DE2216505A1 - Verfahren zum Reinigen eines verunreinigten flüssigen Mediums, wie Abwasser, insbesondere Färbereiabwasser - Google Patents

Description

dr. W. Schalk · dipl.-ing.-P. Wirth · dipl.-inc.G.Dannenberg DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WEIN HOLD · DR.D. GtJDEL

6 FRANKFURT AM MAIN

GR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

PVr/ks ' ■ Docket 160

5.4.1972 . ■ .

FRM CORPORATION ■ 150, Pawtucket Avenue East Providence, Rhode Islrind, USA

Verfahren zum Reinigen eines verunreinigten flüssigen Mediums, wie Abwasser, insbesondere Färbereiabwasser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren stübT Re inigen eines verunreinigten flüssigen Mediums, wie Abwasser, insbesondere Färbereiäbv/asser,"däs beispielsweise eine unzulässige Konznetration an Farbstoffteilchen und Metallen enthält.

Zweck der Erfindung ist es, ein besonders wirkungsvolles und wirtschaftliches Verfahren zum Reinigen von'Abwasser o. dgl. zu schaffen, das beispielsweise einen hohen Grad an Verunreinigungen und ein relativ kleines durch Regenerierungsiaittel isolierbares Verunreinigungsvoluinen (d.h. das. Volumen von Flüssigkeit, in der die adsorbierten Verunreinigungen isoliert sind) aufweist, insbesondere Färbereiabwasser,

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reinigen einer verunreinigten Flüssigkeit, insbesondere Färbereiabwasser, ist dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine gewisse Menge der Flüssigkeit mit einem ersten Adsorbens in Berührung bringt, dessen Affinität zu den Verun-

. reinigungen nicht zur gewünschten Reinigung des Abwassers ausreicht, und durch Adsorption eines Teils der Verunreinigungen eine teilweise gereinigte Flüssigkeit erzeugt,

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b) die teilgereinigte Flüssigkeit aus a) mit einem zweiten Adsorbens in Berührung "bringt, dessen Affinität zu den Verunreinigungen großer ist als jene des ersten Adsorbens und zur Erzielung der gewünschten Reinigung der Flüssigkeit ausreicht, ■ ·

c) da» erste Adsorbens regeneriert,''

d) das zweite Adsorbens mit einem Regenerierungsmittel regeneriert, das die Verunreinigungen entfernt,

e) den Abfluß aus c) dc:n ersten Adsorbens zuführt, um einen Teil der vom zweiten Adsorbens entfernten Schmutzstoffe an? ersten- Adsorbens anzulagern*

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet, sich durch eine hohe Reinigungsleistung bei großer Wirtschaftlichkeit aus. Es können stark verschmutzte Abwasser behandelt werden, bei denen das letztlich anfallende Volumen an Verunreinigungen, die durch Regenerierungsinittel isolierbar sind, sehr klein ist.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich vorzugsweise noch dahingehend ausgestalten, daß beispielsweise die Reinigungsleistung für Farbstoffteilchen und Metalle aus Färbereiabwässern erhöht wird, während gleichzeitig der Verbrauch an Adsorbens und Regenerierungsmittel minimal ist.

Das Verfahren nach der Erfindung kann durch eine Reihe von vorteilhaften Maßnahmen ausgestaltet werden. So ist es beispielsweise möglich, daß die Verfahrensschritte a) und e) gleichzeitig ausgeführt werden, z.B. mit weiteren Mengen der verunreinigten Flüssigkeit. Als Regenerierungsmittel für den Verfahrens schritt d) kann warme Ätzlauge verwendet werden, wobei sich dann eine Behandlung mit einem sauren Spül- ■ mittel anschließen kann. Der hierbei entstehende Abfluß,

