DE2638428A1

DE2638428A1 - Verfahren zur neutralisation von abwasser

Info

Publication number: DE2638428A1
Application number: DE19762638428
Authority: DE
Inventors: Jogindar Mohan Dr Ing Chawla; Manfred Ing Grad Doernemann
Original assignee: AGEFKO KOHLENSAEURE-INDUSTRIE GmbH; Agefko Kohlensaeure Industrie GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 1976-08-26
Filing date: 1976-08-26
Publication date: 1978-03-09
Also published as: ATA259877A; DE2638428C3; JPS5392552A; AT347875B; DE2638428B2

Description

Verfahren zur Neutralisation von Abwasser
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Neutralisation von stark alkalischem abwasser durch Beimischung eines neutralisierenden Gases, insbesondere Kohlendioxid.
blicherweise werden gasförmige Johlensäure und Abwasser in einem Ga-Flüssigkeits-Reaktor zusammengeführt, um miteinander chemisch zu reagieren. Der Stoffumsatz, d. h. die Intensität der Neutralisationsreaktion, ist unter anderem proportional der Austauschfläche und der Verweilzeit innerhalb des Reaktors. Um die Reaktorabmessungen in vernünftigen Grenzen zu halten, strebt man eine möglichst hohe Austauschfläche zwischen beiden phasen an. Dabei sollen die Gasblasen sehr kleine Abmessungen haben, um innerhalb des Reaktors möglichst vollständig zu reagieren.
bei -den bekannten Verfahren wird das Abwasser durch einen Reaktor umgewälzt, in den das Gas über mehrere Düsen von unten eingeleitet wird, so daß möglichst viele kleine Gasblasen entstehen, die auf ihrem Weg zur Flüssigkeitsoberfläche chemisch mit dein Abwasser reagieren. eil die erzeugten Gasblasen relativ große Abwessungen besitzen, kann der lasenkern an der ieutralisationsreaktion keinen Anteil nehmen. Imine hestimmte @enge @ohlensäure verläßt daher den Reaktor ungenützt. Es wird deshalb eine wesentlich größere Gasmenge benötigt, als es dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht.
in weiterer flachteil besteht in den Erfordernis eines vielfachen Umwälzens des Abwassers durch den Reaktor hindurch und der entsprechend langen Zeitdauer, bis der gewünschte PH-Wert erreicht ist.
hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das eingangs beschriebene Meutraliantionsverfahren dahingehend zu verbessern, daß man zur Erzielung des gleichen PH-Endwertes mit einer wesentlich geringeren Gasmenge als bisher auskommt. Außerden soll die erforderliche Reaktionszeit verkürzt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Abwasser und ein Gas getrennt derart einer büse zugeführt werden, daIJ die Zuströmgeschwindigkeiten und die Volumenströme der beiden einzelnen Phasen unter berücksichtigung der übrigen Zustandsgrößen so im Hinblicjr auf den gemeinsamen Abströmquerschnitt aus der Düsen-@ischkammer gewählt sind, daß die Ausströmgeschwindigkeit gleich der charakteristischen Schallgeschwindigkeit des Zweiphasen-Genisches wird und daß das Gemisch beim Austritt aus der Eischkammer eine sprunghafte Druckerniedrigung erfährt und bei Anwendung eines nicht neutralisierenden Gases für die Düse in eine Atmosphäre aus neutralisierendem Gas ausströmt.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es bei der mit der Schallgeschwindigkeit des Gemisches identischen Abstrmgeschwindigkeit nur einer geringen Druckerniedrigung an Düsenende bedarf, um eine feine Zerstäubung von Elüssigkeit bzw. Verteilung von Gas herbeizuführen. Je nachdem, Welche der beidem Phasen die zusammenhüngende Ihase bildet, wird entweder das Gas in viele kleine Blasen oder die Abwasserflüssigkeit in viele kleine Tröpfchen zerteilt. aessungen ergaben mittlere Gropfendurchmesser, die in Abhangigkeit von der Gröbe des Drucksprunges am azide der Düse zwischen D0 und 50 n lagen; dabei wurde nur soviel Xohlensäuregas benötigt, wie ohnehin für die chemische Reaktion notwendig ist. Durch die Erfindung wird also ein Vielfaches an Austauschfläche zwischen den beiden Reaktionspartnern erzielt, wobei der Gasbedrf und auch die @eaktionszeit stark verringert werden. Es ist daher auch möglich, mit einer einzigen Durchlauf des Abwasserstromes durch den Reaktor auszukommen.
