DE2610510C2 - Method and apparatus for removing ash from wastewater treatment systems - Google Patents
Method and apparatus for removing ash from wastewater treatment systemsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen und Entfernen von Asche aus einem System zur Abfallbehandlung mit pulverisiertem Kohlenstoff.The present invention relates to a method and apparatus for separating and removing ash from a pulverized carbon waste treatment system.
Bei einem Verfahren unter Anwendung der Gas-Klassifikation von flüssig suspendierten Feststoffen zur Konzentration und Entfernung des akkumulierten inerten Materials aus einem Abwasser- Behandlungssystem mit pulverisierter Aktivkohle besteht die Neigung, daß inerte nicht oxidierbare Feststoffe, die von dem Kohlenstoff aus dem Abwassersystem aufgefangen wurden und Asche, die aus einer leichten Oxidation von Kohlenstoff in jedem Regenerationscyclus stammen, sich in einem geschlossenen festen System ansammeln, wenn keine Anstalten getroffen werden, inerte Feststoffe zu entfernen. Ein Verfahren zur Entfernung inerter Feststoffe besteht darin, kontinuierlich einen Teil des verbrauchten oder regenerierten Kohlenstoffstroms zu verwerfen, was jedoch zu einem beträchtlichen Kohlenstoffverlust und zu dem Problem einer vermehrten Feststoffbeseitigung führt.In a process using gas classification of liquid suspended solids to concentrate and remove accumulated inert material from a powdered activated carbon wastewater treatment system, inert non-oxidizable solids captured by the carbon from the wastewater system and ash resulting from slight oxidation of carbon in each regeneration cycle tend to accumulate in a closed solid system unless some effort is made to remove inert solids. One method of removing inert solids is to continuously discard a portion of the spent or regenerated carbon stream, but this results in significant carbon loss and the problem of increased solids disposal.
Aus der DE-OS 20 38 545 ist die Klassierung von Feststoffen in einem Gas bekannt. In den Fig. 4 und 6 dieser DE-OS ist ein fluidisiertes Bett-Pyrolysesystem gezeigt, das bei etwa 3000°C arbeitet. Es handelt sich hierbei um ein Zweiphasen-System (Gas/Feststoffe). Außerdem werden in der Vorrichtung der Fig. 6 Teilchen erzeugt, die sowohl Asche als auch kohlenstoffhaltige Kohle enthalten. Nach Verwendung wird der kohlenstoffhaltige Teil zerstört und nur feine Asche erzeugt und kein kohlenstoffhaltiges Material.The classification of solids in a gas is known from DE-OS 20 38 545. Fig. 4 and 6 of this DE-OS show a fluidized bed pyrolysis system that operates at about 3000°C. This is a two-phase system (gas/solids). In addition, the device in Fig. 6 produces particles that contain both ash and carbonaceous coal. After use, the carbonaceous part is destroyed and only fine ash is produced and no carbonaceous material.
In Chem. Eng. Prog., Bd. 69, Nr. 11 (1973), S. 56-62, wird die Naßluftoxidation zur Regenerierung von aktiviertem Kohlenstoff beschrieben. Auf S. 57, linke Spalte, ist die thermische oder oxidative Regenerierung von Kohle beschrieben, und auf S. 60 ist die Naßluftoxidation zur Kohleregenerierung erwähnt. Über eine Abtrennung der Asche von der Kohle ist nichts angegeben.In Chem. Eng. Prog., Vol. 69, No. 11 (1973), pp. 56-62, wet air oxidation for the regeneration of activated carbon is described. On page 57, left column, the thermal or oxidative regeneration of coal is described, and on page 60 wet air oxidation for coal regeneration is mentioned. Nothing is said about the separation of the ash from the coal.
