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Die
Erfindung betrifft ein Filterhilfsmittel und ein Verfahren für die Abwasserreinigung
von verschiedenen organischen und anorganischen Schadstoffen (z.B.
organischen oder chlororganischen Verbindungen, Schwermetallen usw.).
Dabei handelt es sich um ein preisgünstiges Verfahren zur Eliminierung
der Schadstoffe sowohl in suspendierter als auch in gelöster Form,
das eine Verwendung des gereinigten Abwassers und/oder des nach
dem Prozeßende
enthaltenen Filterkuchens in der Produktion oder seine sichere Entsorgung
ermöglicht.
Die Erfindung hat auch zum Ziel eine tatsächliche Eliminierung (keine
weitere Verschiebung in der Umwelt) der zurückgehaltenen Schadstoffe zu
erreichen.
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Die
industriellen und kommunalen Abwässer
enthalten sowohl gelöste
als auch ungelöste
Schadstoffe verschiedener Herkunft. Einige dieser Schadstoffe stellen
ein nicht zu unterschätzendes
Gefahrpotenzial dar. Z.B. die AOX-Verbindungen (adsorbierbare halogenorganische
Verbindungen) spielen aufgrund ihrer Langlebigkeit, mangelnden Abbaubarkeit
in konventionellen Kläranlagen,
Bioakkumulation und Toxizität
im Gewässerschutz
eine immer noch große
Rolle. Um eine effiziente Eliminierung solcher Verbindungen von
Abwässern zu
erreichen, sollte man komplizierte Technologien verwenden, die mit
den großen
Investitionen und Betriebkosten verbunden sind.
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Trotzdem
sind die Probleme der Eliminierung einer Reihe der Schadstoffe (unter
anderem AOX-Verbindungen) keineswegs gelöst, sondern haben sich sogar
verschärft.
Außerdem
werden die Anforderungen für die
Schadstoffgehalte verschiedener Abwässer weiter verschärft. So
liegen z.B. die Grenzwerte nun, abhängig vom Einleiter, im Bereich
von 1 bis 0,1 mg/l (Bundesgesetzblatt, Jahrgang 1999, Teil 1, Nr.6;
ausgegeben: Bonn 18.03.1999).
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Für die Reinigung
industrieller Abwasser werden verschiedene Technologien benutzt,
die sich auf unterschiedliche physikalische und chemische Prinzipien
stützen
und nur für
die Eliminierung ganz bestimmter Schadstoffe verwendbar sind. Diese
Technologien sind häufig
weder effizient noch wirtschaftlich, selbst in denjenigen Anwendungsbereichen,
für die
sie entwickelt wurden. Außerdem
sind sie nicht universell. Als Beispiel können die verschiedenen Technologien
der Abwasserreinigung von AOX-Verbindungen betrachtet werden.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren für die AOX-Eliminierung
bekannt. So kennt man beispielsweise den Abbau von AOX durch biologische
Verfahren unter aeroben (
JP-AS
97.239.391 ) oder anaeroben Verhältnissen (
JP-AS 96.216.784 ), Zugabe der Koagulation-(
JP-AS 98.202.271 ) oder
Flockungsmittel (
US-PS 5.647.977 ),
durch Ozonoxidierung (Zhoi H, Smith D. Water Sci. Technol. 35 (1997)
2), UV-Bestrahlung (Nosovich A.A., Sobolina N.M., Goncharuk V.V.
Khim. Techl. Vody 17 (1995) 5)(russ), Adsorbtion auf Natursorbentien
(Filonenko J.J., Nenakhova L.A., Okorokov V.A., Koks. Khim 9 (1996)(russ.)
usw.
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Bei
kritischer Analyse der Ergebnisse dieser Verfahren kann behauptet
werden, dass eine umfassende Lösung
dieses Problems noch nicht in Sicht ist. Nach Erfahrung des Denkendorfer
Instituts für
Textil- und Verfahrenstechnik ist der Eliminierungsgrad für AOX durch
chemische Fällung
und Flockung ähnlich
niedrig wie durch ein aerobes Verfahren. Auch der Eliminierungsgrad
durch Kohleadsorbtion ist nicht viel besser (Schulze-Rettner R.
Korrespondenz Abwasser 45, (1998), 8).
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Die
Reinigungseffektivität
bei dem anaeroben Verfahren scheint stark von der Art der AOX-Verbindungen
und ihrer Mischung, Abwasserzusammensetzung und -temperatur sowie
von anderen Faktoren abhängig zu
sein. Die Dechlolierungsgeschwindigkeit, spezifische Produktivität des Verfahrens,
Reinigungskosten und selbst die Möglichkeit, die existierenden
Grenzwerte für
verschiedene AOX-Verbindungen zu erreichen, sind ebenfalls unklar.
