DE2455233A1

DE2455233A1 - Verfahren zur entfernung und gewinnung von ammoniak aus abfallwasser

Info

Publication number: DE2455233A1
Application number: DE19742455233
Authority: DE
Inventors: Larry Gene Kepple
Original assignee: CH2M Hill Inc
Current assignee: CH2M Hill Inc
Priority date: 1974-02-11
Filing date: 1974-11-21
Publication date: 1975-08-14
Also published as: JPS50115192A; FR2260532B3; FR2260532A1

Description

Patentanwälte Dipi.-Ing. F. Wi όκμανν..

Dipl.-Ing. H.Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke • HAZE/MY Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

Gase 18 374 postfach 860820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

<983921/22>

CH2M HILL, INC.
1600 S.W.Western Blvd., Corvallis, Oregon 97330 /USA

Verfahren zur Entfernung und Gewinnung von Ammoniak

aus Abfallwasser

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren für die Entfernung und Gewinnung von Ammoniak aus Abfällwasser oder anderem Wasser, das Ammoniak enthält. Der pH-Wert des Abfallwassers wird auf 11 oder höher erhöht, wobei bei diesen Bedingungen Ammoniak im wesentlichen vollständig als gelöstes Gas vorhanden ist. Das Ammoniak kann von dem Abfallwasser abgestreift werden, indem man die Flüssigkeit einem ammoniakfreien Oasstrom wie Luft in einem Abstreifturm aussetzt. Das Ammoniak wird in den Luftstrom abgegeben und von dem Turm entnommen. Das Ammoniak in dem Luftstrom wird durch Waschen, d.h. Scrubben (Behandeln und Absorption) der Luft mit einer wäßrigen Lösung mit niedrigem pH-Wert gemäß einem Umkehrgasaustauschphänomen von der Abstreifstufe gewonnen. Durch Auf-· rechterhaltung eines niedrigen pH-Werts (üblicherweise 7 oder weniger) werden in der Absorptionslösung irgendwelche gasförmigen Moleküle, die in die Lösung abgegeben wurden und darin gelöst sind, fast vollständig in Ammoniumionen durch Umsetzung mit überschüssigen Wasserstoffionen überführt und sie sind somit in dem Absorptionsmittel eingeschlossen. Der Luftstrom von der Absorptionseinheit wird dann.zu der Abstreifeinheit zurückgeführt und so wird der Zyklus für den Luftstrom geschlossen. Säure wird zu der Absorptionslösung zu-

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gegeben, um den pH-Wert niedrig zu halten, wenn Ammoniak absorbiert und in Ammoniumionen überführt wird. Ammoniak wird periodisch aus der Absorptionseinheit als konzentrierte Ammoniumsalzlösung oder als Ammoniumsalzniederschlag entnommen. Sowohl das Abstreifverfahren als auch das Absorptionsverfahren werden im wesentlichen bei der Temperatur des Abfallwassers durchgeführt und sie unterscheiden sich nur in den Wirkungen der Umgebungsbedingungen außerhalb der Verfahrenseinheiten. Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt, verglichen mit dem normalen Abstreifverfahren,die folgenden Vorteile: (1) das Ammoniak kann wiedergewonnen werden, (2) das Verfahren ist von den Umgebungslufttemperaturen nahezu unabhängig (da keine kontinuierliche Strömung von Außenluft verwendet wird), (3) die üblichen Verkrustungen im Turm werden fast vollständig beseitigt, die durch Umsetzung von Kohlendioxyd in der Luft mit Calciumionen und Hydroxydionen, die in dem Abfallwasser vorhanden sind, auftreten, wobei ein Verkrustungsniederschlag von Calciumcarbonat gebildet wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Entfernung und Gewinnung von Ammoniak aus Äbfallwasser oder einem anderen mit Ammoniak beladenen Wasser. -

