DE29510582U1 - Vorrichtung zur Gewinnung von Ammoniak aus ammoniakhaltigen wäßrigen Flüssigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zur Gewinnung von Ammoniak aus ammoniakhaltigen wäßrigen Flüssigkeiten

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Description

Gebrauchsmusteranmeldung
Anmelder: Dipl.Biologe Heinz Dietmar Schmidt Hagelsweg la
21224 Rosengarten
meine Akte: 3525/95
Vorrichtung zur Gewinnung von Ammoniak aus ammoniakhaltigen wässrigen
Flüssigkeiten
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gewinnung von Ammoniak aus ammoniakhaltigen wässrigen Flüssigkeiten, insbesondere zur Rückgewinnung von Ammoniak aus ammoniakhaltigen Abwässern, wie wässrigen Prozeß- und/oder Abfallflüssigkeiten, wie solchen, die aus der Fotochemie anfallen.
Die Rückgewinnung von Ammoniak aus verbrauchten anorganisch belasteten Flüssigkeiten, beispielsweise solchen aus Fixierbadflüssigkeiten, ist bisher wirtschaftlich ungünstig, weil bekanntermaßen einerseits relativ große Mengen an Feststoffen in der Regel die Aufarbeitung erschweren, andererseits allenfalls nur prozentual geringe Ammoniakkonzentrationen enthaltende wässrige Ammoniakwässer erhalten werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung in Vorschlag zu bringen, die dazu dient, eine Gewinnung von Ammoniak aus wässrigen Flüssigkeiten, insbesondere Abfallflüssigkeiten, in Form von reinem Ammoniakgas und von hochkonzentrierten reinen Ammoniaklösungen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den im Schutzanspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmalen gelöst, wobei in den Unteransprüchen 2 bis 10 weitere vorteilhafte Merkmale für eine erfindungsgemäße Vorrichtung beansprucht sind.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der technisch sehr gut brauchbare Wertstoff Ammoniak in für technische Prozesse und technische Anwendungen handlicher Form mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kontinuierlich oder in Form von Einzelansätzen aus Abfallflüssigkeiten zur Verfügung gestellt und die in ihrem Ammoniakgehalt entsprechend verminderte oder von Ammoniak befreite Abfallflüssigkeit leichter als bisher entsorgt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung basiert auf der Semipermeabilität einer Membran, die hydrophob und gasdurchlässig ist, während sie für Wasser undurchlässig ist. Solche Membranen sind an sich bekannt; sie bestehen aus hydrophobem Kunststoff, wie zum Beispiel Polyvinylidenfluorid (PVDF), oder auch Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) und anderen bekannten Kunststoffen dieser Art, und sie sind unter verschiedenen Handelsbezeichnungen und mit unterschiedlichen Porengrößen auf dem Markt erhältlich.
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine solche Membran eingespannt mittels Halteelementen in einer Membran-Einrichtung eingesetzt, und durch eine Zuführleitung wird das ammoniakhaltige Abwasser, aus dem der Ammoniak gewonnen werden soll, der Sorptionsseite der Membran in der Membraneinrichtung zugeführt. An der Membranoberfläche erfolgt die Permeation des Ammoniaks aus der wässrigen Flüssigkeit; Ammoniak diffundiert durch die Membran hindurch, tritt an der Desorptionsseite der Membran gasförmig in den freien Raum der Membraneinrichtung und wird durch eine daran ansitzende Abführleitung, zweckmäßig unterstützt durch eine in dieser Abführleitung angeordnete Saugpumpeneinrichtung, als gasförmiges Ammoniak abgezogen und in einem Auffangbehälter aufgefangen.
Die Membran kann erforderlichenfalls in an sich bekannter Weise mechanisch unterstützt sein durch zusätzliche Netzgewebe oder Gitterplatten oder großporige bzw. löchrige Keramikplatten, die zweckmäßig auf der Sorptionsseite der Membran angeordnet sind. Dabei sollte darauf geachtet werden, daß die hydrophoben Eigenschaften der Membran nicht beeinträchtigt werden.
Die Porengröße der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorhandenen Membran ist nicht kritisch. Membranen mit relativ großen Poren sind vorteilhaft, weil sie den Diffusionsvorgang positiv beeinflussen.
