DE69002628T2 - Verfahren zur reinigung von schmutzwasser durch aktives ozon. - Google Patents
Verfahren zur reinigung von schmutzwasser durch aktives ozon.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Behandlung von Wasser, das mit unerwünschten Bestandteilen wie Halogenkohlenwasserstoffen verunreinigt ist, dadurch, daß das verunreinigte Wasser oder die darin enthaltenen oder daraus entstehenden gasförmigen und/oder flüssigen Bestandteile mit Ozon und einem festen Katalysator, wahlweise in Verbindung mit einer Behandlung durch UV-Strahlung, behandelt werden.
- Ein Vertahren dieser Art ist aus FR-A-2 291 687 bekannt. Die verwendeten Katalysatoren sind von einer bekannten Art und können aus zwei Gruppen gewählt sein. Die erste Gruppe umfaßt Katalysatoren, die Metalle aus der Platingruppe, d. h. Platin, Palladium, Rheniun, Ruthenium, Osmium und Irridium, enthalten, wobei diese Metalle als solche oder in Form ihrer Oxide vorhanden sind. Die zweite Gruppe umfaßt Katalysatoren, die Oxide der folgenden Elemente enthalten: Kupfer, Kobalt, Chrom, Mangan, Molybdän, Vanadium, Wolfram, Cer und Eisen. Die Katalysatoren können auf einem Träger wie Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid verwendet werden. Ein wesentlicher Nachteil dieses bekannten Reinigungssystems besteht darin, daß die Katalysatoraktivität in sehr kurzer Zeit durch die Absorption der verunreinigenden Substanzen an der Katalysatoroberfläche zerstört wird.
- Es wurde festgestellt, daß dieses Problem vermieden werden kann, wenn bei dem in der Einleitung skizzierten Prozeß Aktivkohle als Katalysator verwendet wird und eine kontinuierliche Regenerierung mit Ozon durchgeführt wird. Es ist überraschend, dar Ozon für das Regenerieren des Katalysators verwendet werden kann, weil man erwartet hätte, daß Ozon zersetzt wird, wenn es in Kontakt mit Aktivkohle steht.
- Wenn man das Verfahren der Erfindung durchführt, kann das verunreinigte Wasser als Grundwasser von Mülldeponien aber auch als direkter Abfluß aus Haushaltsaktivitäten, Wohnsiedlungen und der Industrie ankommen.
- Vom Umweltgesichtspunkt aus können solche Abwässer nicht ohne eine gründliche Reinigung abgegeben werden. Die meisten gängigen Technologien wie Konzentration/Verbrennung, Naß-Luft-Oxidation, Biobehandlung u.s.w., haben deutliche Nachteile. Sie sind entweder wirtschaftlich nicht lebensfähig, erzeugen sekundäre Abfallprobleme oder erreichen nicht genügend geringe Restkonzentrationen für vom Umweltgesichtspunkt aus annehmbare Lösungen.
- Die Erfindung bietet eine Lösung für die obengenannten Probleme. Es kann auf eine Vielzahl von toxischen Bestandteilen in Abfallströmen angewendet werden, wie Halogenkohlenwasserstoffe, einschließlich chlor- und bromhaltige Verbindungen, Dioxine und Polychlorbiphenyle, Pestizide, Insektizide, (polycyclische) Aromate, Cyanide, (Glykol-)Ester, organische Säuren, Alkohole, Kohlenwasserstoffe u.s.w. ebenso wie Mikroorganismen.
- Das Verfahren gemäß der Erfindung kann sowohl in der Gasphase (flüchtige Bestandteile) als auch in der flüssigen Phase angewendet werden. In beiden Fällen nimmt man an, daß die aktiven Reagenzien oxidative Radikale sind, die von aktiviertem Ozon durch einen festen Katalysator, wahlweise auch durch Kurzwellen-UV-Strahlung abgeleitet sind.
- Wenn UV-Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 200 nm und vorzugsweise von 185 nm eingesetzt wird, kann Ozon ebenso auch aus einem sauerstoffhaltigen Gas erzeugt werden. Bei einer Wellenlänge oberhalb von 200 nm und genauer bei 245 nm aktiviert UV-Strahlung nur das Ozon, bildet aber kein zusätzliches Ozon.
- Gute Ergebnisse wurden mit Aktivkohle erzielt, das eine Oberfläche von 400-800 m²/g besitzt. In der Praxis sollte der feste Katalysator eine Oberfläche von mindestens 50 m²/g und ein Porenvolumen von mehr als 0,1 cm³/g besitzen.
- In der Gasphase spielen sich die Reaktionen sehr schnell ab (innerhalb weniger Sekunden bei Raumtemperatur). In der flüssigen Phase wird Ozon durch einen Diffusor oder ein Injektionssystem wie einer Venturidüse injiziert. Die Reaktion geht wesentlich langsamer als in der Gasphase vonstatten. Für viele Anwendungen ist eine Kombination einer Gasbehandlung und einer Flüssigphasenbehandlung vorteilhaft.