Ammoniak ist üblicherweise in allen Haushaltsabwässern und in vielen industriellen Abwässern vorhanden. Es ist wünschenswert, daß solches Ammoniak durch Behandlung vor der Abgabe des Abfallwassers in das Aufnahmewasser entfernt wird. . ' Ammoniak ist eine Stickstoff enthaltende Verbindung und Stickstoff ist ein wesentlicher Pflanzennährstoff. Dieser Nährstoff und seine Abgabe in die Aufnahmegewässer kann oft eine Stimulierung von unerwünschtem Algenwachstum und Zersetzung von solchen Gewässern bewirken. Er kann ebenfalls bei bestimmten Bedingungen gegenüber Fischen toxisch sein.

Ein Verfahren für die Ammoniakentfernung, das heute häufig verwendet wird, ist das Ammoniakabstreifeh. Bei diesem Ver-

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fahren muß das Ammoniak in dem- Abfallwasser entweder in Form eines gelösten Gases vorliegen oder es muß in diese Form überführt werden, indem man den pH-Wert des Abfallwassers erhöht, üblicherweise auf ungefähr 11. Das Abfallwasser wird dann durch einen Abstreifturm gelei.tet, wo das Ammoniak in einen Luftstrom entweicht, der üblicherweise in die Atmosphäre abgegeben wird.

Das Ammoniakabstreifverfahren in seiner üblichen Form unterliegt s.ehr vielen engen Beschränkungen. Diese Beschränkungen werden in Einzelheiten in einer Arbeit mit dem Titel "New Developments in Ammonia Stripping" von John G. Gonzales und Russell L. CuIp. Public Works Magazine, May 19731 beschrieben.. Eine Zusammenfassung dieser Beschränkungen wird im folgenden gegeben.

(1) Temperatur - Wenn'die Umgebungslufttemperaturen auf unter O⁰C (32⁰F) fallen, gefriert der Turm und der Betrieb muß aufhören.

(2) Calciumcarbonatverkrustung bzw. Kesselsteinbildung Das Kohlendioxyd* das natürlicherweise.in dem Luftstrom vorkommt, reagiert mit dem Calcium- und Hydroxydionen in dem Abfallwasser und bildet einen Niederschlag aus Calciumcarbonat. Dieser bildet oft auf den Turmspitzen Kesselstein, der schwierig zu entfernen ist und einen Verlust in der Abstreifleistung ergibt. . - ·

Da bei dem Verfahren die Freigabe von Ammoniak in die Atmosphäre erfolgt, besteht zusätzlich die Möglichkeit, daß das Ammoniak zurück in das Aufnahmewasser kommt. Es kann ebenfalls der Fall eintreten, daß Ammoniak mit anderen Verbindungen in der Luft reagiert und daß Verbindungen, die die Luft verschmutzen, gebildet werden. Und schließlich besteht der Nachteil, daß das Ammoniak nicht wiedergewonnen wird und daß das Ammoniak nicht direkt zurück in die Nahrungsmittelkette recyclisiert werden kann.

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Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Entfernung und Gewinnung von Ammoniak aus Abfallwasser, d.h. Abfallwasser von Abfallbehandlungsanlagen. Bei dem verbesserten Verfahren wird ein Luftstrom in geschlossenem Zyklus zum Abstreifen des Ammoniaks aus dem Abfallwasser verwendet. Das Ammoniak wird anschließend aus der Luft entfernt und durch Konzentrierung in einer Absorptionsflüssigkeit gewonnen. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren kurz näher erläutert .

