WO1994022772A1 - Chemisch-oxidatives verfahren zur reinigung hochbelasteter abwässer - Google Patents

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WO1994022772A1
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sludge
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Michael Gnann
Carl-Heinz Gregor
Siegfried Schelle
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Solvay Interox Gmbh
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    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention relates to a chemical-oxidative process for the purification of highly contaminated wastewater.
  • the values COD chemical oxygen demand
  • BOD 5 biochemical oxygen demand after 5 days
  • TOC total organic carbon
  • TOD total oxygen demand
  • AOX halogenated hydrocarbons absorbable on activated carbon
  • organic compounds such as phenols, formaldehyde, etc.
  • other toxic or inhibitory inorganic compounds such as, for example, cyanides, sulfur compounds, etc.
  • the Fenton reaction takes place in the acidic range with the addition of hydrogen peroxide as an oxidant with iron (II) salts as a catalyst.
  • iron (III) hydroxide formed precipitates as a poorly soluble, brown precipitate which is separated from the treated waste water by sedimentation (gravitation) or mechanical separation processes.
  • Fenton sludge binds organic contaminants to the sludge flake by adsorption. This creates serious follow-up problems with regard to its treatment and elimination. It was therefore an object of the present invention to provide a process with which these secondary problems can be solved in a simple manner, the Fenton sludges being able to be reprocessed, which at the same time makes it possible to reuse these Fenton sludges. This object is achieved with the subject matter of the present invention.
  • the present invention relates to a process according to claim 1 for the chemical-oxidative purification of waste water by means of Fenton's reagent by the action of hydrogen peroxide and iron (II) compounds in the acidic range and subsequent precipitation of the iron (III) compounds in the weak acidic to alkaline range, characterized in that the iron (III) -containing sludge obtained in addition to the purified waste water is reduced again to iron (II) compounds by chemical or preferably electrochemical reduction and the sludge thus reduced is added to the process returns.
  • the action of hydrogen peroxide and iron (II) compounds on the waste water to be treated in the reactor takes place in the acidic range, preferably in the pH range from 2 to 5; a reactor customary for such treatment processes with Fenton reagent can be used as the reactor.
  • FIG. 1 shows schematically an embodiment of the process sequence according to the invention, in which the sludge containing iron (III) is reduced by electrochemical reduction.
  • the wastewater is metered into the reactor (Fenton reactor) from a template by means of a suitable conveying device, for example a gear pump.
  • a suitable conveying device for example a gear pump.
  • an iron (II) solution with a pH of less than 1 is obtained from the electrolysis and returned to the reactor, an alkali addition (shown in the diagram with OH "), preferably NaOH, is necessary; otherwise, the pH drop below 2.
  • an acid preferably sulfuric acid
  • the selection of the suitable acid for adjusting the pH in the reactor and / or for electrolytic reduction suitably depends on the iron salt (anion) used.
  • a pH of 6 or higher is set by alkalization, preferably by adding NaOH.
  • the sludge-containing wastewater is introduced in a subsequent stage into a circulation tank (A) which serves as an intermediate store;
  • thickened iron hydroxide sludge is simultaneously fed from the subsequent separation stage (cross-flow filter - * A) and a sludge of the concentration as it is in A is then fed into the electrolysis device in smaller quantities as a sludge suspension (referred to in the diagram as electrolysis) .
  • the pH is adjusted to less than 1 by acidification, preferably using sulfuric acid, with the sludge being dissolved and iron (III) being reduced to iron (II).
  • a quantity of sludge-containing treated wastewater corresponding to the incoming wastewater is drawn off in the circulation tank (A) and passed through a suitable separation device, e.g. a PE cross-flow filter, from which purified wastewater on the one hand and thickened sludge on the other hand are withdrawn.
  • the concentration of the thickened sludge is therefore higher than the concentration in the circulation tank (A).
  • FIG. 1 Another separation device which is suitable and is suitable for such processes, for example centrifuges, filters, decanters, can also be used as the separation device. Separators and / or other customary devices for separating solid and liquid phases.
  • Electrolysis cells can be used in which the cathode and anode are not separated from one another, or in which the catholyte and anolyte compartments are separated from one another by a partially permeable diaphragm or an ion exchange membrane.
  • the electrolysis cell separated by a diaphragm or ion exchange membrane is preferably used when chloride-containing waste water is to be treated by the process according to the invention. In this way, the undesirable anodic chlorine development can be avoided.
