FI104712B - Förfarande för oxidering av avloppsvatten innehållande organiska ämnen - Google Patents

Description

104712 Förfarande för oxidering av avloppsvatten innehällande organiska ämnen -Menetelmä orgaanisia aineita sisältävän jäteveden hapettamiseksi 5 Föreliggande uppfmning avser ett förfarande för mineralisering genom oxidering under väsentligt övertryck av väsentligt alla organiska ämnen i en koncentrerad vätska erhällen genom indunstning av avloppsvatten.

Inom industriföretagen finns en allmän strävan att minska pä den industriella verk-samhetens miljöpäverkan. Denna päverkan sker dels genom utsläpp av kontamine-10 rade avloppsvatten till vattendrag, dels genom emission av förorenade gaser tili om-givande luft.

Avloppsvatten innehäller organisk substans vid lag koncentration ävensom oorga-niska joner, härstammande frän rämaterial eller frän kemikalier, som har tillförts processen. Det organiska materialet bildar sediment eller nedbryts i mottagande vat-15 tendrag, och förbrukar därvid i vattnet löst syre. En del av det organiska materialet upptas av levande organismer. Nägra av dessa ämnen kan lagras i organismemas vävnader och anrikas i näringskedjan. En del av dem är giftiga. Det oorganiska materialet bestär i huvudsak av lösta salter, som i stor mängd finns i de mottagande vattendragen. Ett sädant sait är natriumklorid, varav det t.ex. finns 3 kg per kubik- ~ 20 meter i Östersjön och över 30 kg per kubikmeter i världshaven. Bland detta oorga-niska material kan emellertid ocksä finnas läga halter av metalljoner, som anses ;‘i': skadliga. Dessa är framför allt vissa tungmetaller säsom zink, bly, koppar och kadmium.

« · » i - — .. — — * * Gaser frän förbränningsprocesser innehäller i regel höga halter av koldioxid samt ^ 25 ofta svavlets och kvävets oxider. Under senare tid har man fäst stor uppmärksamhet t • · · v : vid gasemas innehäll av vissa organiska pyrolysrester - säkallade polyaromatiska 1 kolväten. T.o.m. mycket läga koncentrationer av klorerat organiskt material i avgasema uppfattas som en miljörisk.

··· ........ .

• « » \ ' Avloppsvatten av ovan beskrivet slag uppstär i en mängfald olika processer, t.ex. z P | II _ v ' 30 inom livsmedelsindustrin, inom kemisk mdustn och inom träförädlingsindustrin. En z :: del av dessa vattenlösningar är sä koncentrerade och innehäller sä mycket värdefulla Ξ kemikalier, att de efler indunstning förbrännes för ätervinning av kemikaliema.

• · · ..

'. . Detta är som känt fallet med cellulosaindustrins kokeriavlutar. Däremot är avlutama z ’ · ': frän cellulosafabrikemas blekerier sä utspädda, att de inte för närvarande indunstas 2 104712 eller förbrännes, även om ett sädant förfaringssätt är känt bl.a. frän det finska patentet nr 85293, vars innehäll utgör en del av denna beskrivning.

Inom träförädlingsindustrin uppstar likartade avloppsvatten ocksa frän andra proces-ser, t.ex. vid avbarkning av ved, vid termomekanisk raffinering av ved för framställ-5 ning av TMP- eller CTMP-massa och vid kemisk uppslutning av halm eller andra ärligen skördade växtdelar säsom bagass och olika gräsarter.

Typiskt för dessa avloppsvatten är att de innehäller mindre än tio procent lost material - ofta mindre än en procent - och att viktandelen oorganiskt material i det lösta materialet ofta är mellan 10 och 50 procent.

10 Dessa avloppsvatten leds tili älvar, sjöar och hav. I länder med höga miljövärdskrav sker detta efter extern biologisk vattenrening i luftade dammar eller aktivslaman-läggningar. I dessa anläggningar kan det organiska materialet delvis men inte helt nedbrytas eller överföras till fast avskiljbart material. Det oorganiska lösta materialet - speciellt tungmetallema - förblir opäverkade. I princip kunde tungmetallema 15 avlägsnas ur avloppsvattnet medelst kemisk fallning, men da koncentrationema av organiskt material är mycket läga, blir utfällningen ofullständig och separeringen av utfällt material ur Stora vätskevolymer svär.