Das Ammoniak wird zuerst von dem Abfallwasser abgestreift, indem man es mit einem kontinuierlichen rezirkulierenden Luftstrom, der im wesentlichen ammoniakfrei ist, behandelt, so daß das Ammoniak von dem Abfallwasser in den Luftstrom abgegeben wird und von der Abstreifeinheit entfernt wird. Der Luftstrom, der Ammoniak enthält, wird dann durch eine Absorptionseinheit so geleitet, daß das Gas mit einer Absorptionslösung mit niedrigen pH-Wert (ungefähr 7 oder niedriger) behandelt wird, wobei das Austauschphänomen umgekehrt wird und das Ammoniak absorbiert wird. Durch Aufrechterhaltung einer Lösung mit niedrigem pH-Wert wird das Ammoniak in Ammoniumionen überführt und somit wirksam gebunden bzw. eingeschlossen. Nach dem Durchgehen durch die Absorptionseinheit wird der Luftstrom, der nun im wesentlichen ammoniakfrei ist, zurück in die Abstreifvorrichtung mit Gebläsen oder mit einer anderen mechanischen Vorrichtung geleitet und auf diese Weise kontinuierlich rezirkuliert. Die Absorptionslösung kann kontinuierlich innerhalb der Absorptionsvorrichtung mit Pumpen oder anderen mechanischen Mitteln rezirkuliert werden, so daß der notwendige Kontakt möglich wird. Das Absorptionsmittel wird bei niedrigen pH-Bedingungen gehalten, indem man zu der Lösung kontinuierlich oder portionsweise Säure zufügt. Das Ammoniak wird schließlich aus der Absorptionsvorrichtung durch Abblasen oder Ableiten der konzentrierten Ammoniumsalzlösung oder als ausgefälltes Ammoniumsalz entfernt. Zusätzliches

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Wasser wird je nach Bedarf zugefügt. Das Ammoniaksalz, das als Nebenprodukt anfällt, kann als Düngemittel verwendet werden; dies ist ein Beispiel für seine Verwendung.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Fig. 1 ist ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens und · ·

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, in der bestimmte Betriebsparameter der vorliegenden Erfindung näher erläutert werden.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß das im Abfallwasser gelöste Ammoniak vollständig als gelöstes Gas vorliegen oder es muß in diese Form aus der Ammoniumionenform überführt werden. Dies kann erfolgen, indem man den pH-Wert des Abfallwassers durch Kalk, kaustische oder andere alkalische Chemikalien erhöht, wodurch Hydroxylionen in das Wasser gebracht werden und die Ammoniumionen in Ammoniakgas entsprechend der folgenden Gleichung überführt werden:

NH^⁺ + OH" ) NH₃ +H₂O

Üblicherweise ist ein pH-Wert von 10 oder höher wünschenswert und bevorzugt sollte der pH-Wert auf 11 oder höher erhöht werden. Bei einem pH-Wert von 11 sind ungefähr 99% des Ammoniaks in ΝΗ,-Gasform vorhanden, entsprechend den bekannten Gleichgewichtskonstanten für die obige Reaktion.

Nachdem das Ammoniak in gelöster Gasform vorliegt und im allgemeinen nachdem eine Klärstufe zur Entfernung von irgendwelchen Niederschlägen durchgeführt wurde, wird das Abfallwasser zu der Abstreifeinheit, die mit 10 in Fig. 1 bezeichnet ist, abgezogen (üblicherweise gepumpt).

Als Abstreifeinheit 10 kann man irgendeine von einer Anzahl von Vorrichtungen verwenden, die ermöglichen, daß das Abfall-

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wasser mit einem Gas auf solche Weise behandelt wird, daß ein großer Grenzflächenoberflächenbereich vorhanden ist und ein kontinuierliches Mischen von Gas und Flüssigkeit sichergestellt ist. Im allgemeinen, aber nicht notwendigerweise, arbeitet man im Gegenstrom von Flüssigkeit zu Gas, wodurch der Übergang von gelösten Gasmolekülen in den Gasstrom entsprechend den üblichen Gaslöslichkeiten und Gasübergangsgleichungen aktiviert wird. Da im Falle der vorliegenden Erfindung das einzige Gas, das aus dem kontinuierlichen rezirkulierenden Gasstrom entfernt wird, Ammoniak ist, ergibt sich, daß der Gasstrom im Gleichgewicht mit allen anderen gelösten Gasen im Abfallwasser vorliegt und daß nur gelöstes Ammoniakgas von der Flüssigkeit an das Gas in der Abstreifeinheit abgegeben wird.

