DE2054879A1 - Verfahren zur Gewinnung von geklärtem Wasser und einem Ruckstand aus Gruben drainagewasser - Google Patents

Description

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Dipl. inc.. R. IIO LZ E R «ί» "i Viii\ UV Il ti

W.4-99

Augsburg, den 4. November 1970

Westinghouse Electric Corporation, 3 Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A.

Verfahren zur Gewinnung von geklärtem Wasser und einem Rückstand aus Grubendrainagewasser

Di· Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von geklärtem Wasser aus einem Rückstand aus Grubendrainagewasser durch Verdampfen dieses Grubendrainagewassers.

Insbesondere betrifft di· Erfindung ein Rezirkulations-Vieletuf•n-Flaeh-Verdempfungsverfahren zur Ausscheidung von

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Verunreinigungen aus saurem Grubendrainagewasser, wobei die Verunreinigungen dem Wasser als leicht verfestigbare Produkte entzogen werden.

Zur Gewinnung von reinem. Wasser aus natürlichem, Verunreinigungen enthaltendem Wasser sind bereits mehrere Verfahren bekannt. Einige dieser Verfahren sind Elektrodialyseverfahren, Destillationsverfahren, umgekehrte-Osmoseverfahren und Gefrierverfahren. Die Anwendung dieser Verfahren ist jedoch nicht auf die Gewinnung von Trinkwasser beschränkt, sondern diese Verfahren können auch für andere industrielle Zwecke verwendet werden, z.B. zum Entziehen von Wasser bei der Zuckerraffination, bei welcher der verbleibende Bückstand Zucker ist. Alle diese Verfahren haben ein gemeinsames Merkmal: Sie teilen einen Strom von verunreinigtem natürlichem Wasser in zwei Ströme auf, nämlich in einen aus reinem Wasser bestehenden Strom und einen anderen, in konzentrierter Fora Verunreinigungen enthaltenden Strom. Letzterer ist als "blowdown"- bzw. Abfluß-Lösung bekannt und ist mit Bezug auf die unerwünschten Verunreinigungen noch ziemlich dünn und bereitet beträchtliche, manchmal fast unüberwindliche Verwendungsprobleme. Der verhältnismäßig dünne, die unerwünschten Verunreinigungen enthaltende Strom weist bei Seewasserreinigungsanlagen nicht mehr

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70 '/ο Gesamtfeststoffe auf, während bei Süßwasser verarbeitenden xiiilagen der Gehalt der gesamten Feststoffe noch wesentlich kleiner ist. Reinigungsanlagen, die weit weg von der Seeküste liegen oder keinen Zugang zu nahegelegenen tiefen Quellen haben, sind durch die sich ergebenden Schwierigkeiten bei der Verwendung der abgeschiedenen Verunreinigungen wirtschaftlich unrentabel.

Die Konzentration von unerwünschten Ionen in Blowdown- bzw. Abfluß-Losungen ist normalerweise durch die Abschei- f dungsgrenze von Kalziumsulfat bestimmt. Viele natürliche Gewässer beinhalten Kalzium- und Sulfat-Ionen. Wenn solche Lösungen durch Extraktion des reinen Wassers konzentriert werden, so wird schließlich die CaSO^-Löslichkeitsgrenze erreicht, welche durch den pH-Wert, die Temperatur und das Vorhandensein von anderen Metallen als Kalzium und Sulfat bestimmt ist, so daß die Abscheidung auftritt. Da die bisherigen Erfahrungen, zeigen, daß das ausgefällte CaSO^ an metallischen Heisflächen, Membranflächen oder den Flächen * in den Zwischenräumen von Eiskristallen haften kann, wird die Konzentration des GaSO^ laufend überwacht, um ein überschreiten dor OaSO^-Abscheidungsgrenze zu vermeiden.

