DE102022000120A1 - Verfahren mit Vorrichtung einer direkten Entsalzung salinarer Sickerwässern aus Rückstandshalden, Abwasser in der mineralischen Bergbau- Industrie, sowie hochkonzentrierter, salzhaltiger Grundwässer - Google Patents

Verfahren mit Vorrichtung einer direkten Entsalzung salinarer Sickerwässern aus Rückstandshalden, Abwasser in der mineralischen Bergbau- Industrie, sowie hochkonzentrierter, salzhaltiger Grundwässer Download PDF

Info

Publication number
DE102022000120A1
DE102022000120A1 DE102022000120.9A DE102022000120A DE102022000120A1 DE 102022000120 A1 DE102022000120 A1 DE 102022000120A1 DE 102022000120 A DE102022000120 A DE 102022000120A DE 102022000120 A1 DE102022000120 A1 DE 102022000120A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
water
salt
alcohol
precipitation
saline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102022000120.9A
Other languages
English (en)
Inventor
gleich Anmelder Erfinder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE102022000120A1 publication Critical patent/DE102022000120A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/143—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column by two or more of a fractionation, separation or rectification step
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/34—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/36—Azeotropic distillation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C02F1/004—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance using large scale industrial sized filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/38—Treatment of water, waste water, or sewage by centrifugal separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/463—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrocoagulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/54—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using organic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/66—Treatment of water, waste water, or sewage by neutralisation; pH adjustment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/007—Contaminated open waterways, rivers, lakes or ponds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/06—Contaminated groundwater or leachate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/05—Conductivity or salinity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/06—Controlling or monitoring parameters in water treatment pH
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/42—Liquid level
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/04—Flow arrangements
    • C02F2301/046—Recirculation with an external loop

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)

Abstract

Das Verfahren mit Vorrichtung führt eine Entsalzung von salzhaltigen Sickerwässern, Grundwasser, Brackwasser und Abwasser durch, welches mit Kochsalz oder anderen Salzmischungen hoch angereichert ist und nicht zugänglich für die Behandlung mit einer Reverse Osmose sind. Hier wird durch Salzumbildung mit Phosphorsäure eine Löslichkeit in Wasser und Alkohol verringert. Eine Präzipitation, mit anschliessender Azeotrop-Rektifikation stellt reines Wasser dar. Hierbei wird Salz bis zu einer Sättigung addiert und im nachfolgendem Schritt durch den Einsatz von einem Alkohol wieder fast quantitativ ausgefällt wird. Ziel ist die Gewinnung von Wasser. Es entstehen zwei geschlossene Kreisläufe die ineinander übergreifen und Salz wie auch den Alkohol wiedergewinnen und Wasser abführt. Das vorgeschlagene Verfahren ist wirtschaftlicher als andere Verfahren, da die Betriebskosten gering sind und auch die Investition in verfahrenstechnische Apparate überschaubar ist.

