DE1517720C - Verfahren und Vorrichtung zur oxy dativen Reinigung von Abwassern - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung von Abwässern, die in der Hauptsache organische Verunreinigungen in gelöster, suspendierter oder kolloidaler Form enthalten.

Es sind bereits mehrere Verfahren bekannt, um die Abwasserreinigung auf mechanischem, chemischem oder biologischem Wege durchzuführen. In den meisten Fällen wird hierbei mit Flockungschemikalien oder biologischem Belebtschlamm gearbeitet. Der dabei anfallende Schlamm enthält "meistens über 95% Wasser. Es kann in diesem Zustand also nicht auf die Halde abgekippt werden. Es ist ein zusätzlicher Apparate- und Energieaufwand nötig, um ihn in stichfester Form zu erhalten oder nach weiterem Wasserentzug verbrennen zu können. Da die Wirksamkeit der Schlammbildung und -trennung im wesentlichen' von der Verweilzeit in den Becken abhängt, sind sehr große Becken und Geländeflächen erforderlich, die jedoch nicht immer zur Verfugung stehen und damit die Abwasserreinigung häufig problematisch machen. ' . ·

Bei einem bekannten Naßverbrennungsverfahren können diese Schwierigkeiten zum Teil vermieden werden. Dieses Verfahren sieht den Abbau der organischen, gelösten Stoffe durch Oxydation mit Luft bei Temperaturen zwischen 100⁰C und der kritischen Temperatur des Wassers, insbesondere zwischen 220 und 320° C und Drücken zwischen 50 und 150 atü in einem Autoklav vor. Da der Prozeß in der flüssigen Phase abläuft, muß mit Rücksicht auf die vorhandene Luft und die anderen durch die Oxydation entstandenen Gase der Betriebsdruck des Reaktors stets 20 bis 50 atü höher als der Dampfdruck des Wassers bei Betriebstemperatur gewählt werden. Damit sind der maximal erreichbaren Temperatur durch den Dampfdruck Grenzen gesetzt, die eine Oxydation mancher Verbindungen (z. B. Methanol in der flüssigen Phase) unmöglich machen. Dadurch sind aber dem Einsatz dieses Verfahrens für die Reinigung industrieller Abwasser Grenzen gesetzt.

ίο Weiterhin ist nach der deutschen Auslegeschrift 1 209 967 bekannt, organische Bestandteile in Lösungen, Laugen oder Schlämmen' zu oxydieren, indem diese zusammen mit zusätzlichem Brennstoff und weiteren Verbrennungsmitteln wie Luft oder Sauerstoff in einem Reaktor mit einer rotierenden Wirbeleinrichtung verbrannt werden. Die mechanisch angetriebene Wirbelvorrichtung soll eine verbesserte Verbrennung der organischen Bestandteile bewirken.
Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, Abwasser mit vorwiegend organischen Verunreinigungen verschiedener Zusammensetzung dadurch in dem erforderlichen Umfang zu reinigen, daß sie erfindungsgemäß in flüssiger und dampfförmiger Phase bzw. di-