Weiterhin ist in dem Schweizer Patent 5 45 254 die Zugabe von aktivierter Kohle bei einem Abwasser-Reinigungsverfahren und die Erzeugung von aktivierter Kohle aus der von dem Behandlungsprozeß entstandenen Aufschlämmung in üblicher Weise beschrieben. Über eine Abtrennung von Asche und Kohle ist nichts gesagt.Furthermore, the Swiss patent 5 45 254 describes the addition of activated carbon in a waste water purification process and the production of activated carbon from the slurry resulting from the treatment process in the usual way. Nothing is said about the separation of ash and carbon.
Ziel der Erfindung ist die Verminderung von Kohlenstoffverlusten sowie die Verringerung der Menge der zu verwerfenden Feststoffe, bevor sie aus dem System entfernt werden.The aim of the invention is to reduce carbon losses and to reduce the amount of solids to be discarded before they are removed from the system.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung und Entfernung von Asche aus einem Abwasserbehandlungssystem mit pulverisiertem Kohlenstoff durch Einströmenlassen des Abwassers in Kontakt mit pulverisiertem Kohlenstoff, wodurch das Wasser gereinigt wird, und Leiten des gereinigten Wassers zu einem Absetztank, von dem das erhaltene klare Wasser abgezogen wird, während sich die Feststoffe zum Boden absetzen, wobei man an die abgesetzten Feststoffe, die vom Boden des Absetztankes in Form einer Aufschlämmung abgezogen werden, Druck anlegt, die Aufschlämmung in einem Wärmeaustauscher erhitzt, die Aufschlämmung in den Boden eines Reaktionsgefäßes leitet, in dem der Kohlenstoff durch Naßluftoxidation regeneriert wird, und anschließend erneut in den Einstrom eingebracht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine Klassifizierung bzw. Sortierung der Feststoffe in dem Reaktor durch die Turbulenz der Aufschlämmung unter Druck beim Aufsteigen durch den Reaktor schafft, wobei die schwereren Feststoffe einschließlich der Asche nahe des Bodens des Reaktors abgezogen werden und die leichtere regenerierte Kohlenstoffaufschlämmung vom oberen Teil des Reaktors abgezogen wird.The method of the present invention for separating and removing ash from a wastewater treatment system using powdered carbon by flowing the wastewater into contact with powdered carbon, thereby purifying the water, and passing the purified water to a settling tank from which the resulting clear water is withdrawn while the solids settle to the bottom, applying pressure to the settled solids withdrawn from the bottom of the settling tank in the form of a slurry, heating the slurry in a heat exchanger, passing the slurry into the bottom of a reaction vessel, in in which the carbon is regenerated by wet air oxidation and then reintroduced into the feed stream, is characterized by providing a classification of the solids in the reactor by the turbulence of the slurry under pressure as it rises through the reactor, the heavier solids including ash being withdrawn near the bottom of the reactor and the lighter regenerated carbon slurry being withdrawn from the top of the reactor.
Ausgestaltungen der Erfindung nach dem Hauptanspruch sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5.Embodiments of the invention according to the main claim are the subject of subclaims 2 to 5.
Im Gegensatz zu dem in der oben erwähnten DE-OS 20 38 545 beschriebenen Verfahren handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um die Feststoffklassierung in einem Turbulenz-Dreiphasen-System (Gas/Flüssigkeit/Feststoffe), das bei weit niedrigerer Temperatur als bei der DE-OS 20 38 545 durchgeführt wird. Der erhöhte Auftrieb und die Turbulenz der zusätzlichen wäßrigen Phase bei dem erfindungsgemäßen System ließ nicht erwarten, daß eine Klassierung der Asche und der Kohle in dem Reaktor stattfinden würde. Durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß dies tatsächlich möglich ist.In contrast to the process described in the above-mentioned DE-OS 20 38 545, the process according to the invention involves solids classification in a turbulent three-phase system (gas/liquid/solids) which is carried out at a much lower temperature than in DE-OS 20 38 545. The increased buoyancy and turbulence of the additional aqueous phase in the system according to the invention did not lead to the expectation that classification of the ash and coal would take place in the reactor. Tests carried out have shown that this is actually possible.