Numera finns kommersiellt tillgängliga indunstningsanläggningar, med vilka även Stora avloppsvattenströmmar kan koncentreras. Da avloppsvattnet innehäller salter , , . 20 med begränsad löslighet sker en kristallisation av saltema vid indunstning tili hög m torrsubstanshalt. Detta medför försmutsning av värmeytoma i indunstningsappara- tema, med nedsatt indunstningskapacitet som följd. Denna nedsmutsningstendens ····. blir naturligtvis starkare ju högre koncentration pä den indunstade lösningen man eftersträvar. Vid indunstningen uppdelas det behandlade avloppsvattnet i ett kon-25 densat och ett koncentrat. Kondensatet kan som sädant eller efter en viss tilläggs- • · · v : rening äteranvändas i processen. Koncentratet, som innehäller huvudparten av avloppsvattnets organiska material och sä gott som allt oorganiskt material, bör destrueras. Det bästa sättet är att genom fullständig oxidering överföra det organiska :**: materialet tili koldioxid och vattenänga samt att separera ut skadliga metaller ur den 30 oorganiska förbränningsrest som uppstär.

: ’ För speciellt problematiska koncentrat finns incinereringsanläggningar. Kommer- siellä dylika anläggningar finns i mänga länder, t.ex. Ekokem Oy i Finland. Endel \ . industriföretag har egna incinereringsanläggningar för sinä problemavfall. Karakte- " · ' ristiskt för dessa är att de arbetar vid atmosfärtryck och använder luft vid förbrän- a 3 104712 ningen. För att uppnä en fullständig förbränning av det organiska materialet krävs en förbränningstemperatur över 800 °C ooh en uppehallstid i brännkammaren, som ofta är flera sekunder. Med askrika vattenlösningar - även om de indunstats tili hög torr-substanshalt - kan den höga förbränningstemperaturen uppnäs endast med tillförsel 5 av extra bränsle. Dylika incinereringsugnar marknadsförs av bl.a. Ahlström-bolagen och av John Zink Company Ltd.

Luft innehäller endast ca 21 vol.-% syre, medan äterstoden i huvudsak är inert kväve som utgör en ballast vid förbränningen. Det ätgär en ansenlig mängd energi tili att höja temperaturen hos denna ballast till över 800 °C. Detta är den huvudsakliga e 10 orsaken tili att ugnama behöver fossilt bränsle, t.ex. naturgas eller brännolja, för att uppnä och upprätthälla brännkammartemperaturen. Detta bränsle kräver naturligtvis = ocksä förbränningslufit, med ytterligare ökning av mängden inert kväve som mäste Ξ ledas genom förbränningskammaren och den efterföljande bränngaskanalen.

Gas vid hög temperatur och atmosfärstryck har stor volym per viktenhet. Detta leder 15 tili att brännkammaren blir mycket stor och att även de anordningar, som behövs för att rena och transportera gasen ut ur ugnama, blir volymmässigt mycket Stora och dyra. Detta har utgjort ett hinder för att i större utsträckning omhänderta process-industrins avloppsvatten medelst indunstning och förbränning. -

Det är allmänt känt att volymen hos en gas vid given temperatur minskar vid ökning 20 av trycket. Detta faktum utnyttjas t.ex. i de förgasare, som beskrivs i publikationema WO-93/02249 och WO-93/09205. Dessa avser emellertid förfaranden for förgas- : : :': ning av organiskt material under reducerande förhällanden och inte en fullständig .:. oxidering av detta material.

♦ · · · ·····.. ^ * ' Andamälet med föreliggande uppfinning är sälunda att ästadkomma ett förfarande 25 för rening av avloppsvatten genom koncentrering och fullständig oxidering av vä- • · · Γ7 v : sentligen allt organiskt material till koldioxid och vattenänga, samtidigt som alla skadliga metaller enkelt kan separeras ur den uppstäende oorganiska förbrännings- " resten. Detta utförs med anläggningar som är väsentligt mindre och fördelaktigare f ; ; än de anläggningar som är i bruk för närvarande.

:,: 1 30 Uppfinningens huvudsakliga kännetecken firamgär av bifogade patentkrav.

