DE3243658A1

DE3243658A1 - Verfahren zur aufbereitung alkalisch reagierender prozesswaesser und abwaesser

Info

Publication number: DE3243658A1
Application number: DE19823243658
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr. 6551 Roxheim Kock; Nikolaus 7400 Tübingen Rombach
Original assignee: BERGHOF FORSCHUNGSINST
Current assignee: BERGHOF FORSCHUNGSINST
Priority date: 1982-11-25
Filing date: 1982-11-25
Publication date: 1984-05-30

Description

Verfahren zur Aufbereitung alkalisch reagierender Prozeß-
wasser und Abwasser Der gängige Weg zur Aufbereitung oder Entsorgung alkalisch reagierender Prozesswässer oder Abwässer, d.h. alkalisch reagierender wässriger Lösungen, istderen Neutralisation, insbesondere mit Säuren. Diese Methode ist nach heutigem Verständnis unbefriedigend, da - aus hochwertigen alkalischen Substanzen weitgehend wertlose neutrale Salze erzeugt werden, - die zur Neutralisation eingesetzte Säure einen erheblichen Kostentaktor d erstellt und - die anfallenden Salze oft eine gute Löslichkeit aufweisen, wodurch ein we teres Abwasserproblem geschaffen wird.
Aufgabe der Er@indung ist es ein Verfahren vorzusonen, mit dem die genannten Schwierigkeiten Uberwunden werden und - entweder aus der reinen wassrigen Lösung eines Hydroxies eine höher konzentrierte Hydroxidlösung - oder aus einer verunreinigten wässrigen Lösung eines Hydroxids eine reine Hydroxidlösung gewonnen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Aufbereitung alkalisch reagierender Prozesswäser oder Abwasser, d.h. alkalisch reagierender wässriger Ldsungen geT löst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Verfahren in einer elektrochemischen Zelle durchfUhrt, bei der Anodenraum und Kathodenraum durch eine zwischen Anode und Kathode angeordnete Kationenaustauschermembran gebildet werden und bei dem man u - im Anodenraum das aufzubereitende Prozeßwasser oder Abwasser und - im Kathodenraum ein wässriges Medium mit einem pH,7 dem elektrischen Feld aussetzt.
Indem man das aufzubereitende Prozeßwasser oder Abwasser im Anodenraum dem elektrischen Feld aussetzt, wird das Prozeßwasser oder Abwasser durch anodisch erzeugte Wasserstoffionen teilweise oder vollsthndig neutralisiert oder sogar angesäuert, wobei gleichzeitig im Kathodenraum Hydroxid angereichert wird. Verunreinigungen des alkalisch reapierenden Prozeßwassers oder Abwassers verbleiben im Anodenraum und werden durch die Kationenaustauschermembran vom Kathodenraum ferngehalten. Die im Kathodenraum gebildete Hydroxidlösung ist weiter verwendbar.
Es ist zweckmäßig, das erfindungsgemäße Verfahren in einer elektrochemischen Zelle durchzuführen, bei der die Kationenaustauschermembran für Alkalimetallionen selektiv durchlässig ist.
In elektrochemischen Zellen werden blicherweise Elektroden auf Titanbasis eingesetzt, beispielsweise platinterte Titanelektroden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können Jedoch vorteilhaft Nickelelektroden oder Glaskohlenstoffelektroden verwendet werden, die wesentlich billiger als Elektroden auf Titanbasis sind, ohne daß eine merkliche Korrosion stattfindet.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann chargenweise oder kontinuierlich durchgefuhrt werden. Wa'hrend der Anodenraum mit dem aufzubereitenden Prozeßwasser oder Abwasser beschickt wird, wird der Kathodenraum mit einem wässrigen Medium mit einem pH=7 (Auffangldsung) beschickt. Bei der Auffanglösung kann es sich um reines Wasser oder eine reine wissrige Lösung eines'1Hydroxids handeln, wobei das Wasser oder die Hydroxidlö.suh'g zusätZlich weitere Stoffe gelöst enthalten können. Bei der wässrigen Lösung eines Hydroxids wird es sich zweckmäßigerweise um das Hydroxid handeln, das man aus dem Prozeßwasser oder Abwasser entfernen will.
