WO1999044945A1 - Verfahren und vorrichtung zur entfernung oder reduzierung des ammonium-anteiles aus abwässern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur entfernung oder reduzierung des ammonium-anteiles aus abwässern Download PDF

Info

Publication number
WO1999044945A1
WO1999044945A1 PCT/DE1999/000529 DE9900529W WO9944945A1 WO 1999044945 A1 WO1999044945 A1 WO 1999044945A1 DE 9900529 W DE9900529 W DE 9900529W WO 9944945 A1 WO9944945 A1 WO 9944945A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
catalyst
stripping column
water
stage
waste water
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/000529
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Kanitz
Ulrich Nettelnbreker
Original Assignee
Fresenius, Hese & Co. Mvu Gmbh Mess-, Verfahrens- & Umwelttechnik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fresenius, Hese & Co. Mvu Gmbh Mess-, Verfahrens- & Umwelttechnik filed Critical Fresenius, Hese & Co. Mvu Gmbh Mess-, Verfahrens- & Umwelttechnik
Publication of WO1999044945A1 publication Critical patent/WO1999044945A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/04—Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/025—Reverse osmosis; Hyperfiltration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/20—Treatment of water, waste water, or sewage by degassing, i.e. liberation of dissolved gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/38—Treatment of water, waste water, or sewage by centrifugal separation
    • C02F1/385—Treatment of water, waste water, or sewage by centrifugal separation by centrifuging suspensions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/441—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/58—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds
    • C02F1/586—Treatment of water, waste water, or sewage by removing specified dissolved compounds by removing ammoniacal nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/04—Specific process operations in the feed stream; Feed pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/06—Specific process operations in the permeate stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for removing or reducing the ammonium content from waste water, in particular from waste water from compost or biogas plants.
  • organo-nitrogen compounds are broken down into simple nitrogen compounds, especially ammonia, which heavily pollute the waste water. Dissolved ammonia leads to eutrophication when it gets into water; in higher concentrations, namely in the milligram and gram range, it is phytotoxic.
  • the wastewater from anaerobically operating bio plants has ammonium concentrations of a few 100 mg down to the gram range. Unless it can be used again in the respective anaerobic process or for moistening other composts, this wastewater usually goes to sewage treatment plants. The same applies to waste water that comes from a sludge thickening that is fed to a sewage treatment plant.
  • the high pollution of the wastewater leads to an increase in the necessary plant capacity between 5% and 10% in the design of sewage treatment plants.
  • This increase in plant capacity is due to the fact that nitrogen removal is usually carried out biologically in municipal wastewater treatment plants. This means that at concentrations of 1500 to 2500 mg / l NH4-N, the volumes and areas and thus the investment costs for nitrification and denitrification increase significantly.
  • Such a method for the separate treatment and disposal of mixtures of solid and liquid organic waste materials, in particular liquid manure, is described for example in WO 92/15540.
  • the mixture is split by mechanical separation into a liquid phase with a low solids content in finely divided form and a solids content with a water content.
  • the liquid phase is subjected to an anaerobic fermentation process with the formation of biogas, the solids fraction to an aerobic fermentation process with the formation of compost, fertilizer or animal feed.
  • the dietary fibers contained in the biogas and / or in the liquid phase are removed by chemical measures and circulated before the biogas is burned or the liquid phase is discharged into a sewage treatment plant or is sent for further purification.
  • polyelectrolytes in combination with minerals in particular algae lime and / or diatomaceous earth, are added in combination with calcium carbonate and / or trace elements.
  • Nitrogen is to be eliminated by stripping or by precipitation using the magnesium ammonium phosphate (MAP) process.
  • MAP magnesium ammonium phosphate
  • the equilibrium is temperature-dependent and, above all, strongly pH-dependent.
  • NH4 + is an ion in solution and cannot be stripped. NH 3 can be converted into the gas phase by stripping. If the pH of the wastewater is> 9, stripping begins to make sense.
  • the basic idea of the method according to the invention is to subject the wastewater to a reverse osmosis from which a permeate in the form of high-purity water and a retentate in which the salts and other larger molecules contained in the wastewater are present in a highly concentrated form are drawn off and the retentate is then freed from the ammonium.
  • a reverse osmosis from which a permeate in the form of high-purity water and a retentate in which the salts and other larger molecules contained in the wastewater are present in a highly concentrated form are drawn off and the retentate is then freed from the ammonium.
  • the retentate is stripped, the retentate coming from the reverse osmosis in particular being heated, preferably to temperatures> 60 ° C., in particular 65 ° C., and then stripped to remove the ammonium and any CO2 present in the gas phase to convict.
  • the retentate is passed through a stripping column, in the top thereof Air is drawn off, whereby a negative pressure, preferably of 500 mbar ⁇ 100 mbar, is built up in the stripping column.
