DE2624223A1

DE2624223A1 - Verfahren zur regenerierung von abwasser und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2624223A1
Application number: DE19762624223
Authority: DE
Inventors: Thomas Newell Deane
Original assignee: KLEEN RITE ARUNDALE
Current assignee: KLEEN RITE ARUNDALE
Priority date: 1975-06-16
Filing date: 1976-05-29
Publication date: 1976-12-23
Also published as: AU499214B2; AT353709B; DK239176A; IN142076B; FR2314899B1; IL49682A; GB1543411A; JPS5269A; ATA352376A; US4092242A; FR2314899A1; BR7603390A; IT1061329B; IL49682A0; MX3809E; AU1442576A; CH628865A5; ES448383A1; SE7605559L; ZA763166B

Description

113 P 2 DT

KLEEN-RITE/äRUNDALE, INC., ST. LOUIS, MISSOXJRI 63126 (V.St.A. )

Verfahren zur Regenerierung von Abwasser und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

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Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung von Abwasser und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es wurden bereits viele Versuche unternommen, Waschabwasser zu regenerieren, da Wasser teuer und überdies in vielen Gegenden nur in begrenzten Mengen vorhanden ist. Vor der Verwendung von synthetischen Detergentien, wie etwa den ArylalkyIsulfonaten und den nichtionischen Detergentien, wurden in den Wäschereien Seifen der Fettsäuren, gewöhnlich Natriumoleat, Natriumstearat, Natriumpalmitat und anderer Fettsäuren in Form der Natrium- oder Kaliumsalze verwendet. Seifenhaltiges Waschwasser konnte durch Neutralisation des alkalischen Wassers, bespiesweise mittels Aluminiumsulfat, unter Abtrennung der Fettsäuren, der Aluminiumseifen und von Aluminiumhydroxid, rückgewonnen werden.

Bei den synthetischen Detergentien, wie etwa bei den Natriumalkylarylsulfonaten mit 12 C-Atomen und den nichtionischen Detergentien, wie etwa den äthoxylierten Alkoholen,-sind die vorerwähnten Methoden der Wasserregenerierung unwirksam. Die Metallsalze der organischen Sulfonate und Sulfate sind alle wasserlöslich. Die auf Karbonat und Alaun reagierenden Chemikalien werden durch Ausflockung unlöslich , die Klärung ist jedoch langsam und unvollständig, da die synthetischen Detergentien aktiv bleiben

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und die Schmutzteilchen und unlöslichen Chemikalien suspendiert halten.

Bei der Reinigung durch Ultrafiltration gelangen

die synthetischen Detergentien in das abfließende Wasser, so daß dieses nicht mehr den Erfordernissen entspricht.

Im Zuge der elektrochemischen Reinigung können die Bindungen .zwischen den synthetischen Detergentien und dem Wasser nicht in zufriedenstellender Weise aufgebrochen werden, so daß das abfließende Wasser zu"schaumig" ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerierung von Waschabwasser und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die rasch und billig arbeiten und eine Abtrennung der suspendierten Stoffe bewirken. Der Apparateaufwand ist hiebei minimal und billig, das Abflußwasser ist mit Industrienutzwasser vergleichbar. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die Wärme durch Kreislaufführung in Form von Warmwasser rückgewonnen, wodurch Brennstoffkosten eingespart werden. Das Flockungsmittel kann verbrannt oder als Füllmaterial für Bodenfüllungen verwendet werden.

Die Zeichnung zeigt eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. Während der Durchführung des.Verfahrens wird eine geringe Menge eines wasserunlöslichen oberflächenaktiven Mittels auf Ölbasis, d.h. eine organische Säure mit hohem Molekulargewicht oder dessen Salz eines Metalles der Gruppe 2 des Periodensystems, in das Abwasser

