DE2427696A1

DE2427696A1 - Verfahren zum entfernen von geloesten stoffen aus fluessigkeiten

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Publication number: DE2427696A1
Application number: DE19742427696
Authority: DE
Inventors: Christiaian Dott; Friedrich Dr Martinola; Hugo Nowak; Christian Dr Oehme
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1974-06-08
Filing date: 1974-06-08
Publication date: 1976-01-08
Also published as: ZA753674B; AT346287B; BE829947A; CH593086A5; FR2273569A1; JPS5110180A; SE7506437L; NL7506764A; ES438287A1; ATA431075A

Description

B/Hg 509 Leverkusen. Bayerwerk

Verfahren zum Entfernen von gelösten Stoffen aus Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von gelösten Stoffen aus Flüssigkeiten durch Adsorption und/oder Ionenaustausch dieser gelösten Stoffe an feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauschern; das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeiten durch Filter leitet, die aus grobkörnigen Trägermaterialien und feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauschern aufgebaut sind.

Die Erfindung betrifft ferner Filter zum Entfernen von gelösten Stoffen aus Flüssigkeiten durch Adsorption und/oder Ionenaustausch dieser gelösten Stoffe an feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauschern; die Filter sind dadurch gekennzeichnet, daß sie aus grobkörnigen Trägermaterialien und feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauschern aufgebaut sind.

Als feinteilige Adsorbentien seien beispielsweise genannt: Anorganische Adsorptionsmittel, wie Kieselgur, Kaolin, Bentonit, Braunkohlenasche, Kalziumphosphatgel, Magnesiumsilikat und

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unter dem Handelsnamen "Bentone" erhältliche aminmodifizierte Tone; organische Adsorptionsmittel, wie Aktivkohle-Pulver, Cellulosepulver, Sägemehl und pulverförmige synthetische Adsorberharze, z. B. nicht-ionogene, makroporöse Adsorberharze, wie sie z. B. in der deutschen Patentschrift 1.274.128 beschrieben sind, ferner pulverförmige makroporöse Adsorberharze, die aus einer Matrix auf Basis eines vernetztten, aromatische Kerne enthaltenden Polymers bestehen und als Substituenten Chlormethylgruppen aufweisen, wobei die Chloratome der Chlormethylgruppen zum Teil mit Aminen oder Ammoniak umgesetzt sein können. Ferner pulverförmige Adsorberharze auf Basis von Polykondensationsprodukten, wie Phenol-Formaldehyd- oder Harnstoff-Formaldehyd-Harze, oder Polyadditionsprodukten, z. B. von Epoxyverbindungen an Polyalkylenpolyamine.

Als Ionenaustauscher werden je nach den abzuscheidenden Ionen pulverförmige Kationen- oder Anionenaustauscher oder Mischungen beider Harze eingesetzt.

Die Korngröße der feinteiligen Adsorbentien und Ionenaustauscher sollte unter o,3 mm, vorteilhaft zwischen o,3 und o,o1 mm, vorzugsweise o,2 und o,o5 mm liegen. Es können auch Mischungen verschiedener feinteiliger Adsorbentien eingesetzt werden.

Als grobkörnige Trägermaterialien seien beispielsweise genannt:

a) Materialien, die inert sind gegenüber den in der zu reinigenden Flüssigkeit gelösten Stoffen, z. B. anorganische Materialien, wie Blähton, Kies oder Glaskugeln; oder organische Materialien, wie Anthracitgrus oder Granulate und Kugeln aus inerten synthetischen organischen Materialien, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyamid oder Polystyrol.

b) Materialien, die die in der zu reinigenden Flüssigkeit gelösten Stoffe zu adsorbieren bzw. durch Ionenaustausch zu binden vermögen, z. B. körnige nicht-ionische makroporöse Adsorberharze, wie sie in der deutschen Patentschrift

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1 274 128 beschrieben sind, ferner körnige Anionen- und

Kationenaustauscher.

Es können auch Mischungen verschiedener, auch in ihren

Korngrößen unterschiedlicher Materialien eingesetzt werden.

Die Korngröße des grobkörnigen Materials sollte mindestens 3-mal, vorteilhaft 3- bis 25-mal, vorzugsweise 5- bis 2o-mal größer sein als die der feinteiligen Adsorbentien und Ionenaustauscher .

Das spezifische Gewicht des grobkörnigen Materials kann größer, gleich oder kleiner als das der zu reinigenden Flüssigkeit sein. Ss hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn man als grobkörniges Material ein Material wählt, dessen spezifisches Gewicht gleich oder kleiner als die aufzubereitende Flüssigkeit ist, wenn der Flüssigkeitsstrom von unten nach oben durch das Filter geleitet wird. Wird der Flüssigkeitsstrom dagegen von oben nach unten durch das Filter geführt, ist es günstiger, als grobkörniges Material ein solches zu verwenden, dessen spezifisches Gewicht größer als das der zu behandelnden Flüssigkeit ist.

