DE2418185A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen von abwaessern - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abwässern.
• Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung des in der deutschen Patentanmeldung P 23 20 ?99.o beschriebenen Verfahrens und eine dafür geeignete Vorrichtung und ist eine Zusatzanmeldung zu obiger Patentanmeldung. Gegenstand der Stammanmeldung ist ein Verfahren zum Reinigen von Abwässern, insbesondere Abwässern der Zellstoff-, Papier- und Eartonindustrie, bei dem die gelöste organische Substanzen enthaltenden Abwässer mit in Suspension befindlichem gekörnten Aluminiumoxid behandelt werden und bei dem in einer bevorzugten Ausführungsform das Aluminiumoxid und die zu reinigenddlAbwässer im Gegenstrom zueinander geführt werden.
• Das Verfahren nach der Stammanmeldung brachte erstmalig die Nöglichkeit, Abwässer, insbesondere Abwässer der Zellstoff-, Papier- und Kartonindustrie so zu reinigen, daß auch kolloidal oder als echte Lösung in die Abwässer gelangende organische Substanzen wie Lignin oder Hemizellulosen so weitgehend entfernt sind, daß die gereinigten Abwässer Octen immer strenger werdenden gesetzlichen Auflagen genügen.
• Dieser Erfolg, von dem die Lebensfähigkeit ganzer Fabriken abhängig ist, muß aber erkauft werden durch den Einsatz zusätz#her Mittel wie dem Aluminiumoxid mit großer wirksamer Oberfläche und zusätzlickSapparativen Vorrichtungen.
• Bei der #berführung des Verfahrens nach der otasmanmeldung in den großtechnischen Maßstab hat sich ergeben, daß zur Bewältigung der großen Abwassermengen, wie sie vor allem in der Papier-, Karton- und Zellstoffindustrie anfallen die für die Reinigung nach dem Gegenstromprinzip eingesetzten Gefäße nicht einfach beliebig vergrößert werden können. Die Wirksamkeit des in der Stammanmeldung beschriebenen Gegenstromprinzipes hängt davon ab, daß sich in der Suspension von körnigem Aluminiumoxid hinsichtlich der Beladung mit den zu entfernenden organischen Substanzen ein stufenloses Gefälle von oben nach unten hinsichtlich des Beladungsgrades ergibt, so daß das von oben her zugeführte frische oder regenerierte Aluminiumoxid im aus dem oberen Teil der Reaktionssaule befindlichen, bereits weitgehend gereinigten Abwasser noch letzte Reste an organischer Substanz entfernt, während sich im unteren Bereich bereits in seiner Aufnahmefähigkeit weitgehend erschpöftes, d.h., mit organischen Substanzen beladenes Aluniniumcxid befindet, das aber noch isomer geeignet ist, einen erheblichen Teil der organischen Substanz des T.ron unten her zugeführten stark verunreinigten Wassers aufzunehmen.
• Die Einflußgrößen auf dieses Reinibungssystem von in Suspension befindlichem festem Aluminiumoxid sind zahlreich, wie beispielsweise die Anströmgeschwindigkeit des zu reinigenden Abwassers, durch die das Aluminiumoxid in Suspension gehalten wird, die Absinkgeschwindigkeit der Aluniiniumoxidkörner, der durch die geometrische Gegebenheit bestimmte Strömungsverlauf über den Querschnitt, der möglichst gleich sein sollte, 4 aber je nach den Größenverhältnissen, den Zuführbedingungen des Abwassers u.ä. jeiocE nicht ist. Die Folge dieser Unzulänglichkeiten ist, daß in dem Reaktionsgefäß keine gleiche Stoffdichte und vor allem keine gleiche Beladungsdichte über den Querschnitt in einer bestimmten Höhe erhalten wird, so daß der Verbrauch an Aluminiumoxid dadurch erheblich ansteigt, daß nicht beladenes Aluminiumoxid zu schnell durch die Reaktionssäule in deren Bodenbereich gelangt und dort abgezogen wird, bevor es in seiner Reinigungswirkung auch nur annähernd ausgenutzt ist.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, diese Nachteile zu vermeiden und das Verfahren der Stammanmeldung dahingehend zu verbessern, daß eine möglichst gleiche Stoffdichte über die Höhe undiden Querschnitt des Reaktionsgefäßes gewährleistet ist und das zugeführte Aluminiumoxid optimal mit zu entfernenden organischen Substanzen beladen ist, bevor es abgezogen und zweckmäßig einer Regenerierung zugeführt wird, um dann erneut wieder in den Reinigungskreislauf eingespeist zu werden.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem Verfahren zum Reinigen von Abwässern, insbesondere von Abwässern der Zellstoff-, Papier- und Kartonindustrie, bei dem die gelöste organische Substanzen enthaltenden Abwässer gemäß Patentanmeldung P 23 20 799.o mit in Suspension befindlichem, gekörnten Aluminiumoxid behandelt und das Aluminiumoxid und das zu reinigende Abwasser im Gegenstrom zueinander geführt werden1 dadurch gelöst, daß die Reinigung in mehreren Stufen in separaten, miteinander verbundenen Reaktionsgefäßen erfolgt.
• Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß sich das in der Stammanmeldung beschriebene Prinzip der Reirigung der Abwässer im Gegenstromprinzip auch für den großtechnischen Maßstab dann i eignet, wenn die Reinigung in mehreren hintereinandergeschalteten Reaktionsgefäßen erfolgt, die ihrerseits so dimensioniert werden, daß die Reinigungsaktivität des in Suspension befindlichen gekörnten Aluminiumoxids restlos ausgenutzt werden kann.
• Dabei haben sich für dieses Verfahren mit mehreren Reinigungsstufen zwei in ihrem Verfahrensablnif etwas unterschiedliche Arbeitsweisen bewährt.
• In einer zweckmäßigen Ausführungsform werden sowohl die zu reinigenden Abwässer als auch das z#Entfernung der in den Abwässern enthaltenen organischen Substanzen benutzte Aluminiumoxid kontinuierlich im Gegenstrom durch die einzelnen Reinigungsstufen geführt, wie das beispielsweise in der Prinzipskizze der Fig. 1 aufgezeigt ist. Es wird dort mit organi#schen Substanzen verunreinigtes g Abwasser dem Fuß des Reaktionsgefäßes I zugeführt und trifft auf bereits stark mit organischer Substanz beladenes Aluminiumoxid, das aus den Reaktionsgefäßen III und II kommt und am Kopf des Reaktionsgefäßes I diesem zugeführt wird. Dieses bereits in starkem Maße mit organischen Substanzen beladene Aluminiumoxid nimmt jedoch noch wesentliche Mengen der am leichtesten zu adsorbierenden organischen Substanzen aus dem stark verunreinigten Abwasser auf und wird am Fuß des Reaktionsgefäßes I nach unten abgezogen und der Regenerierung zugeführt.
• Am Kopf des Reaktionsgefäßes III - aus Vereinfachungsgründen sind hier lediglich drei Reaktionsgefäße gezeigt worden -werden die weitgehend von organischen Substanzen gereinigten Abwässer abgeleitet und gegf. noch einer biologischen Reinigung zugeführt. Da dem Reaktionsgefäß III frisches bzw. regeneriertes Aluminiumoxid, d.h., nicht beladenes Aluminiumoxid, zugeführt wird, hat dieses an dieser Stelle eine sehr starke Reinigungswirkung und nimmt deshalb auch noch die adsorbierbaren organischen Substanzen auf, die in den vorangehenden Reaktionsgefäßen I und II nicht entfernt worden sind.
• Entgegen diesem vom Fuß des Reaktionsgefäßes I über das Reaktionsgefäß II zum Kopf des Reaktionsgefäßes III verlaufenden Abwasserstrom wird im Gegenstrom dazu das am Kopf des Reaktionsgefäßes III zugeführte frische bzw. regenerierte Aluminiumoxid jeweils in die vorangehenden Reaktionsgefäße II und I umgepumpt, wobei es ko-eitig zugeführt und jeweils am Boden der Reaktionsgefäße abgeführt wird.
• In einer weiteren, im Prinzip in Fig. 2 dargestellten Verfahrensweise, die deshalb sehr bevorzugt ist, weil sie in apparativer Hinsicht einfacher gestal-tet werden kann, werden lediglich die zu reinigenden Abwässer kontinuierlich im Gegenstrom geführt, hinsichtlich des zurReinigung verwandten Aluminiumoxids das Gegenstromprinzip aber lediglich in der Weise verwirklicht, daß bereits weitgehend gereinigte Abwasser jeweils der Reinigungsstufe mit dem am wenigsten durch organische Substanzen beladenen Aluminiumoxid zugeführt werden. Bei dieser zweckmaßigen Verfahrensweise wird also nicht auch das Aluminiumoxid von Reaktionsgefäß zu Reaktionsgefäß umgepumpt und im Gegenstrom dem aufsteigenden Abwasser von oben her zugeführt, sondern das Gegenstromprinzip ist lediglich von Säule zu Säule gewäWhrleistet. Bei dieser Verfahrensweise wird vorzugsweise das Reaktionsgefäß, dessen Aluminiumoxid am stärksten mit organischen Substanzen beladen ist, dann entfernt, wenn keine wesentliche Aufnahme an organischer Substanz mehr erfolgt, d.h., in der Prinzipskizze der Figur 2 das Reaktionsgefäß I. Am Ende der Kette der Reinigungsstufen I bis IV wird gleichzeitig eine solche mit noch nicht beladenem Aluminiumoxid nachgeschaltet. In ihrer Funktionsstellung rückt dann das Reaktionsgefäß IV an Stelle des Reaktionsgefäßes III, das Reaktionsgefaäß II an Stelle des Reaktionsgefäßes I und am Ende der Kette von Reinigungestufen wird ein Reaktionsgefäß IV mit unbeladenem Aluminiumoxid neu zugeschaltet.
• Hinsichtlich der apparativen Ausführung ist es natürlich keinesfalls erforderlich, daß tatsächlich die Reaktionsgefäße mit erschöpftem Aluminiumoxid entfernt werden, sondern es ist in gleicher Weise möglich, in der Kette von Reinigungsstufen jeweils ein Reservegefäß mit unbeladenem Aluminiumoxid zu haben, auf das dann umgeschaltet werden kann, wenn das Reaktionsgefäß I wegen Erschöpfung des darin befindlichen Aluminiumoxids abgeschaltet und das Aluminiumoxid zur Regenerierung entfernt werden muß.
