DE2534892A1 - METHOD FOR OXIDATIVE TREATMENT OF SULFIDE, SULFITE AND THIOSULPHATE-CONTAINING WASTE - Google Patents
METHOD FOR OXIDATIVE TREATMENT OF SULFIDE, SULFITE AND THIOSULPHATE-CONTAINING WASTEInfo
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Description
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* tos. 1975* tos. 1975
Verfahren zur oxidativen Behandlung sulfid-, sulfit- und thiosulfathaltiger Abwässer Process for the oxidative treatment of wastewater containing sulphides, sulphites and thiosulphates
In der chemischen Industrie fallen große Mengen an sulfid-, sulfit- und thiosulfathaltigen Abwässern, insbesondere in Form ihrer Natriumsalze an, z. B. bei der Papier- und Farbenherstellung. Es ist bekannt, Natriumsulfid durch Luftoxidation im wesentlichen zu Thiosulfat umzuwandeln (Air oxidation of sulfides in process waters and caustic solutions, PrOCAP I 36 (II) 1956, 313 - 317). Ferner ist es bekannt, daß die Oxidation von Natriumsulfid und Natriumthiosulfat zu Natriumsulfat mit sauerstoffhaltigen Gasen nur langsam verläuft (Erdöl und Kohle, 14 (1961), 8, 621 - 626). Um die Reaktion zu beschleunigen, arbeitet man daher bei hohen Temperaturen (bei etwa 25o°C), hohen Drucken und langen Verweilzeiten (DT-OS 23 34 994).In the chemical industry there are large amounts of sulphide-, sulphite- and thiosulphate-containing wastewater, in particular in the form of their sodium salts, e.g. B. in paper and paint production. It is known to make sodium sulfide by air oxidation essentially to convert to thiosulfate (Air oxidation of sulfides in process waters and caustic solutions, PrOCAP I 36 (II) 1956, 313-317). It is also known that the oxidation of sodium sulfide and sodium thiosulfate to sodium sulfate with oxygen-containing gases proceeds only slowly (Petroleum and Coal, 14 (1961), 8, 621-626). In order to accelerate the reaction, one therefore works at high temperatures (at about 25o ° C), high pressures and long dwell times (DT-OS 23 34 994).
Bei der Oxidation bisulfithaltiger Abwasser werden bei der Oxidation mit Luft größere Mengen an SO2 ausgetrieben, so daß aus dem Abwasserproblem ein Abluftproblem wird.In the oxidation of bisulfite-containing wastewater, larger amounts of SO 2 are expelled during the oxidation with air, so that the wastewater problem becomes an exhaust air problem.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Oxidation sulfid-, sulfit- und thiosulfathaltiger Abwasser, die die verschiedenen schwefelhaltigen Verbindungen auch in beliebigen Gemischen enthaltenThe present invention is based on the object of a simple Process for the oxidation of sulphide, sulphite and thiosulphate wastewater, the various sulphurous ones Compounds also contained in any mixtures
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können, zu entwickeln, bei dem praktisch eine quantitative Oxidation bis zur Stufe des Sulfats, wobei als Nebenprodukt gegebenenfalls Schwefel gebildet wird, durchgeführt wird.can develop, in which practically a quantitative oxidation up to the stage of the sulfate, being as a by-product optionally sulfur is formed is carried out.