DE3316265A1 - Verfahren zur reinigung von abwaessern - Google Patents
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Description
BAYER AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk
Zentralbere ich
Patente, Marken und Lizenzen K/by-c
03. MA11983
Verfahren zur Reinigung von Abwässern
In der Industrie fallen große Mengen an Abwässern an, die sich biologisch nicht oder nur unzureichend reinigen lassen.
Um diese Abwässer an die Umwelt abgeben zu können, müssen sie durch spezielle Verfahren gereinigt werden.
Eines der bedeutendesten Verfahren ist die Naßoxidation, die auch unter dem Namen Naßverbrennung bekannt ist.
Bei diesem Verfahren wird das organische Stoffe enthaltende Abwasser auf Temperaturen bis zu 3500C erhitzt und
dabei mit sauerstoffhaltigen Gasen bei Drücken bis 250
bar kontaktiert. Die organischen Substanzen im Abwasser werden dabei bis zu CO2 und H~0 oxidiert. Durch die für
dieses Verfahren notwendigen hohen Temperaturen entstehen große .Materialprobleme für Reaktoren, Wärmeaustauscher
und Armaturen. Bei Anwesenheit von Cl -Ionen kommen als Werkstoffe praktisch nur Titan oder Tantal in
Frage. Da bei diesen hohen Temperaturen und Drücken die Wärmezufuhr von außen praktisch nicht möglich ist, bleibt
die Anwendung hoher Temperaturen { ·?>
2500C) nur für hochbelastete Abwässer, welche eine hinreichende Reak-
20 tionswärme bewirken, wirtschaftlich.
Le A 22 345
um die zur Oxidation notwendigen Temperaturen (und infolgedessen auch Drücke) zu senken, ist bereits vorgeschlagen
worden, die organisch belasteten Abwässer mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen bei einem Redoxpotential
von 300 - 600 mV, das durch Zugabe von Redoxsystemen, vorzugsweise Fe /Fe , eingestellt wird,
zu behandeln. Auf diese Weise gelang es, die Reaktionstemperaturen auf deutlich unterhalb 250°C zu senken
(vgl. DE-OS 2 559 374 und 2 657 377).
Die besten Ergebnisse wurden bei diesem Verfahren im Temperaturbereich von 150 - 2300C erzielt.
Es wurde nun gefunden, daß sich dieser Temperaturbereich noch erheblich erniedrigen läßt, wenn man den in bekannter
Weise auf ein Redoxpotential von 300 - 600 mV eingestellten Abwässern als Co-Katalysatoren Benzo- oder
Naphthochinone bzw. Substanzen, die Chinone durch Sauerstoffzufuhr
bilden, zusetzt oder diese chinoiden Verbindungen durch eine alkalische Vorbehandlung des Abwassers
aus geeigneten im Abwasser vorhandenen organischen Stoffen direkt erzeugt und die Oxidation bei pH 1-4,
vorzugsweise 1,5-2,5, Temperaturen von 50 - 2000C, vorzugsweise 100 - 18O0C, und Drücken von 1 - 60 bar
durchführt. Das Redoxpotential wird dabei an eine Platinelektrode gegenüber einer Silber-Silberchloridelektrode
gemessen, zweckmäßigerweise im sogenannten by-pass.
Geeignete Co-Katalysatoren sind beispielsweise:
Le A 22 345
- -ar -
Benzochinon, Naphthochinon-1,4, Naphthochinon-2,6,
Hydrochinon, p-Aminophenol, p-Methoxyphenol, p-Phenylendiamin
und p-Aminoanisol sowie Braun- und Steinkohle sowie Torf, die mit Alkali behandelt wur-
den. Diese Behandlung erfolgt bei Temperaturen von 50 2500C
mit z.B. NaOH, KOH, Na3CO3 (in der Schmelze oder
in Form der wäßrigen Lösungen), Ammoniaklösung u.a.m. Bevorzugt ist derart behandeltes Braunkohlepulver. Auch
organische Destillationsrückstände, z.B. Rückstände der Isocyanatproduktion gemäß DE-A 2 846 815, sind nach einer
ähnlichen Alkalibehandlung gut geeignet. Von den alkalibehandelten Kohle- und Rückstandprodukten werden etwa
1-5 g/l Abwasser eingesetzt.
