NL9001118A - Werkwijze en inrichting voor het zuiveren van stromen, die organische en/of anorganische verontreinigingen bevatten. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het zuiveren van stromen, die organische en/of anorganische verontreinigingen bevatten.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het zuiveren van stromen, die organische en/of anorganische verontreinigingen bevatten, waarbij men de te behandelen stroom brengt in een water bevattende reactiezone, waaraan men elektrische stroom toevoert.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit Schmal, D., J. Van Erkel & P.J. van Duin "Electrochemical Reduction of Halogenated Compounds in Process Waste Water", Electrochemical Engineering, The Institution of Chemical Engineers Symposium Series No. 98, april 1986. Hierbij wordt afvalwater, dat gechloreerde organische verbindingen bevat, elektrochemisch behandeld in een reactor, waarin een platina bevattende titaan-anode en een kathode van geweven koolstofvezels aanwezig zijn. Tijdens de reactie worden de chlooratomen van de gehalogeneerde organische verbindingen vervangen door waterstofatomen, waardoor de toxiciteit afneemt en de kans op biologische afbreekbaarheid toeneemt. De elektrochemische behandeling is alleen geschikt voor het behandelen van waterige oplossingen van polaire of ionogene halogeen bevattende organische verbindingen. Verder kunnen geen oplossingen met een groot gehalte aan vaste stoffen worden behandeld. Voorts is de toepassing van de werkwijze beperkt tot oplossingen die maximaal 1 g/1 gechloreerde organische verbindingen bevatten.

Verder zijn uit de stand van de techniek diverse andere werkwijzen bekend om schadelijke stoffen zoals humuszuren, koolwaterstoffen, gechloreerde koolwaterstoffen, polycyclische aromaten, PCB’s, dioxinen, insekticiden, pesticiden en dergelijke te oxideren. De veel gebruikte methode is de biologische behandeling met micro-organismen. Een nadeel van deze methode is dat als een nevenprodukt waterzuiveringsslib ontstaat, dat moet worden afgevoerd. Verder is de afbraak langzaam en zijn derhalve grote reactoren vereist. De bekende installaties zijn sterk storingsgevoelig in verband met de variaties in de concentraties. Bovendien kunnen micro-organismen worden gedood door giftige stoffen, die zich in het te behandelen afvalwater bevinden.

Een andere bekende methode betreft de zogenaamde "wet oxidation" met zuurstof (lucht) bij hoge temperatuur, bijvoorbeeld 200-400°C, en hoge druk, bijvoorbeeld 50-250 atmosfeer. Deze methode is in het algemeen te duur om in de praktijk toe te passen.

De uitvinding heeft ten doel een werkwijze te verschaffen voor het verwijderen van zowel organische als anorganische verontreinigingen uit afvalstromen, die efficiënter is dan de bovenbeschreven bekende werkwijze. Dit houdt in, dat beoogd wordt een werkwijze te verschaffen, waarmee niet alleen organische halogeenverbindingen kunnen worden afgebroken maar eveneens andere, in milieutechnisch opzicht ongewenste stoffen. Een doelmatige, d.w.z. snelle en goedkope zuivering van stromen, die organische en/of anorganische verontreinigingen bevatten, wordt volgens de onderhavige uitvinding bereikt, doordat men in de reactie-zone, waaraan elektrische stroom wordt toegevoerd, niet alleen de om te zetten uitgangsmaterialen brengt, maar tevens een uitgangsmateriaal, dat onder invloed van de toegevoerde elektrische stroom radikalen levert, die met de ongewenste uitgangsmaterialen reageren.

De uitvinding heeft derhalve betrekking op een werkwijze voor het zuiveren van stromen, die organische en/of anorganische verontreinigingen bevatten, waarbij men de te behandelen stroom brengt in een water bevattende reactiezone, waaraan men via één of meer elektroden elektrische stroom toevoert, onder gelijktijdige toevoer van tenminste één uitgangsmateriaal U, dat onder invloed van de toegevoerde elektrische stroom radikalen levert, die met de verontreinigingen reageren.

De uitvinding is in het bijzonder geschikt voor de verwerking van afvalstromen zoals industrieel afvalwater of verontreinigd water, dat in aanraking is geweest met huishoudelijk en/of industrieel afval, dat zich op een stortplaats bevindt. Het gaat hierbij bijvoorbeeld om stort-terreinen, waarbinnen een vrije uitwisseling mogelijk is tussen de drie voornaamste waterbewegingen, nl. die van grond-, oppervlakte- en hemelwater. In het algemeen kunnen de schadelijke stoffen met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding door oxidatie/reduktie tot onschadelijke stoffen worden afgebroken.