Das spezifische Gewicht der feinteiligen Adsorbentien kann unabhängig von der Strömungsrichtung und dem spezifischen Gewicht des grobkörnigen Materials kleiner, gleich oder größer als das spezifische Gewicht der zu reinigenden Flüssigkeit sein.

Die feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher werden in Men,
wendet.

in Mengen von 1 - 2o kg je 1 m grobkörnigen Materials ange-

Bewährt haben sich z. B. folgende Kombinationen von grobkörnigem Material und feinteiligen Adsorbentien bzw. Ionenaustauschern:

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α; Bei der Filtration eines von oben nach unten gerichteten Flö.ssigkeitsstromes:
Lies - Aktivkohlepulver
Kies - Sägemehl

^nthrazitgrus - pulverförmige Adsorberharze Koks - Sägemehl Koks - Bentonit Glaskugeln (01-5 mm) - Kaolin Polystyrol-Granulat - Cellulosepulver Polyamid -Granulat - Ionenaustauscher in Pulverform

B) Bei der Filtration eines von unten nach oben gerichteten Flüssigkeitsstromes:
Polyäthylenkugeln - Aktivkohlepulver Polypropylenkugeln - pulverförmige Adsorberharze schwimmfähiges Polystyrol-Granulat - pulverförmige Ionenaustauscher Blähton - Cellulosepulver

Die Herstellung der erfindungsgeraäßen, aus feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauschern und grobkörnigen Materialien bestehenden Filter erfolgt in der Weise, daß man die feinteiligen Adsorbentien in die Schichten aus grobkörnigem Material einschwemmt. Dabei hat es sich häufig als vorteilhaft erwiesen, die feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher nicht gleichmäßig über die gesamte grobkörnige Filterschicht zu verteilen, sondern die Hauptmenge der Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher vorzugsweise in dem Teil der grobkörnigen Filterschicht unterzubringen, der der Eintrittsstelle der aufzubereitenden Flüssigkeit zugewandt ist.

Außerdem ist es günstig, das Filterbett nicht mit einer einzigen Anschwemmung, sondern durch mehrere z. B. 2 - 1o, vorzugsweise 4-7 aufeinanderfolgende Anschwemmungen von grobkörnigen

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Materialien und feinteiligen Adsorbentien aufzubauen. Beispielsweise verfährt man bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen, als Schwimmschicht ausgebildeten Filters vorteilhaft in der Weise, daß man auf eine etwa o,2 - o,3 m hohe Schicht aus grobkörnigem Material abwechselnd das feinteilige Adsorbens oder eine Mischung aus feinteiligen Adsorbentien und danach wieder grobkörniges Material aufschwemmt. Nach 4- bis 7-maliger Wiederholung dieses Anschwemmvorganges erhält man eine etwa o,5 -1m starke Filterschicht.

Die erfindungsgemäßen Filter können als Festbettfilter oder als Schwimmschichtfilter ausgebildet sein. Die Festbettfilter können von unten nach oben wie auch von oben nach unten durchströmt werden.

Besonders bewährt hat sich die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Filter als Schwimmschichtfilter, im folgenden als Schwimmbett-Reaktoren bezeichnet. Ein solcher Schwimmbett-Reaktor ist in Fig. 1 dargestellt; er besteht im Prinzip aus einem, üblicherweise zylindrischen Behälter (1) mit einem am unteren Ende angeordneten Zulauf für die aufzubereitende Flüssigkeit (2) und einem am oberen Ende angeordneten Ablauf für die gereinigte Flüssigkeit (3). In der Nähe des oberen Endes ist eine Vorrichtung (4), z. B. ein Netz oder ein Düsenboden, eingebaut, welche die Flüssigkeit durchtreten läßt, die grobkörigen Materialien und mit ihnen auch die feinteiligen Adsorbentien Jedoch festhält.

Unter der Vorrichtung (4) schwimmt in dem mit Flüssigkeit gefüllten Behälter das grobkörnige Material (5), das in seinem unteren Teil die feinteiligen Adsorbentien (6) eingelagert enthält. Ein Teil dieser Adsorbentien kann auch unter dem eigentlichen Filterbett schweben.

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ι (β .

Das Eintragen der grobkörnigen Materialien kann beispielsweise über den Behälter (7) erfolgen, aus welchem das grobkörnige schwimmfähige Material (5) mit einem Wasserstrom in den Behälter (1) gespült wird. Das Einbringen der feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher kann über den Behälter (8) erfolgen, aus welchem die Adsorbentien mit einem Wasserstrom in den Behälter (1) gespült werden.

Ist die Filterschicht durch den Betrieb zu dicht und damit ihr Strömungswiderstand zu groß geworden, öffnet man zum Auflockern der Schwimmschicht den Schlammablaß (11) und schließt kurzzeitig den Flussigkeitszulauf (2). Durch den

Ablauf der Flüssigkeit nach unten dehnt sich das Filterbett aus. Sobald man den Ablauf (11) schließt und den Zulauf (2) öffnet, verdichtet sich die schwimmende Schicht wieder so weit, daß sie ihre Filterfunktion auszuüben vermag. Zum Abschwemmen der verbrauchten feinteiligen Adsorbentien geht man wie für das Auflockern des Filters beschrieben vor. Den ■ vollständigen Austrag der Adsorbentien kann man durch Zugabe

von Spülwasser (9) und/oder Preßluft (1o) unterstützen.

