DE19624982A1

DE19624982A1 - Verwendung von Huminsäure oder Huminsäure-Derivaten

Info

Publication number: DE19624982A1
Application number: DE1996124982
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr Pfueller; Karl-Heinz Dipl Ing Kleine
Original assignee: KLEINE KARL HEINZ DIPL ING
Current assignee: KLEINE KARL HEINZ DIPL ING
Priority date: 1996-06-22
Filing date: 1996-06-22
Publication date: 1998-01-08

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Huminsäuren oder Huminsäuren-Derivaten zur Reinigung von Abwässern, Abluft und Rauchgasen. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Umwelttechnik.

Die Sicherung des weltweit wachsenden Bedarfs an Trinkwasser und Brauchwasser für die Bevölkerung, Industrie und Landwirtschaft aus natürlichen Vorkommen ist gegenwärtig bereits nicht mehr möglich [R. M. Clark et al. Cost and benefits drinking water treatment. J. Environ. Systems (1991) 14, 1-30]. Die Verknappung der Ressourcen und die immer aufwendigere Technologie der Wasseraufbereitung führen für alle Verbraucher zu ständigen Kostensteigerungen, die das Budget privater und gewerblicher Verbraucher heute schon erheblich belasten. Sparmaßnahmen allein können die Kostenentwicklung nicht entscheidend dämpfen. Die Ent wicklung kostengünstiger, flexibel auf die Situation vor Ort bezogener Wasseraufbereitungsmethoden wird daher weltweit intensiv vorangetrieben [S. Carlson, Fundamentals of water disinfection. J. Water SRT-AQUA (1991) 346-356].

Gegenwärtig eingesetzte zumeist sehr kostenintensive Verfahren der Trink-, Brauch- und Abwasseraufbereitung schließen Filtrations-, Destillations- und Fällungsverfahren ein. Für die Abgas- bzw. Rauchgasreinigung werden zumeist Filtrations- und Waschverfahren eingesetzt.

Bisher bekannte Filtrationsverfahren sind entweder nicht generell einsetzbar oder sie sind auf synthetische und oft problematische Filtermaterialien und -hilfsstoffe angewiesen. Destillationsverfahren setzen extrem niedrige Energiepreise voraus.

Gegenwärtig technisch genutzte Fällungs- bzw. Flockungs verfahren sowie Ad/Absorptionsverfahren benötigen zumeist teure synthetische Flockungsmittel und bereiten Probleme bei der Entsorgung der beladenen Stoffe.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, Stoffe zur Reinigung von Abwässern, Abluft und Rauchgasen zu finden, die leicht zugänglich bzw. kostengünstig herstellbar sind sowie einfach zu entsorgen.

Überraschend wurde festgestellt, daß natürliche Huminsäuren und deren Derivate aus heimischer Braunkohle, die nahezu unbegrenzt zur Verfügung stehen, als Flockungsmittel gut geeignet sind. Sie sind besonders geeignet für die Fällung bzw. Ad/Absorption von nicht tolerierbaren Wasser inhaltsstoffen aus Wässern unterschiedlicher Herkunft für die Bereitung von Trinkwasser, Brauchwasser sowie die Entsorgung von Abwässern.

Huminsäuren und deren Derivate eignen sich darüber hinaus erfindungsgemäß als Filterstoffe und Adsorbentien/Ab sorbentien für Rauch- und Abgase.

Die Erfindung wird gemäß den Ansprüchen realisiert.

Huminsäuren sind polymere Naturstoffe mit einem hohen Bindungsvermögen für anorganische und organische Wasser inhaltsstoffe und dabei selbst nicht toxisch. Huminsäuren sind Endprodukte des von der Natur praktizierten Recyclings von organischen (anorganischen) Stoffen und so z. B. wesentliche Träger der Bodenstruktur und -fruchtbarkeit. Für die Gewinnung von Huminsäuren in industriell benötigten Mengen kommen Braunkohlen in Frage, die bis ca. 60% dieser Biopolymeren enthalten können. Die Bindungseigenschaften der Huminsäuren lassen sich durch chemische und physikalische Nachbehandlung der Naturprodukte modulieren und dem anstehenden Problem anpassen.

