DD301711A9

DD301711A9 - METHOD FOR INCREASING THE ADSORPTION CAPACITY OF CARBON FILTERS FOR WATER TREATMENT

Info

Publication number: DD301711A9
Application number: DD31903188A
Authority: DD
Inventors: Heinz-Dieter Dipl-Chem Schmidt; Hans-Eckhart Dipl-Pae Steglich; Juergen Dipl-Ing Knebusch
Original assignee: Bundesamt F Wehrtechnik Und Be; Wasseraufbereitungsanlagenbau
Priority date: 1988-08-16
Filing date: 1988-08-16
Publication date: 1993-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Adsorptionskapazität von Aktivkohlefiltern in existierenden Wasseraufbereitungsanlagen für radiologisch, chemisch und/oder biologisch verunreinigtes Wasser. Erfindungsgemäß wird eine Spannung zwischen 10 V und 40 V in der Form angelegt, daß die Filterschicht die Kathode und die metallische Behälterwand die Anode bilden. Das Verfahren läßt eine Verdreifachung der Entgiftungsleistung der Wasseraufbereitungsanlagen ohne Veränderung der Betriebsbedingungen zu.{Wasseraufbereitung; Aktivkohlefilter; chemische, biologische und radiologische Verunreinigungen; Adsorptionskapazität}The invention relates to a method for increasing the adsorption capacity of activated carbon filters in existing water treatment plants for radiologically, chemically and / or biologically contaminated water. According to the invention, a voltage between 10 V and 40 V is applied in the form that the filter layer, the cathode and the metallic container wall form the anode. The method allows for a tripling of the detoxification performance of the water treatment plants without changing the operating conditions {water treatment; Activated carbon filters; chemical, biological and radiological impurities; adsorption}

Description

Field of application of the invention

Das Verfahren eignet sich zur Anwendung in Wasseraufbereitungsanlagen, insbesondere mobilen Anlagen, zum Zweck der Gewinnung von trinkbarem Wasser aus radiologisch, chemisch und/oder biologisch verunreinigtem Rohwasser.The method is suitable for use in water treatment plants, in particular mobile plants, for the purpose of obtaining potable water from radiologically, chemically and / or biologically contaminated raw water.

Characteristic of the known state of the art

Die Nationale Volksarmee der DDR hat zur Trinkwasserversorgung im Verteidigungsfalle mobile Wasseraufbereitungsanlagen in der Ausrüstung, in denen radiologisch, chemisch und/oder biologisch verunreinigtes Rohwasser zu trinkbarem Wasser aufbereitet werden kann.The National People's Army of the GDR has mobile water treatment plants in the equipment for drinking water supply in the case of defense, in which radiologically, chemically and / or biologically contaminated raw water can be treated to drinkable water.