Im allgemeinen wird bei Durchführung der Erfindung einströmendes Abwasser von irgendeinem Reinigungssystem mit pulverisiertem Kohlenstoff in Kontakt gebracht, wobei der Kohlenstoff organisches Material adsorbiert. Das Verfahren umfaßt weiter die Reinigung des Wassers, das anschließend absetzen gelassen wird und die Entfernung von Kohlenstoff und der adsorbierten organischen Materialien, wobei ein klares gereinigtes Wasserprodukt geschaffen wird, das selbstverständlich abgezogen wird. In der Unterströmung befindliche Feststoffe im Absetzverfahren werden kontinuierlich zum einströmenden Abwasser recyclisiert, um in der Kontaktzone eine hohe Kohlenstoffkonzentration beizubehalten. Verbrauchter Kohlenstoff wird aus dem System als kleiner Seitenstrom entnommen; dieser verbrauchte Kohlenstoff wird durch eine Regenerationseinheit geleitet. Die Kohlenstoffaufschlämmung wird in einem Wärmeaustauscher erwärmt und anschließend durch einen Reaktor geleitet, wobei sie durch den Boden des Reaktors eintritt. Der vertikale Reaktor ist lang und dünn mit einem Verhältnis von Höhe zu Durchmesser, das 5 : 1 überschreitet. Der Kohlenstoff wird in dem Reaktor regeneriert. Die regenerierte Kohlenstoffaufschlämmung wird anschließend gekühlt und die gekühlte Mischung wird durch ein Druck-gesteuertes Ventil oder dergleichen zusammen mit dem Einstrom direkt zurück in Kontakt mit dem System gebracht. Die Aufschlämmung (Asche) wird von dem Boden des Reaktors abgezogen und die regenerierte Aufschlämmung (Kohlenstoff) tritt aus dem oberen Ende des Reaktors aus und die aus dem oberen Ende des Reaktors austretende regenerierte Aufschlämmung wird gegebenenfalls in den Einstrom zurückgeführt. Diese Vorrichtung bzw. Anordnung und dieses Verfahren vermindern den Kohlenstoffverlust sowie die Menge der zu verwerfenden Feststoffe, wobei die schweren inerten Feststoffe (Asche) am Boden bzw. unteren Ende des Reaktors konzentriert werden und von dem leichteren, aktivierten Kohlenstoff am oberen Ende des Reaktors abgetrennt werden.Generally, in the practice of the invention, incoming waste water from any purification system is contacted with powdered carbon, the carbon adsorbing organic material. The process further comprises purifying the water, which is then allowed to settle, and removing carbon and the adsorbed organic materials to provide a clear purified water product which is of course withdrawn. Solids in the undercurrent in the settling process are continuously recycled to the incoming waste water to maintain a high carbon concentration in the contact zone. Spent carbon is removed from the system as a small side stream; this spent carbon is passed through a regeneration unit. The carbon slurry is heated in a heat exchanger and then passed through a reactor, entering through the bottom of the reactor. The vertical reactor is long and thin with a height to diameter ratio exceeding 5:1. The carbon is regenerated in the reactor. The regenerated carbon slurry is then cooled and the cooled mixture is returned directly into contact with the system through a pressure controlled valve or the like along with the inflow. The slurry (ash) is withdrawn from the bottom of the reactor and the regenerated slurry (carbon) exits the top of the reactor and the regenerated slurry exiting the top of the reactor is optionally returned to the inflow. This apparatus and method reduces carbon loss and the amount of solids to be discarded, concentrating the heavy inert solids (ash) at the bottom of the reactor and separating it from the lighter activated carbon at the top of the reactor.