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Oxidation sulfid-, sulfit-, thiosulfathaltiger Abwasser, die diese schwefelhaltigen Verbindungen einzeln oder in beliebiger Kombination enthalten, durch Oxidation mit sauerstoffhaltigen Gasen in wässriger Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasser, falls sie Sulfid enthalten, zunächst bei pH-Werten } 7 und Temperaturen von 2.0 - 2oo C mit technisch reinem Sauerstoff bei Normaldruck bis Drucken von 2o bar kontaktiert werden, bis im wesentlichen das gesamte Sulfid in Thiosulfat umgewandelt ist, dann bei pH-Werten von etwa 0 bis 5 bzw. 0 bis 8 für ein nur sulfithaltiges· Abwasser und bei Temperaturen von 2o - 2oo°C mit technisch reinem Sauerstoff bei Normaldruck bzw. Drucken bis etwa 2o bar, gegebenenfalls in Gegenwart von Katalysatoren bis zur praktisch vollständigen Bildung von Sulfat umgesetzt werden, wobei sich bei sulfid- und/oder thiosulfathaltigem Abwasser zusätzlich Schwefel abscheidet.The present invention therefore provides a process for the oxidation of sulphide, sulphite, thiosulphate-containing wastewater, which contains these sulfur-containing compounds individually or in any combination, by oxidation with oxygen-containing gases in aqueous solution, characterized in that the wastewater, if it contains sulphide first at pH values} 7 and temperatures of 2.0 - be contacted 2oo C with technically pure oxygen at atmospheric pressure up to pressures of 2o bar, until substantially all of the sulfide is converted to thiosulfate, then at pH values of about 0 to 5 or 0 to 8 for wastewater containing only sulfite and at temperatures of 20-2oo ° C. with technically pure oxygen at normal pressure or pressures up to about 20 bar, optionally in the presence of catalysts, until sulfate is practically completely formed, with In the case of wastewater containing sulphide and / or thiosulphate, sulfur is also deposited.
Unter dem Begriff Sulfid sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung auch Hydrogensulfid bzw. Polysulfide, unter dem Begriff Sulfit auch Hydrogensulfite verstanden werden. Technisch reiner Sauerstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung enthält mindestens 9o Volumen-90, vorzugsweise 99 Volumen-% O2* Die schwefelhaltigen Verbindungen im Abwasser liegen in der Regel in Salzform, vorzugsweise in Form der Alkali-, Erdalkalioder Ammoniumsalze vor; es können jedoch auch die zugrundeliegenden Säuren und/oder Säureanhydride erfindungsgemäß oxidiert werden.In the context of the present invention, the term sulfide should also be understood as meaning hydrogen sulfide or polysulfides, and the term sulfite should also be understood as meaning hydrogen sulfites. Technically pure oxygen for the purposes of the present invention contains at least 90% by volume, preferably 99% by volume, O 2 * The sulfur-containing compounds in wastewater are generally in salt form, preferably in the form of alkali, alkaline earth or ammonium salts; however, the underlying acids and / or acid anhydrides can also be oxidized according to the invention.
Die Oxidation sulfidhaltiger Abwässer zu Thiosulfat erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von 1oo - 14o C bei Drucken (bar) von 1 bis 1o, und pH-7erten von 1o bis 14, während die Oxidation im sauren pH-Gebiet, vorzugsweise bei pH-WertenThe oxidation of sulphide-containing wastewater to thiosulphate takes place preferably at temperatures of 100 - 14o C at pressures (bar) from 1 to 1o, and pH-7erten from 1o to 14, while the oxidation in the acidic pH range, preferably at pH values
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von etwa 1 bis 3 "bei Temperaturen zwischen 7o und 15o C und Drucken von 1 bis "Io "bar durchgeführt wird. Die Oxidation im sauren pH-Bereich wird vorzugsweise durch Zugabe von Katalysatoren, wie Kupfersalzen, z. B. CuSO , CuCl5,from about 1 to 3 "at temperatures between 7o and 15o C and pressures from 1 to" Io "bar. The oxidation in the acidic pH range is preferably carried out by adding catalysts such as copper salts, e.g. CuSO, CuCl 5 ,
4 Cobaltsalzen, z. B. CoSO^, CoCl2, Eisensalzen, wie z. B.4 cobalt salts, e.g. B. CoSO ^, CoCl 2 , iron salts, such as. B.
