DE2411828B2

DE2411828B2 - Verfahren zum Adsorbieren von in einer wäßrigen Flüssigkeit enthaltenen Fremdstoffen an körniger Aktivkohle

Info

Publication number: DE2411828B2
Application number: DE2411828A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Amagi; Satoshi Inada
Original assignee: Kureha Corp; Toyobo Co Ltd
Current assignee: Kureha Corp; Toyobo Co Ltd
Priority date: 1973-03-14
Filing date: 1974-03-12
Publication date: 1978-11-23
Also published as: NL7403461A; JPS5051975A; GB1424504A; FR2270001A1; IT1005728B; DE2411828A1; BE812332A; NL162851C; NL162851B; FR2270001B1; JPS5222756B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Adsorbie- jo ren von in einer wäßrigen Flüssigkeit enthaltenen Fremdstoffen in einem von der Flüssigkeit von unten nach oben durchströmten Fließbett aus körniger Aktivkohle.

Beispielsweise aus »öl und Kohle« Nr. 41, November r> 1940, Seite 479, ist es bekannt, das hohe Adsorptionsvermögen von Aktivkohle zur Wasserreinigung zu benutzen. Dazu füllt man körnige Aktivkohle in ein zylindrisches eisernes, offenes oder geschlossenes Gefäß oder in einen rechteckigen Behälter aus Eisen oder Beton ein und läßt das zu reinigende Wasser durch das Aktivkohlefilter von unten nach oben strömen. Bei Anwendung von pulverförmiger Aktivkohle wird diese dem zu reinigenden Wasser unmittelbar zugesetzt und nach einer gewissen Einwirkungszeit von dem Wasser 4") abfiltriert, beispielsweise mit Hilfe eines Sandschnellfilters.

Bei einem solchen Aktivkohlefilter bilden die Aktivkohlekörner ein Festbett; es ergibt sich deshalb beim Durchströmen der Flüssigkeit ein merklicher vt Druckverlust. Um diesen Druckverlust in einem annehmbaren Rahmen zu halten, muß Aktivkohle einer relativ großen Korngröße (Korndurchmesser 1000 μπι und mehr) verwendet werden. Dabei nehmen aber die adsorbierende Oberfläche und damit die Wirksamkeit ■-» der Adsorption rasch ab. Der Druckverlust wird noch verstärkt durch Verstopfen in der Aktivkohlepackung, die von in der strömenden Flüssigkeit suspendierten Substanzen herrührt. Aus diesem Grund ist ein häufigeres Auswaschen des Festbettes mit umgekehrter w; Flüssigkeitsströmung erforderlich.

Es sind auch Verfahren zur Adsorption in flüssiger Phase an kornförmiger Aktivkohle bekannt, bei denen die Aktivkohlekörper ein aufgelockertes Bett (Japanische Patentveröffentlichung Nr. 39-25623/1964 o.a.) μ bzw. ein Fließbett (Journal WPCF 42, 1, 83/70) bilden, durch die jeweils die zu behandelnde Flüssigkeit in Aufwärtsrichtung strömt und dabei die Aktivkohlekörner auflockert bzw. fluidisiert. Bei allen diesen Verfahren geht das Bestreben dahin, die Aktivkohle wirkungsvoll so einzusetzen, daß die pro Gewichtseinheit Aktivkohle adsorbierte Menge Adsorbat möglichst groß ist, bzw. bei gleicher Menge Aktivkohle eine möglichst lange Lebensdauer erreicht wird.

Im Falle eines Fließbettes kann Aktivkohle mit kleiner Korngröße verwendet werden, weil der Druckverlust beim Durchströmen eines Fließbettes erheblich geringer ist Andererseits stehen aber bei der Adsorption an Aktivkohlekörnern in einem Fließbett die Korngröße, die Korngestalt, das spezifische Gewicht etc. der Aktivkohlekörner in einer engen Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit, beispielsweise des Schmutzwassers oder anderer zu verarbeitender Flüssigkeiten, wobei durch eine Verwirbelung der AktivkohleVörner eine Verschlechterung der Adsorptionsverhältnisse hervorgerufen wird. Die Adsorptionswirkung hängt davon ab, in welchem Maße das Fließbett stabil gemacht werden kann. Bei Verwendung einer zu kleinen Korngröße der Aktivkohle ergibt sich eine hohe Dichte des Fließbettes, die wiederum einen großen Druckabfall der zu verarbeitenden Flüssigkeit hervorruft. Damit wird die Oberflächengeschwindigkeit der Flüssigkeit instabil, wodurch das Phänomen der Klumpen- oder Kanalbildung hervorgerufen wird. Dadurch wird aber die Kontaktzeit zwischen der Flüssiskek und der Oberfläche des Adsorptionsmittels verkürzt, mit dem Ergebnis, daß die Flüssigkeit nur teilweise gereinigt abströmt. Wegen dieser Schwierigkeit war die praktische Verwendung eines einstufigen Fließbettes zur Wasserreinigung bisher außerordentlich erschwert oder sogar unmöglich.

