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Verfahren zur chemischen Teilregenerierung von gekörnter Aktivkohle
Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemischen
Teilregenerierung von gekörnter Aktivkohle ohne Austrag der Kohle aus den Reaktoren
(Filtern), vorzugsweise in der Trinkwasseraufbereitung.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die zur Tnnkwasseraufbereitung
anstehenden Rohwässer weisen teilweise so hohe Verunreinigungen auf, daß Verfahren
der weitergehenden Trinkwassertiefenreinigung eingesetzt werden müssen.
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Dazu gehört auch der Einsatz von Aktivkohle an der eine -breite Palette
von Wasserinhaltsstoffen adsorbiert wird.
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Aus Hosterrgründen wird die Kohle im allgemeinen nach weitestgehender
Vorbehandlung des Trinkwassers eingesetzt, so daß nur noch solche Stoffe adsorbiert
werden müssen, die in keiner der vorangegangenen Stufen eliminiert wurden.
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Dabei handelt es sich vorwiegend um organische Verbindungen mit Molgewichten
von ca. 300 - 800. In Abhängikeit von ihrer Qualität hat Aktivkohle eine bestimmte
Adsorptionskapazität. Ist diese erschöpft, verliert die Kohle ihre Wirkung.
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Beim Einsatz von Pulverkohle wird die verbrauchte Kohle ständig aus
dem Aufbereitungsprozeß entfernt und neue Kohle zudosiert. Dieses Verfahren ist
sehr kostenaufwendig und für einen ständigen Einsatz zu abproduktreich.
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Eine andere Möglichkeit besteht in dem Einsatz von gekörnter Aktivkohle,
die in Form von Filtern eingesetzt wird. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit
des Rohwassers ist mit Laufseiten der Filter bis zur Erschtung der Adsorptionskapazität
zwischen 9 - 30 Wochen zu rechnen. Danach muß die Aktivkohle durch neue Kohle ersetzt
oder regeneriert werden.
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Bei der Regenerierung sind prinzipiell zwei Wege zu unterscheiden,
erstens die Regenerierung im Filter ohne Ausbau der Aktivkohle, zweitens die Regenerierung
der Kohle in einer dafür vorgesehenen technischen Anlage, wobei diese Anlage nicht
am Ort des Wasserwerkes stehen muß, also Eransportwege anfallen.
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Als bestes Regenerierverfahren hat sich die thermische Regenerierung
bewährt. Dabei kann die ursprüngliche Adsorptionskapazität im wesentlichen wieder
hergestellt werden. Pro Regenerierung entstehen etwa 20 % Verluste an der Kohlemange.
Nachteilig wirkt sich die #otwendigkeit des Ausbaus, des Transportes der Kohle zur
Regenerieranlage, der Rtlcktransport, die Zwischenlagerung und der erneute Einbau
der regenerierten Aktivkohle in dem Filter aus.
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Aus den genannten Grunde wurde immer wieder versucht, Edglichkeiten
der Regenerierung der Aktivkohle im Filter zu finden. Hauptsächlich werden hierbei
Versuche der Regenerierung mit Wasserdampf oder Chemikalien unternommen.
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Beide Verfahren erwiesen sich als ungünstig, da die Wirksamkeit hinsichtlich
der Wiederherstellung der Adsorptionskapazität absolut unzureichend ist und außerdem
große technische Schvlerigkeiten bei der Realisierung dieser Verfahren auftreten.
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Zie# der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, in Aufbereitungsanlagen,
in denen Aktivkohle zur Aufbereitung eingesetzt wird, die Laufzeit der Kohle zwischen
den notwendigen thermischen
Regenerierungen wesentlich zu verlängern,
dadurch den Betriebsaufwand stark zu reduzieren und den Verlust von Aktivkohle bei
der Regenerierung auf ein Minimum zu beschränken.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, die Adsorptionsfähigkeit von gekörnter Aktivkohle ohne Austrag aus den
Reaktoren chemisch durch eine teilweise Regenerierung wieder herzustellen. Die Aufgabe
wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß bei Erschöpfung der Adsorptionskapazität
der gekörnten Aktivkohle die Kohle mit Ozon behandelt wird. Dabei wird Ozon statt
der Luft zur Rückspülung bei abgesetztem Wasserspiegel bzw. Flüssigkeitsspiegel
eingesetzt.