Description

  • Verfahren mit Vorrichtung einer direkten Entsalzung salinarer Sickerwässern aus Rückstandshalden, Abwasser in der mineralischen Bergbau-Industrie, sowie hochkonzentrierter, salzhaltiger Grundwässer
  • Derzeit fallen jährlich mehrere Millionen m3 salinarer Sickerwässern aus Rückstandshalden in Deutschland an, die zum überwiegenden Teil durch die Einleitung in Gewässer entsorgt werden müssen. Etablierte Aufbereitungsmethoden wie die Umkehrosmose oder die Eindampfung scheiden aus technischen bzw. ökonomischen Gründen aus. Es gibt zu dieser Zeit keine Technologie, die diesen Ansprüchen genügt.
  • Die Membrandestillation (MD) ist eine relativ neue Technologie zur Aufkonzentrierung von Lösungen, welche auch für hochkonzentrierte Salzlösungen geeignet ist. Die Möglichkeit eines Einsatzes sind allerdings beschränkt. Dieses liegt vor allem daran, dass Polymermembranen und keramischer Membranen einer Neuentwicklung bedürfen, um noch höhere chemische, thermische und mechanische Beständigkeit zu erreichen.
  • Da bei diesem Verfahren großtechnisch Vakuum eingesetzt werden muss, um niederkalorische Wärmequellen zu verwenden, ist diese Technologie aktuell noch nicht einsetzbar. Somit steht die Entwicklung eines an die Anforderungen angepassten geeigneten Verfahrens einschließlich geeigneter Vakuum - MD (VMD) Module noch aus. Verschiedene Firmen arbeiten an Projekten durch Kombination der Verfahren VMD und Kristallisation einen optimierten Gesamtprozess zu entwickeln, bei dem aus den Haldensickerwässern verwertbare Salze oder Salzlösungen und destilliertes Wasser gewonnen werden können.
  • Das neue, vorgeschlagene Verfahren soll in gewissen Bereichen die Reverse Osmose (RO) substituieren, aber auch Grundwasser, welches in der Ölindustrie kontaminiert wurde reinigen mit entsprechender Vorbereitung - wenn notwendig. Es beruht im ersten, wesentlichen Schritt auf einer Salzverdrängung bzw. Ausfällung durch einen wasserlöslichen Alkohol, welcher in der Lage ist, nahezu quantitativ eine Ausfällung von Salz zu erreichen. Hierbei wird fast reines Wasser in Trinkwasserqualität dargestellt.
  • Allerdings liegen in den genannten Wässern Salzmischungen vor, die eine gute Wasserlöslichkeit und Löslichkeit in Alkoholen besitzen. Deshalb muss eine Umformung in schwer lösliche Salze erfolgen, die der direkten Ausfällung damit besser zugänglich sind. Geht es nur vornehmlich um Anwesenheit von Natriumchlorid in Wässern, muss dieses nicht erfolgen.
  • Als Stand der Technik existieren unterschiedliche Möglichkeiten Wasser zu entsalzen. Insbesondere sind die Möglichkeiten integrierter membranbasierter Entsalzungsverfahren mit Membrandestillation (MD) / Membrankristallisation (MCr) / Druckverzögerungs-Osmose / Reverse Elektrodialyse als Stand der Technik aufzuführen. Auf diese Weise entworfene Entsalzungsverfahren können zu geschlossenen Systemen werden, die z.B. Meerwasser ausnutzen.
  • Die Elektrokoagulation (EC) kann Anionen und Kationen in hochkonzentrierten, salzhaltigen Abwässern reduzieren. Ein entscheidender Nachteil ist allerdings die Retentionszeit, d.h. Kontaktzeit der Opferanoden in dem Wasser. Hier gilt das Faraday'sche Gesetz und damit eine zu erwartenden Zeit, die in Abhängigkeit der Stromstärke, um die die Anionen und Kationen abzuscheiden und zu binden. Die EC ist nicht in der Lage Salzgehalte gegen Null zu reduzieren, da Alkalimetalle wie Li, Na, K wie auch polare, wasserlösliche organische Stoffe nicht entfernt werden können.
  • Die Reverse Osmose kann höhere Konzentrationen von salzhaltigem Wasser nicht bewältigen - nicht einmal halbgesättigte Lösungen. Deshalb kann die vorgeschlagene neue Technologie die RO substituieren, da sie bevorzugt gesättigte Salzlösungen behandelt. Auf lonenaustauschbasis beruhende Techniken können bei gesättigten Lösungen bzw. Abwässern ebenfalls nicht eingesetzt werden, weshalb die vorgeschlagen Methode ein Alleinstellungsmerkmal besitzt.
