DE3308577C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration von adsorptivem Material gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Als adsorptives Material eingesetzte Aktivkohle ist eine aus Kohle, Holz und anderem kohlen­ stoffhaltigen Material hergestellte Substanz, die hohe Porosität, Permeabilität und Porenoberfläche aufweist. Aufgrund der hohen Porenoberflächen ist Aktivkohle ein hervorragendes Absorptionsmittel von in Wasser gelösten organischen und einigen anorganischen Verbindungen. Sind derartige kohlenstoffaffinitive Verbindungen als Verun­ reinigungen in einem Wasserstrom enthalten, können die Verunreinigungen im Fließkontakt des Wasserstromes mit einem Bett oder einer Aufschlämmung von Aktivkohle ent­ fernt werden.

Aktivkohle-Filterbetten sind ebenfalls wirksam beim Ent­ fernen von Bakterien durch Filtrieren von Trink- und Brauchwasserströmen. Doch sind daraufhin die Bakterien in dem Aktivkohlebett festgehalten in einem Klima, das Wachs­ tum und Vermehrung begünstigt. Beim Wachstum der Bakte­ rienkolonien in dem Kohlebett wird der Flüssigkeitsfluß vermindert, und das vom Bett abfließende Wasser ist ver­ unreinigt.

Desinfizierende Substanzen, wie Chlor, Chlordioxid und Chloramin, wie sie normalerweise zur Bekämpfung eines derartigen Bakterienwachstums verwendet werden, sind in einem Aktivkohlebett unwirksam, weil das Desinfektionsmit­ tel durch Kohleabsorption neutralisiert wird.

Daher muß die Bekämpfung des Bakterienwachstums in einem Aktivkohlebett durch regelmäßiges Rückwaschen, gefolgt von Waschen mit einer Lauge und Dampfsterilisation, be­ werkstelligt werden. Rückwaschen läßt sich jedoch nur in nicht begrenzten Betten anwenden, d. h. bei Kontaktmengen von Kohle, die in Behältern wesentlich größeren Volumens enthalten sind. Dichtgepackte Filterbetten, in denen das Kohlebett im wesentlichen das gesamte Behältervolumen aus­ füllt, sind nicht für das Rückwaschen geeignet. In sol­ chen Fällen kann Dampf und/oder Lauge verwendet werden.

Unabhängig von Problemen durch Verstopfen von in Behäl­ tern eingeschlossenen Kohlebetten und Sterilisations­ problemen durch Bakterienwachstum am Ort kann jedes Aktivkohleteilchen oder -körnchen mit einem unabhängigen 'Behälter' verglichen werden. Trotz der Affinität von Aktivkohle für bestimmte Verbindungen ist die Kapazität hierfür begrenzt. Schließlich füllt sich der Teilchen-"Be­ hälter", er ist gesättigt oder verbraucht. Ist dieses geschehen, so hat das Teilchen keinen Wert mehr für den Adsorptionszweck und muß entweder ersetzt oder rege­ neriert werden.

Die Regeneration von Aktivkohle ist ein Verfahren, bei dem die absorbierten Verbindungen von den Kohlenstoffteil­ chen getrennt werden, d. h. der Teilchen-"Behälter" wird entleert. Bei thermischer Regenerierung wird die Kohle mit Verbrennungsprodukten auf Temperaturen von 815 bis 982°C in einer kontrollierten At­ mosphäre zur thermischen Zerstörung der adsorbierten Ver­ bindungen aufgeheizt. Dampfregeneration, zusätzlich zur Sterilisation, desorbiert die adsorbierten Verunreinigun­ gen von der Kohle unter Aufheizung des Bettes zum Siede­ punkt der Verunreinigungen. Bei chemischer Regeneration wird verbrauchte Kohle mit einer hochreaktiven sauren oder alkalischen wäßrigen Lösung in Kontakt gebracht, wo­ durch die adsorbierte Verbindung in Lösung mit einer abpumpbaren Flüssigkeit gebracht wird.