Gegenüber den bekannten Verfahren zum Entfernen von gelösten Stoffen aus Flüssigkeiten, bei denen die Flüssigkeiten z. B. mit feinteiligen Adsorbentien verrührt und nach dem Absetzen der Feststoffe filtriert oder durch eine - wegen des hohen Druckabfalls - dünne Schicht des feinteiligen Adsorbens filtriert werden, weist das erfindungsgemäße Filterverfahren den Vorteil auf, daß seine Aufnahmefähigkeit für die zu entfernenden Stoffe erheblich größer ist, daß bei ihm nicht die Gefahr des "Durchreißens" nicht-adsorbierter Stoffe und der Verstopfung des Filters durch ungelöste Schwebestoffe besteht. Die erfindungsgemäßen Filter ermöglichen hohe Schichtdicken an Adsorbens, ohne daß ein störender Druckabfall auftritt. Außerdem ist es möglich, Teile oder auch die ganze Masse

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•τ *

nach Unterbrechung des Flüssigkeitsstromes mittels Rückspülung aufzulockern und danach ohne Zugabe (von wesentlichen Mengen) an neuem Adsorbens mit der Filtration fortzufahren.

Enthält die zu reinigende Flüssigkeit größere Mengen an suspendierten Teilchen, wobei diese aus der Flüssigkeit selbst stammen können oder z. B. durch Zugabe von Flockungsmitteln und/oder Filterhilfsmitteln in der zu filtrierenden Flüssigkeit erzeugt sein können, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den erfindungsgemäßen Filtern, insbesondere dem jchwimmbett-Reaktor, ein Schlammschwebebett vorzuschalten.

Fig. 2 erläutert das Prinzip einer solchen Schwimmbett-Reaktor/ lchlammschwebebett-Eornbination. Ein Behälter (1) mit einem am unteren Ende angeordneten Zulauf für die zu behandelnde Flüssigkeit (1o) und einem am oberen Ende angebrachten Ablauf für die gereinigte Flüssigkeit (11) enthält eine Filterschicht (3) aus grobkörnigem schwimmfähigen Material. Im unteren Teil dieser Schwimmschicht sind die feinteiligen Adsorbentien (12) und/oder Ionenaustauscher (12) eingelagert. Der Behälter ist nach oben mit einem flüssigkeitsdurchlassigen Abschluß (2), ferner mit einem Spülwasseranschluß (9), einem Preßluftanschluß (8) und unten mit einem ochlammablaß (7) und einem Schlammrücklauf (6) versehen.

Die unbehandelte Flüssigkeit (1o), welche die suspendierten Teilchen enthält oder welcher Flockungschemikalien zugesetzt wurden, tritt von unten her in den Behälter ein. Die Aufwärtsströmung im Behälter (1) ist so eingestellt, daß sich die Hauptmenge dsr schwebenden Teilchen im unteren Bereich des Behälters absetzt und dort ein Schlammschwebebett (4) bildet. Dieses Bett wirkt als Filterschicht, so daß sich auch die Hauptmenge der nachfolgenden suspendierten Teilchen dort absetzt. Der Rest der Teilchen wird nach oben getragen und

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dort vom Schwimmschichtfilter (3) festgehalten. Die solcherart geklärte und filtrierte Flüssigkeit trifft nun auf die in dem grobkörnigen Material der Filterschicht (3) eingelagerten feinteiligen Adsorbentien (12) und/oder Ionenaustauscher (12), welche nunmehr mit den gelösten Stoffen der Flüssigkeit ungehindert reagieren können. .Die den kombinierten Schlammschwebebett/Schwimmschicht-Reaktor verlassende Flüssigkeit (11) ist frei von suspendierten und gelösten Stoffen.

Sollte in besonderen Fällen mit den erfindungsgemäßen Filtern kein vollständiges Entfernen der gelösten Stoffe erreicht worden sein, so lassen sich die verbliebenen Restmengen durch eine dem erfindungsgemäßen Filterverfahren nachgeschaltete Nachreinigung entfernen.

Diese Nachreinigung kann, den Gegebenheiten angepaßt, auf verschiedenen Weisen erfolgen, von denen drei besonders vorteilhafte näher erläutert seien.

So kann dem erfindungsgemäßen Filter, insbesondere dem Schwimmbett-Reaktor, ein gleichartiger Reaktor nachgeschaltet werden. Dieses zweite erfindungsgemäße Filter kann gleich groß, aber auch kleiner dimensioniert sein als das erste, da es nur der Feinreinigung dient. Dieses System ist besonders dann zu empfehlen, wenn das erfindungsgemäße erste Filter mit einem Schlammschwebebett kombiniert ist, wie dies im vorstehenden beschrieben wurde.