Die meii-ten natürlichen, nicht-salzhaltigen Gewässer beinhalten anorganische Verunreinigungen in einem Anteil

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von etwa 2 %o bis 3 %o, wobei Proben ausnahmsweise auch 6 %o dieser anorganischen Verunreinigungen enthalten können. Bekannte Praktiken zur Konzentration auf ein bestimmtes Verhältnis, bei welchen der CaSO.-Abscheidungsschwellenwert vermieden wird, führen zu Blowdown- bzw. Abflußströmen mit einer verhältnismäßig geringen Gesamt-Feststoffkonzentration, wobei diese Abflußströme ein Volumen von etwa 2/3 bis 1/10 des Volumens des zugeführten Stromes haben. Dies führt zu Schwierigkeiten in der Verwendung von konventionellen Technologien zur Erzeugung von Trinkwasser aus anorganisch verschmutzten natürlichen Quellen, da es das reine Volumen des Abfalles ist, WBlches verwendet bzw. beseitigt werden muß.

Falls es Wasserreinigungsanlagen gäbe, mittels welcher natürliches Wasser mit etwa 2 %o bis 6 %o Verunreinigungen auf eine vollständige Trockenheit konzentriert werden könnte, so würde das Volumen der Abfälle nur etwa^v1/500 bis 1/160 des verwendbaren Produktvolumens betragen und solche Wasserreinigungsanlagen wären, vom Volumen des verwendbaren bzw. zu beseitigenden Abflusses her gesehen, praktisch überall verwendbar, wo Trinkwasser benötigt wird, sofern das zugeführte Wasser nur mit anorganischen Stoffen verunreinigt ist.

Bezugnehmend auf obige Ausführungen kommt z.B. Kohle ihrem natürlichen Zustand in Schichten vor, welche mehr

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oder weniger mit Einschlüssen von anorganischen Mineralien verunreinigt sind und von im wesentlichen anorganischen, jedoch durch organische Einschlüsse verunreinigte Strukturen begrenzt sind. Beim Formationsprozeß von Kohleschichten werden in der Grenzschicht vorhandener Schwefel und eingeschlossene anorganische Stoffe durch die organischen Stoffe reduziert und es ergeben sich in den meisten lallen mit Eisen kombinierte Stoffe in der Form von Pyrit, Markasit und anderen JTerro-Schwefelverbindungen. Wenn eine solche Schicht bzw. ein solches Bett abgebaut wird, erhält man Zugang zu den Ferro-Schwefelstoffen von Luft, zu Wasser, " und zu Schwefel umwandelnden Mikroorganismen, z.B. Thiobazillen. Durch Oxydation der freigelegten Sulfide werden Ferrosulfat und freie Schwefelsäure erzeugt, welch letztere mit Kalzium, Magnesium und Aluminiumverbindungen in den angrenzenden Felsenstrukturen weiterreagiert, so daß die Sulfate dieser Metalle herausgelöst werden. Das Ergebnis ist eine kontinuierliche Bildung einer Wasserlösung, welche Sulfate von Eisen, Magnesium und Aluminium enthält und praktisch mit Kalziumionen gesättigt ist. In Wasser, wel- ä ches während einer wesentlichen Zeitdauer in der Grube gestanden hat, wurde nur wenig oder keine freie Säure ge funden. Das zufließende Wasser muß bei in Betrieb befindlichen Gruben an die Oberfläche gepumpt werden und tritt bei verlaeaenen Gruben über Grubenzugänge und/oder an Ver-

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werfungen an die Oberfläche, wenn der Wasserspiegel entsprechend ansteigt.

Drei Eigenschaften des Wassers und der Umgebung sind charakteristisch für das Grubendrainageproblem und ergeben die meisten Schwierigkeiten hinsichtlich der Durchführbarkeit der Destillation von saurem Grubendraxnagewasser. Erstens, der Abfallabfluß muß derart beseitigt werden, daß er nicht wieder zu dem ursprünglichen Gewässerstrom bzw. zum Wasserspiegel zurückkehrt. Der Abfall muß demzufolge zu einer Form konzentriert werden, welche sicher vergraben, zum Meer transportiert oder anderweitig beseitigt oder weiterverwendet werden kann. Zweitens, das zu destillierende Wasser ist mit Kalziumsulfat gesättigt, welches das störendste kesselsteinbildende Mineral ist. Drittens, das Wasser ist infolge der Hydrolyse seiner metallischen Sulfate sauer und demzufolge sehr korrosiv.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, in Wasser gelöete Mineralien bei vertretbaren Kosten in eine konzentrierte Form zu bringen, welche nicht nur beständig ist, sondern auch eine leichte und bleibende Beseitigung bzw. eine einfache Weiterverwendung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Grubendrainagewasser, nachdem es auf eine bestimmte