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eingespritzt. Als Säure wird eine solche der Gruppe der Sulfonsäuren und deren Rohsäuren-Nebenprodukt, Phosphorsäuren, Alkylphenolate und Carbonsäuren mit mehr als 20 C-Atomen, wie etwa 20-4-0 C-Atomen verwendet. Diese Stoffe werden als oberflächenaktive Mittel bezeichnet. Die oberflächenaktiven Mittel bilden, durch Rühren unterstützt, mit den synthetischen Detergentien eine Emulsion. Das Verfahren kann absatzweise durchgeführt werden, jedoch wird vorzugsweise eine kontinuierlich j Arbeitsweise angewendet, welche durch die durch das Verfahren ί erzielbare rasche Trennung ermöglicht wird. Das Volumen an eingesetztem oberflächenaktivem.Mittel kann variieren, wird jedoch gewöhnlich auf das im Wasser vorhandene Detergens mit einem Faktor von etwa 0,20:1 bis etwa 100:1 bezogen (die Emulsion kippt beim höheren Wert um). Ein vorteilhaftes Verhältnis ist 1 Gew.-Teil oberflächenaktives Mittel zu 2 Gew.-Teilen synthetischem Detergens. Bei der Behandlung eines Gemisches vom Wäschereiabwasser und Schwemmwasser werden gewöhnlich etwa 100 bis 250 mg oberflächenaktives Mittel pro 1 1 Wasser verwendet. Wird zu wenig oberflächenaktives Mittel eingesetzt, so ist die später erzeugte Flockung nicht mehr zusammenhängend, so daß sie sich nicht rasch und vollständig vom Wasser abtrennt. Zur Herabsetzung der Kosten ist es zweckmäßig, gerade so.viel oberflächenaktives Mittel zuzusetzen, daß eine zusammenhängende Flockung entsteht.

Die gebildete Emulsion wird mittels üblicher Flockungsmittels wie z.B. Alaun, Zinkchlorid, Eisenchlorid

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oder Kombinationen heft.von mit Polyelektrolyten, oder durch elektrochemische oder Ultrafiltrationsmethoden gebrochen. In jedem Falle wird das synthetische Detergens zuerst vom oberflächenaktiven Mittel durch Co-Löslichkeit aufgenommen. Beim Brechen der Emulsion wird das synthetische Detergens vom oberflächenaktiven Mittel abgetrennt.

Zum Brechen der Emulsion kann Alaun (Aluminiumsulfat) verwendet werden. Die entsprechend verdünnte Alaunlösung wird in die Emulsion eingespritzt. Durch den Alaun werden die Alkaliminerale (z.B. Natriumcarbonat und -silikat), die durch die das synthetische Detergens enthaltende Zusammensetzung eingebracht wurden, neutralisiert. Es wird genügend Alaun zugesetzt, um das Wasser schwach sauer zu machen, z.B. auf einen pH-Wert von etwa 5 bis 6,5 zu bringen. Bei diesem pH-Wert bildet sich bei Gegenwart von Carbonaten ein gelatinöser Niederschlag von Aluminiumoxid, der Farbstoffe und andere Verschmutzungen adsorbiert. Durch die Bildung von Aluminiumhydroxid wird die Emulsion des oberflächenaktiven Mittels gebrochen. Die kolloidalen Teilchen von oberflächenaktivem Mittel, angelagertem öl, synthetischem Detergens und Aluminiumoxid bilden die vorerwähnte Flockung.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt einen Komplex chemischer und physiochemischer Reaktionen. Die Adsorption des synthetischen Detergens mit dem zugesetzten oberflächenaktiven Mittel auf ölbasis durch Co-Löslichkeit oder covalente Bindung' ist hiebei das wichtigste.

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Geeignete Sulfonsäuren können hergestellt werden, indem man eine Schmierölfraktion der Erdöldestillation mit Oleum oder SO₃ oder mit einem Alky!benzol, wie z.B. Benzol, das mit Butylendimer oder -trimer alkyliert ist, sulfoniert. In der US-PS 2 746 9 80 sind entsprechende Herstellungsverfahren beschrieben. Eine geeignete ölfraktion hat ein Molekulargewicht von 400 bis 600 und ist gelb bis rot gefärbt. Eine für diese Zwecke verwendete Fraktion ist unter der Bezeichnung 480 Neutralöl bekannt.

Nach der Sulfonierung wird das öljvom Säure schlamm abgetrennt und werden die Sulfonsäuren mit Alkohol und Wasserextrahiert und hierauf mit Kalk zwecks Bildung der Kalziumseife neutralisiert. Die Sulfonsäure kann auch mit Natriumhydroxid unter Bildung der Natriumseife neutralisiert werden, die man sodann mit wässerigem Alkohol aus dem öl extrahiert und sodann durch doppelte Umsetzung mit einem Halogenid eines Metalles der Gruppe 2 des Periodensystems in das entsprechende Salz eines Metalles dieser Gruppe, wie Kalzium, Barium oder Magnesium, überführt. Das so erhaltene Sulfonat enthält gewöhnlich 50 bis 60 Gew.-% nicht sulfonierten Erdöl-Kohlenwasserstofföl. Um den Sulfonatgehalt auf 15 bis 30 % herabzusetzen und damit die Kosten zu reduzieren, kann eine nichtflüchtige Erdölfraktion, wie etwa Weißöl 50 (Pale-Oil 60) entfärbtes Kerosin oder "Iso-par M" CTM), eine geruchlose, bei 210 bis 250 C siedende Erdölfraktion mit einem Flammpunkt oberhalb 75 C, zugesetzt werden. Der Zusatz von etwa 1 bis 5 Gew.-% eines viskosen Polybutens mit hohem Molekulargewicht

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vermittelt der resultierenden Flockung Klebrigkeit.

