DE2537754A1 - PROCESS FOR THE REMOVAL OF PHOSPHATES FROM AQUATIC SOLUTIONS - Google Patents
PROCESS FOR THE REMOVAL OF PHOSPHATES FROM AQUATIC SOLUTIONSInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Entfernung von Phosphaten aus wässerigen Lösungen Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Entfernung von gelösten Phosphaten aus wässerigen Lösungen. Process for removing phosphates from aqueous solutions Subject The present invention is a method for removing dissolved phosphates from aqueous solutions.
Bis heute wurden Phosphate aus wässeriger Lösung fast ausschliesslich durch chemische Fällung mit Hilfe von Salzen des Calciums, Aluminiums oder Eisens entfernt. Wohl sind auch verschiedene andere Verfahren bekannt, in denen Phosphate z.B. durch Pflanzen oder Mikroorganismen eliminiert werden, aber diese werden in der Praxis nicht oft angewandt. To date, phosphates have been almost exclusively obtained from aqueous solution by chemical precipitation with the help of salts of calcium, aluminum or iron removed. Various other processes are also known in which phosphates e.g. be eliminated by plants or microorganisms, but these are in not often used in practice.
Die üblichen chemischen Fällungsverfahren werden in der Regel kontinuierlich durchgeführt, was den Nachteil mit sich bringt, dass dauernd eine relativ genaue Anpa.ssung der Metallsalzdosierung an die momentan zufliessende Phosphatmenge erforderlich ist. Bei Fällungsverfahren, die eine gute Durchmischung der bereits behandelten Wassermenge mit der frisch zufliessenden und#den ChemikSlien mit sich bringen, also z.Bs bei der Phosphatfällung in der Belebtschlammstufe einer biologischen Kläranlage, sind zwar kurzzeitige Abweichungen von der korrekten Dosierung nicht gravierend, doch führen auch hier Unterbrüche von längerer Dauer - d.h. in der Grds-3einordnung einer Stunde und länger - unweigerlich zu einer Erhöhung des Phosphatgehaltes im Abfluss.The usual chemical precipitation processes are usually continuous carried out, which has the disadvantage that a relatively accurate Adjustment of the metal salt dosage to the currently flowing phosphate amount is necessary is. In the case of precipitation processes that ensure thorough mixing of what has already been treated Bring the amount of water with the freshly flowing and # the ChemikSlien, so e.g. in phosphate precipitation in the activated sludge stage of a biological sewage treatment plant, Although short-term deviations from the correct dosage are not serious, however, interruptions of longer duration lead here too - i.e. in the grade 3 classification an hour and longer - inevitably leads to an increase in the phosphate content in the Drain.
Zudem ist es im allgemeinen schwierig, in Xläranlagen z.B, mit diesen erwähnten Phosphateliminationsmethoden die fliosphorkonzentration wesentlich unter 1 mg P/1 im Auslauf zu senken, was jedoch zur Vermeidung der Eutrophierung insbesondere von Seen wünschbar wäre. In addition, it is generally difficult to use them in, for example, water treatment plants The phosphate elimination methods mentioned, the phosphorus concentration significantly below 1 mg P / 1 in the run to lower, which, however, to avoid eutrophication in particular of lakes would be desirable.
Grundsätzlich bestünde die Möglichkeit, diese -Schwierigkeit zu umgehen, indem zur Elimination der phosphate Anionenaustauscher verwendet würden, deren Au#ahniegeschwindigkeit hoch genug wäre, um bei den höchsten zufliessenden Mengen und Konzentrationen einen ausreichenden Eliminationsgrad zu gewährleisten. Die zur Zeit bekannten, technisch einsetzbaren Anionenaustauscher sind jedoch relativ aufwendig und teuer und zudem nicht selektiv für Phosphate. Werden unselektive Austauscher eingesetzt, dann nehmen diese nicht nur wie gew~nscht die Phosphate, sondern auch andere Anionen und werden darum schneller erschöpft, sobald solche Anionen neben den Phosphaten in beträchtlicher Konzentration vorliegen. Das Verfahren wird dadurch teuer, da häufiger Regeneration und grössere Anlagen erforderlich sind. Basically there would be the possibility to bypass this -difficulty, by using anion exchangers to eliminate the phosphate, the rate of their recovery would be high enough to be one at the highest inflowing amounts and concentrations to ensure a sufficient degree of elimination. The currently known, technically However, the anion exchangers that can be used are relatively complex and expensive and also not selective for phosphates. If unselective exchangers are used, then take these not only, as desired, the phosphates, but also other anions and become therefore exhausted more quickly as soon as such anions in addition to the phosphates in considerable amounts Concentration. This makes the process expensive, since regeneration is more frequent and larger systems are required.