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Die
Nachteile dieser Verfahren versucht man zu umgehen, indem man eine
mehrstufige Abwasserbehandlung verwendet. Z.B. ist ein Verfahren
vorgeschlagen, in dem das Abwasser in der ersten Stufe durch Ozon
und UV bearbeitet. Dann folgt die Abwasserbehandlung im magnetischen
Feld und durch elektrochemische Flockung (
US-PS 5679257 ). Dieses Verfahren ist
aber sehr aufwendig und kompliziert und scheint auch nicht effektiv
zu sein.
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Für die AOX-Eliminierung
aus industriellen Abwässern
wird die Aktivkohleadsorption am häufigsten verwendet (Mollack
A., Robinson C. Kinetics Water Res. 30, (1996), 12). In der Regel
wird granulierte Aktivkohle auf Grund ihrer Regenerierungsmöglichkeit
benutzt. Diese Regenerierung, die die Kosten dieses Verfahrens entscheidend
bestimmt, verfolgt zwei Ziele: Rückgewinnung
der im Abwasser enthaltenen organischen Stoffe und eine wiederholte
Benutzung der Adsorbentien. Eine Rückgewinnung ist aufgrund der
Komplexität
der Schadstoffgemische im Abwasser häufig ökonomisch nicht vertretbar.
Das Desorptionsverfahren funktioniert auch nicht immer problemlos.
Bei Untersuchungen mit schwerflüchtigen
chlorierten Kohlenwasserstoffen waren maximal vier Adsorptions/Desorptions-Zyklen
möglich.
Danach war die Adsorptionskapazität auf ein Minimum gesunken
(Tolzmann K., Weiß S.
Chemie Ing. Technik 70, (1998), 6). Außerdem stellt sich die Frage,
wie hoch der Anteil der Schadstoffe ist, die durch diese Technologie
tatsächlich
entfernt und die bei der Regenerierung anschließend wieder in die Umwelt freigesetzt
werden. In diesem Fall, der häufig
praktiziert wird, geht es nicht um die Schadstoffeliminierung, sondern
um eine Schadstoffverschiebung in der Umwelt.
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Dieses
Verfahren ist außerdem
kostspielig, insbesondere wenn das Desorptionsverfahren nicht möglich oder
nicht effektiv ist. Auch lässt
die zu erreichende Reinigungseffektivität oft zu wünschen übrig. Um diese Effektivität erhöhen zu können, installiert
man entweder zwei Adsorber hintereinander oder ein Adsorber mit einer
besonders großen
Höhe der
Aktivkohleschicht (von etwa 3 m und mehr). Wenn man zwei Adsorber
installiert (in diesem Fall ist die Höhe der Aktivkohleschicht jeweils
1,5–2,0
m pro Adsorber), ist es mit den größeren Investitionskosten zu
rechnen.
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Außerdem braucht
man in den beiden Fällen
eine mechanische Vorreinigungsstufe für die Schwebstoffeliminierung.
Für diese
Zwecke werden hauptsächlich
Ein- und Mehrschichtfilter verwendet. Diese Filter, in denen meistens
verschiedene Sandarten als Fil termittel benutzt werden, haben eine
Reihe bekannter Nachteile (niedrige Qualität der Abwasserreinigung, Notwendigkeit
ständiger
Filterrückspülung unter
Verbrauch größer Mengen
gereinigten Abwassers usw.). Zu den Nachteilen dieser Filtermittel
und Verfahren gehören
auch eine geringe spezifische Schadstoffmassenaufnahme der Filterschicht,
sowie die Unumgänglichkeit
eines mehrmals wiederholten Filtrieren und der Ausspülung derselben
Teilchen der festen Phase aus der Filterschicht, wobei diese Mengen
oft beträchtlich
sind.
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Weil
diese mechanische Vorreinigung in der Regel nicht genug effektiv
ist, setzen sich auch die Schwebstoffteilchen auf der Oberfläche der
Aktivkohle in Adsorbern ab. Dies vermindert die Adsorptionseffektivität. Um diese
Effektivität
zu erhöhen,
braucht man intensive Rückspülungen des
Adsorbers, die oft wiederholt werden müssen, und zwar auch unter Verbrauch
größer Menge
gereinigten Abwassers.