Außerdem macht sich die Erfindung die Tatsache zunutze, daß die Schallgeschwindigkeit eines Zweiphasen-Gemisches nur ein Bruchteil der Schallgeschwindigkeit der beiden reinen Komponenten ist. Während beispielsweise die Schallgeschwindigkeit unter Wormalbedingungen kei reinem Wasser etwa 1500 m/s und die von reiner luft etwa 330 miS beträgt, liegt die Schallgeschwindigkeit der@ischung bei nur 20 bis 30 m/s, wenn man einen Gasvolumenanteil zwischen 30 und 80 @ zugrunde legt. an kommt dadurch mit sehr geringem Energieaufwand aus, denn die flüssige und die gasförniige Ihase können mit niedriger Geschwindigkeit in die Düse geleitet werden und die neibungs- und zeschleunigungsdruckverluste bleiben klein. Der Druck vor der Düse kann @ je nach der erwünschten Tropfen- bzw. Blasengröße und der hiervon abhängigen Blasenaustauschfläcne zwischen etwa 1 , 6 und 40 bar liegen, wobei meist Drücke in der Größenordnung von 5 bar üblich sein werden.
je nach den Verhältnissen von Gas zu hllüssigkeit, das seinerseits von der erwünschten PH-Wertverschiebung abhängt, wird die Flüssigkeit oder das Gas als zusammenhängende phase im Reaktor auftreten. Bei der l,eutralisation mittels Rauchgas wird das Abwasser in der Düse zweckmäßigerweise mit luft oder mit Wasserdampf zusammengeführt und die in viele kleine Partikelchen äufteteilte iviischung strömt sodann in den mit Rauchgas gefüllten Reaktor. Dabei wird das Rauchgas- am günstigsten von unten in den Reaktor eingeführt und strömt an dessen Oberseite in den kamin.
Im Sinne einer automatischen PH-Wertregelung kann der Reaktor mit einem PH-Wertmesser bestückt sein, dessen Signal auf ein Ventil in der Zuführleitung des Abwassers und/oder des Gases im Sinne einer einhaltung des vorgegebenen PH-@ertbereiches einwirkt. Diese autoinatische Druck- bzw. Durchflußregelung für beide Phasen hat selbstverstandlich so zu erfolgen, daß die Schallgeschwindigkeit am Düsenende nicht unterschritten wird.
bchlieblich ist es bei lagerung des Gases in einem Flüssigtank zweckmäßig, es zu seiner Verdampfung durch einen wärmenustauscher zu leiten, der andererseits vom Abwasser durchströmt wird.
Weitere kerkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den @ Ünteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen; dabei zeigt: Fig. 1 ein Fließschema; Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Düse mit dem dazugehörigen Druckverlauf längs der Flüssigkeite- bzw. der Gemischströmung und Fig. 3 ein Fließschema bei der Verwendung von Rauchgas.
bei 1 anfallendes alkalisches Abwasser mit einem wert von etwa 14 wird mittels einer Pumpe 2 durch einen würmeaustauscher 3 hindurch zu einer Düse 4 geführt, die am Deckel eines Reaktors 5 sitzt.