  • a dimensionally stable anode e.g.
  • the cathode is a cathode made of stainless steel, in particular made of expanded steel (1.24539 or 1.4571), carbon or graphite.
  • the membranes used are preferably those which consist of perfluorinated plastic with sulfonic acid groups as functional groups (e.g. from Nafion® from Du Pont).
  • the partial electrochemical reduction takes place in a diaphragm-free, undivided electrolysis cell with cathodes made of stainless steel (material no. 1.4539 or 1.4571), carbon or graphite and dimensionally stable anodes consisting of platinized titanium or titanium with known coatings, the platinum metal oxides ⁇ de included (so-called DSA electrodes).
  • cathodes made of stainless steel (material no. 1.4539 or 1.4571), carbon or graphite and dimensionally stable anodes consisting of platinized titanium or titanium with known coatings, the platinum metal oxides ⁇ de included (so-called DSA electrodes).
  • the iron (III) solution is fed into the catholyte space of the electrolysis cell and there partially or completely reduced to iron (II) solution, using current densities of 100 to 3000 A / m 2 , based on the projection area of the cathode.
  • the current density is expediently 100 to 3000 A / m 2 electrode area.
  • the chemical reduction of Fe (III) to Fe (II) can be carried out, for example, with SO 2 , sulfites or other reducing agents suitable for such a reaction in a manner which is conventional per se for such a reduction.
  • the amounts of hydrogen peroxide metered into the reactor and of the chemical or electrochemical reduction supplied iron salts are expediently chosen as a function of the COD of the waste water to be treated.
  • the molar ratio of COD / H 2 O 2 / Fe is preferably in the range from 20/20/1 to 20/10/5, and is in particular 20/10/1.
  • FIG. 1 shows such a procedure in which the wastewater drawn off from the separating device is fed, if appropriate after a neutralization, to an activation tank and then to a secondary clarification tank.
  • the process according to the invention is suitable for discontinuous and in particular for the continuous purification of highly contaminated wastewater.
  • the wastewater is metered continuously into a reaction vessel from a template by means of a gear pump. Strongly acidic Fe 2+ solution flows from the electrolysis into the reactor via an overflow, and the hydrogen peroxide required for the Fenton reaction is added using a peristaltic pump.
  • the desired pH value (between 2 and 5) can be set via a pH control (H 2 S0 4 , NaOH).
  • the Fe 2+ which has reacted to give Fe 3+ is precipitated as hydroxide by adding sodium hydroxide solution (by controlling the pH value) and at the same time excess hydrogen peroxide is destroyed.
  • the suspension then runs into the circulation container and is stirred with the iron (III) hydroxide mixture (for example 30 g of Fe 3 + / 1).
  • the treated wastewater is partially separated from the circulation tank using a side channel pump and a PE-CROSS-FLOW filter.
  • the amount of wastewater treated (AW) can be regulated by an angle seat valve after the filter.
  • iron hydroxide is metered from the circulation container into an electrolysis container in which it is dissolved by lowering the pH and the Fe 3 + is electrolytically reduced to Fe 2+ .
  • the volume and the concentration of the iron hydroxide sludge in the circulation container remain constant, since the amount of the "filtered off” (treated) waste water and the Equalize the amount of iron hydroxide sludge dosed into the electrolysis tank with the feed amount from the alkalization tank.
  • the sulfuric acid for the reactor is introduced via the electrolysis.
  • a sodium hydroxide solution metered into the reactor so that it is still possible to maintain an ideal pH in the electrolysis, the sodium hydroxide solution for the reactor, based on the pH, is slightly "overdosed"; in the case of strongly acidic wastewater, this requires the addition of sulfuric acid to the electrolysis and sodium hydroxide solution to the reactor.
  • the amounts of hydrogen peroxide metered into the reaction tank and of Fe salt in the electrolysis tank are, depending on the COD value of the waste water to be treated, e.g. calculated as follows:
  • the circulation tank is cooled to approx. 20 ° C by means of a cooling coil.
  • Electrolysis cell made of PVC, stirrable, used volume 1.5 1, provided with temperature measurement.
  • Cathode made of PVC, stirrable, used volume 1.5 1, provided with temperature measurement.