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Temperatur bei einem "bestimmten Druck erhitzt wurde, durch einen vielstufigen Flash-Verdampfer hindurchgeleitet und in diesem in kondensierteren Wasserdampf und angereicherte Sole aufgeteilt wird, daß anschließend diese angereicherte Sole des Flash-Verdampfers wiedererwärmt und durch einen weiteren vielstufigen Flash-Verdampfer hindurchgeleitet wird und in diesem der Sole weiteres Wasser entzogen wird, so daß sich eine konzentrierte Sole ergibt, und daß dann diese konzentrierte Sole einem abschließenden Verdampfervorgang in einem Behälter unterworfen wird, indem Wärme ä zugeführt und in dem Behälter ein gießbarer Brei verhältnismäßig kleinen Volumens gebildet wird, welcher dem Behälter als der genannte Rückstand entnommen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine sdiematische Darstellung

eines Rezirkulations-Vieletufen- "

Flash-Verdampfersystems und

Fig. 2'-—--ν, in mit Bezug auf Fig. 1 ver-

■"--_vgrößertem Maßstab eine erste Schleife des in Fig. 1 dargestellten Rezirkulations-Viel-

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stufen-Flash-Verdampfersystems.

Gleiche oder ähnliche Teile sind in den Zeichnungen jeweils mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Das in Fig. 1 dargestellte Flash-Verdampfersystem beinhaltet mehrere, jeweils strichpunktiert gezeichnete und mit 10, 12 bzw. 14 bezeichnete Schleifen. Das saure Grubendrainagewasser gelangt über eine Zufuhrleitung 16 in das System, welchem Destillate von reinem Wasser über Leitungen18, 20 und 22 und ein gießbarer Brei einer angereicherten Abflußlösung über eine Leitung 24 abgezogen werden.

Die Schleife 10 weist zwei Verdampferabschnj^te 26 und 28 sowie einen Aufheizer 30 auf. Der Verdampferabschnitt 26 beinhaltet eine Vielzahl von Verdampferstufen, von welchen in den Zeichnungen der besseren Übersicht wegen nur zwei dargestellt sind und welche durch vertikale Trennwände voneinander getrennt sind, so daß sich Verdampferkammern 38 und 40 ergeben, über welchen sich mit ihnen zusammwirkende Kondensationskammern 37 und 39
befinden. Eine Trennwand 32 begrenzt eine der Niederdruckstufe zugeordnete Einlaßkammer 36. Wie am deutlichsten aus Fig. 2 hervorgeht, erstreckt sich die Zuleitung 16 durch

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die Kammern 36, 37 und 39 und sie weist in den Kammern und 39 geeignete Wärmeaustausch- bzw. Kondensationsabschnitte 42 bzw. 44 auf. Außerdem führt durch die Kammern J>6, 37 und 39 eine Kühlleitung ¹YJ, 46 mit Wärmeaustauschabschnitten 48 und 50 hindurch, welche zu einem in den Zeichnungen nicht dargestellten Kühlturm führt. Zwischen den Verdampferkammern 38 und 40 und den Kondensationskammern und 39 befindet sich eine horizontale Schale 52 zum Sammeln des Kondensats des an den betreffenden Leitungsabschnitten kondensierenden Wasserdampfes. Das im wesentlichen reine Kondensat bzw. Wasserprodukt wird von der Schale 52 über eine Leitung 54 abgeführt. Wie Fig. 2 zeigt, ist in der Trennwand 34 eine Öffnung 56 gebildet, über welche das Wasser in Richtung der dargestellten Pfeile mit Bezug auf die Zeichnungen nach links zu der Leitung 54 fließen kann. Das äußere Ende der Leitung 54 ist an eine Pumpe 58 angeschlossen, welche das Wasser in eine Leitung 18 pumpt, welcher es dann für irgendwelche nützliche Zwecke entnommen werden kann. '

Ferner ist ein atmosphärischer Entlüfter 60 vorgesehen, welcher bestimmte unerwünschte Bestandteile des Wassers entfernt, bevor dieses in den Verdampferabschnitt gelangt. Zu diesem Zwecke ist die Zuleitung 16 vom Verdampfer-