  • Kieselsäure und Natriumchlorid (NaCl), Calciumsulfat (CaSO4), Natriumsulfat (Na2SO4), Magnesiumchlorid (MgCl2) und Magnesiumhydroxid (MgOH2) sind möglicherweise in unterschiedlichem Maße rückgewinnbar. Gips - CaSO4 wird in der Regel bei Aufkonzentrierung ausgefällt, da es unlöslich ist. Eine Rückgewinnung von NaCl kann angestrebt werden, wie auch von anderen Salzen, um diese wieder einzusetzen.
  • Das Problem eines Wassers welches Magnesiumchlorid enthält, bedarf einer besonderen Behandlung. MgCl2 ist besser in Wasser löslich als Natriumchlorid - aber welches hier besonders wichtig ist, es bildet Komplexe mit Alkoholen und ist auch in Alkoholen gut löslich. Die Löslichkeit von MgCl2 in Wasser beträgt - 54,2g / 100 ml H2O bei 20°C. Damit ist eine direkte Ausfällung mit Iso-Propanol nicht effektiv.
  • Deshalb wird Phosphorsäure dem Wasser zugesetzt, um eine Salzumbildung zu Magnesiumphosphat zu erreichen - z.B.: 2 Na3PO4 + 3 MgCl2 → 6 NaCl + Mg3(PO4)2 Magnesiumphosphat welches in verschiedenen Konfigurationen auftreten kann, ist schlechter löslich in Wasser - aber vor allen Dingen in Iso-Propanol - und damit leichter ausfällbar.
  • Die Kritik am Stand der Technik ist, das bei extremen Parametern, insbesondere die sehr hohe Salzfracht, keinen Einsatz einer RO mit EDM und Crystallizer zulassen. Reverse Osmose ist ein direkter Einsatz im ersten Schritt eine nach Aussage von RO-Herstellern unter diesen Extrembedingungen gar nicht einsetzbar. Vorgeschaltete Verfahren bei der RO können z.B. Ultrafiltration oder Mikrofiltration sein.
  • Diese Vorfiltrationsstufen mit bekannter Ausschlussgrösse sind aufwendig und zeitraubend. Das bedeutet Kosten. Algizide oder Biozide müssen zugesetzt werden um ein Wachstum von Algen oder Mikroorganismen zu verhindern.RO hat aber auch dann immer noch den Nachteil, dass ein sehr hoher Anteil an flüssigem Retentat anfällt. Der Wasserverlust kann gut bis zu einem Drittel betragen. Meerwasser enthält ja im Vergleich zu diesen Salzkonzentrationen eine eher geringe Salzkonzentration, bei der ein RO-Verfahren eingesetzt wird.
  • Die Aufgabe des vorgeschlagenen Verfahrens ist, Wässer mit hohen Salzgehalten, die nicht durch Membranfiltrationsverfahren vom Salz befreit werden können, einer kostengünstigen Alternative zu bieten, bei hohen Flüssigkeits-Volumen-Durchsatzleistungen von z.B. 3000 m3 pro Tag als Abwasser- bzw. Sickerwasser, in nahezu Echtzeit - als möglichst kontinuierlich oder semi-kontinuierliches Verfahren, welche automatisiert werden können.
  • Die Lösung der Aufgabe wird erreicht durch direkte Salzausfällung aufgrund von Unlöslichkeit, welcher hervorgerufen wird durch Zusatz eines Alkohols, der in jedem Verhältnis mischbar mit Wasser ist, sowie vorhergehende Salzumbildung durch Zusatz von Phosphorsäure, wobei unlösliche bzw. schwerlösliche Salze entstehen, die in Alkohol kaum löslich sind. Hier wird in jedem Fall, wenn nicht schon vorhanden, eine gesättigte Salzlösung hergestellt, die mit kleinerem Volumen von Alkohol eine Salzausfällung ermöglicht.
  • Liegt ein Abwasser vor wie im Beispiel einer Ölexploration, muss im ersten Schritt eine Elektrokoagulation - abgekürzt EC - durchgeführt werden, um den CSB-Level deutlich zu reduzieren und Ölspuren nach Abtrennung der Öl-Phase zu entfernen. Die EC setzt in der Regel Eisen-Elektroden ein. Auch wird bei diesem Schritt, da ja nach der Elektrokoagulation eine Filtration erfolgt, das neben CSB auch andere Parameter wie TDS und TSS signifikant reduziert werden. Danach kann die vorgeschlagene Behandlung erfolgen.
