DE102011081007A1

DE102011081007A1 - Verfahren zur Wiederaufbereitung eines Abwassers und Wasseraufbereitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011081007A1
Application number: DE201110081007
Authority: DE
Inventors: Andreas Büttner; Thomas Hammer; Cosima Sichel; Martin Tackenberg; Gernut van Laak
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2013-02-21
Also published as: US20140190902A1; WO2013023911A1; EP2726416A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederaufbereitung eines Abwassers (2) aus einem industriellen Prozess, das eine organische Säure aufweist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Einleiten des Abwassers in einen Wärmetauschprozesses, wobei ein Wärmetauschmedium (4) eingesetzt wird, so dass das zu behandelnden Abwasser (2) auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die zwischen 60 ° C und dem Siedepunkt des Abwassers (2) liegt. Anschließend wird das Abwasser teilweise verdunstet und wieder kondensiert, wobei das Abwasser (2) während des Verdunstungs- und Kondensationsprozesses in der flüssigen Phase und/oder Gasphase mit UV-Strahlung (6) bestrahlt wird. Hierdurch wird zumindest teilweise eine chemische Umsetzung der organischen Säure in H20 und Kohlenstoffoxid herbeigeführt. Anschließend wird der kondensierte Teil des gereinigten Abwassers (24) in einen industriellen Prozess zurück geführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederaufbereitung eines Abwassers nach Anspruch 1 sowie eine Wasseraufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 11.
Keimfreie Verpackungen sind insbesondere in der Lebensmitteltechnologie eine Grundvoraussetzung, um die Haltbarkeit verderblicher Lebensmittel auch ohne Kühlung zu gewährleisten. Die Nassdesinfektion von Kunststoffverpackungen wie zum Beispiel PET-Flaschen mit verdünnter Peressigsäure hat sich in der Lebensmittelindustrie insbesondere in der Getränkeindustrie zu einen der dafür eingesetzten Standardprozesse entwickelt. Die Desinfektion wird dabei mit wässriger Peressigsäurelösung durchgeführt, die ein Gemisch von typischerweise 2000 mg pro Liter Peressigsäure und Wasserstoffperoxid im Wasser enthalten. Um die Rückstände des Desinfektionsmittels vor dem Einfüllen der Lebensmittel zu entfernen, wird mit hochreinen sterilisiertem Wasser gespült. Das dabei anfallende Abwasser enthält immer noch beträchtliche Mengen des Desinfektionsmittels, also der Peressigsäure und kann deshalb einer biologischen Kläranlage nicht ohne Vorbehandlung zugeführt werden.
Eine Trennung von Wasser und Säure durch Destillation ist aufgrund der nahe beieinander liegenden Siedepunkte der beteiligten Substanzen technisch nicht möglich. Damit ist selbst eine teilweise Rückgewinnung des Spülwassers derzeit nicht möglich.
Für die Entsorgung wird deshalb kontrolliert Lauge zugesetzt, die die wässrige Lösung aus Peressigsäure und Essigsäure neutralisiert. Die neutralisierte Lauge wird dann dem normalen Abwasser zugeführt. Dieses Vorgehen löst zwar das Entsorgungsproblem, trägt aber nicht dazu bei, Wasser und Energieverbrauch bei der Nassdesinfektion z. B. in der Lebensmittelindustrie zu senken. Bei einer handelsüblichen Anlage zur Nassdesinfektion fallen pro Spülstraße mehrere 1000 Liter Spülwasser pro Stunde an. Hierzu kommt noch der Energieverbrauch für die Herstellung des sterilen Wassers in mehreren Prozessschritten.