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abschnitt 2β zum Entlüfter 6θ geführt, in welchem dem zuströmenden, aufzubereitenden, sauren Grubendrainagewasser unter anderem Gase wie z.B. Luft und HpS entnommen werden. Nach der Behandlung im Entlüfter 6o strömt das Wasser über eine Leitung 62 in die Kammer 36, in deren unteren Teil es als Lösung 64 gesammelt wird. Die Losung ist eine Mischung aus aufbereitetem Wasser und Abflußlösung 66, welch letztere sich in den Kammern j>& und 40 sammelt und über den oberen Rand einer Sperre 68 strömt, während das System normal arbeitet, so daß >^ sich dann mit dem einströmenden Aufbereitungswasser vertn Licht. Eine Blowdown-Leitung 70 führt vom Grund der Lösung 66 zu einer Pumpe 72, über welche die Lösung, welcher in der ersten Schleife 10 bis zu etwa 90 % des Wassers entzogen wurde, der folgenden Schleife 12 zugeführt wird.

Die Lösung 66 wird einem Flash-VerdampfungsVorgang unterworfen und die sich hierdurch ergebenden Dämpfe kondensieren an den Wärmeaustauschabschnitten 42, 44, 48 und 50, wobei sich das Kondensat in der Schale 52 sammelt und über die Leitung 5^ abgezogen wird. Da die Lösung 64 sich beim Eintreten in die Kammer 36 zunächst sprayartig in einzelne Tropfen auflöst, werden durch den plötzlichen Druckabfall dieser Lösung zusätzlich nichtkondensierbare Case i'reigesetzt, ^welche dem Verdampf erabschnitt 2.6 über ο inen Aus-

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mittels geeigneter Iwakuierungsinittel entzogen

Jenn das System in Betrieb genommen wird, werden dem /Jasper CuoG. * 2H₀O-KPistalle in einer Menge von etwa 2 kg je 37c Ltr. Wasser beigegeben. Die Kristalle können praktisch an Jede-¹ beliebigen Stelle in der Schleife 10 beigegeben vrerden, jedoch ist es zvjeckmäßig, sie über einen Einlaß Jo in die Kamme·⁰ 36 des Verdampferabschnittes 26 g

einzugeben. iJaoh dem anfänglichen Besetzen des Wassers mit Kristallen erzeugt dieses seine eigenen Keime zur ElIiuinierung von Kulziur/isuli'at während des fortlaufenden Betriebes des .iys'oins.

Die aus ?iufbereitetem Grubendrainagewasser und Abflußwasser bestehende Lösung 64 wird mittels einer Pumpe 8c über eine Lki':;:¹;:; 7f- abgezogen und den 'iäru-eeriieuerungsv/indungen des Flasii-Verdampferabschnittes 2δ zugeführt. Der Flash-Ve:, da-.npferabsnhnitt 28 beinhaltet eine Vielzahl "

von aufeinanderfolgenden Flash-Verdampferkammern A, B, C und D, von vjclcl'm die Kammer A die erste Behandlungskara-•ner ist und ',en größten Druck aufweist, während die folgenden Kammern "3, C und D stufenweise jeweils einen niedrigeren Druck aufweisen, wobei die Kammer D den kleinsten Druck hat. Selbstverständlich ist jede nützliche Anzahl

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von Zwischenstufen möglich, was durch die nur teilweise dargestellte Kammer bzw. Stufe E zwischen der Kammer B und der Kammer C angedeutet ist.

Die Verdampferkammern weisen in an sich bekannter Weise eine Deckwand 82, eine Bodenwand 84, vertikale Stirnwände 86 und 88 und in den Zeichnungen nicht dargestellte Vorder- und Rückwände sowie vertikale Trennwände 90, 92 und 94 auf, welche unter Bildung der genannten Kammern mit den betreffenden Außenwänden zusammenwirken. Die Kammern A bis D stehen über öffnungen 96, 98 und 100 in den Trennwänden 90, 92 und 94 nahe der Bodenwand 84 miteinander in Verbindung, so daß das der Flash-Verdampfung unterworfene Wasser nacheinander von der Kammer A in die Kammer D gelangt, und dabei eine Temperatur- und Druckverminderung sowie eine fortlaufend größere Konzentration an Mineralen erfährt, so daß sich eine verhältnismäßig stark konzentrierte Lösung ergibt.