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Als
Resultat muss man bei diesem Abwasserreinigungsverfahren mit hohen
Investitions- und
Betriebkosten rechnen. Außerdem
ist der Eliminierungsgrad einer Reihe von Schadstoffen, z.B. der
AOX-Verbindungen durch dieses Verfahren nicht befriedigend (Schultze-Rettner
R. Korrespondenz Abwasser 45, (1998), 8).
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Adsorptionsverfahren
mit Verwendung der Aktivkohle in Pulverform werden für die Reinigung
verschiedener industrieller Abwässer
ebenfalls eingesetzt. Man verwendet diese Verfahren z.B. in Färbereien
für die
Reinigung der Farbabwässer,
in der Phenolgewinnung für
die Reinigung der Gaswaschwässer,
bei der Benzynsynthese für
die Reinigung des Kondenswassers usw. (K. Pöpinghaus. W. Filla, S. Sensey,
W. Schneider Abwassertechnologie, 2. Auflage, Springer Verlag, 1994).
Dieses Verfahren erfordert auch eine effektive mechanische Vorreinigungsstufe
für die
Schwebstoffeliminierung. Dabei reicht die Verwendung von Ein- und Mehrschichtfiltern
in der Regel nicht aus, insbesondere wenn das zu reinigende Abwasser
durch die feste Phase stark belastet ist. Somit werden die Adsorptionsflächen der
Aktivkohleteilchen noch rascher verstopfen, als in dem vorhergehenden
Fall. Dies führt
zu einer erheblichen Reduzierung der Reinigungseffektivität und zur Steigerung
des Adsorptionsmittelbedarfs. Die Aktivkohle in Pulverform ist nicht
regenerierbar und dieses Adsorptionsverfahren ist auch sehr kostspielig.
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Es
ist auch zu bemerken, dass alle Aktivkohle Sorten sowohl in Korn-
als auch in Pulverform überwiegend
hydrophob sind und deshalb zur Entfernung unpolarer organischer
Verbindungen effektiv eingesetzt werden können. Bei der Eliminierung
anderer Schadstoffe ist mit verschiedenen Schwierigkeiten zu rechnen.
Wie erwähnt,
sind diese Adsorbentien kostspielig und verursachen Mehrkosten bei
den Betriebsausgaben. Zum Nachteil dieser Verfahren gehört auch,
dass die zurückgehaltenen
Schadstoffe häufig
nicht eliminiert, sondern in der Umwelt verschoben werden.
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Filtration
durch eine Filterschicht aus Aktivkohle (Ullmanns. Encyklopädie der
tech. Chemie 4. Aufl. Bd. 14, (1977), S. 620–623), aus Aktivkohle und verschiedener
Kokse (
DE 39 01 006
A1 ) und aus Diatomit und Aktivkohlepulver (
DE 197 43 466 C1 ) haben
die ähnlichen
Nachteile, wie die der oben schon besprochenen Verfahren mit der
Aktivkohleverwendung.
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Aus
(
DE 36 32 360 A1 )
ist das Verfahren bekannt, bei dem man das Wasser mit einem zur
chemischen Wechselwirkung mit dem Schadstoff unter Bildung eines
wasserunlösli chen
Reaktionsproduktes befähigten Reaktionspartner
in Form einer Feststoffzubereitung behandelt. Unter den Feststoffen,
die für
dieses Verfahren der Abwasserreinigung brauchbar sind, sind sowohl
inerte anorganische (z.B. Bentonit) als auch organische (z.B. Aktivkohle,
Holzmehl) Feststoffe erwähnt.
Dieses Verfahren der Abwasserreinigung hat die folgenden Nachteile:
- a) Für
eine effektive Dispergierung der im Abwasser gelösten Schadstoffe durch eine
chemische Reaktion müssen
die jeweiligen Reaktionsprodukte in den stöchiometrischen Mengen dem Abwasser
zugegeben werden. Dies on-line zu gewährleisten, ist aber sehr schwierig,
weil die Konzentration der Schadstoffe in einem Abwasser im voraus
nicht bekannt ist und sich während
des Verfahrensverlaufs ständig
wechseln kann;
- b) Sowohl die in einem Abwasser gelösten Schadstoffe als auch die
zugegebenen Reaktionsprodukte sind im Volumen nicht gleichmäßig verteilt.
Aus diesem Grund können
die ähnlichen
Probleme entstehen, wie es im Punkt a) dargelegt worden sind;
- c) Eine Dispergierung der im Abwasser gelösten Schadstoffe durch die
Zugabe verschiedener Chemikalien ist ein kostspieliges Verfahren,
das mit hohen Investitions- und Betriebskosten verbunden ist.
