DE4233718A1 - Verfahren zur Trennung von gelöste Stoffe enthaltenden Lösungsgemischen in eine stoffabgereicherte Flüssigphase mittels einer Membrantrennstufe und in Feststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von gelöste Stoffe enthaltenden flüssigen Lösungsgemischen in eine stoffabgereicherte Flüssigphase und Feststoff, bei dem zunächst das Lösungsgemisch in eine nach dem Prinzip der Umkehrosmose arbeitenden ersten Membran­ trennstufe in die stoffabgereicherte Flüssigphase und in eine stoffangereicherte Flüssigphase getrennt wird.

Die Verwendung von Membrantrennstufen, die nach dem Prinzip der Umkehrosmose arbeiten, sind für die viel­ fältigsten Anwendungsfälle bekannt, unter anderem auch zur Trennung flüssiger Lösungsgemische sowohl in Form industrieller Prozeßabwässer als auch privater bzw. kommunaler Abwässer. Die Trennung derartiger flüssiger Lösungsgemische mittels einer Membrantrennstufe erfolgt auf an sich bekannte Weise durch Aufbau eines Druckge­ fälles zwischen dem Eingang der Membrantrennstufe, der das zu trennende flüssige Lösungsgemisch zugeführt wird, und der Seite der Membrantrennstufe, an der die stoffan­ gereicherte Flüssigphase erhalten wird. Es ist bekannt, daß Membrantrennstufen in bezug auf ihre Trennfähigkeit durch einen maximal mit bisherigen technischen Mitteln bei Membrantrennstufen erreichbaren Betriebsdruck be­ grenzt sind.

Dieses bedeutet, daß die maximale Gewinnung bzw. Ab­ trennung der stoffabgereicherten Flüssigphase, bei­ spielsweise Reinwasser, wenn als Lösungsmittel des zu trennenden flüssigen Lösungsgemisches Wasser angenommen wird, somit technisch begrenzt ist.

Ein weiteres wesentliches Problem bei derartigen be­ kannten Verfahren ist, daß die durch die Membrantrenn­ stufe gelieferte stoffangereicherte Flüssigphase zwar ein geringes Volumen einnimmt, in dieser Phase jedoch alle im ursprünglichen Lösungsgemisch enthaltenen ge­ lösten Stoffe, d. h. unter Einschluß auch aller darin gelösten Problemstoffe, weiterhin enthalten sind. Bisher wurde die stoffangereicherte Flüssigphase, da sie in dieser Form nicht verwendbar ist, zwischengelagert, ohne daß man sich über die weitere Verwendbarkeit bzw. das Wie und Wo einer Entsorgung im klaren war. Unter dem Gesichtspunkt der zunehmenden Anforderungen an eine ökologisch und auch ökonomisch vertretbare Verwendung derartiger stoffangereicherter Flüssigphasen scheidet in zunehmenden Maße eine Lagerung bzw. Entsorgung derar­ tiger Flüssigphasen aus, zumal auch in vielen Fällen in der stoffangereicherten Flüssigphase Stoffe enthalten sind, die, wenn es gelänge, diese aus der Flüssigphase auf wirtschaftliche Weise trennen zu können, einer sinnvollen Wiederverwendung zugeführt werden könnten, insbesondere wenn es gelänge, diese Stoffe aus einem derartigen Verfahren in Form von Feststoffen bereitzu­ stellen.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der Eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem auf ökologisch und ökonomisch sinnvolle Weise die Trennung von in flüssigen Lösungsgemischen enthaltenen Stoffen möglich ist, und zudem ein noch größerer Anteil an stoffabgereicherter Flüssigphase erhalten werden kann, als es bisher mittels des Einsatzes von Membran­ trennstufen möglich war, wobei das Verfahren mit Kompo­ nenten ausführbar sein soll, die an sich im Stand der Technik bekannt sind, so daß durch Verwendung bisheriger Komponenten der Trenntechnik das Verfahren einfach und kostengünstig durchführbar sein soll.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der stoffangereicherten Flüssigphase ein mit dieser mischbares und die Löslichkeit der in der stoffange­ reicherten Flüssigphase enthaltenen 2wertigen Stoffe verminderndes Medium zugeführt wird, wobei nachfolgend auch aus dem Flüssigphasengemisch der Stoff als Feststoff ausfällt.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im wesentlichen darin, daß die Herausnahme der 2wertige Ionen aufweisenden Stoffe aus der stoffangereicherten Flüssigphase den osmotischen Druck der Flüssigphase verringert, so daß grundsätzlich die vom ausgefällten Feststoff befreite Flüssigphase wiederum einer weiteren nochmaligen Behandlung zugeführt werden kann, was beispielsweise mittels einer Membranstufe ohne Ausfäl­ lung des Stoffes wegen der maximal möglichen Betriebs­ drücke von Membranstufen nicht möglich wäre.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Ausfällens der 2wertigen Stoffe aus der stoffangereicherten Flüssig­ phase hat den Vorteil, daß der wegen ihrer geringeren Löslichkeit als 1wertige Stoffe bzw. Ionen sogenannte Membranverblockungen bei einer Hochaufkonzentrierung bei einer möglicherweise nachfolgenden Membrantrennstufe vermieden werden können, d. h. die weitgehende Heraus­ nahme der zweiwertigen Stoffe bzw. Ionen aus der stoff­ angereicherten Flüssigphase würde diesen Effekt weitge­ hend verhindern.

