DE10146691A1

DE10146691A1 - Behandlung von schwer abbaubaren organischen Schadstoffen in wässrigen Lösungen. Gemischen aus Luft und wässrigen Lösungen sowie Wasserdämpfen

Info

Publication number: DE10146691A1
Application number: DE2001146691
Authority: DE
Inventors: Reinhold Thewes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Mit dem Verfahren können schwer abbaubare organische Schadstoffe enthaltende Lösungen, Gemische aus Luft und wässrigen Lösungen oder auch Wasserdämpfe behandelt und gereinigt werden. Dazu werden beispielsweise die in Abwässern vorhandenen Kohlenwasserstoffverbindungen durch mittels Kondensatorentladung erzeugter Stoßwellen beaufschlagt. In einer Anlage können die Kohlenwasserstoffverbindungen in einem Kreislaufsystem mehrmals behandelt und entsprechend gezielt weiterverwendet bzw. entsorgt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von schwer abbaubaren, organische Schadstoffe enthaltenden, wässrigen Lösungen, Gemischen aus Luft und wässrigen Lösungen sowie Wasserdämpfen, insbesondere Kohlenwasserstoffverbindungen enthaltenden Abwässern aus thermischen Prozessen.
Bei thermischen Prozessen, wie Verbrennung, Vergasung oder Pyrolyse, verbleiben auch je nach Wassergehalt des zu behandelnden Gutes unerwünschte Reststoffe. Diese beinhalten lange Kohlenwasserstoffketten oder Aromate in der Form von Gasen, gesättigten Wasserdämpfen oder Kondensaten. Die Reststoffe können in unterschiedlicher Form, beispielsweise als Niederschlag oder Kondensat, je nach Art des Prozesses, auch als Reststoff eines Luftwäschers verbleiben und sind in der Regel auf aufwendige Weise zu entsorgen, zumal es sich hierbei häufig um Sondermüll handelt.
Der vorliegenden Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, ein besonders effektives und präzise durchführbares Verfahren zur Reinigung von wässrigen Lösungen, Gemischen aus Luft und wässrigen Lösungen oder Wasserdämpfen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die wässrigen Lösungen, die Gemische aus Luft und wässrigen Lösungen oder die Wasserdämpfe und damit die darin enthaltenen schwer abbaubaren organischen Schadstoffe mit der Stoßwellenerzeugung durch Kondensatorunterwasserentladung beaufschlagt werden, wobei die dabei entstehenden Stoffe getrennt aufgefangen, ggf. weiter gereinigt und behandelt werden.
Die Reststoffe in flüssigem oder gasförmigem Zustand oder auch als Flüssiggasgemisch können mit diesem Verfahren gezielt durch das Einleiten von durch Hochspannungsentladung erzeugten Stoßwellen behandelt werden, wobei ein Separierungs- bzw. Reinigungseffekt auftritt, welcher eine zielgerichtete Behandlung und Wetterverarbeitung der Zwischen- bzw. Endprodukte dieses Verfahrens ermöglicht. Die langen Kohlenwasserstoffverbindungen werden bei dieser Behandlung zerkleinert bzw. aufgelöst. Sie können daraufhin neue Verbindungen eingehen oder aber wesentlich gezielter behandelt bzw. entsorgt werden.
Eine bevorzugte Form dieses Verfahrens sieht vor, dass Kondensate mit Kohlenwasserstoffverbindungen aus thermischen Prozessen wie Vergasung, unvollständiger Verbrennung oder Schwelung bzw. Pyrolyse mit der Stoßwellenerzeugung durch Kondensatorunterwasserentladung behandelt werden. Bei der stoßartigen Entladung handelt es sich um die gesteuerte Erzeugung von Blitzen durch schlagartigen Ausgleich elektrischer Ladungen. Dabei werden mit der in den Kondensatoren gespeicherten elektrischen Energie an einer Unterwasserelektrode Plasmakanäle erzeugt, die punktuell extrem hohe Temperaturen erreichen. Durch diesen thermischen Effekt treten in Folge Stoßwellen und Druckwellen durch Erzeugung von Kavitation und schlagartiger Wasserdampfausdehnung auf. Hinzu kommen chemische Effekte, wie die Freisetzung von Radikalen oder die Entstehung von Ozon. Zudem kann superkritisches Wasser als besonders geeignetes Oxidationsmittel entstehen.
Es wird vorgeschlagen, dass durch die Stoßwellenerzeugung auf die Kohlenwasserstoffverbindungen eingewirkt wird, sodass unter Herbeiführung eines Separierungseffektes deren Struktur verändert wird. Eine solche Strukturveränderung kann in einer Zerkleinerung öfter Aufspaltung der Kohlenwasserstoffverbindungen liegen, sodass deren Bestandteile unter Eingehung neuer Verbindungen oder auch isoliert weiterbehandelt werden können.
Eine hohe Flexibilität wird erreicht, wenn die behandelten Gase oder Flüssigkeiten teilreduziert und einer erneuten Stoßwellenbehandlung zugeführt werden. Damit können in Abhängigkeit von den erzielten Zwischenergebnissen der Behandlung neue Reaktionen zu weniger oder keine Schadstoffe enthaltenden Stoffen eingegangen werden oder die teilreduzierten Gase oder Flüssikeiten werden an geeigneter Position wieder in das Verfahren eingefühlt. Feste, flüssige und gasförmige Reststoffe können nach der Stoßwellenbehandlung verbleiben, woraufhin diese dann separat abgeleitet und einer Verwertung, einer Weiterbehandlung oder einer Entsorgung zugeführt werden.