In der Patentschrift US 7,163,631 wird vorgeschlagen Peressigsäure enthaltende Abwässer durch einen Tank zu leiten, in dem diese intensiv mit Luft in Kontakt gebracht wird, bevor weitere Behandlungsschritte z. B. durch den Kontakt mit anaeroben, biologisch aktiven Schlämmen erfolgen. Die dort angegebenen Daten zu Verweilzeiten und Belüftungsrate im Belüftungstank lassen den Schluss zu, dass der Belüftungstank ein Fassungsvermögen braucht, das dem in 2,5 Stunden verbrauchten Spülwasser entspricht und das pro m³ Spülwasser rund 15 m³ Luft durch den Belüftungstank geperlt werden müssen, um eine nachfolgende chemische Reduktion der Peressigsäure überflüssig zu machen. Damit werden ggf. die Kosten für die chemische Behandlung des Abwassers reduziert, eine Rückgewinnung von Spülwasser wird damit aber nicht erreicht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Wasserverbrauch in industriellen Reinigungsprozessen, insbesondere bei der Nassdesinfektion von Lebensmittelverpackungen zu senken, wobei das Potential einer Energieersparung gegeben sein soll.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Wiederaufbereitung eines Abwassers nach Patentanspruch 1 so wie in einer Wasseraufbereitungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 8.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wiederaufbereitung eines Abwassers, aus einem industriellen Prozess, das eine organische Säure aufweist, umfasst folgende Schritte:
Zunächst wird ein Abwasser, das beispielsweise aus einem Spülprozess bei der Verpackungsherstellung stammt, in einem Wärmetauschprozess eingeleitet. Hierbei wird ein Wärmetauschmedium eingesetzt, das so ausgestaltet ist, dass das zu behandelnde Abwasser auf eine Verdunstungstemperatur aufgeheizt wird, die zwischen 60°C und dem Siedepunkt des Abwassers liegt. Bei dem Wärmetauschmedium kann es sich sowohl um ein flüssiges als auch um ein gasförmiges Medium handeln. Die Temperatur des Wärmetauschmediums kann in dem Bereich liegen, in dem das Abwasser aufgeheizt werden soll, es kann aber insbesondere auch bei gasförmigen Medien eine deutlich höhere Temperatur aufweisen. Die Wärmemenge, die in dem Wärmetauschprozess von dem Wärmetauschmedium auf das Abwasser übertragen wird, hängt sehr stark von den Massenströmen und auch von dem Aggregatszustand des Wärmetauschmediums ab.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird das Abwasser, das die oben beschriebene Temperatur zwischen 60°C und dem Siedepunkt des Abwassers aufweist, verdunstet und anschließend wieder kondensiert. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich erfindungsgemäß um einen Verdunstungsprozess unterhalb des Siedepunktes des Abwassers handelt. Zudem wird während des Verdunstungs- und Kondensationsprozesses das Abwasser in der flüssigen und/oder in der gasförmigen Phase mit einer UV-Strahlung bestrahlt. Durch diese UV-Strahlung erfolgt zumindest teilweise eine chemische Umsetzung der organischen Säure, insbesondere handelt es sich bei Reinigungsprozessen aus der Lebensmittelindustrie um Essigsäure bzw. Peressigsäure, in ihre Grundbestandteile H₂O (Wasser) und ein Kohlenstoffoxid. Das Kohlenstoffoxid ist hierbei bevorzugt Kohlendioxid, die Reaktion kann jedoch auch bei Kohlenmonoxid enden. Dass durch die UV-Strahlung im Verdunstungs- und Kondensationsprozess neutralisierte, gereinigte Abwasser wird nun wieder dem industriellen Prozess zugeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist verschiedene Vorteile auf. Der erste Vorteil besteht darin, dass mit dem vorgeschlagenen Verfahren bis zu 80% des verwendeten Prozesswassers also des Spülwassers der Verpackungen, das als Abwasser anfällt, wieder zurück gewonnen werden kann und dem Prozess wieder zugefügt werden kann. Hierbei ist der Prozess nach dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich weniger energieaufwändig, als die Aufwendungen von Frischwasser zu Prozesswasser.
Insbesondere dann, wenn das Wärmetauschmedium in einen thermischen Kreislauf mit der Abwärme eines zweiten thermischen Prozesses steht, ist das beschriebene Verfahren energetisch positiv. Insbesondere deshalb, da es sich bei der Verdampfung des Abwassers um einen Verdunstungsprozess handelt, der bei relativ niedrigen Temperaturen stattfindet, kann auch Abwärme aus industriellen Prozessen verwendet werden, die unter 100°C betragen. Im Allgemeinen werden Prozesse mit einer Abwärme in diesem Temperaturbereich, von 60°C bis 100°C nicht rückgewonnen, sondern werden an die Umgebung abgegeben. Es handelt sich somit um ein energetisch günstiges und ökologisches Verfahren.
Die zur Neutralisation verwendete UV-Strahlung, die wiederum in vorteilhafter Weise den Einsatz einer Lauge bzw. einer Base überflüssig macht, soll bevorzugt kurzwellig sein, das bedeutet, dass bevorzugt UV-Licht-Quellen auf der Basis von Quecksilberdampflampen eingesetzt werden können, die einen kurzwelligen UV-Strahlungsanteil von 254 nm bzw. 184 nm aufweisen. Besonders bevorzugt kann ein Xenon-Excimerlaser mit einer Welle von 172 nm eingesetzt werden.
