DE3335995A1

DE3335995A1 - Verfahren zur entfernung von verunreinigenden, organischen substanzen aus fluessigkeiten und zur regenerierung der hierbei verwendeten adsorbermaterialien

Info

Publication number: DE3335995A1
Application number: DE19833335995
Authority: DE
Inventors: Heinrich 5210 Troisdorf Bender; Adolf 5330 Königswinter Böhm; Dieter 5205 St Augustin Reinartz
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1983-10-04
Filing date: 1983-10-04
Publication date: 1985-04-11

Description

Verfahren zur Entfernung von verunreinigenden, orga-
nischen Substanzen aus Flüssigkeiten und zurRegenerierunq der hierbei verwenueten Adsorbermaterialien Die Erfindung betrifft den Gegenstand der Patentansprüche.
Bei den verunreinigenden, organischen Substanzen kann es sich um gelöste und/oder ungelöste organische Verbindungen handeln, die hiermit verunreinigten Flüssigkeiten können Abwässer, Prozeßwässer oder Grundwasser sein.
In allen Bereichen der Industrie fallen organisch belastete Flüssigkeiten an, die vor dem Einleiten in den Vorfluter oder in das öffentliche Kanalnetz gereinigt werden müssen, um den biologischen Abbau nicht zu behindern.
Die Reinigung derartiger Wässer bereitet Schwierigkeiten, da viele organische Stoffe biologisch nur sehr langsam abzubauen bzw. so reaktionsträge und reaktionsstabil sind, daß chemische Reaktionen nur unvollständig ablaufen.
Verfahren, wie z.B. Eindampfen, Extraktion, chemische Adsorptivfällung, Aussalzung, Oxidation, Reduktion etc.
sind entweder sehr teuer oder in ihrer Wirksamkeit nicht ausreichend, um den Anforderungen des Umweltschutzes für die Abwasserreinigung gerecht zu werden.
Leicht flüchtige organische Substanzen, wie z.B. Benzol, Toluol, Trichloräthylen, Perchloräthylen, etc. können mit gutem Wirkungsgrad durch Desorption mit Luft aus dem Ab- wasser entfernt werden. Bei anderen leichtflüchtigen organischen Substanzen, wie z.B. Methylenchlorid, Dichloräthan etc. ist aufgrund deren guter Wasserlöslichkeit die Desorptionswirkung unvollständig.
Die direkte Adsorption organischer Substanzen bzw. Stoffe an Aktivkohle im Abwasser ist zwar möglich, jedoch wird dieses Verfahren bei Vorliegen größerer Abwassermengen bzw. hoher Schadstoffkonzentrationen, bedingt durch hohe Kosten für die Regeneration selten angewendet.
Ferner ist bekannt, organische Substanzen an Polymerharzen, ähnlich wie bei der Aktivkohle, adsorptiv zu binden.
Bei den Adsorptionsverfahren ist grundsätzlich von Nachteil, daß bei einem Mehrkomponenten-Gemisch organischer Substanzen in der Flüssigphase die mögliche maximale Adsorptionskapazität für die Substanz mit der höchsten Adsorpticnsaffinität durch die wesentlich geringere Kapazität des Adsorbers für Stoffe mit geringerer Affinität nicht erreicht wird.
Weiterhin ist von Nachteil, daß, falls alle Substanzen in einer Kolonne adsorbiert werden, ein Regeneriermittel gewählt werden muß, das auch alle Substanzen eluiert, d.h., es muß mit großem Regeneriermittelüberschuß oder für die einzelnen adsorbierten organischen Substanzen mit einem unwirtschaftlichen Regeneriermittel gearbeitet werden.
Dadurch bedingt ist, daß die Trennung der organischen Substanzen und deren Rückgewinnung im Eluat mit Schwierigkeiten verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, welches die Reinigung von Flüssigkeiten, wie Abwässern, Grund- und Prozeßwässern, die in ihrer Art unterschiedliche organische Substanzen enthalten, auf wirtschaft- liche Weise ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß durch Adsorption der organischen Substanzen an einem Adsorbermaterial erreicht, wobei entsprechend der durch die Zusammensetzung der Verunreinigungen in der Flüssigkeit gegebenen, nach der Beladung auftretenden, unterschiedlichen Adsorptionszonen, d.h. unterschiedliche Bettvolumina, aus unterschiedlichen Bett-Tiefen aus der Adsorptionskolonne kontinuierlich bzw. diskontinuierlich ausgeschleust und einer Spezial-Regenerierung unterzogen werden oder die unterschiedlichen Beladungszonen des Adsorbermaterials in der Behandlungskolonne regeneriert werden.
Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher verschiedene Beladungszonen selektiv ausgeschleust werden, ergibt sich der Vorteil, daß der größte Teil des in der Kolonne verbleibenden Adsorbermaterials einer kostengünstigen Regenerierung unterzogen werden kann.
Weiterhin ergibt sich der Vorteil, daß bei einer selektiven Regenerierung der organischen Substanzen diese auf einfache Art und Weise aus dem Eluat rückgewonnen werden können.
Nach Durchführung der Gesamtregenerierung werden die Adsorbermengen wieder vereinigt. Hierbei können die mit verschiedenen Regeneriermitteln regenerierten Adsorbermengen miteinander gemischt oder schichtweise im Adsorberbett verteilt werden.
Bei Vorliegen von Flüssigkeiten, welche ein Gemisch von leicht-flüchtigen und schwer-flüchtigen organischen Substanzen enthalten, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wahlweise eine Desorptionsstufe zur Entfernung der leicht-flüchtigen organischen Substanzen der Adsorptionsstufe vorgeschaltet. Der Vorteil der Kombination Desorption/Adsorption liegt darin begründet, daß eine Vorabtrennung der organischen Substanzen bewirkt wird, wodurch eine gezielte wirtschaftliche, selektive Regenerierung des Adsorbermaterials für die Flüssigphase ermöglicht wird.
Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens wird noch dadurch verbessert, daß die Kapazität des gewählten Adsorbers in der Desorptionsstufe für organische Substanzen im Vergleich zum Adsorber in der Flüssigphase größer, der notwendige Regeneriermittelaufwand jedoch wesentlich geringer ist.
Wird durch die Desorption die vollständige Entfernung der leicht-flüchtigen Substanzen ermöglicht, welche abhängig ist von der Art dieser Substanzen, so kann die Kapazität des nachgeschalteten Adsorbers für schwerflüchtige oder wasserlösliche Substanzen voll ausgenutzt werden.
Sollen jedoch Spuren leicht-flüchtiger organischer Substanzen nach der Desorption auf den Adsorber gelangen, so kann vorteilhaft eine kleinere Adsorbermenge aus unterschiedlichen Bett-Tiefen periodisch/kontinuierlich herausgespült und einer externen Spezial-Regenerierung unterzogen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren enthält daher in Abhängigkeit der Zusammensetzung der aufzubereitenden Flüssigkeit die Verfahrensstufen der Adsorption mit periodischer/ kontinuierlicher Ausschleusung von Adsorbermaterial für eine Spezial-Regenerierungysowie zur Reduzierung der durch eine Spezial-Regenerierung zu aktivierenden Adsorbermenge eine Desorptionsstufe für leicht-flüchtige organische Substanzen.
*) oder tolonneneinDiaAten zr Regererierung der einzelnen Beladunsszonen Bei Vorliegen eines Wassers, enthaltend organische Substanzen unterschiedlicher Flüchtigkeit und Löslichkeit, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die flüchtigen organischen Verbindungen, z.B. aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe und deren Derivate in der ersten Stufe durch Einblasen von Luft desorbiert, mit der austretenden Luft weggeführt und anschließend aus der Gasphase an einem Adsorbens adsorbiert. Die Desorption kann mit Frischluft oder in Form eines Kreislaufprozesses mit der durch das Adsorbens gereinigten organisch belasteten Desorptionsluft durchgeführt werden.
Nach der Beladung des Adsorbermaterials, z.B. Aktivkohle, wird diese auf bekannte Weise regeneriert.
Nach der Desorptionsstufe gelangt das noch mit schwerflüchtigen oder löslichen organischen Substanzen belastete Wasser in eine Adsorptionsstufe.
Durch Adsorption zu entfernende Inhaltsstofe können z.B.
Mineralöle, Phenole und Derivate, Pestizide, oberflächenaktive Netzmittel etc. sein.
Nach der Beladung des Adsorbermaterials wird dieses regeneriert. Als Regeneriermittel kommen im allgemeinen Dampf, Lösungsmittel, Laugen, Säuren etc. in Betracht.
Falls an der Rückgewinnung der organischen Stoffe ein wirtschaftliches Interesse besteht, werden die Eluate entsprechend aufkonzentriert und die genannten Substanzen rückgewonnen. Anderenfalls sind die Eluate entsprechend den gestellten Anforderungen an den Umweltschutz zu entsorgen.
Die Notwendigkeit des Ausschleusens#~belaaener"Adsorbermengen für eine Sonderregenerierung ist abhängig von dem Interesse, aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten verschiedene Regenerationsmittel einzusetzen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1 Es wurde folgendes, verunreinigte Abwasser eingesetzt.
