs 29 and 30).
Sehr gute Ergebnisse wurden mit einer Lurgi-Aktivkohle auf Braunkohlebasis erhalten. Erst nach 90 h Versuchsdauer wurde ein Anstieg auf > 0,1 ppm festgestellt. Wesentlich schlechtere Ergebnisse wurden dagegen mit einer Aktivkohle auf HolzbasisVery good results were obtained with a Lurgi activated carbon based on lignite. Only after 90 h test duration, an increase to> 0.1 ppm was detected. Significantly worse results were, however, with a wood-based activated carbon
erhalten (Versuch 27). Nach 26h erfolgte ein Durchbruch auf 5mg/l.obtained (experiment 27). After 26h, a breakthrough to 5mg / l took place.
Die Ergebnisse zeigen die sehr guten Eigenschaften von Braunkohlekoksen und -Aktivkohle und unter denselben dieThe results show the very good properties of lignite cokes and activated charcoal and among them the
herausragenden Eigenschaften von Herdofenkoks aus rheinischer Braunkohle.outstanding characteristics of hearth furnace coke from Rhenish lignite.
-6- 291 S40-6- 291 S40
Einfluß der Vorbehandlung auf Herdofenkoks, entgast 25mg Cu2+ (CuCIj), Korngröße 0,1-1,5 mm, Verweilzeit 60minInfluence of the pretreatment on hearth furnace coke, degassed 25mg Cu 2+ (CuCl 2), grain size 0.1-1.5 mm, residence time 60 min
Aus Tabelle 4 geht der Einfluß der Vorbehandlung auf den Restgehalt an Metallen im gereinigten Wasser hervor.Table 4 shows the influence of the pretreatment on the residual content of metals in the purified water.
Es zeigt sich, daß sowohl Evakuieren als auch Behandeln mit Dampf und heißem Wasser zu sehr guten Ergebnissen führen, ebenso das Einsaugen von Feinkoks und Mischen mittels einer Wasserstrahlpumpe.It turns out that both evacuation and treatment with steam and hot water lead to very good results, as well as the suction of fine coke and mixing by means of a water jet pump.
Dies ist von erheblicher praktischer Bedeutung, da in großen Reinigungsapparaturen das Dämpfen und Einsaugen die am einfachsten durchzuführenden Vorbehandlungen sein dürften.This is of considerable practical importance, since in large cleaning equipment, steaming and soaking are likely to be the easiest to perform pretreatments.
Ohne Vorbehandlung steigt nach 152h die Restkonzentration auf 3,0ppm an und nach 170h auf 6,8ppm.Without pretreatment, the residual concentration rises to 3.0 ppm after 152 h and to 6.8 ppm after 170 h.
Einfluß der Verweilzeit bei Einsatz von entgastem Herdofenkoks 25mg Cd++ (CdCI2) Korngröße 0,1-1,5mmInfluence of the residence time when using degassed hearth furnace coke 25mg Cd ++ (CdCl 2 ) grain size 0.1-1.5mm
Tabelle 5 zeigt, daß nur bei kurzen Verweilzeiten von ca. 10 min ein nennenswerter Anstieg des Restgehalts an Metallionen im gereinigten Wasser feststellbar ist.Table 5 shows that only for short residence times of about 10 minutes, a significant increase in the residual content of metal ions in the purified water is detectable.
Tabelle β Einfluß des Lösungsmittels bei Einsatz von entgastem Herdofenkoks 25mg Cd+* (CdCI2) Korngröße 1,25-5mm, Verweilzeit60minTable β Influence of the solvent when using degassed hearth furnace coke 25mg Cd + * (CdCl 2 ) grain size 1.25-5mm, residence time 60min
Einfluß des pH im eingesetzten Abwasser bei Einsatz von entgastem Herdofenkoks und 25 mg Cu++, Korngröße 0,1-1,5mm, Verweilzeit 60 minInfluence of the pH in the wastewater used when using degassed hearth furnace coke and 25 mg Cu ++ , particle size 0.1-1.5 mm, residence time 60 min
Versuch Nr.Experiment No.
pH Konzentration nachpH concentration after
Reinigung ppmCleaning ppm
Versuchsdauer hTest duration h
3 4 7 93 4 7 9
180 >260 mind. 260 mind. 260180> 260 at least 260 at least 260
Aus Tabelle 6 geht hervor, daß auch bei Lösungsmitteln bzw. Lösungsmittelgemischer, die kein Wasser enthalten, gute bis sehr gute Ergebnisse erhalten werden.From Table 6 shows that even with solvents or solvent mixtures containing no water, good to very good results are obtained.