  • the air sucked in the stripping column head is heated and fed into the stripping column sump, in particular in such a way that the sucked-in air is heated by means of water vapor, preferably to 65 ° C., whereby water vapor saturation of the air occurs.
  • water vapor preferably to 65 ° C.
  • a pH value above 10 is also achieved by the expulsion of the carbon dioxide.
  • the temperature of approx. 65 ° C in connection with the negative pressure of 500 mbar leads to an ammonia vapor pressure which is sufficiently high to favor a transfer from the waste water into the gas phase.
  • the water leaving the stripping column, from which ammonia has been sufficiently expelled has, based on experiments which have been carried out in the context of the present invention, concentrations below 500 mg / l of ammonium, so that the water leaving the stripping column is safe in the permeate is recyclable, so that the resulting wastewater mass still has an initial concentration of less than 100 mg / 1 NH4-N.
  • the ammonia-containing exhaust air from the stripping column is treated catalytically in order to convert the ammonia to nitrogen, nitrous oxide or nitrogen oxides.
  • catalysts known from the prior art can be used here, but the exhaust air is preferably fed to a platinum catalyst at temperatures between 250 ° C. and 450 ° C. In any case, only about 50% of the ammonia is converted to nitrogen, the remainder is converted almost virtually to laughing gas at 250 ° C and to nitrogen oxide at 450 ° C. If the catalytic converter is operated at 400 ° C to 450 ° C, especially the upper limit temperature, a complete conversion to NO x can be achieved.
  • This NO x formation is deliberately brought about in order, according to a further embodiment of the invention, to combine the NO x leaving the platinum catalyst stage by reaction with ammonia, as a result of which a reaction can be brought about by the Didier process, in which NO x is obtained by reactions with the ammonia Nitrogen and water reacted via disproportionation.
  • the Didier process is fundamentally known from flue gas denitrification, so that experience can be drawn on in this regard.
  • the heat accumulating in the catalyst stages is returned as process heat for the stripping column, where it is used to heat the air drawn off from the top of the column. This measure can save process energy to a considerable extent.
  • the waste water is further filtered before the reverse osmosis, preferably in a filter with a pore diameter of 0.2 / im. Any water flowing back from the filter is freed from solid particles by means of a hydrocyclone and returned to the waste water stream before the filtering.
  • a device which in series connection has a mechanical filter with a pore diameter of 0.2 / im, a reverse osmosis unit and a stripping column, and also a catalyst unit in which the ammonia-containing exhaust gas obtained from the stripping column is treated becomes.
  • the catalyst unit is constructed in two stages, a platinum catalyst being used in a first stage and an aluminum silicate catalyst or another surface-active catalyst being used in a second stage.
  • the substances required for the Didier process namely N0 X , which is the first catalyst stage, can be fed through a corresponding branch line, with which a portion of the exhaust air leaving the stripping column, for example 1/3, is branched off and fed to the exhaust air obtained from the first catalyst stage leaves, and ammonia are brought together as reactants, which then react with the formation of nitrogen and water according to the Didier process.
  • Heat exchangers which are connected to a heat exchanger on the stripping column, are preferably located in both catalyst stages, so that the exothermic heat of reaction of the catalyst stages can be used to heat the air removed from the top of the stripping column and fed to the bottom.
  • the waste water stream 10 represented by arrow 10 is freed from solid particles by means of two cross-flow filters 11 operated in parallel with a pore diameter of 0.2 ⁇ m.
  • Backflow water is again added to the anaerobic water 10 before a hydrocyclone 12 because of the higher content of particles.
  • the water leaving the filter is temporarily stored in a storage tank 13 and continuously fed from there to a reverse osmosis unit 14.
  • the water is separated into a first fraction 15, the permeate, and a second fraction, the retentate 16. Approximately 85% of the amount is obtained as a permeate in the form of high-purity water, from which ammonium and other salts are largely filtered out.
  • the rest namely 15% (based on the starting amount) is present as a retentate, in which salts and other large molecules as well as ammonium are present in highly concentrated form.
  • the permeate 15 has a water quality of almost deionized water and can be released as desired, e.g. in a sewage treatment plant.
  • the retentate is passed through a heat exchanger 17, through which it is brought to a temperature of approximately 65 ° C.
  • the heated water is fed to the top of a stripping column 18, where it is directed to a distribution system and through which it flows down over the entire cross section.
  • the wastewater trickles downward over packing in the stripping column 18, which leads to an extreme increase in the surface area of the liquid film.
  • the water accumulating in the bottom of the stripping column 18 is pumped off into the waste water by means of a peristaltic pump 19, but, as symbolized by arrow 20, can also be fed to the permeate 15, from where the total amount is fed to a sewage treatment plant.
  • the exhaust air is fed to a two-stage catalyst unit 23, 24, in which the ammonia is completely converted to nitrogen.