  • Reactor made of PVC, stirrable, used volume 10 1, provided with temperature measurement and pH value control (OH "direct, H + via electrolysis)
  • Alkalization (neutralization) container made of PVC, stirrable, used volume 5 1, with pH value control (OH "direct)
  • Circulation tank made of PVC, stirrable, used volume 15 1,
  • PE cross-flow filter made of polyethylene, 50% porosity
  • the electrolysis cell, the reactor, the alkalization vessel and the circulation container were made transparent.
  • Example 1 In a pilot plant on a pilot plant scale, highly contaminated industrial wastewater was treated using the method described in Example 1. The aim of the treatment was to reduce the COD, TOC and AOX, but above all the toxicity of the wastewater, in order to enable final cleaning by biological processes.
  • the raw sewage data and the data obtained after the treatment of the present invention are as follows:
  • Fe (III) the reduction of Fe (III) to Fe (II) takes place chemically through gaseous S0 2 .
  • iron hydroxide sludge is removed from the circulation tank (buffer store A) with a peristaltic pump and fed into a separate reactor (instead of the electrolysis tank) (cf. FIG. 1).
  • Gaseous S0 2 (flow rate - 3 l / h) in a stoichiometric amount is introduced via a frit at 40 ° C. with stirring, the pH value falling to 2.6.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur chemisch-oxidativen Reinigung von Abwasser mittels Fenton's Reagens durch Einwirkung von Wasserstoffperoxid und Eisen(II)-Verbindungen im sauren Bereich und nachfolgender Ausfällung der Eisen(III)-Verbindungen im schwach sauren bis alkalischen Bereich beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den neben dem gereinigten Abwasser anfallenden Eisen(III)-haltigen Schlamm durch chemische oder elektrochemische Reduktion wieder zu Eisen(II)- Verbindungen reduziert und den so reduzierten Schlamm in den Prozeß zurückführt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine hohe Reinigung hochbelasteter Abwässer möglich, und es lassen sich die im Hinblick auf die Behandlung und Beseitigung des Fenton-Schlammes auftretenden Probleme vermeiden.

Description

Chemisch-oxidatives Verfahren zur Reinigung hochbelasteter
Abwässer
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein chemisch-oxidatives Verfahren zur Reinigung hochbelasteter Abwässer.
Es ist bekannt, durch Behandeln mit Fenton's Reagens Abwasser zu reinigen (vgl. z.B. EP-B-0 022 525; DE-C-38 32 523; H. Schwarzer, gwf-Wasser/Abwasser 129, Nr. 7 (1988), 484-491; E. Gilbert, vom Wasser 62 (1984) 307-320). Dabei werden durch chemische Oxidation die Werte CSB (chemischer Sauerstoffbe¬ darf), BSB5 (biochemischer Sauerstoffbedarf nach 5 Tagen), TOC (total organic carbon), TOD (total oxygen demand), AOX (an Aktivkohle absorbierbare halogenierte Kohlenwasserstof¬ fe), aber auch organische Verbindungen, wie z.B. Phenole, Formaldehyd usw. , sowie andere toxische oder hemmende anor¬ ganische Verbindungen, wie z.B. Cyanide, Schwefelverbindungen usw., umgesetzt oder eliminiert. Die Fenton-Reaktion läuft dabei im sauren Bereich unter Zugabe von Wasserstoffperoxid als Oxidans mit Eisen(II)-salzen als Katalysator ab. Bei der nachfolgenden Neutralisation fällt das gebildete Eisen(III)- hydroxid als schwerlöslicher, brauner Niederschlag aus, der durch Sedimentation (Gravitation) oder mechanische Abscheide¬ verfahren vom behandelten Abwasser abgetrennt wird.
Es ist weiterhin bekannt, daß dieser resultierende Feststoff, als Fenton-Schlamm bezeichnet, organische Schmutzstoffe durch Adsorption an der Schlammflocke bindet. Dadurch entstehen schwerwiegende Folgeprobleme im Hinblick auf seine Behandlung und Beseitigung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, ein Ver¬ fahren bereitzustellen, mit dem diese Folgeprobleme auf ein¬ fache Weise gelöst werden können, wobei die Fenton-Schlämme wieder aufbereitet werden können, wodurch gleichzeitig die Wiederverwendung dieser Fenton-Schlämme möglich wird. Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung gelöst.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 zur chemisch-oxidativen Reinigung von Abwas¬ ser mittels Fenton's Reagens durch Einwirkung von Wasser¬ stoffperoxid und Eisen(II)-Verbindungen im sauren Bereich und nachfolgender Ausfällung der Eisen(III)-Verbindungen im schwach sauren bis alkalischen Bereich, dadurch gekennzeich¬ net, daß man den neben dem gereinigten Abwasser anfallenden Eisen(III)-haltigen Schlamm durch chemische oder vorzugsweise elektrochemische Reduktion wieder zu Eisen(II)-Verbindungen reduziert und den so reduzierten Schlamm in den Prozeß zu¬ rückführt.