Im Weiteren kann es zweckmäßig sein, zur Umsetzung der organischen Säure in Wasser und Kohlenstoffoxid zusätzliche Katalysatoren einzusetzen. Hierbei sind insbesondere Photokatalysatoren zweckmäßig, die durch die Bestrahlung mit UV-Licht OH^–-Radikale erzeugen. Hierfür bietet sich insbesondere Titanoxid als Photokatalysator an.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung wird Frischwasser für einen industriellen Prozess aufbereitet, wobei das Frischwasser einer Hochtemperaturbehandlung von über 100°C, insbesondere von über 140°C unterzogen wird. Durch eine derartige Hochtemperaturdesinfektion werden alle noch möglicherweise im Frischwasser vorhandenen Keime endgültig beseitigt. Zur energetisch günstigen Ausgestaltung dieser an sich energieintensiven Hochtemperaturdesinfektion ist es zweckmäßig, das Frischwasser durch Abwärme vorzuheizen. Hierbei kann beispielsweise das Frischwasser vorab durch einen Kondensator der Kondensationsvorrichtung geleitet werden, wobei die Kondensationswärme am Kondensator auf das Frischwasser übertragen wird. Nach der Hochtemperaturdesinfektion kann ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen sein, der dem aufgeheizten Frischwasser die Wärme wieder entzieht. Diese dem Frischwasser entzogene Wärme kann wiederum gewinnbringend zur Aufheizung des Abwassers auf eine Verdunstungstemperatur oder annähernd Verdunstungstemperatur angewandt werden. Im Weiteren kann es auch zweckmäßig sein, die dem aufgeheizten Frischwasser entzogene Wärmeenergie wieder zur Aufheizung von neuem Frischwasser für die Hochtemperaturdesinfektion anzuwenden.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist eine Wasseraufbereitungsvorrichtung zur Wiederaufbereitung eines, eine organische Säure enthaltenden Abwassers. Diese Vorrichtung umfasst eine Abwasserauffangvorrichtung, und zeichnet sich dadurch aus, dass ein Wärmetauscher zur Aufheizung des Abwassers auf eine Verdunstungstemperatur vorgesehen ist, die zwischen 60°C und dem Siedepunkt des Abwassers liegt. Der Siedepunkt des Abwassers liegt je nach Druckverhältnissen und dem im Abwasser gelösten Stoffe in der Regel zwischen 95 und 110°C. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Verdampfungsvorrichtung, wobei die Verdampfungsvorrichtung zur teilweisen Verdunstung des aufgeheizten Abwassers dient. Nach dem Verdunsten erfolgt eine Kondensation des verdunsteten Abwassers in einen Kondensator. Ferner ist eine UV-Strahlungsvorrichtung vorgesehen, die zur Bestrahlung des aufgeheizten Abwassers in flüssiger Phase und/oder in gasförmiger Phase dient, wobei eine Umsetzung der organischen Säure in H₂O und einem Kohlenstoffdioxid erfolgt.
Weitere Ausgestaltungsformen und weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren näher beschrieben.
Merkmale derselben Bezeichnung in unterschiedlichen Ausgestaltungsformen erhalten dasselbe Bezugszeichen. Es handelt sich bei den Kombinationen der Merkmale und der beschriebenen Vorrichtungen um eine rein exemplarische Darstellung, die keine Einschränkung des Schutzbereiches darstellen.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Prozessdarstellung für den Wasserfluss von Spülwasser zum Spülen von Verpackungen in der Lebensmittelindustrie nach dem Stand der Technik,
2 eine Spülwasserrückgewinnungsanlage mit Verdampfer und Kondensator und UV-Strahlung in schematischer Form,
3 eine detaillierter Darstellung der Spülwasserrückgewinnungsanlage nach 2 und
4 eine alternative Ausführungsform der Verdampfer- und UV-Strahlungsvorrichtung gemäß 3.
Anhand von 1 soll der derzeitige Stand der Technik zur Aufbereitung und Entsorgung von Spülwasser, wie er beispielsweise in der Lebensmittelindustrie angewandt wird, erläutert werden. Zunächst wird Frischwasser 20 einer Umkehrosmoseanlage 18 zugefügt, wobei das so aufbereitete Frischwasser 20’ zur Erzielung einer absoluten Keimfreiheit einer weiteren thermischen Hochtemperaturbehandlung unterzogen wird, dies erfolgt in einer Hochtemperaturdesinfektionsanlage 24. Dass durch diese Prozesse keimfrei gemachte Frischwasser 20’’ wird nun einem industriellen Prozess zugefügt. Beispielsweise können hierbei PET-Flaschen, beispielsweise für die Getränkeindustrie gespült werden. Dieser Prozess der beliebig viele Ausgestaltungsformen aufweisen kann, wird in der 1 und in folgenden Figuren schematisch als Wassernutzungsvorrichtung 26 bezeichnet. Bleibt man bei dem Beispiel, dass PET-Flaschen für die Getränkeindustrie gespült werden müssen, so wird ein Abwasser 2, das nach dem Spülvorgang anfällt, mit Peressigsäure bzw. mit Essigsäure und H₂0₂ verunreinigt sein. Dies rührt daher, dass die Peressigsäure zur Desinfektion von PET-Flaschen in der Getränkeindustrie und in der Lebensmittelindustrie ganz allgemein verwendet wird.