Enligt uppfinningen utförs säledes följande steg under ett väsentligt övertryck: 4 4 4 4 4

\v: (a) en charge av avloppsvattenkoncentratet, som upphettats tili en temperatur ca I

10°C under vattnets kokpunkt under nämnda övertryck eller tili en högre temperatur, 2 4 104712 oxideras väsentligen fullständigt vid en temperatur pä minst 800 °C med en gas innehällande minst 60 volym-% syre, vilket leder tili en suspension av het gas och smält slagg; (b) den smälta slaggen separeras frän den heta gasen och upplöses i vatien; och 5 (c) den separerade heta gasen nedkyls tili en temperatur under 250 °C med en vattenhaltig vätska som är väsentligt fri frän organiskt material och avlägsnas sedan.

I detta sammanhang avser man med termema: 10 "slagg", den oorganiska äterstoden efter fullständig oxidering av den upphettade koncentrerade vätskan, "smält slagg", slagg av vilken största delen är i vätskefas, "saltlösning", en lösning som bildas da slaggen löses i vatien, 15 "fast äterstod", den olösliga delen av slaggen da den är löst i vatten, "kylvätska", vatten eller vatten som innehaller endast oorganiska salter.

Den koncentrerade avloppsvätskan som oxideras i steg (a) har alltsä upphettats tili en temperatur som i stort sett motsvarar vattnets kokpunkt under övertrycket i detta steg 20 (a). Dess temperatur kan dock vara ca 10 °C lägre än nämnda kokpunkt, men är för- delaktigen högre, t.ex. i stort sett likamed vattnets kokpunkt vid nämnda övertryck.

• · · ’, Enligt föreliggande uppfinning utförs sälunda oxideringen av den upphettade kon- ’ . centrerade vätskan med en trycksatt gas som innehaller minst 60 volym-% syre, • · :. 25 företrädesvis ren syre, och oxideringen utförs under väsentligt övertryck och sälunda i volymmässigt smä anläggningar.

• · · • · · « « · • · · I en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning utförs förfarandet under ett övertryck pä minst 100 kPa, företrädesvis mellan ca 900 och ca 1100 kPa. Det är 30 väsentligt att oxideringen utförs med en tryckgas som innehäller ett överskott av syre i förhällande tili den mängd som teoretiskt behövs för att fullständigt oxidera allt organiskt material i slutkoncentratet. Den föredragna syrehalten hos den tryck-satta gasen är närä 100 volym-%, men den trycksatta gasen kan vara kontaminerad • · av andra gaser, exempelvis kväve, kolmonoxid eller koldioxid. Halten av organiskt ·.. 35 material i det tillförda koncentratet väljs sä, att dä den upphettats tili den temperatur : : som krävs för oxideringen i steg (a) är det möjligt att upprätthälla en tillräcklig reak- 5 104712 tionstemperatur, minst 800 °C, företrädesvis 1000 °C, i reaktionskärlet. Vid derma temperatur befinner sig slaggen i smält tillständ.

Enligt föreliggande uppfinning separeras den smälta slaggen frän gasen innan denna 5 bringas i kontakt med en vattenhaltig nedkylningsvätska. Den smälta slaggen separeras fördelaktigt frän de heta gasema med tyngdkraften och/eller centrifugalkraft, varefter den smälta slaggen kontaktas med vatten. Tungmetaller som ingär i slaggen i bildar olösliga salter, huvudsakligen karbonater, som kan avskiljas frän saltlösning-en som uppstär dä slaggen bringas i kontakt med vatten.

10 Enligt en föredragen utföringsform av nppfinningen later man den separerade smäl-tan rinna genom en konstruktion, säsom en träng passage, ned i en omrörd upplös-ningstank, som tillförs vatten i en sädan mängd att därav genererad änga förhindrar att heta gaser när upplösningstanken genom nämnda passage.

Uppfinningen beskrivs härefter närmare med hänvisning tili bifogade ritning. Rit-15 ningen illustrerar en schematisk sidobild av en anordning speciellt lämplig för ut-övande av förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

T figuren betecknar hänvisningssifffan 1 ett reaktorkärl, i vilket det rader ett över-tryck pä minst 100 kPa, företrädesvis ca 1000 kPa. Reaktorkärlet är inneslutet i ett tryckkärl 2, i vilket det upprätthalls ett ungefär lika stort tryck som inne i själva 20 reaktorkärlet 1. över reaktorkärlets 1 vägg räder salunda ingen väsentlig tryckskill-nad. I reaktorkärlet 1 firms en brännare 3, tili vilken via rörledningen 12 pumpas det upphettade koncentrat som skall oxideras. Med kompressom och därtill hörande • t · ' . rörledning 13 tillförs syrgas tili brännaren 3. Om syrgasen är tillräckligt trycksatt i sin behällare, behövs inte kompressom. Syrgasen kan vara kontaminerad med andra 25 gaser, t.ex. kväve, varvid syrehalten i gasen är minst 60 vol.-%.