Eine Vielzahl von Dampfkondensationsräumen 102, 104, 106 und lo8 innerhalb dee Gehäuses des Verdampferabschnittes 28 dienen zum Auffangen des in den Kammern D bis A gebildeten kondensierbaren Dampfes. Die Kondensationsräume liegen im oberen Teil des Gehäuses und weisen jeweils horizontale Schalen 110, 112, 114 und 116 auf. Jede dieser Schalen ist mit einer Dampfdurchtrittsöffnung 118 versehen,

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über welche die in den zugehörigen Kammern entstehenden Dämpfe nach oben in die Kondensationsräume aufsteigen können. Der letzte Kondensationsraum 102 ist über einen Auslaß zu einem geeigneten, in den Zeichnungen nicht dargestellten Luftejektor entlüftet, so daß in an sich bekannter Weise Luft und andere nichtkondensierbare Gase diesen Flash-Kondensationsstufen fortlaufend entzogen werden, um die letzte Kammer bzw. Stufe D auf dem kleinsten Druck und die vorhergehenden Stufen C, B und A auf jeweils höheren Drücken zu halten.

Jede der Trennwände 90, 92, 9²I- ist außerdem unmittelbar oberhalb des Bodens der zugehörigen Schale mit einer öffnung 124 versehen, so daß das sich niederschlagende und in den Schalen sammelnde Kondensat frei durch die öffnungen 124 hindurch in Richtung der angegebenen Pfeile mit Bezug auf die Zeichnungen nach links zu der Schale fließen können, welche der letzten Stufe D zugeordnet ist und welcher das gereinigte Wasser über eine Leitung 126 entnommen wird. Wie Fig. 2 zeigt, führt die Leitung 126 zu der Schale 52 in dem Verdampferabschnitt 26.

In den Kondensationsräumen 102 bis 108 befinden sich geeignete Wärmeaustausch- bzw. Kondensationsleitungsabschnitte 128, 1^0, 1J2 und 1^4 für Regenerativerwärmung

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der zirkulierenden unreinen Flüssigkeit bzw. Sole-Lösung durch die durch das Kondensieren der Dämpfe freiwerdende Wärme. Die aus Aufbereitungswasser und Abflußwasser bestehende Lösung 64 wird durch die verschiedenen Kondensationslei tungsabschnitte 128 bis 1^4 hindurchgeleitet, welche jeweils als ein Teil der Leitung 78 betrachtet werden können. Das Wasser wird fortschreitend auf höhere Temperaturen erwärmt, bevor es in den Aufheizer ^O gelangt, in welchem es auf eine bestimmte hohe Temperatur oder Spitzentemperatur erwärmt wird. Das Wasser wird dann über die Leitung 78 der den größten Druck aufweisenden ersten Stufe A zugeführt, wodurch der Flash-Verdampfungsvorgang ausgelöst und die Rezirkulatlonsschleife geschlossen wird.

Wenn nun das so erhitzte und unter Druck stehende Wasser zwecks Verdampfung dem geringeren, in der Flashkammer A herrschenden Druck ausgesetzt wird, wird ein Teil dieses Wassers zu Dampf, welcher durch die Dampfdurchtritts öffnung 118 in den Kondensationsraum I08 aufsteigt, wie dies durch einen Pfeil I36 angedeutet ist.. Der Dampf gibt seine WKrme an den Kondensationsleitungsabschnitt bzw. Wärmeaustauscherabschnitt 1^4 ab und kondensiert hierbei, worauf er in die Schale II6 fällt.

Das nichtentspannte verbleibende Wasser strömt über

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die Öffnung 100 in die folgende, einen niedrigeren Druck aufweisende Kammer B, in welcher sich der Vorgang wiederholt, worauf das Wasser über die Öffnungen 98 und 96 in die Jeweils niedrigere Drücke aufweisenden Kammern C und D gelangt und in diesen weiteren Flash-Verdampfungsvorgängen unterworfen wird.