  • the first stage 23 consists of a platinum catalyst on which ammonia is converted to nitrogen. This process works between 250 ° C and 450 ° C depending on the temperature, whereby only approx. 50% of the ammonia is converted to nitrogen, the remaining 50% at 250 ° C is almost quantitatively converted to nitrous oxide, but at 450 ° C quantitatively to nitrogen oxide .
  • the catalyst 23 is operated at 450 ° C. to ensure quantitative NO x production.
  • Ammonia or ammonia-containing air must also be added to the exhaust gas stream 25 leaving the catalyst 23. This is taken from the exhaust gas stream 22 by means of a branch line 26. The total stream resulting from the exhaust gas streams 25 and 26 is fed to the second catalyst stage 24, an aluminosilicate or other surface-active material, on which the conversion of ammonia with NO x to nitrogen and water takes place, so that the exhaust gas 27 leaving the second catalyst unit 24 only contains water vapor and nitrogen as well as traces of the input gases.
  • the reactions taking place in catalyst stages 23 and 24 are exothermic.
  • the process heat withdrawn can be used via the heat exchangers 17 and 30 mentioned to heat the wastewater fed to the stripping column and the air drawn off in the top of the column 18.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung oder Reduzierung des Ammonium-Anteiles aus Abwässern, insbesondere aus Abwässern von Kompost- oder Biogasanlagen, bei der das Abwasser einer Umkehrosmose unterzogen wird, aus der ein Permeat in Form hochreinen Wassers und ein Retentat, in dem die Salze und andere im Abwasser enthaltene grössere Moleküle in stark aufkonzentrierter Form vorliegen, abgezogen wird und das Retentat abschliessend von dem Ammonium befreit wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung oder Reduzierung des Ammonium-Anteiles aus Abwässern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung oder Reduzierung des Ammonium-Anteiles aus Abwässern, insbesondere aus Abwässern von Kompost- oder Biogasanla- gen.
Beim mikrobiellen Abbau von Biomasse werden Organo-Stickstoff- Verbindungen zu einfachen StickstoffVerbindungen, insbesondere Ammoniak abgebaut, welche die Abwässer stark belasten. Gelöstes Ammoniak führt, wenn es in Gewässer gelangt, zur Eutrophierung, in höheren Konzentrationen, nämlich im Milligramm- und Grammbereich, ist es phytotoxisch. Insbesondere die Abwässer von anaerob arbeitenden Bioanlagen weisen Ammonium-Konzentrationen von einigen 100 mg bis in den Grammbereich auf. Dieses Abwasser gelangt, soweit es nicht wieder im jeweiligen anaeroben Prozeß oder zur Befeuchtung sonstiger Komposte eingesetzt werden kann, in der Regel zu Kläranlagen. Entsprechendes gilt auch für solche Abwässer, die aus einer Klärschlammeindickung stammen die einer Kläranlage zugeführt werden.
Die hohe Belastung der Abwässer, beispielsweise aus einer Schlammeindickung, führt bei der Auslegung von Kläranlagen zu einer Vergrößerung der notwendigen Anlagenkapazität zwischen 5 % und 10 %. Diese Vergrößerung der Anlagenkapazität ist darauf zurückzuführen, daß in kommunalen Kläranlagen die Stickstoffelimination im Regelfall biologisch durchgeführt wird. Dies bedeutet, daß bei Konzentrationen von 1500 bis 2500 mg/1 NH4-N sich die Volumina und Flächen und damit die Investitionskosten für die Nitrifizierung und Denitrifizierung stark vergrößern .
Nach dem bisher bekannten Stand der Technik werden die Ammonium-Anteile in Abwässern durch Ammoniak-Salzbildung ausge- fällt. Die ausgefällten Stoffe müssen deponiert oder anderweitig entsorgt werden.
Ein solches Verfahren zur getrennten Behandlung und Entsorgung von Gemengen aus festen und flüssigen organischen Abfallstoffen, insbesondere Gülle, wird beispielsweise in der WO 92/15540 beschrieben. Hierbei wird das Gemenge durch mechanische Trennung in eine Flüssigphase mit einem niedrigen Feststoffgehalt in feinstverteilter Form und einen Feststoffanteil mit einem Wassergehalt aufgespalten. Die Flüssigphase wird unter Bildung von Biogas einem anaeroben Fermentationsvorgang, der Feststoffanteil unter Bildung von Kompost, Dünger oder Futtermittel einem aeroben Fermentationsvorgang unterzogen. Die im Biogas und/oder in der Flüssigkeitsphase enthaltenden Ballaststoffe werden durch chemische Maßnahmen entfernt und im Kreislauf geführt, bevor das Biogas verbrannt bzw. die Flüssigphase in eine Kläranlage abgelassen oder einer weitergehenden Reinigung zugeführt wird. Hierbei werden als Flockungsmittel beispielsweise Polyelektrolyten in Kombination mit Calciumcarbonat und/oder Spurenelementen enthaltenen Mineralstoffen, insbesondere Algenkalk und/oder Diatomeenerde zugefügt. Die Stickstoff- elimination soll durch Strippung oder mittels einer Fällung nach dem Magnesium-Ammonium-Phosphat-(MAP)-Verfahren erfolgen. Nachteiligerweise ist ein solches Verfahren recht kostspielig.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein umweltfreundliches Verfahren anzugeben, das einfach handhabbar und wirtschaftlich durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch l gelöst, wobei vorzugsweise die nach Anspruch 14 gekennzeichnete Vorrichtung benutzt wird.