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der die"Lauge und das saure Mittel enthält, kann daraufhin dem ersten Adsorbens zugeführt werden. Den pH-Wert des Abwassers stellt man beim ersten Adsorbens vorzugsweise auf 3 bis 5 ein. Der Verfahrensschritt c), bei dem das erste Adsorbens regeneriert wird, wird vorzugsweise mit einem Lösungsmittel durchgeführt, wobei der Abfluß aus dem Verfahrensschritt c), der das Lösungsmittel und die vom ersten Adsorbens entfernten Verunreinigungen enthält, vorzugsweise eingedickt wird, um ein entfernbares Konzentrat zu erhalten. Die. Konzentration der Verunreinigungen in diesem Konzentrat ist vor-'zugsweise' etwa 100-mal so groß wie die ursprüngliche Konzentration der Verunreinigungen im Abwasser. Als Lösungsmittel wird vorzugsweise Methanol verwendet, das durch Destillation wiedergewonnen werden kann. Als Adsorbentien dienen vorzugsweise Harze mit Makronetzstruktur, wobei das zweite Adsorbens vorzugsweise einen durchschnittlichen Porendurchmesser aufweist, der etwa 10-mal so groß ist wie jener des ersten Adsorbens, sowie ein Dipolmoment, das mindestens 2-mal so groß ist wie jene des ersten Adsorbens. Das erste Adsorbens enthält zweckmäßigerweise eine solche Verteilung der Porendurchmess,er, die die Größe des durchschnittlichen Porendurcliinessers des zweiten Adsorbens enthält.

Das neuartige Verfahren ist insbesondere für solche Abwässer geeignet, die eine hohe Konzentration von Farbstoffkörpern und metallischen Verunreinigungen enthalten.

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AusfUhrungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens werden nachfolgend unter anderem anhand einer in der Zeichnung in Form eines Fliessschemas dargestellten Anlage näher beschrieben.

In der Zeichnung stellt das Fliessschema eine Kläranlage für Abwasser einer Färberei dar, die Antrachinon- und Azofarbstoffe verarbeitet.

Die Hauptverunreinigungen des Abwassers sind Säuren, kohlenstoffhaltige Materialien, suspendierte und lösliche Farbstoffteilchen und verschiedene Metalle.

Die Behandlung eines ersten typischen Abwassers, das ein Azofiltrat mit Chrom und Kobalt in gebundener Form und in Gelatform enthält, benötigt eine durchschnittliche Behandlungszeit von 15 Minuten« Dabei wird die Farbdichte von 80,8 optischen Dichteeinheiten (dies bedeutet die Summe der optischen Dichteeinheiten von Messungen mit Licht der Wellenlängen von 450, 550 und 65O Millimikron) auf Null redu-• ziert, weiter wird reduziert:

(Teile pro Million' COD (chemischer Sauerstoffbedarf) von 1797 auf 135 .p.p.m.

Chrom von 34,4 auf 0 p.p.m.

Kobalt von 26,0 auf 4,4 p.p.m.

TOC= organischer Gesamtkohlenstoff von 760 auf 4o p.p.m.

Die Behandlung eines zweiten typischen Abwassers, das ein Antrachinonfiltrat mit Kupfer in ionisch gebundener Form enthält dauert JtO Minuten, wobei die Farbdichte von 72 optischen Dichteeinheiten auf Null reduziert wird, ferner

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COD (chemischer Sauerstoffbedari) von 5025 auf 1200.p.p„m. Kupfer · von 420 auf 125 p.p.m.

TOC= organischer Gesamtkohlen- . ·

stoff von 2000 auf 420 p.p.m.

In der Zeichnung enthalten die Säulen 10 und 11 zwischen den Sieben 14, Betten 16 und l8 aus Adsorberisteilchen aus Polymerharz mit- Makronetzstruktur. Ein solches Polymerharz besteht aus Körnern, die aus Mikrokörnchen zusammengesetzt sind/ grosse Poren, beispielsweise mit einem Porendurchmesser von 100 S, und eine grosse Oberfläche, beispielsweise von 100 m /g aufweisen. Solche Polymerharze mit Makronetzstruktur sind beispielsweise beschrieben in "Adsorption of Organic Species by High Surface Area Styrene-Divinylbenzene Copolymers", veröffentlicht in I & EC Product Research and Development, Band 7, Seite 107, Juni 1968 (American Chemical Society), sowie in den dort erwähnten anderen Referenzen. Die Polymerharze mit Makronetzstruktur werden unter der Bezeichnung "Amberlite" von der Röhm and Haas Co. vertrieben. Im einzelnen enthält das Bett Amberlite XAD-7 Harz mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 90 A und einer Oberfläche von 450 in /g. Das Bett l8 enthält Amberlite XAD-12 Harz mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von Γ500 A und einer Oberfläche von 22 m /g» Das Di/polmoment des XAD-12 ist 2,5-mal grosser als jene« des XAD-7 und gibt ein Mass der relativen Polaritäten der beiden Adsorbens.