- d) Die Reinigungseffektivität
in diesem Verfahren kann nicht immer befriedigend sein.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein effektives
Verfahren zur Abwasserreinigung und ein leicht zugängliches,
kostengünstiges
Filterhilfsmittel mit den guten filtrierenden und adsorbierenden Eigenschaften,
die die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermeiden,
zu finden. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist gleichermaßen die
Bereitstellung eines wirkungsvollen Filterhilfsmittels und eines Verfahrens,
die eine effektive und preisgünstige
Abwasserreinigung, eine tatsächliche
Eliminierung der im Abwasser enthaltenen Schadstoffe und eine problemlose
Kuchenentsorgung ermöglichen
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass die oben genannten Schwierigkeiten vermieden
werden, wenn man die anspruchsgemäßen Filterhilfsmittel und Verfahren
verwendet. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden eine effektive
Eliminierung der im Abwasser enthaltenen gelösten und suspendierten Schadstoffe
sowie eine hohe Filtrationsgeschwindigkeit erreicht.
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Es
wurde gefunden, dass dieses Verfahren besonders effektiv ist, wenn
die Höhe
der Filterhilfsmittelschicht 10–600
mm, vorzugsweise 40–400
mm, beträgt.
Dabei kann die Filterschichthöhe
während
des Prozesses abhängig
von der Belastung des Abwassers entweder konstant gehalten oder
vergrößert werden.
Bei der Reinigung der hoch belasteten Abwässer ist die Schichterhöhung vorteilhaft
und ermöglicht
eine weitgehende Optimierung des Verfahrens. Dabei kann diese Schichterhöhung kontinuierlich
oder diskontinuierlich durchgeführt
werden.
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Es
wurde auch gefunden, dass diese Schichterhöhung eine besonders gute Wirkung
hat, wenn die durchschnittliche Geschwindigkeit solcher Erhöhung während des
Prozesses 0,1–20
mm/h, vorzugsweise 1–10
mm/h, beträgt.
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Weiterhin
wurde festgestellt, dass die optimalen Druckwerte während der
Filtration im Bereich 0,3–9 bar,
vorzugsweise 0,6–6
bar, liegen und dass diese Werte abhängig von der Abwasserbelastung
und anderen Faktoren entweder erhöht werden oder konstant gehalten
sollten. Dabei wurde gefunden, dass die durchschnittliche Geschwindigkeit
der Druckerhöhung
0,01–1,0
bar/h, vorzugsweise 0,05–0,5
bar/h, betragen sollte.
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Erfindungsgemäß werden
die nach dem Filtrationsende durch die Filterschicht zurückgehaltenen Schadstoffe
unschädlich
gemacht. Eine Zerstörung
dieser Stoffe kann sehr effektiv und preisgünstig durchgeführt werden,
weil der Anteil der Schadstoffe in der Filterschicht nach dem Filtrationsende
wesentlich höher
ist als im ursprünglichen
Abwasser. Somit ermöglicht
die anspruchsgemäße Lösung eine
effiziente Eliminierung der im Abwasser enthaltenen Schadstoffe
(also keine Umlagerung dieser Stoffe in der Umwelt).
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Es
wurde weiterhin gefunden, dass das nach dem Filtrationsende im Filter
und im Filterkuchen gebliebene Abwasser durch den Luft- oder Gasdruck
effektiv abfiltriert und der mittels anschließender Luft- und/oder Gasfiltration
behandelte Filterkuchen kostengünstig
getrocknet werden können.
Der erfindungsgemäß aufgebaute
Filterkuchen ist normalerweise sehr homogen und durchlässig und
weist eine gute Trocknungsfähigkeit auf.
Sollte dies nicht der Fall sein, kann man im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
die eventuelle Inhomogenität
des Filterkuchens, wie es unten beschrieben ist, beseitigen.
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Das
erfindungsgemäße Filterhilfsmittel
weist gegenüber
den Filtermaterialien des Standes der Technik (granulierte und pulverförmige Aktivkohle)
entscheidende Vorteile auf. Dieses Filterhilfsmittel besteht aus
pulverförmigen,
polydispersen und inerten Teilchen, ist kostengünstig und leicht verwendbar.
Zudem hat es den Vorteil, dass es einerseits eine große spezifische
Oberfläche
besitzt, eine starke Oberflächeaktivität und eine ausgezeichnete
Wirksamkeit bei der Filtration und Adsorption der festen und gelösten Stoffe
zeigt und andererseits das Erreichen einer hohen Filtrationsgeschwindigkeit
ermöglicht.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass die Nachteile der bekannten Filtermaterialien
vermieden werden, wenn man das anspruchsgemäße Filterhilfsmittel verwendet,
das den Stoff A – 10–90 Gewichtsteile fein
pulvriger Aktivkohle, Stoff B – 10–90 Gewichtsteile
von Holzmehl
und
| Stoff C | 0,5–900 Gewichtsteile Diatomit, |
| Stoff D | 0–900 Gewichtsteile Perlite, |
| Stoff E | 0–900 Gewichtsteile Klinoptilolit, |
| Stoff F | 0–900 Gewichtsteile Bentonit, |
| Stoff G | 0,5–900 Gewichtsteile Asche, |
| Stoff H | 0–900 Gewichtsteile Cellulose, |
| Stoff J | 0–900 Gewichtsteile Koks, |
bezogen auf 100 Gewichtsteile der ersten und zweiten
Komponenten zusammen, enthält.