Als bekannt kann vorausgesetzt werden, daß in wässriger Lösung Ammoniumsalze in folgender Weise aufspalten bzw. folgendes Dissoziationsgleichgewicht bilden: NH4 + + OH <===> NH3 + H20
Das Gleichgewicht ist temperatur- und vor allem stark ph-abhängig .
NH4 + (%) NH4 + (mg/1) NH3 (%) NH3 (mg/1)
pH = 6 100 1 , 0 0 0 , 00 pH = 7 99 0 , 99 1 0 , 01 pH = 8 96 0 , 96 4 0 , 04 pH = 9 75 0 , 75 25 0 , 25 pH = 10 22
Figure imgf000005_0001
0 , 22 78 0 , 78
NH4+ liegt als Ion in Lösung vor und kann nicht ausgestrippt werden. NH3 ist durch Strippen in die Gasphase überführbar. Liegt der pH-Wert des Abwassers > 9 beginnt ein Ausstrippen sinnvoll zu werden.
Hiervon ausgehend liegt der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, das Abwasser einer Umkehrosmose zu unterziehen, aus der ein Permeat in Form hochreinen Wassers und ein Retentat, in dem die Salze und andere im Abwasser enthaltene größere Moleküle in stark aufkonzentrierter Form vorliegen, abgezogen wird und daß das Retentat anschließend von dem Ammonium befreit wird. Bei Einsatz der Umkehrosmose können ca. 85 % Permeat und 15 % Retentat erhalten werden.
Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 beschrieben.
Nach einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das Retentat gestrippt, wobei insbesondere das aus der Umkehrosmose kommende Retentat erwärmt wird, vorzugsweise auf Temperaturen >60°C, insbesondere auf 65° C, und anschließend gestrippt wird, um das Ammonium sowie vorhandenes CO2 in die Gasphase zu überführen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Retentat durch eine Strippkolonne geleitet, in deren Kopf Luft abgesaugt wird, wodurch in der Strippkolonne ein Unterdruck, vorzugsweise von 500 mbar ± 100 mbar, aufgebaut wird. Durch diese Maßnahmen, nämlich die Temperatureinstellung und den Unterdr ck werden Ammoniak und Kohlendioxid aus dem Abwasser ausgetrieben.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die im Strippkolonnenkopf angesaugte Luft erwärmt und im Strippkolonnensumpf zugeführt, insbesondere dergestalt, daß die angesaugte Luft mittels Wasserdampf aufgeheizt wird, vorzugsweise auf 65°C, wobei eine WasserdampfSättigung der Luft eintritt. Damit wird sichergestellt, daß in der Strippkolonne keine Abkühlung des Abwassers durch Verdampfen erfolgt. Ferner wird durch das Austreiben des Kohlendioxids ein pH-Wert oberhalb von 10 erreicht. Die Temperatur von ca. 65°C in Verbindung mit dem Unterdruck von 500 mbar führt zu einem Ammoniak-Dampfdruck, der genügend hoch ist, um einen übertritt aus dem Abwasser in die Gasphase zu begünstigen.
Das die Strippkolonne verlassende Wasser, aus der in hinreichender Weise Ammoniak ausgetrieben worden ist, weist aufgrund von Versuchen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind, Konzentrationen unter 500 mg/1 an Ammonium auf, so daß das die Strippkolonne verlassende Wasser unbedenklich in das Permeat rückführbar ist, so daß die hierdurch entstehende Abwassermasse noch Einleitkonzentrationen aufweist, die geringer als 100 mg/1 NH4-N betragen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, die auch einen eigenständigen Erfindungsgedanken beinhaltet, wird die ammoni- akhaltige Abluft aus der Strippkolonne katalytisch behandelt, um das Ammoniak zu Stickstoff, Lachgas oder Stickoxiden umzuwandeln. Grundsätzlich kann hierbei auf nach dem Stand der Technik bekannte Katalysatoren zurückgegriffen werden, vorzugsweise wird die Abluft jedoch einem Platinkatalysator bei Temperaturen zwischen 250°C und 450° C zugeleitet. In jedem Falle werden nur ca. 50 % des Ammoniaks zu Stickstoff umgewandelt, der restliche Anteil wird bei 250° C nahezu guantitativ zu Lachgas und bei 450°C guantitativ zu Stickoxid umgewandelt. Wird der Katalysator bei 400°C bis 450° C, insbesondere der oberen Grenztemperatur gefahren, kann eine vollständige Umwandlung zu NOx erreicht werden. Diese NOx-Bildung wird bewußt herbeigeführt, um nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das die Platinkatalysatorstufe verlassende NOx durch Reaktion mit Ammoniak zusammenzuführen, wodurch eine Reaktion nach dem Didier-Verfahren herbeigeführt werden kann, bei dem NOx durch Reaktionen mit dem Ammoniak zu Stickstoff und Wasser über Disproportionierung reagiert.