Beim erfindunp.sgemäßen Verfahren kann man erreichen, daß im Kathodenraum eine Hydroxidkonzentration erreicht wird, die der Hydroxidkonzentration im aufzubereitenden Prozeßwasser oder Abwasser entspricht oder großer ist. Beispielsweise kann man ein Prozeßwasser oder Abwasser mit einer Konzentration aufkonzentrieren auf eine im Bereich von Konzentration im Bereich von 0,5 bis 5 Gew.-«, NaOH 5 bis 15 Gew.-MO NaOH 5 bis 15 10 bis 20 15 bis 25 15 bis 25 Der Grad der erzielbaren Aufkonzentrierung wird durch die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemaßen Verfahrens vorgeeben. Zur Aufkonzentrierung kann man vorsehen, daß das Volumen des aufzubereitenden Prozeßwassers oder Abwassers größer als das Volumen des das Hydroxid aufnehmenden wässrigen Mediums ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich vorteilhaft Prozesswksser und Abwässer der alkalischen Batteriefertigung; alkalische Prozesswässer und Abwasser der Viskose-, Zellstoff-, Zellwolle-, Kunstseiden- und Chemiefaserproduktion; und alkalische Prozesswässer und Abwässer sonstiger chemischer Prozesse aufarbeiten.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht insbesondere darin, daß ziele erfindungsgemäße Gewinnung einer wässrigen Hydroxidlösung kosteHmäßig erheblich günstiger ausfällt als Ubliche Neutralisationsverfahren, wobei zusätzlich deren Nachteile vermieden werden. Beispielsweise lassen sich gemäß den folgenden Beispielen 1 und 3 wässrige Lösungen mit einem Gehalt an etwa 200 kg Natriumhydroxid mit einem Stromaufwand von etwa DM 79,00 gewinnen, während für die zur Neutralisation dieser Natriurnhvdroxidmenge erforderliche Salzsäuremenge etwa DM 120,00 bezahlt werden masten. Hinzu kommt, daß die gewonnene Natriumhydroxidlsung weiter verwendet werden kann und nicht fur etwa DM 117,00 gekauft. Werden muß.
Nachstehend wird die Erfindung durch Beispiele näher erläutern.
Beispiel 1: Reinigung einer 1.6-prozentigen Natriumhydroxidlösung mit einer Verunreinigung von 10 g/l Natriumnitrat (Abwasser der Batteriefertigung) 2,1 Liter der verunreinigten Natriumhydroxidlösung werden durch die Anodenkammer einer Zelle mit einer Anodenfläche von 85 Quadratzentimeter im Kreislauf pespUlt. Die Auffanglösung besteht aus 0,3 Liter schwach alkalischem Wasser.
Bei einer Stromdichte von 70 Milliampere pro Ouadratzentimeter werden innerhalb von 4,8 Stunden 0,3 Liter einer 9,6-prozentigen Natriumhydroxidlösung mit einem Nitratgehalt von weniger als 1 g/l erzeugt.
Beispiel 2: Reinigung einer 1-prozentizen schwermetallverunreinigten Natriumhydroxidlösung 1 Liter der Natriumhydroxidlösung, die mit Jeweils 10 mg/l Kupfer, Chrom, Magnesium und Calcium verunreinigt ist, werden durch den Anodenraum der Zelle gespült, während 1 Liter reines Wasser als Auffanglösung durch den Kathodenraum laufen. Bei einer Stromdichte von 24 Milliampere pro Quadratzentimeter werden nach 3,4 Stunden 1 Liter einer 1-prozentizen Natriumhydroxidlösung mit Gehalten von weniger als 0,1 mg/l der einzelnen Schwermetalle gewonnen.
Beispiel 3: Aufbereitung einer 26,7-prozentigen NatriumhydroxidIösung mit einer Verunreinigung von 212 g Natriumnitrat und 20 mg Cadmium pro Liter (Abwasser der Batteriefertigung) 1 Liter der verunreinigten Natriumhydroxidlösung wird durch die Anodenkammer gespillt. Als Auffnglösung wird eine 0,14-prozentige natriumhydroxidlösung eingesetzt. flei einer Stromdichte von 70 Milltampere pro Quadratzentimeter werden in 32 Stunden 2 Liter einer 13,3-prozentigwen Natriumhydroxidlösung erzeugt. Der Nitratzehalt dieser Natriumhydroxidlösung liegt unter 1 g/l, der Cadmiumgehalt unter 0,1 mg/l.
Beispiel 4: Aufbereitung einer 2,5-prozentigen Kallumhydroxidlösung mit einer Verunreinigung von 30 g/l Kaliumnitrat.
1 Liter der verunreinigten Kaliumhydroxidlösung wird durch den Anodenraum gespult, während 1 Liter einer O,l-prozentigen Kaltumhydroxidlösung die Auffanglösung darstellt. Bei einer Stromdichte von 70 Milliampere pro Quadratzentimeter werden nach 2 Stunden 1 Liter einer 2,5-prozentigen Kaliumhydroxidlösung erzeugt.
Beispiel 5: Aufbereitung einer 26.7-prozentigen Natriumhyroxidlösung mit einer Verunreinigung von 212 8 natriumnitrat und 20 mg Cadmium pro Liter (Abwasser der Batteriefertigung) 1 Liter der verunreinigten Natriumhydroxidlösung wird durch die Anodenkammer gespUlt. Als Auffanglösung wird eine 0,14-prozentige Natriumhydroxidlösung eingesetzt. Rei einer Stromdichte von 70 Milliampere pro Quadratzentimeter wrden in 32 Stunden 2 Liter einer 20,1-prozentigen Natriumhydroxtdld'sung erzeugt. Der Nitratgehalt dieser Natriumhydroxidlö'sung liegt unter 1 g/l, der C Beispiel 3 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß bis auf 20,1 % (statt 13,3 %) aufkonzentriert wurde.