Inhaltsstoffe: Benzol, Toluol, Xylol: insgesamt 1 g/l Phenol: 0,25 g/l In einer vorgeschalteten Desorptionsstufe wurde die 30-fache Luftmenge, bezogen auf die eingesetzte Abwassermenge, durch dieses Abwasser durchgeleitet. Die Verweilzeit in dem Rieselturm betrug 1 Stunde.
Die durch das Abwasser durchgeblasene Luft wurde zur Adsorption von Benzol, Toluol und Xylol in der Gasphase über Aktivkohle geleitet. Die Kapazität der verwendeten Aktivkohle betrug 8 Gew.-%.
In dem in dieser Vorstufe gereinigten Abwasser waren noch (1 1 ppm Benzol, Toluol und Xylol enthalten.
Anschließend wurde das noch Phenol enthaltende Abwasser durch eine Kolonne geleitet, welche ein Polymerharz als Adsorbermaterial enthielt. Die spezifische Belastung lag bei 5 Bettvolumina. Die Kapazität des Adsorberharzes betrug 12 g Phenol/l Harz.
Die Aktivkohle wurde mit Dampf und das Adsorberharz mit Natronlauge regeneriert.
Beispiel 2 Bei diesem Beispiel wurde ein Grundwasser einges#etzt, das durch leicht-flüchtige und schwer-flüchtige Benzine bzw.
Mineralöle verunreinigt war. Die Konzentration der Verunreinigung lag bei etwa 100 ppm (Teile pro Million) an organischem Kohlenstoff.
In einer vorgeschalteten Desorptionsstufe wurde die 20-fache Luftmenge, bezogen auf die Grundwassermenge, in einem Kreislaufverfahren durchgeleitet, um die leichtflüchtigen Benzine zu entfernen. Diese Benzine wurden aus der Luft an Aktivkohle adsorbiert, deren Kapazität 6,5 Gew.-% betrug.
Anschließend wurde das in der Vorstufe desorbierte Grundwasser zur Entfernung der schwer-flüchtigen organischen Substanzen über eine Kolonne geleitet, welche mit einem Polymerharz als Adsorbermaterial gefüllt war.
Die Kapazität lag bei 30 g organischer Kohlenstoff/l Polymerharz.
Das gereinigte Grundwasser enthielt weniger als 2 ppm Kohlenstoff.
Die Aktivkohle wurde mit Dampf und das Adsorberharz mit Lösungsmitteln regeneriert.
Beispiel 3 Es wurde ein Prozeßwasser mit 60 mg/l an dampfflüchtigen, chlorierten Kohlenwasserstoffen und 300 mg/L Phenol eingesetzt.
Als Adsorbermaterial wurde ein Polymerharz eingesetzt.
Die Standzeit bis zum Durchbruch des Phenole betrug 40 Bettvolumina.
aus dem oberen Bereich der Kolonne Es wurden etwa 20 % des Adsorbermaterials.#usgeschleust und extern zur Entfernung mit dampfflüchtigen, chlorierten Kohlenwasserstoffe mit Dampf regeneriert.
Die in der Kolonne verbleibende Adsorbermenge wurde zur Entfernung von Phenol mit Natronlauge eluiert.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Entfernung von verunreinigenden, organischen Substanzen aus Flüssigkeiten, insbesondere Abwässern, durch Adsorption an geeigneten Adsorbermaterialien und zur Regenerierung der Adsorbermaterialien, welche bei der Entfernung dieser verunreinigenden, organischen Substanzen eingesetzt wurden, durch an sich übliche Regenerierbehandlungen, dadurch gekennzeichnet, daß gegebenenfalls zur Vorabtrennung von leichtflüchtigen organischen Substanzen diese vor der Adsorptionsstufe mit Luft oder anderen Gasen desorbiert und aus der Gasphase in üblicher Weise adsorbiert werden, und aus der Art und Konzentration von verschiedenen verunreinigenden, organischen Substanzen resultierende Beladungszonen des in einer Behandlungskolonne eingesetzten Adsorbermaterials entwedervnacnelnanaer in der das Adsorbermaterial enthaltenden Behandlungskolonne oder nach einem Ausschleusen aus der Behandlungskolonne extern regeneriert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschleusen bzw. Regenerierung bestimmter Beladungszonen des Adsorbermaterials kontinuierlich oder periodisch erfolgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorbermaterialien der verschiedenen Beladungszonen nach der Regenerierung wieder vereinigt werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Adsorbermaterial enthaltende Behandlungskolonne an ;n Bereich der einzelnen Behandlungszonen verschiedenen Stellen#Einbauten zum Ausschleusen und Wiedereinbringen des Adsorbermaterials und/oder zum Einleiten und Abführen von Regeneriermittel umfaßt.