Zweckmäßige Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 14.
Aus der DE-C-38 32 523 ist es zwar bereits bekannt, den aus¬ gefällten eisenhaltigen Schlamm abzutrennen und in weiterem, zu behandelndem Abwasser zu suspendieren; auf diese Weise sollen die Betriebskosten des Verfahrens gesenkt werden und die Menge des eisenhaltigen Schlamms und damit von anfallen¬ dem Sonderabfall vermindert werden. Mit dieser Maßnahme las¬ sen sich die mit der Behandlung und Beseitigung des Fenton- Schlam es auftretenden Folgeprobleme jedoch nicht zufrieden¬ stellend lösen. Die Anmelderin hat nun überraschenderweise gefunden, daß die aufgrund der Adsorption unerwünschter, insbesondere organi¬ scher Schmutzstoffe durch Adsorption an der Schlammflocke auftretenden Folgeprobleme im Hinblick auf die Behandlung und Beseitigung des Fenton-Schlammes auf zufriedensstellende Weise gelöst werden können, wenn man den neben dem gereinig¬ ten Abwasser anfallenden Eisen(III)-haltigen Schlamm durch Reduktion wieder zu Eisen(II)-Verbindungen reduziert und den so reduzierten Schlamm in den Prozeß zurückführt; dadurch wird auch eine problemlose Wiederverwendung ermöglicht.
Die Einwirkung von Wasserstoffperoxid und Eisen(II)-Verbin¬ dungen auf das zu behandelnde Abwasser im Reaktor erfolgt im sauren Bereich, vorzugsweise im pH-Bereich von 2 bis 5; als Reaktor kann dabei ein für derartige Behandlungsverfahren mit Fenton-Reagens üblicher Reaktor verwendet werden.
Die Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrensablaufs, in der die Reduktion des Eisen(III)-haltigen Schlammes durch elektrochemische Reduk¬ tion erfolgt.
Aus einer Vorlage wird mittels einer geeigneten Förderein¬ richtung, z.B. einer Zahnradpumpe, das Abwasser in den Reak¬ tor (Fenton-Reaktor) dosiert. Weil aus der Elektrolyse eine Eisen(II)-Lösung mit einem pH-Wert von unter 1 erhalten und in den Reaktor zurückgeführt wird, ist eine Alkalizugabe (im Schema mit OH" dargestellt), vorzugsweise von NaOH, erforder¬ lich; andernfalls könnte der pH-Wert unter 2 sinken. Bei stark alkalischen Abwässern kann es gegebenenfalls aber auch erforderlich werden, die Einstellung des geeigneten pH-Wertes mittels einer Säure, vorzugsweise Schwefelsäure, vorzunehmen. Die Auswahl der geeigneten Säure zur pH-Wert-Einstellung im Reaktor und/oder für die elektrolytische Reduktion (mit einem pH-Wert von < 1) richtet sich dabei zweckmäßigerweise nach dem verwendeten Eisen-Salz (Anion) .
