DE4114333A1 - Verfahren zur aufarbeitung von anorganisch belasteten abwaessern mit verfestigung des reststoffes ohne bindemittel, insbesondere abwaessern von rauchgasreinigungsanlagen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von anorganisch belasteten Abwässern, insbesondere Abwässern von Rauchgasreinigungsanlagen, durch Konzentration der In­ haltsstoffe mittels Verdampfung eines Teils des Wassers.

Ein derartiges Abwasser stellt eine wäßrige salzhaltige Lösung dar, die Hydratbildner, wie beispielsweise CaCl₂ sowie eine Vielzahl von Begleitsubstanzen enthält. Die Einleitung derartiger Abwässer in den Vorfluter ist auch nach vorheriger Reinigung und starker Verdünnung wegen der hohen Salzbeladung nicht mehr vertretbar. Mit herkömmlichen Verfahren der Abwas­ serreinigung lassen sich auch die in den Abwässern enthalte­ nen Schwermetallrückstände nicht ausreichend beseitigen. Die Gewinnung wiederverwertbarer Komponenten aus diesen Ab­ wässern ist wegen der hohen Aufkonzentrierung der Verunreini­ gungen sehr aufwendig und mit hohen Investitionskosten ver­ bunden.

Aus diesen Gründen ist versucht worden, durch Verdampfung zumindest eines Teils des Wassers, die Inhaltsstoffe so zu konzentrieren, daß diese deponiefähig werden. Hierbei zeigte sich nun, daß die aus der Verdampfungseinrichtung abgezogenen Reststoffe kein erstarrungsfähiges Konzentrat bildeten, so daß hier ein Bindemittel, beispielsweise Zement, zugemischt werden mußte. Bei einer Reststoffmenge von 220 kg waren hier­ für 50 kg Zement erforderlich, so daß das Lagervolumen allein schon durch die Zumischung erheblicher Zementmengen vergrößert wurde.