Das Abwasser wird am oberen Teil der Säule XO duroh die Leitung 20 zugeführt und rieselt duroh das Bett 16, wobei ein teilweise gereinigter Abfluss entsteht, der am Auslass 21 abgezogen und

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durch die Leitung 22 zum oberen Teil der Säule 12 geführt wird, in der er durch das Bett l8 rieselt.

Aufgrund des relativ kleinen durchschnittlichen Porendurchmessers und der Polarität, ist die Affinität des Adsorbens im Bett l6 nicht ausreichend, um soviel Verunreinigungen aus dem Abwasser zu entnehmen, dass eine hochgradige Reinigung stattfinden würde. Dies führt beim ersten oben genannten typischen Beispiel au einem Abfluss am Auslass 21, der eine Parbdichte von 20 optischen Dichteeinheiten, einen chemischen Sauerstoffbedarf von 682 p'.p.m., 6,5 p.p.m. Chrom, 15*6 p.p.m. Kobalt und 255 p.p.m. organischen Gesamtkohlenstoff aufweist.

Hat dieser Abfluss jedoch das Bett 18 passiert, indem das Adsorbens mit einer grösseren Affinität für die Verunreinigungen enthalten ist, so fällt am Auslass 24 ein sehr stark gereinigter Abfluss an, der durch die Leitung 26 abgezogen wird. Beim zweiten oben beschriebenen typischen Beispiel weist der Abfluss am Auslauf 21 folgende Werte auf: eine Farbdichte von 1,9 optischen Dichteeinheiten, eirien chemischen Sauerstoffbedarf von 2330 p.p.m., 210 p.p.m. Kuper, 780 p.p.m. organischen Gesamtkohlenstoff und 52 p.p.m. suspendierte Teilchen.

Die Regenerierfähigkeit der Betten l6 und l8 verhält sich umgekehrt zu ihrer Affinität zu den Verunreinigungen. Sobald das Bett l6 vollständig beladen ist, wird es durch Auslaugen mit warmem (6O⁰C) Methanol regeneriert, das dem oberen Teil . der Säule 10 über die Leitung 28 zugeführt wird. Das Methanol, mitgerissenes Wasser und ausgelaugte Verunreinigungen werden

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ι *

am Boden der Säule Über die.Leitung.30 zu einer Destilliervorrichtung 32 geleitet, in der das Methanol durch Destillation wiedergewonnen und über die Leitung .Jk dem Behälter .36 zugeführt wird. Im Bett 16 zurückbleibendes, unbehandeltes Methanol wird mittels Dampf vom Harz entfernt, und am oberen Teil der Säule abgezogen. Abwasser, dessen Konzentration an Verunreinigungen ein Hunderstel der ursprünglichen Konzentration des Abwassers in der Zuleitung ist, wird aus der Destilliervorrichtung 52 über die Leitung 38 zur weiteren Verwertung abgeführt. Die fester anhaftenden Verunreinigungen im Bett 18 werden mittels Durchleiten von warmer Lauge, die eine Konzentration von 0,1 bis 4 % aufweist, entfernt. Dabei wird die Lauge am unteren Teil der Säule 12 eingeführt. Daraufhin wird das Bett l8 durch ein saures Mittel auf sein urspüngliches Aufnahmevermögen gebracht.. Die Lauge, das saure Mittel und die abgenommenen Verunreinigungen gelangen- über die Leitung l4 in den Hauptabwasserstrom und durchf Hessen mit diesem erneut die Säulen 10 und 12 in der beschriebenen Weise. Der pH-Wert in der Leitung 20 wird auf 3 bis 5 eingestellt* um die Adsorption zu erleichtern.

Die beschriebenen Zyklen der Adsorption und Regeneration werden wiederholt ausgeführt, so dass die Verunreinigungen, die ursprünglich im Bett l8 zur Ablagerung gelangt Bind, erneut dem Kreislauf zugeführt und nach und nach im Bett 16 zur Ablagerung gebracht werden, da die absolute Porengrösse des Bettes 16 die durchschnittliche Porengrösse des Bettes l8 übersteigt.