De werkwijze volgens de uitvinding kan eveneens worden toegepast om in waterige slurries de gifstoffen, die bijvoorbeeld aan zand- of kleideeltjes geadsorbeerd zijn, af te breken. Bij dergelijke slurries kan het bijvoorbeeld gaan om zogenaamd baggerslib.

Het uitgangsmateriaal U, waaruit volgens de uitvinding elektrochemische radikalen worden geproduceerd, wordt bij voorkeur via of in de onmiddellijke nabijheid van een of meer elektroden aan de reactiezone toegevoerd. Gebleken is dat bij deze wijze van werken zeer reactieve radikalen ontstaan, die bijvoorbeeld afsplitsing van chlooratomen van gechloreerde waterstoffen teweegbrengen, waarbij het koolstofskelet van de omgezette stoffen intact kan blijven.

Het via de elektrode toevoeren van de stof U vindt bij voorkeur plaats met toepassing van een poreuze elektrode. Als elektrodemateriaal kan daarbij koolstof of een keramisch materiaal worden gekozen. Overigens kan de elektrode een materiaal bevatten, dat een katalytische werking uitoefent op de beoogde elektrochemische omzettingen. Voorbeelden van geschikte en relatief goedkope elektrodematerialen zijn ijzer en koper.

Het is eveneens mogelijk de reactorwand als één van de elektroden te gebruiken.

Als stof U zal men bij voorkeur goedkope materialen kiezen, die onder invloed van elektrische stroom reactieve radikalen produceren. Voorbeelden van geschikte stoffen zijn methaan, koolmonoxide, waterstof, ammoniak, zuurstof, ozon en waterstofperoxide. De stof U wordt in het bijzonder gasvormig toegevoerd, bijvoorbeeld als zuurstof in zuivere vorm of in de vorm van een mengsel zoals lucht dan wel ozon, waterstof of NH3. ook kunnen bijvoorbeeld lagere koolwaterstoffen zoals methaan worden toegepast. Het is echter ook mogelijk, de stof U vloeibaar toe te voeren, bijvoorbeeld als een oplossing van waterstofperoxide.

De effektiviteit van de werkwijze kan worden verhoogd door in het reactiesysteem een katalysator op te nemen. Zoals reeds is vermeld kunnen aan het elektrodemateriaal katalytische materialen, bijvoorbeeld overgangsmetalen zoals molybdeen, ijzer, kobalt of koper of verbindingen van deze metalen worden opgenomen. Het is echter ook mogelijk katalysatoren als zodanig aan de water bevattende reactiezone toe te voeren.

De verblijftijd in de reactor kan worden verkort door hogere temperaturen toe te passen. Hoewel de temperatuur voor het principe van de onderhavige werkwijze geen strikt kritische faktor is, zal deze in de praktijk liggen tussen 2 en 250°C, bij voorkeur tussen 10 en 95°C. Het is mogelijk de werkwijze volgens de uitvinding onder druk uit te voeren, bijvoorbeeld onder een overdruk van I-30 atmosfeer.

Het is een belangrijk voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding, dat bij toepassing van een gasvormige stof U een intensieve menging van het reactiemilieu plaatsvindt. Mede daardoor kunnen relatief korte verblijftijden van bijvoorbeeld minder dan 30 minuten worden toegepast.

Met de werkwijze volgens de uitvinding is het mogelijk giftige stoffen met een rendement van meer dan 90 % in een enkele reactiezone om te zetten.

De pH tijdens de elektrochemische omzetting volgens de uitvinding is niet kritisch. De reacties verlopen goed in een neutraal milieu en in het algemeen slechts weinig beter bij een pH in het gebied van J-12.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting, die geschikt is voor de hierboven beschreven werkwijze, omvattende een reactor die voorzien is van een toevoer voor verontreinigingen bevattende stromen, een toevoer voor uitgangsmateriaal U en elektroden voor het toevoeren van een elektrische stroom.