Beispiele von Abstreifeinheiten, die verwendet werden können, umfassen Abstreiftürme der offenen Lattenart bzw. offenlattige Türme, sog. open-slat stripping towers", oder der Glockenart (die oft als Kühltürme verwendet werden)j gepackte Türme, Oberflächenbesprühungen, belüftete Mischvorrichtungen und Vakuumentgaser. Üblicherweise wird Luft als Gasstrom in den Abstreifvorrichtungen verwendet. Es wurde gefunden, daß offenlattige Abstreiftürme am besten geeignet sind, um Ammoniak von den meisten Abfallwässern abzustreifen, da hohe Luftvolumen erforderlich sind, um das Ammoniak bei einem niedrigen Rest abzustreifen, und das relativ große Volumen und die offene Bauart der Kühltürme so ist, daß kein ernster¹ Druckabfall auftritt. Es wurde gefunden, daß im Falle von"

■5 Abfallabwässern Luftströmungen von ungefähr 8,5 bis 17,0 m

(300 bis 600 cubic feet)/3,8 1 (gallon) Abwasser im allge- · meinen erforderlich sind, um die gewünschte Entfernung über bei den üblichen Ammoniakabs treif turmverfahren zu ergeben.

Im Falle des verbesserten Verfahrens ist das rezirkulierte Gas, das verwendet wird, anfangs Luft, aber es ändert seinen Gehalt und ist im Gleichgewicht mit dem Abfallwasser (und die

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in der Absorptionslösung gelösten Gase, mit Ausnahme des Ammoniaks, sind im Gleichgewicht mit dem rezirkulierenden Gas). Da die Abfallwässer üblicherweise im Gleichgewicht mit dem Stickstoffgas in der Atmosphäre sind und üblicherweise eine Sauerstoffkonzentration besitzen, die unter der Gleichgewichtskonzentration liegt, bedingt durch biologischen Abbau, wird das rezirkulierende Gas im allgemeinen ähnlich sein wie wassergesättigte Luft, wird aber eine geringere Sauerstoffkonzentration als üblich besitzen und Kohlendioxyd wird vollständig abwesend sein. Die Menge an verwendeter Luft wird üblicherweise in dem Bereich der oben angegebenen Menge liegen, sie wird aber variieren, abhängig von der Art der verwendeten Abstreifeinheit.

Das Abfallwasser wird üblicherweise in die Abstreifeinheit 10, insbesondere im Falle eines Abstreifturms, gepumpt, wo es herabrieselt und durch die Schwere über das Turmmedium fällt. Die Recyclisierung des Abfallwassers kann durch die Abstreifeinheit 10 mit einer Recyclisierungspumpe 12 erfolgen, wieder in Abhängigkeit von der Art der Abstreifeinheit und den verwendeten Beladungsmengen bzw. Raten.

Der Luftstrom kann kontinuierlich durch die Abstreifeinheit und die Absorptionseinheit 18 mit einem Gebläse 14 oder einer anderen mechanischen Vorrichtung rezirkuliert werden. Das Gasleitungssystem sollte im wesentlichen luftdicht sein, mit Ausnahme für Vorrichtungen zur Einführung von Luft, die er- ' forderlich sind, um den Atmosphärendruck aufrechtzuerhalten, wenn ein solcher Druck aus baulichen Gründen wünschenswert ist. In jedem Fall ist es erforderlich, soviel Außenluft wie möglich auszuschalten, um das Kohlendioxyd (CO₂), welches natürlich in der Luft vorhanden ist (in einer Menge von ungefähr 0,03%), aus dem System herauszuhalten. Abfallwasser mit einem pH-Wert von ungefähr 11 oder höher sind im wesentlichen von CO₂ frei, wird jedoch CO₂ zu einem solchen Abfallwasser zugegeben, wird üblicherweise entsprechend der folgenden Gleichung ein Calcium-

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carbonatniederschlag gebildet:

Ca⁺⁺ + CO₂ + 2OH" ) CaCO₃ + H₂O

Calciumionen (Ca ), die für die obige Reaktion erforderlich sind, sind in gewissem Ausmaß in fast allen Abfallwässern vorhanden.