Es ist bekannt, dass gewisse anorganische Verbindungen - etwa Metalloxide wie z.B. Aluminiumoxid - Phosphationen bevorzugt adsorbieren. Einer technischen Verwendung solcher Produkte zur Phosphatelimination aus Wasser steht bisher jedoch entweder ihre mangelhafte Kapazität oder ihre schwere Regenerierbarkeit entgegen. Diese Hauptnachteile entfallen, wenn zur Adsorption der Phosphate mit Metall imprägnierte Aktivkohlen verwendet werden, wie sie nachstehend beschrieben werden. It is known that certain inorganic compounds - such as metal oxides such as aluminum oxide - preferentially adsorb phosphate ions. A technical one However, the use of such products for the elimination of phosphate from water is still available either their insufficient capacity or their difficult regenerability. These main disadvantages do not apply if the phosphates are impregnated with metal for adsorption Activated carbons can be used as described below.
Es wurde nun erfindungegemäss gefunden, daso handelsübliche Aktivkohlen, wie sie no=ialerweise zur Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung eingesetzt werden, die Fähigkeit besitzen, Phosphate aus neutralen, wässerigen B6-sungen zu adsorbieren, wenn sie mit Lösungen von Metallsalzen insbesondere Eisen- oder liumininmsalzen behandelt und anschliessend neutral gewaschen werden. Zwar besitzt auch Aktivkohle die nicht mit Metall imprägniert ist, ein gewises Adsorptionsvermögen für Phosphate, doch ist dieses im Vergleich zu demjenigen der mit Metallsalzlösung behandelten Aktivkohle gering. It has now been found according to the invention that commercially available activated carbons, how they are normally used for water treatment and wastewater treatment, have the ability to adsorb phosphates from neutral, aqueous B6 solutions, when using solutions of metal salts, especially iron or liuminmalzen treated and then washed neutral. Though owns Activated carbon that is not impregnated with metal also has a certain adsorption capacity for phosphates, but this is compared to that with metal salt solution treated activated carbon low.
Das Aufbringen von Eisen oder Aluminium auf die Aktivkohle ist auf verschiedene Art und Weise möglich, erfolgt jedoch vorzugsweise durch Behandlung der Kohle mit der mässig konzentrierten Lösung eines Salzes der betreffenden Metalle. The application of iron or aluminum to the activated carbon is on various ways possible, but is preferably done by treatment the coal with the moderately concentrated solution of a salt of the metals concerned.
Je nach Art des Metalles und des Anions, der Metallionenkonzentration, pH und Art der Aktivkohle bleibt beim-Waschprozess eine bestimmte Menge des Metalles auf der Kohle und bestimmt anschliessend weitgehend das Phosphatadsorptionsvermögen. Je nach Wahl der Bedingungen lässt sich Metall in der Grössenordnung von Promillen bis mehreren Prozenten (bezogen auf das Gewicht der trockenen Kohle) auf die Aktivkohle aufbringen. Der Gehalt an Metall auf der Kohle lässt sich gegebenenfalls durch chemische Neutralisierung der mit Metallsalz getränkten Aktivkohle erhöhen.Depending on the type of metal and the anion, the metal ion concentration, During the washing process, a certain amount of the metal remains in the pH and type of activated carbon on the coal and then largely determines the phosphate adsorption capacity. Depending on the choice of conditions, metal can be in the order of magnitude of per thousand up to several percent (based on the weight of the dry charcoal) on the activated charcoal raise. The content of metal on the coal can optionally be determined by chemical Increase the neutralization of the activated carbon soaked with metal salt.