Beim Hindurchströmen durch die einzelnen Kammern wird also jeweils ein Teil des Wassers verdampft, so daß sich fortschreitend eine stärkere Konzentration an Salzen und Mineralen ergibt. Dieses eine stärkere Konzentration aufweisende Wasser wird im folgenden als angereicherte Lösung bezeichnet. Die angereicherte Lösung wird der letzten Kammer D über eine Leitung Ijj8 in den Verdampferabschnitt 26 abgezogen. Ferner kann eine zusätzliche Blowdown-Leitung vorgesehen sein, welche mit der Leitung 70 verbunden ist und über welche jeweils gleichzeitig oder abwechselnd mit der Leitung I38 Lösung abgezogen werden kann.

Die in der Leitung 70 die Schleife 10 verlassende Lösung hat nur noch einen Wassergehalt von etwa 10 % bis 12 % des ursprünglichen Wassergehaltes des in der Leitung 16 zufließenden sauren Grubendrainagewassers.

Die Schleife 12 ist ähnlich aufgebaut wie die Schleife 10 und weist in diesem Sinne einen WärmezurUckweisungs-

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verdampfer 142, einen Wärmewiedergewlnnungsverdampfer und einen Wasseraufheizer 146 auf. Entsprechend wird im folgenden lediglich der Verdampfer 142 beschrieben, welcher zwei Kammern 146 und 148 aufweist, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind, deren unteres Ende vom Boden des Verdampfers einen bestimmten Abstand hat, so daß ein Durchlaß für eine aus angereichertem Abflußwasser bestehende Lösung 152 gebildet ist. Eine Sperre 154 erstreckt sich von der Bodenwand des Verdampfers 142 nach oben und unterteilt den unteren Abschnitt der Kammer 146, so daß die Lösung 152 von einer angrenzenden Lösung I56 getrennt ist, welche das über die Leitung 70 von der Schleife 10 zugeführte, weniger stark angereicherte Abflußwasser aufweist. Um von der Schleife Wärme abzuführen, wird .von einem in den Zeichnungen nicht dargestellten Kühlturm mittels einer Leitung I58 Wasser durch den Verdampfer 142 hindurchgeleitet, wobei die Leitung I58 in den oberen Abschnitten der Kammern 146 und 148 gelegene Wärmeaustauscherabschnitte I60 und l62 aufweist. Eine der Schale 52 im Verdampfer 26 ähnliche Schale 164 ist in den Kammern 146 und 148 horizontal angeordnet und dient zum Sammeln dee an den Wärmeaus taus ehe rab schnitt en I60 und 162 kondensierenden Dampfes. Das in der Schale 164 befindliche Kondensat wird mittels einer Pumpe I68 über eine Leitung 166 in eine Leitung 20 gefördert.

Demgemäß sammelt sich über die Leitung 70 in den Verdampfer 142 in der Schleife 12 eintretende angereichert«

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Lösung 66 als Lösung I56 im unteren Abschnitt der Kammer 146, von wo sie je nach Bedarf über eine Leitung 170 mittels einer Pumpe I72 zu dem Verdampfer 144 und dem Aufheizer 146 gepumpt wird, wie dies oben bereits mit Bezug auf die Schleife 10 beschrieben wurde. Anschließend kehrt die stärker angereicherte Lösung 152 über eine Leitung 174 wieder in den Verdampfer 142 zurück. Als Ergebnis dieser Abflußwasserbehandlung in der Schleife 12 erhält man eine Lösung, aus welcher etwa 97 % bis 99 % des ursprünglichen sauren Grubendrainagewassers entfernt sind. Das sich nunmehr ergebende Abflußwasser verläßt die Schleife 12 von dem Verdampfer 142 über eine Blowdown-Leitung I76 und/oder von dem Verdampfer über eine Blowdown-Leitung I78, welch letztere lediglich bei Bedarf als Alternativ-Blowdown-Leltung benutzt wird.

Die Schleife 14, in welche das Abflußwasser von der Schleife 12 über die Leitung I76 gelangt, weist einen einstufigen Verdampfer I80 und einen Aufheizer I82 auf. Der Verdampfer 180,welcher in üblicher Weise als Einstufen-Verdampfer aufgebaut ist, entzieht der Lösung 152 das meiste des noch verbliebenen Wassers, so daß sich im unteren Abschnitt diese? Verdampfers I80 eine Art Brei 184 absetzt. Dieser Brei 184 wird über eine Leitung 186 und eine Pumpe 188 durch einen Aufheizer 182 hindurchgetrieben, von welchem er wiederum dem über die Leitung 176 der Schleife 14 zugeführten Abflufiwasser

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beigemischt wird. Der gesamte Wasserdampf wird vorn Verdampfer l8o über eine Leitung 190 einem Kondensator 192 zugeleitet, wo er an einer entsprechenden Leitungsschlangen 194 kondensiert, durch welche mittels einer Leitung Kühlwasser hindurchgeleitet wird. Das im Kühler I92 gewonnene Kondensat wird mittels einer Pumpe 200 über eine :-_; Leitung 198 und eine Leitung 22 abgezogen.