  • Die hohe Leitfähigkeit reduziert den Stromverbrauch bei der Elektrokoagulation -ECbeträchtlich. Die EC ist aber nicht Gegenstand dieser Anmeldung. Die Elektrokoagulation wird hier vorteilhaft mit einem Hybrid-Reaktor mit Aluminium- und Eisenelektroden durchgeführt. Da bei diesem Schritt auch eine Reduktion der Leitfähigkeit und damit des Salzgehaltes erreicht wird, soll eine weitere Salzzugabe bis zur Sättigung erfolgen, wie oben beschrieben, da dieses eine Voraussetzung für die gute Ausfällung mit Alkohol ist.
  • Ist kein Magnesiumchlorid im Wasser enthalten, wird nach diesem Schritt die Alkohol-Ausfällung mit Iso-Propanol durchgeführt und anschliessend mit einem Schleppmittel z.B. Cyclohexan, das ternäre Azeotrop Wasser/Iso-Propanol durch Azeotrop-Rektifikation getrennt, wobei sauberes Wasser abgegeben wird. Dieser Vorgehensweise mit einem Schleppmittel so zu arbeiten, ist bekannt und wird als Standardverfahren schon seit Dekaden ausgeführt.
  • Im Beispiel Kochsalz wird im zweiten Schritt, Iso-Propanol (Propanol-2) in ungefähr halber Volumen-Menge der gesättigten Salzlösung bzw. des Abwassers zugesetzt. Dieses geschieht aus folgenden Gründen:
    • NaCl ist in → CH3CH(OH)CH3 (Iso-Propanol) nur mit = 0.0027g/100g bei RT (20°C) löslich. Iso-Propanol ist mit Wasser in jedem Verhältnis homogen mischbar und bildet ein konstant siedendes (azeotropes) Gemisch, bei 80,4 °C und 12,1 % Wasseranteil. Iso-Propanol / 2-Prpopanol hat einen Siedepunkt von: 82,6°C - ΔH (molare enthalpy of boiling) 171 KJ/mol. Eine gesättigte Kochsalzlösung siedet bei 108°C unter Normalbedingung.
  • Das Iso-Propanol wird in technischer Qualität mit 0,1 % Wasseranteil eingesetzt, welches in einem parallelen Schritt recycelt wird. Die eintretende Volumenkompression von etwa 4 bis 6% beim Mischen von IPA mit Wasser, hat keinen negativen Einfluss. Dieser Schritt der Rückgewinnung von Iso-Propanol wird durch fraktionierte Destillation / Azeotrop-Rektifikation mit einem Schleppmittel durchgeführt: Cyclohexan , Dichte 0.78 g/cm3; Preis / t - bei 100 t Bestellung -690 €/t, ; Mw: 84.16 g/mol; 0,01% Wasseraufnahme. Der Siedepunkt des ternären, azeotropen Gemisch von H2O / IPA / Cyclohexan beträgt 69,4°C.
  • Da die Menge an Abwasser bei einem Anwendungsfall 3000 m3 pro Tag beträgt, entspricht dieses 125 m3 pro Stunde. Da etwa die halbe Menge an Alkohol eingesetzt wird, sind dieses 62,5 m3/h. Dieses ist als grosstechnische Anlage gut darstellbar. Da eine klassische Anlage der Rektifikation diese Menge gut bewältigt. Da die technische Qualität von IPA 0,10 € kostet, wären 62,5 m3 = 49 t = 49000 Kg · 0,10 € = 4'900 € ein überschaubarer Kostenfaktor.
  • Im Verfahren der Azeotrop-Rektifikation können andere Lösungsmittel als Schleppmittel eingesetzt werden. So z.B. Benzol, Toluol, Diäthyläther deren spezifisches Gewicht geringer als 1 ist und somit auf einer Wasserphase aufschwimmt. Man nimmt aber heute Lösungsmittel die preislich attraktiv sind und keine gesundheitlichen Risiken zeigen. So ist oft in der Anwendung Cyclohexan zu finden. Die Kombination einer Salzsättigung von anfallenden Wässern, Ansäuerung mit Phosphorsäure mit folgender Salzverdrängung bzw. Ausfällung durch Alkohole - hier Iso-Propanol - und Azeotrop-Rektifikation betrifft das vorgeschlagene Verfahren.
  • Das vorgeschlagene Verfahren hat die Aufgabe Haldensickerwasser, Abwasser, Brackwasser, Grundwasser von Salz vornehmlich NaCl in hoher Konzentration zu befreien, unter Einsatz einer klassischen Methode durch Zusatz von Iso-Propanol und das ausgefallene Salz durch Filtration aus dem Wasser zu entfernen. Es wird hier allerdings zuerst mit NaCl beaufschlagt, um eine gesättigte Lösung zu erhalten, wo der Vorteil besteht, dass aus einer gesättigten Lösung besser und schneller NaCl ausgefällt werden kann. In beruhigter Lösung - ohne Rühren - tritt eine bessere und vollständigere Kristallisation ein.
  • Die Lösung des Verfahrens geschieht unter Einsatz einer klassischen Methode durch Zusatz von / bzw.