_ rekt als Wasser-Dampf-Luft-Gemisch in einen Reaktionsraum gebracht werden, in dem sie durch heiße, Sauerstoff enthaltende Gase oder Abgase bzw. direkt durch mit Luftüberschuß arbeitende Brenner bis auf die gewünschte Oxydationstemperatur überhitzt werden. Da bei diesem Verfahren der Arbeitsbereich im überhitzten Dampfgebiet liegt, wird ein sehr schneller und vollständiger Abbau der organischen Verunreinigungen erzielt. Es fällt demzufolge kein Schlamm an, während die Aschenrückstände in einfacher Weise ausgetragen werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei normalem Druck durchgeführt, so daß der Betriebsdruck der Anlage keinen Einfluß auf die erreichbare Temperatur hat und diese den Erfordernissen der Apparatur bzw_; des Abwassers angepaßt werden kann. Damit ist auch der Einsatz korrosioris- und hitzebeständiger Werkstoffe, einschließlich keramischer Auskleidungen, möglich. Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser mit vorwiegend organischen Verunreinigungen in gelöster, suspendierter oder kolloider Form, wobei die Verunreinigungen mit Hilfe von zusätzlichem Brennstoff und bei Luftüberschuß in einem Brenner und Reaktor unter normalem Druck oxydiert werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Abwasser bei Erwärmung auf eine Temperatur unterhalb 100⁰C und bei gleichzeitiger Zugabe von Luft in eine flüssige und in eine dampfförmige, Sauerstoff und organische Verunreinigungen enthaltende Phase trennt, die dampfförmige Phase in der Vorstufe mittels Abgas aus dem Reaktor indirekt überhitzt, die überhitzte Phase zusammen mit dem Brennstoff in einem Brenner verbrennt, darauf in die heißen Verbrennungsgase die flüssige Phase einleitet, hierbei die restlichen oxydierbaren Bestandteile verbrennt und das den Reaktor verlassende Gas-Heißdampf-Gemisch zur Überhitzung der dampfförmigen Phase und Erwärmung des Abwassers in bekannter Weise verwendet.

Zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens dient eine Vorrichtung, welche gekennzeichnet ist durch einen Brenner vor der Ausmündung einer Rohwasserzuführung in einem Reaktor, welch letzterem ein Überhitzer für die Verbrennungsluft, die verdampftes Abwasser und dessen flüchtige Bestandteile

enthält, wie auch ein Vorwärmer und Verdampfer vorgeschaltet ist.

Da die Oxydationsprozesse exotherm sind, kann je nach dem Grad der Verschmutzung des Abwassers die entsprechende Menge an Heizenergie eingespart werden. Daraus geht hervor, daß dieses Verfahren im Gegensatz zu biologischen Anlagen, am wirtschaftlichsten mit stark organisch verunreinigten Abwässern arbeitet. Es gelangt also besonders dort vorteilhaft zum Einsatz, wo konzentrierte Abwasser direkt am Produktionsbetrieb ohne vorherige Vermischung mit Kühl- oder Regenwasser anfallen. Bei einem solchen Einsatz wird außerdem erreicht, daß die zu behandelnde Wassermenge relativ gering ist und daher nur eine kleine Anlage erfordert. -

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Abwasser in der Vorwärmstufe nicht über 100⁰C aufgeheizt werden und somit thermisch ausgelöste Ausfällungen praktisch unterbunden werden. Weiterhin wird eine wesentliche Verdampfung der zu reinigenden Abwasser dadurch erzielt, daß die in der Regel ungesättigte Verbrennungsluft sich durch Kontakt mit dem aufgeheizten Wasser erwärmt und entsprechend aufsättigt. So können z. B. bei 95° C und einem hohen Luftdurchsatz, der seinerseits eine starke organische Verschmutzung der Abwasser voraussetzt, bereits bis zu 50% Abwässer ohne nennenswerten weiteren Energiezusatz verdampft werden. Darüber hinaus gewährleistet die erfindungsgemäße Zusammenführung von notwendiger Verbrennungsluft und dampfförmiger Phase der Abwässer eine homogene Mischung, die bei Zumischung des Brennstoffs eine stabile Flamme ergibt. Auf diese Weise ist es möglich, ohne besondere Maßnahmen einen wesentlichen Anteil des Wassers, welches an" sich flammenstörend ist, störungsfrei mitzuverbrennen. ·

Im Hinblick auf die Energiebilanz beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es zweckmäßig, durch geschickten Wärmeaustausch die eingebrachte Wärme zur Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung des Rohwassers weitgehend auszunutzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben.