Vorzugsweise geschieht dies dergestalt, daß ein Teil der die Strippkolonne verlassenden Abluft, beispielsweise etwa 2/3, der Platinkatalysatorstufe unmittelbar zugeführt wird, in der diese Abluftmenge bei 450° C reagiert. Der verbleibende Abluftanteil wird um die Platinkatalysatorstufe herumgeführt und der Abluft zugemischt, welche die Platinkatalysatorstufe verläßt, wonach der sich hieraus ergebende Abgasstrom dem Didier-Verfahren unterzogen wird. Vorzugsweise wird dieses Verfahren mittels der Verwendung von Aluminosilikat unter Verwendung von oberflächenaktiven Katalysatormaterialien, vorzugsweise als Katalysator durchgeführt. Als Reaktionsprodukt erhält man aus dem Didier-Verfahren Stickstoff und Wasser, was unbedenklich in die Atmosphäre abgelassen werden kann.
Das Didier-Verfahren ist grundsätzlich aus der Rauchgasent- stickung bekannt, so daß auf diesbezügliche Erfahrungen zurückgegriffen werden kann.
Da in beiden Katalysatorstufen exotherme Reaktionen ablaufen, wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die jeweils in den Katalysatorstufen anfallende Wärme als Prozeßwärme für die Strippkolonne zurückgeführt, wo sie zur Erwärmung der aus dem Kopf der Kolonne abgesaugten Luft verwendet wird. Durch diese Maßnahme kann in erheblichem Maße Prozeßenergie eingespart werden. Um nicht die Umkehrosmose zu behindern, wird weiterhin das Abwasser vor der Umkehrosmose gefiltert, vorzugsweise in einem Filter mit einem Porendurchmesser von 0,2 /im. Etwaiges aus dem Filter rückströmendes Wasser wird mittels eines Hydrozyklones von Feststoffpartikeln befreit und zu dem Abwasserstrom vor der Filterung zurückgeführt.
Vorzugsweise hat sich eine Durchführung der Umkehrosmose unter Druck als vorteilhaft dargestellt, wobei der Druck 16 bar ± 5 bar betragen sollte.
Apparativ wird die vorgenannte Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 14 gelöst, die in Hintereinanderschaltung einen mechanischen Filter mit einem Porendurchmesser von 0,2 /im, eine Umkehrosmoseeinheit und eine Strippkolonne sowie ferner eine Katalysatoreinheit aufweist, in der das aus der Strippkolonne anfallende ammoniakhaltige Abgas behandelt wird.
Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die Katalysatoreinheit zweistufig aufgebaut, wobei in einer ersten Stufe ein Platinkatalysator und in einer zweiten Stufe ein Alumoεilikatkatalysa- tor oder ein anderer oberflächenaktiver Katalysator verwendet werden. Durch eine entsprechende Abzweigleitung, mit der ein Teil der die Strippkolonne verlassenden Abluft, beispielsweise 1/3, abgezweigt und der aus der ersten Katalysatorstufe anfallenden Abluft zugeführt wird, können die für das Didier- Verfahren erforderlichen Stoffe, nämlich N0X, das die erste Katalysatorstufe verläßt, und Ammoniak als Reaktionspartner zusammengeführt werden, die dann unter Bildung von Stickstoff und Wasser nach dem Didier-Verfahren reagieren.
Vorzugsweise in beiden Katalysatorstufen befinden sich Wärmetauscher, die mit einem Wärmetauscher an der Strippkolonne in Verbindung stehen, womit die exotherme Reaktionswärme der Katalysatorstufen zur Aufheizung der vom Kopf der Strippkolonne abgeführten und dem Sumpf zugeführten Luft verwendbar ist. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Fließbildes näher erläutert.