In der nachfolgenden Verfahrensstufe der Neutralisation wird durch Alkalisierung, vorzugsweise durch NaOH-Zugabe, ein pH- Wert von 6 oder höher eingestellt. Hierbei bildet sich ein Hydroxidschlamm, der nach Abtrennung vom gereinigten Abwasser mittels einer geeigneten Trennvorrichtung der elektrochemi¬ schen oder chemischen Reduktion zugeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform, die in der Figur 1 dargestellt ist, wird das schlammhaltige Abwasser in einer nachfolgenden Stufe in einen Kreislaufbehälter (A) eingeführt, der als Zwischenspeicher dient; hier wird gleichzeitig eingedickter Eisenhydroxidschlamm aus der nachfolgenden Trennstufe (Cross- Flow-Filter -* A) zugeführt und ein Schlamm der Konzentration, wie sie in A vorliegt, wird dann in kleineren Mengen als Schlammsuspension in die Elektrolyseeinrichtung (im Schema als Elektrolyse bezeichnet) geführt. In der Elektrolyseein¬ richtung wird durch Ansäuern, vorzugsweise mittels Schwefel¬ säure, der pH-Wert auf unter 1 eingestellt unter Auflösung des Schlammes und Reduzierung von Eisen(III) zu Eisen(II). Im Kreislaufbehälter (A) wird eine dem zulaufenden Abwasser korrespondierende Menge an schlammhaltigem behandelten Abwas¬ ser abgezogen und über eine geeignete Trenneinrichtung, z.B. ein PE-Cross-Flow-Filter, geführt, aus der einerseits gerei¬ nigtes Abwasser und andererseits eingedickter Schlamm abgezo¬ gen werden. Die Konzentration des eingedickten Schlammes liegt demzufolge über der Konzentration im Kreislaufbehälter (A).
Als Trenneinrichtung kann anstelle des im Reaktionsschema (Figur 1) angegebenen Cross-Flow-Filters auch eine andere, für derartige Verfahren geeignete und übliche Trenneinrich¬ tung eingesetzt werden, z.B. Zentrifugen, Filter, Dekanter, Separatoren und/oder andere übliche Vorrichtungen zur Tren¬ nung fester und flüssiger Phasen.
Die elektrochemische Reduktion von Fe(III) zu Fe(II) kann auf eine unter den Reaktionsbedingungen geeignete, an sich be¬ kannte Weise durchgeführt werden, wie z.B. in einer Elektro¬ lysezelle. Es können Elektrolysezellen verwendet werden, bei denen Kathode und Anode nicht voneinander getrennt sind, oder bei denen Katholyt- und Anolytraum durch ein teildurchlässi¬ ges Diaphragma oder eine Ionenaustauschermembran voneinander getrennt ist. Die durch Diaphragma oder Ionenaustauschermem¬ bran getrennte Elektrolysezelle wird vorzugsweise dann ver¬ wendet, wenn chloridhaltige Abwässer nach dem erfindungsge¬ mäßen Verfahren behandelt werden sollen. Auf diese Weise läßt sich die unerwünschte anodische Chlor-Entwicklung vermeiden. Als Anode wird vorzugsweise eine dimensionsstabile Anode, z.B. aus platiniertem Titan oder Titan mit bekannten Be¬ schichtungen, die Platinmetalloxide enthalten (sog. DSA-Elek- troden) , verwendet, und als Kathode eine aus Edelstahl, insbesondere aus Edelstahl-Streckgitter (1.24539 oder 1.4571), Kohle oder Graphit angefertigte Kathode. Als Membra¬ nen werden vorzugsweise solche verwendet, die aus perfluo¬ riertem Kunststoff mit Sulfonsäuregruppen als funktionellen Gruppen bestehen (z.B. aus Nafion® der Firma Du Pont).
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt z.B. die teilweise elektrochemische Reduktion in einer diaphragmalo¬ sen, ungeteilten Elektrolysezelle mit Kathoden aus Edelstahl, (Werkstoff Nr. 1.4539 oder 1.4571), Kohle oder Graphit und dimensionsstabilen Anoden bestehend aus platiniertem Titan oder Titan mit bekannten Beschichtungen, die Platinmetalloxi¬ de enthalten (sog. DSA-Elektroden) . In einer anderen Ausfüh¬ rungsform, in der eine in Katholyt- und Anolytraum getrennte Elektrolysezelle verwendet wird, wird die Eisen(III)-Lösung in den Katholytraum der Elektrolysezelle eingespeist und dort teilweise oder vollständig zu Eisen(II)-Lösung reduziert, wobei Stromdichten von 100 bis 3000 A/m2, bezogen auf die Projektionsfläche der Kathode, angewendet werden.
Zweckmäßigerweise beträgt die Stromdichte 100 bis 3000 A/m2 Elektrodenfläche.
Die chemische Reduktion von Fe(III) zu Fe(II) kann z.B. mit S02 , Sulfiten oder auch anderen für eine solche Reaktion geeigneten Reduktionsmitteln auf eine für eine solche Reduk¬ tion an sich übliche Weise erfolgen.