Der über die Leitung 24 abgezogene Brei l84 weist eine solche Konzentration an ursprünglichen Verunreinigungen und gelösten Feststoffen des Grubendrainagewassers auf, daß er in nicht dargestellte Behälter bzw. Container oder Formen gegossen werden kann, wo er sich nach dem Abkühlen zu einer kompakten Masse verfestigt, deren Volumen kleiner als 1/100. des Volumens des ursprünglichen sauren Grubendr ainagewaaseri ist, welches dem System zugeleitet wurde.

Ein im Rahmen der Erfindung durchgeführtes Beispiel zeigte folgende Daten und Merkmale:

Eine Probe von 83 I60 Ltr. saurem Grubendrainageasser aus einer Grube bei Wilkes-Barre, Pennsylvanien, wurde in einem einstufigen Rezirkulations-Flash-Verdampfer behandelt. Das Wasser wies die in der folgenden Tabelle I angegebenen Bestandteile auf:

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	Tabelle I	0,100 %o
Na	0,422 #o
Ca	0,300 jfo
Mg	0,220 #o
Fe	0,033 %o
Mn	2,667 %o
so4	Unidentifiziertes 0,034 #o

Insgesamt gelöste

Feststoffe: 3j776 %o

100 Ltr. des obengenannten Wassers wurden etwa 2 kg CaSO₂^ · 2H₂O-KrIstalle beigegeben, wobei die Mischling gründlich durchgerührt wurde. Anschließend wurde die Mischung in die Flash-Kammer eines einstufigen Rezirkulations-Flash-Verdampfers eingegeben, welche im wesentlichen das gesamte System einnahm. Die Kammer wurde auf einem Vakuum mit einem Druck von etwa 28 mm/Hg gehalten. Das nicht durch den Flashvorgang entspannte Abwasser wurde mittels einer Rezirkulationspumpe kontinuierlich abgeführt, ferner in einer Vielzahl von wasserummantelten Leitungen unter einem Druck auf 90,5° C erwärmt, welcher die ,Entspannung in den Leitungen ausreichend unterdrückte, und anschließend wiederum in die Flashkammer einge-• bracht. Zusätzlich zugeführtes Wasser der gleichen Zusammensetzung wurde je nach Bedarf ebenfalls in die Flashkammer eingegeben, wobei außer reinem Wasserdampf keine Stoffe den Arbeitskreis verlassen konnten. Mit fortschreitender Durchfüh-

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rung des Verfahrens wurde innerhalb der Flüssigkeit eine kontinuierliche Ausscheidung von Feststoffen beobachtet, jedoch zeigten sich innerhalb der Heizleitungen keinerlei Ablagerungen bzw. kein Kesselstein. Die ausgeschiedenen Stoffe enthielten über 90 % CaSO₂,* 2HpO und die verbliebene Flüssigkeit war eine verstärkt konzentrierte Lösung von anderen metallischen Sulfaten. Das spezifische Gewicht der Suspension in der obenstehenden Flüssigkeit vergrößerte sich stetig, bis ein Wert von 1,5 erreicht war. Bei diesem Punkt wurde die Menge von 8j5 l60 Ltr. aufgeteilt in 400 Ltr. fein suspendierte Feststoffe in einer konzentrierten Sulfatlösung und mindestens 82 760 Ltr. reinen Wasserdampf, welch

letzterer in einem 42 kp/cm -Boiler zur Kondensataufbereitung verwendet wurde.