Es können auch andere oberflächenaktive Mittel

in üblicher Weise hergestellt werden. Diese oberflächenaktiven Mittel sind vorzugsweise auf Grund ihres stark lipophilen Charakters öllöslich. Die oberflächenaktiven Mittel haben einen hydrophil-lipophilen Ausgleichswert (HLB) von weniger als 1 auf einer Skala, in der der HLB des Waschmittels einen Viert von mehr als 20 hat. Der Ausdruck "oberflächenaktives Mittel" umfaßt auch ein dem Abwasser zugesetztes verdünntes oberflächenaktives Mittel,

Baispiel: 95 1 hö^ßes Wasser (etwa 60 C) wurden in einer Waschmaschine mit 100 g eines Waschinlttels der folgenden Zusammensetzung versetzt:

Natriumalkylarylsulfonat 20 %

Natriumcarbonat 25 %

Natriummetasilikat 6 %

Aufheller 1 %

Carboxymethylcellulose 1 %

Wasser 47 %.

Es wurden H₉ 5 kg Schmutzwäsche in die Waschmaschine hineingegeben und 30 min lang gewaschen. Das Abwasser wurde von der Wäsche abgeschleudert und die Wäsche mit 95 1 frischem Wasser geschwemmt. Hierauf wurde das Schwemmwasser von der Wäsche abgeschleudert und mit den Waschabwasser vereinigt. Der Waschvorgang wurde so oft wiederholt, bis 2000 1 Abwasser

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angefallen waren. Das Wasser enthielt pro Liter etwa 150 mg des Alkylarylsulfonats.

Dieses Abwasser wurde sodann mit einer Kreiselpumpe in einer Menge von 170 l/min mit 250 mg/1 (44 g/min) oberflächenaktivein Mittel (eine 25%ige Lösung von neutralem Kalziumsulfonat mit hohem Molekulargewicht) umgepumpt, Durch die Pumpe wurden das Wasser und das oberflächenaktive Mittel emulgiert und in ein Reaktionsgefäß mit 300 1 Inhalt gepumpt, das durch Einblasen von Luft unter einen Druck von etwa 1,4 at gesetzt wurde. In die die Pumpe verlassende und in das Reaktionsgefäß eintretende Emulsion wurde eine 20%ige Alaunlösung (150 g/min) eingemessen. Die Zusatzgeschwindigkeit des Alauns wurde durch eine auf ein zur Ermittlung des pH-Wertes des Wasser im Reaktionsgefäß angeordnetes pH-Meter ansprechende Pumpe derart gesteuert, daß der pH-Wert zwischen etwa 5 und 6,5 lag. Die Verweilzeit im Kessel betrug etwa 1/2 bis 2 min.

Das das Reaktionsgefaß verlassende Wasser floß durch ein Druckentlastungsventil zu einem Flockabscheider. Die gelöste Luft wurde aus dem Wasser freigesetzt und die Flockung flotierte auf die Oberfläche als pastöse zusammenhängende Schicht mit 80-90% Wassergehalt. Die Flockung wurde durch Abstreichen der Wasseroberfläche entfernt. Um eine Turbulenz zu vermeiden, wurde in den Abscheider keine nicht gelöste Luft eingeführt. Das klare,

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regenerierte Wasser wurde vom Boden des Abscheiders abgezogen und hatte folgende Analyse:

Suspendierte Feststoffe 5 PPM

Gelöste Feststoffe 1,5 % Maximum

Bakterien (Kultur) keine

Virus "

Geruch (Geruchstest) "

pH	6-7
Härte	keine
Vfeichheit (Alauntest)	.005 %
. Klarheit (Nephelometer) Farbe . Schwermetalle	klar wasserhell 2 PPM
Quecksilber	keines.'