    1 NaCl oder vorliegende Salzmischung unter Rühren um eine gesättigte Lösung herzustellen;
    2 und unter Zusatz von Phosphorsäure eine Salzumbildung zu gestalten
    3 dann durch Einsatz von Iso-Propanol das Salz auszufällen;
    4 und das ausgefallene Salz durch Filtration aus dem Gemisch Alkohol-Wasser zu entfernen - dieses Gemisch wird in die Rektifikations-Anlage gepumpt
    5 und durch Einsatz einer Rektifikation den Alkohol zurückzugewinnen und das von Salz befreite Wasser abzutrennen
    6 und das abgetrennte und ggf. gereinigte Kochsalz bzw. Salzmischung wieder einzusetzen in Schritt 1
    7 und den Alkohol wieder in Schritt 3 einzusetzen.
  • Die Flüssigkeiten werden durch Anwendung von Sonnenkollektoren extern auf Temperaturen von über 60°C gebracht, um dann die notwendige Temperaturdifferenz (Δt) auszugleichen, die notwendig ist, um das Verfahren durchzuführen. Die kontinuierlich anfallenden Mengen der Fraktionen von Iso-Propanol und Wasser fallen getrennt an. Der Alkohol wird nach Kondensation direkt wieder in den ersten Schritt des Verfahrens eingespeist und die Wasserfraktion je nach Bedarf weiter gereinigt, um beispielsweise Trinkwasser zu gewinnen. Der Energieverbrauch des ternären Azeotrops liegt hier bei etwa knapp 30 kWh/m3 , wenn eine Temperaturdifferenz von 49,4°C besteht.
  • Da die Gesamtkosten des Verfahrens im Betrieb sehr günstig sind, da Salz zurück gewonnen wird, Iso-Propanol im einmaligen Einkauf nur 0,10 € /kg beträgt und recycelt wird, sind im Verfahren die Energiekosten zu beachten. Diese sind aber auch hier wieder recht klein, da Thermo-Sonnenkollektoren zur Erwärmung des Wassers eingesetzt werden. So ist die Wärmebilanz ziemlich ausgeglichen. Damit ist die wirtschaftliche Grösse allein nur die Investition der Apparate, welche überschaubar ist, da verfahrenstechnisch nur die Azeotrop-Rektifikation mit Schleppmittel zu Buche schlägt. Beide Verfahrensschritte: A. Ausfällung von Salz und B. Azeotrop-Rektifikation sind für sich geschlossene Kreisläufe, die ineinander greifen.
  • Die Azeotrop-Rektifikation ist aus der Literatur entnommen worden als bekanntes Standardverfahren und läuft grob in folgenden Teilschritten ab. In einer Vorbehandlung wird Iso-Propanol - Wasser Gemisch auf circa 90%-99% Iso-Propanol-Gehalt aufkonzentriert welches in Kolonne 2 geschieht. Das Gemisch wird anschließend zusammen mit dem Cyclohexan in eine Kolonne eingespeist und so ein leichtsiedendes ternäres Heteroazeotrop im Kopf gebildet welches in Kolonne 4 abläuft, welches nach der Kondensation in zwei flüssige Phasen zerfällt.
  • Die wasserreiche Phase wird anschließend in einem Dekanter (c) ausgeschleust und der wasserarme Teil der Kolonne wieder zugeführt.
    Durch die Bildung des ternären Azeotropes und die Ausschleusung des Wassers wird Iso-Propanol zum Schwersieder und kann der zweiten Kolonne annähernd rein als Sumpfprodukt entnommen werden. In Kolonne 5 wird Wasser von Schleppmittelresten gereinigt und anschließend ausgeschleust. Die Auslegung der Rektifikationsanlage geschieht durch Experten-Firmen.
  • Das Verfahren ist somit geeignet, hohe salzbelastete Wässer vom Salz zu befreien und ziemlich reines Wasser dazustellen oder den Salzgehalt von Wässern so stark abzusenken, dass sie in die Reverse Osmose - RO - eingesetzt werden können. Der besondere Vorteil des Verfahrens ist, dass nur sehr kleine interne Verluste an Schleppmittel, Iso-Propanol ausgeglichen werden müssen und das abgetrennte Salz wieder in den ersten Schritt zur AufSalzung von Sickerwasser, Brackwasser, Grundwasser oder Abwasser eingesetzt werden kann.
  • Beispiel
  • 35,8 = 36g Kochsalz (Speisesalz 99,9%ig, mit 31 mg Fluor und 2000 µg Jod) wurden in ein Becherglas eingewogen. 100 ml Leitungswasser wurden zugesetzt mit Hilfe eines Messzylinders - 100 ml abgemessen. Die Wassertemperatur betrug zum Anfang: 24,5°C.