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abtrennung und Entfernung von Asche aus einem Abwasserbehandlungssystem mit pulverisiertem Kohlenstoff, das einen Behälter, der pulverisierten Kohlenstoff, Einrichtungen zur Schaffung eines Einstroms bzw. Beschickungsstroms von Abwasser in den Behälter und eine Leitung zur Überführung von gereinigtem Wasser aus dem Behälter zu einem Absetztank, der das gereinigte Wasser aufnimmt und aus dem das erhaltene Wasser abgezogen wird, eine Leitung zum Abziehen der abgesetzten Feststoffe in einer Aufschlämmung vom Boden des Absetzbehälters einschließlich des verbrauchten Kohlenstoffs, einen Wärmeaustauscher und Einrichtungen, um die Aufschlämmung durch den Wärmeaustauscher zu zwingen, ein Reaktionsgefäß und eine Leitung, um die erwärmte Aufschlämmung aus dem Wärmeaustauscher in das Reaktionsgefäß an dessen Boden zu leiten, wobei dieses Reaktionsgefäß relativ lang und eng ist, umfaßt, und einen Auslaß für das Gas und die Aufschlämmungsmischung und den regenerierten Kohlenstoff in der Nähe des oberen Teils des Reaktors sowie Einrichtungen zur Leitung dieses Gases und der Aufschlämmung sowie des regenerierten Kohlenstoffs von dem Reaktor zurück zum Beschickungsstrom aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß (34) einen Auslaß (38) für die inerte Asche in der Nähe des Bodens des Reaktors aufweist.The apparatus of the present invention for separating and removing ash from a pulverized carbon wastewater treatment system comprising a vessel containing pulverized carbon, means for providing a feed stream of wastewater into the vessel and a conduit for transferring purified water from the vessel to a settling tank which receives the purified water and from which the resulting water is withdrawn, a conduit for withdrawing the settled solids in a slurry from the bottom of the settling tank including the spent carbon, a heat exchanger and means for forcing the slurry through the heat exchanger, a reaction vessel and a conduit for passing the heated slurry from the heat exchanger into the reaction vessel at the bottom thereof, said reaction vessel being relatively long and narrow, and an outlet for the gas and slurry mixture and the regenerated carbon near the top of the reactor and means for passing said gas and slurry and the regenerated carbon from the reactor back to the feed stream, characterized in that the reaction vessel ( 34 ) has an outlet ( 38 ) for the inert ash near the bottom of the reactor.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert.In the following, the invention is explained with reference to the accompanying figures.
Die Fig. 1 stellt ein Fließschema dar und Fig. 1 shows a flow diagram and
die Fig. 2 veranschaulicht den Reaktor bzw. das Reaktionsgefäß. Figure 2 illustrates the reactor or reaction vessel.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren, das den Teil irgendeines Gesamt-Behandlungssystems für Abwasser bildet, unter Anwendung von pulverisiertem aktiviertem Kohlenstoff und der Kohlenstoff-Regeneration, zum Beispiel durch Naßluftoxidation. Das Fließschema der Fig. 1 stellt ein Beispiel für ein typisches System dar, in dem der Gegenstand der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann. Einströmendes Abwasser tritt bei 12 in einen Belüftungstank 10 ein; dieser Tank enthält oder ist gefüllt mit pulverisiertem Kohlenstoff, der organisches Material adsorbiert und das Wasser reinigt, das anschließend in einen Absetztank 14 über die Leitung 16 geführt wird; das erhaltene gereinigte klare Wasser wird in der Nähe des oberen Endes des Absetztankes 14, wie etwa bei 18, abgezogen.One embodiment of the present invention comprises a process forming part of any overall waste water treatment system using powdered activated carbon and carbon regeneration, for example by wet air oxidation. The flow diagram of Figure 1 illustrates an example of a typical system in which the subject matter of the present invention may be applied. Incoming waste water enters an aeration tank 10 at 12 ; this tank contains or is filled with powdered carbon which adsorbs organic material and purifies the water which is then passed to a settling tank 14 via line 16 ; the resulting purified clear water is withdrawn near the top of the settling tank 14 , such as at 18 .