Als besonders wirkungsvoll ist es auch anzusehen, wenn die behandelten Gase oder Flüssigkeiten teilreduziert und einer erneuten Stoßwellenbehandlung zugeführt werden. Die behandelten Gase oder Flüssigkeiten können außerdem wieder in den thermischen Prozeß z. B. als Gaswaschwasser eingeführt werden.
Besonders effektiv ist insbesondere die Entstehung von Synthese-Gas oder Wasserstoff. Dazu wird vorgeschlagen, dass bei dem Verfahren ein Synthese-Gas oder Wasserstoff erzeugt und einer gezielten Weiterbehandlung zugeführt wird. Ersteres hat in der chemischen Industrie besondere Bedeutung als Rohstoff zur Herstellung von Ammoniak und Methanol bzw. rar den Betrieb von Brennstoffzellen. Gleichzeitig können Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd erzeugt werden. Um einen reineren Wasserstoff zu erzeugen, können diese Gase mittels Chemikalien in Losungen gehalten bzw. die physikalischen Bedingungen bei der stoßartigen Entladung wie eine äußere Druckerhöhung können so gestaltet werden, dass Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd in Lösung verbleiben.
Die Effektivität des erfindungsgemäßen Verfahrens kann noch dadurch gesteigert werden, dass bei der Kondensatorentladung Sauerstoff oder Luft in den Reaktionsraum eingeblasen wird. Durch das Einblasen von Luft oder Sauerstoff in den Bereich der Stoßentladung kann kurzzeitig Ozon erzeugt werden, welches dann den Oxidationsprozess erheblich beschleunigt. Dieses wird möglicherweise nur ausgeliehen aber nicht verbraucht, der Sauerstoffgehalt der Luft wird dabei allenfalls unwesentlich verändert.
Alternativ oder ergänzend dazu ist vorgesehen, dass bei der Kondensatorentladung Stickstoff in den Reaktionsraum eingeblasen wird. Dieser Stickstoff oder auch Stickstoff aus der Luft wird während der Behandlung zur Umwandlung in Nitrat genutzt. Hierdurch wird der Stickstoffanteil in der Luft in erheblichem Maße durch freiwerdenden Wasserstoff vorteilhafterweise ersetzt.
Das Verfahren kann auch zielgerichtet in der Form ausgeführt werden, dass beim Aufspaltungsprozess der Kohlenwasserstoffverbindungen ein homogener Katalysator zugegeben wird. Die Verwendung von homogenen Katalysatoren geschieht in der Form von in Flüssigkeit gelösten Katalysatoren.
Hinsichtlich des Einsatzes von Katalysatoren wird auch vorgeschlagen, dass bei dem Verfahren das zu behandelnde Medium an einem heterogenen Katalysator vorbeigeführt wird.
Ohnehin werden bei dem Verfahren Feststoffe wie bitumen- und/oder teerähnliche aufschwimmende Schäume erzeugt. Dieser Effekt kann noch beschleunigt werden, wenn zur Erzeugung von aufschwimmenden Bestandteilen Flotationsmittel eingesetzt werden. Hiermit geht nicht nur ein verbesserter Reinigungsprozess einher, sondern ggf. kann auch auf einen nachträglichen, zeitaufwendigen Sedimentationsprozess für Feinstpartikel verzichtet werden.
Die Anwendungsmöglichkeiten für das erfindungsgemäße Verfahren sind vielfältig. Hierzu zählen Reinigungsvorgänge wie die, dass Emulsionen behandelt werden, bis der maximal zulässige CSB-Wert unterschritten ist, dass gelöste organische Verbindungen enthaltende Abwässer reinigt werden oder dass Luft mit Verdunstungspartikeln aus chemischen Prozessen gereinigt wird.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird außerdem durch eine Anlage mit einer oder mehreren Vergasungsaggregaten, wobei jeweils einem Vergasungsaggregat ein Gaswaschaggregat oder ein Kondensator nachgeordnet und die sich dadurch auszeichnet, dass sie mit einer Stoßwellenkammer ausgerüstet ist, gelost.
In dieser Stoßwellenkammer können gezielt mittels des dort angeordneten Stoßgenerators oder einer vergleichbaren Einrichtung Stoßwellen erzeugt und auf die aus dem Gaswaschaggregat kommende, Schadstoffe enthaltende Lösung, das Gemisch aus Luft und wässrigen Lösungen oder die Wasserdampfe zur Einwirkung gebracht werden. Die Kohlenwasseretoffverbindungen können hier gezielt, ggf. wiederholt behandelt werden, bis das gewünschte Trennergebnis erzielt ist. Dies kann ebenso darauf gerichtet sein, dass neue chemische Verbindungen eingegangen werden wie auf eine mögliche gezielte und umweltgerechte Entsorgung. Es werden sogar Wertstoffe, wie beispielsweise Synthesegase oder Wasserstoff, freigesetzt.