Erfindungsgemäß werden die Huminsäuren in wasserlöslicher bzw. wasserquellbarer Form in Mengen bis etwa 2 g/Liter dem zu reinigenden Wasser zugesetzt. Nach homogener Verteilung und einer Inkubationszeit zwischen 2 min bis 24 Stunden wird die Huminsäure/das Huminsäure-Derivat durch Ansäuern, mit Calzium- oder Eisensalzen bzw. mit an sich bekannten kationischen Flockungsmitteln ausgefällt. Nach Absetzen lassen, das in der Regel genügt, wird das Reinwasser abgepumpt. Der Rückstand kann je nach Wasserinhaltsstoffen der Kompostierung oder Entsorgung durch Verbrennung/Deponie zugeführt werden. Die Huminsäuren und deren Derivate werden nach an sich bekannten Verfahren gewonnen und sind direkt als Filter- und Absorptionsstoffe zur Filtration von Wässern aber auch zur Rauch- und Abgasreinigung einsetzbar. Bevorzugt werden sie aus Braunkohle isoliert.

Erfindungsgemäß werden modifizierte Huminsäuren-Derivate, wie z. B. kationisierte, amphotere, thiolierte oder oxydierte Huminsäuren eingesetzt, bevorzugt in Kombination mit an sich bekannten Flockungsmitteln.

Diese Huminsäre-Derivate werden nach an sich bekannten Verfahren hergestellt. Ein Alkali-Humat-Huminsäure-Gemisch, das man aus natürlicher Braunkohle erhält, wird einer alkalischen Extraktion unterzogen und auf einen pH-Wert von 3,0-6,9 eingestellt. Anschließend wird eine nukleophile Substanz und eine Metallsalz-Lösung unter Rühren zugesetzt. Der erhaltene Niederschlag wird abgetrennt, gewaschen und bei Temperaturen unter 70°C bis auf einen Wassergehalt < 10% getrocknet.

Gemäß der Erfindung sind kationisierte Huminsäuren: R_nHS (R = -NH₂, RNH-, R₂N-, R₃N⁺-; pI: 8-10); amphotere Huminsäuren: R_nX_mHS (R = -NH₂, RNH-, R₂N-, R₃N⁺-; X = COOH, SO₃Na; pI: 6-8); thiolierte Huminsäuren: (HS)_nHS (2-20 Thiolgruppen bezogen auf Huminsäuren mit Molmassen ∼ 25 000); oxidierte Huminsäuren: 4 CHS mit erhöhter Zahl an chinoiden und Carboxylgruppen).

Als Flockungs- oder Fällungsmittel zur Kombination dienen alle an dich bekannten Mittel, wie ionische Polymere auf der Basis von Lignin, Polyacrylsäure, Polyacrylamid.

Gemäß der Erfindung werden auch Huminsäuren mit künstlich erhöhtem Gehalt an natürlich vorliegenden und zusätzlichen funktionellen Gruppen eingesetzt.

Dazu werden die Huminsäuren nach an sich bekannten Verfahren durch Extraktion aus HS-reichen Naturprodukten wie Braunkohle oder Torf mit alkalischen Lösungen gewonnen.

Zur Reinigung der Abwässer, Abluft und Rauchgase werden die Huminsäuren oder die Huminsäre-Derivate in Form von Pasten, in löslicher Form oder auf Trägermaterialien angewendet.

Als Trägermaterialien kommen gemäß der Erfindung in der Zigarettenindustrie übliche Filterträger, sowie Cellulose acetatfilter, Silicagelfilter oder Filter aus Mineralfasern zum Einsatz. Darüber hinaus können als Trägermaterialien Natur- und Synthesefasern eingesetzt werden.

Anwendungsmöglichkeiten sind die Reinigung von Wässern für die Trinkwassernotversorgung vorzugsweise bei Havarien oder in Dritte Weltländern, die Behandlung von belasteten Abwässern für die nachfolgende Abgabe in die Kanalisation sowie die Reinigung von Abgasen bzw. Rauchgasen. Mit den eingesetzten Huminsäuren oder Humisäuren-Derivaten können sowohl ionische Verunreinigungen, einschließlich radioaktiver Stoffe, als auch Neutralstoffe entfernt werden.