Das Abwasser 2, das nun die organische Säure Peressigsäure bzw. auch Essigsäure enthält, wird in einer Abwasserauffangvorrichtung aufgefangen, wobei diese Abwasserauffangvorrichtung hier schematisch durch einen Trichter dargestellt ist. Es kann sich hierbei auch lediglich nur um ein Leitungsrohr handeln, es muss nicht unbedingt ein entsprechendes Auffangbecken vorhanden sein. Nach dem Stand der Technik wird das so mit einer organischen Säure verunreinigte Abwasser 2 in eine Neutralisationsvorrichtung 27 gepumpt, wobei aus einem Basenbehälter eine Base bzw. eine Lauge der Neutralisationsvorrichtung 27 in der Art zugefügt wird, dass das Abwasser 2 darin einen möglichst neutralen pH-Wert enthält. Die darin vorhandene Essigsäure bzw. Peressigsäure wird also mit einer geeigneten Lauge bzw. Base neutralisiert. Das so neutralisierte Abwasser 2 wird als Restwasser 32 in die Kanalisation geleitet. Das Restwasser 32’ nach dem Stand der Technik wird nicht wiederverwertet.
Das beschriebene Verfahren nach dem Stand der Technik führt zwar dazu, dass kein kontaminiertes Wasser in die Umgebung abgegeben wird, es wird dadurch jedoch eine sehr große Menge an Frischwasser, das ebenfalls energetisch aufwändig aufbereitet werden muss, benötigt.
In 2 ist ausgehend von 1 schematisch vereinfacht eine Wasseraufbereitungsvorrichtung 1 dargestellt, die in diesem Beispiel ebenfalls auf der Anlage gemäß 1 basiert und es soll ebenfalls beispielhaft davon ausgegangen werden, dass an dieser Stelle PET-Flaschen mit Peressigsäure desinfiziert werden und mit dem Frischwasser 20 gespült werden. Dies erfolgt ebenfalls in einer Wassernutzungsvorrichtung 26, wobei Abwasser 2 anfällt. Im Gegensatz zu dem Stand der Technik gemäß 1 wird in 2 das Abwasser 2 in der Abwasserauffangvorrichtung 8 aufgefangen und eine Abwasseraufbereitungsvorrichtung 28 zugefügt. Die Abwasseraufbereitungsvorrichtung 28 ist in 2 sehr vereinfacht dargestellt, sie umfasst unter anderem eine Verdampfungsvorrichtung 12 sowie eine Kondensatorvorrichtung 14 und eine UV-Strahlungsvorrichtung 16 (vgl. 3).
Hierbei wird das Abwasser 2 durch einen Wärmetauscher 10 auf eine Temperatur vorgeheizt, die eine Verdunstung des Abwassers 2 bewirkt. Unter Verdunstung wird hierbei verstanden, dass Wasser von der flüssigen Phase in die Gasphase übergeht, wobei bei der Verdunstung der Siedepunkt des Wassers nicht überschritten wird. Dies hat den Vorteil, dass für den Wärmetauschprozess zur Aufheizung des Abwassers 2 Abwärme aus einem weiteren industriellen Prozess 46 genutzt werden kann, die aufgrund ihrer relativ niedrigen Temperatur ansonsten frei an die Umgebung abgegeben werden würde. Dabei handelt es sich insbesondere um Abwärme, die typischerweise mit Temperaturen zwischen 60°C und 100°C einhergehen
Bei Prozessen 46 mit gasförmiger Abwärme kann die Temperatur auch typischerweise bei 400°C liegen (Abwärme aus eine Gasturbine). Dabei ist es einerseits möglich, dass das gasförmige Abwärme-Medium direkt als Wärmetauschmedium 4 dem Wärmetauscher 10 zugeführt wird, andererseits kann ein weiterer, nicht dargestellter Wärmetauschprozess zwischengeschaltet sein. Gasförmige Wärmetauschmedien weisen einen geringeren Wärmeübergangskoeffizienten auf als flüssige Wärmetauschmedien. Zur Erreichung der gewünschten Verdunstungstemperaturen des Abwassers 2 müssen dementsprechend die Wärmeübergangskoeffizienten berücksichtigt werden und entsprechend der zur Verfügung stehende Temperatur aus der Abwärme des Prozesses 46 die benötigten Masseströme berechnet werden.