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Es
wurde weiterhin gefunden, dass das Filterhilfsmittel eine besonders
gute filtrierende und adsorbierende Wirkung zeigt, wenn etwa 75
Gewichts-% der Aktivkohleteilchen kleiner als 90 μm und etwa
80 Gewichts-% der Holzmehlteilchen kleiner als 400 μm sind.
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Es
wurde auch gefunden, dass die Wirksamkeit des Filterhilfsmittels
erhöht
werden kann, wenn es mit einer wässrigen
Säure-Lösung unter
dem pH-Wert 1–5,
vorzugsweise 1,5–3,5,
in Kontakt gebracht wird.
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Erfindungsgemäß zeigt
das Filterhilfsmittel eine besonders hohe Reinigungswirkung, wenn
die Stoffe A und J ein positives Zetapotential in den wässrigen
Säure-Lösungen und
ein negatives Zetapotential in den wässrigen Lauge-Lösungen aufweisen.
Dabei sollten diese Zetapotentiale von etwa +10 mV bis etwa +70
mV im Wasser bei den pH-Werten
von 1 bis 5 und von etwa –10
mV bis etwa –50
mV bei den pH-Werten von 8 bis 11 aufweisen. Im Gegenteil weisen
die Stoffe von B bis H ein negatives Zetapotential im Wasser auf.
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Erfindungsgemäß besteht
das Holzmehl aus Nadel- und/oder Laubhölzern. Diese Bestandteile sind kostengünstig und
leicht zugänglich.
Als diese Bestandteile können
auch verschiedene Sägemehlabfälle der holzbearbeitenden
Industrie verwendet werden. Die Verwendung solcher Abfälle, die
in großen
Mengen zur Verfügung
stehen, macht dieses Filterhilfsmittel noch preisgünstiger
und zugänglicher.
Es ist zu betonen, dass die Herstellung des erfindungsgemäßen Filterhilfsmittels
nicht nur keine zusätzlichen
Umweltprobleme verursacht, sondern mit der Wiederverwendung der
Abfälle
verbunden ist.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass die Abwasserreinigung wesentlich besser ist,
wenn die Anschwemmschicht aus zwei oder mehreren einzelnen Schichten,
die verschiedene durchschnittliche Teilchengrößen der Filterhilfsmittel haben,
besteht. Dabei sollten die durchschnittlichen Teilchengrößen dieser Schichten
in die Filtrationsrichtung immer kleiner werden. Eine solche Filterschichtstruktur
ermöglicht
nicht nur die Effizienz der Abwasserreinigung zu erhöhen, sondern
auch den Filterhilfsmittelverbrauch zu reduzieren. Es wurde weiterhin
gefunden, dass die Reinigungseffektivität bei der Mehrschichtsfiltration
im Hinblick auf die Abwassereigenschaften erhöht werden kann, wenn mindestens
zwei einzelne Schichten sich durch die Zetapotentialzeichen voneinander
unterscheiden.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass diese Erhöhung
der Reinigungseffektivität
nicht nur von den im Abwasser suspendierten sondern auch von den
gelösten
Schadstoffen erreicht werden kann.
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Es
wurde auch gefunden, dass die Porösität der Filterschicht vor dem
Filtrationsanfang 60–90
Volumen-% aufweist. Dies kann durch die optimale Zusammensetzung
des erfindungsgemäßen Filterhilfsmittels erreicht
werden und hat den Vorteil, dass die Filtrationsgeschwindigkeit
und die Standzeit der Filterschicht wesentlich erhöht werden
können.
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Es
wurde weiterhin gefunden, dass die Feuchtigkeit der erfindungsgemäßen Filterschicht
nach dem Verfahrensende niedrig ist und etwa 35–55 Volumen-% aufweist. Dies
hat den Vorteil, dass die Entsorgungskosten (z.B. bei Verbrennung)
des Filterkuchens reduziert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass
diese Filterschicht einen relativ niedrigen Aschengehalt, der vor
dem Filtrationsbeginn unter 35 Gewichts-% liegt, aufweist. Dies
ermöglicht,
die Kosten der Filterkuchenentsorgung weiter zu reduzieren.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass die im Abwasser enthaltene feste Phase durch
die Zugabe des erfindungsgemäßen Filterhilfsmittels
sedimentiert werden kann. Dabei kann man nicht nur diese feste Phase
sondern auch die im Abwasser gelösten Schadstoffe,
die auf den Filterhilfsmittelteilchen adsorbiert werden, eliminieren.