Es ist - falls eine direkte Weiterverarbeitung des gewonnenen Ammoniaks vorgesehen ist und der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine entsprechende Anlage zur Weiterverarbeitung von gasförmigem Ammoniak nachgeschaltet werden kann - mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, den wertvollen Ammoniak in reiner gasförmiger Form aus ammoniakhaltigem Abwasser direkt zu verwerten. Wenn, was in der Regel der Fall sein wird, die Wiederverwendung bzw. Weiterverarbeitung des Ammoniaks an anderer Stelle und zu einem von der Rückgewinnung des Ammoniaks verschiedenen Zeitpunkt erfolgen soll, wird zweckmäßig der Auffangbehälter mit einer Flüssigkeit gefüllt, die Ammoniak zu lösen vermag, vorteilhaft Wasser. Natürlich lassen sich, wenn dies für die vorgesehenen Weiterverarbeitungszwecke vorteilhafter ist, auch sonstige Flüssigkeiten, in denen Ammoniakgas löslich ist, entsprechend als Auffangflüssigkeiten in dem Auffangbehälter benutzen, beispielsweise Alkohole, Benzol oder Chloroform. In der Regel und aus arbeitsvereinfachenden und wirtschaftlichen Erwägungen ebenso wie wegen der technisch relativ einfacheren Handhabung wird der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Auffangbehälter für das an der Desorptionsseite der Membran abgezogene Ammoniakgas mit Wasser gefüllt eingesetzt.
Die in den Auffangbehälter mündende Abführleitung für das Ammoniakgas wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft endseitig mit einem Düsen- oder Brausekopf ausgestattet. Dadurch wird eine gute Verteilung des abgezogenen Ammoniakgases in der im Auffangbehälter enthaltenen Flüssigkeit, wie Wasser, erleichtert. Es ist zu diesem Zweck auch von Vorteil, wenn das Endstück der Abführleitung, welches sich in dem Auffangbehälter befindet, porös und/oder durchlöchert ausgebildet ist, so daß auf diesem Endstück der Abführleitung das Ammoniakgas durch feinporige Mantelwände hindurch in die Auffangflüssigkeit hinein zu perlen vermag.
J' &Pgr;..
Man kann zu diesem Zweck die Abführleitung, mindestens in ihrem Endstück, als flexibles Rohr oder als Schlauch ausbilden, und gewünschtenfalls innen auf dem Boden des Auffangbehälters spiralförmig gelegt anordnen.
Mit Hilfe der in der Abführleitung angeordneten Saugpumpeneinrichtung läßt sich, falls der Strömungsdruck des Ammoniakgases in der Abführleitung nicht ausreicht, der Druck der Flüssigkeitssäule im Auffangbehälter überwinden.
In dem Auffangbehälter lassen sich in an sich bekannter Konstruktion Umwälz- und/oder Rühreinrichtungen anordnen, mit deren Hilfe sich der Lösungsvorgang des durch die Zuführleitung in den Auffangbehälter eingespeisten Ammoniakgases in dem Lösungsmedium, z.B. Wasser beschleunigen läßt.
Es kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur verbesserten Umwälzung und auch zu Probenahme-Zwecken und zur Konzentrationsregulierung in dem Auffangbehälter eine "by-pass"-Leitung in Form eines am unteren Teil des Auffangbehälters einmündenden Zuflusses für Wasser und/oder Umlaufflüssigkeit und im oberen Teil des Auffangbehälters abgehenden Abflußleitung für ammoniakhaltiges Wasser, von der vorteilhaft eine Abzweigung zu der Zuflußleitung besteht, vorhanden sein.
Der Auffangbehälter und die darin enthaltene Auffangflüssigkeit sollten zweckmäßig so kühl wie ohne allzugroßen technischen Aufwand möglich gehalten werden, da es sich empfiehlt, eine möglichst hochkonzentrierte Ammoniaklösung, z.B. "dreifachen Salmiakgeist", das ist eine etwa 25%ige NH3~Konzentration in Wasser, in dem Auffangbehälter zu erreichen. Der Lösungsvorgang des Ammoniakgases im Lösungsmedium läßt sich auch durch Druckbeaufschlagung unterstützen. Der Auffangbehälter und die darin enthaltene Auffangflüssigkeit werden dazu zweckni&ig unter höheren als den atmosphärischen Druck gesetzt. Der Auffangbehälter kann ein Druckbehälter sein.
Durch die Abflußleitung läßt sich bei kontinuierlicher Verfahrensführung das in dem Auffangbehälter aufkonzentrierte Ammoniakwasser abziehen, wobei die Abzweigleitung geschlossen bleibt. Es läßt sich eine Umwälzung
der in dem Auffangbehälter vorhandenen Flüssigkeit zwecks verbesserter Aufkonzentrierung erreichen, wenn die Abzweigleitung in Verbindung mit der Abfluß- und der Zuflußleitung eingestellt ist.