Mikroskopische Untersuchungen der obenstehenden Flüssigkeit zeigten, daß sich Kristalle zu formen begannen, worauf das Experiment abgebrochen wurde, um eine allgemeine Verfestigung innerhalb der Anlage zu vermeiden. Der verdickte AbfluS-wasserstrom , welcher alle ursprüngliche in dem zugeführten Wasserstrom enthaltenen verunreinigenden Ionen enthielt, jedoch mit einem um den Faktor 220 verkleinerten Volumen, wurde entsprechend beurteilt, ob er in seinem verdickten Zustand abgelagert, durch irgendwelche bekannten Entwässerungstechniken getrocknet oder in einem herkömmlichen Kristallisator verfestigt werdeft sollte. Zusätzliche Versuche zeigten,

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daß dieses betreffende Wasser bis auf eine Temperatur von etwa 102° C erwärmt werden kann, bevor es sich dem Flash-Verfahren entsprechend entspannt, ohne daß irgendwelche der ausgeschiedenen Stoffe sich an Leitungsheizflächen als Kesselstein niederschlagen. Die so gebildete Lösung wurde in einen an sich bekannten Krisallisator eingegeben und es wurde ausreichend Wasser verdampft, um einen Brei zu erzeugen, welcher beim Abkühlen in Luft zu einem Festkörper erstarrt.

Das aus dem Flash-Verdampfer-Krisallisator gewonnene Feststoffprodukt des sauren Grubendrainagewassers hatte die in der folgenden Tabelle II angegebenen Bestandteile:

Kationen Gew. -% Mg 5,1

Ca 6,1

Fe (in Form 4,44 von Eisenhaltigkeit)

Mn 0,3

Na 0,2

Si 0,08

Ni 0,02

Cu 0,02

Tabelle II

Anionen

Cl HCO,

Sulfide

Gew. -5 46,5 keine keine

keine

Wasser durch Hydrierung = 35,7 Gew.~#

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Die in Tabelle II angegebene Analyse erhielt man dadurch, daß man eine Probe des Peststoffproduktes einer optischen Emisslons-Spektrographenanalyse unterzog, umd die metallischen Bestandteile zu identifizieren und eine angenäherte Zusammensetzung festzulegen. Anschließend wurde die Analyse durch klassische chemische Analysiermethoden verfeinert und vervollständigt, um die gewünschten endgültigen Ergebnisse zu erhalten.

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Claims (5)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Gewinnung von gereinigtem Wasser und einem Rückstand aus Grubendrainagewasser durch Verdampfen dieses Grubendrainagewassers, dadurch gekennzeichnet, daß das Grubendrainagewasser, nachdem es auf eine bestimmte Temperatur bei einem bestimmten Druck erhitzt wurde, durch einen vielstufigen Flash-Verdampfer hindurchgeleitet und in diesem in kondensierbaren Wasserdampf und angereicherte Sole aufgeteilt wird, daß anschließend diese angereicherte Sole des Flash-Verdampfers wiedererwärmt und durch einen weiteren vielstufigen Flash-Verdampfer hindurchgeleitet wird und in diesem der Sole weiteres Wasser entzogen wird, so daß sich eine konzentrierte Sole ergibt, und daß dann diese konzentrierte Sole einem abschließenden Verdampfervorgang in einem Behälter unterworfen wird, indem Wärme zugeführt und in dem Behälter ein gießbarer Brei verhältnismäßig kleinen Volumens gebildet wird, welcher dem Behälter als der genannte Rückstand entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Flash-Verdampfern (jeweils nur ein Teil der

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Sole entnommen wird und der übrige Teile der Sole mit dem zuströmenden Wasser bzw. mit der angereicherten Sole vermischt wird und anschließend erneut durch den betreffenden Flash-Verdampfer hindurchgeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zustromende Grubendrainagewasser mit Wirkstoffen zur Inaktivierung von Korrosion und Kesselstein hervorrufenden Bestandteilen des Wassers behandelt wird, bevor es in den ersten Plash-Verdampfer eingeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Grubendrainagewasser in die den niedrigsten Druck aufweisende Verdampferstufe des ersten Flash-Verdampfers eingeleitet und in dieser mit der angereicherten Sole vermischt wird und daß die angereicherte Sole des' ersten Flash-Verdampfers in die den niedrigsten Druck aufweisende Stufe des zweiten Flash-Verdampfers eingeleitet und in dieser mit der konzentrierten Sole vermischt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Grubendrainagewasser mit CaSO^-Kristallen besetzt wird, bevor es in den ersten Flash-Verdampfer gelangt.

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