Erfindungsgemäß wurde
gefunden, dass eine effektive Reinigung des Abwassers sowohl von
suspendierten, als auch von gelösten
Schadstoffen zu erreichen ist, wenn man die Sedimentation bei der Konzentration
der zugegebenen Filterhilfsmittel im Abwasser 0,001–5,0 Gewichts-%,
vorzugsweise 0,01–0,5 Gewichts-%
führt.
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Es
wurde weiterhin gefunden, dass dieselbe Schicht des erfindungsgemäßen Filterhilfsmittels
für die Filtration
sowohl des nach der Sedimentation geklärten als auch des hochkonzentrierten
Abwassers verwendet werden kann. Dabei sollte zuerst das geklärte und
dann das hochkonzentrierte Abwasser durch diese Schicht filtriert
werden. Dies reduziert den Verbrauch des Filterhilfsmittels und
die Prozeßkosten.
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Die
Verwendung verschiedener Schichten des Filterhilfsmittels für die Filtration
der nach der Sedimentation geklärten
und des hochkonzentrierten Abwassers ist auch möglich. Dies hat den Vorteil,
dass die Filtrationszeit reduziert werden kann. Außerdem ist
in diesem Fall möglich,
die Parameter jeder dieser Schichten den Eigenschaften der beiden
Abwässer
anzupassen und dadurch die Filtrationsgeschwindigkeit und die Reinigungseffektivität zu erhöhen.
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Wie
erwähnt,
können
die durch die Filterschicht zurückgehaltenen
Schadstoffe im Rahmen dieses Verfahrens effektiv zerstört werden. Überraschenderweise
wurde gefunden, dass die Zerstörung
dieser Schadstoffe mittels einer einfachen Luft- und/oder Gasfiltration
durch diese Schicht möglich
ist. Es ergab sich, dass eine einfache Oxidierung der Schadstoffe
während
dieser Filtration oft genug ist, um eine sichere Zerstörung dieser
Stoffe zu erreichen. Sollte dies nicht ausreichen, kann man im Rahmen
des erfindungsgemäßen Verfahren
problemlos verschiedene Luft/Gas- und/oder Gas/Gas-Gemische auswählen, die
eine zuverlässige
und preisgünstige
Zerstörung
konkreter Schadstoffe gewährleisten
können.
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Somit
kann dieses Verfahren nicht nur eine effektive Eliminierung verschiedener
Schadstoffe sichern, sondern auch diese Eliminierung vereinfachen
und preisgünstiger
machen. Dabei sind die Optimierung und Zuverlässigkeit dieser Zerstörung, die
unter anderem von Art, Menge und Eigenschaften der jeweiligen Schadstoffe
abhängig
sind, durch die Auswahl der geeigneten Prozeßparameter leicht zu erreichen.
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Erfindungsgemäß wurde
gefunden, dass ein Kreislauf der Luft und/oder des Gases und/oder
ihrer Gemische durch die Filterschicht besonders effektiv ist.
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Weiterhin
wurde gefunden, dass eine Reihe der durch den Filterkuchen zurückgehaltenen
Schadstoffe (z.B. organische oder chlororganische Verbindungen)
effektiv und kostengünstig
unschädlich
gemacht werden können,
wenn man das Ozon durch diesen Kuchen filtriert. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren
wesentlich effektiver, als z.B. den oben genannten Abbau von AOX
durch eine Ozonoxidierung unmittelbar im Abwasser. Es hängt damit
zusammen, dass die AOX-Konzentration im Abwasser wesentlich geringer
ist als im Filterkuchen nach der Abwasserreinigung. Deshalb ist
die Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens der Ozon- und AOX-Moleküle bei der
Abwasserbehandlung durch dieses Gas wesentlich niedriger als bei
einer Ozonfiltration durch den Filterkuchen. So kann ein großer Teil
dieses Gases bei der Abwasserbehandlung an keiner Oxidierungsreaktion
teilnehmen und verloren gehen. Dies erfordert einen zusätzlichen
Ozonverbrauch und verursacht nicht nur wirtschaftliche sondern auch ökologische
Proble me, weil eine bestimmte Ozonmenge in die Umwelt geraten kann.
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Aus
diesem Grund ist das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstiger,
als das bekannte Verfahren. Effizienz und Wirtschaftlichkeit dieses
Verfahrens können
durch den Ozonkreislauf weiter erhöht werden.