• · • • · · r- I reaktorkärlet 1 upprätthälles en temperatur pä minst 800 °C, företrädesvis ca ; m 1000 °C, sä att allt organiskt material oxideras och alla oorganiska ämnen smälter och bildar slagg. En del smälta slaggpartikiar träffar reaktorväggen och rinner längs

« III

fI..f denna nedät. Den av lämplig metall tillverkade reaktom 1 kan vara invändigt för- • · · 30 sedd med eldfast muming. Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande upp-

• I

, ‘ : finning är reaktom inte invändigt försedd med eldfast muming, utan reaktorväggen -" ί nedkyls effektivt med vatten, sä att slaggen fastnar pä väggen och bildar ett stelnat .--. skikt, vilket minskar värmeöverföring genom väggen och skyddar metallen mot .!'! korrosion.

t · « t • · 6 104712

Vattnet i tryckkärlet 2 indunstas delvis. Blandningen av varten och änga leds till en ängcy Under 34 genom kanalen 35. I denna cylinder separeras ängan frän vattnet, som leds tillbaka till tryckkärlet 2 via kanalen 36.

Det är inte möjligt att upprätthälla en stabil, kontinuerlig reaktion i reaktionskärlet 1 5 ifall inte tillförseln av koncentrat upphettas till en temperatur närä vattnets kokpunkt under reaktionskärlets tryck. Därför upphettas tillförseln av koncentratet till en temperatur högst 10 °C under vattnets kokpunkt under reaktionskärlets tryck. Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning sker detta i tvä steg, först indi-rekt i en änguppväiTnd värmeväxlare 30 och sedan med direkt änga i en trycksatt 10 behällare 31. För att erhälla en stor kontaktyta mellan den inkommande vätskan och ängan förs vätskan genom en fmfördelande dysa 32 i behällaren 31 ovanför vätske-ytan i denna behällare. Vätskan pumpas genom rörledningen 33. Anordningama är företrädesvis sä konstruerade, att en stor andel av upphettningen sker i värmeväxla-ren, frän vilken kondensatet tas ut via röret 37 och inte uppblandas med det upphet-15 tade koncentratet.

Änga tili anordningama 30 och 31 förs frän cylindem 34 via ledningen 39. Mängden änga uppbalanseras med änga utifrän via ledningen 38, eller om det finns ett över-skott av änga, genom att ta ut den via ledningen 40.

Eftersom reaktorkärlets vägg inte skall motstä Stora tryckskillnader kan den utfor-20 mas tämligen fritt. Dess nedre del kan utföras med en hals 4, genom vilken gasen : V: och den smälta slaggen strömmar. Genom lämplig utformning av reaktoms nedre del : : ; fäs slaggen att i huvudsak rinna längs väggen och sälunda separerad ur gasen. Tili . följd av den Stora densitetsskillnaden mellan slagg och gas kan droppar av smält slagg suspenderade i gasen separeras genom att ändra gasens strömningsriktning, • · # 25 t.ex. genom att gasen bringas att strömma genom en uppätriktad kanal 5, medan I t * slaggen rinner genom en nedätriktad kanal 6 under tyngdkraften. Kanalen 6 leder tili *’ * upplösningstanken 14. Dä det finns en öppen passage mellan reaktionskärlet 1 och upplösningstanken 14, räder det samma tryck i behällama.