Claims

Verfahren zur Aufbereitung alkalisch reagierender Prozeßwässer und Abwässer PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Aufbereitung alkalisch reagierender Prozeßfässer und Abwässer, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man das Verfahren in einer elektrochemischen Zelle mit zwischen Anode und Kathode angeordneter Kationenaustauschermembran durchführt, wobei man - im Anodenraum das aufzubereitende Prozeßwasser oder Abwasser und - im Kathodenraum ein wässriges Medium mit einem pH.7 dem elektrischen Feld aussetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch R e k e n n -z e i c h n e t , daß man das Verfahren in einer elektrochemischen Zelle mit einer fUr Alkalimetallionen selektiven Kationenaustauschermembran durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z z e i c h n e t , daß man das Verfahren in einer elektrochemischen Zelle mit Nickel oder Glaskohlenstoff als Elektrodenmaterial durchfUhrt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden AnsprUche, dadurch g e k e n n z < i c h n e t , daß man im Kathodenraum eine Hydroxidkonehtration erzeugt, die so proß wie die Hydroxidkonzentration des Prozeßwassers oder Abwassers oder größer ist 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß man ein Prozeßwasser oder Abwasser mit einer Konzentration aufkonzentriert auf eine im Bereich von Konzentration im Bereich von 0,5 bis
5 Gew..-% NaOH 5 bis 15 Gew.-% NaOH 5 bis 15 10 bis 20 15 bis 25 15 bis 25.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man ein Prozeßwasser oder Abwasser mit einem Gehalt an Nitrat, Sulfat, Chlorid, Carbonat und/oder anderen Anionen einsetzt und gegebenenfalls das Carbonat in Form von Kohlendioxid zurückgewinnt.
7, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man ein Prozeßwasser oder Abwasser mit einem Gehalt an-Kupfer-, Zink-, Kadmium-, Chrom-, Kalzium-, Magnesium- und/oder anderen Metall-Ionen einsetzt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß man ein Prozeßwasser oder Abwasser mit einem Gehalt an organischen Bestandteilen einsetzt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden AnsDrtlche, dadurch g e k e n n 1-Z e i c h n e t , daß man Prozesswasser oder Abwässer der alkalïschen Batteriefertizung; Prozesswasser oder Abwässer der Viskose-, Zellstoff-, Zellwolle-, Kunstseiden- und/oder Chemiefaserproduktion; oder Prozesswässer oder Abwässer aus chemischen Prozessen einsetzt.