Wegen der extremen thermischen oder chemisch-reaktiven Bedingungen der Regeneration wird der Regenerationsprozeß normalerweise nicht in dem Adsorberbettgefäß ausgeführt. Normale Stromabsorberkontaktbehälter werden aus Schmiede­ eisen hergestellt und mit einer kostengünstigen inneren Auskleidung oder Beschichtung gegen Abnutzung und chemi­ sche Beeinflussungen versehen. Soll der Behälter für eine Dampfbehandlung oder Regeneration der Kohleladung verwen­ det werden, so muß der gesamte Behälter aus einem ther­ misch und chemisch widerstandsfähigen Material, wie rost­ freiem Stahl, hergestellt werden. Darüber hinaus muß, falls ein stetiger Fluß des behandelten Wassers erforderlich ist, die Zahl der Adsorptions-/Regenerationsbehälter vervielfacht werden, so daß eine Flußbehandlung durch ein verwendbares Kohlebett weitergehen kann in der Zeit, in der ein verbrauchtes Kohlebett regeneriert wird.

Eine Vervielfältigung der Adsorptionsbehälter eines Rei­ nigungssystems ist häufig aus anderen Gründen erforder­ lich, beispielsweise um einen Behälter aus der Anlage herauszunehmen, so beim Entfernen nicht adsorbierten Fil­ termittels aus dem Kohlebett durch Rückwaschen und wäh­ rend der Zeiten, in denen eine Aufheizung durch Dampf­ sterilisation stattfindet. Berechnet man die Kosten von mehreren Absorptionsbehältern, von denen jeder ein zum Rückwaschen geeignetes vergrößertes Volumen aufweist, wo­ bei sämtliche Behälter aus rostfreiem Stahl gefertigt werden müssen, so läßt sich eine zur in-situ-Regeneration der Kohle geeignete Kapazität ökonomisch schwer rechtfer­ tigen.

In der US-PS 34 36 343 ist ein Adsorptionssystem mit aufwärts gerichteter Flußrichtung für die Filtration und adsorptive Behandlung von Wasser durch Aktivkohle beschrieben, das mehrere Behälter umfaßt. In dem bekann­ ten System sind mehrere Filter/Adsorberbehälter vorge­ sehen, um genügend Wasserbehandlungskapazität bereitzu­ stellen, während eines der Filter für das Waschen und die Reaktivierung der Kohle außer Betrieb gesetzt ist. Der Reaktivatorbehälter 43 ist als einzelner Retortenbehälter für die thermische Regeneration in für die Reaktivierung einer vollständigen Adsorberentladung ausreichenden Größe ausgeführt, die aus dem Wasserbehandlungsstrom während des Regenerationsintervalls abgezogen wird.

In der US-PS 41 05 549 ist ein System für die Filtration und adsorptive Behandlung von Wasser durch Aktivkohle beschrieben, bei dem ein dichtgepacktes Filter­ bett flußabwärts angeordnet ist. Bei diesem System ist eine vertikale, von oben nach unten beströmte Kohlesäule vorgesehen, bei der ein Teil der Säule von der oberen Eingangsseite abgezogen und aus dem System entfernt und eine entsprechende Menge frischer oder regenerierter Kohle an der unteren Ausflußseite der Säule zugegeben wird. Dabei werden jedoch je Adsorptionsrohr drei Hilfs­ behälter verwendet, nämlich ein Behälter mit frischer Aktivkohle, ein Behälter zur Aufnahme der verbrauchten Aktivkohle und ein Behälter zur Regeneration der verbrauchten Aktivkohle, die jeweils ausschließlich für den angegebenen Zweck verwendet werden. Außerdem ist eine solche Anlage infolge der Strömungsrichtung von oben nach unten anfällig gegenüber Verstopfungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen die der bekannten Technik innewohnenden Beschränkungen überwunden werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1. Die erfin­ dungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruches 2.