Der Vorteil der Verwendung von zwei hintereinander geschalteten Schwimmschichtreaktoren liegt darin, daß die feinteiligen Adsorbentien im zweiten Reaktor von den im ersten Reaktion verwendeten Adsorbentien verschieden sein können. Sie können den Aufgaben der Feinreinigung angepaßt werden. Ferner kann man die Adsorbentien aus dem zweiten Reaktor, wenn sie erst

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zum Teil erschöpft sind, in das erste Filter überführen, wo sie vollständig verbraucht werden können. Auf diese Weise erhält man einen Gegenstrom der Adsorbentien zur Fließrichtung der zu behandelnden Flüssigkeit.

Eine zweite Möglichkeit der Wachreinigung besteht im Nachschalten eines Anschwemmfilters, auf dessen Filteraggregaten feinteilige Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher angeschwemmt werden. Der Vorteil des Anschwemmfilters besteht darin, daß infolge der dichten Packung der angeschwemmten Adsorbentien der Abscheidungsgrad für Schwebestoffe und gelöste Stoffe besonders hoch ist. Den dabei auftretenden erhöhten Druckanfall in der Anschwemmschicht kann man durch periodisches An- und Abschwemmen (Wiederauflockern). der Anschwemmschicht mindern. Vorteilhaft ist auch bei dieser Kombination der erfindungsganäßen Filter mit einem Anschwemmfilter die Möglichkeit, vom erfindungsgemäß zu verwendenden Filter abweichende Adsorbentien oder Adsorbentien-Mischungen zu verwenden und ■ die Adsorbentien nach partieller Erschöpfung in den ersten Apparat, d. h. im Gegenstrom zur Filtrierrichtung überführen zu können.

Die in den erfindungsgemäßen Filtern verwendeten feinteiligen Adsorbentien sind im allgemeinen nicht regenerierbar. Sie werden nach vollständiger Ausnutzung ihrer Aufnahmefähigkeit für die angelagerten Stoffe unschädlich gemacht, z. B. deponiert oder verbrannt.

Für die Feinreinigung der erfindungsgemäß gereinigten Flüssigkeiten kann es aber auch vorteilhaft sein, Filterkolonnen mit granulierten Adsorbentien und/oder Ionenaustauschern, die nach der Beladung wieder regeneriert werden können, anzuwenden. Zum Beispiel adsorbiert granulierte Α-Kohle hydrophobe Verbindungen, wie Kohlenwasserstoffe oder Chlorkohlenwasserstoffe,

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und kann nach Erschöpfung durch eine thermische Behandlung wieder regeneriert werden. Ionenaustauscher binden Ionen, z. B. die Härtebildner des Wassers oder auch nicht-ionogene Tenside reversibel und lassen sich durch Behandlung mit geeigneten Regenerierchemikalien, z. B, Kochsalz, Mineralsäuren, Alkalien, aber auch durch organische Lösungsmittel, wie Methylakohol, Äthylalkohol, Aceton, Dimethylformamid regenerieren. Zu einer solchen Nachreinigung mit regenerierbaren Reinigungsmitteln leitet man die anfallenden Filtrate über ein oder mehrere Filterbetten, welche granulierte Aktivkohle und/ oder Adsorberharze, wie sie z. B. in der deutschen Patentschrift 1 274 128 oder in den deutschen Offenlegungsschriften 2 245 513 und 2 216 5o5 beschrieben sind, und/oder Ionenaustauscher enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zum Entfernen von anorganic chen und/oder organischen Verbindungen aus Flüssigkeiten, insbesondere zur Entsalzung von Kondensaten von Dampferzeugungsanlagen, zum Entfärben von Lösungen, wie Zuckersäften und Glycerin, sowie zur Reinigung von Brauch- und Trinkwasser und zur Reinigung von Abwässern, wie sie z. B. in der Lebensmittel-, Textil-, Papier-, Leder- und der chemischen Industrie anfallen.

Beispiel 1

Der in diesem Beispiel verwendete Schwimmbett-Reaktor bestand aus einem zylindrischen Behälter von 600 mm Innendurchmesser mit einer üblichen Verteilereinrichtung für das eintretende Wasser am unteren Ende des Behälters. Das etwa 0,6 m dicke Schwimmschicht-Filter befand sich in einem Abstand von etwa 1 m über dieser Verteilereinrichtung und bestand aus zwei Schichten. Die untere, etwa o,3 m dicke Schicht bestand aus Polyäthylenkörnern der Dichte o,82 und einem Durchmesser von 2-4 mm, die darüber liegende Schicht aus Polyäthylenkörnern

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der Dichte ο,82 und einem Durchmesser von 0,8 - 1,5 mm. Das Schwimmschicht-Filter wurde nach oben durch eine Düsenplatte gehalten, welche den Durchtritt der Flüssigkeit gestattet.