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Claims (1)

1. 5.4.1972 · Fram Corporation

   Pat eniansprtiche

   1, Verfahren zum Reinigen einer verunreinigten Flüssigkeit, wie Abwasser, insbesondere Färbereiabwasser, dadurch gekennzeichnet , daß man

   a) eine gewisse Menge der Flüssigkeit mit einem ersten Adsorbens in Berührung bringt, dessen Affinität zu den Verunreinigungen nicht zur gewünschten Reinigung des Abwassers ausreicht, und durch Adsorption eines Teils der Verunreinigungen eine teilweise gereinigte Flüssigkeit erzeugt,

   b) die teilgereinigte Flüssigkeit aus a) mit einem zweiten Adsorbens in Berührung bringt, dessen Affinität zu den Verunreinigungen größer ist als jene des ersten Adsorbens und zur Erzielung der gewünschten Reinigung der Flüssigkeit ausreicht,

   c) das erste Adsorbens regeneriert,

   d) das zweite Adsorbens mit einem Regenerierungsmittel regeneriert, das die Verunreinigungen entfernt,

   e) den Abfluß aus d) dem ersten Adsorbens zuführt, um einen Teil der vom zweiten Adsorbens entfernten Schmutzstoffe am ersten Adsorbens anzulagern.

   2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man die Verfahrensschritte c), d) und e) wiederholt, um nacheinander weitere Verunreinigungen am ersten Adsorbens zur Anlage zu bringen«

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß man die Verfahrensschritte a) und e) gleichzeitig mit weiteren Mengen der verunreinigten Flüssigkeit ausführt.

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   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Regenerierungsmittei erwärmte Ätzlauge verwendet.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k >e ii η zeichnet, daß man das zweite Adsorbens nach

   • dem Regenerieren mit Ätzlauge mit einem sauren Spülmittel behandelt, und den Abfluß aus Stufe d) dem ersten Adsorbens zuführt. .

   6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die verunreinigte Flüssigkeit beim ersten Adsorbens auf einen pH-Wert von 3 bis 5 einstellt.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man in der Verfahrensstufe c) ein lösungsmittel zur Regeneration verwendet und den Abfluß aus der Verfahrensstufe c) zu einem wegwerfbaren Konzentrat eindickt.

   i ■ *

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e .k e η η zeichnet, daß man die Konzentration der Verunreinigungen in dem Konzentrat auf etwa das 100-fache der Veri|nreinigungskonzentration in der Flüssigkeit einstellt.

   9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als lösungsmittel Methanol verwendet und man den Abfluß aus Stufe c) zum Eindicken und Wiedergewinnen des Methanols destilliert.

   209843/1026 ORfOtNAi INSPECTED

   10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß man Färberei-Abwässer behandelt, die mindestens Wasser, Metalle und Farbstoffteilchen enthalten.

   11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß man als Adsorbentien Harze mit Makronetzstruktur verwendet.

   12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch

   g e k e η η ζ e ich η et , daß der durchschnittliche Porendurchmesser des ersten Adsorbens und das Dipolmoment jeweils kleiner sind als jene des zweiten Adsorbens.

   13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der durchschnittliche Porendurchmesser des zweiten Adsorbens etwa 10-mal und dessen Dipolmoment mindestens 2-mal so groß sind wie jene des ersten Adsorbens.

   14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 15» dadurch g e k e η η zeichnet, daß¹ die Poren des ersten Adsorbens eine Durchmesserstreuung aufweisen, die auch solche Durchmesser enthält, welche dem durchschnittlichen Porendurchmesser des zweiten Adsorbens gleich sind oder in der Größenordnung gleich sind.

   15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Poren des zweiten Adsorbens einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 1000 S. oder in dieser Größenordnung aufweisen.

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   16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 "bis 15, dadurch gekennze lehnet , daß die Poren des ersten Adsorbens einen durchschnittlichen Durchmesser von etwa 100 8 oder in dieser Größenordnung aufweisen.

   .17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Flüssigkeit bzw. ein Abwasser behandelt, welches eine hohe Konzentration an Farbstoffteilchen und metallischen Verunrei-' nigungen enthält.

   Der Patentanwalt

   20984-371826'

   ■ . "'.'.'OFHOWAL

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