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Verfahren zur Abtrennung von Detergentien aus Abwässern
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Detergentien
aus Abwässern in einem Behälter.
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In der Industrie fallen in großem Umfang detergentienhaltige Abwässer
an. Aus Gründen des Umweltschutzes ist es nicht möglich, diese Abwässer ohne Aufarbeitung
abzuleiten. Selbst als industrielles Nutzwasser sind solche Abwässer in der Regel
nicht zu gebrauchen. Andererseits stellen die darin enthaltenen Detergentien wertvolle
Substanzen dar, deren Rückgewinnung durchaus lohnend sein kann.
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Es wurden bereits eine Reihe von physikalischen, chemischen und/oder
biologischen Verfahren angewandt, um solche Abwässer zu behandeln. So wurde vorgeschlagen,
die Abwässer über Aktivkohle oder spezielle Ionenaustauscherharze zu leiten, in
denen die Detergentien absorbiert und zurückgehalten wurden. Es wurde
auch
bereits versucht, die Abtrennung mittels Ultrafiltration oder Umkehrosmose durchzuführen.
Jedoch sind sämtliche bekannt ten Verfahren für eine praktische Anwendung viel zu
teuer.
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Aus der DT-AS 1 266 240 ist ein Verfahren bekannt, nach dem man oberflächenaktive
Stoffe mittels Eisen- oder Nanganbydroxiden aus dem Wasser ausfällt. Hierbei fällt
jedoch ein großes Schlammvolumen an, das weiter aufgearbeitet werden muß. Eine wirtschaftliche
Riickgewinnung der Detergentien ist nicht möglich. Aus der DT-OS 1 517 693 ist ein
Verfahren bekannt, bei dem man waschaktive Substanzen aus Abwässern mittels Tetrachlorkohlenstoff
in Anwesenheit von Kochsalz aus schüttelt. Hierfür sind nicht nur teure Chemikalien,
sondern auch aufwendige Apparaturen nötig. Das Ableiten der wässrigen Phase, die
noch Spuren von Tetrachlorkohlenstoff enthält, ist nicht unbedenklich. Schließlich
wurde vorgeschlagen, nichtionische oberflächenaktive Stoffe aus Abwässern abzutrennen,
indem man diese durch Schaumerzeugung anreichert, den Schaum abtrennt, bricht und
bei Temperaturen zwischen 100 und 2000C unter ueberdruck das restliche Wasser von
dem nichtionischen oberflächenaktiven Stoff abtrennt. Nach diesem Verfahren ist
zwar eine Rückgewinnung des Tensids möglich, jedoch werden hierfür aufwendige Apparaturen
und große Energiemengen benötigt.
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Aufgabe der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Abtrennung von Detergentien
aus Abwässern in einem Behälter, das wirtschaftlich durchführbar ist und wenigstens
teilweise die Räckgewinnung der Detergentien ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der genannten
Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein detergentienhaltiges Abwasser
mit einem leichtlöslichen Alkali-oder Erdalkalisalz versetzt und die sich als überstehende
Schicht
abscheidenden Detergentien sowie die zurückbleibende wässrige
Phase getrennt entnimmt.
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Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, daß man es in sehr einfachen
Behältern durchführen kann. Es werden nur billige Alkali- oder Erdalkalisalze als
Chemikalien benötigt, an deren Reinheit keinerlei Ansprüche gestellt werden. Die
Energiekosten sind gering und trotzdem lassen sich die Detergentien mit guter Ausbeute
zurückgewinnen. Die erhaltene wässrige Phase kann in der Regel einfach in den Vorfluter
abgeleitet werden.
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Unter "Detergentien" werden in der Beschreibung und in den Ansprüchen
oberflächenaktive Stoffe verstanden, die auch als ~Tenside" oder waschaktive Substanzen"
bezeichnet werden. Nach dem vorgeschlagenen Verfahren lassen sich besonders gut
anionaktive oder nichtionogene Detergentien, aber auch kationaktive Detergentien,
abtrennen. Vorzugsweise können nach dem vorgeschlagenen Verfahren z.3. Seifen, Carboxylate,
Sulfonate, Invertseifen, Athoxylate oder Aminoxide, bedingt auch quartäre Ammoniumverbindungen,
Betaine, Sulfobetaine, usw. abgetrennt werden.
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Die Abtrennung kann bei Temperaturen zwischen 30 und 10000 erfolgen,
vorzugsweise weisen jedoch die Abwässer eine Temperatur von 55 bis 9500 auf. Bei
der praktischen Anwendung liegt die obere Temperaturgrenze zur Durchführung der
Abtrennung im allgemeinen im Bereich von etwa 750C, da bei höheren Temperaturen
keine wesentlich schnellere oder bessere Abtrennung erhalten wird, dagegen höhere
Energiekosten auftreten.