In die vorstehend beschriebene Schwimmschicht wurde mittels eines Wasserstroms von 5 m/h von unten her eine Suspension von feinteiligen Adsorbentien eingeschwemmt. Es wurde eine Menge von 1,15 kg feinteiligen Adsorbentien aufgegeben, von denen 9o % in die Schwimmschicht einwanderten, während der Rest von 1o % unter dem Schwimmschicht-Filter frei in der nach oben strömenden Flüssigkeit schwebte.

Als feinteilige Adsorbentien wurde eine Gemisch aus 3o % Aktivkohle und 7o % eines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsproduktes (35 Gewichtsprozent Formaldehyd + 65 Gewichtsprozent Harnstoff) in einer Korngröße von o,2 - ο,οβ mm verwendet.

Der Schwimmbett-Reaktor wurde mit einem durch Flockung und Filtration geklärten Abwasser aus einer Papierfabrik mit einer durchschnittlichen Durchflußgeschwindigkeit von 5 m/h gespeist. Die reinigende Wirkung des Schwimmbett-Reaktors ergibt sich aus dem Vergleich der in Tabelle I zusammengestellten Eigenschaften des zu- und ablaufenden Wassers.

Tabelle Eigenschaften

Zulauf

Ablauf

Aussehen
Farbe

suspendierte Stoffe mg/1

Leitfähigkeit/US/cm

chemischer Sauerstoffbedarf (KMnO₄) mg 0₂/l

Gesamtsälzgehalt mval/1 Gesamthärte mval/1 Extinktion 1 cm, 42o nm

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klar	klar
schwach röt	farblos
lich gelb
1o	1
7,2	7,1
1360	128o
38	21
14,7	14,8
5,5	5,5·
0,6	0,08

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Der Druckverlust des Schwimmbett-Reaktors während des Betriebes ist in Tabelle II angegeben.

Γ a ^ e 1 1 e II

Lauf ze:, c (h) Druckverlust (Atm)

0 0,16

1 o,2o

2 o,27

3 o,35

4 o,45

Kurze Auflockerung

5 o,17

6 o,21

7 o,28

Bis zum Anstieg der Extinktion auf 3o % im Ablauf des Schwimmbett-Reaktors konnten 12 m Abwasser durchgesetzt werden. Dabei wurde die Filterschicht 5-mal durch kurzes Rückspülen aufgelockert.

Beispiel 2

Es wurde der in Beispiel 1 beschriebene Schwimmbett-Reaktor verwendet. Das Schwimmschicht-Filter bestand aus:

Unter Schicht: Polyäthylen-Granulat, d = o,82; (o,3 m Schichthöhe) 0 2 - 4 mm

Obere Schicht: vernetztes, makroporöses PoIy-(o,3 m Schichthöhe) styrol; scheinbare Dichte: o,8o;

0 o,8 - 1,5 mm

Die Schwimmschicht aus Kunststoffkörnern wurde mit 1,6 kg eines feinteiligen makroporösen, schwachbasischen Anionenaustauschers der Korngröße o,2 - o,o5 mm beschickt.

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Der Schwimmbett-Reaktor wird mit einem durch Flockung und Filtration geklärten Abwasser aus einer Textilfabrik mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 6,5 m/h gespeist. Die --e^ui^e-nde Wirkung des Schwimmbett-Reaktors ergibt sich aus dem Vergleich der in der Tabelle III zusammengestellten Eigenschaften des zu- und ablaufenden Wassers.

Tabelle

III

Eigenschaften	Zulauf	Ablauf
Aussehen	leicht trüb, leicht schäumend	klar, nicht schäumend
Farbe	grünlich	praktisch farblos
suspendierte Stoffe mg/1	7	unter 1
pH	9,2	9,3
Leitfähigkeit/u3/cm	141 ο	139o
chemischer Sauerstoffbedarf (KMnO^) mg 0₂/l Tenside mg/1 anionisch nicht-ionisch	46 7,3 2,1	19 1,2 1,1
Gesamtsalzgehalt mval/1	14,2	23
Gesamthärte mval/1	12,3	12,8
Extinktion, 1 cm, 42o nm	o,7	0,07

Bis zum Anstieg der Extinktion auf 25 % des ursprünglichen Wer- tes konnten 15 nr Abwasser durchgesetzt werden. In dieser Zeit wurde das Schwimmschicht-Filter 4-mal durch kurzes Rücksjttllen aufgelockert, um den Druckverlust unter 0,5 Atmosphären zu halten. Während des Betriebes kann man beobachten, daß nicht nur die feinkörnigen Teilchen des Adsorbens, sondern auch die makroporösen Polystyrolkörner der Schwimmschicht Farbstoffe aufnehmen und damit den ReinigungsVorgang unterstützen.