Eine Probenahme-Einrichtung wird zweckmäßig in der Abflußleitung eingebaut vorgesehen. Es läßt sich dann in einfacher Weise durch Dichtemessung einer daraus entnommenen Probe von der im Auffangbehälter vorhandenen Flüssigkeit die im Auffangbehälter zum Zeitpunkt der Probennahme erreichte Aufkonzentrierung an Ammoniak im Ammoniakwasser feststellen. Die Dichtewerte (bei etwa 15°C ermittelt) von ^L 0,91 zeigen an, daß die gewünschte Aufkonzentrierung auf ca. 25% NH3 im Auffangwasser erreicht ist.
Sollen für bestimmte Einsatzzwecke beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung Ammoniakwässer mit geringeren Ammoniakkonzentrationen, z.B. "einfacher Salmiakgeist", das ist eine etwa 10%ige NH3~Lösung in Wasser mit einer Dichte von ca. 0,958, gewonnen werden, läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung entsprechend, z.B. durch Zuführung von Frischwasser durch die Zuflußleitung in den Auffangbehälter, fahren. Durch periodische Probennahme läßt sich die Konzentration im Auffangbehälter so laufend kontrollieren, und durch Regulierung des Einspeisedruckes mittels der in der Abführleitung von der Membran zum Auffangbehälter angeordneten Pumpe läßt sich auch die in den Auffangbehälter eingespeiste Ammoniakmenge steuern.
Die Relations-Werte von Dichte und Gew.-% Gehalt NH3 in Wasser bei den jeweiligen Temperaturen sind bekannt und aus gebräuchlichen Handbüchern zu entnehmen.
Insbesondere für die kontinuierliche Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung empfiehlt es sich, in der Abführleitung für das Ammoniakgas, die von der Membran zu dem Auffangbehälter führt, zusätzlich eine "by—pass"-Leitung für Ammoniakgas vorzusehen, in welcher ein Zwischenbehälter sitzt, der vorübergehend etwa überschüssige Ammoniakgas-Mengen aufzunehmen vermag, bevor diese in die in dem Auffangbehälter befindliche Auffangflüssigkeit geleitet und darin gelöst werden können.
• · ■···
Eine solche "by-pass"- oder Ammoniakgasumweg-Leitung empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung ununterbrochen über längere Betriebszeiten gefahren wird. Dann genügt es unter Umständen nicht, den Lösungsvorgang im Auffangbehälter konstant aufrecht zu erhalten. Vielmehr kann es sich empfehlen, mehrere Auffangbehälter in Vorrat zu halten und entsprechend - in an sich bekannter Weise - an der Zuführleitung für Ammoniakgas in den Auffangbehälter eine Umschalteinrichtung vorzusehen, die es ermöglicht, nach Erreichen der gewünschten, z.B. 25%igen Konzentration an NH3 im Auffangwasser des ersten Auffangbehälters, diesen ersten Auffangbehälter von der Zuführleitung abzuschalten und einen bisher unbenutzten zweiten mit Wasser gefüllten Auffangbehälter zuzuschalten, und so weiter mit weiteren Auffangbehältern. Es wird durch eine solche konstruktive Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine je nach Einsatzzweck des gewonnenen Ammoniakwassers angepaßte Verfahrensführung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich.
Weiterhin gibt die erfindungsgemäße Vorrichtung auch die Möglichkeit, das Ammoniakgas unter Druck in der Auffangflüssigkeit zu lösen. Dazu wird als Auffangbehälter ein Druckbehälter in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt. Dies empfiehlt sich - da technisch aufwendig jedoch nur dann, wenn die damit erreichbare Konzentrationserhöhung der darin zu gewinnenden Ammoniaklösung für einen bestimmten Einsatzzweck gefordert wird und wirtschaftlich vertretbar ist.
Die Zuführgeschwindigkeit des Ammoniakgases von der Desorptionsseite der Membran zu dem oder den Auffangbehältern läßt sich weiterhin steuern durch die Größe der Membranfläche, den Druck der in der Abführleitung angeordneten Pumpe und die Strömungsgeschwindigkeit und die Menge des der Sorptionsseite der Membran zugeführten ammoniakhaltigen Abwassers. Je größer die Membranoberfläche, desto größer die abströmende Ammoniak— gas-Menge; je stärker der Pumpendruck in der Abführleitung, desto größer - bei gleichbleibendem Leitungsdurchmesser - die pro Zeiteinheit in den Auffangbehälter einströmende NHß-Menge, wobei sich diese
durch die in die erfindungsgemäße Vorrichtung einbaubare Ammoniakgasumweg-Leitung in gewissem Umfang regulieren läßt. Eine solche Regulierung hat unter Berücksichtigung der mechanischen Stabilität des Membran-Materials zu erfolgen.