Die übrigen obengenannten Co-Katalysatoren werden den
Abwässern in Mengen von 0,01 - 0,5, vorzugsweise 0,05 0,2 %, zugesetzt.
Verbindungen, die nicht durch bloße Sauerstoffzufuhr
Chinone bilden, wie z.B. einwertige Phenole, werden in einer vorgeschalteten Reaktionsstufe, z.B. durch eine
alkalische Naßoxidation bei erhöhten Temperaturen
(100 - 1400C) in Chinonbildner bzw. chinoide Systeme
umgewandext.
Das neue Verfahren eignet sich zur Aufbereitung von mit organischer Last beladener Industrieabwässer beliebiger
Art, insbesondere zur Reinigung hochbeladener Mutterlaugen, wie sie bei der Farbstoff- und Farbstoffzwischenproduktherstellung
anfallen.
Zur Einstellung des erfindungsgemäß einzuhaltenden Redox
potentials eignen sich neben dem bereits erwähnten Fe2 + ZFe3 + -S^
Le A 22 345
30 Fe +/Fe +-System die auf Seite 4 (unten) der
DE-OS 2 559 374 (entspricht US-PS 4 124 505, Spalte 1,
unten) aufgeführten Systeme.
Enthalten die Abwässer oxidierend wirkende organische Substanzen, wie z.B. Nitroaromaten, so empfiehlt es
sich, außerdem Reduktionsmittel, wie z.B. N3H4, SO-/
Na3S oder Eisenspäne, zuzusetzen, um beispielsweise diese
Nitroaromaten in Amine umzuwandeln.
Die Durchführung des Verfahrens kann beispielsweise einstufig
in einer Apparatur erfolgen, wie sie in der DE-OS 2 559 374 (Seite 6) bzw. US-PS 4 124 505 (Spalte
1) beschrieben ist.
Diese Arbeitsweise wird vorzugsweise unter Verwendung von "fertigen" Chinonen oder Chinonbildnern, wie Benzochinon,
Hydrochinon, p-Aminophenol, p-Methoxyphenol oder
alkalibehandelte Kohlen und Isocyanatrückständen, angewandt
.
Die Chinone bzw. Chinonbildner brauchen nicht in reiner Form eingesetzt werden. Vielmehr ist es zweckmäßig, Abwässer,
die diese Stoffe enthalten mit solchen Abwässern zu vermischen, die frei von derartigen Verbindungen sind.
Bei Erzeugung der Co-Katalysatoren aus geeigneten Stoffen
im Abwasser ( vorzugsweise Benzol- und Naphthalinderivate mit OH-, NH3- oder SO-jH-Gruppen wie z.B. Phenol, p-Nitrophenol,
Kresole, Naphthole, Benzolsulfonsäuren u.a.), wird dagegen vorzugsweise zweistufig gearbeitet.
Bei dieser speziellen Ausführungsform, wird das Verfahren in einer Vorrichtung gemäß Figur I durchgeführt.
Le A 22 345
Hierbei kommt den Zahlen im einzelnen folgende Bedeutung zu:
1) Abwasser-Förderpumpe
2) Gegenstromwärmetauscher
3) Blasensäule
3) Blasensäule
4) Gasumwälzpumpe
5) Meßstelle für Redoxpotentialbestimmung
6) Abwasserzulauf
7) Gaszirkulationsleitung
8) Gasübergangsleitung
8) Gasübergangsleitung
9) Zuführung sauerstoffhaltiges Gas
10) Einführung sauerstoffhaltiges Gas
11) Abgasleitung
12) Abwasserüberlauf
13) Redoxsystemzusatz
13) Redoxsystemzusatz
14) Ablauf oxidiertes Abwasser
15) Zulauf für Säure
Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens wird das phenolhaltige, alkalische Abwasser, wie es z.B.
bei der Herstellung von 1,5-Diphenoxyanthrachinon
durch Umsetzung von 1,5-Dinitroanthrachinon mit Phenol in Gegenwart von Alkali anfällt über (1) und (2)
der Blasensäule (3) zugeführt. Dort wird das Abwasser bei 100 - 1400C etwa 15-30 Minuten mit sauerstoff-
25 haltigem Gas (vorzugsweise molekularem Sauerstoff) behandelt.