• Wie bereits ausgeführt, werden die zu reinigenden Abw:#sser zweckmïßig bei vertikal angeordneten Reaktionsgefäßen am unteren Ende zugeführt und nach der Reinigung am oberen Ende abgeführt. Dabei wird die Aufströmgeschwindigkeit der zu reinigenden Abwässer vorzugsweise so geregelt, daß das körnige Aluminiumoxid in Suspension gehalten wird und das Reaktionsgefäß möglichst weitgehend von der Suspension erfüllt ist, andererseits kein Aluminiumoxid mit dem Abwasser in das nächste Reaktionsgefäß mitgerissen wird. Außerdem ist die Aufströmgeschwindigkeit so zu bemessen, daß die Dichte der Suspension möglichst groß ist und die Reaktionsgefäße damit so klein als möglich dimensioniert sein können. So liegt die Dichte bei einer gut geeigneten Versuchsführung im halbtechnischen Maßstab bei 1,4 bzw. es befinden sich 400 bis 800 g Aluminiumoxid in einem Liter A1203-Abwasser-Suspension. Die Reaktionsgefäße der in Fig. 1 dargestellten Technikumsanlage, von denen insgesamt fünf statt der drei in der Figur dargestellten hintereinander geschaltet werden, haben eine Höhe von 2 m, einen Durchmesser von 44 cm und einen Durchsatz von 600 Litern Abwasser pro Stunde, wobei 12 kg A1203 einer durchschnittlichen Korngröße von 80#u pro Kubikmeter Abwasser eingesetzt werden.
• Um eine gute Durchwirbelung der Suspension mit den zu reinigenden Abwässern zu erreichen und die sogenannte Straßenbild;e dung zu vermeiden, werdenizu reinigenden Abwässer den zylinderförmigen Reaktionsgefäßen am unteren Ende zweckmäßig tangential zugeführt, was ganz erheblich für eine gleichmäßige Stoffldichte über den Querschnitt beiträgt.
• Wenn die Anzahl der Reinigungsstufen und darit der Reaktionsgefäße größer gehalten wird, beispielsweise 6 und mehr Reaktionsge; fäße hintereinander geschaltet werden, kann es auch ausreichend sein, das Aluminiumoxid durch langsames Rühren in Suspension zu halten. Es ist bei dieser Verfahrensweise nicht unbedingt erforderlich, die zu reinigenden Abwässer kontinuierlich im Gegenstrom zu führen, sondern es ist dann gegf. auch eine diskontinuierliche Arbeitsweise dahingehend möglich, daß in jeder Reinigungsstufe die zu reinigenden Abwässer eine bestimmte Zeit gerührt und dann abgelassen und der nächsten Reinigungsstufe mit dem weniger stark beladenen Aluminiumoxid zugeführt werden.
• Auch bei dieser diskontinuerlichen Arbeitsweise geschieht die Reinigung und damit die weitgehende Erschöpfung des Aluminiumoxids In seiner Reinigungskapazität aber nach dem Gegenstromprinzip, das in diesem Falle lediglich diskontinuierlich von Reinigungsstufe zu Reinigungsstufe abläuft.
• Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des oben beshriebeinen Verfahrens besteht darin, daß die Reaktionsgefäße der einzelnen Reinigungsstufen zylinderförmig ausgebildet sind und am oberen Ende eine trichterförmige Erweiterung aufweisen.
• Durch diese trichterförmige Erweiterung wird die Strömungsgeschwindigkeit am oberen Ende des Reaktionsgefäßes stark ver- -langsamt. Bis in diesen Bereich durch die Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Abwassers bzw. das Rühren nach oben gelangte Aluminiumoxidkörner werden dadurch abgebremst, der Einfluß der Schwerkraft überwiegt und sie sinken in den zylinderförmigen Teil des Reaktionsgefäßes ab, so daß sich in der trichterförmigen Erweiterung eine rasche und einwandfreie Trennung zwischen in Suspension befindlichem Aluminiumoxid und dem Abwasser ergibt, so daß kein Aluminiumoxid durch den tiberlauf mit in das nächste Reaktionsgefäß gelangt.
• Am unteren Ende sind die Reaktionsgefäße vorzugsweise konusförmig verengt, um dort eine möglichst hohe Stoffdichte an Aluminiumoxid zu erreichen und nicht unnötig viel Wasser beim Umpumpen oder Abziehen des verbrauchten Aluminiumoxids mit entfernen zu müssen und das Abziehen der Suspension zu erleichtern.
• Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darin, daß die Reaktionsge.fäße die Form eines auf der Spitze stehenden Kegels aufweisen, d.h., sich über die gesamte Hohe konusförmig nach unten verengen und der Öffnungswinkel des Kegels zwisc#hen 40 und 60 Grad beträgt. Diese Ausgestaltung der Vorrichtung hat den Vorteil, daß sich die Strö#ungsgeschwindigkeit innerhalb eines Reaktionsgefäßes kontinuierlich ändert, dabei aber am unteren Ende am größten ist, so daß das durch die Schwerkraft nach unten ab sinkende und dort eine besonders große Stoffdichte ergebende Aluminiumoxid mit größerer Anströmgeschwindigkeit hochgewirbelt wird, sich aber diese8 Aufwirbelung nach oben zu merklich verlangsamt. Damit ist der weitere Vorteil verbunden, daß auch die Kontaktzeit des Aluminiumoxids mit dem zu reinigenden Abwasser im oberen Bereich größer ist als im unteren, so daß für die Reste an organischer Substanz, die noch nicht entfernt sind, im oberen Bereich eine längere Verweilzeit gegenüber dem Aluminiumoxid zur Verfügung steht und dadurch die Reinigungswirkung noch optimiert wird.