    Das Becherglas wurde auf einem Magnetrührer platziert und mit langsamen Umdrehungen gerührt und das NaCL (Speisesalz jodiert mit Fluor) langsam portionsweise zugegeben. Hierbei nahm die Temperatur erwartungsgemäss ab von ca. 24,5°C auf 22,5°C. Der pH-Wert fiel von 7,69 auf 7,06 gut sichtbar bei NaCl-Zugabe.
  • Die Anfangsleitfähigkeit betrug zu Beginn - nur Leitungs-Wasser - 367 µS/cm bei 24,5°C und stieg nach Salzzugabe bis zur Sättigung auf 106,4 mS/cm bei 22,8°C. Es wurde mit Hilfe eines Magnetrührers kontinuierlich gerührt - bei der Salzzugabe und später bei Zugabe des Iso-Propanols. Nach Sättigung der NaCl-Lösung wurde ab-dekantiert, um vom unlöslichen Rest NaCl zu befreien. Es wurde nun langsam aus einem 100 ml Messzylinder portionsweise 100 ml Iso-Propanol (99,7%ig mit 0,3% H2O; Firma RS 567-890 , UK) versetzt. Bei etwa 30 ml Alkoholzugabe fiel bereits massiv feines Salz aus.
  • Nach Zugabe von weiteren 20 ml - zusammen nun 50 ml - unter leichtem Rühren fiel massiv Salz aus und wurde nach weiteren 50 ml Alkohol-Zugabe (zusammen jetzt 100 ml) eine Phasentrennung sichtbar, so dass eine klare Lösung oberhalb der Salzlösung sichtbar wurde. Es wurden nun weitere 100 ml - Summe insgesamt 200 ml - unter leichtem Rühren innerhalb von etwa 5 Minuten zugesetzt, um zu testen ob weiteres Kochsalz bei höherem Iso-Propanol-Anteil ausfällt. Dieses ist optisch erfasst, nicht der Fall - im Gegenteil sieht es so aus, dass bereits bei 50 ml Alkoholzugabe, welches der Hälfte des Wasservolumens entspricht, eine fast vollständige Fällung erreicht wird.
  • Es wurde nun über ein Falten-Filter (Machery + Nagel) MN 614-¼ - mit einem Durchmesser von 270 mm, mit einer Porenweite von ca. 15 µm filtriert. Der weisse Salzrückstand wurde getrocknet und gewogen. Es wurde 15,8 g ausgewogen, welches 44,13% entspricht. Bei der Rückwaage trat ein Verlust auf, da im Faltenfilter viel Kochsalz in den Poren / Gewebe hängen blieb aufgrund der grosse Oberfläche des Filters.
  • Unter diesem Aspekt wird die geschätzte Menge wohl als Wiederfindungsrate zwischen 80 und 98% liegen. Es kann abgenommen werden, dass bereits 50 ml Iso-Propanol ausreichen, um eine fast komplette Salzfällung zu erreichen. Weitere quantitative Test müssen noch folgen, um die Grenzen konkret zu bestimmen. Dieses gilt für alle Varianten des Verfahrens besonders bei Salzumbildung zum Phosphat.
  • Bezugszeichenliste
    • Bezugszeichenliste - Gesamtprozess
      A
      Rohabwasser-Einlauf
      B
      NaCl-Addition / H3PO4 - Zugabe
      C
      Iso-Propanol-Addition
      D
      Ausfällung NaCl / Salze
      E
      Abfiltration / Isolierung NaCl
      F
      NaCl-Reinigung / Trocknung
      G
      Filtrat in Wärmetauscher Sonnenkollektoren
      H
      Rektifikationsanlage
      I
      Entsalztes Wasser
      J
      Rückführung in anderen Prozess
    • Bezugszeichenliste - Azeotrop-Rektifikation
      1
      Iso-Propanol (IPA) / Wasser
      2
      Erste Kolonne
      3
      Iso-Propanol / Wasser - nahe der azeotropen Zusammensetzung
      4
      Zweite Kolonne
      5
      Dritte Kolonne - ternäres Azeotrop Cyclohexan-Wasser-Iso-Propanol wird am Kolonnenkopf abgetrennt - während im Sumpf Iso-Propanol / Wasser-Gemisch entnommen wird
      6
      Wasser Ausfluss
      7
      Iso-Propanol - dehydratisierte IPA wird aus dem Kolonnensumpf ausgetragen
      8
      Schleppmittel / Cyclohexan
      a
      Kopf-Kolonne mit Gemisch nahe der Zusammensetzung des Azeotrops IPA-H2O
      b
      Kopf-Kolonne mit ternäres Azeotrop Cyclohexan - IPA - H2O
      c
      Phasenabscheider
      d
      Phasenabscheider organischer Phase hauptsächlich Cyclohexan, etwas IPA und H2O
      e
      Phasenabscheider mit wässriger Phase - hauptsächlich H2O, einiges IPA und etwas Cyclohexan