Der durch Pfeil 10 dargestellt Abwasserstrom 10 wird über zwei parallel betriebene Cross-Flow-Filter 11 mit einem Porendurchmesser von 0,2 μm von Feststoffpartikeln befreit. Rückströmendes Wasser wird wegen des höheren Gehaltes an Partikeln wieder vor einen Hydrozyklon 12 dem Anaerobwasser 10 zugegeben. Das den Filter verlassende Wasser wird in einem Speichertank 13 zwischengespeichert und von hier aus kontinuierlich einer Umkehrosmoseeinheit 14 zugeführt. Bei einem Druck von 16 bar wird das Wasser in eine erste Fraktion 15, das Permeat, und in eine zweite Fraktion, das Retentat 16 getrennt. Ca. 85 % der Menge fallen als Permeat in Form eines hochreinen Wassers an, aus dem Ammonium und andere Salze weitestgehend ausgefiltert sind. Der Rest, nämlich 15 % (bezogen auf die Ausgangsmenge) liegt als Retentat vor, in dem Salze und andere große Moleküle wie auch Ammonium stark aufkonzentriert vorliegen. Das Permeat 15 hat eine Wassergualität von nahezu entionisiertem Wasser und kann beliebig abgegeben werden, z.B. in eine Kläranlage. Das Retentat wird über einen Wärmetauscher 17 geleitet, durch den es auf eine Temperatur von ca. 65°C gebracht wird. Das erhitzte Wasser wird dem Kopf einer Strippkolonne 18 zugeführt, wo es auf ein Verteilsystem geleitet wird und durch dieses über den gesamten Querschnitt nach unten fließt. Das Abwasser rieselt in der Strippkolonne 18 über Füllkörper nach unten, wodurch es zu einer extremen Oberflächenvergrößerung des Flüssigkeitsfilmes kommt. Das im Sumpf der Strippkolonne 18 anfallende Wasser wird mittels einer Schlauchpumpe 19 ins Abwasser abgepumpt, kann jedoch auch, wie durch Pfeil 20 symbolisiert, dem Permeat 15 zugeführt werden, von wo aus die Gesamtmenge einer Kläranlage zugeführt ist.
Im Kopf der Strippkolonne wird Luft mittels einer Drehschieberpumpe 21 abgesaugt, so daß in der Kolonne 18 ein Unterdruck von 500 mbar aufgebaut wird. Die abgesaugte Luft wird durch ein automatisch druckgesteuertes Ventil im Bereich des Sumpfes so zugegeben, daß der Unterdruck von 500 mbar dauerhaft aufrechterhalten bleibt. Die zugegebene Luft wird mittels Wasserdampf auf 65"C aufgeheizt, wobei gleichzeitig eine WasserdampfSättigung erzielt wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß in der Strippkolonne keine Abkühlung des Wassers durch Verdampfen erfolgt. Temperaturbedingt wird das Kohlendioxid ausgetrieben, wobei sich der pH-Wert auf mehr als 10 erhöht. Die anstehende Temperatur von 65" C sowie der Unterdruck von 500 mbar führen wegen des entsprechenden Ammoniak-Dampfdruckes dazu, daß Ammoniak in die Gasphaεe übertritt, die durch eine Abluftleitung 22 symbolisiert ist. Die Abluft wird einer zweistufigen Katalysatoreinheit 23, 24 zugeführt, in der das Ammoniak vollständig zu Stickstoff umgesetzt wird. Die erste Stufe 23 besteht aus einem Platinkatalysator, an dem Ammoniak zu Stickstoff umgesetzt wird. Dieser Vorgang arbeitet temperaturabhängig zwischen 250° C und 450° C, wobei nur ca. 50 % des Ammoniaks zu Stickstoff umgewandelt werden, die restlichen 50 % werden bei 250° C nahezu quantitativ zu Lachgas, bei 450° C allerdings quantitativ zu Stickoxid umgewandelt werden. Der Katalysator 23 wird bei 450° C gefahren, um eine quantitative NOx-Produktion zu gewährleisten. Dem den Katalysator 23 verlassenden Abgasstrom 25 muß noch Ammoniak bzw. ammoniakhaltige Luft zugesetzt werden. Diese wird mittels einer Abzweigleitung 26 dem Abgasstrom 22 entnommen. Der aus den Abgasströmen 25 und 26 resultierende Gesamtstrom wird der zweiten Katalysatorstufe 24 zugeleitet, einem Alumino- silikat oder anderer oberflächenaktiver Materialien, an dem die Umsetzung von Ammoniak mit NOx zu Stickstoff und Wasser stattfindet, so daß das die zweite Katalysatoreinheit 24 verlassende Abgas 27 nur noch Wasserdampf und Stickstoff sowie Spuren der Eingangsgase enthält.