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Wenn sich die Flüssigkeit abkühlt, dickt sich das Tensid ein und die
Trennung ist noch genauer als im warmen Zustand, so daß das Tensid einfach vom Wasser
getrennt werden kann und eine Zwischenphase sich nicht oder nur in ganz kleinen
Grenzen bildet.
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Als Alkali- oder Erdalkalisalz kann man beliebige in Wasser leicht
lösliche Salze oder Salzgemische verwenden, soweit diese wegen ihrer Giftigkeit
das Abwasser nicht übermässig belasten.
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In der Regel wird aus wirtschaftlichen und praktischen Gründen Kochsalz
verwendet.
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Die Menge des verwendeten Salzes hängt von der Temperatur des zu behandelnden
Wassers, von der Menge an darin enthaltenen Detergentien und anderen Substanzen
sowie insbesondere von der Löslichkeit des verwendeten Salzes ab. Die Trennung erfolgt
im allgemeinen erst bei ca. 8 obigen Salzkonzentrationen. Geringere Konzentrationen
sind unwirtschaftlich, da die Abtrennung unvollständig und zu langsam erfolgt. Ein
praktisch anwendbarer Bereich liegt zwischen einer Salzkonzentration von 8 % und
der Sättigungsgrenze. Besonders bevorzugt sind Bereiche zwischen 8 und 12, z.B.
10 % bei Kochsalz. Höhere Konzentrationen als notwendig machen das Verfahren unwirtschaftlicher
uni erhöhen den Salzgehalt im Abwasser.
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Die zu behandelnden Lösungen enthalten im allgemeinen 0,5 bis 90 %,
insbesondere 1 bis 10 % waschaktive Substanzen. Dabei ist zu beachten, daß die käuflichen
Waschmittel unterschiedliche Prozentzahlen an waschaktiven Substanzen enthalten.
Z.B.
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sind in Spülmitteln 70 bis 90 % waschaktive Substanzen und in Waschmitteln
0,5 bis 100 % waschaktive Substanzen enthalten.
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Abwässer, die weniger als 0,5 % Tenside enthalten, werden aus wirtschaftlichen
Gründen einfach verdünnt und abgeleitet. Jedoch ist es theoretisch möglich, auch
solch geringe Ç asidgehalte bis zu einer Untergrenze von 0,02 * nach dem erfindungsgemiße
Verfahren auszusalzen. Aus wirtschaftlichen Gründen werden zur Zeit praktisch Lösungen,
die wenigstens 1 % waschaktive Substanzen enthalten, nach dem vorgeschlagenen Verfahren
behandelt.
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Besonders vorteilhaft kann es sein, von bereits aufkonzentrierten
detergentienhaltigen Abwässern auszugehen, da hierdurch das eigentliche Abtrennverfahren
wirtschaftlicher durchführbar ist. Deshalb wird man überall dort, wo Energie, z.B.
Dampf,
kostengünstig zur Verfügung steht, eine Konzentrierung durch
Wasserentzug auf Gehalte an wenigstens 0,5 %, möglichst über 1 * an waschaktiven
Substanzen durchführen.
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Ferner #hat es sich bewährt, das detergentienhaltige Abwasser mechanisch
z.B. durch Filtrieren, Sedimentation oder Zentrifugieren, von ungelösten Verunreinigungen
zu befreien. Solche Verunreinigungen reichern sich nämlich in der überstehenden
Detergentienschicht an. Wird bereits von festen Verunreinigungen befreites Abwasser
eingesetzt, so erhält man Detergentien in einer so reinen Form, daß man sie unmittelbar
wieder ihrer Verwendung zuführen kann.
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Die Detergentien scheiden sich beim erfindungsgemäßen Verfahren als
eine überstehende Schicht auf der wässrigen Phase ab. Häufig grenzt diese Schicht
nicht unmittelbar an die wässrige Phase, sondern es tritt als Zwischenphase eine
Mischphase auf. Diese bildet jedoch in der Praxis keine Schwierigkeiten. Sie kann
beim Ablassen der wässrigen Phase und der Detergentienschicht einfach bis zum nächsten
Verfahrenszyklus im Behälter zurückgelassen werden.
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Das Salz löst sich schneller und vollständiger auf, wenn die Tensidlösung
bewegt wird. Vorteilhaft wird hierfür ein Rührwerk verwendet. Die Auflösung des
Salzes erfolgt bei Verwendung eines Rührwerkes sofort und ist in ca. 20 sek abgeschlossen.