Die Entgiftung chemischer Kampfstoffe erfolgt neben der Beseitigung von Schwebstoffen, Kolloiden und gelösten organischen Substanzen hauptsächlich mittels Anschwemmfiltration durch pulverförmige Aktivkohle. Die technische Realisierung des Verfahrens stellt das bisherige Optimum der feldmäßigen Wasseraufbereitung unter Berücksichtigung der Forderungen nach Reinheit des Wassers, autonomen Betrieb durch Mitführung der erforderlichen Betriebsmittel und größtmöglicher Mobilität der kompletten Anlage durch Einbau in einen verlastbaren Container dar. Der Nachteil des Verfahrens besteht darin, daß die Entgiftungskapazität des Anschwemmfilters durch Konkurrenzadsorption gelöster organischer Stoffe, die durch biologische Prozesse im Rohwasser entstanden sind bzw. durch menschliche Einwirkung dorthin verbracht wurden, eingeschränkt wird. Die Entgiftungskapazität der Wasserfilterstation WFS 3 M bei autonomem Betrieb beträgt zum Beispiel bei der Aufbereitung von Rohwasser, das mit 0,7 mg · Γ¹ VX vergiftet ist, in Abhängigkeit vom Gehalt gelöster organischer Substanz, der dem von Brunnenwasser entspricht, 240m³ trinkbares Wasser bzw. der einer Flußwasserqualität Elbe im Raum Dresden entspricht 50rr.³ trinkbares Wasser.The detoxification of chemical warfare agents is carried out in addition to the removal of suspended solids, colloids and dissolved organic substances mainly by precoat filtration through powdered activated carbon. The technical realization of the process represents the previous optimum field of water treatment, taking into account the demands for purity of water, autonomous operation by entrainment of the necessary equipment and maximum mobility of the entire system by installation in a container to be loaded. The disadvantage of the method is that the detoxification capacity of the precoat filter is limited by competitive adsorption of dissolved organic substances produced by biological processes in the raw water or brought there by human intervention. The detoxification capacity of the water filter station WFS 3 M in autonomous operation, for example, in the treatment of raw water, which is poisoned with 0.7 mg · Γ ¹ VX, depending on the content of dissolved organic matter, which corresponds to that of well water, 240m ³ drinkable water or a river water quality Elbe in the Dresden area is 50rr. ³ drinkable water.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der erreichbaren Kapazität vorhandener Wasseraufbereitungsanlagen mit Aktivkohlefiltern auf der Basis der in der Anlage mitgeführten Betriebsmittel hinsichtlich der Entgiftungsleistung ohne Veränderung der wesentlichen Parameter der Wasserauftiereitungsanlagen.The aim of the invention is to increase the achievable capacity of existing water treatment plants with activated carbon filters on the basis of entrained in the system resources with respect to the detoxification performance without changing the main parameters of Wasserauftiereitungsanlagen.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die negativen Einflüsse der Konkurrenzadsorption auf die Entgiftungsleistung der Wasseraufbereitungsanlagen mit Aktivkohlefilter durch Erhöhung der Adsorptionskapazität der aktivkohlehaltigen Filterschicht auszugleichen.The object of the invention is to compensate for the negative effects of competitive adsorption on the detoxification performance of the water treatment plants with activated carbon filter by increasing the adsorption capacity of the activated carbon-containing filter layer.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Gleichspannung im Bereich von 10V bis 40 V in der Form an den Filter angelegt wird, daß die Filterschicht die Kathode und die metallische Behälterwandung die Anode bilden. Als Filter können Aktivkohlefestbottfilter dienen, die einen Gehalt von mindestens 50%, vorzugsweise 75% Aktivkohle, insbesondere in Pulverform, besitzen.According to the invention the object is achieved in that a DC voltage in the range of 10V to 40 V is applied in the form of the filter, that the filter layer, the cathode and the metallic container wall form the anode. Activated charcoal fixed-bed filters which have a content of at least 50%, preferably 75%, activated carbon, in particular in powder form, can serve as the filter.

Überraschenderweise erhöht sich die Adsorptionsfähigkeit der aktivkohlehaltigen Filterschichten unter den sonst üblichen Betriebsbedingungen auf das Dreifache.Surprisingly, the adsorption capacity of the activated carbon-containing filter layers increases threefold under the usual operating conditions.

embodiments

Die Erfindung soll durch nachfolgende Beispiele erläutert werden. Durch die Wahl der Beispiele soll die Eignung des Verfahrens zur Anwendung bei der Entgiftung der wichtigsten phosphororganischen Kampfstoffe in stark- und mittelverunreinigtem Rohwasser belegt werden.The invention will be illustrated by the following examples. The choice of examples should demonstrate the suitability of the method for use in the detoxification of the main organophosphorus warfare agents in heavily and moderately contaminated raw water.

Vergiftetes Rohwasser wird in einer Modellanlage im Labormaßstab, bestehend aus Rohwasserbehälter, Rohwasserpumpe, Ansatzgefäß für die Filtermittelsuspension, Modellanschwemmfilter mit Elektrodenanschlüssen an Filterkerze und Behälterboden, Gleichstromquelle, Strömungsmesser und Reinwasserauffangbehälter entgiftet.Poisoned raw water is detoxified in a laboratory scale model plant consisting of raw water tank, raw water pump, filter medium suspension vessel, model slurry filter with electrode connections to filter cartridge and tank bottom, DC power source, flow meter and clean water receiver.

Die Verfahrensparameter Zusammensetzung und Menge Filtermittel pro Fläche, lineare Filtrationsgeschwindigkeit durch die Filterschicht sind konstant und entsprechen den Betriebsbedingungen der Wassorfilterstation WFS 3 M. Kriterium der gegenüberzustellenden Leistung des herkömmlichen und des erfindungsgemäß verbesserten Verfahrens ist die Retentionszeit vom Beginn der Filtration bis zum Durchbruch einer Grenzkonzentration im Filtrat.The process parameters composition and amount filter media per area, linear filtration rate through the filter layer are constant and correspond to the operating conditions of the water filter station WFS 3 M. Criterion of the opposing performance of the conventional and improved according to the invention method is the retention time from the beginning of the filtration until the breakthrough of a limit concentration in filtrate.