Die Mengen von in den Reaktor zudosiertem Wasserstoffperoxid und von der chemischen oder elektrochemischen Reduktion zuge¬ führten Eisen-Salzen werden zweckmäßigerweise in Abhängigkeit vom CSB des zu behandelnden Abwassers gewählt. Vorzugsweise liegt das Molverhältnis CSB/H202 /Fe im Bereich von 20/20/1 bis 20/10/5, und beträgt insbesondere 20/10/1.
Vorzugsweise wird das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Abwasser einer nachfolgenden biologischen Behand¬ lung in an sich bekannter Weise zugeführt; die Figur 1 zeigt eine solche Verfahrensweise, bei der das aus der Trennvor¬ richtung abgezogene Abwasser gegebenenfalls nach einer Neu¬ tralisation einem Belebungsbecken und danach einem Nachklär¬ becken zugeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur diskontinuier¬ lichen und insbesondere zur kontinuierlichen Reinigung hoch¬ belasteter Abwässer.
Die nachfolgenden Beispiele sollen nun die Erfindung näher erläutern, ohne sie darauf zu beschränken. BEISPIELE
Beispiel 1
Aus einer Vorlage wird mittels einer Zahnradpumpe kontinuier¬ lich das Abwasser in einen Reaktionsbehälter dosiert. Per Überlauf fließt stark saure Fe2+ -Lösung aus der Elektrolyse in den Reaktor und mit Hilfe einer Schlauchquetschpumpe wird das für die Fenton-Reaktion nötige Wasserstoffperoxid zudo¬ siert. Über eine pH-Steuerung (H2S04, NaOH) läßt sich der gewünschte pH-Wert (zwischen 2 und 5) einstellen.
Im Alkalisierungsbehälter wird das zu Fe3+ abreagierte Fe2+ durch Zugabe von Natronlauge als Hydroxid gefällt (über eine Steuerung des pH-Wertes) und gleichzeitig überschüssiges Wasserstoffperoxid zerstört.
Die Suspension läuft dann in den Kreislaufbehälter über und wird mit dem vorgelegten Eisen(III)-hydroxid-Gemisch (z.B. 30 g Fe3 + /1) verrührt.
Vom Kreislaufbehälter wird mittels einer Seitenkanalpumpe und eines PE-CROSS-FLOW-Filters das behandelte Abwasser teilweise abgetrennt. Die auslaufende Menge des behandelten Abwassers (AW) kann durch ein Schrägsitzventil nach dem Filter geregelt werden.
Mit einer Schlauchquetschpumpe dosiert man aus dem Kreislauf¬ behälter Eisenhydroxid in einen Elektrolysebehälter, in dem es durch pH-Wert-Erniedrigung gelöst wird, und das Fe3 + elek¬ trolytisch zu Fe2+ reduziert wird.
Das Volumen und die Konzentration des Eisenhydroxid-Schlamms im Kreislaufbehälter bleiben konstant, da sich die Menge des ablaufenden "abfiltrierten" (behandelten) Abwassers und die Menge des in den Elektrolysebehälter dosierten Eisenhydroxid- Schlamms mit der Zulaufmenge aus dem Alkalisierungsbehälter entsprechend ausgleicht.
Um in der Elektrolysezelle einen möglichst niedrigen pH-Wert (in der Regel pH < 1) zu erreichen, wird die Schwefelsäure für den Reaktor über die Elektrolyse eingeleitet. Für stark saure Abwässer gibt es noch eine Natronlauge-Dosierung in den Reaktor. Damit es trotzdem noch möglich ist, einen idealen pH-Wert in der Elektrolyse zu halten, wird die Natronlauge für den Reaktor, bezogen auf den pH-Wert, leicht "überdo¬ siert"; bei einem stark sauren Abwasser bedingt dies eine Zudosierung von Schwefelsäure in die Elektrolyse und von Natronlauge in den Reaktor.