• · · I · f • · «

Gasen och slaggen separeras vid en temperatur som inte väsentligt skiljer sig frän .· . 30 reaktionstemperaturen inne i reaktom 1. Den heta gasen leds tili en kontaktapparat

* · I

’· 7, där gasen snabbt nedkyls med en kylvätska. I en utföringsform av föreliggande * ‘ uppfinning inspmtas kylvätskan i apparaten 7 med en dysa 8. I kontaktapparaten 7 sker en intensiv omblandning av gas och kylvätska, och gasen nedkyls tili en tem- • · peratur närä vattnets kokpunkt under kontaktapparatens tryck, som är nästan det 1 samma som trycket i reaktionskärlet. Saltängoma i den heta gasen fangas tili en stor 7 104712 del upp i kylvätskan. En del av den energi som fiigjorts vid gaskylningen förängar varten frän kylvätskan. Denna änga förenar sig med den nu nedkylda gasen.

Kylvätskan separeras frän gasen i anordningen 9, varifrän kylvätskan ätercirkuleras 8 tili kontaktapparaten 7. Ersättningsvatten tillförs kylvätskan via ledningen 10. pH-5 värdet hos kylvätskan kan altemativt höjas genom art tillsätta alkali i ersättnings-vattnet.

Den smälta slaggen rinner genom kanalen 6 ned i ett tryckkärl 14, tili vilket det tillförs varten via ledningen 15. Vattnet i kärlet 14 sätts i kraftig rörelse, t.ex. med en propelleromrörare 16 i kärlet 14. Mängden tillfört varten och dess temperatur avio passas sä, art en viss mängd änga frigörs dä slaggen kyls och löser sig i saltlösningen 11 i kärlet 14. Ängan strömmar upp genom kanalen 6 och hindrar het gas art ström-ma ner i kärlet 14. Denna ängström förenar sig med den heta gasen i kanalen 5. Pä detta sätt kommer temperaturen i kärlet 14 inte art överstiga temperaturen hos den frän saltlösningen 11 frigjorda mättade ängan, vilket underlättar materialvalet för 15 tryckkärlet 14.

För art balansera salthalten och volymen av vätskan i kärlet 14 tas en Ström saltlös-ning ut genom rörledningen 17. Saltlösningen innehäller en del svärlösligt material.

I regel är saltlösningen alkalisk, emedan en del anjoniskt organiskt material oxide-rats bort och motsvarande katjoner i slaggen reagerat med koldioxid i gasen och 20 bildat karbonater. Ifall sä inte är fallet kan man föra in t.ex. natriumkarbonat eller . , . natriumsulfid med inkommande varten via ledning 15. Tungmetaller i slaggen bildar : , ,', svärlösliga karbonater och sulfider, en fast äterstod. Dessa fas sälunda ut i fast fas ur ' . saltlösningen. Detta sker t.ex. i ett filter 18 eller en centrifug. Vid behov kan sait- = ·***. lösningen nedkylas innan den fasta fasen separeras. Den frän fast äterstod befriade ; ···· ... ______ ______: .....- 25 saltlösningen kommer dä ut som strömmen 19, medan den fasta äterstoden 20 tas ut » · · _ ’ ·! ·' separat för vidare behandling.

• · ............. 1 » 9 · ..... _ • -

Den kylda avgasen, som kommer ut ur apparaten 9 genom rörledningen 23, bestär i huvudsak av koldioxid och vattenänga. Dessutom innehäller den en viss mängd syre, • I « “

#·;·. som behövts för art upprätthälla oxiderande miljö i alla delar av apparaturen. Gasen I

• · · _ 30 i ledningen 23 innehäller ocksä en viss mängd droppar av koncentrat, ifall gas/väts- . kesepareringen i apparaten 9 inte är fullständig.

Vattenängan i avgasen i rörledning 23 härrör dels frän vatteninnehället i slutkon-« » 1 “ : ‘' centratet som tillförs brännaren 3, dels frän reaktionen mellan det organiska materia- : » · · n « · « _ 8 104712 lets väte och syre, dels frän tiyckkärlet 14. Vidare tillförs avgasen vattenänga vid indunstningen av kylvätska 8 i kontaktapparaten 7.

Genom att kyla avgasen kan huvudparten av vattenängan kondenseras och tas ut i vätskeform. Detta renar gasen, emedan medryckta koncentratdroppar separeras ut 5 med kondensatet. Samtidigt minskar avgasens volym väsentligt. I figuren illustreras kondensationen av avgasens vattenänginnehäll med värmeväxlama 21 och 22, till vilka avgasen leds genom rörledningen 23. Kalit vatten pumpas via ledningen genom värmeväxlaren 22 och sedan via rörledningen 24 till värmeväxlaren 21, var-vid med fördel den visade motströmskopplingen tillämpas. Vattnet värms och för-10 ängas i värmeväxlama och kommer ut som lägtrycksänga genom rörledningen 25. Det eventuellt svagt kontaminerade kondensatet tas ut genom rörledningen 26. Dess kvalitet avgör om det kan användas som processvatten eller om det skall förenas med det avloppsvatten, frän vilket koncentratet härrör, och äterföras till den här be-skrivna anläggningen.