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Erfindungsgemäß kann sowohl
der Zerstörung
der durch den Filterkuchen zurückgehaltenen
Schadstoffe als auch der Trocknungsgrad dieses Kuchens durch die
Luft- und/oder Gasfiltration wesentlich erhöht werden, wenn man hoch dispergierte
feste Teilchen zur Luft und/oder zu diesen Gasen vor ihrer Filtration
zudosieren wird. Die Wirksamkeit dieser Zudosierung ist umso höher, je
höher die
Inhomogonität
der lokalen hydraulischen Widerstände des Filterkuchens ist.
Mit dieser eventuellen Inhomogenität und sogar mit den Kuchenrissen
sollte man rechnen, insbesondere wenn die Kuchenhöhe relativ
groß ist.
Dabei fließen
große
Mengen der Luft und/oder der Gase bei der Filtration nicht gleichmäßig durch
diesen Kuchen sondern durch diese Risse oder die lokalen Abschnitte
der Filterfläche,
die die niedrigsten hydraulischen Widerstände haben. Unter diesen Bedingungen
bleiben wesentliche Abschnitte des Filterkuchens für die filtrierenden
Gase und/oder die Luft unerreichbar und die Zerstörung der
oben genannten Schadstoffe oder das Trocknen des Filterkuchens ist
nicht effektiv.
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Somit
ermöglicht
die Zudosierung der festen Phase zur Luft und/oder zu diesen Gasen
und/oder ihren Gemischen, die Homogenität des hydraulischen Widerstands
des Kuchens zu erreichen und die oben genannten Probleme zu lösen.
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Es
wurde weiterhin gefunden, dass die Zerstörung der durch den Filterkuchen
zurückgehaltenen Schadstoffe
und dessen Trocknung besonders effektiv sind, wenn man die Filtration
der Luft und/oder eines Gases und/oder ihrer Gemische durch den
Kuchen bei einer Anfangskonzentration der zudosierten festen Phase
0,5–100
mg/nm3 (Normalkubikmeter), vorzugsweise
1–50 mg/nm3, führt.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass das erfindungsgemäß gereinigte Abwasser für die Herstellung
verschiedener Produkte verwendet werden kann. Dabei wurde gefunden,
dass eine selektive Eliminierung verschiedener Stoffe aus einem
Abwasser möglich
ist.
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Es
wurde weiterhin gefunden, dass verschiedene Produkte ohne Qualitätseinbuße hergestellt
werden können,
wenn man die jeweiligen vorgegebenen Stoffe dem erfindungsgemäß gereinigten
Abwasser hinzufügt.
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Dieses
Konzept der Abwasserbehandlung ist sehr erfolgversprechend und führt zu einer
erheblichen Reduktion der Abwassermenge, des Trinkwasserverbrauchs
und der eingesetzten Chemikalienmenge. Somit sind sowohl wirtschaftliche
als auch ökologische
Effekte zu erreichen.
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Es
wurde ebenso gefunden, dass der nach dem Prozessende erhaltene Filterkuchen
auch für
die Herstellung verschiedener Produkte verwendet werden kann. Dabei
können
durch eine gezielte Auswahl der eingesetzten Filterhilfsmittel und
der Prozessparameter sowohl eine notwendige Effektivität der Abwasserreinigung
als auch die erwünschten
Eigenschaften des Filterkuchens nach dem Prozessende erreicht werden.
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Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden Beispiele
veranschaulicht, die jedoch keineswegs beschränkend sind.
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Referenzbeispiele:
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Beispiel 1.
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Ein
Tenside-haltiges Abwasser ist durch AOX (adsorbierbare organische
Chlorverbindungen) hoch belastet (AOX-Gehalt: 9000 μg/l Cl).
Dabei enthält
dieses Abwasser die AOX-Verbindungen sowohl in suspendierter (2200 μg/l Cl) als
auch in gelöster
(6800 μg/l
Cl) Form. Gleiche Mengen dieses Abwassers wurden durch horizontale
Schichten der Aktivkohle in Granul- und in Pulverform (nach dem
Stand der Technik) und einmal durch eine Anschwemmschicht aus einem
Gemisch Holzmehl (71,35 Gew.-%)-Aktivkohle
(28,65 Gew.-%)(nach dem erfindungsgemäßen Verfahren) filtriert. Die
Schichthöhe
in jedem Experiment war 65 mm, der Filterdruck – 0,9 bar. Als Filtermittel
wurde ein Metallgewebe verwendet. Die Abwasserproben wurden jeweils
vor und nach der Filtration analysiert. Die AOX-Analysen wurden
mit der Säulemethode
durchgeführt. Die
erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Reinigungseffektivität des Abwassers
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist deutlich besser, als bei dem Stand der Technik. Tabelle
1. Ergebnisse
der Abwasserfiltration
| Nr. | Filterhilfsmittel | Filtrationsergebnisse |
| | | AOX-Gehalt
im Filtrat, μg/l
Cl | Reinigungsfaktor |
| in
gelöster Form | in
suspendierter Form | Insgesamt | |
| 1 | Aktivkohle
in Granulform | 1683 | 798 | 2481 | 3,63 |
| 2 | Aktivkohle
in Pulverform | 1086 | 357 | 1443 | 6,24 |
| 3 | Holzmehl-Aktivkohle
in Pulverform | 763 | 216 | 979 | 9,10 |
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Beispiel 2.