Belsplel1(1. Vergleichsbeispiel)Belsplel1 (1st comparative example)

Rohwasser mit einem chemischen Sauerstoffverbrauch (CSV) von 100mg · Γ' KMnO₄ (als Maß für gtilösto organische Substanz), vergiftet mit 0,7mg Γ' VX wurde in der Modellanlage nach dem herkömmlichen Verfahren entgiftet. Das Anschwemmfilter wurde mit 2kg · m~² Aktivkohle F44 des VEB Chemiefaserwerk Premnitz, gekennzeichnet durch einen λ-Wert von 2,12, und 0,67 kg · m~² Perlit aus Import VR Bulgarien beaufschlagt.Raw water with a chemical oxygen consumption (CSV) of 100mg · Γ 'KMnO ₄ (as a measure of gtilösto organic matter), poisoned with 0.7mg Γ' VX was detoxified in the model plant according to the conventional method. The precoat filter was charged with 2 kg × ² activated carbon F44 from the VEB Chemiefaserwerk Premnitz, characterized by a λ value of 2.12, and 0.67 kg × m ² perlite from Import VR Bulgaria.

Die lineare Filtrationsgeschwindigkeit betrug Im · h~\ Die Grenzkonzentration von 1,0 · 10~⁴mg · Γ¹ VX im Filtrat wurde nach 50Minuten erreicht.The linear speed of filtration was in · h ~ \ The limiting concentration of 1.0 x 10 ~ ⁴ mg · Γ ¹ VX in the filtrate was reached after 50 minutes.

Beispiel 2 (2. Vergleichsbeispiel)Example 2 (2nd comparative example)

Rohwassor mit einem CSV von 50mg · Γ' KMnO₄, vergiftet mit 0,7 mg · Γ¹ VX wurdo unter den gleichen Bedingungen wie Beispiel 1 entgiftet. Die Grenzkonzentration von 1,0 · 10~⁴mg Γ¹ VX im Filtrat wurde nach 99Minuten erreicht.Raw water with a CSV of 50mg · Γ 'KMnO ₄ , poisoned with 0.7 mg · Γ ¹ VX wurdo detoxified under the same conditions as Example 1. The limiting concentration of 1.0 x 10 ~ ⁴ mg Γ ¹ VX in the filtrate was reached after 99Minuten.

Beispiel 3 (3. Vergleichsbeispiel)Example 3 (3rd Comparative Example)

Rohwasser mit einem CSV von 100 mg · Γ¹ KMnO₄, vergiftet mit 3,5 mg · Γ¹ Sarin wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 entgiftet. Die Grenzkonzentration von 1,5 · 10~³mg · Γ' Sarin im Filtrat wurde nach 22 Minuten erreicht.Raw water with a CSV of 100 mg · Γ ¹ KMnO ₄ , poisoned with 3.5 mg · Γ ¹ Sarin was detoxified under the same conditions as in Example 1. The limiting concentration of 1.5 × 10 ^-3 mg.Γsarin in the filtrate was reached after 22 minutes.

Beispiel 4 (4. Vergleichsbeispiel)Example 4 (4th comparative example)

Rohwasser mit einem CSV von 100mg · Γ' KMnO₄, vergiftet mit 1,0mg · Γ¹ Soman wurdo unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 entgiftet. Die Grenzkonzentration von 1,8 · 10~⁴mg · Γ¹ Soman im Filtrat wurde nach 60 Minuten erreicht.Raw water with a CSV of 100 mg · Γ 'KMnO ₄ , poisoned with 1.0 mg · Γ ¹ Soman wurdo under the same conditions as in Example 1 detoxified. The limiting concentration of 1.8 x 10 ~ ⁴ mg · Γ ¹ soman in the filtrate was reached after 60 minutes.