Das zu reinigende Abwasser fließt aus der Vorlage 1 einem Vorwärmer und Verdampfer 2 zu, wo es mit der für den Brenner 5 erforderlichen Verbrennungsluft 3 gemeinsam vorgewärmt wird. Durch die damit erzielte Dampfdruckerniedrigung des Wassers, wie sie auch beispielsweise bei einer Wasserdampfdestillation üblich ist, ist es möglich, entsprechend der gewählten. Vorwärmtemperatur, einen mehr oder weniger großen Teil' des Abwassers sowie der eventuell darin enthaltenen flüchtigen Bestandteile schon bei Temperaturen unter 100⁰C zu verdampfen. Dieses Dampf-Luft-Gemisch strömt dann weiter in den Überhitzer 4, in welchem es überhitzt und schließlich mit dem Brennstoff

ίο gemischt einem Brenner 5 zugeführt und verbrannt wird. Das im Vorwärmer 2 nicht verdampfte Abwasser wird in den Reaktor 6 geführt und dort durch die heißen Verbrennungsgase ebenfalls verdampft und überhitzt. Da der Brenner mit Luftüberschuß arbeitet, werden die organischen Verunreinigungen des Abwassers durch den freien Luftsauerstoff oxydiert und abgebaut. Die dabei frei werdende Wärmemenge kann an Brennstoff energie eingespart werden.

Die ~ heißen Abgase des Reaktors 6 werden nun

ao dem überhitzer 4 zugeleitet, wo sie einen Teil ihres Wärmeinhaltes an das aufzuheizende Dampf-Luft-Gemisch abgeben, ohne jedoch so weit, abzukühlen,

_ daß eventuell dampfförmige, anorganische Verunreinigungen ausfallen können oder Kondensation des

»5 Wasserdampfes eintritt. Bei 9 wird dann von dem bereits gereinigten Abwasser oder von sonstigem zur •Verfügung stehendem reinem Wasser eine derartige Wassermenge in das Abgas eingespritzt, daß dessen Temperatur bis auf Taupunkttemperatur absinkt und

weiterhin eventuell Ausfüllungen mit dem Einspritzwasser gelöst oder fortgespült werden können und sich nicht in dem Vorwärmer und Verdampfer 2 festsetzen.
Da der Dampfgehalt des Abgases aus dem Reaktor 6 stets größer als der des Dampf-Luft-Gemisches ist, so muß auch ohne die zusätzliche Wassereinspritzung 9 die Taupunkttemperatur des Abgases in jedem Falle über der Siedetemperatur des Abwassers in 2 liegen. Damit ist ein wirksamer Wärmetausch kondensierenden Dampfes mit der siedenden Flüs'sigkeit bei kleinen Tauscherflächen und die Rückgewinnung eines großen Teiles der eingebrachten Wärme möglich.

Die hinter dem Vorwärmer und Verdampfer 2 noch zur Verfügung stehende Wärmemenge kann noch für andere Zwecke wirtschaftlich genutzt werden oder das Gemisch geht direkt in einen Abscheider (7), wo das Kondensat vom Abgas getrennt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung von Abwasser jnit vorwiegend organischen Verunreinigungen in gelöster, suspendierter oder kolloidaler Form, wobei die Verunreinigungen mit Hilfe von zusätzlichem Brennstoff und bei Luftüberschuß in einem Brenner und Reaktor unter normalem Druck oxydiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abwasser bei Erwärmung auf eine Temperatur unterhalb 100⁰C und bei gleichzeitiger Zugabe von Luft in eine flüssige und in eine dampfförmige, Sauerstoff und organische Verunreinigungen enthaltende Phase trennt, die dampfförmige Phase in der Vorstufe mittels Abgas aus dem Reaktor indirekt überhitzt, die überhitzte Phase zusammen mit dem Brennstoff in einem Brenner verbrennt, darauf in die heißen Verbrennungsgase die flüssige Phase einleitet, hierbei die restlichen oxydierbaren Bestandteile verbrennt und das den Reaktor verlassende Gas-Heißdampf-Gemisch zur Überhitzung der dampfförmigen Phase und Erwärmung des Abwassers in bekannter Weise verwendet.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch !,gekennzeichnet durch einen Brenner (5) vor der Ausmündung einer Rohwasserzuführung in einem Reaktor (6), welch letzterem ein Überhitzer (4) für die Verbrennungsluft, die verdampftes Abwasser und dessen flüchtige Bestandteile enthält, wie auch ein Vorwärmer und Verdampfer (2) vorgeschaltet ist.