15 Frän värmeväxlaren 22 uttas den nedkylda avgasen genom rörledningen 27. Den har nu koldioxid som huvudkomponent. Därtill innehäller den syreöverskottet och eventuellt spär av organiska fororeningar. Gasens volym är liten, emedan den foit-farande är under övertryck och den nu är nedkyld. Vid behov kan den ännu ledas genom en adsorptionsapparat 28, t.ex. genom en patron med aktivt kol, innan den 20 antingen används som ren koldioxid pä annat ställe i processen eller leds ut i atmosfä-ren genom en tryckreduceringsventil och utloppet 29.

Exempel

En föredragen tillämpning av uppfmningen visas med följande exempel. I samband *: : med exemplet skall uppfinningens fördelar i jämförelse med dagens teknik pävisas.

: 25 • · · ;*·*; En cellulosafabrik, som producerar 1000 ton blekt massa av barrved per dygn kan anses vara typisk för modem cellulosaindustri. Vid blekningen använder fabriken klordioxid och natronlut som blekkemikalier. Vid blekningsprocessen utlöses ca • · · 20 kg organisk substans per producerad ton massa och samtidigt utlöses ur massan 30 rester av blekkemikaliema, ytterligare 20 kg salter per ton massa. Huvudparten av saltet är natriumklorid. En del natrium är bundet till organiska syror, som bildats vid blekprocessen. Dessa substanser hamnar i blekeriets avloppsvatten, för vilken en . · * ·. kemisk syreförbrukning (COD) pä 22 kg per massaten är typisk.

• ·

« · I

9 9 9 9 9 104712 För att fullständigt oxidera allt organiskt material - inklusive klorerat organiskt material - bör oxideringen ske med syreöverskott vid en temperatur pä ca 1000 °C.

Med föreliggande uppfinning kan detta ske pä följande sätt: 5 Den tillförda vätskan förutsätts vara förindunstad sä att den innehäller ca 45 % torr-substans. Den upphettas sedan i apparatema 30 och 31 tili en temperatur pä 180 °C.

Trycket i reaktionskärlet är 10 bar. Denna temperatur och torrämneshalt, varav hälften utgörs av oxiderbart organiskt material, är tillräckliga för att en reaktions-temperatur i reaktorkärlet vid 1000 °C skall räda, dä oxideringen sker med rent syre.

10 Ett syreöverskott pä 3 % antas användas i reaktom.

För oxideringen tillförs reaktom 0,253 kg/s syrgas 13 för att erhälla en i princip fullständig oxidering. Av reaktionsproduktema blir 0,258 kg/s som oorganisk smälta och 1,090 kg/s kommer ut som gas bestäende av koldioxid, vattenänga och restsyre.

Vid 1000 °C och 10 bar övertryck är volymflödet gas 0,515 m^/s genom reaktorut-15 loppet. Med en gashastighet av 10 m/s är sälunda strömningstvärarean 5,15 dm^, motsvarande ett rör med inre diametem ca 250 mm.

Flödet av smälta genom reaktorutloppet 4 är ca 0,215 dm^/s. Vid en strömningshas-tighet av 1 m/s upptar smältan strömningstvärarean ca 0,02 dm^, vilket sälunda är under 1 % av gasens strömningsstvärarea. Gasens densitet är i detta tillständ ca 20 2,11 kg/m3, medan den flytande slaggens densitet är ca 1200 kg/m^. En separering av slaggen frän gasen är därför lätt att ästadkomma.