- Da die Reaktion bei Raumtemperatur hinreichend schnell vonstatten geht, sind normalerweise keine erhöhten Temperaturen nötig. Eine Behandlung bei erhöhten Temperaturen ist jedoch praktikabel und häufig vorzuziehen.
- Die Erfindung kann bei mehreren Arten von Anlagen durchgeführt werden, zum Beispiel im Parallelstrom (Flüssigkeit und Ozongas in die gleiche Richtung) oder im Gegenstrom in einem Strippturm.
- Eine Parallelstromanlage ist in Fig.1 dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus 1-10 Reaktoren in Reihe und wurde zum Reinigen des Grundwassers des Volgermeerpolders in den Niederlanden verwendet. Die Umwandlungsraten, die mit Ozon/UV in der flüssigen Phase und mit Ozon/Aktivkohle in der Gasphase erreicht wurden, sind in Tabelle 1 angegeben. Man erkennt, daß zum Beispiel ein toxischer Bestandteil wie Monochlorbenzol mit einer Effizienz von 99,99% abgebaut wird. Die Produkte waren hauptsächlich Wasser, Kohlendioxid und NaCl (nach Neutralisieren des gebildeten HCl). Tabelle 1 Grundwasserreinigung Volgermeerpolder Verunreinigung Einflußniveau (ppb) Ausflußniveau (ppb) Lokale Grenzwerte für die Abgabe in Oberflächenwasser (ppb) Monochlorbenzol Chlorphenole EOCl* Polycyclische Aromate Naphthalin Phenol Alkylphenole Benzol * EOCl = extrahierbare organische Chlorverbindungen
- Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann eine Reihe von toxischen Bestandteilen abgebaut werden. Die Vorrichtung besteht aus 1 bis 10 Reaktoren (100, 200, 300, ...), die Säulen sein können, die mit Aktivkohle dicht gefüllt sind. Die Reaktoren besitzen eine Zuleitung für verunreinigtes Wasser (101, 201, 301, ...) , einen Wasserabfluß (102, 202, 302, . . .) und einen Gasabfluß (103, 203, 303, ...). Weiterhin sind die Reaktoren (100, 200, 300, ...) mit einer Recycling-Zuleitung (104, 204, 304, ...) für ozonhaltige Flüssigkeit und einem Recycling-Abfluß (105, 205, 305, ...) für von Ozon befreiter Flüssigkeit ausgerüstet, wobei eine UV-Behandlungseinheit (106, 206, 306, ...) und/oder eine Ozonzuleitung (107, 207, 307, ...) zwischen der Recycling-Zuleitung (104, 204, 304, ...) und dem Recycling-Abfluß (105, 205, 305, ...) eingebaut sein können.
- Der Gasabfluß (103), der mit einer UV-Behandlungseinheit (108) verbunden ist, und/oder der Gasabfluß (109) der UV- Behandlungseinheit (108) werden einer Venturidüse (110) zugeführt, die in einer Flüssigkeits-Recyclingschleife (111) enthalten ist, die mit einem Reaktor (100) verbunden ist. In der Flüssigkeits-Recyclingschleife (111) kann eine elektromagnetische Wasserbehandlungseinrichtung (112) zum Entfernen von Metallen wie Eisen oder Calcium enthalten sein.
- Die Ozonversorgung (107, 207, 307, ...) kann vorteilhafterweise durch ein Injektionssystem wie einer Venturidüse (116, 216, 316, ...) bewirkt werden, das mit der Wasser-Recyclingschleife (104, 204, 304,...) verbunden ist.
- Als Ergebnis des intensiven Vermischens des Ozons (Gas) und des Wassers und ebenso als Ergebnis der Gegenwart der Recyclingschleifen finden sowohl in der Wasserphase als auch in der Gasphase Reaktionen statt. Nach der Ozonbehandlung werden die Restgase durch einen "Aktivfilter" (114) gereinigt, der einen festen Katalysator wie oben angegeben enthält. Wenn nötig, kann zusätzliches Ozon kurz vor der Katalysatorschicht zugesetzt werden.
- Die gereinigten Gase können in die Luft (121) abgegeben werden und das gereinigte Wasser kann im allgemeinen in das lokale Oberflächenwasser (122) abgegeben werden.
- Die Erfindung kann auch im Gegenstromverfahren angewendet werden. Die Vorrichtung (Fig. 2) umfaßt einen Strippturm (1) mit einer Zuleitung (2) für Gas und/oder eine gashaltige Flüssigkeit auf der unteren Seite und auf der oberen Seite sowohl eine Flüssigkeitszuleitung (3) als auch einen Gasabfluß (4), der mit einer UV-Behandlungseinheit (5, 6) und einer Ozonversorgungseinheit (7) verbunden ist. Der Abfluß der UV-Behandlungseinheit(en) (5, 6) ist mit einer Flüssigkeitszuleitung (2) einer Recyclingschleife (8) verbunden. Ein Strippturm ist besonders vorteilhaft, wenn die Mehrzahl der toxischen Bestandteile flüchtig ist und die schweren Bestandteile relativ leicht oxidiert werden können. In diesem Fall reicht ein einziger Strippturm aus; 2-5 Türme können jedoch ebenso verwendet werden. Die Gase (9), die den Turm verlassen, können toxische Restbestandteile enthalten. Diese können durch zusätzliches Ozon (11) in einem getrennten Reaktor (10) abgebaut werden, der einen festen Katalysator wie oben angegeben enthält. Auch bei dem Strippturm wird die Verwendung des Katalysators statt eines konventionellen Füllmaterials in den meisten Fällen vorzuziehen sein.
