DE3935445C2 - Verfahren zur Reinigung von Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Anwendung eines Verfahrens zur Reinigung von Wasser, welches mit flüchtigen Substanzen verunreinigt ist, wobei das verunreinigte Wasser in einer Desorptionskolonne mit Stripluft beaufschlagt wird und wobei die mit flüchtigen Substanzen beladene Stripluft in einem kühlwasserbetriebenen Kondensator sowie in einer nachgeschalteten Adsorptionskolonne gereinigt und danach wieder in die Desorptionskolonne zurückgeführt wird, auf die Reinigung von Wasser, welches durch leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe verunreinigt ist. - Die Desorptionskolonne ist üblicherweise mit Packungen oder Füllkörpern versehen. Die Adsorption in der Adsorptionskolonne findet im allgemeinen an Aktivkohle statt. In der Desorptionskolonne wird regelmäßig im Gegenstromverfahren zwischen herabrinnendem Abwasser und entgegenströmender Luft gearbeitet.

Bei den bekannten Maßnahmen, von denen die Erfindung ausgeht (Verfahrenstechnische Information der Didier-Werke AG: "Reinigung organisch belasteter Wässer durch Luftstrippen" 1/1984), erfolgen die Desorption und die Reinigung der im Kreis geführten Stripluft unter atmosphärischem Druck. Diese Verfahrensweise führt jedoch zu beachtlichen verfahrenstechnischen Zwängen. Um eine höhere Desorptionsgeschwindigkeit und eine bessere Reinigungsleistung der Desorptionskolonne zu erreichen, müssen größere Stripluftmengen durch die Desorptionskolonne geführt werden, daß heißt die Stripluftgeschwindigkeit muß erhöht werden. Dadurch treten aber niedrigere Schadstoffkonzentrationen in der Desorptionsluft auf. Folglich benötigt man größere Austauschflächen in der Adsorptionskolonne, um in dem Kreislaufverfahren die erforderliche Reinheit der Desorptionsluft zu erzielen. Die Adsorptionskolonne ist entsprechend größer zu dimensionieren. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen, bei denen Desorption und Reinigung der im Kreis geführten Stripluft unter atmosphärischem Druck erfolgen, muß man sich mit einem Kompromiß begnügen, und zwar zwischen der erzielbaren reinen Wasserqualität einerseits und dem noch vertretbaren anlagentechnischen Aufwand zur Reinigung der im Kreis geführten Stripluft andererseits. Bekannt ist auch ein analoges Verfahren ("Verfahrenstechnische Grundlagen für Anlagen zur Entfernung von Halogenkohlenwasserstoffen aus Grundwässern" aus: Veröffentlichungen der Wasserchemie Karlsruhe, Heft 21, 1983, S. 30, 31, 39-41, 48-49, 89-93, 108), das allgemein die Reinigung von Wasser von leichtflüchtigen Wasserinhaltsstoffen betrifft. Auch dieses Verfahren weist die geschilderten Nachteile auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu führen, daß sowohl eine leistungsfähige Desorption der leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe aus dem Wasser und eine sehr wirksame Reinigung der im Kreis geführten Stripluft bei geringem anlagentechnischen Aufwand und auf wirtschaftliche Weise möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung eines Anwendung des Verfahrens zur Reinigung von Wasser, welches mit flüchtigen Substanzen verunreinigt ist, wobei das verunreinigte Wasser in einer Desorptionskolonne mit Stripluft beaufschlagt wird und wobei die mit flüchtigen Substanzen beladene Stripluft in