Fe(II)-und/oder Fe(IIl)-salzen beschleunigt. Bei Eisensalzen eignen sich besonders FeCl2, Fe3(SO^)3, FeSO^, FeCL5. Es ist besonders günstig, wenn das Verhältnis von Fe(III)- : Fe(II)-Ionen auf Werte zwischen 2 : 1 und 8 : 1 eingestellt wird. Die Katalysatoren kommen dabei in Mengen von etwa o,o1 bis I00 ppm, bezogen auf die wässrige Lösung, zum Einsatz.Fe (II) and / or Fe (IIl) salts accelerated. In the case of iron salts, FeCl 2 , Fe 3 (SO ^) 3 , FeSO ^, FeCL 5 are particularly suitable. It is particularly favorable if the ratio of Fe (III): Fe (II) ions is set to values between 2: 1 and 8: 1. The catalysts are used in amounts of about 0.01 to 100 ppm, based on the aqueous solution.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Gegenwart von Sulfid im Abwasser dieses zunächst zu Thiosulfat oxidiert, woran sich im anschließenden Verfahrensschritt bei Weiteroxidation im sauren pH-Bereich unter gleichzeitiger Schwefelabscheidung Sulfat bildet. Bei gleichzeitiger Gegenwart von Sulfit und Sulfid wird zusätzlich Thiosulfat gebildet. Nachfolgend wird dies für Natriumsulfid anhand des vereinfachten Reaktionsschemas Ia und Ib im Alkalischen und II im Sauren dargestellt: Im Alkalischen:According to the process according to the invention, if sulfide is present in the wastewater, this is first oxidized to thiosulfate, what is the result of further oxidation in the acidic pH range with simultaneous sulfur deposition in the subsequent process step Forms sulfate. If sulfite and sulfide are present at the same time, thiosulfate is also formed. Below this is shown for sodium sulfide using the simplified reaction scheme Ia and Ib in the alkaline and II in the acidic: In the alkaline:
I a) 2I a) 2
+ 2+ 2
Na2S2°3 Na 2 S 2 ° 3
2 Na0H2 NaOH
I b) Na2S + SO2 + 1/2I b) Na 2 S + SO 2 + 1/2
Im Sauren: II) Na2S2OIn acid: II) Na 2 S 2 O
> S + NaHSO > S + NaHSO
+1/2 Q +1/2 Q
NaHSONaHSO
Wird die Oxidation im sauren pH-Gebiet bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes von Schwefel durchgeführt, kann der dabei anfallende Schwefel flüssig am Boden des Oxidationsbehälters abgezogen werden. Bei einer Fahrweise unterhalb If the oxidation is carried out in the acidic pH range at temperatures above the melting point of sulfur, can the resulting sulfur can be drawn off in liquid form at the bottom of the oxidation tank. With a driving style below
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des Schmelzpunktes von Schwefel läßt sich dieser gegebenenfalls unter zusätzlicher Verwendung von Flockungs- und Filtrationshilfsmitteln auch auf konventionellen Filtrationsapparaten, wie z. B. Filterpressen oder Vakuumfiltern abtrennen.the melting point of sulfur can this optionally with the additional use of flocculants and Filtration aids also on conventional filtration apparatus, such as. B. filter presses or vacuum filters split off.
Die Konzentration der schwefelhaltigen Verbindungen im Abwasser kann in relativ weiten Grenzen, beispielsweise zwischen 1 bis 2oo g/l Sulfid, 1 bis 15o g/l Sulfit, 1 bis 2oo g/l Thiosulfat variieren; vorzugsweise liegt sie zwischen 1 bis 5o g/l Sulfid, 1 bis 1oo g/l Sulfit, 1 bis 1oo g/l Thiosulfat. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird ein Abwasser behandelt, in dem das molare Verhältnis Sulfid/Sulfit zwischen etwa 1 : o,6 bis 1 : 1,1 liegt bzw. eingestellt wird.The concentration of the sulfur-containing compounds in the wastewater can be within relatively wide limits, for example vary between 1 to 2oo g / l sulfide, 1 to 150 g / l sulfite, 1 to 2oo g / l thiosulfate; preferably it lies between 1 to 50 g / l sulfide, 1 to 100 g / l sulfite, 1 to 100 g / l Thiosulfate. In a particularly advantageous embodiment wastewater is treated in which the molar ratio sulphide / sulphite is between about 1: 0.6 to 1: 1.1 or is set.