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Durch das Ozon wird ein Teil der auf der Kohle adsorbierten organischen
Stoffe oxidiert, in eine biologisch abbaubare Form überführt oder desorbiert. Durch
die Rckspülung wird ein Teil dieser Stoffe dann aus dem Prozeß der Aufbereitung
entfernt. Die erforderliche Reaktionszeit für die Oxydation der organischen Stoffe
ist abhängig vom Charakter der adsorbierten Stoffe und beträgt zwischen 5 und 200
Minuten.
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Entsprechend Beladungszustand der Aktivkohle wird mit unterschiedlichen
Dosiermengen Ozon regeneriert. Diese liegen im Bereich von 10 - 500 g O3/m³ Aktivkohle.
Das ozonhaltige Gasgemisch kann sowohl übe Wie Rückspülluftleitung, wie über ein
gesondertes System auch direkt in die Kohleschicht eingetragen werden. Der Ozoneintrag
kann in unterschiedlichen Höhen der Filterschicht gleichzeitig oder nacheinander
erfolgen. Dabei ist die stark korredierende Wirkung des Ozons auf das Material zu
berdcksichtigen.
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Zur besseren Verteilung des Ozons kann zusätzlich Luft eingetragen
werden.
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Durch die teilweise Oxydation der adsorbierten Stoffe wird die Adsorptionskapazität
der Aktivkohle teilweise wieder hergestellt.
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Dieser Prozeß kann mehrfach wiederholt werden. Dadurch verlängert
sich die Laufzeit der Aktivkohle und die notwendige Anzahl der thermischen Regenerierungen
pro Zeiteinheit verringert sich. Außer den Transport- und Energiekosten für die
Regenerierung wird bei diesem Verfahren auch eine beträchtliche Menge an frischer
Aktivkohle als Ersatz für die 20 % Verluste thermischer Regenerierung eingespart.
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Auafühsungsbeisplel : Die Erfindung soll nachstehend an einem AusfUhrungsbeispiel
erläutert werden.
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In einem kleintechnischen Versuchswasserwerk mit einer Kapazität von
5 m3/h wurde gekörnte Aktivkohle zur Adsorption organischer Stoffe eingesetzt. Die
Filtrationsgeschwindigkeit betrug v = 10 m/h. Die Adsorbierbarkeit der organischen
Stoffe beträgt bei frisch eingesetzter Kohle ca. 75 - 80 %. Die Adsorption nimmt
kontinuierlich ab.
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Die Ädsorptionskapazität ist nach 9 Wochen erschöpft.
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Der Kohlefilter wurde in Schichten von jeweils 20 cm 10 min mit ozonhaltiger
Luft gespült. Die eingesetzte Dosis betrug 56 mg o i1 Kohle, die Reaktionszeit ioo
min bezogen auf die Gesamtschicht des Kornkohlefilters.
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5 Wochen nach der ersten Ozonregenerierung erfolgt ein nochmaliges
Behandeln der Aktivkohle mit Ozon.
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Die Laufzeit der#gekdrnten Aktivkohle konnte durch die beschriebene
Teilregenerierung bei einer einmaligen Ozondosierung um 5 Wochen, durch eine zweite
Ozondosierung nach 5 Wochen um weitere 4 Wochen verlängert werden. Damit wurde die
Laufzeit der Kohle verdoppelt.
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Die Zahl der ursprUnglich notwendigen Regenerierungen von 5,8/a konnte
auf 2,9/a reduziert werden.
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Für ein Wasserwerk mit einer I)ageskapaztieät von 80.000 m3/d bedeutet
das, daß bei einem notwendigen Ersteinsatz von Aktivkohle von ca. 9oo m3 ohne Ozonregenerierung
etwa 1080 m3/ ersetzt werden müssen, während bei Anwendung der vorliegenden Lösung
nur 520 m3/a Kohle neu zu beschaffen sind, da die 20 % Verluste für eine thermische
Regenerierung wegfallen.