Um nun die Zumengung des Zementes zu vermeiden, hat man ver­ sucht, die Konzentrierung mittels Verdampfung soweit zu füh­ ren, daß hier Feststoffgehalte von 60 bis 70% erreicht wurden und das Konzentrat beim Abkühlen oberhalb 60°C erstarrt. Dieses Konzentrat wurde dann in Fässer abgefüllt. Hierbei zeigte sich jedoch, daß durch Nachreaktionen das Konzentrat aufblähte und Volumenvergrößerungen bis zu 43% innerhalb kurzer Zeit stattfanden und das Konzentrat nur noch eine Dichte von unter 1 kg/l aufwies. Als weiterer Nachteil zeigte sich hier, daß bei Abwässern mit Gehalten an Jodaten und/oder Bromaten bei diesem Vorgang Jod und Brom freigesetzt wird und somit wiederum eine erhebliche Umweltbelastung gegeben war.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß ein Endkonzentrat mit hoher Dichte und ohne Neigung zur Nachreak­ tion erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das aufzuarbeitende Abwasser vorzugsweise zunächst auf einen Gehalt von 45 bis 55 Gewichtsprozent TS (Trockensubstanz) vorkonzentriert wird, vorzugsweise durch Zwangsumlaufver­ dampfung, daß das Vorkonzentrat in einem Konzentratorraum unter einem Druck, der geringer ist als der atmosphärische Druck, vorzugsweise im Durchlauf, in einer dünnen Schicht ausgebreitet, auf Siedetemperatur aufgeheizt und soweit kon­ zentriert wird, daß der Reststoff nach dem Abfüllen beim Erkalten oberhalb 60°C erstarrt, daß die entstehenden Brüden nach Kondensation als Destillat abgezogen werden und daß dem zulaufenden Vorkonzentrat ein Alkalisierungsmittel in solcher Menge zugegeben wird, daß das aus dem Konzentrator­ raum abgezogene Destillat einen pH-Wert 6 aufweist. Bei kleineren Mengen ist eine direkte Aufkonzentration im Dünn­ schichtverdampfer ebenfalls möglich, so daß hier der Schritt der Vorkonzentration entfallen kann. Der Vorteil dieses Ver­ fahrens besteht darin, daß mit Hilfe der Verdampfungstechnik ein erstarrungsfähiges Endkonzentrat mit hoher Dichte ge­ schaffen werden kann, das ohne Bindemittel in Behälter abge­ füllt und deponiert werden kann. Nachreaktionen in dem Behäl­ ter nach dem Füllvorgang finden nicht mehr statt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß im Endkonzentrat alle Inhaltsstoffe, also auch die Salze, insbesondere aber auch die Schwermetall­ anteile, enthalten sind, während es sich bei dem abgezogenen Destillat um unbelastetes Wasser handelt, das als Prozeßwasser für die vorgeschalteten Anlagenteile, beispielsweise die Rauchgasreinigungsanlage selbst, verwendet werden kann oder aber auch an den Vorfluter abgegeben werden kann. Der hohe Feststoffgehalt von 60 bis 80 Gewichtsprozent TS ist durch die Anwendung der Vakuum-Dünnschicht-Verdampfertechnik mög­ lich, wobei trotz des hohen Feststoffgehaltes im Austrags­ bereich durch die Verwendung eines Rotors eine entsprechende Dünnschicht auf den beheizbaren Wänden aufrechterhalten wer­ den kann. Da durch die gezielte Einstellung des pH-Wertes die Blähvorgänge infolge Nachreaktionen im Endkonzentrat unterbunden werden, lassen sich für das Endkonzentrat Dichten von 1,6 bis 1,7 kg/l erzielen. Das bedeutet, daß gegenüber dem Verfahren der Beimischung von Zement statt 220 kg Endkon­ zentrat nunmehr 300 kg Endkonzentrat je 200 l-Faß abgefüllt werden können, so daß sich die Faßzahl je Tag und damit die zu deponierende Menge reduziert. Durch die Anwendung des Vakuum-Dünnschicht-Verdampfungsverfahrens wird ferner erreicht, daß das abgezogene Endkonzentrat bei den erzielbaren Feststoffkonzentrationen mit einer Temperatur von nur etwa 100°C, also mit vergleichsweise niedriger Temperatur abgezogen werden kann und somit ohne große Probleme handhabbar ist. Das Verfahren erlaubt es, die Abwässer ohne und mit physika­ lisch-chemischer Vorreinigung zu behandeln. Bei einer derarti­ gen Vorreinigung werden unlösliche Bestandteile und zumindest ein Teil der Schwermetalle durch physikalisch-chemische Ver­ fahren aus dem zur behandelnden Abwasser vor dem Konzentrie­ rungsverfahren abgezogen, die dann gesondert behandelt werden müßten.

Bei Abwässern, die Halogenbildner enthalten, insbesondere Bromate und/oder Jodate, hat sich nun gezeigt, daß durch Nachreaktionen im Konzentrat Halogene freigesetzt werden. Dies stellt im Falle der Freisetzung von Brom und/oder Jod eine erhebliche Gesundheitsgefährdung für das Bedienungsper­ sonal dar. In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß bei Abwässern, die Halogenbildner, insbesondere Bromate und/oder Jodate enthalten, dem zulaufen­ den Vorkonzentrat ein Redoxmittel zugegeben wird. Hierbei hat sich überraschend gezeigt, daß in Verbindung mit dem über das Alkalisierungsmittel einzustellenden pH-Wert 6 die Halogenbildner weder im Konzentratorraum noch durch Nach­ reaktionen im Endkonzentrat freigesetzt werden, sondern im Endkonzentrat eingebunden bleiben. Als Redoxmittel kann hier­ bei Natriumsulfit (NaS₂O₃) vorzugsweise in wäßriger Lösung zugegeben werden. In bevorzugter Ausgestaltung ist jedoch vorgesehen, daß als Redoxmittel Natriumthiosulfat (Na₂S₂O₃) in wäßriger Lösung zugegeben wird. Natriumthiosulfat ist zwar teurer als Natriumsulfit, bietet jedoch den Vorteil, daß hier geringere Mengen notwendig sind.

Weitere Merkmale der Erfindung, insbesondere der Aufbau einer erfindungsgemäßen Anlage zur Durchführung des Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels, das anhand eines Fließbildes beschrieben wird.

Das Ausführungsbeispiel weist einen Vorverdampfer 1, bei­ spielsweise einen sogenannten Zwangsumlaufverdampfer auf, in dem das von der Rauchgasreinigungsanlage abgezogene Abwas­ ser auf einen Gehalt von 45 bis 55 Gewichtsprozent TS vorkon­ zentriert wird. Das so gewonnene Vorkonzentrat wird mittels einer Pumpe 2 auf einen Konzentrator 3 aufgegeben, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Dünnschichtverdampfer ausgebildet ist. Das am oberen Ende des Dünnschichtverdampfers aufgegebene Vorkonzentrat kann nun an den von außen mit Dampf beheizten Wandungen herablaufen und wird hierbei mit Hilfe eines motorgetriebenen Rotors in einer dünnen Schicht ausge­ breitet und dabei soweit aufkonzentriert, daß der entstehende Reststoff über eine Austragpumpe 5 oder über eine Vakuum­ kammer aus dem Konzentrator abgezogen wird und beispielsweise in einem Behälter 6 aufgefangen werden kann.

Der Innenraum des Konzentrators 3 wird unter einem Vakuum von beispielsweise 125 mbar gehalten und zwar mit Hilfe einer Vakuumpumpe 7, so daß mit einem Heizdampf von 125°C bei 2,4 bar das Konzentrat auf eine Temperatur von etwa 100°C aufgeheizt und damit auf die angegebenen Feststoffgehalte aufkonzentriert werden kann.

Der mit Hilfe der Vakuumpumpe 7 abgesaugte Dampfanteil wird über einen Tropfenabscheider 8 und einen Kondensator 9 in einer Vorlage 10 gesammelt, aus der das Destillat mit Hilfe einer Pumpe 11 als Prozeßwasser für andere vorgeschaltete Anlagenteile oder auch zur Reinigung der Anlage verwendet werden. Der Auffangbehälter 6 ist mit einer Abzugshaube 12 versehen, so daß die Ausdünstungen des heiß ausgetragenen Endkonzentrates über einen Abluftventilator 13 abgezogen und der Abluftreinigungsanlgae zugeführt werden können.

Der Konzentrator 3 kann anstelle der angegebenen Beheizung mittels druckgeregeltem Sattdampf auch mit Hilfe von Warm­ wasser oder mit Hilfe von Wärmeträgeröl beheizt werden. Die Kühlung des Kondensators 9 kann mit Wasser oder auch Luft erfolgen.

Über eine Dosierpumpe 14 und eine Dosierpumpe 15, die jeweils in den Zulauf 16 zum Konzentrator 3 einmünden, wird ein Alka­ lisierungsmittel (Pumpe 14) aufgegeben und zwar in einer solchen Menge, daß das gewonnene Destillat einen pH-Wert 6 aufweist. Als Alkalisierungsmittel kann hier eine 25%ige NaOH-Lösung verwendet werden. Bei einem gegebenen Abwasser wurde mengenmäßig 1,25 l der 25%igen NaOH-Lösung je 100 kg in den Konzentrator 3 einzuspeisendes Vorkonzentrat benötigt.

Bei dem gegebenen Abwasser, das auch Bromate und Jodate ent­ hielt, wurde ferner über die Pumpe 15 als Redoxmittel 1,52 l einer 40%igen Lösung von Natriumthiosulfat je 100 kg einge­ speistes Vorkonzentrat aufgegeben, so daß ein erstarrungsfä­ higes nicht nachreagierendes Endkonzentrat gewonnen wurde mit Dichten von etwa 1,6 bis 1,7 kg/l. Die Jodgehalte lagen bei etwa 1100 mg/kg Vorkonzentrat, die Bromgehalte bei etwa 2100 mg/kg Vorkonzentrat. Die Überprüfung der Ausgasung des im Behälter 6 aufgefangenen Endkonzentrates, die nur für Chlor und Brom meßbar waren, lagen unter 0,1 ppm.