Danach wird das so vorbehandelte Abwasser über (12) in
eine zweite Blasensäule (3) übergeführt, wo es sauer
Le A 22 345
gestellt (zweckitiäßigerweise mit Abfallschwefelsäure)
mit dem Redoxsystern versetzt und sauerstoffhaltigen
Gasen (z.B. technisch reiner Sauerstoff) behandelt wird.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Abwässer
sind soweit von der "organischen Last" befreit, daß sie unmittelbar zur biologischen Endreinigung in
entsprechende Kläranlagen abgegeben werden können.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren an einigen
Beispielen erläutert.
Als organische Testsubstanz wurde hier stellvertretend
für andere organische Substanzen Phenol gewählt, was jedoch keine Einschränkung des erfindungsgeraäßen Verfahrens
bedeuten soll.
Le A 22 345
In einem Autoklaven wurde die Oxidation von 3 1 phenolhaltigem Abwasser, das 2 g/l Phenol enthielt und dem
0,3 g/l Benzochinon zugesetzt wurden, bei einer Tem-
peratur von 1400C, einem Sauerstoffpartialdruck pn
'ü 3 bar, einem pH-Wert von etwa 1,8 und einem Redoxpotential
zwischen 300 bis 420 Millivolt (gemessen außerhalb des Reaktionsbehälters bei 250C mit einer
Platinelektrode gegenüber einer Silber-Silberchlorid-
IQ elektrode) durchgeführt. Das Redoxpotential wurde
durch Zugabe von 1,6 g/1 FeSO. . 7H2O eingestellt.
Nach 90 Minuten wurden von dem gelösten organischen Kohlenstoff (DOC = "Dissolved Organic Carbon") etwa
70 % eliminiert.
15 Verfährt man wie vorstehend beschrieben, setzt jedoch
die in folgender Tabelle angegebenen Co-Katalysatoren ein, so erhält man ähnlich gute Reinigungsergebnisse:
Le A 22 345
Le A 2: | Beispiel Nr. |
DOC-Elimination nach 90 Minuten |
I 345 | 2 | 55 |
3 | 80 | |
4 | 80 | |
5 | 75 | |
6 | 85 | |
7 | 55 | |
8 | 40 | |
9 | 80 | |
10 | ||
11 | 85 | |
12 (Vergleich) | 10 |
Co-Katalysator
0,33 | g/i | Hydrochinon |
0,33 | g/i | Pyrogallol |
0,5 | g/i | 1,4-Dihydroxynaphthalin |
0,33 | g/i | 4-Aminophenol |
1,0 | g/i | 6-Amino-2-hydroxynaphtha1in |
0,7 | g/i | 2,4-Diaminophenol |
0,7 | g/i | 4-Methoxyphenol ' Gallussäure |
0,7 | g/i | 6-Amino-3-hydroxytoluol |
0,4 | g/i | 5-Amino-2-hydroxy-3-sulfobenzoesäure |
0,7 | g/i | |
ohne |
CD NJ CD
Beispiel 13
In einem Autoklav wurden 3 1 Wasser, das etwa 2 g/l Phenol enthielt, bei einer Temperatur von 1400C, einem Sauerstoff
partikaldruck p_ "^ 3 bar und pH-Wert von etwa 12,5
2
halbe Stunde oxidiert. Die DOC-Elimination betrug etwa 3 %. Daraufhin wurde das so behandelte Wasser auf pH 1,8 gebracht, 2,5 g/l FeSO4 . 7H2O zugegeben und in einem Redoxpotential zwischen 320 bis 425 mV bei gleicher Temperatur und Druck weiter oxidiert. Nach 90 Minuten wurden etwa 75 % DOC eliminiert.
halbe Stunde oxidiert. Die DOC-Elimination betrug etwa 3 %. Daraufhin wurde das so behandelte Wasser auf pH 1,8 gebracht, 2,5 g/l FeSO4 . 7H2O zugegeben und in einem Redoxpotential zwischen 320 bis 425 mV bei gleicher Temperatur und Druck weiter oxidiert. Nach 90 Minuten wurden etwa 75 % DOC eliminiert.