Schließlich ist es von Vorteil, daß das Verfahren den ursprünglich im flüssigen Lösungsgemisch enthaltenen Feststoff zur Verfügung stellt, der mit und ohne Nach­ behandlung einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann, ohne daß zusätzliche, trennbare flüssige Phasen entstehen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Flüssigphasengemisch, nachdem aus diesem der Feststoff ausgefällt ist, in einer zweiten, nach dem Prinzip der Umkehrosmose arbeitenden Membrantrennstufe in eine weitere stoffabgereicherte Flüssigphase und eine weitere stoffangereicherte Flüssigphase getrennt. Es ist somit vorteilhafterweise möglich, wenn beispielsweise das Lösungsmittel des zu trennenden flüssigen Lösungs­ gemisches Wasser ist, somit ein erweiterter Reinwas­ serentzug zu ermöglichen ist, d. h. es können aus einem vorbestimmten Volumen flüssigen Lösungsgemisches größere Mengen von stoffabgereicherter Flüssigphase bzw. Rein­ wasser erzeugt werden als es bisher möglich war.

Dabei kann es vorteilhaft sein, da an der zweiten Mem­ branstufe eine weitere stoffangereicherte Flüssigphase ebenfalls entsteht, diese weitere stoffangereicherte Flüssigphase dem in die erste Membranstufe zugeführten Lösungsgemisch wiederum zuzuführen, d. h. erneut in das Verfahren einzukoppeln.

Vorteilhaft ist es auch, die die erste Membrantrennstufe und die zweite Membranstufe verlassenden stoffabge­ reicherte und weitere stoffabgereicherte Flüssigphasen zusammenzuführen und gemeinsam abzuführen, wenn der Stoffabtrennungsgrad der beiden stoffabgereicherten Flüssigphasen dieses zuläßt. Grundsätzlich können die verschiedensten Lösungsgemische mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren getrennt werden, d. h. das Lösungs­ mittel des zu trennenden flüssigen Lösungsmittelge­ misches kann grundsätzlich ein beliebiges sein. Das Verfahren ist jedoch vorzugsweise derart durchzuführen, daß das Lösungsmittel des zu trennenden flüssigen Lö­ sungsmittelgemisches Wasser ist, d. h. daß das flüssige Lösungsmittelgemisch beispielsweise durch private und gewerbliche Abwässer gebildet wird.

Es ist bekannt, daß in den im flüssigen Lösungsgemisch enthaltenen, abzutrennenden Stoffen wiederum enthaltene organische und anorganische kolloidale Verbindungen zu erheblich störenden Membranverblockungen bei einer Hoch­ aufkonzentrierung eines Flüssigphasengemisches in einer Membrantrennstufe führen, wodurch beispielsweise eine Membrantrennstufe nach verhältnismäßig kurzer Zeit ihres Einsatzes ihre Trennwirkung verlieren kann. Es ist des­ halb vorteilhaft, das Medium derart auszuwählen, daß in der stoffangereicherten Flüssigphase in Form kolloidal gelöster organischer und anorganischer Verbindungen enthaltene Stoffe ausgefällt werden, womit vorteilhafterweise die Lebensdauer einer nachgeschal­ teten Membrantrennstufe erheblich vergrößert wird, zumal durch die weitgehende Herausnahme der 2wertigen Ionen bzw. Stoffe aus der stoffangereicherten Flüssigphase zugleich auch ein großer Anteil der kolloidal gelösten organischen und anorganischen Verbindungen ausgefällt wird. Dieser Mechanismus basiert auf der Entstabili­ sierung der Kolloide als Nebeneffekt mit den sich in der Lösung bildenden unlöslichen Verbindungen.