Diese relativ niedrigen Temperaturen aus der Abwärme des Prozesses 46 können mit der beschriebenen Abwasseraufbereitungsvorrichtung 28 ein weiteres Mal energetisch sinnvoll genutzt werden, was in dieser Ausgestaltungsform vorteilhaft für die gesamte Energiebilanz der Wasseraufbereitungsvorrichtung 1 ist.
Um die Abwasseraufbereitungsvorrichtung 28 herum ist schematisch eine Leitung 30 eingezeichnet, die veranschaulichen soll, dass der Verdunstungs- und Kondensationsprozess des Abwassers 2 möglicherweise mehrfach iterativ erfolgen kann. Während des Verdunstungs- und Kondensationsprozesses wird das Abwasser 2 durch eine in 2 nicht näher dargestellte UV-Strahlungsvorrichtung 16 mit UV-Strahlen 6 bestrahlt, wodurch die organische Säure also die im Abwasser 2 enthaltene Peressigsäure bzw. Essigsäure in die aufoxidierten Komponenten H₂O und einem Kohlenoxid, insbesondere Kohlendioxid umgesetzt wird.
Durch eine geeignete Prozessführung kann diese Umsetzung zu H₂O und C0₂ grundsätzlich vollständig erfolgen, das Abwasser 2 enthält aber auch nach der Abwasseraufbereitung noch organische Tenside, die in einem Restwasser 32 gelöst der Kanalisation zugefügt und nicht aufbereitet werden können. Die Quote der Wasseraufbereitung mit der beschriebenen Wasseraufbereitungsvorrichtung 1 beträgt bis zu 80%.
Das gereinigte Wasser 44 kann wie durch den Pfeil mit der Bezifferung 44 in 2 dargestellt, wieder dem Spülprozess, dargestellt durch Wassernutzungsvorrichtung 26 zugefügt werden. Das durch die beschriebene Wasseraufbereitungsvorrichtung 28 gereinigte Wasser 44 ist an sich keimfrei und weist auch bevorzugt keine Rückstände von organischen Säuren auf, für die Verwendung in der Lebensmittelindustrie kann aber eine zusätzliche Hochtemperaturdesinfektion 24 erforderlich sein, weshalb das gereinigte Wasser 44 einer derartigen Desinfektionsvorrichtung 24 ein weiteres Mal zugefügt wird, bevor es wieder für den Spülprozess zur Verfügung steht.
In 3 ist die in 2 schematisch beschriebene Wasseraufbereitungsvorrichtung 1 detaillierter dargestellt. Insbesondere wird in 3 die Abwasseraufbereitungsvorrichtung 28 mit der Verdampfungsvorrichtung 12 sowie der Kondensatorvorrichtung 14 und der UV-Strahlungsvorrichtung 16 sowie das Zusammenwirken einzelner Wärmetauscher 10, 11, die zur Minimierung des Energiebedarfes beitragen, erläutert.
Wie bereits schon zu 2 dargelegt, wird ein Frischwasser 20 einer Umkehrosmoseanlage 18 zugefügt, das somit vorbereitete Frischwasser 20’ wird in einer Hochtemperaturdesinfektionsvorrichtung 24 auf etwa 140°C bis 150°C erhitzt, um die absolute Keimfreiheit des so behandelten Frischwassers 20’’ zu gewährleisten, das in einer Wassernutzungsvorrichtung 26 als Spülwasser verwendet wird.