In vorteilhafter Weise werden gemäß der Erfindung die Größe und der Kostenaufwand von zusätzlichen Hilfseinrichtungen vermindert, die für eine Dampfsterilisations- und Regenera­ tionsanlage erforderlich sind, bei der ein Bett von absorp­ tivem Material aufrechterhalten wird. Die Adsorptionsanlage kann im wesentlichen mit nur einem Druckkontaktgefäß ununter­ brochen arbeiten. Neben dem Druckkontaktgefäß sind nur zwei Regenerationsbehälter als Hilfsdruckbehälter vorgesehen, wobei jeder dieser beiden Regenerationsbehälter alle drei Funktionen, wie Bereithalten von gereinigtem adsorptivem Material, Aufnahme von verbrauchten adsorptivem Material und Regeneration von verbrauchtem adsorptivem Material im Wechsel übernehmen kann. Dem aufwärts beaufschlagten Adsorptionsbett wird periodisch oder gepulst ein Teil der gesamten Ladung an adsorptivem Material entzogen, und nach jedem Abzug eines Teiles verbrauchten adsorptiven Materials vom Boden oder der Zuflußseite des Bettes wird eine frische oder regenerierte Menge an adsorptivem Material von im wesentlichen gleicher Größe oben oder an der Abflußseite des Bettes zugegeben. Außerdem trägt die Strömungsrichtung von unten nach oben zu einer Auflockerung des adsorptivem Materials bei.

Die verbrauchte Menge an adsorptivem Material wird durch Flüssigkeit durch Verbindungsleitungen von dem Boden des Druckkontaktbehälters in das Innere eines ersten zweier Regenerationsbehäl­ ter aus rostfreiem Stahl (Edelstahl) geleitet. Der gela­ dene Regenerationsbehälter wird dann durch geeignete Ventilstellun­ gen von dem Druckkontaktbehälter abgetrennt, und ihm wird dann ein geeignetes Sterilisations- oder Regenerations­ medium, wie Dampf, Lösungsmittel, Säure oder Lauge, zuge­ führt. Eine derartige Sterilisation und Regenerations­ behandlung nimmt normalerweise eine längere Zeit in An­ spruch, während derer das Adsorptionsbett normal weiter­ betrieben wird.

Die sterile und regenerierte Ladung an adsorptivem Material, die die ver­ brauchte Ladung in dem Druckkontaktgefäß ersetzt, wird unter pneumatischem oder hydraulischem Druck von dem ande­ ren der beiden Regenerationsbehälter zugeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.

Das in der Zeichnung dargestellte hydraulische Block­ diagramm zeigt erfindungsgemäß zumindest einen herkömm­ lichen Druckkontaktbehälter 10 aus Schmiedeeisen, der mit einer geeigneten Auskleidung versehen ist, um ein aufwärts be­ aufschlagtes Bett granularer Aktivkohle aufzunehmen. Beispielsweise werden 17 424 kg Aktivkohle in dem Druckkontaktbehälter 10 zur Adsorp­ tionsbehandlung von 1514 Mio Liter industriellen Schmutzwassers pro Tag bei einer Kontaktzeit von 30 Minuten eingesetzt.

Geeignete Verbindungen am Druckkontaktbehälter 10 nehmen Rohrleitun­ gen für den ungereinigten Abwasserstrom 100 nahe dem Boden des Behälters 10 und für den gereinigten Abwasser­ strom 200 nahe der Oberseite des Behälters auf. Weiterhin sind mit dem Druckkontaktbehälter 10 Kohletransfer-Rohrverzweigungen 20 am Boden und 30 an der Oberseite des Behälters vor­ gesehen.