Nach ca.
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30 sek beginnt das Tensid in Form von Blasen aufzusteigen. Die vollständige
Trennung ist nach ca. 20 min vollzogen. Die zurückbleibende wässrige Phase enthält
neben dem gelösten Salz z unabhängig vom Ausgangskonzentrat 0,02 % Detergentien.
Eine solche Detergentienkonzentration liegt im Rahmen der zulässigen Grenzwerte
für Abwässer. Da man diese wässrige Phase im allgemeinen zusammen mit den übrigen
Abwässern ableitet, erfolgt noch eine
zusätzliche Verdünnung, wodurch
die Tensidkonzentration im Vorfluter die zulässigen Grenzwerte mit Sicherheit weit
unterschreitet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders gut in einem Behälter
durchführen, der zwei in vertikalem Abstand angeordnete Ablaßventile aufweist. Man
kann dann die Dieter gentien durch das obere Ablaßventil und die wässrige Phase
durch das untere Ablaßventil ablassen. Wegen der häufig auftretenden Mischphase,
die vorteilhaft im Behälter zurückbleibt, ist es günstig, den beiden Ventilen einen
solchen vertikalen Abstand zu geben, der der Höhe der Nischphase entspricht.
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Es hat sich besonders bewährt, nicht bei jedem Verfahrenszyklus die
Detergentien und die wässrige Phase aus dem Behälter abzuleiten. Vielmehr genügt
es, wenn man nach dem Abscheiden der Detergentien die wässrige Phase entnimmt. Es
wird dann erneut detergentienhaltiges Abwasser in den Behälter eingeleitet und mit
Salz z versetzt. Nach dem Ableiten der hierbei gebildeten wässrigen Phase kann das
Verfahren so oft wiederholt werdcn, bis eine genügend dicke Detergentienschicht
erhalten wird, deren Entnahme sich lohnt.
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Ausführung#formen des Verfahrens sowie der Vorrichtung gemäß der Erfindung
werden in den anliegenden Figuren 1 bis 7 dargestellt.
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Darin sind das untere Ablaßventil mit 1, das obere Ablaßventil mit
2, ein Bodenventil mit 3, der Behälter mit 4, die wässrige Phase mit 5 und die Detergentienschicht
mit 6 bezeichnet.
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Fig. 1 zeigt detergentienhaltigesAbwasser nach der Zugabe mit einen
Salz z. Es hat sich bereits auf der wässrigen Phase 5 eine dünne Detergentienschicht
6 abgetrennt.
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In Fig. 2 wurde die wässrige Phase, die von Detergentien befreit
ist,
soweit abgezogen, daß die Detergentienschicht einige cm über dem Ausflußventil 1
stehenbleibt.
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Gemäß Fig. 3 hat sich nach Zugabe von weiterem Abwasser und erneutem
Versetzen mit Salz bereits eine stärkere Detergentienschicht gebildet.
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Fig. 4 entspricht Fig. 2, jedoch mit der stärkeren Detergentienschicht
gemäß Fig. 3.
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Fig. 5: nach mehrfacher Wiederholung des Abtrennungsverfahrens ist
die Detergentienschicht so angewachsen, daß sie die Behälterkapazität voll in Anspruch
nimmt.
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Fig. 6 zeigt das Ablassen der rückgewonnenen Detergentien, die anschließend
wiederverwendet werden. Dabei kann eine Schicht, die ungefähr dem Abstand zwischen
den Ventilen 1 und 2 entspricht, im Behälter zurückbleiben. Es handelt sich hierbei
um eine Mischphase, die einerseits die wässrige Phase und andererseits die Detergentien
verunreinigen würde. Sie kann bis zur erneuten Verwendung des Behälters darin zurückbleiben.
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Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trennbehälters.
Dieser kann rechteckig oder rund sein. Der Flüssigkeitsspiegel soll im Verhältnis
zum Volumen klein sein. Ein oder mehrere Schaugläser 12 im Behältermantel lassen
eine optische Kontrolle zu. Mit 7 ist der Zulauf bezeichnet. Eine Kontrolle des
Flüssigkeitsstandes wird über Schwimmer erreicht. Schwimmer 9 ist so augelegt, daß
er auf der Wasseroberfläche schwimmt und die Wasserstandhöhe anzeigt. Der Schwimmer
10 schwimmt auf dem Tensid. Beide Schwimmer sind je mit einer Anzeige 11 versehen.