Claims (10)

  1. Verfahren mit Vorrichtung für eine Entsalzung von Sickerwasser, Grundwasser, Brackwasser und Abwasser - allgemein Wässer - welche mit Kochsalz und / oder anderen Salzen hoch angereichert sind und durch Salz-Präzipitation, mit anschliessender Azeotrop-Rektifikation reines Wasser darstellt dadurch gekennzeichnet, dass eine gesättigte Salz-Lösung hergestellt wird, wobei oben genannte Wässer mit Phosphorsäure versetzt werden für eine Salzumbildung als Phosphate.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass salzhaltige Wässer mit Salz oder Salzmischungen beaufschlagt werden bis zur Sättigung und im nachfolgendem Schritt durch den Einsatz von einem Alkohol wie Iso-Propanol wieder fast quantitativ ausgefällt wird, wobei das Salz und das Alkohol-Wassergemisch, mechanisch aufgrund von Porenausschlussgrösse durch Filtration oder Zentrifugation wieder getrennt werden und zurück in den Kreislauf kommen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,2 dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Lösungsmittel prinzipiell mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar ist, aber selbst so wenig Salz wie möglich löst, welches für Iso-Propanol zutrifft und eingesetzt wird - aber andere Lösemittel oder Lösemittelmischung nicht ausschliesst und das zurückgewonnene Lösungsmittel - hier Iso-Propanol wieder zur Fällung eingesetzt wird und so ein Kreislauf gebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,2,3 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren der Gewinnung von nahezu salzfreiem Wasser dient, wobei dieses in einem zweiten Kreislauf durch Einsatz der Azeotrop-Rektifikation erreicht wird, wobei insgesamt zwei Zyklen - die direkte Salzausfällung und Rektifikation des Wasser- / Alkoholgemisches - ineinander greifen.
  5. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhr für die Azeotrop-Rektifikation durch den Einsatz von Sonnen-Kollektoren erreicht wird und eine andere, z.B. elektrische Erwärmung von Flüssigkeiten damit begrenzt wird.
  6. Verfahren nach einer der Ansprüche von 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass für ölhaltige Abwässer eine Elektrokoagulation vorgeschaltet wird, um eine Reinigung durchzuführen, um dann eine Sättigung des Abwassers mit Salz, eine Salzumformung zu Phosphaten erfolgt, gefolgt von einer Ausfällung von Salz mit Alkohol, gefolgt von einer Azeotrop-Rektifikation für das Alkohol-Wassergemisch durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einer der Ansprüche von 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen von Ammonium- mit Magnesium-Ionen im salzhaltigen Wasser, bei Zugabe von Phosphorsäure, Magnesium-Ammonium-Phosphat / Mg(NH4)PO4- bekannt als MAP-Fällung auftritt und ausfällt und somit eine bessere, nahezu quantitative Gesamt-Salz-Präzipitation erreicht wird.
  8. Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass dieses Verfahren auch für andere industrielle Abwässer oder Prozesswässer zur Reduktion des Kalkgehaltes eingesetzt wird, indem aufgrund der Löslichkeit Kalzium-/ Magnesium-Phosphat oder auch als Karbonat mit ausgefällt wird.
  9. Vorrichtung nach einer der Ansprüche von 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Salzmischungen bzw. NaCl über einen Behälter als Schüttung kontinuierlich unter Rühren zugesetzt wird, wobei die Zeit des Rührens ausreicht, um eine gesättigte Lösung herzustellen und am Boden des Containers ein Ventil zeitgesteuert geöffnet werden kann, um die gesättigte Lösung in eine Vorlage zu leiten unter Nutzung eines Gefälles.
  10. Vorrichtung nach einer der Ansprüche von 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet. dass die gesättigte Salzlösung aus Sickerwasser, Grundwasser, Brackwasser, Abwasser nun kontinuierlich mit Alkohol durch einen höher gestellten Container mit Bodenausflussventil zeitlich gesteuert, angereichert wird bis eine vollständige Fällung erreicht wird, welches durch Volumenkontrolle als Füllhöhe und durch Sensoren wie Photozelle, pH-Elektrode, Leitfähigkeit gesteuert wird, wobei mindestens zwei parallele Anlagen dieser Art für einen semi-kontinuierlichen Betrieb sorgen.
DE102022000120.9A 2021-11-03 2022-01-13 Verfahren mit Vorrichtung einer direkten Entsalzung salinarer Sickerwässern aus Rückstandshalden, Abwasser in der mineralischen Bergbau- Industrie, sowie hochkonzentrierter, salzhaltiger Grundwässer Withdrawn DE102022000120A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021005428.8 2021-11-03
DE102021005428 2021-11-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022000120A1 true DE102022000120A1 (de) 2023-05-04