Der Kohlevorratsbehälter 11 stellt eine nicht unter Druck stehende Vorratsvorrichtung für verbrauchte Kohle dar, die aus der Anlage zur endgültigen Ablage entfernt werden soll oder für ein Regenerationsverfahren vorgesehen ist, das bei der Anlage nicht zur Verfügung steht. Das Rohr 21′ verbindet den Behälter 11 für verbrauchte Kohle mit der Kohleabzugs-Rohrverzweigung 20. Der Eduktor 61 wird von dem Wasserdrucksystem 60 in Betrieb gesetzt, um den Kohleabzug vom Vorratstank 11 zu erleichtern.

Der Kohlevorratsbehälter 12 ist eine nicht unter Druck stehende Vorratsvorrichtung für frische oder regenerierte Kohle, die dem System zugegeben werden soll, um Ver­ brauchsverluste auszugleichen oder abgezogene Kohle zu ersetzen. Das Rohr 32 verbindet den Frischkohlebehälter 12 mit der Frischkohle-Rohrverzweigung 30. Der Kohletransfer wird mittels des Eduktors 62 erleichtert.

Die beiden Regenerationsbehälter 13 und 14 sind im wesentlichen gleiche Edelstahl-Druckbehälter, von denen jeder eine Kohlebettkapazität von etwa 5 bis 25% der Adsorberbett­ kapazität des Druckkontaktbehälters 10 und das für die Rückwaschaus­ dehnung erforderliche Volumen aufweist. Die durch Ventile absperrbaren Leitungen 23 und 24 verbinden den jeweiligen Regenerationsbehälter mit der Kohleabzugs-Rohrverzweigung 20, und durch Ventile absperrbare Leitungen 33 bzw. 34 verbinden die Regenerationsbehälter mit der Kohlezuführ-Rohrverzweigung 30.

Eine Versorgungseinrichtung 40 verbindet wahlweise beide Regenerationsbehälter 13 und 14 mit geeigneten Quellen eines Regenerations­ mediums, das Dampf, Lösungsmittel, Säure oder Lauge sein kann. Im dargestellten System ist ein Fluß des Rege­ nerationsmediums nach oben dargestellt, jedoch soll darauf hingewiesen werden, daß unter bestimmten Bedingun­ gen oder Gegebenheiten des Systems ein Fluß abwärts vorgeschrieben sein kann. Das Auslaßsystem 50 des Rege­ nerationsmediums kann einen Dampfkondensator oder einen Behälter 15 für verbrauchtes Regeneriermittel umfassen. Eine derartige Vorrichtung ist außerordentlich hilfreich beim Zurückhalten bestimmter thermisch flüchtiger Verbin­ dungen, die eine Gefahr für die Umwelt darstellen. Dampf­ regeneration desorbiert die Verbindungen von der Kohle zum Transport in den Kondensator 15. Beim Entfernen der Beheizung vom mit dem Dampf der Verbindung beladenen Strom werden die giftigen Verbindungen in Lösung oder Mischung gefangen, und das entstehende Kondensat kann kontrolliert entfernt werden.

Normaler oder stetiger Betrieb des Systems gemäß der Erfindung schließt den regulierenden Fluß rohen ungereinig­ ten Abwassers 100 in den unteren Teil des nach oben gerichteten Druckkontaktbehälters 10 ein. Das behandelte ge­ reinigte Abwasser 200 wird an der Oberseite der Säule ausgetragen.

Periodisch, beispielsweise täglich, wird das Absperr­ ventil 21 der Rohrverzweigung 20 geöffnet, während das Einlaßventil offengelassen wird, um einen turbulenten ab­ wärts gerichteten Transport verbrauchter Kohle von der Einlaßseite der Adsorptionssäule zu gestatten. Diese ver­ brauchte Kohle wird von der Rohrverzweigung 20 in einen leeren der beiden Regenerationsbehälter, beispielsweise 13, gelei­ tet. Ist der Regenerationsbehälter 13 vollständig gefüllt, wird das Absperrventil 21 geschlossen und das Absperrventil 31 geöffnet, um eine entsprechende Menge regenerierter Kohle von dem anderen Regenerationsbehälter 14 zu empfangen. Nach Beendi­ gung des Transfers wird das Absperrventil 31 wieder ge­ schlossen, und die Adsorptionssäule und der Fluß des be­ handelten Wassers kehren zur normalen Betriebsweise zu­ rück.