De inrichting volgens de uitvinding omvat bij voorkeur tevens een voorbehandelingseenheid, bijvoorbeeld voor de verwijdering van ijzer, calcium, magnesium, (bi)carbonaten en dergelijke; en/of een gasafschei-der, d.w.z. een fasenscheider waarin het reactieprodukt wordt gesplitst in gas en vloeistof; en/of een recirculatieleiding, waarbij de in de gasafscheider afgescheiden vloeistof naar de reactiezone wordt teruggevoerd; en/of een diafragma voor het scheiden van de anode- en kathode-ruimten van de reactor.

In de inrichting volgens de uitvinding zal bij voorkeur een elektrode de wand van het reactorvat omvatten en/of tenminste een elektrode van poreus materiaal zoals koolstof of keramisch materiaal zijn.

De uitvinding betreft eveneens een cascade voor het uitvoeren van de bovenbeschreven werkwijze, welke twee of meer inrichtingen volgens de uitvinding omvat.

Een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding is weergegeven in de tekening. Volgens deze tekening wordt bij 7 influent toegevoerd aan een voorbehandelingseenheid (1), waarin bijvoorbeeld calciumionen, ijzerionen en/of (bi)carbonaationen worden verwijderd. Na de voorbehandeling wordt de influent via leiding 2 toegevoerd aan een reactor 4, die voorzien is van een toevoer 3 voor uitgangsmateriaal U. Deze toevoer 3 dient tevens als elektrode en bestaat derhalve uit elektriciteit geleidend materiaal. In de reactor bevindt zich eveneens een tegenelektrode 8.

Bovenuit de reactor 4 wordt via leiding 9 gasvormig, reactiepro-dukten bevattend materiaal afgevoerd naar een gasafscheider 5. waarin op op zichzelf bekende wijze gas van vloeistof wordt gescheiden. Gas wordt via 10 afgevoerd, vloeistof verlaat gasafscheider 5 via leiding 11 en wordt hetzij via leiding 12 teruggevoerd naar reactortoevoer 2 of als gezuiverde stroom via 13 afgevoerd.

Op reactor 4 is nog een kringloop 14 aangesloten, waarin zich een reservoir bevindt waaruit men bijvoorbeeld monsters van de zich in de reactor bevindende vloeistof kan nemen of het reactiemilieu kan voorzien van toevoegsels, bijvoorbeeld zuren of basen voor het instellen van de pH.

Claims (11)

1. Werkwijze voor het zuiveren van stromen, die organische en/of anorganische verontreinigingen bevatten, waarbij men de te behandelen stroom brengt in een water bevattende reactiezone, waaraan men via één of meer elektroden elektrische stroom toevoert, onder gelijktijdige toevoer van tenminste één uitgangsmateriaal U, dat onder invloed van de toegevoerde elektrische stroom radicalen levert, die met de verontreinigingen reageren.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij U via of in de onmiddellijke nabijheid van een of meer elektroden aan de reactiezone wordt toegevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij U via een of meer poreuze elektroden wordt toegevoerd.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3. waarbij de elektrode(n) van koolstof of keramisch materiaal is (zijn).

5· Werkwijze volgens conclusies 1-4, waarbij de stof U gasvormig wordt toegevoerd, bijvoorbeeld zuurstof in zuivere vorm of in de vorm van een mengsel zoals lucht dan wel als ozon, waterstof, NH^ of lagere koolwaterstoffen zoals methaan.

6. Werkwijze volgens conclusies 1-4, waarbij de stof U als vloeistof wordt toegevoerd, bijvoorbeeld als waterstofperoxide-oplossing.

7. Werkwijze volgens conclusie 1-6, waarbij in de reactiezone een katalysator aanwezig is, bij voorkeur op het elektrode-oppervlak.

8. Inrichting geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1-7, omvattende een reactor (4) voorzien van een toevoer voor verontreinigingen bevattende stromen (2), een toevoer voor uitgangsmateriaal U (3), elektroden voor het toevoeren van elektrische stroom.

9. Inrichting volgens conclusie 8, verder omvattende een voorbehandelingseenheid (1) en/of een gasafscheider (5) en/of een recirculatieleiding van (5) naar (2) en/of een diafragma (6) voor het scheiden van de anode- en kathode- ruimte van de reactor (4).

10. Inrichting volgens conclusie 8 of 9» waarbij een elektrode de wand van het reactorvat omvat en/of tenminste een elektrode van poreus materiaal zoals koolstof of keramisch materiaal is.

11. Cascade voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie I-7, omvattende twee of meer inrichtingen volgens conclusie 8-10. *****