Nachfolgend wird anhand einer Figur ein kontinuierliches Verfahren zur Oxidation eines sulfid-, sulfit- und thiosulfathaltigen Abwassers beschrieben, das eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.A continuous process for the oxidation of a sulfide-, sulfite- and thiosulfate-containing substance is shown below with reference to a figure Waste water described, which represents a preferred embodiment of the method according to the invention.
In der Figur kommt den Zahlen folgende Bedeutung zu:In the figure, the numbers have the following meaning:
1 Zufuhrleitung für sulfidhaltiges Abwasser,1 supply line for wastewater containing sulphides,
2 Blasensäule,2 bubble column,
3 Abführleitung des behandelten Abwassers in der Bissensäule, 3 discharge line of the treated wastewater in the bite column,
4 Füllkörperkolonne,4 packed column,
5 Abführleitung des behandelten Abwassers aus der . _ Füllkörperkolonne,5 discharge line of the treated wastewater from the. _ Packed column,
6 Blasensäule,6 bubble column,
7 Katalysatorzugabe,7 addition of catalyst,
8 Säurezugabe,8 addition of acid,
9 Schwefelentnahme,9 sulfur extraction,
Le A 16 577 - 4 -Le A 16 577 - 4 -
7 09807/04997 09807/0499
10 Zuführungsleitung des oxidierenden Gases für die Blasensäule 2,10 supply line of the oxidizing gas for the Bubble column 2,
11 Zuführungsleitung des oxidierenden Gases für die Blasensäule 6,11 feed line of the oxidizing gas for the bubble column 6,
12 Teilstrom des oxidierenden Gases für die Blasensäule 6, der am Boden der Blasensäule 6 eingeführt wird,12 partial flow of the oxidizing gas for the bubble column 6, which is introduced at the bottom of the bubble column 6,
13 Zufuhrleitung für sulfit- bzw. thiosulfathaltiges Abwasser,13 Feed line for products containing sulphite or thiosulphate Sewage,
14 Füllkörperkolonne,14 packed column,
15 Schwefelentnahme,15 sulfur extraction,
16 Entnahme des oxidierten Abwassers,16 extraction of the oxidized wastewater,
17 Zuführung technisch reinen Sauerstoffs,17 supply of technically pure oxygen,
18 Zuführungsleitung Gas18 Gas supply line
19 Förderpumpe19 feed pump
20 Gasumwälzpumpe20 gas circulation pump
21 Abwasserüberlauf21 Waste water overflow
22 Alkalieinspeisung22 Alkali feed
Im einzelnen erfolgt die Behandlung des sulfid-, sulfit- und thiosulfathältigen Abwassers wie folgt:In detail, the treatment of sulfide, sulfite and wastewater containing thiosulphate as follows:
Sulfidhaltiges Abwasser wird über Zufuhrleitung 1 in die Blasensäule 2 eingeführt, der pH gegebenenfalls durch über Leitung 22 eingeführtes Alkali, vorzugsweise NaOH, auf pH-Werte ^ 7 eingestellt und mit Sauerstoff, eingeführt über die Zuführungsleitung 1o, bei durchschnittlichen Verweilzeiten von etwa 5 bis 2o Minuten behandelt. Anschließend wird das Abwasser über die Leitung 3 auf die Füllkörperkolonne 4 zur praktisch vollständigen Oxidation zu Thiosulfat gegeben, wobei über Leitung 18 Sauerstoff zugeführt wird.Sulphide-containing wastewater is introduced into the bubble column 2 via feed line 1, the pH is optionally adjusted to pH values of 7 by alkali, preferably NaOH, introduced via line 22 and with oxygen, introduced via the feed line 1o, with average residence times of about 5 to 2o Minutes treated. The wastewater is then fed via line 3 to packed column 4 for virtually complete oxidation to thiosulfate, with oxygen being fed in via line 18.