Tabelle 7 zeigt, daß der pH im eingesetzten, zu reinigenden Wasser in weiten Grenzen ohne nennenswerten Einfluß auf die erfindungsgemäßen Ergebnisse ist.Table 7 shows that the pH in the water to be used is within wide limits without any appreciable influence on the results according to the invention.
Obgleich bekannt ist, daß Braunkohle, -Kokse und -Aktivkohlen basische Komponenten enthalten, liegen die erfindungsgemäß verbleibenden Verunreinigungen üborraschend weit unterhalb der Löslichkeitsprodukte der entsprechenden Metallhydroxide, bei relativ hohem pH. (Bei niedrigerem pH sind die Löslichkeitsprodukte der Metallhydroxide noch höher.) Tabelle 8 enthält einige Angaben zu den im Wasser verbleibenden Metallionen-Konzentrationen aufgrund der Löslichkeitsprodukte.Although it is known that lignite, coke and activated carbons contain basic components, the impurities remaining according to the invention are surprisingly far below the solubility products of the corresponding metal hydroxides, at relatively high pH. (At lower pH, the solubility products of the metal hydroxides are even higher.) Table 8 gives some information on the metal ion concentrations remaining in the water due to the solubility products.
In Tabelle 9 sind Ergebnisse zur Entfernung von Phosphat-Ionen, insbesondere Waschmittel-Phosphaten zusammengefaßt.Table 9 summarizes results for the removal of phosphate ions, in particular detergent phosphates.
Entfernung von Phosphat aus wäßriger Lösung bei Einsatz von entgastem Koks aus Braunkohle, Korngröße 0,1-1,5mm, Verweilzeit 60 min. —-Removal of phosphate from aqueous solution using degassed coke from lignite, grain size 0.1-1.5mm, residence time 60 min. -
Die Versuche 51 bis 53 zeigon, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Phosphate weitgehend entfernt werden können.Experiments 51 to 53 show that phosphates can be largely removed by the process according to the invention.
Die Einsaulösung bei Versuch 53 wurde durch Auflösen von Waschmittel in Wasser hergestellt.The Einsaulösung in experiment 53 was prepared by dissolving detergent in water.
Versuch 54 zeigt, daß auch ohne vorherige Entgasung Phosphate mit Braunkohlenkoksen mit sehr guten Ergebnissen entfernt werden können, während Steinkohlenkoks zu keiner nennenswerten Entfernung der Phosphate führt.Experiment 54 shows that even without prior degassing phosphates can be removed with lignite coke with very good results, while coal coke leads to no significant removal of the phosphates.
Die Untersuchungen der Anmelderin haben ferner ergeben, daß wie allgemein bekannt, Temperaturerhöhungen die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Kokse und/oder Aktivkohlen nicht günstig beeinflussen, während der Druck ohne wesentlichen Einfluß ist.The applicant's investigations have also shown that, as is generally known, temperature increases do not favorably influence the effectiveness of the cokes and / or activated carbons according to the invention, while the pressure is without significant influence.
Die Darlegungen machen deutlich, daß durch die Erfindung ein neues, wi^.ochaftliches und sehr wirksames Verfahren zur Verfügung gestellt wird, das immer dringlichere Problem der Befreiung von Abwasser von Verunreinigungen insbesondere Metall- und Phosphatverunreinigungen auf hervorragende Weise zu lösen.The discussion makes it clear that the invention provides a new, useful and very effective method of solving in an outstanding manner the ever more urgent problem of the liberation of waste water from impurities, in particular metal and phosphate impurities.
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