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Beispiel 3 ' * *

Der in Beispiel 1 beschriebene Schwimmbett-Reaktor wurde zum Entfärben von Rohglycerin verwendet. Als Adsorbentien wurden 1,5 kg eines Gemisches aus 8o Gewichtsprozent eines makro- !•orÖ!"¹:., stark basischen Anionenaustauschers und 2o Gewichtsprozent Aktivkohlepulver eingesetzt. Korngröße der Adsorbentien-/liscnung: o,2 - 0,06 mm. Die 4o°C warme, 14 % Glycerin enthaltende Rohglycerin-Lösung wurde in einer Geschwindigkeit von 4 m/h durch den ochwimmbett-Reaktor geleitet. Der Druckverlust am Filter betrug o,2 - o,3 Atmosphären. Farbzahl der Rohglycerin-Lösung: Extinktion 1 cm, 42o nm = 2,3; es konnten 3,5 m Glycerin-Lösung mit einer Extinktion 1 cm, 42o nm = o,3 gewonnen werden. Der letzte Ablauf zeigte noch eine Entfärbung von 65 %» Der ranzige Geruch des Rohglycerins hatte nach Durchlaufen des .Schwimmbett-Reaktors merklich abgenommen.

Beispiel 4

Der in Beispiel 1 beschriebene ochwimmbett-Reaktor wurde zur Behandlung von mittels Ionenaustauschern entsalztem und weitgehend entfärbtem Glycerin verwendet. Als Adsorbentien wurden 1,6 kg einer Mischung aus 5o Gewichtsprozent Aktivkohle und 5o Gewichtsprozent eines makroporösen, stark basischen Anionenaustauschers verwendet. Korngröße der Mischung: o,2 - 0,06 mm. Die 13 Gewichtsprozent Glycerin enthaltende wässrige Lösung wurde mit einer Geschwindigkeit von 4 m/h bei 4o°C durch den Schwimmbett-Reaktor geleitet. Extinktion 1 cm, 42o nm: Zulauf o,2, Ablauf o,o1. Das ablaufende Glycerin war geruchlos. Die Durchflußmenge bis zum Anstieg der Extinktion auf o,o3 im Ablauf

•5 betrug 37 m Lösung.

Beispiel 5

Dieses Beispiel erläutert den Unterschied zwischen Schwimmbett-Reaktor und Anschwemmfilter. In dem Vergleichsversuch wurde ein Abwasser, das gelöste Salze, Farbstoffe, Netzmittel und 1o mg/1 an suspendierten Stoffen, vornehmlich feine Eisenhydroxid-Flocken enthielt, verwendet. Beide Filter enthielten Le A 15 696 - 14 -

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das gleiche Adsorbens, einen makroporösen, schwachbasischen Ionenaustauscher der Korngröße o,2 - 0,06 mm.

Der in Beispiel 1 beschriebene Schwimmbett-Reaktor war mit 2,4 kg des Adsorbens beschickt.

Als Anschwemmfilter wurde eine aus Nylon-Fäden gewickelte Filterkerze mit einem Porendurchmesser von 1o/um und einer

Filterfläche von o,42 m ,beschickt mit o,5 kg Adsorbens, verwendet. Der bei obm Betrieb der beiden Filteraggregate auftretende Druckverlust in Abhängigkeit von der Durchflußgeschwindigkeit ist in der folgenden Tabelle IV zusammengestellt.

Tabelle IV

Druckverlust zu Anfang der Beladung

Schwimmbett-Reaktor Anschwemmfilter

Durchflußgeschwin- Druck- Durchflußgeschwin- Druckdigkeit (m/h) verlust digkeit (m/h) verlust

(Atm) (Atm)

3 0,03 2 o,4

4,2 ο,οβ 2,5 o,5

5,5 o,17 3,o o,7

7,o o,25 5,o 1,o

6,o 1,25

Trotz einer erheblich höheren (7-fachen) Flächenbelegung mit Adsorbens zeigte der Schwimmbett-Reaktor einen wesentlich geringeren Druckverlust als das Anschwemmfilter.

Die Verstopfung der Filterschichten konnte über den zeitlichen Abfall der Durchflußgeschwindigkeit bei konstantem Vordruck beobachtet werden.

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Schwimmbett-Reaktor Vordruck o,2 Atm

innerhalb von 3 Stunden Rückgang von 6 m/h auf 5 m/h

Anschwemmfilter

Vordruck 1,2 Atm

innerhalb von 1 Stunde Rückgang von 6 m/h auf 1 m/h

Beispiel 6

In dem Abwasser einer Färbemaschine (Haspelkufen-Restflotte) werden die flockungsfähigen Stoffe durch Zugabe von 9oo mg/1 Aluminiumsulfat

4o mg/1 Polyacrylamid (Praestol 2935) und Einstellen des pH auf 7 durch Zugabe von Kalziumhydroxid ausgeflockt. Die erhaltene Suspension wird durch ein Schlammschwebebett geleitet. Dem Schlammschwebebett unmittelbar aufgesetzt ist ein Schwimmschichtfilter, bestehend aus einer Doppelschicht schwimmfähigen"Polyäthylen-Granulats der Korngrößen 0,5 - 1,0 und 1,5 - 4 mm, in die ein makroporöser,, mittelstark basischer Anionenaustauscher der Korngröße 0,2 - 0,05 mm in einer Menge von 5 kg je m Granulat eingeschwemmt worden war. Der Schwimm bett-Reaktor dient zur gleichzeitigen Abscheidung der Schlammflocken und der Adsorption von gelösten Stoffen, die nach der Flockung noch in der Lösung verblieben sind. In Tabelle V sind die Eigenschaften des Abwassers vor und nach der Flockung und nach der Behandlung im Schwimmbett-Reaktor zusammengestellt.