Der Calciumcarbonatniederschlag bildet besonders leicht Kesselstein und dies ist einer der Nachteile der heute -verwendeten Ammoniakabstreifverfahren, in denen Luft mit einem einzigen Durchgangssystem verwendet wird. Die Beseitigung dieser Kesselsteinbildung ist ein großer Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und wird dadurch erreicht, daß man die Luft rezirkuliert, wobei die Einführung von CO₂ vollständig oder fast vollständig vermieden wird.

Nach dem Durchleiten durch die Abstreifeinheit 10 wird die Luft, die Ammoniakgas enthält, in die Absorptionseinheit 18 geleitet. Die Absorptionseinheit 18 kann fast ähnlich wie die Abstreifeinheit sein, da die gewünschten Bedingungen im wesentlichen gleich sind, d.h. der Kontakt des Gases mit der Absorptionsflüssigkeit, wobei man dafür Sorge tragen muß, daß ein ausreichender Oberflächenbereich für die Einwirkung oder Grenzflächenbereiche vorhanden ist und daß die Luft und die Flüssigkeit kontinuierlich vermischt werden, um Konzentrationsansammlungen und eine Verzögerung des Austausches zu vermeiden. Das Austauschphänomen ist genau umgekehrt wie das in der Abstreifeinheit. In der Abstreif.einheit entweichen die Ammoniakgasmoleküle, die in der eintretenden Flüssigkeit gelöst sind, in die Luft und sie werden von der.Abstreifvorrichtung durch einen schnellfließenden Luftstrom transportiert, wohingegen in der Absorptionsvorrichtung die Ammoniakgasmoleküle in dem Luftstrom mit der Absorptionsflüssigkeit zusammentreffen und viele von ihnen in der Flüssigkeit eingeschlossen (oder gelöst) werden entsprechend der Gaskinetik. Die Absorp-

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tionsflüssigkeit wird üblicherweise eine Salzlösung sein, die bei einem pH-Wert unter 7 und bevorzugt bei 6,5 oder niedriger gehalten wird. Bei dieser Acidität werden die Ammoniakgasmoleküle in der Absorptionsflüssigkeit eingeschlossen (oder gelöst) und sofort wieder in Ammoniumionen überführt, da die Absorptionsflüssigkeit einen Überfluß an Wasserstoff ionen enthält. Die folgende Gleichung zeigt diese Umwandlung an:

Solange ein Überschuß an Wasserstoffionen vorhanden ist (niedriger pH), verläuft die Umsetzung nach rechts. Überschüssi ge Wasserstoffionen können beibehalten werden, indem man Säure entweder kontinuierlich oder portionsweise zufügt.

Durch Aufrechterhaltung der überschüssigen Acidität und kontinuierliches Führen der Umsetzung nach rechts und Umwandlung von gesamtem gelöstem Ammoniak in die Ammoniumionenform steht die gesamte Antriebskraft zur Verfügung, ohne daß eine Verzögerung eintritt, bedingt durch Konzentrationsanreicherung in der Absorptionsflüssigkeit. Dies ist ein Grund, weshalb in der Absorptionseinheit im allgemeinen ein geringerer Oberflächenbereich erforderlich ist und es weniger erforderlich ist, die Flüssigkeit zu vermischen als in der Abstreifeinheit, wo eine Verzögerung der Antriebskraft auftritt, wenn sich Ammoniakgas in dem Luftstrom anreichert.

Abhängig von der Art der Säure, die man verwendet, um die ge- . wünschte Acidität aufrechtzuerhalten, reichern sieh unterschiedliche Formen an Ammoniumsalzen in der Absorptionsflüssigkeit an. Wird Schwefelsäure zugegeben, so tritt die folgende Umsetzung auf: .