Family

ID=85983721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022000120.9A Withdrawn DE102022000120A1 (de) 2021-11-03 2022-01-13 Verfahren mit Vorrichtung einer direkten Entsalzung salinarer Sickerwässern aus Rückstandshalden, Abwasser in der mineralischen Bergbau- Industrie, sowie hochkonzentrierter, salzhaltiger Grundwässer

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022000120A1 (de)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0571744B1 (de) Verfahren und Anordnung zur Aufbereitung von Abwassern, insbesondere in Flugzeugen
CN102597253B (zh) 使用电渗析和直接回收法从水解产物中经济地制备木糖的经济的方法
DE1517526A1 (de) Verfahren fuer die Behandlung von Abwasser
CN104903256A (zh) 水处理方法
Paugam et al. Elimination of nitrate ions in drinking waters by nanofiltration
DE202022105120U1 (de) System zur Behandlung von salzhaltigen Abwässern
EP3599226B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur anreicherung von silikat in trinkwasser
DE2431993A1 (de) Verfahren und anlage zur aufbereitung von abwasser zu kreislaufwasser
EP3795542B1 (de) Entfernung von chromverbindungen aus cr(vi)-haltigen wässrigen phasen
DE19603494C2 (de) Verfahren zur Teilentsalzung von Wasser
DE3041209A1 (de) Verfahren zur aufbereitung von insbesondere nitrathaltigem wasser
CN110759570A (zh) 染料中间体废水的处理方法以及处理系统
KR20150143062A (ko) 해수 중 음이온 제거 및 탄산이온 전환을 이용한 미네랄 농축수 제조방법
EP2447218B1 (de) Verfahren zur Aufarbeitung von Minenwässern
DE2920054A1 (de) Verfahren zur vorbehandlung von rohwasser fuer reversosmoseanlagen
Azmi et al. The Effect of Operating Parameters on Ultrafiltration and Reverse Osmosis of Palm Oil Mill Effluent for Reclamation and Reuse of Water.
DE2428562C3 (de) Verfahren zur Reinigung von Abwassern
CN104291501B (zh) 一种用集成膜技术处理硝酸铵废水的方法
DE102022000120A1 (de) Verfahren mit Vorrichtung einer direkten Entsalzung salinarer Sickerwässern aus Rückstandshalden, Abwasser in der mineralischen Bergbau- Industrie, sowie hochkonzentrierter, salzhaltiger Grundwässer
DE2343534A1 (de) Verfahren zur reinigung eines waessrigen abstromes
EP0361201A1 (de) Verfahren zum Entsorgen verbrauchter Öl-/Wasseremulsionen
EP3466890B1 (de) Verfahren zur aufbereitung von abwasser aus der milchindustrie
EP2586519A1 (de) Aufarbeitung von belastetem Abwasser aus der Produktion von Pflanzenschutzmitteln
JP5995747B2 (ja) 水処理システム及び海水からの有価物製造方法
CN110002654A (zh) 一种高盐废水排放处理系统

Legal Events

Date Code Title Description
R086 Non-binding declaration of licensing interest
R120 Application withdrawn or ip right abandoned