Feststoffe, die zum Boden des Absetztankes absinken, werden am Boden über 20 abgezogen und ein Teil des verbrauchten Kohlenstoffs wird in Form einer Aufschlämmung direkt durch die Zweigleitung 22 zurück zum Einstrom 12 geführt. Hierdurch bleibt im Behälter 10 eine hohe Kohlenstoffkonzentration erhalten.Solids which sink to the bottom of the settling tank are removed at the bottom via 20 and a portion of the spent carbon is returned in the form of a slurry directly through the branch line 22 to the inlet stream 12. This maintains a high carbon concentration in the vessel 10 .
Ein Teil der verbrauchten Kohlenstoffaufschlämmung jedoch wird durch die Leitung 24 abgezweigt und diese Aufschlämmung wird unter Druck mit nasser Luft, komprimierter Luft, die aus dem Kompressor 28 erhalten wird, vereint und die verbrauchte Kohlenstoffaufschlämmung und die Luft vereinigen sich in der Leitung 30, die zum Wärmeaustauscher üblicher Bauweise geführt wird, der durch 32 allgemein dargestellt wird.However, a portion of the spent carbon slurry is diverted through line 24 and this slurry is combined under pressure with wet air, compressed air obtained from compressor 28 and the spent carbon slurry and air combine in line 30 which is led to the heat exchanger of conventional design generally represented by 32 .
Diese Mischung wird anschließend über die Leitung 36 durch ein Reaktionsgefäß 34 geführt. Dieser Reaktor ist in Fig. 2 dargestellt. Die Mischung tritt am Boden des Reaktors bzw. am unteren Teil des Reaktors ein, der lang, dünn und vertikal ist und dessen Verhältnis von Höhe zu Durchmesser vorzugsweise über 5 : 1 liegt.This mixture is then passed through a reaction vessel 34 via line 36. This reactor is shown in Fig. 2. The mixture enters the bottom of the reactor or the lower part of the reactor, which is long, thin and vertical and whose height to diameter ratio is preferably greater than 5:1.
Sowohl die Flüssigkeit als auch die Luft werden über 36 in den Boden des Reaktors eingeführt und das resultierende Fluid (Flüssigkeit plus Gas) erzeugt den erwünschten Effekt, da die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit nicht ausreicht, um eine Geschwindigkeit in Aufwärtsrichtung zu erzeugen, die eine Klassifizierung bzw. Sortierung der Feststoffe erzielen kann. Der Aufwärtsstrom der Luft in dem Reaktor weist sowohl ein größeres Volumen als auch eine geringere Dichte auf als die Flüssigkeit und führt zu einer beträchtlichen Klassifizierung bzw. Sortierung der Feststoffe in dem Reaktor, durch die Turbulenz, die er beim Durchlauf durch das Gefäß erzeugt.Both the liquid and the air are introduced into the bottom of the reactor via 36 and the resulting fluid (liquid plus gas) produces the desired effect because the flow rate of the liquid is insufficient to produce a velocity in the upward direction capable of achieving classification or sorting of the solids. The upward flow of air in the reactor is both larger in volume and less dense than the liquid and results in considerable classification or sorting of the solids in the reactor by the turbulence it produces as it passes through the vessel.
Die Sortierung der Feststoffe führt zu einer Aufschlämmung, die zum Boden des Behälters absinkt und die am Austritt 38 abgezogen wird, wo der resultierende hohe Prozentsatz an suspendierten Feststoffen und inerter Asche abgezogen wird, während die regenerierte Aufschlämmung, die gezwungen wird, in das Rohr 40 einzutreten und bei 42 austritt, einen wesentlich geringeren Durchschnitt bzw. Gehalt an inerter Asche und einen größeren Gehalt an Kohlenstoff-Feststoffen aufweist. Dieses (Kohlenstoff) Material wird anschließend zum Wärmeaustauscher zurückgeführt, wo es abgekühlt wird und anschließend durch eine Leitung 44 zum Einstrom 12 zurückgeführt wird.The sorting of the solids results in a slurry which sinks to the bottom of the vessel and which is withdrawn at outlet 38 where the resulting high percentage of suspended solids and inert ash is withdrawn, while the regenerated slurry which is forced to enter pipe 40 and exits at 42 has a much lower average inert ash content and a greater carbon solids content. This (carbon) material is then returned to the heat exchanger where it is cooled and then returned to the inlet 12 through a line 44 .