Die Mengen an zudosiertem Wasserstoffperoxid in den Reak¬ tionsbehälter und von Fe-Salz in den Elektrolysebehälter werden in Abhängigkeit vom CSB-Wert des zu behandelnden Ab¬ wassers z.B. wie folgt berechnet:
Vorgabe : CSB : H202 : Fe = 20 : 10 : 1 (Molverhältnis)
Abwasser: CSB = 8000 mg/1 (= 500 mmol/1) H202 : 250 mmol/1
Fe2+ : 25 mmol/1
In dem vorstehend beschriebenen Verfahren wurde mit folgenden Mengen und Vorrichtungen gearbeitet:
Abwasser (AW)-Durchsatz 5 1/h
AW-CSB-Konzentrationen 1000 - 12000 mg/1
CSB-Abbau (je nach AW) 50 - 90 %
Verweilzeiten:
Reaktor 2 h
Alkalisierung 1 h
Kreislaufbehälter 3 h Entstehende Reaktionstemperaturen:
Elektrolyse (bei 6 A) bis 45°C Reaktor bis 41°C
Der Kreislaufbehälter wird mittels einer Kühlschlange auf ca. 20°C gekühlt.
Einsatzstoffe und -konzentrationen:
Natronlauge (technisch) 50 Gew.-%
Schwefelsäure (technisch) 70 Gew.-%
Fe2 (S04 )3 entwässert, technisch (Gehalt an Fe: 21,5 - 22,5 %) im Kreislaufbehälter
Konzentration angegeben als Fe3+ : z.B. 30 g/1 (= 537 mmol/1)
Elektrolysezelle: aus PVC, rührbar, genutztes Volumen 1,5 1, mit Temperaturmessung versehen. Kathode:
1.4539 Edelstahl-Streckgitter 80 cm2; Anode:
Platin-beschichtetes Titan 10 cm2 Pt Elektrodenabstand 0,5 cm
Stromverbrauch 0,024 kWh (6 A eingestellt / = 4 V)
Reaktor : aus PVC, rührbar, genutztes Volumen 10 1, mit Temperaturmessung und pH-Wert-Steuerung versehen (OH" direkt, H+ über Elektrolyse)
Alkalisierungs- (Neutralisations)-Behälter: aus PVC, rührbar, genutztes Volumen 5 1, mit pH-Wert-Steue¬ rung versehen (OH" direkt)
Kreislaufbehälter: aus PVC, rührbar, genutztes Volumen 15 1,
Kühlmöglichkeit mittels Kühlschlange; PE-Cross-Flow-Filter: aus Polyethylen, 50 % Porosität,
10" 5m Porengröße.
Zur besseren Verfahrensbeobachtung waren die Elektrolysezel¬ le, der Reaktor, das Alkalisierungsgefäß und der Kreislaufbe¬ hälter durchsichtig ausgeführt.
Beispiel 2
In einer Versuchsanlage im Technikumsmaßstab wurde nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hochbelastetes Indu¬ strieabwasser behandelt. Ziel der Behandlung war es, den CSB, TOC und AOX, vor allem aber die Toxizität des Abwassers zu reduzieren, um eine Endreinigung durch biologische Verfahren zu ermöglichen.
Die Daten des Rohabwassers und die nach der erfindungsgemäßen Behandlung erhaltenen Daten sind die folgenden:
CSB nC S B AOX nA0X TOC nτ0c Toxizitä*
(mg/1) (%) (μg/i) (%) (mg/1) ( % )
Rohabwasser 4200 1500 1000 sehr hoc] 7100
nach Fenton 1250 50 60 85 500 gering
Behandlung 3120 70 215 96 620 50
In einer nachfolgend zugeschalteten biologischen Laboranlage (System Attisholz) konnte nachgewiesen werden, daß das vorbe¬ handelte Industrieabwasser nach kurzer Adaptionsphase des Belebtschlamms, bedingt durch die geringe Hemmwirkung, endge¬ reinigt werden konnte, wobei Gesamtwirkungsgrade für den CSB- und TOC-Abbau von über 90 % erzielt werden konnten. Die AOX- Werte veränderten sich nach der biologischen Behandlung prak¬ tisch nicht mehr.
Das Gesamtverfahren entspricht dem Schema der Figur 1, wobei die Neutralisation vor dem Belebungsbecken nur notwendig war, wenn die Schlammfällung (nach dem Fenton-Reaktor) bei pH-Werten über 8 durchgeführt wurde.