Wie im Beispiel 15, jedoch bei pH 12,5 halbe Stunde in Abwesenheit von O2 bei 1400C gehalten. Nach anschließender
saurer Oxidation wurden etwa 73 % von DOC eliminiert.
15 Beispiel 15
3 1 eines Abwassers, das Nitroaromaten, wie sie beispielsweise
bei der Nitrostilbensäure-Synthese anfallen, enthielt, wurden bei 18O0C, 0-,-Partialdruck pn ^L 5 bar,
U2
pH 2 und einem Redoxpotential zwischen 300 bis 350 mV - jedoch ohne Co-Katalysator - oxidiert. Das Redoxpotential
wurde durch Zugabe von 2,5 g/l FeSO4 . 7H2O eingestellt.
Nach 90 Minuten wurden nur etwa 35 % von DOC eliminiert.
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3 1 gleichen Abwassers wie im Beispiel 15 wurden mit NaOH auf pH -^ 12 gebracht, mit 2 g/l Na2S versetzt, und bei
1400C in Abwesenheit von Sauerstoff 30 Minuten gehalten.
Daraufhin wurde das Abwasser bei 18O0C, pQ — 5 bar, pH
2 und einem Redoxpotential zwischen 300 bis 380 mV oxidiert,
Das Redoxpotential wurde durch Zugabe von 2,5 g/l FeSO4
7H2O eingestellt. Nach 90 Minuten wurden etwa 80 % von
DOC eliminiert.
3 9 getrocknete, fein gemahlene Braunkohle wurden mit
6 ml NaOH (48 %ig) und 10 ml H3O bei 1000C eine Stunde
in einem Erlenmayerkolben gerührt. Anschließend wurde
der gesamte Kolbeninhalt zu 3 1 H2O, das etwa 2 g/l
Phenol enthielt, zugegeben und die Oxidation wie in
-J5 Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Nach 90 Minuten
wurden etwa 70 % von DOC eliminiert.
Man arbeitet wie in Beispiel 17, jedoch mit 3 g Steinkohle.
Nach 90 Minuten wurden etwa 60 % von DOC eliminiert.
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Claims (10)
1) Verfahren zur Reinigung von mit organischen Stoffen belasteten Abwässern, die gegebenenfalls nach Zugabe
von Redoxsystemen ein Redoxpotential von 300 mV - gemessen an einer Platinelektrode gegenüber
einer Silber-/Silberchloridelektrode - aufweisen, durch Behandlung mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen
Gasen bei erhöhten Temperaturen und Drücken dadurch gekennzeichnet, daß man den Abwässern als
Co-Katalysatoren Benzo- oder Naphthochinone bzw. Substanzen, die diese Chinone durch Sauerstoffzufuhr
bilden, zusetzt oder diese chinoiden Verbindungen durch eine alkalische Vorbehandlung des
Abwassers aus geeigneten im Abwasser vorhandenen organischen Stoffen direkt erzeugt und die Oxidation
bei pH 1-4, vorzugsweise 1,5-2,5, Temperaturen von 50 - 2000C, vorzugsweise 100 - 1800C,
und Drücken von 1-60 bar durchführt.
2) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Co-Katalysatoren Benzochinon, Naphthochinon-1,4
und -2,6, Hydrochinon, p-Aminophenol, p-Me^hoxyphenol, p-Phenylendiamin oder p-Aminoanisol
oder mit Alkalilaugen behandeltes Kohlepulver oder Torf verwendet.
3) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Hydrochinon oder Benzochinon als Co-Katalysatoren
verwendet.
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4) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man mit Alkalilaugen behandelte Braunkohle als Co-Katalysator verwendet.
5) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxidation bei 1QO - 1800C durchführt.
6) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxidation bei pH 1,5-2,5 durchführt.
7) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Co-Katalysatoren aus den im Abwasser vorhandenen organischen Stoffen, vorzugsweise Phenolen,
durch eine alkalische Vorbehandlung des Abwassers erzeugt werden.
8) Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorbehandlung aus einer thermischen Be-
15 handlung besteht.
9) Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung in Anwesenheit von
Oxidationsmitteln durchgeführt wird.
10) Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung in Anwesenheit von
Reduktionsmitteln durchgeführt wird.
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