Gemäß der Zeichnung wird der Tank 11 über die Wasserleitung 10 gespeist. Der Tank 11 besitzt ein Volumen (z.B. . 2000 1), welches einen Ausgleich der Zufuhr ermöglicht, die mit der Entleerung der Waschmaschinen variieren kann. Das Wasser fliegt vom Tank 11 über die Leitung 12 durch ein Rückschlagventil 13, welches ein Zurückfließen in den Tank verhindert. Hierauf strömt das Wasser durch die Pumpe IU, die Leitung 15, die Kreiselpumpe 16 und die Leitung 17 in das Reaktionsgefäß 18, welches ein Fassungsvermögen von gewöhnlich 200-400 1 hat, so daß eine Verweilzeit von etwa 0,5-5 min erreicht wird. Gewöhnlich ist eine Minute ausreichend.

Das Wasser wird in einer Menge von etwa dem Zwei- bis Zehnfachen der Fließgeschwindigkeit aus dem Tank 11 im

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Kreislauf geführt, wobei das im Kreislauf geführte Wasser vom oberen Teil des Reaktionsgefäßes 18 aus über die Leitungen 15 und 19 zur Eintrittsseite der Pumpe 16 strömt. Über die Leitung 20 und das Dosierventil 21 wird Luft eingeblasen, um das Wasser mit'Luft zu sättigen. Das oberflächenaktive Mittel wird der Eintrittsseite der Pumpe 14 aus dem Tank 22 über die Dosierpumpe 23 und die Leitung 24 zugeführt. In den Pumpen IM· und 16 wird das oberflächenaktive Mittel mit dem Wasser emulgiert. Es werden etwa 1 1 oberflächenaktives Mittel je 4000 1 Wasser eingesetzt.

Cber die Leitung 25 wird aus dem Tank 26 mittels der Pumpe 2 7 eine 20 %ige Alaunlösung zugesetzt. Wenn angenommen eine fünffache Umlaufgeschwindigkeit gewählt wird, so beträgt die Zusatzgeschwindigkeit des Alauns etwa 174 mg Alaun/1 Wasser enthaltend etwa 265 mg Detergens/1. Der Alaun koaguliert die im Wasser enthaltenen Seifen und Detergentien, wobei Aluminiumhydroxid und Alaunseifen als adsorbierende Flockung ausfallen, die auf die Oberfläche des Reaktionsgefäßes 18 schwimmt. Die Flockung wird mit Luft und Wasser zur Pumpe 16 rückgeführt. In den Leitungen 15 und 17 werden weiteres oberflächenaktives Kittel und Alaun zugesetzt.

Das System umfassend das Reaktionsgefäß 18, die Pumpe und die Umlaufleitungen 15, 17, 19 wird durch die Pumpe 14 unter Druck gesetzt, um die Luft im Wasser und in der di^spergierten Flockung zu lösen. Es wird ein Druck von etwa

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1 atü, wie z.B. 0,65 - 1,4 atü, angewendet. Die Pumpe 14 kann eine Kreiselpumpe oder andere, mit einem federbelasteten Bypass ausgerüstete Pumpe sein. Eine hohe Umlaufgeschwindigkeit und Verweilzeit erhöhen die Löslichkeit der Luft.

Das Wasser strömt aus dem Re akt ions ge faß 18 über '■ die Leitung 2 8 zum Schaumabscheider 29, der aus einem rechteckigen Tank besteht. Im Schaumabscheider 29 wird der Druck entlastet, wobei die Luft kleine Blasen bildet, welche die dispergierten Feststoffe und Öle umschließen und sie zusammen mit der Flockung an die Oberfläche befördern. Das klare Wasser befindet sich sodann über dem Boden. Der Auslaß des Reaktionsgefäßes 18 befindet sich an einer mittleren Stelle desselben hinter einer Stauplatte 18a zur Verhinderung des Entweichens von Luft. Die Stauplatten im Scheider 29 verhindern die Wirbe!bildung. Die Strömung durch die Leitung 2 8 wird durch ein Diaphragmaventil 31 und ein pH-Meter 32 gesteuert. Das pH-Meter 32 ermittelt den pH-Wert des Wassers in der Leitung 19. Wenn der pH-Wert über 6,5 ansteigt, drosselt das Ventil 31 den Fluß durch die Leitung 28, bis daß durch den Akunzusatz bei 25 der pH-Wert wieder auf einen Bereich von 5-6,5 gebracht wurde.