Die eingesetzten erfindungsgemäßen Stoffe auf natürlicher Grundlage stehen preiswert zur Verfügung und sind entweder umweltneutral nach Durchlaufen der Reinigungsverfahren kompostierbar oder nach Aufnahme von umweltschädlichen Stoffen, einschließlich radioaktiver Verbindungen, durch Deponieren oder Verbrennung entsorgbar. Die Erfindung bietet eine sehr kostengünstige Anreicherung und Abtrennung einer Vielzahl von Schadstoffen aus großen kontaminierten Volumina.

Die Erfindung soll nachfolgend durch Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Beispiel 1 Eingesetzte Huminsäuren

Es wurden Huminsäuren - isoliert nach Literaturvorschriften (z. B. Flaig et al., in: Soil Components, Bd. 1, S. 1-211, New York, Springer 1975) bzw. Marktpräparate der Firmen Sigma Chemicals/St. Louis und Humocarb/Weinböhla - eingesetzt.

Die erfindungsgemäßen Huminsäure-Derivate mit zusätzlichen ionischen, hydrophilen, hydrophoben, reduzierenden oder oxydierenden funktionellen Gruppen wurden erstmals nach an sich bekannten Verfahren größtenteils unter Verwendung technischer Abprodukte aus Huminsäuren dargestellt.

Alle anderen Chemikalien waren marktübliche Produkte mit der Deklarierung "rein" oder "technisch".

Beispiel 2 Wasserproben

Es wurden natürliche und künstliche Wasserproben mit anorganischen, organischen, radioaktiven und mikrobiologischen Verunreinigungen/Kontaminationen ein gesetzt. Dem Schadstoffgehalt angemessen werden 0,05 bis 2 g/Liter Abwasser Huminsäure oder Huminsäurederivat-Lösung zugesetzt und homogen verteilt. Nach 1-12 Stunden wird die Huminsäure/Schadstoffkomponente mit einer äquivalenten Menge an mehrwertigen Kationen wie z. B. Eisen (III), Calcium (II), ionischen Polymeren oder einem Huminsäure-De rivat ausgefällt. Nach Absetzen des Niederschlags kann das Wasser dem vorgesehenen Zweck zugeführt werden. Schadstoffe sind am Huminsäureprodukt gebunden.

Beispiel 3 Abgas- und Rauchgasproben

Zigaretten- bzw. Tabakrauch sowie künstlicher schadstoffhaltiger Rauch wurde über auf Filterträgern fixierte Huminsäuren bzw. Huminsäre-Derivaten geleitet.

Als Träger dienten Cellulose, Cellulosederivate, Kieselgur u. a.

Der Schadstoffgehalt wurde erheblich gesenkt (Kondensat um mindestens 22%, Nicotin um mindestens 16%).

Claims

1. Verwendung von Huminsäure oder Huminsäure-Derivaten zur Reinigung von Abwässern, Abluft und Rauchgasen.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man lösliche oder quellbare Huminsäuren zur Reinigung von Wasser für die Trinkwasserversorgung, zur Reinigung von Wasser für die Brauchwasserversorgung oder zur Reinigung von Abwässern der Industrie, Landwirtschaft und aus Kommunen in Kombination mit Huminsäure-Fällungsmitteln einsetzt.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Huminsäuren oder Huminsäuren-De rivate in wasserlöslicher bzw. wasserquellbarer Form in Mengen bis etwa 2 g/Liter dem zu reinigenden Wasser zugesetzt.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man handelsübliche oder nach bekannten Verfahren isolierte Huminsäuren aus Braunkohle einsetzt.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man kationisierte, amphotere, thiolierte oder oxidierte Huminsäuren-Derivate einsetzt.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Huminsäuren mit künstlich erhöhtem Gehalt an natürlich vorliegenden und zusätzlichen funktionellen Gruppen einsetzt.

7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Huminsäuren oder Huminsäuren-De rivate mit bekannten Flockungsmitteln und Reinigungsmethoden einsetzt.

8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Huminsäuren oder Huminsäuren-De rivate in pastöser Form einsetzt.

9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Huminsäuren oder Huminsäuren-De rivate in wäßriger Lösung einsetzt.

10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Huminsäuren oder Huminsäuren-De rivate auf Trägermaterialien nach Filtrationsverfahren einsetzt.

11. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Filtrations-/Ad sorptionsverfahren erfolgt.