Das Abwasser, dessen Sulfidgehalt im wesentlichen zu Thiosulfat umgewandelt wurde, verläßt die Füllkörperkolonne 4 über die Austrittsleitung 5 und tritt über die Pumpe 19 in die Blasensäule 6 ein. Über die Leitung 8 wird Säure, vorzugsweiseThe wastewater, the sulphide content of which has essentially been converted to thiosulphate, leaves the packed column 4 via the outlet line 5 and enters the bubble column 6 via the pump 19. Acid is preferably added via line 8
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709807/049 9709807/049 9
Schwefelsäure, zugeführt, um in der Blasensäule den notwendigen sauren pH-Bereich einzustellen. Über 7 kann dem zu oxidierenden Abwasser Katalysator zugeführt werden. Sauerstoff wird der Blasensäule über die Gasumwälzpumpe 2o über die Leitungen 11 und 12 zugeführt. Elementarer Schwefel kann über die Leitung 9 entnommen werden. Aus der Blasensäule 6 tritt das Abwasser nach durchschnittlichen Verweilzeiten von 2 bis 2o Minuten über die Leitung 21 in die Füllkörperkolonne 14 ein, wo die praktisch vollständige Oxidation von Sulfit zu Sulfat erfolgt. Beide Füllkörperkolonnen 4 bzw. 14 werden vorzugsweise in nicht geflutetem Zustand betrieben. Über die Leitung 15 kann ebenfalls Schwefel in elementarer Form entnommen werden. Über die Leitung 17 erfolgt die Zuführung des technisch reinen Sauerstoffs, über die Leitung 16 wird das praktisch nur noch sulfathaltige Abwasser abgeführt.Sulfuric acid, supplied to the necessary in the bubble column set acidic pH range. Catalyst can be fed to the wastewater to be oxidized via 7. Oxygen becomes the Bubble column via the gas circulation pump 2o via the lines 11 and 12 supplied. Elemental sulfur can be withdrawn via line 9. This occurs from the bubble column 6 After an average residence time of 2 to 20 minutes, wastewater is fed into the packed column 14 via line 21, where practically complete oxidation of sulfite to sulfate takes place. Both packed columns 4 and 14 are preferred operated in a non-flooded state. Sulfur can also be removed in elemental form via line 15 will. The technically pure oxygen is fed in via line 17, via line 16 the wastewater, which practically only contains sulphate, is discharged.
Ist das Abwasser sulfidfrei, wird das Abwasser lediglich über 13 der Blasensäule 6 zugeführt, wobei die Oxidationskolonnen 2 und 4 entfallen.If the wastewater is sulfide-free, the wastewater is only fed via 13 to the bubble column 6, the oxidation columns 2 and 4 are omitted.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Oxidation von sulfid-, sulfit- und thiosulfathaltigen Abwässern unter Bildung von Sulfat und Schwefel bei relativ niedrigen Temperaturen und Drucken schnell durchzuführen. Durch die Abscheidung des Schwefels wird die benötigte Sauerstoff menge gegenüber bekannten Verfahren reduziert. Da der zugeführte Sauerstoff praktisch quantitativ für die Oxidation ausgenutzt wird, ist eine abgasfreie Fahrweise erreicht.The inventive method, it is possible to Oxidation of wastewater containing sulphide, sulphite and thiosulphate to be carried out quickly with the formation of sulphate and sulfur at relatively low temperatures and pressures. By separating the sulfur, the amount of oxygen required is reduced compared to known methods. Since the fed Oxygen is used practically quantitatively for the oxidation, an emission-free mode of operation is achieved.