Ifall en saltkoncentration av ca 35 % upprätthälles i upplösningstanken 14 behöver ',:, 0,92 kg/s vatten tillföras genom rörledningen 15. Av det tillförda vattnet förängas ca k 0,17 kg/s dä den heta slaggen kyls och löses i vattnet. Vid övertrycket 10 bar far ’ 25 ängan temperaturen ca 180 °C och ängans volymström blir 0,038 m^/s. Väljes inre « · · diametem pä haisen 6 lika med 100 mm blir ängans strömningshastighet uppät i ' haisen ca 5 m/s, vilket räcker för att hindra att het gas hamnar i kärlet 14. Dimensio- neras upplösningstanken 14 för en 15 min. uppehällstid, krävs en saltlösningsvolym - v : pä ca 0,7 m-* i tanken.

• · · • · · • · · 30 Efter direktindunstningen i apparaten 9 innehäller avgasen tili värmeväxlaren 21 ca . ' 0,355 kg/s koldioxid, 0,0075 kg/s syrgas och 1,151 kg/s vattenänga. Den totala :’ volymströmmen gas vid övertrycket 10 bar och temperaturen 180 °C är 0,272 m-Vs.

;·. Väljes inre diametem pä rörledningen som 200 mm fas gasens strömningshastighet : ca 8,5 m/s. Ängtrycket i gasen är högt, ca 886 kPa, vilket gör det möjligt att kon- 35 densera bort en väsentlig del av vattenängan ur avgasen 23. Kyles gasen tili 100 °C i 10 104712 värmeväxlaren 21, kondenseras över 98 % av ängan och avgasen är därefter totalt ca 0,380 kg/s. Avgasströmmen 23 vid 10 bars övertryck är ca 20 dm^/s, och kan trans-porteras genom en rörledning med en inre diameter pä 80 mm.

5 Som jämförelse och för att framhälla uppfmningens fördelar framom teknikens ständpunkt, utförs samma kalkyl för det fall att indunstat avloppsvatten frän samma antagna blekeri förbränns pä konventionellt sätt.

Enligt konventionell teknik skulle koncentratet destrueras i en atmosfärisk incine-10 rator med luft som syrekälla. Det är sannolikt att avloppsvattnet skulle indunstas tili en torrsubstanshalt över 45 %, som enligt ovan anförda exempel skulle vara behöv-ligt enligt föreliggande uppfinning. Här antas som ett exempel, att koncentratet indunstas tili en torrhalt av 50 % innan det pumpas tili incineratom. En förbrännings-temperatur pa 1000 °C kräver stödbränsle i incineratom. Pä grand av kväveballasten 15 i förbränningsluften behövs det ca 0,6 kg olja per kg torrsubstans koncentrat. Dä gasema är vid atmosfartryck kan inte vattenänga kondenseras ut ur avgasen vid en temperatur över 100 °C och sälunda användas för att producera tiyckänga. Ifall inte Stora mängder lägvärdigt varmvatten produceras kommer ali vattenänga att ledas ut med avgasema. 1 följande tabell har detta antagits vara fallet.

20 I tabellen har samlats jämförande data för en oxidering av koncentratet enligt föreliggande uppfinning och enligt dagens teknik. Siffroma hänför sig tili det i exemplet beskrivna blekeriet vid en cellulosafabrik.

Jämförelse av uppfinningen med teknikens ständpunkt ***'. Uppfinningen Teknikens ständpunkt • · ; f; 25 Torrsubstans in % 45,0 50,0

Syreförbrukning kg/h 912 ’·* ' Oljeförbrukning kg/h - 995

Reaktortemperatur °C 1000 1000

Upphällstid i reakt. s 2 2 30 Reaktorvolym m3 1,0 23,2 *\ ’ Avgastemperatur °C 100 100 :‘: Avgasvolym ut m3/h 72 25 400

Man firmer att föreliggande uppfinning gör det möjligt att oxidera koncentratet vid \ ’* 35 den behövliga temperaturen 1000 °C i reaktionskärlet med en lägre torrsubstanshalt • · * ' · ‘: i det tillförda koncentratet. I detta exempel enligt uppfinningen utförs oxideringen 11 104712 med ren syrgas. Den nya tekniken kräver inte heller nägot stödbränsle, vilket kon-ventionell teknik gör. Man finner att mängden syrgas i den nya tekniken och mängden brännolja i konventionell teknik är ungefar lika Stora. Da syrgasens pris per kg är ungefar hälften av brännoljans pris, kommer den nya tekniken att medfora 5 väsentligt reducerade driftkostnaderjämfbrtmedkonventionellametoder.