Nach der Phosphataufnahme bis zur Erschöpfung ihrer Kapazität kann die Kohle durch Behandlung mit Metallsalzlösung wieder vollständig reaktiviert werden. Das adsorbierte Phosphat geht dabei in Lösung. Bei mehrmaligen Zyklen Aktivierung/I#osphatbeladung, insbesondere im Fall von Eisen, steigt die auf der Eohle adsorbierte Menge Metall anfänglich mit jedem Zyklus etwas an, um einem bestimmten Maximalwert zuzustreben. Die Phosphatadsorptionskapazität verbessert sich simultan, allerdings nicht direkt proportional zum Metallgehalt der Kohle. -Mit den nachstehenden Beispielen soll das Prinzip des Verfahrens veranschaulicht werden: Beispiel 1 Je 50 g trockene Aktivkohle "Hydraffin BR Supran resp. LS Supra" (beide Firma lurgi), die während 30 Minuten bei Raumtemperatur mit einer 0,2 molaren lösung von Eisen(III)-sulfat behandelt, anschliessend filtriert und mit Leitungswasser so lange gewaschen worden waren, bis das Waschwasser neutral und darin keine Eisenionen mehr nachweisbar waren, wurden in nassem Zustand in Portionen von je 2,5 g (entsprichtslg Trockensubstanz) in Je 200 ml Leitungswasser mit einer Phosphorkonzentration von anfänglich 10 mg P/1 (als OrthJphosphat in Lösung) während 3 Stunden gerührt, Nach dem Versuch betrug die Restkonzentration an Phosphor 1.95 mg Pjl für die Fe-behandelte Kohle "BR-Supra" resp. 5.15 mg P/1 für "TS Supra" bei einem pH von 7.5 und einem Eisengehalt der Kohle von 18.7 resp. 9.2 mg Fe/g trockene Substanz. Die phosphatbeladenen Kohlen wurden anschliessend, wie oben beschrieben, zur Regeneration von neuem mit einer Lösung von Eisen(III) aktiviert, wieder mit Phosphat beladen etc. Bei genau analogem Vorgehen wurden beim 7. Zyklus (Aktivierung/ Beladung) nach der Beladung, wiederum ausgehend von einer 0rthophosphallc#sung mit 10 mg P/1 Restphosphorkonzentrationen von 1.4 resp. 1.35 mg P/1 bei einem pH von 6.5 resp. 6.8 und einem Eisengehalt von 48.5 resp. 30 mg Fe/g trockene Substanz gemessen. After the phosphate uptake until its capacity can be exhausted the carbon can be completely reactivated by treatment with a metal salt solution. The adsorbed phosphate goes into solution. With multiple activation / I # osphat loading cycles, especially in the case of iron, the amount of metal adsorbed on the coal increases initially something with each cycle in order to strive for a certain maximum value. The phosphate adsorption capacity improves simultaneously, but not directly proportional to the metal content of the coal. -Ideal with the examples below the principle of the process can be illustrated: Example 1 50 g each of dry activated carbon "Hydraffin BR Supran resp. LS Supra "(both company lurgi) that during 30 minutes at room temperature with a 0.2 molar solution of iron (III) sulfate treated, then filtered and washed with tap water for so long were until the washing water was neutral and no iron ions were detectable in it, were wet in portions of 2.5 g each (corresponds to dry substance) in 200 ml of tap water with an initial phosphorus concentration of 10 mg P / 1 (as orthophosphate in solution) stirred for 3 hours. After the experiment was the residual concentration of phosphorus 1.95 mg Pjl for the Fe-treated coal "BR-Supra" resp. 5.15 mg P / 1 for "TS Supra" with a pH of 7.5 and an iron content of Coal from 18.7 resp. 9.2 mg Fe / g dry substance. The phosphate-laden coals were then, as described above, for regeneration again with a Solution of iron (III) activated, reloaded with phosphate, etc. With exactly the same The procedure was repeated for the 7th cycle (activation / loading) after loading starting from a phosphorus solution with 10 mg P / 1 residual phosphorus concentrations from 1.4 resp. 1.35 mg P / 1 at a pH of 6.5 resp. 6.8 and an iron content of 48.5 resp. 30 mg Fe / g dry substance measured.
Mit einer Aktivkohle vom Typ "Pittsburgh Filtrasorb 400" (Firma Chemviron/Calgon) resultierte bei gleicher Versuchsanordnung beim ersten Zyklus eine Restphosphorkonzentration von 6,4 mg P/1 (pH = 7.7, 4.4 mgFe), beim 7. Zyklus eine solche von 0.65 mg P/1 (pH = 7.3, 41.8 mg Fe). With an activated carbon of the type "Pittsburgh Filtrasorb 400" (Chemviron / Calgon) With the same experimental set-up, a residual phosphorus concentration resulted in the first cycle of 6.4 mg P / 1 (pH = 7.7, 4.4 mgFe), in the 7th cycle a rate of 0.65 mg P / 1 (pH = 7.3, 41.8 mg Fe).
Beispiel 2 Mit Fe(III)-Lösung behandelte und anschliessend mit Leitungswasser gewaschene handelsübliche Aktivkohle ~Norit ROW 0.8" (Norit N.V., Amsterdam) wurde in neutralen, wässerigen Lösungen gerührt, die Ortho- resp. Pyro-, resp. Tripolyphosphat enthielten, wobei 1.25re3pfi 1.45 respY 35 mg P bezogen auf 1 Gramm der trockenen, imprägnierten Kohle adsorbiert wurden bei entsprechenden Restphosphorkonzentrationen in der Lösung von 2.60 resp. 3.05 resp. 2.7 mg P/1 und pH-Werten zwischen 6.45 und 7.10. 1 Gramm der trockenen, imprägnierten Kohle enthielt 16 mg Eisen. Example 2 Treated with Fe (III) solution and then with tap water washed commercial activated carbon ~ Norit ROW 0.8 "(Norit N.V., Amsterdam) stirred in neutral, aqueous solutions, the ortho- resp. Pyro, resp. Tripolyphosphate contained, where 1.25re3pfi 1.45 or 35 mg P based on 1 gram of the dry, impregnated charcoal were adsorbed at corresponding residual phosphorus concentrations in the solution of 2.60 resp. 3.05 resp. 2.7 mg P / 1 and pH values between 6.45 and 7.10. 1 gram of the dry, impregnated charcoal contained 16 mg of iron.