Die in den Katalysatorstufen 23 und 24 ablaufenden Reaktionen sind exotherm. Die entnommene Prozeßwärme kann über die genannten Wärmetauscher 17 und 30 dazu verwendet werden, das der Strippkolonne zugeführte Abwasser sowie die im Kopf der Kolonne 18 abgesaugte Luft zu erwärmen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Entfernung oder Reduzierung des Ammonium- Anteiles aus Abwässern, insbesondere aus Abwässern von Kompost- oder Biogasanlagen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Abwasser einer Umkehrosmose unterzogen wird, aus der ein Permeat in Form hochreinen Wassers und ein Retentat, in dem die Salze und andere im Abwasser enthaltene größere Moleküle in stark aufkonzentrierter Form vorliegen, abgezogen wird und daß das Retentat abschließend von dem Ammonium befreit wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Umkehrosmose kommende Retentat erwärmt wird, vorzugsweise auf Temperaturen >60°C, insbesondere auf 65° C, und anschließend gestrippt wird, um das Ammonium sowie vorhandenes CO2 in die Gasphase zu überführen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Retentat durch eine Strippkolonne geleitet wird, in deren Kopf Luft abgesaugt wird, wodurch in der Strippkolonne ein Unterdruck, vorzugsweise von 500 mbar ± 100 mbar aufgebaut wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Strippkolonnenkopf abgesaugte Luft dem Strippkolonnensumpf zugeführt wird, vorzugsweise dergestalt, daß die abgesaugte Luft mittels Wasserdampf unter WasserdampfSättigung der Luft aufgeheizt wird, vorzugsweise auf 65° C.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß das die Strippkolonne verlassende Wasser in das Permeat überführt wird. 10
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ammoniakhaltige Abluft aus der Strippkolonne katalytisch behandelt wird, um das Ammoniak zu Stickstoff, Lachgas oder Stickoxiden umzuwandeln.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft einem Platinkatalysator bei Temperaturen zwischen 250 °C und 450°C zugeleitet wird, wobei vorzugsweise das bei 400° C bis 450° C entstehende und die Platinkatalysatorstufe verlassende NOx durch Reaktion mit Ammoniak zusammengeführt wird, um eine Reaktion nach dem nach dem Stand der Technik bekannten Didier-Verfahren zu Stickstoff und Wasser herbeizuführen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der die Strippkolonne verlassende Abluft, vorzugsweise etwa 2/3, der Platinkatalysatorstufe zugeführt wird, und der verbleibende Teil der Abluft derjenigen Abluft zugemischt wird, die die Platinkatalysatorstufe verläßt, wonach der sich hieraus ergebende Abgasstrom einem Didier-Verfahren unterzogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Didier-Verfahren unter Verwendung von oberflächenaktiven Katalysatormaterialien, insbesondere von Alumino- silikat als Katalysator durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Katalysatorstufen anfallende Wärme als Prozeßwärme für die Strippkolonnen zurückgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser vor der Umkehrosmose gefiltert wird, vorzugsweise in einem Filter mit einem Porendurchmesser von 0,2 μm. 11
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß etwaiges aus dem Filter rückströmendes Wasser mittels eines Hydrozyklones von Feststoffpartikeln befreit und zu dem Abwasserstrom vor der Filterung zurückgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrosmose unter Druck durchgeführt wird, vorzugsweise einem Druck von 16 bar ± 5 bar.
14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, das folgende Einrichtungen hintereinandergeschaltet sind: ein mechanischer Filter mit einem Porendurchmesser von 0,2 μm, eine Umkehrosmoseeinheit und eine Strippkolonne, deren Abgas einer Katalysatoreinheit zuführbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoreinheit zweistufig aufgebaut ist und in einer ersten Stufe ein Platinkatalysator und in einer zweiten Stufe einen oberflächenaktiven Katalysator, vorzugsweise einen Alumosilikatkatalysator aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine von der zur ersten Katalysatorstufe führenden Leitung abzweigende Umgehungsleitung, die in die zweite Katalysatorstufe mündet.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch miteinander in Verbindung stehende Wärmetauscher mittels derer die in der Katalysatorstufe (jeweils) anfallende Prozeßwärme der Strippkolonne zuführbar ist.
PCT/DE1999/000529 1998-03-02 1999-02-28 Verfahren und vorrichtung zur entfernung oder reduzierung des ammonium-anteiles aus abwässern WO1999044945A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19808433.1 1998-03-02
DE1998108433 DE19808433A1 (de) 1998-03-02 1998-03-02 Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung oder Reduzierung des Ammonium-Anteils aus Abwässern

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999044945A1 true WO1999044945A1 (de) 1999-09-10

Family

ID=7859184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1999/000529 WO1999044945A1 (de) 1998-03-02 1999-02-28 Verfahren und vorrichtung zur entfernung oder reduzierung des ammonium-anteiles aus abwässern

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19808433A1 (de)