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Ein
durch Schwermetalle (hauptsächlich
Zink, mit 8800 μg/l)
belastetes Abwasser wird durch eine Schicht des Filterhilfsmittels
filtriert. Das Filterhilfsmittel besteht aus dem Holzmehl (70 Gewichtsteile),
der feinpulvrigen Aktivkohle (30 Gewichtteile) und dem Diatomit
(30 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile der Aktivkohle und
Holzmehl zusammen). Die Schichtsporösität vor dem Filtrationsanfang
weist 70 Volumen- % auf.
Die Schichthöhe
in verschiedenen Experimenten war 50, 70 und 90 mm und der Filtrationsdruck – 0,7 – 0,9 bar.
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Die
Probevolumen wurden konstant gehalten und nach Erreichen der streng
definierten Filtratmengen abgenommen. Es wurden die Filtrationsvolumen
und die Filtrationszeit fixiert und die Filtrationsgeschwindigkeit
berechnet. Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
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Heraus
ist zu schließen,
dass das erfindungsgemäße Verfahren
eine effektive Eliminierung der Schwermetalle aus dem Abwasser ermöglicht.
Mit Zunahme der eingesetzten Menge des Filterhilfsmittels nimmt
der Reinigungsfaktor wesentlich zu. Die durchschnittliche Filtrationsgeschwindigkeit
lag bei 0,408–0,746
m
3/(m
2h). Tabelle 2 Ergebnisse der Filtration des schwermetallhaltiges
Abwassers
| Experiment
Nr. | Parameter
der Filtration | Filtrationsergebnisse |
| | Filterschichthöhe, mm | Filtrationsdruck,
bar | Zink-Gehalt im Filtrat, μg/l | Reinigungsfaktor | Filtrationsgeschwindigkeit, m3/(m2h) |
| 1 | 50 | 0,7 | 800 | 11,00 | 0,711 |
| 2 | 70 | 0,7 | 595 | 14,79 | 0,558 |
| 3 | 90 | 0,7 | 570 | 15,44 | 0,408 |
| 4 | 50 | 0,8 | 899 | 9,79 | 0,723 |
| 5 | 70 | 0,8 | 803 | 10,96 | 0,708 |
| 6 | 90 | 0,8 | 712 | 12,36 | 0,685 |
| 7 | 50 | 0,9 | 980 | 8,98 | 0,746 |
| 8 | 70 | 0,9 | 867 | 10,15 | 0,602 |
| 9 | 90 | 0,9 | 582 | 15,12 | 0,476 |
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Beispiel 3.
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Ein
anionische Tenside-haltiges Abwasser, dass durch AOX hoch belastet
ist (AOX-Gehalt:
59867 μg/l Cl),
wird erfindungsgemäß nicht
von AOX, sondern von den bei der Verwendung dieses Abwassers für die Herstellung
der Reinigungsmittel störenden
Stoffe gereinigt. Anschließend
wurden drei Muster der Reinigungsmittel durch die Zugabe dem gereinigten
Abwasser verschiedener Chemikalien hergestellt. Die Qualitätskontrolle der
hergestellten Waschmittel ergab, dass die allen geltenden Anforderungen
entsprechen. Diese Produktionsmuster zeigten auch nach vierwöchiger Standzeit
keinerlei Veränderungen
und sind für
den vorgesehenen Einsatzzweck ohne weiteres verwendbar. Die anschließenden Reinigungsversuche,
die mit den hergestellten Mitteln durchgeführt wur den, zeigten keine Beeinträchtigung
der Reinigungsleistung. Die hergestellten Produkte waren vergleichbar
mit denen, die auf der Trinkwasserbasis hergestellt wurden.
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Daraus
lasst sich schließen,
dass die Wiederverwendung der gereinigten Abwässer in der Produktion ohne
Qualitätseinbuße möglich ist.
Dies könnte
zu einer erheblichen Reduktion der Abwassermenge, des Trinkwasserverbrauchs
und der eingesetzten Chemikalien führen.