Beispiel 3 aktivkohle "Norit ROW 0.8" wurde mit 0.2 molarer Eisen(III!-chlorid resp. Eisen(III)-chloridsulfatlösung behandelt und anschliessend mit Leitungswasser neutralgewaschen. Example 3 "Norit ROW 0.8" activated carbon was mixed with 0.2 molar iron (III! Chloride resp. Treated iron (III) chloride sulfate solution and then with tap water neutral washed.
2.5 g nasse, imprägnierte Kohle (entsprechend 1,1 g rockensubstanz) adsorbierte aus einer neutralen wässerigen Lösung 0.95 resp. 1.1 mg P (als Orthophosphat in Lösung) bezw. 1.3 resp. 1.6 mg P nach 10 aufeinanderfolgenden Aktivierungs- und Beladungszyklen bei Restkonzentrationen in Lösung von 5.3 resp. 4.4 bezw. 3.55 resp. 2.3 mg P/l. Der Eisengehalt der eingesetzten Kohle betrug 8.8 resp. 13 mg Fe/l,l g trockene Substanz beim ersten Zyklus bezw. 47.6 resp. 54.8 mg Fe beim 10. Zyklus. Nicht mit Eisenlösung behandelte Aktivkohle "Norit RGW 0.8" adsorbierte lediglich C.9 mg mg g trockene Kohle bei einer Konzentration in Lösung von 5.5 mg Pjl.2.5 g wet, impregnated coal (equivalent to 1.1 g rock substance) adsorbed from a neutral aqueous solution 0.95 resp. 1.1 mg P (as orthophosphate in solution) resp. 1.3 resp. 1.6 mg P after 10 consecutive activation and Loading cycles at residual concentrations in solution of 5.3 resp. 4.4 and 3.55 resp. 2.3 mg P / l. The iron content of the coal used was 8.8, respectively. 13 mg Fe / l, l g dry substance in the first cycle respectively. 47.6 resp. 54.8 mg Fe on the 10th cycle. Activated carbon "Norit RGW 0.8" not treated with iron solution merely adsorbed C. 9 mg mg g dry charcoal at a concentration in solution of 5.5 mg Pjl.
Beispiel 4 700 g trockene Aktivkohle "Norit ROW 0.8" in granulierter
Form wurden in einer von unten nach oben durchflossenen Säule von 6 cm. Innendurchmesser
mit 2 Liter 0.5-molarer Lösung von Eisen(III)-sulfat behandelt und anschliessend
gewaschen, bis das Waschwasser neutral und eisenfrei war. Die Säule wurde mit einer
neutralen wässerigen Lösung mit 10 mg P/1 als Orthophosphat und pH 7 T 8 mit einer
Durchlaufgef schwindigkeit von 2 Liter/h beschickt. Für die P-Konzentratioi resp.
der pH der so behandelten Lösung wurden folgende Werte in Funktion des Volumens
der behandelten Lösung gemessen:
Beispiel 6 Aktivkohle ~#orit ROW 0.8", die wa~hrend dreissig Minuten in einer 1,5 molaren Lösung von Eisen(II)-sulfat bei Raumtemperatur gerührt und anschliessend mit Leitungswasser gewaschen. bis im Waschwasser kein Eisen mehr nachweisbar war, adsorbierte bei einem Beladungsversuch aus neutraler, nässeriger, Orthophosphat enthaltenden ~lösung 0.4 mg P/g trockene Substanz bei einer Restkonzentration in Lösung von 0.2 mg bezw. 0.9 mg P/g bei 1.3 mg P/1 benz. 1.5 mg P/g bei 5-7 mg P/1. Die pH-Werte der wässerigen Lösung nach dem Beladung versuch lagen zwischen 7.6 und 7.7. Die mit Eisen(II) imprägnierte Kohle enthielt 18 mg Fe/g trockene Substanz. Example 6 Activated charcoal orit ROW 0.8 ", which lasts for thirty minutes stirred in a 1.5 molar solution of iron (II) sulfate at room temperature and then washed with tap water. until no more iron can be detected in the washing water was, adsorbed in a loading test from neutral, wetter, orthophosphate solution containing 0.4 mg P / g dry substance with a residual concentration in Solution of 0.2 mg respectively. 0.9 mg P / g at 1.3 mg P / 1 benz. 1.5 mg P / g at 5-7 mg P / 1. The pH values of the aqueous solution after the loading experiment were between 7.6 and 7.7. The carbon impregnated with iron (II) contained 18 mg Fe / g dry substance.
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