- Der in Fig. 2 beschriebene Strippturm wurde zum Reinigen eines industriellen Abfallstroms verwendet, der 7431 mg/l Dichlormethan enthielt. Es wurde gezeigt, daß durch Zusetzen von genügend Ätznatron zum Neutralisieren des gebildeten HCl und durch das Verwenden von Ozon/UV als Oxidationsnittel der Ausfluß nur 68 mg/l enthielt, so daß eine Konversion von 99,1% erreicht wurde. Bei der Verwendung von Aktivkohle und Siliciumdioxid als Katalysator in Verbindung mit Ozon wurde eine Konversion von 99,9% erreicht.
- Die Erfindung betrifft auch die Prozesse, die mit der obengenannten Vorrichtung wie in den Ansprüchen beschrieben durchgeführt werden.
Claims (10)
1. Verfahren für die Behandlung von Wasser, das mit
unerwünschten Bestandteilen wie
Halogenkohlenwasserstoffen verunreinigt ist, dadurch, daß das
verunreinigte Wasser oder die gasförmigen und/oder
flüssigen Bestandteile, die darin vorhanden sind
oder daraus entstehen, mit Ozon und einem festen
Katalysator, wahlweise in Verbindung mit einer
Behandlung durch UV-Strahlen, behandelt werden,
dadurch gekennzeichnet, dar
Aktivkohle als Katalysator verwendet wird, das
kontinuierlich mit Ozon regeneriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Katalysator
mit einer Oberfläche von mindestens 50 m²/g und
einem Porenvolumen von mindestens 0,1 cm³/g
verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Ozon
dadurch, daß ein sauerstoffhaltiges Gas einer UV-
Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 200
nm, insbesondere von ungefähr 185 nm ausgesetzt
wird, oder durch eine elektrische Entladung erzeugt
wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem
eine Vorrichtung verwendet wird, die einen oder
mehrere Reaktoren (100, 200, ...) umfaßt, die mit
einem festen Katalysator befüllt sind und die mit
einer Zuleitung für verunreinigtes Wasser (101,
201, ...), einem Wasserabfluß (102, 202, ...),
einem Gasabfluß (103, 203, ...), einer
Recycling-Zuleitung (104, 204, ...) für ozonhaltige
Flüssigkeit und einem Recycling-Abfluß (105, 205, ...) für
von Ozon befreiter Flüssigkeit ausgerüstet sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem eine
UV-Behandlungseinheit (106, 206 ...) und/oder eine
Ozonzuleitung (107, 207, ...) zwischen der Recycling-
Zuleitung (104, 204, ...) und dem Recycling-Abfluß
(105, 205, ...) vorgesehen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Ozonzuführung
(107, 207, ...) mit der Wasser-Recyclingschleife
(104, 204, ...) durch ein Injektionssystem wie
einer Venturidüse (116, 216, ...) verbunden ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem
der Abgas-Abfluß (103, ...), wahlweise über eine UV-
Behandlungseinheit (108) und/oder einen
Recyclinggas-Abfluß (109), mit einer Venturidüse (110)
verbunden ist, die Bestandteil einer Flüssigkeits-
Recyclingschleife (111) ist, wobei diese Schleife
mit einem Reaktor (100) verbunden ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem
der Gasabfluß (103, 203, ...) mit einem Aktivfilter
(114) verbunden ist, der einen festen Katalysator
mit einer Oberfläche von mindestens 50 m²/g und
einem Porenvolumen von über 0,1 cm³/g enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem
eine Vorrichtung verwendet wird, die einen
Strippturm (1) umfaßt, der eine Zuleitung (2) für Gas
und/oder eine ein Gas enthaltende Flüssigkeit auf
der Unterseite und auf der Oberseite sowohl eine
Zuleitung für die zu behandelnde Flüssigkeit (3) als
auch einen Gasabfluß (4), der mit einer
UV-Behandlungseinheit (5, 6) und mit einer
Ozonzuleitungseinheit (7) verbunden ist, aufweist, wobei der
Abflug der UV-Behandlungseinheit(en) (5, 6)
wahlweise mit der Zuleitung (2) des Strippturms (1)
verbunden ist und die Zuleitung (2) Teil einer
Recyclingstreife (8) sein kann.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ein fester
Katalysator in dem Strippturm (1) und/oder in einer
Einheit (10) zum Behandeln des restlichen Gasstroms
(9) enthalten ist, wobei diese Einheit mit einer
Ozonzuleitung (11) verbunden ist.
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