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Aus der an der Anzeige abgelesenen Differenzhöhe der beiden Schwimmer
kann die Tensidhöhe bestimmt werden.
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Die Ablaßventile für Tensid 2 und Wasser 1 sind in unterschiedlichen
Höhen und im Umfang versetzt zueinander angeordnet. Der Boden des Trennbehälters
4 ist etwas kegelförmig ausgebildet und mit einem Ablaßventil 3 am untersten Punkt
versehen, so daß der Behälter völlig entleert und gereinigt werden kann.
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Das Rührwerk 8 kann mittig, vorteilhaft aber außermittig und im Winkel
zur Senkrechten angeordnet sein. Das Fassungsvermögen der Behälter hängt von der
Menge der anfallenden Detergentienlösung ab. So wurden z.B. Behälter mit einem Fassungsvermögen
von 200 bis 6000 1 verwendet.
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Gelegentlich kann es notwendig sein, feste Schlammstoffe oder ungelöste
Salze, die sich am Boden des Behälters abgesetzt haben, über das Ventil 3 zu entfernen.
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Beispiel 1 Pür einen Versuch werden 100 ml einer 5 %igen Waschlösung
verwendet, die 3 % an reinen Tensiden enthalt. Diese Waschlösung wird in einen 250
ml Meßzylinder gefüllt und auf 65 bis 700C erwärmt. Unter Schütteln werden 10 g
NaCl zugesetzt. Nach ca.
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3 sek beginnt das Tensid in Form von Blasen an die Oberfläche aufzusteigen.
Bis zur völligen Trennung vergehen ca. 20 min.
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I~aßt man die Lösung nach der Trennung auf Raumtemperatur ab-Ir'Uhlenlso
liegt das Tensid als Gelee auf dem Wasser. Auf der Meßskala können ca. 3 ml abgetrenntes
Tensid abgelesen werden.
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BeisPiel 2 Es werden 250 ml einer 5 *eigen Waschlösung verwendet,
die 0,5 * an Tensiden enthält. Eine Aussalzung bei dieser Konzentration erschien
nicht wirtschaftlich. Deshalb wurde die Lösung durch Wasserentzug (Verdampfen) auf
einen Gehalt von 3,0 96 Tensid aufkonzentriert, wonach eine rentable Trennung gemäß
Beispiel 1 möglich war.
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Beispiel 3 Die verbrauchte wässrige Tensid-haltige Waschlösung aus
Waschmaschinen mit Waschbehältern von 0,2 bis 0,8 cm3 Fassungsvermögen wird einem
Behälter ähnlich Fig. 7 zugeführt. Diese Lösung weist1 einen Waschmittelgehalt von
10 * und einen Tensidgehalt von 6,7 % auf. Ein leicht lösliches Salz, z.B. Natriumchlorid,
wird in einer Menge von 10 Gew.-%, bezogen auf die Lösung, unter ständigem Rühren
zugesetzt. Das Salz löst sich sofort auf.
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Nach ca. 20 min ist die Trennung des Tensids von der wässrigen Phase
beendet. Das Tensid schwimmt sichtbar auf der Wasseroberfläche. Die wässrige Salzlösung
wird abgelassen und mit anderen Wässern vermischt den städtischen Abwässern zugeleitet.
Dieser Vorgang wird mehrfach wiederholt. Bei jeder Neufüllung des Behälters geht
das zurückgebliebene Tensid wieder in Lösung, so daß eine immer konzentriertere
Lösung vorliegt.
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Wenn der auf dem Wasser schwimmende Tensidanteil eine bestimmte Größe
erreicht hat, wird nach der Wasserableitung auch das Tensid durch den etwas weiter
oben angeordneten Hahn abgeleitet.
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Die abgeleiteten Abwässer enthielten 0,02 % Tensid, so da3 von den
ursprünglich vorhandenen 6,7 % 6,68 % zurückgewonnen bzw. eliminiert werden konnten.
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Beispiel 4 Aus den Waschmaschinen wurde verbrauchte Waschlauge mit
einem Waschmittelgehalt von 6 % entsprechend einem Tensidgehalt von 4 g abgelassen
und einem Zwischenbehälter zugeführt. Von dort wurden die Waschlaugen einem erfindungsgemäßen
Trennbehälter zugeleitet und gemäß Beispiel 3 abgetrennt. Die abgeleitete salzhaltige
wässrige Phase enthielt 0,02 * Tensid, so daß 3,98 % Tensid zurückgewonnen wurde.
Das heißt, die Rückgewinnung des Tensids war praktisch vollständig.
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L e e r s e i t e