Beispiel 3
In diesem Beispiel erfolgt die Reduktion von Fe(III) zu Fe(II) chemisch durch gasförmiges S02. Zu diesem Zweck wird mit einer Schlauchquetschpumpe Eisenhydroxidschlamm aus dem Kreislaufbehälter (Zwischenspeicher A) entnommen und in einen separaten Reaktor (anstelle des Elektrolysebehälters) gelei¬ tet (vgl. Fig. 1). Die Fe(III)-Konzentration beträgt 30 g/1 (= 537 mmol/1), der pH-Wert liegt bei 8,6. Über eine Fritte wird bei 40°C unter Rühren gasförmiges S02 (Flußrate - 3 1/h) in stöchiometrischer Menge eingeleitet, wobei ein Absinken des pH-Wertes auf 2,6 eintritt.
Nach weiterem Ansäuern mit H2 S04 auf pH 1,4 und Aufheizen der Lösung auf 80°C wird nach einer Verweilzeit von 3 h eine Reduktionsausbeute von 90 % erreicht. Diese Lösung wird über einen Zwischenbehälter in den Fenton-Reaktor zurückgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur chemisch-oxidativen Reinigung von Abwasser mittels Fenton's Reagens durch Einwirkung von Wasser¬ stoffperoxid und Eisen(II)-Verbindungen im sauren Be¬ reich und nachfolgender Ausfällung der Eisen(III)- Verbindungen im schwach sauren bis alkalischen Bereich, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man den neben dem gereinigten Abwasser anfallenden Eisen(III)-haltigen Schlamm durch chemische oder elek¬ trochemische Reduktion wieder zu Eisen(II)-Verbindungen reduziert und den so reduzierten Schlamm in den Prozeß zurückführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Eisen(III)-haltige Schlamm mit dem behandelten Abwasser in einem Zwischenbehälter gespeichert wird, in dem gleichzeitig eingedickter Eisenhydroxidschlamm aus der nachfolgenden Trennstufe zugeführt wird, und die sich ergebende Schlammsuspension aus dem Zwischenbehäl¬ ter in kleineren Mengen abgezogen und der chemischen oder elektrochemischen Reduktion zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der pH-Wert vor der elektrochemischen Reduktion mit Säure auf einen pH-Wert < 1 eingestellt wird und der Eisen(III)-haltige Schlamm aufgelöst, das Eisen durch elektrochemische Reduktion in den zweiwertigen Zustand übergeführt wird und wieder der Fenton-Reaktion zuge¬ führt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Säure Schwefelsäure verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß aus dem Zwischenbehälter eine dem zulaufenden Abwas¬ ser entsprechende Menge an schlammhaltigem behandelten Abwasser abgezogen und über eine Trenneinrichtung ge¬ führt wird, aus der einerseits gereinigtes Abwasser und andererseits eingedickter Schlamm abgezogen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Trennung von fester und flüssiger Phase durch Filter, Zentrifugen, Dekanter oder Separatoren erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Reduktion von Fe(III) zu Fe(II) durch elektro¬ chemische Reduktion in einer Elektrolysezelle erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die teilweise elektrochemische Reduktion in einer diaphragmalosen, ungeteilten Elektrolysezelle mit Katho¬ den aus Edelstahl (Werkstoff Nr. 1.4539 oder 1.4571), Kohle oder Graphit und dimensionsstabilen Anoden beste¬ hend aus platiniertem Titan oder Titan mit bekannten Beschichtungen, die Platinmetalloxid enthalten (sog. DSA-Elektroden) durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektrolysezelle eine solche ist, in der die Katholyt- und Anolyträume durch ein teildurchlässiges Diaphragma oder durch eine Ionenaustauschermembran von¬ einander getrennt sind.
10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membran der Elektrolysezelle aus perfluoriertem Kunststoff mit Sulfonsäuregruppen als funktioneilen Gruppen besteht.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Eisen(III)-Lösung in den Katholytraum der Elek¬ trolysezelle eingespeist wird und dort teilweise oder vollständig zu Eisen(II)-Lösung reduziert wird, wobei Stromdichten von 100 bis 3000 A/m2, bezogen auf die Projektionsfläche der Kathode, angewendet werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Reduktion von Fe(III) zu Fe(II) auf chemischem Wege durch S02 oder Sulfite erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der pH-Wert im Reaktor im Bereich zwischen 2 und 5 liegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Molverhältnis CSB/H202 /Fe im Bereich von 20/20/1 bis 20/10/5 liegt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Molverhältnis CSB/H202 /Fe = 20/10/1.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man das aus1der Trennvorrichtung abgezogene Abwasser einer nachfolgenden biologischen Behandlung zuführt.
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