In der Praxis wurde auch schon ein mehrstufiges Fließbettverfahren vorgeschlagen, doch macht dieses eine komplizierte und teure Einrichtung erforderlich, die außerdem noch schwierig zu bedienen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein einfaches und wirksames Verfahren zur Adsorption von in einer wäßrigen Flüssigkeit enthaltenen Fremdstoffen in einem Fließbett aus körniger Aktivkohle zu schaffen, das einwandfrei Strömungsverhältnisse in dem Fließbett gewährleistet und damit es gestattet, eine hohe Reinigungswirkung zu erzielen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß derart vorgegangen, daß das Fließbett von der Flüssigkeit mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 10 bis 40 m/h durchströmt wird und daß die das Fließbett bildenden Aktivkohlekörner einen Durchmesser zwischen 200 und 1500 μ bei einem Unterschied von wenigstens 300 μ zwischen dem kleinsten und dem größten jeweils vorkommenden Korndurchmesser aufweisen und in einer Größenverteilung verwendet werden, bei der in einer jeden von drei nach der Korngröße abgeteilten gleichen Fraktionen 20 bis 40 Gewichtsprozent der Aktivkohle enthalten sind und über das Fließbett ein Korngrößengradient mit vom Boden des Fließbettes in Richtung auf sein oberes Ende abnehmender Korngröße ausgebildet wird.

Das sich bei dem Verfahren bildende Fließbett ist frei von den mit einer Klumpen- oder Kanalbildung verbundenen Schwierigkeiten, so daß sich hervorragende Arbeitsergebnisse erzielen lassen.

Wenn die Partikel eine kleinere Korngröße als 200 μηι im Durchmesser aufweisen, besteht die Gefahr, daß sie mit der strömenden Flüssigkeit mitgerissen werden. Wenn die Partikeln eine größere Korngröße als 1500 μΐη im Durchmesser aufweisen, werden sie erst bei

einer sehr großen Fließgeschwindigkeit fluidisiert Bei einer solchen Fließgeschwindigkeit ist in den meisten Fällen eine wirksame Adsorption nicht möglich. Wenn der Kerngrößenbereich der verwendeten Aktivkohlepartikeln schmäler gewählt wird, wird die Ausbildung •eines geeigneten Korngrößengradienten beim Fluidisieren schwierig.

Die Aktivkohlepartikeln können an sich eine beliebige Form, beispielsweise kugelig, abgerundet, zylinder- oder bruchstückartig aufweisen. Allerdings hat sich herausgestellt, daß es vorteilhaft ist, ein Fließbett aus kugelförmigen Aktivkohlekörnern zu verwenden, wie sie beispielsweise nach einem aus der DE-PS 2 20 274 bekann-en Verfahren hergestellt sind.

Die Wirksamkeit des neuen Verfahrens kommt besonders zur Geltung, wenn eine wäßrige Flüssigkeit mit einer relatiy hohen Geschwindigkeit ein Aktivkohlebett durchströmt Als richtig haben sich Geschwindigkeiten in einem Bereich von 10 bis 40 m/h, als Oberflächengeschwindigkeit gemessen, herausgestellt Bei einer niedrigeren Geschwindigkeit als 10 m/h werden die Aktivkohlepartikeln, auch bei Verwendung einer relativ gleichmäßigen Korngröße in einem Korngrößenbereich von 300 μπα Unterschied zwischen dem größten und dem kleinsten Durchmesser, wenig dur :heinandergewirbelt und somit an sich eine gute Adsorption erreicht. Allerdings ist es dabei schwierig, da das Fließbett eine beachtliche Flächenausdehnung aufweist, das Verfahren praktisch wirtschaftlich durchzuführen. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von über 40 m/h besteht dagegen die Gefahr, daß Aktivkohiepartikeln relativ kleiner Korngröße mit der Flüssigkeit fortgerissen werden, während solche relativ hoher Korngröße nur eine verminderte Adsorptionswirkung ergeben.

Das neue Verfahren ist geeignet, in einer wäßrigen, d. h. überwiegend aus Wasser bestehenden, Flüssigkeit enthaltene Fremdstoffe durch Adsorption an Aktivkohle zu binden. Sehr wirksam können nach diesem Verfahren u. a. industrielle und kommunale Abwässer geklärt und ebenso Wasser zu Trinkwasser aufbereitet werden. Das Verfahren ist auch für viele andere Verwendungszwecke geeignet, beispielsweise für die Wiedergewinnung von wertvollen Stoffen, wie beispielsweise Phenol, Essigsäure, Metalle usw. aus Wasser.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Ef zeigt

Fig. 1 die Massensummenfunktion der in einem Beispiel 1 verwendeten Aktivkohle als Funktion der Korngöße, wobei in jeder von drei gleich großen Korngrößenfraktionen I, II und III 20 bis 40 Gewichtsprozent Aktivkohlekörner enthalten sind und

F i g. 2 der gleiche funktioneile Zusammenhang wie in Fig. 1, wobei in jeder von drei gleich großen Korngrößenfraktionen Γ, II' und III' je 20 bis 40 Gewichtsprozent Aktivkohlekörner enthalten sind.

Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden nun mit Hilfe von Kornanalysen erläutert.

Beispiel 1

15 kg kugeliger Aktivkohle mit einem mittleren Durchmesser von 440 μηι (vgl. Fig. 1) und einem Korngrößenbereich von 250 bis 590 μΐη Durchmesser werden in eine Säule mit 250 mm Durchmesser eingefüllt und Wasser mit einer Temperatur von 15° Celsius wird mit einer Oberflächen-Geschwindigkeit von 19 m/h durch das gebildete Aktivkohlebett gefördert, wobei dieses fluidisiert wird. Es werden Proben Aktivkohle in der Mitte von fünf gleichen, entlang der Strömungsrichtung gebildeten Abschnitten aus dem Fließbett entnommen. Die Bestimmung der

ίο jeweiligen mittleren Korngröße in den entnommenen Proben ergibt das in der Tabelle dargestellte Ergebnis.

Tabelle

Probenabschnitt

12 3 4 5

Mittlere Korngröße 265 340 430 520 575

(Abschnitt 1 ist der oberste, Abschnitt 5 der unterste Abschnitt der Säule).

2) Aus dieser Tabelle ergibt sich deutlich, daß sich von dem oberen Ende des Fließbettes in Richtung auf dessen Boden ein Korngrößengradient ausgebildet hat.

Abwasser einer petrochemischen Fabrik mit einem chemischen Sauerstoffbedarf (COD) von 120 ppm wird

jo in Aufwärtsrichtung durch das obengenannte Aktivkohlebett gefördert. Der an der Abströmseite des Fließbetts gemessene chemische Sauerstoffbedarf beträgt zu Beginn der Durchströmung 8 ppm. Es dauert 34 Stunden, bis der chemische Sauerstoffbedarf an der

i"i Abflußseite einen Wert von 50 ppm erreicht hat. Zum Vergleich wird das Abwasser unter denselben Bedingungen durch ein Aktivkohlebett mit einem mittleren Durchmesser von 450 μπι und einem Korngrößenbereich von 420 bis 500 μΐη Durchmesser geschickt. Direkt

■in nach Beginn der Durchströmung wird an der Abflußseite des Fließbettes ein chemischer Sauerstoffbedarf von 28 ppm gemessen. Nach 15 Stunden erreicht er einen Wert von 50 ppm. Daraus ergibt sich, daß die Nutzdauer des Fließbettes mit dem Korngrößengradienten erheb-

4> lieh über der des normalen Fließbettes liegt.

Beispiel 2

500 g kugeliger Aktivkohle mit einem mittleren Durchmesser von 660 μηι und einem Korngrößenbe-

")0 reich von 350 bis 1000 μΐη Durchmesser (vgl. Fig. 2) werden in eine Säule (A) von 80 mm Durchmesser eingefüllt, und 500 g kugeliger Aktivkohle mit einem mittleren Durchmesser von 650 μηι und einem Korngrößenbereich von 590 bis 710 μΐη Durchmesser in eine

ν-, Säule (B) von 80 mm Durchmesser. Methylenblau in einer Konzentration von 100 mg/1 enthaltendes Wasser wird mit einer Oberflächen-Geschwindigkeit von 25 m/h jeweils durch die beiden Aktivkohlebetten geschickt. Die an dem Abströmende des Fließbettes

im jeweils gemessene Methylenblau-Konzentration des Wassers erreicht in der Säule (A) nach einer Zeitdauer von 9 Stunden einen Wert von 20 mg/1, während er diesen Wert in der Säule (B) bereits nach 5,5 Stunden erreicht.

Ilicr/ii 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Adsorbieren von in einer wäßrigen Flüssigkeit enthaltenen Fremdstoffen in einem von der Flüssigkeit von unten nach oben durchströmten Fließbett aus körniger Aktivkohle, dadurch gekennzeichnet, daß das Fließbett von der Flüssigkeit mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 10 bis 40 m/h durchströmt wird und daß die das Fließbett bildenden Aktivkohlekörner einen Durchmesser zwischen 200 und 1500 μ bei einem Unterschied von wengstens 300 μ zwischen dem kleinsten und dem größten jeweils vorkommenden Korndurchmesser aufweisen und in einer Größenverteilung verwendet werden, bei der in einer jeden von drei nach der Korngröße abgeteilten gleichen Fraktionen 20 bis 40 Gewichtsprozent der Aktivkohle enthalten sind und über das Fließbett ein Korngrößengradient mit vom Boden des Fließbettes in Richtung auf sein oberes Ende abnehmender Korngröße ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fließbett aus kugelförmigen Aktivkohlekörnern verwendet wird.