- ur Verringerung des P@, PR-Wertes au2 etwa 7,5 oder 8 dient @chlendioxid, das in einem Flüssigtank 6 bei etwa 4000 und 20 bar gelagert ist. Es strömt zunächst in den warmeaustauscher 3, wo es unter Wärmeaufnahme aus dem Abwasser in den gasförmigen Zustand übergeht.
Das Kohlensäuregas strömt nun über ein Druckminderventil 7, an dem sein Druck auf etwa 5 bar reduziert wird, zu der se 4, in der es sich mit dem Abwasser vereinigt und mit diesem zusammen in den Reaktor 5 gesprüht wird. Wird das Gemisch nach dem Düsenaustritt in eine zusammenhängende Gasphase expandiert, so bilden sich feine Tropfen, dagegen bilden sich kleine Gasblasen, wenn das Gemisch in eine zusammenhängende Flüssigkeitsphase expandiert wird.
Der Ablauf aus dem Reaktor 5 ist @ mit ö bezeichnet. Er kann selbstverständlich noch zu dem Wärmeaustauscher 3 geleitet werden, um die Aufheizung des Flüssiggases zu begünstigen.
Der Aufbau der Düse ist in Fig. 2 näher erläutert.
Eine Rohrleitung 11 für das Abwasser ist an ihrem Ende von einer ringförmigen Kammer 12 umgeben, in welche die Leitung 15 für das kohlendioxidgas mündet. Die ringförmige rammer 12 steht über mehrere Querbohrungen 14 mit dem inneren der Rohrleitung 11 in Verbindung, so daß deren Endbereich als @ischkammer 15 fungiert.
Das Verhältnis von Gasstrom zu Sliissigkeitsstrom ist im allgemeinen so bemessen, daß kurz vor dem Austritt aus der hischkammer 1 5 der vom Gas eingenommene Strömungsquerschnitt etwa 30 bis &;0 50 % des Gesamtströmungsquerschnittes einnimmt. weiterhin sind beide Strömunden hinsichtlich ihrer relevanten Zustandsgrößen, insbesondere hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit, ihres Jiruckes und auch ihrer Temperatur so zu bemessen, daß am irnde der Wischkammer 15, also beim Austritt aus der Düse, die charakteristische Schallgeschwindigkeit des L'weip1iasen- emisches vorliegt.
Am Ende der mischkammer 15 expandiert das Gemisch in den Roaktor 5, wo ein niedrigerer Druck Po herrscht.
Der drucksprung Ps führt zu der erwünschten feinen Zerstäubung der Flüssigkeit bzw. Zerteilung des Gases, so daß den Reaktionspartnern eine große Austausehfläehe ur VerfUrung steht. Der Druckverlauf ist in dem Diagramm in Fig. 2 wiedergegeben; mit #PR und sind der Reibungsdruckverlust bzw. der Beschleunigungsdruckverlust bezeichnet.
Die in Fig. 2 dargestellte Zerstäubungseinrichtung dient nur zur Veranschaulichung des Prinzips. Je nach den konstruktiven und verfahrensmäßiren Forderungen kann die Zerstäubungsdüse auch anders ausgelegt und gebaut werden. insbesondere ist es möglich, am Ende der Mischkammer konvergente oder aber auch divergente Rchrstrecken einzubauen.
Schließlich besteht auch die röglichkeit, durch ständige PH-wertmessung auf zumindest eines der beiden rosselventile 9 und 10 einzuwirken, damit die beiden strömungen stets in dem für den gewünschten PH-Endwert richtigen Verhältnis zusammengeführt werden.