2NH, + H₂SO^ —-—^ (NH₄J₂SO₄ Ammoniumsulfat

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Ammoniumsulfat wird üblicherweise als Düngemittel verwendet.

Ein weiteres Beispiel ist die Verwendung von Chlorwasserstoff säure:

NH, + HCl > NH^Cl Ammoniumchlorid

Das Ammoniak wird schließlich aus der Absorptionseinheit entweder als Flüssigkeit oder trockenei ausgefällter) Niederschlag entnommen, abhängig von der Art der verwendeten Säure, den aufrechterhaltenen Konzentrationen und der Art der verwendeten Absorptionsvorrichtung.

Eine Wasserzufuhr wird erforderlich sein, um den Wasserverlust in Niederschlägen der Salzlösungen zu ersetzen.

Es ist wichtig, daß der rezirkulierende Gasstrom mit Wasserdampf gesättigt wird, aber es ist weiterhin wichtig, daß der flüssige Übergang in Form von Nebel oder Tröpfchen nicht zwischen der Abstreifeinheit und der Absorptionseinheit stattfindet. Da sehr hohe Konzentrationen an Ammoniumionen üblicherweise in der Absorptionsflüssigkeit vorhanden sind, würde ein Übergang einer solchen Flüssigkeit in 'die Abstreifeinheit bewirken, daß das Ammoniak sich in dem abgestreiften Abstrom ansammelt. Wenn dieser Übergang in wesentlichen Mengen auftritt, dann würde das gesamte System schließlich ein Gleichgewicht erreichen und es würde kein Ammoniak entfernt werden. Diese Schwierigkeit kann reguliert werden, indem man niedrige Luftströmungsgeschwindigkeiten und/oder geeignete Ablenkbleche verwendet,· um einen solchen Flüssigkeitsübergang zu verhindern.

Damit das Verfahren wirtschaftlich ist, ist es üblicherweise wünschenswert, sehr hohe Konzentrationen an Ammoniumsalzen in der Absorptionsflüssigkeit aufrechtzuerhalten. Wenn Ammoniumsulfatlösung eingesetzt wird, die als.Düngemittel verwendet wird, so ist es beispielsweise wünschenswert, die Konzen-

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tration bei 5% oder höher zu halten, damit das Nebenprodukt nicht überschüssige Wassermengen einschließt, was erhöhte Transport- und Verteilungskosten bedeutet. Wenn Flüssigkeit in Neben- oder Tröpfchenform von der Abstreifvorrichtung zu der Absorptionsvorrichtung transportiert wird, wird sie die gewünschte konzentrierte Absorptionsflüssigkeit verdünnen.

Einer der Hauptvorteile dieses verbesserten Verfahrens ist die Tatsache, daß es fast vollständig bei Umgebungstemperaturen durchgeführt werden kann. Die Betriebstemperatur wird im wesentlichen die Temperatur des eintretenden Abfallwassers sein, die üblicherweise von ungefähr 5 bis 25⁰C beträgt. Da die Strömung durch das Volumen im allgemeinen groß ist, wird■ der Einfluß der Außenluftemperaturen minimal sein und oft durch eine mäßige Isolierung um die verschiedenen abgedichteten Behälter (Türme, Leitungen usw.) herum ausgeschlossen werden können.