Föreliggande uppfinning leder till en väsentligt mindre anläggningsvolym, vilket framgär vid jämförelse av reaktorvolymema. Enligt föreliggande uppfinning behövs en reaktorvolym, som är under 5 % av brännkammarvolymen i konventionella inci-10 neratorer med motsvarande konstruktionsvärden. Även skillnaden mellan avgasvoly-mema är stor, vilket äterspeglas i storleken pä och kostnadema för apparaturen för transport och rening av avgaser.

t I I

I t · I I 1 I 1 » • t · · • — t · • · · • · · ···

Ml « · · ......

• · • t · • · · • · · • · · .....

I « · • · · I ......"

Claims (13)

12 104712

1. Förfarande för väsentligen fullständig oxidering av ett avloppsvattenkoncentrat (33) innehallande oxiderbara organiska ämnen, kännetecknat av att det omfattar följande steg som utförs under väsentligt övertiyck: 5 (a) en charge (12) av koncentratet (33), som upphettats (30, 31) tili en temperatur högst 10 °C under vattnets kokpunkt under nämnda övertryck, oxideras (1) väsentligt fullständigt vid en temperatur pä minst 800 °C med en gas (13) innehallande minst 60 volym-% syrgas, vilket leder tili en suspension (4) av het gas och smält 10 slagg; (b) den smälta slaggen separeras frän den heta gasen (5) och loses i vatten (15); och 15 (c) den separerade heta gasen (5) nedkyls (7) tili en temperatur under 250 °C med en vattenhaltig vätska (8) som är väsentligt fri frän organiskt material och avlägsnas (23) sedan.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det utförs under ett över-20 tryck pä minst 100 kPa, företrädesvis 900-1100 kPa.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att det omfattar oxide- :: ' ringen med en gas (13) innehällande en mängd syre som teoretiskt räcker för att < I < v fullständigt oxidera allt organiskt material i koncentratet (33) tili koldioxid och ..:i' 25 vatten.

• · : 4. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att • · · det omfattar separering av den smälta slaggen frän den heta gasen (5) med tyngd-kraften och/eller centrifugalkraft. 30 • · · i · »

5. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att • \ * den separerade smälta slaggen styrs att strömma genom en träng passage (6) ned i en • \> ' omrörd (16) zon (14) som tillförs vatten (15) i en sadan mängd att tillräckligt änga alstras, dä den smälta slaggen nedkyls med vatten (15), för att förhindra att en 35 väsentlig mängd av heta gaser (5) kommer in genom den tränga passagen (6). • « · Λ • · I3 104712

6. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att det omfattar tillsats av karbonatjoner i vattnet (15) som tillförs zonen (14) för att bilda olösliga metallkarbonater av de metaller som ingär i den smälta slaggen.

7. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att 5 det omfattar tillsats av sulfidjoner i vattnet (15) som tillförs zonen (14) för att bilda olösliga sulfider av de metaller som ingär i den smälta slaggen.

8. Förfarande enligt patentkrav 6 eller 7, kännetecknat av att en fast äterstod (20), innehällande de olösliga karbonatema och/eller sulfidema, separeras frän salt- 10 lösningen (11) som bildas av slaggen och vattnet (15) genom filtrering (18) eller centrifugalkraft.

9. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att den vattenhaltiga kylväts-kan (8) har ett pH över 7. 15

10. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att den nedkylda och separerade gasen (23) ytterligare nedkyls (21, 22) indirekt tili en temperatur företrädesvis under 100 °C för att kondensera vattenänga i den och alstra en avgas (27) med väsentligt minskad volym. 20

11. Förfarande enligt patentkrav 10, kännetecknat av att nedkylningen utförs med kokande vatten (24), varvid produceras änga (25) som avlägsnas.

12. Förfarande enligt patentkrav 10 eller 11, kännetecknat av att avgasen (27) ···'·, 25 efter nedkylning (21, 22) förs genom ett adsorptionsmedium (28), företrädesvis aktiverat koi, för att avlägsna eventuella spär av organiskt material. I I I __ _ I I I

• · « • < < : 13. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att syrgasen (13) som an- vänds för oxideringen i steg (a) kommer som en restgas frän nägon annan del av ’ :T: 30 processen, t.ex. frän ett ozonsteg i cellulosafabrikens blekeri. • * · • · · I · « * I « f • ♦ 14 104712