Folgt man dem Pfeil der mit dem Bezugszeichen 20’ markiert ist, und der aus der Umkehrosmoseanlage 18 austritt, so wird das Frischwasser 20’ bevor es in die Hochtemperaturdesinfektionsvorrichtung 24 geleitet wird, zunächst in einen Kondensator 15’ geleitet, der Teil der Abwasseraufbereitungsvorrichtung 28 ist. In dem Kondensator 15’ wird das Frischwasser 20’ vorgeheizt, da in dem Kondensationsprozess, auf den im weiteren noch eingegangen wird, durch die Kondensation Kondensationswärme frei, wobei der Kondensator 15’ als Wärmetauscher fungiert und das Frischwasser 20’ mit der Kondensationswärme vorheizt. Der Energiebedarf, der in der Hochtemperaturdesinfektionsvorrichtung 24 benötigt wird, und der insbesondere in Dampfform beispielsweise durch einen Dampfgenerator zugefügt wird, wird hierbei bereits verringert, da die Abwärme aus dem Kondensationsprozess gewinnbringend für die Hochtemperaturdesinfektion 24 genutzt werden kann. Die Hochtemperaturdesinfektion 24 findet auch nur für sehr kurze Zeit statt, die ausreichend ist, alle Keime aus dem Frischwasser 20’ abzutöten. Das so erhaltene Frischwasser 20’’, das wiederum eine relativ hohe Temperatur aufweist, wird anschließend durch einen weiteren Wärmetauscher 11 geschickt, in dem es wieder auf eine für den Spülvorgang brauchbare Temperatur abgekühlt wird. Der Wärmetauscher 11 und der Wärmetauscher 23 in der Hochtemperaturdesinfektionsanlage 24 stehen somit im stetigen Austausch, so dass bei diesem Prozess nur sehr wenig Wärmeenergie verloren geht. Die in dem Wärmetauscher 11 dem Frischwasser 20’’ entzogene Wärme wird einer anderen Stelle des Prozesses noch eingesetzt, worauf noch eingegangen werden wird.
Grundsätzlich kann es auch zweckmäßig sein, die dem Frischwasser 20’’ nach der Hochtemperaturdesinfektion entzogene Wärme zur Vorheizung des Frischwassers 20’ für den Hochtemperaturdesinfektionsprozess zu nutzen. Dies ist in dieser Form in 3 nicht dargestellt, wird aber in 2 durch eine Vorheizvorrichtung 22 skizziert. Ein Wärmetauscher 23 der Hochtemperaturdesinfektionsvorrichtung 24 steht somit in steten thermischen Austausch mit einem Wärmetauscher der Vorheizvorrichtung 23. Bei guter thermischer Isolation ist der für die Hochtemperaturdesinfektion benötigt und dem System stetig zuzuführende Wärmeenergie sehr gering.
Zurück zu 3: Das Frischwasser 20’’ wird nun der Wassernutzungsvorrichtung 26 zugefügt, es werden also wie bereits mehrfach beschrieben als Beispiel PET-Flaschen gespült. Nach dem Spülvorgang handelt es sich bei dem ehemaligen Frischwasser 20’’ um ein mit organischer Säure verunreinigtes Abwasser 2. Dieses Abwasser 2 wird in der Abwasserauffangvorrichtung 8 aufgefangen und über eine Pumpe 38’ zur Abwasseraufbereitungsvorrichtung 28 gepumpt.
Im Folgenden wird nun auf die Wirkungsweise der Abwasseraufbereitungsvorrichtung 28 näher eingegangen. Das relativ kalte Abwasser 2 wird in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform zunächst durch einen Kondensator 15 geleitet, auf dessen Wirkungsweise später eingegangen werden wird. Wie bereits erwähnt gibt dieser Kondensator 15 Kondensationswärme ab, die zur Aufheizung des Abwassers 2 genutzt wird. Im weiteren Verlauf wird das Abwasser 2 durch den bereits erwähnten Wärmetauscher 11 geschickt, wodurch es weiter erwärmt wird. Letztlich erfolgt noch eine weitere Aufheizung des Abwassers 2 in dem Wärmetauscher 10, wobei ein Wärmemedium 4 in thermischem Kontakt mit der Abwärme eines weiteren industriellen Prozesses 46 stehen kann. Das Abwasser 2 wird durch die Wärmetauscher 11 und 10 auf eine Temperatur erhitzt, die zwischen 60°C und dem Siedepunkt des Abwassers 2 liegt. Der Siedepunkt des Abwassers kann je nach gelösten Substanzen (Essigsäure, Peressigsäure, Tenside oder Salze) um die Siedetemperatur des reinen Wassers schwanken. Es können üblicherweise Siedetemperaturen zwischen 95°C und 110°C auftreten.
Das auf diese Verdunstungstemperatur vorgeheizte Abwasser 2 wird nun in die Verdampfungsvorrichtung 12 eingeleitet, und dort versprüht. Das Abwasser 2 landet auf Verdampferoberflächen 34, die aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise aus Zellulosematerialien gefertigt sein können. Die Verdampferoberflächen 34, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie bezogen auf ihre Grundfläche eine sehr große Oberfläche aufweisen. Auf den Verdampferoberflächen 34 geht das Abwasser 2 durch Verdunstung in die Gasphase über, wobei das nun in gasförmiger Form vorliegende Abwasser 2’ durch die mit 2’ gekennzeichnete Leitung in die Kondensatorvorrichtung 14 eingeleitet wird. In der Kondensatorvorrichtung 14 sind Kondensatoren 15 und 15’ angeordnet deren Wirkungsweise bereits beschrieben wurde. An den Kondensatoren 15 und 15’ kondensiert das Abwasser 2’ wieder zu Wasser, das an sich nun keimfrei und gereinigt ist. Es wird als gereinigtes Wasser 44 aus der Kondensatorvorrichtung 14 abgeführt.