Damit eine weitgehend vollständige Entfernung des Wertstoffes Ammoniak aus der zu behandelnden Abfallflüssigkeit erreicht werden kann, läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgestalten, daß es möglich wird, das von der Sorptionsseite der Membran abgezogene Abfallwasser, aus dem ein Teil des ursprünglich im Abfallwasser vorhandenen Ammoniaks heraus durch die Membran hindurch diffundiert ist, im Kreislauf zurückzuführen in noch unbehandeltes Abfallwasser bzw. in die dieses transportierende Zuführleitung. Dazu sieht man in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft einen Vorlagebehälter vor, von dem die Zuführleitung abgeht und in den die Rücklaufleitung einmündet, und der durch eine Einspeiseleitung beschickt werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird zweckmäßig wirtschaftlich entsprechend der Menge an zu behandelndem Abfallwasser dimensioniert. Die Ausbeute an daraus gewinnbarem Ammoniak läßt sich in einer so dimensionierten Vorrichtung auch mittels Druckerhöhung und durch entsprechende Regulierung des pH-Wertes in dem zu reinigenden Abfallwasser in gewissem Umfang steigern.
Weiterhin ist es möglich, mehrere einzelne erfindungsgemäße Vorrichtungseinheiten hintereinander geschaltet als Vorrichtungssystem zu fahren, so daß - in Art einer Kaskade - der jeweilige Auffangbehälter einer Vorrichtungseinheit als Vorlagebehälter der nachgeschalteten Vorrichtungseinheit dient, und zwischen dem Auffangbehälter jeder einzelnen Vorrichtungseinheit und dem Vorlagebehälter der jeweils nachgeordneten Vorrichtungseinheit eine Verbindungsleitung als Einspeiseleitung angeordnet ist. Mit einem solchen kaskadenförmigen erfindungsgemäßen Vorrichtungssystem läßt sich eine gesteuerte Konzentrierung von NHß-haltiger Flüssigkeit auf praktisch beliebige gewünschte Konzentrationen erreichen.
Wenn man, was möglich ist, die NHß-Gewinnung durch pH-Wert-Veränderung regulieren will, kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Einspeiseleitung und/oder in dem Vorlagebehälter ein pH-Wert-Meßgerät und eine mit Reguliereinrichtung bestückte Zuführleitung für ein den pH-Wert regulierendes Mittel angeordnet sein. Durch Verschieben des Gleichgewichts NH3 ~i NH4OH auf die linke Seite, was durch gesteuerte Zugabe des Mittels durch die Zuführleitung in das zu behandelnde Abfallwasser erreicht werden kann, läßt sich die Ausbeute an NH3 ebenfalls steigern.
Eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorichtung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als Fließbild schematisch dargestellt.
In einen mit 10 bezeichneten Vorlagebehälter wird, geregelt durch eine Reguliereinrichtung 12, z.B. ein Ventil, durch die Einspeiseleitung 11 eine Ammoniak enthaltende wässrige Abfallflüssigkeit eingefüllt. Unter dem Druck der für 1 bis 6 bar Druck ausgelegten Pumpeneinrichtung 7, die in der Zuführleitung 4 angeordnet ist, wird die wässrige Abfallflüssigkeit aus dem Behälter 10 durch die Zuführleitung 4 in die Membran-Einrichtung eingespeist und dort auf der Sorptionsseite 2 der Membranoberfläche zugeführt. An dieser vorbei wandert die ammoniakhaltige Flüssigkeit, wobei NH3 daraus durch die Membran hindurch zu deren Desorptionsseite 3 diffundiert. Während die Abfallflüssigkeit durch die Rückführleitung 5 bzw. der daraus austretenden Austrittsleitung 5a aus der Membran-Einrichtung 1 herausgeleitet wird, wobei die Rückflußgeschwindigkeit über eine Reguliereinrichtung 8 beeinflußt werden kann, strömt das auf der Desorptionsseite 3 der Membran vorhandene Ammoniakgas, unterstützt durch die Saugpumpeneinrichtung 9, durch die Abführleitung 6 in den Auffangbehälter 13, der etwa bis zu dem mit bezeichneten Flüssigkeitsstand mit Wasser gefüllt ist. Das Rohrmantel-Material des Endteils 6a der Leitung 6 ist durchlöchert, und es ist am Ende dieser Leitung 6/6a ein Brausekopf 16 vorhanden. Durch diesen und durch den Mantel des Endstücks 6a perlt das NHß-Gas in das Auffang-Wasser im
