DE2351445A1

DE2351445A1 - Verfahren zur regenerierung von aktivkohle

Info

Publication number: DE2351445A1
Application number: DE19732351445
Authority: DE
Inventors: Jeanmichel Corajoud; Denis Doniat; Jacques Mosetti; Augusto Porta
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 1972-10-12
Filing date: 1973-10-10
Publication date: 1974-04-25
Also published as: JPS4973396A; FR2202847B1; CA1014888A; CH559704A5; DE2351445C2; JPS5519887B2; GB1409356A; BR7307994D0; IT994779B; FR2202847A1

Description

Verfahren zur Regenerierung von Aktivkohle

Aktivkohle findet bei-der Trinkwasseraufbereitung und bei der Abwassernachbehandlung bereits in zahlreichen Fällen Verwendung. Im Falle von Industrie-Abwässern, insbesondere solchen, die biologisch nur schwer abbaubare organische Stoffe enthalten, gibt es bereits einige Anwendungen der Adsorption an Aktivkohle, und es steht zu erwarten, daß ihre Zahl wahrscheinlich rasch zunehmen wird.

Schliesslich sind in jüngster Zeit erfolgreiche Versuche unternommen worden, die biologische Klärung von Haushalts-Abwässern durch ein Verfahren zu ersetzen, das Ausflocken und Absetzen mit der Adsorption an Aktivkohle kombiniert.

Es ist nicht nötig, auf diejenigen Eigenschaften und Eigenarten der Aktivkohle einzugehen, derentwegen sie in der Industrie zahlreiehe Anwendungen findet. Im Falle der Wasser· aufbereitung besitzen die mit Aktivkohle arbeitenden

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Verfahren folgende Vorzüge:

- Grosse Bandbreite hinsichtlich der Menge der Abwässer und deren Gehalt an organischen Substanzen;

- relativ geringe Investitionen;

- Eignung für die verschiedensten Industrie—Abwässer.

Es kann jedoch aus Gründen der Wirtschaftlichkeit eine Abwässerreinigung mit Aktivkohle nur dann ins Auge gefasst werden, wenn die letztere anschliessend regeneriert werden kann. Das dazu am häufigsten zur Anwendung kommende Verfahren besteht darin, die an ihre Oberfläche gebundenen Substanzen durch Oxidation zu zerstören.

Es sind zahlreiche Verfahren zur Regenerierung von Aktivkohle vorgeschlagen worden, bei denen man sich im allgemeinen thermischer, chemischer oder biologischer Behandlungen bedient.

Die thermische Behandlung ist das heutzutage am häufigsten benutzte Verfahren; es ist jedoch, mit beträchtlichen Verlusten verbunden, die in der Hauptsache eine Folge der teilweisen Verbrennung der Aktivkohle sind.

Im übrigen hängen die Betriebskosten einer Adsorptions-Eläranlage stets von den Kosten der Regenerierung ab und

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bleiben in. allen Fällen recht hoch₀ Dadurch ist bisher die Anwendung von Aktivkohle auf die Reinigung von Trinkwasser oder auf die Druckklärimg von Haushalts-Abwässern beschrankt gebliebene

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regenerierung von Aktivkohle zu liefern, das die verschiedenen Mangel abstellt und sich besonders für die Regenerierung von Aktivkohle eignet, die zur Behandlung von für Haushalts= und Indus tr iezx-fecke bestimmtste Wasser sowie zum Klären von Abwässern aller Art benutzt worden ist_e

Zu diesem Zweck hat die Erfindung Gin Regenerieriingsverfahren für durch zumindest ©in© oxidierbar© Verunreinigung verunreinigter Kohleteilchen zum Gegenstands das sich dadurch auszeichnet, daß man die Kohl©teilchen in einem wässrigen Elektrolyten suspendiert und daß man sie mit einem einen Teil einer Elektrolysenzelle darstellenden Stromsammler in Berührung bringt und zwar derart, daß die Gesamtheit der sich in Berührung mit diesem Sammler befindende Teilchen zusammen mit dem letzteren die Anode dieser Zelle bildet, und daß man diesen wässrigen Elektrolyten derart el.ektrolysiert, daß die den Sauerstoff in Freiheit setzende anodische Reaktion an der Oberfläche der sich in Berührung mit dem Sammler befindenden Teilchen stattfindet und die Oxidation der Verunreinigung bewirkt»

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Auf diese Weise erzeugt die anodisciie Reaktion atomaren Sauerstoff, der ausserordentllch. aktiv ist und die Zersetzung der organischen Moleküle gestattet, so daß dieses Verfahren umso wirksamer ist, je mehr Sauerstoff gebildet und an der Oberfläche der Kohle -also dort, wo sich die organischen Verbindungen befinden, die es durch Oxidation zu beseitigen gilt - adsorbiert wird.