In der Ausgestaltung nach 3 wird das Abwasser durch eine UV-Strahlungsvorrichtung 16 mit UV-Strahlen 6 bestrahlt. Bei der UV-Strahlungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um Quecksilberdampflampen handeln, die UV-Strahlen mit der Wellenlänge von 254 nm bzw. von 184 nm erzeugen. Noch kurzwelligere UV-Strahlung wird durch einen Xenon-Excimerlaser erzeugt, die hierbei bereitgestellte UV-Strahlung liegt bei 172 nm. Insbesondere kurzwellige UV-Strahlung in dem genannten Bereich führt dazu, dass die in dem Abwasser 2 enthaltene Peressigsäure bzw. Essigsäure umgewandelt wird und dabei in chemische Komponenten mit einer höheren Oxidationsstufe umgewandelt wird. Da in organischen Säuren, insbesondere in der Peressigsäure Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff als elementare Bestandteile zur Verfügung stehen, werden nach einer endgültigen Umwandlung die Stoffe Wasser und Kohlendioxid, gegebenenfalls auch Kohlenmonoxid übrig bleiben. Das Kohlendioxid wird aus dem Abwasser gasförmig ausgeleitet, das Wasser selber bildet wieder einen neuen Bestandteil des gereinigten Wassers 44.
Da je nach Ausgestaltungsform der Abwasseraufbereitungsvorrichtung 28 und nach Ausgestaltung der Verdampfungsoberflächen 34 bzw. auch je nach Menge des eingeleiteten Wassers 2 in einen Verdampfungs- und Kondensationszyklus nicht das gesamte Abwasser 2 verdampft werden kann, sind in der Verdampfungsvorrichtung 12 Auffangtrichter 26 vorgesehen, in denen das nicht verdampfte Abwasser 2 aufgefangen wird, und durch eine Pumpe 38 aus der Verdampfungsvorrichtung 12 abgepumpt wird. Das so wieder aufgefangene Abwasser 2 wird ebenfalls durch den Kondensator 15 geleitet, es wird hierbei wieder durch die Kondensationswärme angeheizt und in einem weiteren Zyklus durch die Wärmetauscher 11 und 10 wieder zurück in die Verdampfungsvorrichtung 12 geleitet. Dies entspricht dem in 2 angedeuteten Pfeil 30, der eine Rückleitung des Abwassers 2 zur nochmaligen iterativen Verdunstung und Kondensation zurückführt. Im Weiteren besteht noch eine Leitung zwischen der Kondensationsvorrichtung 14 und der Verdampfungsvorrichtung 12, wobei durch ein Gebläse 40 Luft durch eine Luftausgleichsvorrichtung 42 zwischen diesen beiden Vorrichtungen 12, 14 ausgetauscht wird.
Ein geringer Teil des Abwassers 2, der noch mit Tensiden belastet ist, und durch die beschriebene Vorrichtung nicht wieder aufbereitet werden kann, wird als Restwasser 32 der Kanalisation zugeführt.
Das gereinigte Wasser 44 kann nun wieder dem Spülprozess bzw. der Wassernutzungsvorrichtung 26 zugeführt werden. Hierfür gibt es zwei Alternativen. Für extrem hohe Ansprüche, was die Keimfreiheit angeht, kann das gereinigte Wasser 44 ein weiteres Mal der Hochtemperaturdesinfektion 24 unterzogen werden und über den Umweg als Frischwasser 20’’ durch den Wärmetauscher 11 zur Wassernutzungsvorrichtung 26 geleitet werden. Da das gereinigte Wasser an sich bereits nahezu keimfrei ist, kann es in verschiedenen Anwendungsfällen zweckmäßig sein, eine direkte Leitung, die in Figur mit 44’ gestrichelt dargestellt ist, zur Wassernutzungsvorrichtung 26 zu führen und dieses gereinigte Wasser 44 dort direkt wieder einzuspeisen. In diesem Fall könnte eine energetisch aufwändige Hochtemperaturdesinfektion entfallen.