Behälter 13 und wird darin gelöst. Je nach Druck, Temperatur und pH-Wert-Einstellung im System kann ein Ammoniakwasser mit einer NHß-Konzentration zwischen etwa 10% und 25% gewonnen werden. Die jeweils gewünschte Konzentration läßt sich regulieren durch Zuführung von Frischwasser zum Behälter 13 durch die mit Regulierventil ausgerüstete Zuflußleitung 14, durch Abzug von im Behälter 13 vorhandene NHß-haltige Flüssigkeit durch Abflußleitung 15 und gegebenenfalls durch Rückführung durch deren daran ansitzende ventilgesteuerte Abzweigleitung 15a zu Leitung 14 und zurück in
den Behälter 13, sowie durch Regulierung der Zuflußmenge an NB^-Gas durch über in der Abführleitung 6 angeordnete Dreiwegeventile 17, 17a und die
damit gesteuerte Umwegleitung für NHß-Gas durch die Ableitung 18 in einen Zwischenbehälter 19 für NK^-Gas und daraus mittels der Zuleitung 20 zur
Leitung 6 wieder heraus in die Abführleitung 6 und zum Auffangbehälter 13.

Claims (10)

Schutzansprüche
1) Vorrichtung zur Gewinnung von Ammoniak aus ammoniakhaltigen wässrigen Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine hydrophobe, gasdurchlässige Membran (1), welcher auf deren Sorptionsseite (2) eine Zuführleitung (4) für ammoniakhaltige aufzuarbeitende Flüssigkeit und eine Rücklaufleitung (5) für die im wesentlichen ammoniakfreie bzw. vermindert ammoniakhaltige Flüssigkeit und auf deren Desoprtionsseite (3) eine Abführleitung (6) für das desorbierte Ammoniakgas zugeordnet sind, und die Abführleitung (6) in einen Auffangbehälter (13) für Ammoniak mündet.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuführleitung (4) eine Saug/Druckpumpen-Einrichtung (7), in der Rücklaufleitung (5) eine Reguliereinrichtung (8) und in der Abführleitung (6) eine weitere Saug/Druckpumpen-Einrichtung (9) angeordnet sind.
3) Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorlagebehälter (10) vorhanden ist, an dessen unterem Teil die Zuführleitung (4) ansetzt, in dessen oberem Teil die Rücklaufleitung (5) mündet und der eine zweckmäßig mit einer Reguliereinrichtung (12) bestückte gesonderte Einspeiseleitung (11) aufweisen kann.
4) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einspeiseleitung (11) und/oder in dem Vorlagebehälter (10) ein pH-Wert—Meßgerät und eine mit Regulierventil bestückte Zuführleitung für ein den pH-Wert regulierendes Mittel angeordnet sind.
5) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen absperrbaren Zufluß (14) für Flüssigkeit in den Behälter (13) und einen absperrbaren Abfluß (15) für die Auffangflüssigkeit, an welchem zweckmäßig eine Abzweigleitung (15a) zu dem Zufluß (14) abgehen kann.
6) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführleitung (6) an ihrem in den Auffangbehälter (13) mündenden Ende als Brause- oder Düsenkopf (16) ausgebildet ist.
7) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial der Abführleitung (6) an deren im Auffangbehälter (13) gelegenem Endstück (6a) zahlreiche das Ausperlen des Ammoniakgases ermöglichende Poren und/oder Durchgangslöcherungen aufweist.
8) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangbehälter (13) mit einer Umwälz- und/oder einer Umrühreinrichtung für darin befindliche Auffangflüssigkeit bestückt ist.
9) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch zwei Dreiwegeventile (17, 17a) an die Abführleitung (6) angeschlossene, aus Ableitung (18), Zwischenbehälter (19) und Zuleitung (20) bestehende Ammoniakgasumweg-Einrichtung eingebaut ist.
10) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einzelne Vorrichtungseinheiten in Reihe hintereinander geschaltet angeordnet sind und jeder Auffangbehälter (13) einer Vorrichtungseinheit eine Verbindungsleitung zu dem Vorlagebehälter (10) der in Reihe nachgeschalteten Vorrichtungseinheit als Einspeiseleitung (11) aufweist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITMI20091551A1 (it) * 2009-09-09 2011-03-10 Saipem Spa Metodo di separazione di ammoniaca e diossido di carbonio da soluzioni acquose

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