In einer halbtechnischen Anlage gemäß Figur 1 wurden kontinuierlich 2oo l/Stunde technisches Abwasser der Zusammensetzung 34,6 g pro 1 Natriumsulfid, 2,5 g pro 1 Natriumthiosulfat und 1,o g pro 1 Natriumsulfit eingespeist.In a semi-industrial plant according to FIG. 1, 200 l / hour of technical wastewater of the composition were continuously fed 34.6 g per 1 sodium sulfide, 2.5 g per 1 sodium thiosulfate and fed 1, o g per 1 sodium sulfite.
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Nach dem Passieren der ersten Stufe (alkalische Oxidation), d. h. der Blasensäule 2 und Füllkörperkolonne 4 bei Temperaturen von 12o°C in der Blasensäule und in der Füllkörperkolonne und Drucken von 4,5 "bar Sauerstoff, eingespeist über 17 via 1o, enthielt das bei 5 entnommene Wasser o,6 g pro 1 Natriumsulfid, 35,4 g Natriumthiosulfat und 1,og pro 1 Natriumsulfit. Nach der anschließend erfolgenden Oxidation in der Blasensäule 6 und in der Füllkörperkolonne 14, die bei Temperaturen von 13o°C betrieben wurden, enthielt das Abwasser lediglich noch 2,5 g pro 1 Natriumthiosulfat, im übrigen Natriumhydrogen- bzw. Natriumsulfat.After passing the first stage (alkaline oxidation), d. H. the bubble column 2 and packed column 4 at temperatures of 120 ° C in the bubble column and in the packed column and pressures of 4.5 "bar oxygen, fed in via 17 via 10, the water withdrawn at 5 contained 0.6 g per 1 sodium sulfide, 35.4 g sodium thiosulfate and 1, og per 1 sodium sulfite. After the subsequent Oxidation in the bubble column 6 and in the packed column 14, which were operated at temperatures of 130 ° C, the wastewater contained only 2.5 g per liter of sodium thiosulphate, otherwise sodium hydrogen sulfate or sodium sulfate.
Die gesamte Verweilzeit des Abwassers für Blasensäule 2 + Füllkörperkolonne 4 betrug 4,5 Minuten, für die Blasensäule 6 + Füllkörperkolonne 14 25 Minuten. In der Blasensäule 2 bzw. Füllkörperkolonne 4 betrug der pH-Wert 14, in der Blasensäule 6 bzw. Füllkörperkolonne 14 o,6.The total residence time of the waste water for bubble column 2 + packed column 4 was 4.5 minutes, for the bubble column 6 + packed column 14 25 minutes. In the bubble column 2 or packed column 4, the pH was 14, in bubble column 6 or packed column 14 it was 0.6.
Beispiel 2 (sulfidfreies Abwasser) Example 2 (sulfide-free wastewater)
In die Blasensäule 6 wurden kontinuierlich 2oo 1 pro Stunde einer Bisulfitablauge von 3o g HSO,~/Liter und einem pH-Wert von 5,1 bei 7o°C eingeführt. Sauerstoff von 5 bar, eingeführt über 17, bewirkte die praktisch quantitative Oxidation des Hydrogensulfits, denn am Austritt der zweiten Stufe wurde kein HSO, nachgewiesen. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde der Sauerstoff lediglich über die Leitungen 11 und 12 in die Blasensäule 6 eingeführt und mittels der Gasumwälzpumpe 2o über die Leitung 12 rezirkuliert. Die in Figur 1 gezeichnete Gasabführleitung 1o entfällt bei dieser Variante.In the bubble column 6 were continuously 2oo liters per hour of a bisulfite waste liquor of 30 g HSO, ~ / liter and a pH value of 5.1 at 70 ° C. Oxygen at 5 bar, introduced via 17, caused the virtually quantitative oxidation of the Hydrogen sulfite, because at the outlet of the second stage was no HSO, detected. In this variant of the method according to the invention, the oxygen was only via the Lines 11 and 12 are introduced into the bubble column 6 and recirculated via the line 12 by means of the gas circulation pump 2o. the Gas discharge line 1o shown in FIG. 1 is omitted in this variant.
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