In 4 ist eine alternative Ausgestaltungsform der Abwasseraufbereitungsvorrichtung 28 aus 3 gegeben. Die Darstellung nach 4 unterscheidet sich von der 3 darin, dass die UV-Strahlungsvorrichtung 16 nicht in der Verdampfungsvorrichtung 12 angeordnet ist, sondern dass das verdunstete Abwasser 2’ durch einen photokatalytischen Reaktor 48 geleitet wird, wobei die UV-Strahlungsvorrichtung 16 in diesem Reaktor 48 angeordnet sind. Die UV-Strahlung 6 wirkt somit auf das Abwasser 2 in verdunsteter Form 2’. Es werden in dem photokatalytischen Reaktor 48 auch Photokatalysatoren eingesetzt, wobei insbesondere Titanoxid als Photokatalysator zweckdienlich ist. Nach der Behandlung im photokatalytischen Reaktor 48 wird das Abwasser 2’ in verdampfter Form wie bereits gemäß 3 beschrieben in die Kondensatorvorrichtung 14 eingeleitet und dort kondensiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7163631 [0005]

Claims

Verfahren zur Wiederaufbereitung eines Abwassers (2) aus einem industriellen Prozess, das eine organische Säure aufweist, umfassend folgende Schritte: Einleiten des Abwassers in einen Wärmetauschprozesses, wobei ein Wärmetauschmedium (4) eingesetzt wird, so dass das zu behandelnden Abwasser (2) auf eine Verdunstungstemperatur aufgeheizt wird, die zwischen 60 ° C und dem Siedepunkt des Abwassers (2) liegt, wonach das Abwasser teilweise verdunstet und anschließend wieder kondensiert, wobei das Abwasser (2) während des Verdunstungs- und Kondensationsprozesses in der flüssigen Phase und/oder Gasphase mit UV-Strahlung (6) bestrahlt wird, wodurch zumindest teilweise eine chemische Umsetzung der organischen Säure in H₂0 und Kohlenstoffoxid erfolgt und wobei anschließend der kondensierte Teil des gereinigten Abwassers (24) in einen industriellen Prozess zurück geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdunstungs- und Kondensationsprozess wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmtauschmedium (4) in einem thermischen Kreislauf mit Abwärme aus einem zweiten Thermischen Prozess steht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Strahlung (6) eine Wellenlänge von weniger oder gleich 254 nm, bevorzugt weniger oder gleich 184 nm oder besonders bevorzugt weniger oder gleich 172 nm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umsetzung der organischen Säure in H₂0 und Kohlenstoffoxid zusätzlich Katalysatoren eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Photokatalysatoren eingesetzt werden, die durch Bestrahlung mit UV-Licht OH-Radikale erzeugen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Titanoxid als Photokatalysator verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Frischwasser (20) für einen industriellen Prozess aufbereitet wird und dabei einer Temperaturbehandlung von über 100° C unterzogen wird, wobei das Frischwasser (20) zur Vorheizung für die Temperaturbehandlung in thermischer Wechselwirkung mit der Kondensatorvorrichtung (14) steht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Frischwasser (20) für einen industriellen Prozess aufbereitet wird und dabei einer Temperaturbehandlung von über 100° C unterzogen wird, wobei dem temperaturbehandelten Frischwasser (20) Wärme durch einen Wärmetauscher (11) entzogen wird, die wiederum dem Abwasser (2) zugefügt wird und die zur Aufheizung des Abwassers (2) auf die Verdunstungstemperatur beiträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Frischwasser (20) für einen industriellen Prozess aufbereitet wird und dabei einer Temperaturbehandlung von über 100° C unterzogen wird, wobei dem temperaturbehandelten Frischwasser (20) Wärme durch einen Wärmetauscher entzogen wird, die wiederum zum Aufheizen des Frischwassers vor der Temperaturbehandlung dient.
Wasseraufbereitungsvorrichtung zur Wiederaufbereitung eines, eine organische Säure enthaltenden Abwassers (2), umfassend eine Abwasserauffangvorrichtung (8), dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (10) zur Aufheizung des Abwassers (2) auf eine Verdunstungstemperatur zwischen 60° C und dem Siedepunkt des Abwassers (2), sowie eine Verdampfungsvorrichtung (12) vorgesehen sind, wobei die Verdampfungsvorrichtung (12) zur teilweisen Verdunstung des aufgeheizten Abwassers (2) dient, wonach ein Kondensator (14) zur Kondensation des verdunsteten Abwassers (2’) angeordnet ist und dass eine UV-Strahlungsvorrichtung (16) vorgesehen ist die zur Bestrahlung des aufgeheizten Abwassers (2) in flüssiger Phase und/oder gasförmigen Phase dient, wobei eine Umsetzung der organischen Säure in H₂0 und ein Kohlenstoffoxid erfolgt.