WO (1) WO1999044945A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014097457A (ja) * 2012-11-14 2014-05-29 Tsukishima Kankyo Engineering Ltd 廃水の処理方法および処理装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2699519A1 (de) * 2011-04-20 2014-02-26 ThermoEnergy Corporation Verfahren und systeme zur behandlung von wasserströmen mit ammonium
US9901861B2 (en) 2011-10-18 2018-02-27 General Electric Technology Gmbh Chilled ammonia based CO2 capture system with wash system and processes of use
US20130177489A1 (en) * 2012-01-05 2013-07-11 Alstom Technology Ltd Carbon dioxide removal system with a membrane separator system for ammonia recovery
US9573816B2 (en) 2015-04-02 2017-02-21 General Electric Technology Gmbh System for low pressure carbon dioxide regeneration in a chilled ammonia process
CN108137348B (zh) 2015-10-30 2021-02-05 陶氏环球技术有限责任公司 含氨废水的膜处理

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0409423A1 (de) * 1989-07-19 1991-01-23 British Gas plc Behandlung für die Verringerung von Schmutzstoffen in wässeriger Flüssigkeit
US5494587A (en) * 1993-02-08 1996-02-27 Institut Francais Du Petrole Process for the catalytic deodorization of and reduction of the nitrogen content in liquid manure tank effluents
DE19504213A1 (de) * 1995-02-09 1996-08-22 Prantner Gmbh Verfahrenstechni Verfahren zur Reinigung von ammoniumhaltigem Abwasser
JPH0975915A (ja) * 1995-09-19 1997-03-25 Hitachi Ltd アンモニア態窒素処理システム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2938654B1 (de) * 1979-09-25 1980-09-18 Didier Eng Verfahren zur Vernichtung von Ammoniak in Abwaessern
DE3219701A1 (de) * 1982-05-26 1983-12-01 Ruhrkohle Ag, 4300 Essen Behandlung von gaskondensaten
JPS60139656A (ja) * 1983-12-27 1985-07-24 Ajinomoto Co Inc リジン製造法
DE3831013C2 (de) * 1988-09-12 1995-01-19 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Ammoniak aus Abwässern
DE4442012C1 (de) * 1994-11-28 1996-08-29 Siemens Ag Verfahren und Katalysator zur Zersetzung von Stickoxiden

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0409423A1 (de) * 1989-07-19 1991-01-23 British Gas plc Behandlung für die Verringerung von Schmutzstoffen in wässeriger Flüssigkeit
US5494587A (en) * 1993-02-08 1996-02-27 Institut Francais Du Petrole Process for the catalytic deodorization of and reduction of the nitrogen content in liquid manure tank effluents
DE19504213A1 (de) * 1995-02-09 1996-08-22 Prantner Gmbh Verfahrenstechni Verfahren zur Reinigung von ammoniumhaltigem Abwasser
JPH0975915A (ja) * 1995-09-19 1997-03-25 Hitachi Ltd アンモニア態窒素処理システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 097, no. 007 31 July 1997 (1997-07-31) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014097457A (ja) * 2012-11-14 2014-05-29 Tsukishima Kankyo Engineering Ltd 廃水の処理方法および処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE19808433A1 (de) 1999-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2735892C3 (de) Verfahren zur Behandlung von ammoniumhaltigem Abwasser
EP2566593B1 (de) Abtrennverfahren und abtrennvorrichtung
EP1968900B1 (de) Anaerobe reinigung von abwasser
DE2658909C3 (de) Verfahren zur Behandlung von Abwasser
EP0968964B1 (de) Verfahren zur stofflichen Verwertung von Gülle
EP2288425A1 (de) Verfahren und anlage zur reinigung von biogas zur gewinnung von methan
DE2322958B2 (de) Verfahren zum Abtrennen von Schwefeldioxid aus Abgasen
EP1318105B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Ammonium aus Abwässern und zur Wertstoffgewinnung
EP2483206B1 (de) Verfahren zur energetisch optimierten gewinnung von ammoniumsalzen
EP1768933A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum separieren von magnesium-ammonium-phosphat map aus abwasser
EP2385928A2 (de) Verfahren zur gewinnung von distickstoffoxid
DE3603739C2 (de)
DE2950710A1 (de) Verfahren zur behandlung von abwasser
EP0461385B1 (de) Verfahren zur Aufarbeitung von Abwasser aus unter erhöhtem Druck betriebenen Vergasungsanlagen
WO1999044945A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur entfernung oder reduzierung des ammonium-anteiles aus abwässern
EP0915058A2 (de) Verfahren zur stofflichen Verwertung von ammoniumhaltigem Abwasser
AT401048B (de) Verfahren und vorrichtung zur entfernung von ammonium-verbindungen aus abwässern
WO1991014656A1 (de) Verfahren zur reinigung von industriellen, landwirtschaftlichen oder privaten abwässern von ihren verunreinigungen an ammoniumverbindungen
DE19511179A1 (de) Verfahren und Anlage zum Entfernen von Ammonium und/oder ammoniumstickstoffhaltigen Verbindungen aus Abwässern
EP1334952A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von ammonum-, phosphat- und kaliumhaltigen Flüssigkeiten
DE3036605A1 (de) Verfahren zur herstellung einer waessrigen loesung von calciumnitrit
DE3621333C2 (de) Verfahren zum Abbau von Abfall-Gips
DE4330569C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von ammoniumhaltigen Verbindungen aus Abwässern
DD291541A5 (de) Vorrichtung und verfahren zur reinigung von abwasser
DE3830332A1 (de) Verfahren zum entfernen von nitrationen aus rohwasser zum zwecke der trinkwasseraufbereitung

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase