DE4405558A1

DE4405558A1 - Waste prod. disposal in evaporative water recycling plant

Info

Publication number: DE4405558A1
Application number: DE19944405558
Authority: DE
Inventors: Teja Prof Dr Rer Nat Reetz; Beate Prof Dr Reetz; Roland Dr Rer Nat Dipl P Reetz
Original assignee: REETZ TEJA PROF DR RER NAT HAB
Current assignee: REETZ TEJA PROF DR RER NAT HAB
Priority date: 1994-02-16
Filing date: 1994-02-16
Publication date: 1995-08-17

Abstract

Process for waste product disposal in water recycling plants comprises purifying contaminated water in a vapour-condensing evaporator, immersing a porous inorganic material in the resulting liq. residue, and heating the liq.-impregnated material to 650-1400 deg C. Also claimed is a material as above comprising a block of fibrous inorganic cpds. rich in silicic acid and/or boric acid.

Description

Wasseraufbereitungsanlagen werden benötigt, wenn mit Abprodukten belastete Abwässer anfallen, deren Inhaltsstoffe eine Abgabe in die im allgemeinen kommunale Kanalisation oder natürliche Umgebung nicht erlauben.Water treatment plants are required if waste water contaminated with waste products incurred, the ingredients of which are released into the general municipal sewer system or natural environment.

Wasseraufbereitungsanlagen sind zunehmend in allen Bereichen der Industrie, Landwirtschaft und dem kommunalen Sektor erforderlich. Ein besonderer Bedarf existiert im Bereich der kleinen und mittleren Industriebetriebe.Water treatment plants are increasingly in all areas of industry, Agriculture and the municipal sector are required. There is a special need in the field of small and medium-sized industrial companies.

Wasserrecycling ist ein Kreislaufprozeß, bei dem nach Nutzung des Wassers und der damit verbundenen Verunreinigung ein Reinigungsprozeß stattfindet, der neben einer Abtrennung der Verunreinigungsstoffe auch eine Abproduktkonfektionierung umfaßt, und damit die Wiederverwendung des Wassers prinzipiell möglich macht.Water recycling is a cycle process in which after using the water and with it associated contamination a cleaning process takes place, which in addition to a separation the contaminants also includes a by-product assembly, and thus the Reuse of the water makes it possible in principle.

Weitere Vorteile zeigen Recyclinganlagen besonders dann, wenn an das Wasser spezielle Anforderungen bezüglich geringer Salz- und Schwebestoffkonzentrationen gestellt werden. Ein weiterer Grund zum Einsatz von Wasserrecyclinganlagen kann eine Wasserknappheit oder der Bedarf von Destillatqualität sein.Recycling plants show further advantages, especially when special to the water Requirements regarding low salt and suspended matter concentrations are made. Another reason for using water recycling plants can be a water shortage or the need for distillate quality.

Die Reinigung des Wassers erfolgt je nach Verfahren nach unterschiedlichen Wirkprinzipien.The water is cleaned according to different methods Working principles.

Mechanische Verfahren für die Wasserreinigung (Sedimentation, Flotation, Filtration) laufen auf eine Phasentrennung hinaus, bei der die wäßrige Phase von festen Partikeln bzw. Schwebestoffen oder mit Wasser nicht mischbaren flüssigen Phasen abgetrennt wird. Gelöste Substanzen werden durch mechanische Verfahren nicht beseitigt.Mechanical processes for water purification (sedimentation, flotation, filtration) amount to a phase separation in which the aqueous phase consists of solid particles or Suspended matter or water-immiscible liquid phases is separated. Dissolved substances are not removed by mechanical processes.

Biologische Wasserreinigungsverfahren beseitigen alle die Verunreinigungen, welche von biologischen Kulturen als Nährstoffe aufgenommen oder von biologischen Wirkstoffen zersetzt werden können. Das sind in erster Linie organische Substanzen aber auch bestimmte anorganische Salze. Eine Totalreinigung des Wassers ist auf diesem Wege nicht möglich. Zudem sind die biologischen Kulturen nur in bestimmten Bereichen der Wasserqualität (pH-Wert, Inhaltsstoffe) lebensfähig. Biological water purification processes remove all of the contaminants from biological cultures as nutrients or from biological agents can be decomposed. These are primarily organic substances too certain inorganic salts. Total cleaning of the water is not possible in this way possible. In addition, the biological cultures are only in certain areas of the Water quality (pH, ingredients) viable.

Die chemischen Verfahren der Wasserreinigung (Zusatz von Chemikalien, Zusatz von Oxidantien, Mitfällung, Ionenaustausch, strahlenchemische Reinigung) überstreichen eine breite Spanne der Selektivität. Es gibt sowohl sehr selektiv wirkende Verfahren wie die Beseitigung von Ammonium mit Hypochlorit als auch universelle Reinigungsverfahren wie die Abtrennung gelöster Salze durch Ionenaustauschverfahren. In allen Fällen (mit Ausnahme der selektiv wirkenden strahlenchemischen Reinigung) wird aber die Menge der Abprodukte durch den Zusatz von Chemikalien, Ionenaustauschern oder anderen Stoffen vergrößert. Bei den verbreiteten Ionenaustauschverfahren fallen entweder größere Mengen mit Abprodukten belasteter Ionenaustauschermassen oder Waschlösungen von der Reinigung der Ionenaustauscher an.The chemical processes of water purification (addition of chemicals, addition of Oxidants, co-precipitation, ion exchange, radiation chemical cleaning) paint over one wide range of selectivity. There are both very selective processes like that Removal of ammonium with hypochlorite as well as universal cleaning procedures like the separation of dissolved salts by ion exchange processes. In all cases (with Except for selective radiation cleaning) the amount of Waste products through the addition of chemicals, ion exchangers or other substances enlarged. With the widespread ion exchange processes either larger amounts fall ion exchange masses contaminated with waste products or washing solutions from cleaning the ion exchanger.

Physikalische Verfahren (Osmose, Elektrolyse, Verdampfung/Destillation) ermöglichen eine weitgehende Trennung der Verunreinigungen - Schwebestoffe wie gelöste Stoffe - vom Wasser. Die Destillation hat hierbei die größte Verbreitung gefunden. Bei der Destillation wird das Wasser im allgemeinen unter Atmosphärendruck bis zum Siedepunkt erhitzt. Nach Kondensation des Dampfes fällt reines Wasser an. Die Verunreinigungen verbleiben im Destillationsrückstand.Enable physical processes (osmosis, electrolysis, evaporation / distillation) an extensive separation of the impurities - suspended matter as well as dissolved substances - from the Water. Distillation has been most widely used. When distilling the water is generally heated to the boiling point under atmospheric pressure. To Condensation of the steam produces pure water. The impurities remain in the Distillation residue.

In den letzten Jahren ist die Destillation durch Einsatz eines offenen Wärmepumpenprozesses energieökonomisch wesentlich verbessert worden. Dabei wird das Wasser unter Vakuum oder im Normaldruck- bzw. Überdruckbereich verdampft. Die Brüden werden verdichtet und mit der Kompressionsenergie auf ein höheres Druck- und Siedetemperaturniveau gebracht. Über einen Wärmeaustauscher wird der erhitzte Dampf kondensiert bei gleichzeitiger Wärmezufuhr an die zu verdampfende Flüssigkeit. Die Abprodukte sammeln sich im Destillationsrückstand an.In recent years, distillation has been done using an open Heat pump process has been significantly improved in terms of energy economics. It will Water evaporates under vacuum or in the normal pressure or overpressure range. The Vapors are compressed and with the compression energy to a higher pressure and Brought boiling temperature level. The heated steam is transferred to a heat exchanger condenses to the liquid to be evaporated while supplying heat. The Waste products accumulate in the distillation residue.

Für ein Wasserrecycling kommen die Methoden in Frage, welche die im Nutzungsprozeß des Wassers hinzukommenden Verunreinigungen wieder entfernen. Für industrielle Anwendungen sind diese Verunreinigungen im allgemeinen sämtliche suspendierten und gelösten Stoffe. Daher sind solche Aufbereitungsmethoden wie Destillation oder Ionenaustausch in Verbindung mit einer mechanischen Entfernung fester Partikel für ein Wasserrecycling geeignet. So ist in DE 37 12 032 C1 ein Wasserrecycling mittels zweistufiger Flotation und nachfolgender Destillation eines bestimmten Wasseranteils beschrieben. Jedoch ist das Problem der Abproduktbeseitigung- bzw. -konfektionierung nicht gelöst. Die erhaltenen Abprodukte müssen weiter als Sondermüll behandelt werden. For water recycling, the methods come into question which are those in the use process remove any contaminants from the water. For industrial Applications, these impurities are generally all suspended and dissolved substances. Therefore, such processing methods as distillation or Ion exchange combined with mechanical removal of solid particles for a Suitable for water recycling. In DE 37 12 032 C1, water recycling is by means of two-stage flotation and subsequent distillation of a certain proportion of water described. However, the problem is the disposal of waste products unsolved. The waste products obtained must be treated as special waste.

Bei allen Aufbereitungsverfahren und Recyclingprozessen findet eine Aufkonzentration der Abprodukte statt.In all processing and recycling processes, there is a concentration of Waste products instead.

Die Entsorgung der Abprodukte aus industriellen Wasseraufbereitungs- und Recyclinganlagen erfolgt im allgemeinen durch Deponierung, eventuell nach vorheriger Konditionierung. Flüssige oder breiige Abproduktkonzentrate werden vor der Deponierung vorzugsweise verfestigt. So ist in DE 41 21 971 A1 vorgeschlagen worden, das flüssige Abproduktkonzentrat durch Wirbelschichtgranulationstrocknung zu entwässern und die Granulate gegebenenfalls durch Aufbringen einer Oberflächenschicht zu versiegeln. Weitere technische Lösungen für die Konditionierung beziehen sich auf das Mischen mit wasserbindenden und aushärtenden Stoffen wie Gips, Zement oder Polymermaterial (DE 41 11 706 A1). Weiterhin sind Verfahren bekannt, die getrockneten Abprodukte einzuschmelzen (DE 37 16 231, DE 39 39 202 und DE 41 17 444) oder mit glasbildenden Stoffen oder Silikaten zu mischen und die Mischung durch thermische Verfahren zu verglasen oder zu versintern (DE 35 28 054 A1, DE 37 13 482 A1, DE 40 13 314 A1, DE 41 04 396 A1, DE 41 11 674 C1). In allen diesen Lösungen zur Deponiefähigmachung der Abproduktkonzentrate ist ein aufwendiges Trocknen und/oder Mischen des Konzentrates mit dem Zuschlagstoff erforderlich. Abgesehen von einem relativ großen technischen und finanziellen Aufwand machen diese Prozeßschritte durch Verspritzen, Staub oder Ärosolbildung spezielle Sicherheitsmaßnahmen notwendig.Disposal of waste products from industrial water treatment and Recycling plants are generally landfilled, possibly after previous ones Conditioning. Liquid or mushy waste product concentrates are made before landfilling preferably solidified. DE 41 21 971 A1 has proposed the liquid Waste water concentrate by fluidized bed granulation drying and the Seal granules if necessary by applying a surface layer. Further Technical solutions for conditioning relate to mixing with water-binding and hardening substances such as plaster, cement or polymer material (DE 41 11 706 A1). Methods are also known, the dried waste products melt down (DE 37 16 231, DE 39 39 202 and DE 41 17 444) or with glass-forming Mix substances or silicates and mix the mixture by thermal processes glazed or sintered (DE 35 28 054 A1, DE 37 13 482 A1, DE 40 13 314 A1, DE 41 04 396 A1, DE 41 11 674 C1). In all of these solutions to enable landfill disposal Waste product concentrates involve time-consuming drying and / or mixing of the concentrate the aggregate required. Aside from a relatively large technical and These process steps make financial expense through splashing, dust or Aerosol formation requires special safety measures.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Abproduktkonfektionierung in Wasserrecyclinganlagen anzugehen, mit dem kleinere Mengen Abwässer mit in der Art und Menge sehr unterschiedlichen, vorwiegend anorganischen Verunreinigungen kostengünstig zu Brauchwasser hoher Qualität aufgearbeitet und die Verunreinigungen in ein laugungsstabiles deponiefähiges Produkt umgewandelt werden sollen. Außerdem ist für die Abproduktkonfektionierung ein Material anzugeben, das die Deponiefähigkeit der Verunreinigungen ohne zusätzliche aufwendige und gesundheitsschädigende Prozeßschritte ermöglicht.Therefore, it is an object of the invention to provide a method for manufacturing waste products in To tackle water recycling plants with which smaller amounts of wastewater with the type and Amount of very different, mainly inorganic impurities inexpensive processed to high quality service water and the impurities in one leachable stable landfill product should be converted. It is also for the Packaging a material to indicate that the landfill ability of the Contamination without additional complex and harmful process steps enables.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das verunreinigte Wasser zunächst einer Verdampfung und Brüdenverdichtung unterzogen wird. Der dabei entstehende und nahezu alle Schwebeteilchen und gelösten anorganischen Stoffe enthaltende flüssige Rückstand wird anschließend in ein Sammelgefäß eingeleitet. In diesen flüssigen Rückstand wird dann ein poröses anorganisches Material eingetaucht, das sich mit dem Rückstand vollsaugt. Danach wird dieses getränkte Material auf eine Temperatur im Bereich von 650 bis 1400°C erwärmt.The object is achieved in that the contaminated water first undergoes evaporation and vapor compression. The resulting and liquid containing almost all suspended particles and dissolved inorganic substances Residue is then introduced into a collecting vessel. In this liquid residue a porous inorganic material is then immersed, which deals with the residue soaked. Then this soaked material is brought to a temperature in the range of 650 heated to 1400 ° C.

Dieses Erwärmen kann in erfindungsgemäßen Ausgestaltungen sowohl langsam mit einer Trockenstufe um 100°C als auch schnell durch beschleunigtes Einbringen in die Glühzone einer thermischen Anlage erfolgen. Die Verunreinigungen liegen nach dem Glühen durch festkörperchemische Reaktionen fest gebunden vor.This heating can be done both slowly with a Drying level around 100 ° C as well as accelerated introduction into the annealing zone a thermal system. The impurities are worn out after the glow solid-state chemical reactions.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird das Eintauchen des Materials in den Rückstand und das anschließende Erwärmen des getränkten Materials bis zur Trockenstufe ein- oder mehrmals wiederholt.In a further embodiment according to the invention, the immersion of the material in the residue and then heating the soaked material until Repeat drying stage one or more times.

Zur besseren Steuerung der festkörperchemischen Reaktionen bei hohen Temperaturen zwischen Material und Rückstand kann erfindungsgemäß das Material abwechselnd in den Rückstand oder in Lösungen von Reaktanden eingetaucht werden.For better control of solid-state chemical reactions at high temperatures According to the invention, the material can alternate between material and residue in the Residue or immersed in solutions of reactants.

Desweiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß dem flüssigen Rückstand chemische Verbindungen zur besseren Deponiefähigkeit der sich bildenden Reaktionsprodukte zugesetzt werden. Die im einzelnen ablaufenden Reaktionen richten sich nach der konkreten Zusammensetzung des Verdampfungsrückstandes. Solche Reaktionen können z. B. die Oxidation organischer Stoffe, die Bildung neuer Silikate oder glasartiger Produkte mit dem SiO₂ des Ausgangsmaterials und solchen Stoffen wie Alkali- oder Erdalkalioxiden oder Schwermetalloxiden wie Bleioxid oder Wismutoxid sein.Furthermore, the invention provides that the liquid residue is chemical Connections for better landfill capability of the reaction products that form be added. The reactions taking place in detail depend on the concrete Evaporation residue composition. Such reactions can e.g. B. the Oxidation of organic substances, the formation of new silicates or glassy products with the SiO₂ of the starting material and such substances as alkali or alkaline earth oxides or Heavy metal oxides such as lead oxide or bismuth oxide.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abproduktkonfektionierung ist technologisch einfach handhabbar und nicht gesundheitsschädlich. Nach Abschluß der thermischen Behandlung liegt ein festes silikatisches Material mit guten Transport- und Deponieeigenschaften vor. Alle Stoffe befinden sich in einer Form, die von Wasser nicht oder nur sehr langsam ausgegriffen wird.The process according to the invention for the manufacture of waste products is technologically simple manageable and not harmful to health. After completing the thermal treatment there is a solid silicate material with good transport and landfill properties. All substances are in a form that water does not or only very slowly is reached.

Das erfindungsgemäße poröse Material zur Abproduktkonfektionierung ist aus faserförmigen anorganischen Ausgangsstoffen gebildet. Diese Ausgangsstoffe sind kieselsäure- und/oder borsäurereiche Verbindungen. Das Material ist als massiver Formkörper mittels bekannter Verfahren wie Vakuumformung, Pressen oder Gießen ausgebildet. The porous material according to the invention for manufacturing finished products is made of fibrous inorganic starting materials are formed. These are raw materials compounds rich in silica and / or boric acid. The material is as massive Shaped body using known methods such as vacuum forming, pressing or casting educated.

Das poröse Material dient zum einen der Aufnahme der flüssigen Abprodukte. Bei den hohen Temperaturen der thermischen Behandlung wirkt das Material aber gleichzeitig als Reaktionspartner zur Einbindung der Abprodukte in eine vorwiegend glasige Matrix. Je nach dem Anteil der offenen Porosität kann das Material bis zu 98% seines Volumens an Flüssigkeit aufnehmen. Bei Poren im µm-Bereich wird die Flüssigkeit im Material zurückgehalten, ohne daß sich Tropfen bilden oder die Flüssigkeit ausfließt. Der Verdampfungsrückstand wird somit wie ein Festkörper handhabbar und transportfähig.The porous material serves on the one hand to absorb the liquid waste products. Both The material also acts as a high temperature thermal treatment Reaction partner for integrating the waste products into a predominantly glassy matrix. Each according to the proportion of open porosity, the material can take up to 98% of its volume Absorb liquid. With pores in the µm range, the liquid in the material retained without drops forming or the liquid flowing out. Of the Evaporation residue can thus be handled and transported like a solid.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is explained in more detail below.

Eine Charge von 5 m³ Abwasser, welche bei der Fertigung von Keramik angefallen ist und 0,6 Masse% suspendierte kolloidale Teilchen, die vorwiegend aus Bleioxid, Titanoxid und Zirkoniumoxid bestehen, sowie etwa 0,5 kg Polyvinylalkohol, 5 kg Soda, 8 kg Natriumfluorid enthält, wird in einer Wasseraufbereitungsanlage unter Nutzung eines Brüdenverdichters verdampft. Das daraus gewonnene Kondensat wird zur Wiederverwendung gesammelt. Der flüssige Verdampfungsrückstand hat ein Volumen von ca. 200 l. In diesen Verdampfungsrückstand werden 2 Silikablöcke mit den Maßen (0,15 × 0,2 × 0,4) m³ gesetzt, welche die gesamte Flüssigkeitsmenge aufsaugen. Die Silikasteine bestehen aus gepreßten und getemperten Kieselglasfasern und haben eine Dichte von 0,13 g/cm³. Diese mit Verdampfungsrückstand gefüllten Silikablöcke werden nun in einen Temperofen eingesetzt. Mit langsam steigender Temperatur verdampft im Verlaufe von 20 Stunden zunächst das Wasser. Anschließend wird die Temperatur weiter erhöht auf 1200°C. Nach Erkalten liegt eine vorwiegend glasige Masse mit einem Volumen von 0,018 m³ vor, die gegen Wasser vorzüglich beständig und völlig abriebfest ist.A batch of 5 m³ of wastewater, which was generated during the production of ceramics and 0.6% by mass of suspended colloidal particles consisting mainly of lead oxide, titanium oxide and Zirconium oxide exist, as well as about 0.5 kg of polyvinyl alcohol, 5 kg of soda, 8 kg Containing sodium fluoride is used in a water treatment plant Vapor compressor evaporates. The condensate obtained from this becomes Reused collected. The liquid evaporation residue has a volume of approx. 200 l. In this evaporation residue, 2 silica blocks with the dimensions (0.15 × 0.2 × 0.4) m³ set, which absorb the total amount of liquid. The silica stones consist of pressed and tempered silica glass fibers and have a density of 0.13 g / cm³. These silica blocks filled with evaporation residue are now in one Tempering furnace used. With slowly rising temperature evaporates in the course of 20 Hours first the water. Then the temperature is further increased to 1200 ° C. After cooling, there is a predominantly glassy mass with a volume of 0.018 m³ that is extremely resistant to water and completely abrasion-resistant.

Claims

1. A process for the manufacture of waste products in water recycling plants, characterized in that the contaminated water is first cleaned in an evaporation plant with vapor compression, then a porous inorganic material is immersed in the resulting liquid residue and the material soaked with the liquid residue is then heated to temperatures between 650 and 1400 ° C is heated.

2. The method according to claim 1, characterized, that slowly heating the material to temperatures between 650 and 1400 ° C a drying level around 100 ° C.

3. The method according to claim 1, characterized, that the heating of the material to temperatures between 650 and 1400 ° C quickly through accelerated introduction of the material into the annealing zone of a thermal plant he follows.

4. The method according to claim 1, characterized, that chemical compounds are added to the liquid residue, which chemical Reactions between the waste products and the porous material to water-insoluble Promote products.

5. The method according to claim 1 or 4, characterized, that the immersion of the material in the liquid residue and the subsequent Repeatedly heat the soaked material up to the drying level one or more times becomes.

5. The method according to claim 1, characterized, that the porous material alternately in the liquid residue or in solutions of Reactants for better control of the solid-state chemical reactions between materials and dipping residue.

6. Material for the manufacture of waste products in water recycling plants, characterized, that the porous absorbing the liquid residues of the water recycling process Material made of fibrous inorganic silica and / or boric acid rich Connections formed and is formed as a solid molded body.