Somit ermöglicht diese Erfindung eine Regenerierung von Kohle auf elektrochemischem Wege unter Verwendung'einer Anode, die aus zu Körnern oder zu Pulver zerkleinerter Kohle besteht, die in einem Elektrolyten dispergiert ist.

Eine derartige Benutzung der zu regenerierenden Aktivkohle als dispergierte Anode ermöglicht es, verschiedene Mangel zu beseitigen, die mit der Benutzung herkömmlicher massiver Elektroden verbunden sind, nämlicht

- Hohe Herstellungskosten;

- Einschränkungen hinsichtlich der Grosse der Kontaktfläche Feststoff/Flüssigkeit 5

- beträchtliche Energieverluste durch Ausbildung eines ungleichmässigen elektrischen Feldes in der Elektrodenmasse.

Xm Gegensatz dazu kann man in der dispergierten Elektrode eine Suspension der aktiven Substanz im Elektrolyten zirkulieren lassen, und zwar durch ein leitendes Element (Sammler) hindurch oder längs eines.solchen, mit dem jedes Teilchen der aktiven Substanz kurz aber wiederholt in Kontakt gebracht

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wird. Dabei hat das leitende Element nur die Aufgabe, die elektrischen Ladungen zu sammeln und sie in den Aussenkreis abzuführen.

Bei einer derartigen Elektrode nehmen all« Kohleteilchen an der elektrochemischen Reaktion unter den günstigsten Bedingungen teil. Vas eine wirksame Umsetzung der abzubauenden Substanz und demgemäss auch eine zufriedenstellende Regenerierung der Aktivkohle gestattet.

Somit weisen die Dispersionselektroden zahlreiche Vorzüge auf, zu denen gehören:

- Umgehung der mit der Herstellung von Elektroden verbundenen Probleme;;

- Vergösserung der wirksamen Elektrodenoberfläche;

- Verbesserung der kinetischen Vorgänge des Massentranaports;

- Möglichkeit, hohe Stromdichten bei niedrigen Vorspannungen zu erhalten.

Die einzige Figur der beigefügten Zeichnung zeigt vereinfacht und als schematisches Beispiel eine Regenerierungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemassen Verfahrens. Diese Vorrichtung umfasst eine Elektrolysenzelle 1, die durch eine permeable Trennwand 2 in einen Anodenraum 3 mit einem Sammler 4 und in einen Kathodenraum 5 mit einer Kathode unterteilt ist. Der Raum 3 hat unten einen' Einlass 7 und oben

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einen Auslass 8, die mit Rückfluss leitungen 9 bzw. IO verbunden sind, zwischen denen eine Pumpe 11 angeordnet ist. Die Vorrichtung weist ferner eine Einfülleinrichtung für die zu regenerierende Kohle auf, wobei sich diese Einrichtung aus einem Kohlebunker 12 und einem Zulaufrohr zusammensetzt, das über einen Schieber 14 mit der Leitung verbunden ist. An die Leitung IO ist über einen Schieber ein Auslassrohr 15 angeschlossen, daß das Abzapfen der regenerierten Kohle ermöglicht.

Die beschriebene Vorrichtung wird durch das Rohr 13 mit

einem wässrigen Elektrolyten (z.B. einer wässrigen Lösung von Na SO. ) gefüllt, wobei die Trennwand 2 für den Elektrolyten durchlässig, für, die zu regenerierenden Kohleteilchen jedoch undurchlässig ist. Dann wird durch die Kohleeinfülleinrichtung eine bestimmte Menge Kohle eingefüllt, wobei die Kohlekonzentration im Elektrolyten rund 100 g/l betragen kann.