Dazu ist vorgesehen, dass die Stoßwellenkammer dem Gaswaschaggregat nachgeordnet ist. Auf diese Weise können auch Feststoffe, wie beispielsweise Teerwasser, direkt in die Stoßwellenkammer geführt und dort den Trennungsprozessen unterzogen werden. Mit dieser Anlage ist ein besonders flexibles System geschaffen, das nach der Vollendung jeden Verfahrensschrittes in Abhängigkeit von dem Verfahrensergebnis eine gezielte Weiterbehandlung ermöglicht.
Um eine besonders effektive Zerkleinerung der Kohlenwasserstoffverbindungen zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass eine Feststoffrückführung von der Stoßwellenkammer zum Vergasungsaggregat vorgesehen ist.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein umweltfreundliches Verfahren zur gezielten Behandlung von Schadstoffen enthaltenden Substanzen geschaffen ist, mit dem insbesondere Kohlenwasserstoffverbindungen enthaltende Kondensate aus thermischen Prozessen gereinigt werden können. Denkbar ist auch die Reinigung bzw. Separierung von schwer abbaubaren organischen Stoffen aus Abgasen oder erzeugten Gemischen dieser Abgase mit Wassertröpfchenaerosol. Durch die natürliche Verdunstung flüssiger Chemikalien auch bei Temperaturen unterhalb ihres Siedepunktes wird in den chemischen Verfahren sehr häufig der zulässige Grenzwert überschritten. Dies hat zur Folge, dass die mit den Verdunstungspartikeln behafteten Luftmengen entsprechend aufwendig gereinigt werden müssen, wozu das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann. Eine weitere mögliche Anwendung für das Verfahren besteht im Reinigen des Abwassers eines Gaswäschers. Dieses wird so aufbereitet, dass es zu einem höheren Anteil wiederverwendet werden kann, weil durch die Behandlung mit der stoßartigen Entladung ein übermäßiges Anreichern der Schadstoffe, welche die Funktion des Gaswäschers negativ beeinflussen könnten, verhindert wird. Die heute erforderliche Austauschmenge würde hierdurch reduziert, ggf. auch vollständig entfallen. Entsprechend könnte das Kondensat bei reduziertem Schadstoffpegel an Stelle von Wasser in den Prozess eingespritzt werden. Insbesondere im Bereich des Maschinenbaus und in der Lebensmittelindustrie entstehen größere Mengen an fetthaltigen Abwässern, die zum Teil sogenannte stabile Emulsionen, also schwer trennbare Öle enthalten. Auch hier kann das Abwasser mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf besonders effektive Weise aufbereitet werden. Gleiches gilt beispielsweise für solche Abwässer, die gelöste organische Salze beinhalten.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in dar ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigt;
Fig. 1 die vereinfachte Darstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine Anlage, bestehend aus den drei Aggregaten Vergasungsaggregat 2, Gaswaschaggregat 3 und Stoßwellenkammer 1, die hintereinander angeordnet sind. Hier wird beispielhaft das Vergasungsgut gemäß Pfeil 6 in das Vergasungsaggregat 2 eingebracht. Nach Abschluss dieses Prozesses wird Asche bzw. Schlacke 9 abgeführt, während das Gas in Pfeilrichtung 12 in das Gaswaschaggregat 3 gelangt. Nach Ende dieses Prozesses wird einmal Gas in Pfeilrichtung 13 und Restmedium 7, hier Teerwasser, in Richtung Stoßwellenkammer 1 geleitet. Nach der Behandlung der Kohleawasserstoffverbindungen und der Zerkleinerung der Kohlenwasserstoffketten in der Sroßwellenkammer 1 wird Gas in Pfeilrichtung 8 freigesetzt und teilgereinigtes Wasser gemäß Pfeil 10 in das Gaswaschaggregat 3 zurückgeleitet, während über den hier als Feststoffleitung 4 ausgebildeten Weg solche Feststoffmedien zum Vergasungsaggregat 2 in Pfeilrichtung 11 zurückgeleitet werden. Damit ist ein Kreislaufsystem geschaffen, welches so lange wiederholt genutzt werden kann und an unterschiedlichen Positionen variiert werden kann, bis der gewünschte Grad an Reinigung erreicht ist.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von schwer abbaubaren, organische Schadstoffe enthaltenden, wässrigen Lösungen, Gemischen aus Luft und wässrigen Lösungen sowie Wasserdämpfen, insbesondere Kohlenwasserstoffverbindungen enthaltenden Abwässern aus thermischen Prozessen, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrigen Lösungen, die Gemische aus Luft und wässrigen Lösungen oder die Wasserdämpfe und damit die darin enthaltenen, schwer abbaubaren, organischen Schadstoffe mit der Stoßwellenerzeugung durch Kondensatorunterwasserentladung beaufschlagt werden, wobei die dabei entstehenden Stoffe getrennt aufgefangen, ggf. weiter gereinigt und behandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kondensate mit Kohlenwasserstoffverbindungen aus thermischen Prozessen, wie Vergasung, unvollständiger Verbrennung oder Schwelung bzw. Pyrolyse mit der Stoßwellenerzeugung durch Kondensatorunterwasserentladung behandelt werden.