Zur Regelung der Aufgabemengen an Alkalisierungsmittel und an Redoxmittel hat sich nun gezeigt, daß hier lediglich eine Regelung der Dosierpumpe 14 in Abhängigkeit vom pH-Wert des gewonnenen Destillates ausreicht. Bei einem Absinken des pH-Wertes unter 6 kann mit Sicherheit gesagt werden, daß Ausgasungen von Halogenen im Verdampfer und demzufolge auch Blähvorgänge im abgezogenen Endkonzentrat auftreten. Wird jedoch der angegebene pH-Wert von 6 eingehalten und konti­ nuierlich Redoxmittel zugegeben, dann ist es lediglich erfor­ derlich, von Zeit zu Zeit, beispielsweise zweimal pro Schicht, das abgezogenen Endkonzentrat auf Ausgasungen von Halogen, insbesondere Brom und Jod, zu überprüfen, wenn die Abwässer auch Rauchgasreinigungsanlagen von Kraftwerken stammen, da hier kurzfristige Schwankungen in der Zusammensetzung der Rauchgase und damit auch die "Zusammensetzung" des zu reini­ genden Abwassers über längere Zeiträume konstant ist. Für die Behandlung von Abwässern aus Rauchgasreinigungsanlagen, bei denen neben fossilen Brennstoffen auch noch Brennstoffe mit häufig wechselnden Zusammensetzungen, beispielsweise Müll, zugesetzt werden oder bei reinen Müllverbrennungs­ anlagen, sind derartige Kontrollen in kürzeren Zeitabständen angezeigt, da hier die Zusammensetzung der aufgegebenen Brenn­ stoffe und damit auch die Zusammensetzung der zu reinigenden Rauchgase sich in kürzeren Zeiträumen ändern kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur Aufarbeitung von anorganisch belasteten Abwässern, insbesondere Abwässern von Rauchgasreinigungs­ anlagen, durch Konzentration der Inhaltsstoffe mittels Ver­ dampfung eines Teils des Wassers, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzuarbeitende Abwasser vorzugsweise zunächst auf einen Gehalt von 45 bis 55 Gewichtsprozent TS (Trockensubstanz) vorkonzentriert wird, vorzugsweise durch Zwangsumlaufverdamp­ fung, daß das Vorkonzentrat in einem Konzentratorraum unter einem Druck, der geringer ist als der atmosphärische Druck, vorzugsweise im Durchlauf, in einer dünnen Schicht ausgebrei­ tet, auf Siedetemperatur aufgeheizt und soweit aufkonzentriert wird, daß der entstehende Reststoff nach dem Abfüllen und Erkalten ohne Bindemittel oberhalb 60°C erstarrt, daß die entstehenden Brüden nach Kondensation als Destillat abgezogen werden und daß dem zulaufenden Vorkonzentrat ein Alkalisie­ rungsmittel in solcher Menge zugegeben wird, daß das aus dem Konzentratorraum abgezogene Destillat einen pH-Wert 6 aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abwässern, die Halogenbildner, insbesondere Jodate und/oder Bromate enthalten, dem zulaufenden Vorkonzentrat ein Redox­ mittel zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Redoxmittel Natriumsulfit (NaS₂O₃) in wäßriger Lösung zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Redoxmittel Natriumthiosulfat (Na₂S₂O₃) in wäßriger Lösung zugegeben wird.

5. Anlage zur Aufarbeitung von anorganisch belasteten Ab­ wässern, insbesondere Abwässern auch Rauchgasreinigungsan­ lagen, durch Konzentration der Inhaltsstoffe mittels Ver­ dampfung eines Teils des Wassers, gekennzeichnet durch eine wenigstens einstufige Einrichtung (1) zur Vorkonzentrierung, vorzugsweise eine Zwangsumlaufverdampfungseinrichtung, deren Produktaustrag über einen Zulauf (16) mit einem Vakuumkonzen­ trator (3), vorzugsweise einem stehenden Dünnschichtver­ dampfer mit Rotor (4) verbunden ist, wobei in den Zulauf (16) eine Dosiereinrichtung (14) für ein Alkalisierungsmittel und eine Dosiereinrichtung (15) für ein Redoxmittel mündet und einen Kondensator (9) für die aus dem Konzentrator (3) abgezogenen Brüden.