einem kühlwasserbetriebenen Kondensator sowie in einer nachgeschalteten Adsorptionskolonne gereinigt und danach wieder in die Desorptionskolonne zurückgeführt wird, auf die Reinigung von Wasser, welches durch leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe verunreinigt ist, mit der Maßgabe, daß die Desorptionskolonne bei einem Betriebsdruck von 200 bis 750 mbar betrieben wird, daß die aus der Desorptionskolonne abgezogene beladene Stripluft vor Eintritt in den Kondensator auf den Betriebsdruck der Adsorptionskolonne, der oberhalb des Betriebsdrucks der Desorptionskolonne liegt, bis zu einem Druck von 2 bar verdichtet wird und daß die Stripluft nach ihrer Reinigung über eine Entspannungseinrichtung mit reduziertem Druck wieder in die Desorptionskolonne zurückgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise so geführt, daß der Unterdruck das Unterschreiten des Siedepunktes der leichtflüchtigen Substanzen bewirkt. Die Kolonne arbeitet dann gleichsam als Destillationskolonne. Es gehört zum Stand der Technik ("Organikum", 11. Auflage, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften Berlin 1972, Kap. 2.3.1), daß das Unterschreiten des Siedepunktes einer leichtflüchtigen Substanz mittels Unterdruck erreicht werden kann. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wirkt die Luft desorptiv und beschleunigt und vermehrt den Übergang der in dem Abwasser mitgeführten leichtflüchtigen Substanzen in die Gasphase. Dadurch, daß die Desorptionskolonne mit einem Unterdruck im Bereich von 200 mbar bis 750 mbar geführt wird, kann mit einem gegenüber Normaldruckbetrieb beachtlich reduziertem Luftmengenstrom gearbeitet werden. Je niedriger der Druck ist, der den Unterdruck bestimmt, desto größer ist die Reduzierung des Mengenstromes, der für das Austreiben der leichtflüchtigen Substanzen benötigt wird. Arbeitet man bei 200 mbar, so kann der Mengenstrom häufig auf etwa 1/5 reduziert werden. Die Adsorptionskolonne wird mit einem Druck betrieben, der im Bereich oberhalb des Betriebsdruckes der Desorptionskolonne bis zu einem Überdruck von etwa 1 bar liegt. Man erreicht so in verhältnismäßig kurzen Zeiten eine hohe Beladung der adsorbierenden Stoffe, z. B. der Aktivkohle. Die beladene Luft wird vor Eintritt in die Adsorptionskolonne über einen Kondensator oder Tropfenabscheider geführt und das Kondensat abgeführt. Vorzugsweise wird das abgeschiedene Wasser nach dem Tropfenabscheider in die Desorptionskolonne zurückgeführt. Im Rahmen dieser Maßnahmen hat die erfindungsgemäß erfolgende einstellbare Druckerhöhung auf der Adsorberseite den wesentlichen Vorteil, daß durch die damit verbundene Siedepunkterhöhung der leichtflüchtigen Substanzen ein hoher Abscheidegrad in dem Kondensator erreicht wird. Der Kondensator kann mit Kühlwasser bei Normaltemperatur betrieben werden. Es versteht sich, daß die adsorbierenden Stoffe, z. B. die Aktivkohle in der Adsorptionskolonne von Zeit zu Zeit regeneriert werden müssen, was in der Adsorptionskolonne durch Dampf erfolgen kann. Solche Maßnahmen sind bekannt (US-PS 34 48 042). Im Rahmen dieser bekannten Maßnahmen wird zu reinigendes Wasser in einer Adsorptionskolonne gereinigt. Von Zeit zu Zeit muß das Absorptionsfilter regeneriert werden, wobei diese Regenerierung durch Dampf und unter Vakuum erfolgt.

Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, daß die adsorbierenden Stoffe zum Zwecke der Regenerierung ausgetauscht werden können.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Ausgehend von der insoweit eingangs beschriebenen Ausführungsform lehrt die Erfindung in anlagentech­ nischer Hinsicht, daß die Luftführungseinrichtung als geschlossener Kreislauf mit einem Unterdruckteil und einem Druckteil ausgeführt ist, wobei der Unterdruckteil durch eine Pumpe und eine Entspannungseinrichtung getrennt sind, und daß in dem Unterdruckteil die Desorptionskolonne, in dem Druckteil die Adsorptionskolonne angeordnet sind. In diesem Zusammenhang können die Luftführungseinrichtung Steuer- und Regeleinrichtungen für den Unterdruck im Unterdruckteil aufweisen und die Steuer- und Regeleinrichtung betriebsmäßig einstellbar sein. Soweit erforderlich, weist die Luftführungseinrichtung Einrichtungen für die Abgabe von Überschußluft auf. Eine Überschuß­ luftmenge kann durch Entgasung der in dem Abwasser gelösten Gase entstehen. Diese Überschußmenge ist gering. Sie kann leicht aufge­ fangen und entsorgt werden.

Im folgenden wird die Erfindung durch eine Zeichnung und ein Aus­ führungsbeispiel ausführlicher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Schema einer Anlage für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In dem Schema erkennt man zunächst eine Desorptionskolonne 1, eine Adsorptionskolonne 2, eine Einrichtung 3 für die Einführung des Abwassers, eine Einrichtung 4 für die Abführung des Reinwassers und eine Luftführungseinrichtung 5. Die Luftführungseinrichtung 5 wurde durch eine dickere Strichführung verdeutlicht. Sie ist mit den üblichen Meßeinrichtungen 6 und nicht gezeichneten Ventilen ausgerüstet. Man erkennt, daß die Luftführungseinrichtung 5 als geschlossener Kreis­ lauf mit einem Unterdruckteil in dem der Druck p₁ herrscht und einem Druckteil, in dem der Druck p₂ herrscht, ausgeführt ist. p₁ ist aus­ reichend kleiner als dem Normaldruck entspricht und kann beachtlich kleiner sein als p₂. Der Unterdruckteil und der Druckteil sind durch eine Pumpe 7 und durch eine Entspannungseinrichtung 8 getrennt. In dem Unterdruckteil ist die Desorptionskolonne 1, in dem Druckteil ist die Adsorptionskolonne 2 angeordnet. Die Luftführungseinrichtung 5 ist mit nicht gezeichneten Steuer- und Regeleinrichtungen für den Unterdruck im Unterdruckteil sowie für den Druck im Druckteil ausge­ rüstet. Die Steuer- und Regeleinrichtungen, zu denen auch die Ent­ spannungseinrichtung 8 gehört, sind betriebsmäßig einstellbar.

Ausführungsbeispiel

Zum Ausführungsbeispiel wird auf die unten stehende Tabelle verwiesen. Sie führt eine Mehrzahl von leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen an, die in technischem Abwasser auftreten können. Die Spalte E gibt die Ein­ trittskonzentration dieser leichtflüchtigen Substanzen in dem zu behan­ delnden Abwasser an, die ca. 50% der Löslichkeit in Wasser, angege­ ben in mg/kg, beträgt. Die Spalte A gibt die Austrittskonzentration ebenfalls in mg/kg in dem ablaufenden Reinwasser an. Um die Ergeb­ nisse vergleichbar zu machen, wurde die Austrittskonzentration durch­ gängig mit 5% der Eintrittskonzentration beibehalten. In den übrigen Spalten erkennt man zu den Drücken von 200 mbar bis Normaldruck den erforderlichen Luftbedarf zur Desorption der Schadstoffe aus dem Abwasser in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Desorptionskolonne. Die Zahlen in der Tabelle sind bezogen auf einen Durchsatz von 2000 kg Wasser pro Stunde bei einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ar­ beitenden Anlage.

Die Tabelle zeigt, daß der erfindungsgemäße Unterdruckbetrieb der Desorptionskolonne zu erheblichen Vorteilen hinsichtlich des erforder­ lichen Mengenstromes der Luft führt. Das beruht darauf, daß sich mit abnehmendem Absolutdruck der Anteil an den leichtflüchtigen Substan­ zen entsprechend dem Verhältnis Partialdruck zu Gesamtdruck im Men­ genstrom der Luft erhöht. So verringert sich z. B. für Methylenchlorid bei gleichem Reinigungsgrad der Mengenstrom von 41,49 auf 8,58 m³/h, wenn der Betriebsdruck vom Normaldruck auf 200 mbar absolut abge­ senkt wird. Die erfindungsgemäße Betriebsweise hat gleichzeitig Vorteile für die anschließende Adsorption, in der wegen des hohen Gehaltes der beladenen Luft an den flüchtigen Bestandteilen und des damit ver­ bundenen hohen Konzentrationsgefälles eine hohe Beladung der Aktiv­ kohle eingestellt werden kann. Versuche haben gezeigt, daß eine Ände­ rung der Eintrittskonzentration der leichtflüchtigen Substanzen in dem Abwasser den Luftmengenstrom bei gleichbleibendem Reinigungsgrad nur wenig verändert. Andererseits hat ein Reinigungsgrad von 50% an­ stelle der in der Tabelle zugrundegelegten 95% eine Reduzierung des Luftmengenstromes um 50% zur Folge.

Claims (1)

1. Anwendung eines Verfahrens zur Reinigung von Wasser, welches mit flüchtigen Substanzen verunreinigt ist, wobei das verunreinigte Wasser in einer Desorptionskolonne mit Stripluft beaufschlagt wird und wobei die mit flüchtigen Substanzen beladene Stripluft in einem kühlwasserbetriebenen Kondensator sowie in einer nachgeschalteten Adsorptionskolonne gereinigt und danach wieder in die Desorptionskolonne zurückgeführt wird, auf die Reinigung von Wasser, welches durch leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe verunreinigt ist, mit der Maßgabe, daß die Desorptionskolonne bei einem Betriebsdruck von 200 bis 750 mbar betrieben wird, daß die aus der Desorptionskolonne abgezogene beladene Stripluft vor Eintritt in den Kondensator auf den Betriebsdruck der Adsorptionskolonne, der oberhalb des Betriebsdrucks der Desorptionskolonne liegt, bis zu einem Druck von 2 bar verdichtet wird und daß die Stripluft nach ihrer Reinigung über eine Entspannungseinrichtung mit reduziertem Druck wieder in die Desorptionskolonne zurückgeführt wird.