Anstelle von reinem Echlensäuregas kann selbstverstjndlich auch die in Rauchgasen enthaltene Kohlensäure zur Abwasser-Heutralisation verwendet werden. Da Rauchgas-kompresseren relativ teuer sind, empfiehlt sich, ds Abwasser mit Hilfe eines Druckgases wie Luft oder Wasserdampf zu zerstäuben und es erst dann mit dem Rauchgas in Verbindung zu bringen, so daß sich dessen @ompression erübrigt. Ein derartiges Fließschema ist in Fig. 3 dargestellt.
mine Abwasserleitung 16 und eine Druckluftleitung 17 münden in die bereits beschriebene Düse 4, die am oberen Ende des Reaktors 5 sitzt. Von unten wird dem Xeaktor 5 mittels einer leitung 18 Rauchgas zugeführt, dessen hohlendioxid- und Schwefeldioxidanteile die lieutralisation des Abwassers bewirken. Die übrigen Bestandteile des Rauchgases entweichen über eine Leitung 19 u einem nicht dargestellten Kamin. Der Ablauf des neutralisierten abwassers ist mit 20 bezeichnet.
Sind starke Schwankungen im Rauchgasanfall zu befürchten, so empfiehlt es sich, einen Reservetank mit flfissiger Kohlensäure vorzusehen. Dieser Tank 21 steht über eine leitung 22 mit der Düse 4 in Verbindung, damit bei zu geringem Rauchgasanfall die Druckluft mehr oder weniger durch reines kchlendioxidgas aus dem Reservetank ersetzt werden kann.
Zusammenfassend besteht der Vorteil der Erfindung darin, daß man aufgrund der Schallgeschwindigkeitsströmung beim Austritt aus der Düse eine sprunghafte Druckerniedrigung herbeiführen kann, die eine intensive Zerstäubung bzw. Zerteilung bewirkt. Das neutralisierende Gas wird daher wesentlich besser ausgenützt als bisher und die eutralisrttionszeit verkürzt.
Lee rse i te

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Neutralisation von stark alkalischem Abwasser durch Beimischung eines neutralisierenden Gases, insbesondere Kohlendioxid, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser und ein Gas,getrennt derart einer Düse zugeführt. werden, daß- die Zuströmgeschwindigkeien und die Volumenströme der beiden einzelnen Phasen unter Berücksichtigung der übrigen Zustandsgrößen so im Hinblick auf den gemeinsamen Abströmquerschnitt aus der Düsen-Mischkammer gewählt sind, daß die Ausströmgeschwindigkeit gleich der charakteristischen Schållgeschwindigkeit des Zweiphasen-Gemisches wird und daß das Gemisch beim Austritt aus der- I-ischkammer eine sprunghafte Druckerniedrigung erfihrt und bei Anwendung eines nicht neutralisierenden Gases für die Düse n eine Atmosphäre aus neutralisierendem Gas ansströmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dad-ureh gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Gasstrom zu Flüssigkeitsstrom so bemessen ist, daß der Gasvolumenanteil zwischen 30 und 80 % des Mischungsvolumens beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke der Gas- oder .@lüssigkeitsströmung vor der i;'ischkammer zwischen 1,6 und 40 bar liegen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser mit Luft oder Wasserdampf in der Düse zusammengeführt wird und die i-iischung in eine Rauchgas-Åtmosphäre ausstromt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die uführleitungen (11, 13) beider Phasen in eine gemeinsame iischkammer (15) münden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich der einen Zuführleitung (11) als Ivlschkammer (15) fungiert.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Zuführleitung (13) radial in diese Mischkammer (15) mündet,
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (4) am kopf eines Sammelbehälters (5) sitzt und dieser als Tropfenreaktor oder Blasenreaktor fungiert
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse am Boden eines Sammelbehälters sitzt und dieser als Blasenreaktor fungiert.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse am lvopf eines Sammelbehälters sitzt und an dessen Boden die Zuführung des Rauchgases erfolgt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter einen PH-Wertmesser aufweist, dessen Signal auf ein Ventil (9, TY in der Zuführleitung des Abwassers und/oder des Gases im Sinne einer Einhaltung eines vorgegebenen PH-Wertbereiches einwirkt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei das Gas in einem Flüssigtank gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssiggas zu seiner Verdampfung einen Wärmeaustauscher ( passiert, der andererseits vom Abwasser durchströmt ist.