Es ist wünschenswert, daß die Betriebstemperatur so hoch wie möglich ist, da die Leistung des Abstreifens und der Absorption mit der Temperatur steigt. Das Verfahren arbeitet jedoch bei irgendeiner Temperatur über dem Gefrierpunkt des Abfallwassers.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel

Simuliertes Abfallwasser wird als Prototyp bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet. Ammoniumhydroxyd und Natriumhydroxyd werden zu Trinkwasser in Mengen zugegeben, die erforderlich sind, um übliche Haushaltsabfall-Wasserkonzentrationen von 15 bis 35 mg/l Ammoniak und eine wünschenswerten pH-Wert von ungefähr 11 zu ergeben. Die Abstreif- und Absorptionseinheiten werden hergestellt, indem man ein Medium aus suspendierten Holzfasern verwendet, wie es

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üblicherweise in Verdampfungskühlern eingesetzt wird, um die erforderliche Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche zu erhalten. Gebläse werden verwendet, um die Rezirkulierung des Gasstroms zu erreichen. Pumpen werden verwendet, um das simulierte Abfallwasser in der Abstreifvorrichtung und die Absorptionsflüssigkeit in der Absorptionsvorrichtung zu recyclisieren.

Die Abstreifvorrichtung wird zuerst geprüft, um die Abstreifleistung festzustellen, wobei man ein System mit einem Durchgang mit Luft bei einer Strömung zwischen ungefähr 925 und 975 ml/min des simulierten Abfallwassers verwendet. In diesem Fall war die Absorptionsvorrichtung nicht in Betrieb und frische Luft wurde verwendet, damit das Abstreifen nicht verzögert wurde, bedingt durch die Ansammlung von Ammoniak in dem Luftstrom. Die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens bzw. dieses Versuches ist in Fig. 2 dargestellt. Bei der verwendeten Strömungsgeschwindigkeit beträgt die Leistung durch Luftabstreifen ungefähr 46%.

Das Absorptionssystem wird dann in Betrieb gesetzt, wobei man Wasser als Absorptionsflüssigkeit verwendet, und das System wird ummantelt und versiegelt, damit ein geschlossener GasreZirkulationsweg entsprechend dem Diagramm von Fig. 1 erhalten wird. Die Leistung der Abstreifeinheit mit der Absorptionseinheit in Betrieb ist, wenn man mit einer Strömungsgeschwindigkeit von ungefähr 900 ml/min arbeitet, im wesentlichen gleich wie die der Abstreifeinheit, wenn man frische ' Luft verwendet.

Die Abfallwasserströmungsgeschwindigkeiten werden variiert, um die Leistung des Ammoniakabstreif- und Wiedergewinnungsverfahrens bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu bestimmen. Diese Werte sind ebenfalls in Fig. 2 dargestellt.

Die Temperatur des simulierten Abfallwassers wird zwischen 8 und 12⁰C während der gesamten Zeit gehalten, während der

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die Werte gesammelt wurden, die in Fig. 2 dargestellt sind. Die Temperatur des abströmenden Materials ist üblicherweise 1 bis 2⁰C höher, bedingt durch den Einfluß der höheren Temperatur der Umgebungsluft. Die Umgebungstemperatur erhöht die Temperatur des einströmenden Materials, bedingt durch die Wärmezufuhr durch' die Seiten der Umhüllung. Die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit ist gleich wie die Temperatur des abströmenden Materials, da die recyclisierende Luft so wirkt, daß die beiden Systeme im wesentlichen bei gleicher Temperatur gehalten werden.

Die Schwefelsäurelösung wird zu der Absorptionsflüssigkeit portionsweise zugegeben, um die gewünschte Acidität aufrechtzuerhalten. Dabei werden Ammoniumsulfatsalze gebildet. Die Ammoniumsulfatlösung wird bei einer Konzentration zwischen 7 und 10% gehalten. Das Ammoniumsulfat wird zu Anfang zu der Absorptionsflüssigkeit zugegeben, um die erwarteten Betriebswerte in einem System, das während einiger Zeit in Betrieb ist, nachzuahmen. Der pH-Wert in der Absorptionsflüssigkeit variiert von 1,7 bis 2,0 nach der Säurezugabe zu einem pH-Wert von ungefähr 6,5 vor der Säurezugabe.