Schließlich ist es vorteilhaft, die Trennung des ausge­ fällten Feststoffes vom Flüssigphasengemisch physika­ lisch/ mechanisch erfolgen zu lassen, beispielsweise mittels eines Dekanters, einer Zentrifuge, einer Presse oder dergleichen.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die einzige schematische Zeichnung anhand eines Ausführungsbei­ spieles beschrieben. Diese zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Einrich­ tung zur Ausführung des Verfahrens, aus dem die einzelnen Verfahrensstufen in Verbindung mit den die Einrichtung bildenden Einrich­ tungskomponenten ersichtlich sind.

Die Einrichtung 10 umfaßt eine erste, nach dem Prinzip der Umkehrosmose arbeitende Membrantrennstufe 14, auf die eingangsseitig das zu trennende, gelöste Stoffe enthaltende flüssige Lösungsgemisch gegeben wird. Die erst Membrantrennstufe 14 trennt auf bekannte Weise das flüssige Lösungsgemisch 11 in eine stoffabgereicherte Flüssigphase 12 und in eine stoffangereicherte Flüssig­ phase 15, wobei für den Fall, daß das Lösungsmittel des zu trennenden flüssigen Lösungsmittel 11 Wasser ist, als stoffabgereicherte Flüssigphase 12 Reinwasser geliefert wird.

Bedingt durch die Begrenzung einer nach dem Prinzip der Umkehrosmose arbeitenden Membrantrennstufe 14 auf maxi­ mal erreichbaren Betriebsdruck ist die maximale Entnahme oder Abtrennung von stoffabgereicherter Flüssigphase 12 bzw. Reinwasser begrenzt, was bedeutet, daß zwangläufig immer auch eine stoffangereicherte Flüssigphase 15, die zwar ein geringeres Volumen einnimmt, entsteht und die zudem alle im primären flüssigen Lösungsgemisch enthal­ tenen Stoffe, wenn auch in höherer Konzentration, ent­ hält. Um diese Stoffe nun abtrennen zu können, wird von einem Mediumvorrat 160 Medium der stoffangereicherten Flüssigphase 15 zugeführt, wobei das Medium 16 derart gewählt ist, daß es mit der stoffangereicherten Flüs­ sigphase mischbar ist, und daß es die Löslichkeit der in der stoffangereicherten Flüssigphase 15 enthaltenen 2wertigen Stoffe vermindert, so daß nachfolgend aus dem Flüssigphasengemisch 17 der zu trennende Stoff gezielt als Feststoff 13 ausfällt. Das Medium geht mit den Stoffen bzw. Ionen der Stoffe eine unlösliche chemische Verbindung ein, so daß der Feststoff 13 ausfällt.

Der Ausfällvorgang erfolgt in der Reaktionsstrecke 170, der das Flüssigphasengemisch 17 zugeführt wird. Um das in der Reaktionsstrecke 170 nun sich bildende abkonzen­ trierte Flüssigphasengemisch vom ausgefällten Feststoff 13 trennen zu können, wird es auf eine physikalisch/ mechanische Trenneinrichtung 171, die beispielsweise in Form eines Dekanters, einer Zentrifuge, einer Presse oder dergleichen ausgebildet sein kann, gegeben. Der Feststoff 13 verläßt die physikalisch/mechanische Trenn­ einrichtung 171 und wird einer weiteren Verwendung zu­ gefügt.

Das nunmehr um den Feststoff 15 befreite Flüssigphasen­ gemisch 17 wird als weitere stoffabgereicherte Flüssig­ phase 172 einer zweiten Membrantrennstufe 18 zugeführt, die ebenfalls nach dem Prinzip der Umkehrosmose arbeiten kann. Die weitere stoffabgereicherte Flüssigphase 172 besteht weitgehend nur noch aus einwertigen Stoffen bzw. Ionen, da durch den Ausfällvorgang die 2wertigen Stoffe bzw. Ionen aus der stoffangereicherten Flüssigphase 15 durch den Ausfällvorgang entfernt worden sind. Da die stoffabgereicherte Flüssigphase 172 nunmehr in ge­ ringerer Konzentration noch Stoffe enthält, die abzu­ trennen sind, kann die weitere stoffabgereicherte Flüssigphase 172 ohne Schwierigkeiten in der zweiten Membranstufe in eine weitere stoffabgereicherte Flüs­ sigphase 120 und in eine weitere stoffangereicherte Flüssigphase 19 getrennt werden. Bei diesem Trennvorgang ist wegen der zuvor erfolgten Ausfällung auch kolloidal gelöster organischer und anorganischer Verbindungen eine störende Membranverblockung nicht mehr zu befürchten.