Die Pumpe 11 ist so eingerichtet, daß ein Suspendieren der Kohle im Elektrolyten und ein Umwälzen der Suspension durch den Anodenraum 3 und die Leitung 9 und 10 gewährleistet ist, und zwar unter Turbulenzbedingungen, zu denen eine Schikane 17 beiträgt, Dieses Umwälzen bietet die Gewähr dafür, daß alle in die Vorrichtung eingebrachten Kohleteilchen in wirksamen Kontakt mit dem Anodensammler h gebracht werden. Ferner verkürzt dieses Umwälzen die Kontaktzeit der Kohleteilchen mit dem Sammler, wodurch die Polung der Kohleteilchen und damit auch die dadurch hervorgerufenen Energieverluste herabgesetzt werden.

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Die nachstehend beschriebenen Regenerierungsversuche haben es ermöglicht, das vorstehend beschriebene elektrochemische Regenerierungsverfahren nachzuprüfen.

Beispiel 1

Um Aktivkohle zu erhalten, die zuvor Phenol gebunden hatte, wird eine Phenollösung (1O g/l) 4 Stunden lang mit 30 g/l gepulverter Aktivkohle in Berührung gebracht. Das Anfangsadsorptionsvermögen der Kohle entspricht 0,53 g Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSS) mit Biehromat bestimmt je Gramm Aktivkohle.

Die auf diese Weise verunreinigte Kohle wird abfiltriert, in einer wässrigen Lösung von Na₂SO. suspendiert und in einer Elektrolysenzelle der beschriebenen Art einer Regenerierung unterworfen. " ·

Die regenerierte Kohle wird dann abfiltriert und zum zweiten Male unter den gleichen Bedingungen wie oben mit Phenol behandelt.

Nach drei Adsorptions- und Regenerierungs-Zyklen hat sich das Adsorptionsvermögen zwischen 0,18 und 0,20 g CSB je Gramm Aktivkohle stabilisiert. Dieser ¥ert ist dann bis zum achten Zyklus, d.h. bis Versuchsende, erhalten geblieben.

Beispiel 2

Um Aktivkohle zu erhalten, die dazu gedient hat, die in zuvor durch Absetzen vorgereinigtem Haushalts-Abwasser enthaltenen organischen Substanzen zu binden, wird das Wasser I¹* Stunden

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Claims

Patentansprüche

{if Verfahren zur Regenerierung von Kohleteilchen, die mit mindestens einer oxidierbaren Verunreinigung verunreinigt s ind,dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohleteilchen in einem wässrigen Elektrolyten suspendiert und daß man sie mit einem einen Teil einer Elektrolysenzelle darstellenden Stromsammler in Berührung bringt, und zwar derart, daß die Gesamtheit der sich in Berührung mit diesem Sammler befindenden Teilchen zusammen mit dem letzteren die Anode dieser Zelle darstellt, und daß man diesen wässrigen Elektrolyten derart elektrolysiert, daß die den Sauerstoff in Freiheit setzende anodische Reaktion an der Oberfläche der sich in Berührung mit dem Sammler befindenden Teilchen stattfindet und die Oxidation dieser Verunreinigung gewährleistet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man eine Turbulenzbewegung zwischen der Suspension und dem anodischen Sammler erzeugt, um während der Elektrolyse wiederholte Berührungen zwischen den Kohleteilchen und dem Sammler herbeizuführen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennze lohne t_% daß man die Suspension am Sammler entlang in einem Anodenraum umwälzt, der durch eine poröse Trenn—

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ORIGINAL INSPECTEÖ

lang mit Aktivkohle in Berührung gebracht. Der Anfangswert des CSB des Wassers entsprach 0,64 g je" Gramm Aktivkohle.

Dann erfolgen Abscheidung der Aktivkohle und elektrochemische Regenerierungen wie oben beschrieben.

Die Ergebnisse sind die folgendens

Anfangsadsorptionsvermögen: 0,56 g CSB je Gramm Aktivkohle; Adsorptionsvermögen nach einer ersten Regenerierung« 0,52 CSB je Gramm Aktivkohle.

Eine Prüfung der Regenerierungslösung hat ergeben, daß ihr CSB, bezogen auf das behandelte Abwasser, 3,6 mg/1 oder etwa l/l00 des durch Adsorption zum Verschwinden gebrachten CSB beträgt. Aus diesem Ergebnis geht hervor, daß die ,an der Kohle adsorbierten Substanzen bei der Regenerierung zu 99 $ oxidiert worden sind.

Patentansprüche ι

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wand begrenzt wird, die für den Elektrolyten durchlässig und für die Kohleteilchen undurchlässig ist.

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