Bei dieser Ammoniumsulfatkonzentration in der Absorptionsflüssigkeit wurde gefunden,' daß bei einer Erhöhung des pH-Wertes auf ungefähr 7,25 in der Absorptionsflüssigkeit das Absorptionssystem das Gleichgewicht erreicht und daß die Ammoniakentfernung auf nur einige Prozent fallen würde. Es ' wurde weiterhin gefunden, daß es erforderlich ist, einen pH-Wert unter 6,5 aufrechtzuerhalten, damit die Entfernungsleistung als Folge dieser Wirkung nicht vermindert wird. Die Erklärung dafür liegt darin, daß, abhängig von der Ammoniakkonzentration in dem Absorptionsmittel und von dem pH-Wert, eine bestimmte Menge an gelöstem Ammoniakgas vorhanden ist, 'die in den Gasstrom entweicht. Wird·die Konzentration erhöht, so nimmt diese Ammoniakgasmenge proportional ab. Wenn der pH-Wert.- erhöht wird, erhöht sich diese Menge um das 1Ofache für

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jede steigende pH-Einheit. Wenn sich die Menge bis zu dem Punkt erhöht, daß die Antriebskräfte in der Abstreifeinheit vermindert werden, dann wird die Abstreifleistung beeinflußt und vermindert. In diesem Fall beträgt der pH-Wert dafür ungefähr 6,5. Wenn die Menge weiterhin steigt, bis keine Antriebskraft mehr vorhanden ist (Gleichgewicht), dann wird in der Abstreifeinheit kein weiteres Ammoniak entfernt werden. Der pH-Wert beträgt in diesem Fall für diesen Gleichgewichtszustand ungefähr 7,25.

Diese Wirkung wird verwendet, um die Leistung des Absorptionsverfahrens unter Verwendung eines Luftstroms mit geschlossenem Zyklus zu untersuchen. Es wurde wiederholt festgestellt, wie man es erwartet hat, daß die Ammoniakentfernung in der Abstreifeinheit schließlich auf fast Null vermindert wird, wenn die Acidität in der Absorptionsflüssigkeit nicht aufrechterhalten wird. Wird die Acidität aber beibehalten, so wird die Entfernungsleistung ebenfalls beibehalten.

Dieses Prototypsystem und die Ergebnisse, die man unter Verwendung dieses Prototypsystems erhält, bestätigen die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens. Durch den Prototyp wird ebenfalls angezeigt, daß die Absorptionseinheit viel kleiner sein kann als die Abstreifeinheit." Bei diesem Versuch besitzt das Medium in der Absorptionseinheit nur ungefähr 1/8 der Oberflächenbereiche wie in der Abstreifeinheit. Der Prototyp wurde nicht verwendet, um optimale Kriterien für den Bau für irgendeine Einheit festzustellen, sondern er diente nur als Beispiel dafür, welche Leistungen man erreichen kann. Aus den erhaltenen Ergebnissen und der bestehenden Kenntnis von Abstreif- und Absorptionsverfahren ist es offensichtlich, daß irgendeine Entfernungsleistung mit auf geeignete Weise gebauten Systemen geeigneter. Größe erhalten werden kann,

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Claims

- 15 Patentansprüche

fT) Verfahren zur Entfernung von Ammoniakgas aus Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ammoniak aus dem Wasser mit Luft abstreift, die Luft gewinnt und das Ammoniak aus der Luft in einer wäßrigen Lösung absorbiert und die Luft kontinuierlich recyclisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser und die Luft eine Temperatur zwischen ungefähr

5. und 25⁰C besitzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1,-dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser bei einem pH-Wert über 10 gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser bei einem pH-Wert über 11 gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung bei einem pH-Wert von 7 oder niedriger gehalten wird. ·

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung bei einem pH-Wert von .6,5 gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der wäßrigen Lösung Schwefelsäure zugegeben wird, um Ammoniumsulfat mit dem darin absorbierten Ammoniak zu bilden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der wäßrigen Lösung Chlorwasserstoffsäure zugegeben wird, um mit dem darin absorbierten Ammoniak Ammoniumchlorid zu bilden.

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