Claims (11)

Patentansprüche.

1. Verfahren zum Reinigen von Abwässern, insbesondere von Abwässern der Zellstoff-, Papier- und Kartonindustrie, bei dem die gelöste organische Substanzen enthaltenden Abwässer gemäß Patentanmeldung P 23 20 799.o mit in Suspension befindlichem, gekörntem Aluminiumoxid behandelt und das Aluminiumoxid und das zu reinigende Abwasser im Gegenstrom zueinander geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung in mehreren Stufen in separaten, miteinander verbundenen Reaktionsgefäßen erfolgt.

2. Verfahren zum Reinigen von Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die zu reinigenden Abwässer als auch das Aluminiumoxid kontinuierlich im Gegenstrom durch die einzelnen Reinigungsstufen geführt wird.

3. Verfahren zum Reinigen von Abwässern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Abwässer im Gegenstromprinzip in der Weise den einzelnen Reinigungsstufen zugeführt werden, daß bereits weitgehend gereinigte Abwässer jeweils der Reinigungsstufe mit dem am wenigsten durch organische Substanzen beladenen Aluminiumoxid zugeführt werden.

4. Verfahren zum Reinigen von Abwässern nach Anspruch 1 und 3, dadurch ¢kennzeichnet, daß die Reinigungsstufe, deren Aluminiumoxid am stärksten mit organischen Substanzen beladen ist, jeweils dann entfernt wird, wenn keine wesentliche Aufnahme an organischer Substanz mehr erfolgt, und dem Ende der Kette von Reinigungsstufen eine solche mit noch nicht beladenem Aluminiumoxid nachgeschaltet wird.

5. Verfahren zum Reinigen von Abwässern nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Abwässer in jeder Reinigungsstufe bei säulenförmigen Raktionsgefäßen vom unteren Ende her zu- und nach der Reinigung am oberen Ende abgeführt werden.

6. Verfahren zum Reinigen von Abwässern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid durch langsames Rühren in Suspension gehalten wird.

7. Verfahren zum Reinigen von Abwässern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid durch die Ströttiungsgeschwindigkeit der von unten her zugeführten Abwässer in Suspension gehalten wird.

8. Verfahren zum Reinigen von Abwässern nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigenden Abwässer vertikal angeordneten Reaktionsgefäßen am unteren Ende tangential zugeführt werden.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsgefäße der einzelnen Reinigungsstufen zylinderförmig ausgebild.et sind und am oberen Ende eine trichterförmige Erweiterung aufweisen.

lo. Vorrichtung nach Anspruch 9 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsgefäße der einzelnen Reinigungsstufen sich am unteren Ende konusförmig verengen.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ein der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichneb, daß die Reaktionsgefäße die Form eines auf der Spitze stehenden Kegels aufweisen mit einem Öffnungswinkel zwischen 4o - 600.

L e e r s e i t e