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde gefunden, daß es möglich ist, die Aufschlämmung vom Boden des Reaktionsgefäßes mit suspendierten Feststoffen abzuziehen, die im Durchschnitt 80% inerte Asche und 20% Kohlenstofffeststoffe enthalten, wohingegen die regenerierte Aufschlämmung, die vom oberen Ende des Reaktionsgefäßes bei 40 abgezogen wird, durchschnittlich 40% inerte Asche und 60% Kohlenstoffe aufweist. Es ist daher ersichtlich, daß die Asche in dem Rückstrom zum Einfluß 12 stark vermindert wird und die Kohlenstoff-Feststoffe zunehmen.In carrying out the process of the invention it has been found that it is possible to withdraw the slurry from the bottom of the reaction vessel with suspended solids containing on average 80% inert ash and 20% carbon solids, whereas the regenerated slurry withdrawn from the top of the reaction vessel at 40 has on average 40% inert ash and 60% carbons. It can therefore be seen that the ash in the return stream to inlet 12 is greatly reduced and the carbon solids increase.
Nimmt man an, daß jedes Fluid (Flüssigkeit oder Gas) einen leeren Reaktor einnimmt, so lagen die jeweiligen Fließgeschwindigkeiten derart, daß die durchschnittliche Fließgegeschwindigkeit aufwärts zwischen 5,18 und 10,36 cm pro Minute (0,17 bis 0,34 Feet pro Minute) für die Flüssigkeit und zwischen 30,48 und 60,96 cm pro Minute (1 bis 2 Feet pro Minute) für das Gas betrugen. Bei der praktischen Durchführung werden die zwei Fluide zusammen in den Reaktor eingeführt und es zeigt sich, daß die tatsächliche Aufwärtsgeschwindigkeit des Gases wesentlich über der auf der Basis des leeren Reaktors berechneten liegt, da seine geringe Dichte seinen Aufstieg durch den Reaktor mit wesentlich größerer Geschwindigkeit als der der Flüssigkeit bewirkt. Das Verhältnis der Dichte des Gases zur Flüssigkeit wurde im Durchschnitt als 120 : 1 gefunden.Assuming that each fluid (liquid or gas) occupies an empty reactor, the respective flow rates were such that the average upward flow rate was between 5.18 and 10.36 cm per minute (0.17 to 0.34 feet per minute) for the liquid and between 30.48 and 60.96 cm per minute (1 to 2 feet per minute) for the gas. In practice, the two fluids are introduced into the reactor together and it is found that the actual upward velocity of the gas is much higher than that calculated on the basis of the empty reactor, since its low density causes its ascent through the reactor at a much greater rate than that of the liquid. The ratio of the density of the gas to the liquid was found to be on the average 120:1.
Sowohl die erfindungsgemäße Vorrichtung als auch das erfindungsgemäße Verfahren sind auf Kohlenstoff anwendbar, der in jeglichen Teilen des Abwasserbehandlungs-Systems verwendet wird, nicht lediglich bei Belüftungsarbeitsgängen, sondern auch in der Abwesenheit von Luft oder Sauerstoff (anaerob), einschließlich Denitrifikations-Systeme.Both the apparatus and the method of the invention are applicable to carbon used in any part of the wastewater treatment system, not only in aeration operations, but also in the absence of air or oxygen (anaerobic), including denitrification systems.
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