Nach Beendigung des Intervalls für den Transport der verbrauchten Kohle zum Regenerationsbehälter 13 wird der Behälter von den Rohrverzweigungen 20 und 30 abgetrennt und der Regenerationsprozeß begonnen. Abhängig von der ausgetrage­ nen Menge, der Art der Füllung und dem Sättigungsgrad kann der Regenerationsprozeß 1 bis 10 Stunden betragen. In vielen Fällen geschieht die Regeneration durch chemi­ sche Desorption oder Lösungsmitteldesorption. In ebenso vielen Fällen ist nur Dampfregeneration erforderlich. In jedem Fall dauert das Regenerationsintervall nicht länger als das für den Kohleaustrag festgelegte Intervall. Ist die­ ses beendet, so steht die regenerierte Menge zur Wieder­ füllung des Adsorbersäule beim nächsten Taktintervall zur Verfügung.

Claims (2)

1. Verfahren zur Regeneration von in einer Adsorptionssäule zur Behandlung einer Flüssigkeit verwendetem adsorptivem Material, bei dem ein Eintrag von zu reinigender Flüssigkeit (100) zu einem Ende einer vertikalen Säule adsorbierenden Materials und ein Abziehen gereinigter Flüssigkeit (200) von einem anderen Ende der vertikalen Säule erfolgt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) periodischen Austrag von verbrauchtem Adsorptions­ material vom einen Ende der Säule und Ablagerung des Materials in einem ersten Regenerationsbehälter (13),
• b) Wiederauffüllung der Säule am anderen Ende mit einer entsprechenden Teilmenge regenerierten Adsorptions­ materials, das von einem zweiten Regenerationsbehälter (14) abgezogen wurde, und
• c) Regeneration des verbrauchten Materials im ersten Behälter (13) im Zeitintervall zwischen aufeinander­ folgenden Austragungen des Materials, wobei die verbrauchte Materialmenge im ersten Behälter (13), die während eines ersten Übertragungsintervalls abgezogen wurde, zu der regenerierten Materialmenge wird, die während eines zweiten darauf folgenden Übertragungs­ intervalls aus dem zweiten Behälter (14) abgezogen wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• a) einen vertikalen Druckkontaktbehälter (10), der mit einer Säule teilchenförmigen Adsorptionsmaterials gefült ist,
• b) eine absperrbare Zuflußleitung für die zu reinigende Flüssigkeit (100) am einen Ende des Druckkontakt­ behälters (10) und eine absperrbare Abflußleitung für die gereinigte Flüssigkeit am anderen Ende,
• c) eine erste Rohrverzweigungseinrichtung (20) zur Verbindung des einen Endes des Druckkontaktbehälters (10) mit zumindest zwei Regenerationsbehältern (13, 14), die jeweils ein Fassungsvermögen von 5 bis 25% des Fassungsvermögens des Druckkontaktbehäl­ ters (10) aufweisen,
• d) eine zweite Rohrverzweigungseinrichtung (30) zur Verbindung des zweiten Endes des Druckkontakt­ behälters (10) mit jedem der beiden Regenerations­ behälter (13, 14),
• e) Absperrventile in jeder der Rohrverzweigungs­ einrichtungen (20, 30) für jeden der beiden Behälter (13, 14) zum wahlweisen Absperren der Behälter (13, 14) von den Rohrverzweigungseinrichtungen (20, 30) und
• f) eine Versorgungseinrichtung (40) für ein Regenera­ tionsmedium für Adsorptionsmaterial, die wahlweise mit jedem der Regenerationsbehälter (13, 14) verbindbar ist.