Die die zweite Membranstufe 18 verlassende weitere stoffabgereicherte Flüssigphase 120 besteht aus Rein­ wasser, wenn das Lösungsmittel des zu trennenden flüs­ sigen Lösungsmittelgemisches 11 Wasser ist. Dabei kann die weiter stoffabgereicherte Flüssigphase 120 bzw. Reinwasser mit der stoffabgereicherten Flüssigphase 12, die von der ersten Membranstufe 14 geliefert wird, zu­ sammengeführt werden, wenn der jeweilige Stofftrennungs- bzw. Gütegrad der stoffabgereicherten Flüssigphasen 12, 121 dieses zuläßt.

Die die zweite Membranstufe 18 verlassende angereicherte Flüssigphase 19 kann über eine Verbindung 20 erneut dem primären zu trennenden, flüssigen Lösungsgemisch 11 zu­ geführt werden oder aber nochmals anderweitig mittels hier nicht mehr gesondert dargestellter weiterer Be­ handlungsschritte von in ihr enthaltenen Stoffen befreit werden.

Die Konzentrationserniedrigung der weiteren stoffange­ reicherten Flüssigphase 172 im Vergleich zur stoffange­ reicherten Flüssigphase 15 hat eine Verminderung des osmotischen Druckes der weiteren stoffabgereicherten Flüssigphase 172 zur Folge, so daß die mit der zweiten Membranstufe 18 erfolgte erneute Aufkonzentration wirt­ schaftlich mit den dabei einsetzbaren bzw. wählbaren physikalisch/technisch erreichbaren Betriebsdrücken durchgeführt werden kann.

Bezugszeichenliste

 10 Einrichtung
 11 flüssiges Lösungsgemisch
 12 stoffabgereicherte Flüssigphase
120 weitere stoffabgereicherte Flüssigphase
 13 Feststoff
 14 erste Membranstufe
 15 stoffangereicherte Flüssigphase
 16 Medium
160 Mediumvorrat
 17 Flüssigphasengemisch
170 Reaktionsstrecke
171 physikalisch/mechanische Trenneinrichtung
172 weitere stoffabgereicherte Flüssigphase
 18 zweite Membrantrennstufe
 19 weitere stoffangereicherte Flüssigphase
 20 Verbindung

Claims (7)

1. Verfahren zur Trennung von gelöste Stoffe enthalten­ den flüssigen Lösungsgemischen in eine stoffabge­ reicherte Flüssigphase und Feststoff, bei dem zunächst das Lösungsgemisch in einer nach dem Prinzip der Um­ kehrosmose arbeitenden ersten Membrantrennstufe in die stoffabgereicherte Flüssigphase und in eine stoffange­ reicherte Flüssigphase getrennt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der stoffangereicherten Flüssigphase ein mit dieser mischbares und die Löslichkeit der in der stoffangereicherten Flüssigphase enthaltenen 2wertigen Stoffe verminderndes Medium zugeführt wird, wobei nach­ folgend aus dem Flüssigphasengemisch der Stoff als Fest­ stoff ausfällt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigphasengemisch, nachdem aus diesem der Feststoff ausgefällt ist, in einer zweiten, nach dem Prinzip der Umkehrosmose arbeitenden Membrantrennein­ richtung in eine weitere stoffabgereicherte Flüssigphase und eine weitere stoffangereicherte Flüssigphase ge­ trennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere stoffangereicherte Flüssigphase dem in die erste Membrantrennstufe zugeführten Lösungsgemisch zu­ geführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die erste und die zweite Membrantrennstufe verlassenden stoffabgereicherten und weiter stoffabgereicherte Flüssigphasen zusammenge­ führt und abgeführt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel des zu trennenden Lösungsmittelgemisches Wasser ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium derart gewählt wird, daß in der stoffangereicherten Flüssig­ phase in Form kolloidal gelöster organischer und anor­ ganischer Verbindungen enthaltene Stoffe ausgefällt werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung des Fes­ tstoffes vom Flüssigphasengemisch physikalisch/ mechanisch erfolgt.