DE2351445C2 - Verfahren zur Regenerierung von Aktivkohle - Google Patents

Description

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 zahlreiche Anwendungen findet. Im Falle der Wasseraufbereitung besitzen die mit Aktivkohle arbeitenden Verfahren folgende Vorzüge:

— Große Bandbreite hinsichtlich der Menge der Abwässer und deren Gehalt an organischen Substanzen:

— relativ geringe Investitionen;

— Eignung für die verschiedensten Industrie*Abwasser.

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 häutigsten 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-Kläranlage stets von den Kosten der Regenierung ab und bleiben in allen Fällen recht hoch. Dadurch ist bisher die Anwendung von Aktivkohle auf die Reinigung von Trinkwasser oder auf die Druckklärung von Haushalts-Abwässern beschränkt geblieben.
Aus der US-PS 13 78 834 ist ein Ve, fahren zur Behandlung von Kohlenstoff bekannt, bei dem eine Kohlenstoffelektrode als Anode geschaltet in eine wäßrige, im wesentlichen gesättigte Natriumsulfatlösung taucht und in einer elektrolytischen Zelle mit einer Metallkathode, die ebenfalls in den Elektrolyten ragt,

einer Elektrolyse unterworfen wird. Hierbei geht der Kohlenstoff teilweise in Lösung oder bildet im Elektrolyten einen Niederschlag.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regenerierung

von Aktivkohle zu liefern, das die verschiedenen Mängel abstellt und sich besonders für die Regenerierung von Aktivkohle eignet, die zur Behandlung von für Haushalts- und Industriezwecke bestimmtem Wasser sowie zum Klären von Abwässern aller Art benutzt worden ist.

Zu diesem Zweck wird, teilweise ausgehend von dem aus der US-PS 13 78 834 bekannten Verfahren, erfindungsgemäß ein Regenerierungsverfahren für durch zumindest eine oxidierbare Verunreinigung verunreinigte Kohlenstoffteilchen vorgeschlagen, bei dem man die Kohlenstoffteilchen in einem wäßrigen Elektrolyten suspendiert und 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 Sammler die Anode dieser Zelle bildet, und bei dem man diesen wäßrigen Elektrolyten derart elektrolj'siert, 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.

Auf diese Weise erzeugt die anodische Reaktion atomaren Sauerstoff, der außerordentlich aktiv ist und die Zersetzung der organischen Moleküle gestattet, so daß dieses Verfahren um so 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 tinter Verwendung einer Anode, die aus zll Körnern öder zu Pulver zerkleinerter Kohle besteht, die in einem Elektrolyten

dispergiertist,

Eine derartige Benutzung der zu regenerierenden Aktivkohle als dispergierte Anode ermöglicht es, Verschiedene Mängel zu beseitigen, die mit der

Benutzung herkömmlicher massiver Elektroden verbunden sind, nämlich:

— Hohe Herstellungskosten;

— Einschränkungen hinsichtlich der Größe der Kontaktfläche Feststoff/Flüssigkeit;

— beträchtliche Energieverluste durch Ausbildung eines ungleichmäßigen elektrischen Feldes in der Elektradenmasse.

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Im 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 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 alle Kohleteilchen an der elektrochemischen Reaktion unter den günstigsten Bedingungen teil. Was eine wirksame Umsetzung der abzubauenden Substanz ur.J 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;

— Vergrößerung der wirksamen Elektrodenoberfläche;

— Verbesserung der kinetischen Vorgänge des Massentransports;

— Möglichkeit, hohe Stromdichten bei niedrigen Vorspannungen zu erhalten.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt vereinfacht und als schematisches Beispiel eine Regenerierungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vo richtung umfaßt eine Elektrolysenzelle 1, die durch eine permeable Trennwand 2 in einen Anodenraum 3 mit einem Sammler 4 mit Ansch'uß 18 und in einen Kathodenraum 5 mit einer Kathode 6 mit Anschluß 19 unterteilt ist. Der Raum 3 hat unten einen Einlaß 7 und oben einen Auslaß 8, die mit Rückfäußleitungen b bzw. 10 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 Zuiaufrohr 13 zusammensetzt, das über einen Schieber 14 mit der Leitung 9 verbunden ist. An die Leitung 10 ist über einen Schieber 16 ein Auslaßrohr 15 angeschlossen, das das Abzapfen der regenerierenden Kohle ermöglicht.

Die beschriebene Vorrichtung wird durch das Rohr 13 mit einem wäßrigen Elektrolyten (z. B. einer wäßrigen Lösung von Na^SO₄) gefüllt, wobei die Trennwand 2 für den Elektrolyten durchlässig, für die zu regenerierenden Kohlteilchen 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 Sund 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 wirksamem Kontakt mit dem Anodenssimmler 4 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.

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

Beispiel 1

Um Aktivkohle zu erhalter die zuvor Phenol gebunden hatte, wird eine PhsT.oHösung (10 g/l) 4 Stunden lang mit 30 g/l gepulverter Aktivkohle in Berührung gebracht. Das Anfangsadsorptionsvermögen der Kohle entspricht 0,53 g Chemischen Sauerstoffbedarf·· (CSB) mit Bichromat bestimmt je Gramm Aktivkohle.

Die auf diese Weise verunreinigte Kohle wird abfiltriert, in einer wäßrigen Lösung von Na^SO« 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 Wert 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 14 Stunden lang mit Aktivkohle in Berührung gebracht. Der Anfangswert des CSB des Wasser entsprach 0,64 g je Gramm Aktivkohle.

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

Die Ergebnisse sind die folgenden:

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

Eine Prüfung der Regenerierungslösung hat ergeben, daß ihr CSB, bezogen auf das behande'te Abwasser, 3,6 mg/1 oder etwa '/too des durch Adsorption zum Verschwinden gebrachten CSB beträgt. Aus diesem Ergebnis geht hervor, daß die an der Kohle adsorbieren Substanzen be. der Regenerierung zu 99% oxidiert worden und.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   1, Verfahren zur Behandlung von Kohlenstoffteilchen mit einer als Anode geschalteten Kohlenstoffelektrode, die in eine wäßrige Lösung taucht und in einer elektrolytischen Zelle einer Elektrolyse unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Regenerierung von Kohlenstoffteilchen, die mit mindestens einer oxidierbaren Verunreinigung verunreinigt sind, die Kohlenstoffteilchen in einem wäßrigen Elektrolyten suspendiert und daß man sie mit einem einen Teil einer Elektrolysezelle darstellenden Stromsammler in Berührung bringt, und zwar derart, daß die Gesamtheit der sich in Berührung mit diesem Sammler befindenden Teilchen zusammen mit dem Sammler 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 Sammle» befindenden Teilchen stattfindet und die Oxidation dieser Verunreinigung gewährleistet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Turbulenzbewegung zwischen der Suspension und dem anodischen Sammler erzeugt, um während der Elektrolyse wiederholte Berührung zwischen den Kohleteilchen und dem Sammler herbeizuführen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Suspension am Sammler entlang in einem Anodenraum umwälzt, der durch eine poröf» Trennwand begrenzt wird, die für den Elektrolyten durchlässig und für die Kohleteilchen undurchlässig ist.