Beispiel 5 (5. Vergleichsbeispiel)Example 5 (5th comparative example)

Rohwasser mit einem CSV von 100mg · Γ¹ KMnO₄, vergiftet mit 0,7 mg · Γ¹ VX wurde unter den Bedingungen wie im Beispiel 1, ausgenommen die Aktivkohlesorte, entgiftet. Verwendet wurde ein Versuchsmuster des VEB Chemiefaserwerk Premnitz, gekennzeichnet durch einen λ-Wert von 2,62, in gleicher Dosierung wie Beispiel 1. Die Grenzkonzentration von 1,0· 10"'mg Γ' VX im Filtrat wurde nach 84Minuten erreicht.Raw water with a CSV of 100 mg · Γ ¹ KMnO ₄ , poisoned with 0.7 mg · Γ ¹ VX was detoxified under the conditions as in Example 1, except for the activated carbon variety. A test sample of the VEB Chemiefaserwerk Premnitz, characterized by a λ value of 2.62, was used in the same dosage as Example 1. The limiting concentration of 1.0 × 10 -6 mg of VX in the filtrate was reached after 84 minutes.

Examples

Rohwasser gemäß Beispiel 1 wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entgiftet. Zwischen Anschwemmschicht als Kathode und dem Behälterboden als Anode betrug die Spannung 20V. Es wurde eine mittlere Stromstärke von 0,2 A gemessen. Die übrigen Bedingungen entsprachen Beispiel 1. Die Grenzkonzentration von 1,0 · 10~⁴mg · Γ' VX im Filtrat wurde nach 154Minuten erreicht.Raw water according to Example 1 was detoxified by the process according to the invention. Between precoat as cathode and the container bottom as anode, the voltage was 20V. An average current of 0.2 A was measured. The remaining conditions were as in Example 1. The limiting concentration of 1.0 x 10 ~ ⁴ mg · Γ 'VX in the filtrate was reached after 154Minuten.

Example 7

Rohwasser gemäß Beispiel 2 wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entgiftet. Spannung und Stromstärke entsprachen Beispiele. Die Grenzkonzentration von 1,0 · 10"⁴mg · I"¹ VX im Filtrat wurde nach 306Minuten erreicht.Raw water according to Example 2 was detoxified by the process according to the invention. Voltage and current corresponded to examples. The limiting concentration of 1.0 x 10 ^"4 mg · I" ¹ VX in the filtrate was reached after 306Minuten.

Examples

Rohwasser gemäß Beispiel 3 wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entgiftet. Die Spannung betrug 24V, die mittlere Stromstärke wurde mit 0,4A gemessen. Die Grenzkonzentration von 1,5 · 10"³mg · Γ¹ Sarin im Filtrat wurde nach 78 Minuten erreicht.Raw water according to Example 3 was detoxified by the method according to the invention. The voltage was 24V, the average current was measured at 0.4A. The limiting concentration of 1.5 × 10 ^-3 mg × ¹ sarin in the filtrate was reached after 78 minutes.

Example 9

Rohwasser gemäß Beispiel 4 wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren entgiftet. Die Spannung betrug 40V, die mittlere Stromstärke wurde mit 1,0 A gemessen. Die Grenzkonzentration von 1,8 · 10~⁴mg · Γ¹ Soman im Filtrat wurde nach 183 Minuten erreicht.Raw water according to Example 4 was detoxified by the process according to the invention. The voltage was 40V, the average current was measured at 1.0A. The limit concentration of 1.8 x 10 ~ ⁴ mg · Γ ¹ Soman in the filtrate was reached after 183 minutes.

Example 10

Rohwasser gemäß Beispiel 1 wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung von Aktivkohle gemäß Beispiel 5 entgiftet. Die Spannung betrug 30 V, die mittlere Stromstärke wurde mit 0,7 A gemessen. Die Grenzkonzentration von 1,0 · 10~⁴mg · Γ¹ VX im Filtrat wurde nach 252Minuten erreicht.Raw water according to Example 1 was detoxified by the process according to the invention using activated carbon according to Example 5. The voltage was 30 V, the average current was measured at 0.7 A. The limiting concentration of 1.0 x 10 ~ ⁴ mg · Γ ¹ VX in the filtrate was reached after 252Minuten.

Claims

1. Ancestors for increasing the adsorption capacity of activated carbon continuous bed filters for water treatment in water treatment plants, characterized in that an electric field between the activated carbon and the container wall is produced in the filter container.

2. The method according to item 1, characterized in that as activated carbon fixed bed filter and precoat can be used.

3. The method according to item 1 and 2, characterized in that the filter layer contains at least 50% activated carbon.

4. The method according to item 1 to 3, characterized in that the electric field is generated by applying a DC voltage between 10V and 40 V to the filter layer as a cathode and container wall as an anode.