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Tabelle	cm	V	unbehandelt	Abwasser nach Flockung	nach Filtra tion durch Schwimmbett- Reaktor
Eigenschaften	38	6,6 "	7,15	7,1
pH	43	dunkelgrün	dunkelgrün	hellgrün
Farbe	66,
Extinktion 1		5	2,7	o,49
Filter S	3,2	1,8	o,2o
S	6 o,94	o,34o	o,o8
. S	61	24	5
Tenside mg/1

Wurde das aus dem Schwimmbett-Reaktor austretende Abwasser anschließend über ein Anschwemmfilter geleitet, das mit 8oo g einer 1:1: 1-Mischung aus Aktivkohle-Pulver, einem pulverförmigen makroporösen, mittelstark basischen Anionenaustauscher und Cellulosepulver (Korngröße der Mischung: o,2 - o,o5 mm) je m Filterfläche beschickt war, so wurde bei einer Filtrationsgeschwindigkeit von 8 m/h ein Abwasser erhalten, das folgende Eigenschaften aufwies:

PH	S	cm	7,15
Farbe	S	38	fast farblos
	S	43
	mg/1	66,6	o,o9
Extinktion 1			o,o6
		o,o1
	unter 1

Tenside

Nach 3-stündiger Filtration über das Anschwemmfilter war der Druckabfall auf 1,5 Atm angestiegen. Daraufhin wurde die Adsorptionsmittelschicht abgeschwemmt, durchgemischt und

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erneut angeschwemmt. Dieses Abschwemmen, Mischen und Neuanschwemmen konnte 5-mal ausgeführt werden, bevor die Extinktion auf 3o % des Zulaufwertes angestiegen war.

Beispiel 7

Abwasser aus der Waschanlage einer Continue-Färbemaschine für Synthesefaser-Gewebe, das wechselnde Kengen und Arten von Farbstoffen und Textilhilfsmitteln und erhebliche Mengen Schwebestoffe (Faserabrieb) enthielt, wurde in zwei hintereinander geschalteten Schwimmbett-Reaktoren behandelt.

Beide Reaktoren entsprachen in ihrem Aufbau dem in Beispiel 1 beschriebenen Schwimmbett-Reaktor. Der erste Reaktor wies ein Innendurchmesser von 4oo mm, der zweite einen inneren Durchmesser von 3oo mm auf. Als Adsorbens wurde in beiden Reaktoren eine Mischung aus gleichen Gewichtsteilen eines makroporösen Kationenaustauschers und eines makroporösen, mittelstark basischen Anionenaustauschers verwendet (Korngröße des Adsorbens: 0,25 - 0,03 mm). Die Polyäthylen-Granulat-Schwimmschicht des ersten Reaktors enthielt 2 kg Adsorbens (11,7 kg/nr), die Schwimmschicht des zweiten Reaktors 1 kg (7,1 kg/m³).

Das Abwasser wurde mit einer Geschwindigkeit von 75o l/h über die Reaktoren geleitet. Dabei wurde eine praktisch vollständige Entfärbung des Abwassers erreicht. Nach Durchsatz von 51.ooo 1 wurden die im zweiten Reaktor befindlichen Adsorbentien in den ersten Reaktor gespült und der zweite Reaktor mit der gleichen Menge frischer Adsorbentien beschickt. Danach konnten wiederum 22.5oo 1 Abwasser bis zur praktisch vollständigen Entfärbung gereinigt werden. Die Qualität des gereinigten Abwassers gestattete seine Wiederverwendung in der Waschanlage ohne Beeinträchtigung der behandelten Färbungen.

Die Eigenschaften des Abwassers vor seiner Reinigung und nach Le A 15 696 - 18 -

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der Behandlung im ersten und zweiten Schwimmbett-Reaktor sind in der Tabelle VI zusammengestellt.

Tabelle VI

Eigenschaften vor Filter	7,3	Abwasser nach 1. Filter	nach 2. Filter
pH	22o	7,1	6,9
Leitfähigkeit/uS/cm	1,8	225	235
Gesamthärte mval/1	1,7	o,2	o,0
Tenside mg/l	3o	o,3	o,1-o,2
Chemischer Sauerstoff bedarf (KMnO^) mg 0₂/l	gelbbraun bis grün	21	18
Farbe	6o	schwach gelb	farblos
Schwebestoffe mg/1		4	o,5
Beispiel 8

Das in einer Textilfärberei anfallende Abwasser wurde nach biologischer Vorreinigung mit einer Geschwindigkeit von 9oo l/h über die in Fig. 3 beschriebene Filteranlage geleitet.