3m Scheider 29 fließt die Flockung bei 33 über. Ein wandernder Abstreicher 34 zwingt die Flockung, durch 35 zum Auslaß zu wandern. Das Niveau der Flockung wird durch

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einen Schwimmer 36 im Behälter 37 gesteuert, welcher über die Leitung 38 mit dem Scheider 29 in Verbindung steht. Ein Ventil 39 wird durch den Schwimmer 35 über den Stab 4o betätigt. Das Wasser strömt durch die Leitung 41 und die Pumpe 42 zum Filter 43. Der Filter 43 ist ein Gewebe oder ein offenzelliges Filtermaterial oder auch ein Sandfilter, um allfällig übergelaufene oder restliche Flockung zu entfernen. Vom Filter 43 aus strömt das Wasser zu einem Aktivkohleoder Holzkohlefilter 44, wo Gerüche, Ölspuren, Farbstoffe, Kohlenwasserstoffe oder andere organische Verunreinigungen adsorbiert werden. Das geklärte Wasser strömt über die Leitung

die
45 zu seiner Wiederverwendung in/Wasserzuleitung. Das Wasser kann wärmesterilisiert und/oder desinfiziert werden, wie beispielsweise unter Verwendung von Ozon, Chlor oder ultraviolettem Licht.

Im erfindungsgemäßen Verfahren können auch andere Methoden und Einrichtungen verwendet werden. Das pH-Meter kann beispielsweise die Alaunpumpe betätigen, um die Säure im Reaktionsgefaß zu steuern. Das Reaktionsgefaß kann weiters so gefahren werden, daß am Kopf beispielsweise mit einer Sprühdüse eingesprüht und vom Boden zum Kopf rückgeführt wird. Das Niveau im Reaktionsgefäß kann an einer Mittelstelle mit einem Schwimmerventil gesteuert werden. Die Steuerung des Niveaus im Scheider 29 kann durch ein mit dessen Boden in Verbindung stehendes Wehr erfolgen.

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Für die Abscheidung können die Molekularfiltration (Ultrafiltration oder umgekehrte Osmose) und elektrochemische Einrichtungen eingesetzt werden. Bei Anwendung der Ultrafiltration (U/F) oder der umgekehrten Osmose (R/0) wird der organische Elektrolyt entfernt. Durch U/F und R/0 wird nur ein Bruchteil von Detergensmolekülen mit hohem HLB, die als kolloidale Lösung dispergiert sind, zurückgehalten. Das oberflächenaktive Mittel mit niedrigem HLB bildet mit dem Detergens Mycelien und ist nicht weiter dis.pergiert. Diese Mycelien sind nicht mehr an der Oberfläche der U/F oder R/0 - Membrane zugegen und das Permeat hat eine geringere Konzentration an Detergens.

Bei Anwendung elektrochemischer Maßnahmen kann gegebenenfalls ein anorganischer Elektrolyt verwendet werden. Im Falle der Verwendung eines Elektrolyten werden zur Behandlung des geflockten Wassers eine Kohlekathode und eine Edelmetallanode eingesetzt. Wird kein Elektrolyt verwendet, so werden eine Aluminiumanode und eine Kohlekathode eingesetzt. Beim Durchleiten eines Stromes durch die Emulsion bestehend aus oberflächenaktivem Mittel und Abwasser reagieren die gebildeten Aluminium! onen mit den Mycelien aus .oberflächenaktivem Mittel und Detergens, uni die Emulsion zu brechen. Der gebildete Wasserstoff und Sauerstoff tragen die koaleszierten Mycelien nach oben zur Oberfläche.

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Claims

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Patentansprüche

/IJ Verfahren zur Regenerierung von Abwasser und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, dadurch gekennzeichnet , daß Einrichtungen (10, 11, 12, 13) zur Anlieferung von ein synthetisches Waschmittel enthaltenden Schmutzwasser vorgesehen sind, dem ein chemisches Mittel zur Behandlung des synthetischen Waschmittels zugesetzt wird sowie daß Mittel (29, 30, 33, 34) zur Abführung des synthetischen Waschmittels und des chemischen Mittels eingesetzt werden.
2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß Mittel zur Durchführung der Reaktion zwischen dem synthetischen Waschmittel und dem chemischen Mittel zu dessen Behandlung vorgesehen sind.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß Mittel zur Zuführung eines weiteren chemischen Mittels zur Behandlung des Schmutzwassers vorgesehen sind.
4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß die Vorrichtung Mittel zur Wiedergewinnung des chemischen Mittels und des behandelten Wassers aufweist.

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P 2 DT - * -

4S 262Λ223
5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Mittel zur Einleitung von Gas in das Schmutzwasser vorgesehen sind, welches die chemischen Mittel zur Reaktion enthält.
6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Mittel zur Ausflockung und Abscheidung des Schmutzwassers sowie zur Reagierung des chemischen Mittels vorgesehen sind sowie daß Mittel zur Reinigung des ausfließenden Wassers vorhanden sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß zur Reinigung des Schmutzwassers die Vorrichtung betrieben wird.

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