3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stoßwellenerzeugung auf die Kohlenwasserstoffverbindungen eingewirkt wird, sodass unter Herbeiführung eines Separierungseffektes deren Struktur verändert wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die behandelten Gase oder Flüssigkeiten teilreduziert und einer erneuten Stoßwellenbehandlung zugeführt werden.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die behandelten Gase oder Flüssigkeiten teilreduziert und in dem Verfahren einer Wiederverwendung, insbesondere einer Wiederverwendung im Gaswaschaggregat, zugeführt werden.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren ein Synthese-Gas erzeugt und einer gezielten Weiterbehandlung zugeführt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren Wasserstoff erzeugt und einer gezielten Weiterbehandlung zugeführt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Stoßentladung Sauerstoff oder Luft in den Reaktionsraum eingeblasen wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Stoßentladung Stickstoff in den Reaktionsraum eingeblasen wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren ein homogener Katalysator zugegeben wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren das zu behandelnde Medium an einem heterogenen Katalysator vorbeigeführt wird.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von aufschwimmenden Bestandteilen Flotationsmittel eingesetzt werden.

13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stabile Emulsionen behandelt werden, bis der maximal zulässige CSB-Wert unterschritten ist.

14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gelöste, organische Verbindungen enthaltende Abwässer gereinigt werden.

15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Luft mit Verdunstungspartikeln aus chemischen Prozessen gereinigt wird.

16. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer oder mehreren Vergasungsaggregaten (2), wobei jeweils einem Vergasungsaggregat (2) ein Gaswaschaggregat (3) oder ein Kondensator nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mit einer Stoßwellenkammer (1) ausgerüstet ist.

17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßwellenkammer (1) dem Gaswaschaggregat (3) oder Kondensator nachgeordnet ist.

18. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feststoffrückführung (4) von der Stoßwellenkammer (1) zum Vergasungsaggregat (2) vorgesehen ist.