Die Filteranlage bestand aus dem Abwasserbecken (1), der Dosierungsanlage für Flockungsmittel (2), dem Flockungsbecken (3), der Förderpumpe (4), dem Schwimmbett-Reaktor (5), der Schlammfilterpresse (6), der Schlammrückführung (11), dem Zwischenbecken (7), den Adsorberkolonnen (8) und (9) und der Förderpumpe (1 ο).

Als Flockungsmittel wurden je 1 Abwasser 2o mg Eisen-III-chlorid, 4o mg Aluminiumsulfat und 3 mg Polyacrylamid (Praestol 2539) zugesetzt.

Der Schwimmbett-Reaktor (5) wies einen Innendurchmesser von 600 mm auf. Die untere Hälfte der 65o mm starken Schwimmschicht

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bestand aus Polyäthylen-Granulat der Dichte o,82, Korngröße: 2-4 mm, die obere Hälfte aus Granulat von vernetztem makroporösem Polystyrol der scheinbaren Dichte 0,80, Korngröße: 0,8 ·- 1,5 mm. Als feinteilige Adsorbentien wurden in diese Schwimmschicht 2100 g einer Mischung aus 2o Gewichtsprozent Aktivkohlepulver und 80 Gewichtsprozent eines makroporösen, schwachbasischen Anionenaustauschers eingeschwemmt.

Die Adsorptionskolonne (8), Innendurchmesser 3oo mm, war mit 4o 1 granulierter Aktivkohle, die zweite Adsorptionskolonne (9), Innendurchmesser 3oo mm, mit 35 1 einer Mischung aus gleichen Volumenteilen eines makroporösen Kationenaustauschers (mit Divinylbenzol vernetzte Polyacrylsäure) in der Η-Form und eines makroporösen schwachbasischen Anionenaustauschers (mit Divinylbenzol vernetztes, tertiäre Aminogruppen in aliphatischer Bindung aufweisendes Polystyrolharz) gefüllt.

In Tabelle VII sind die Eigenschaften des Abwassers vor und nach Durchlauf der einzelnen Stufen der Filteranlage angegeben. Aus dem Vergleich der Eigenschaften des zulaufenden Wassers mit denen des die Filteranlage verlassenden Abwassers ergibt sich die ausgezeichnete Reinigungswirkung der Anlage.

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Tabelle VII

ca οο οο

PH

Leitfähigkeit/uS/cm

Gesamtsalzgehalt

mval/1

Gesamthärte mval/1 Tenside mg/1

Chemischer Sauerstoffbedarf (KMnO.) mg 0₂/l

Extinktion 1 cm,42o nm Schwebestoffe mg/1 Farbe

Rohwasser	nach Flockung	nach Schwimmbett- Reaktor	nach 1. Kolonne	nach 2. Kolonne
8,1	8,9	8,5	7,8	6,7
98oo	1o5oo	10600	1o3oo	89oo
63	65	65	65	59
2,1	2,8	2,7	2,75	0
5,6	3,2	o,7	o,7	<o.V
18o	85	31	25	18
2,35	1,2	o,3	o,o6	o,o4
2oo	65	6	<1	<1
dunkel braun	gelb braun	hell gelb	farblos	farblos

Claims

Patentansprüche:

Flüssigkeiten durch Adsorption und/oder Ionenaustausch dieser gelösten Stoffe an feinteiligen Adsorbentien und/ oder Ionenaustauschern, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeiten durch Filter leitet, die aus grobkörnigen Trägermaterialien und feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauschern aufgebaut sind.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößen des grobkörnigen Materials mindestens 3-mal größer sind als die durchschnittliche Korngröße der feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher.
3.) Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des grobkörnigen Materials etwa 3- bis 25-mal größer ist als die Korngröße der feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher.
4.) Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des grobkörnigen Materials 5- bis 2o-mal größer ist als die Korngröße der feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher.
5.) Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößen der feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher etwa o,3 - o,o1 mm betragen.
6.) Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man 1 - 2o kg feinteilige Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher je 1 m grobkörnigen Materials anwendet.

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7.) ^vsrfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeiten zunächst durch ein Schlammschwebebett leitet.
8.) Filter zum Entfernen von gelösten Stoffen aus Flüssigkeiten durch Adsorption und/oder Ionenaustausch dieser gelösten Stoffe an feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauschern, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus grobkörnigen Trägermaterialien und feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauschern bestehen.
9.) Filter gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der grobkörnigen Trägermaterialien mindestens 3-mal größer als die der feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher ist.
1o.) Filter gemäß Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößen der grobkörnigen Trägermaterialien -5- bis 2o-mal großer sind als die Korngrößen der feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher.
11.) Filter gemäß Anspruch 8 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößen der feinteiligen Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher o,3 - o_to1 mm betragen.
12.) Filter gemäß Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie 1-2o kg feinteilige Adsorbentien und/oder Ionenaustauscher je 1 m grobkörnigen Materials enthalten.
13.) Filter gemäß Anspruch 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es als Schwimmschichtfilter ausgebildet ist.
14.) Filter gemäß Anspruch 8 bis 13 _t dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Schlammschwebebett kombiniert ist.

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