WO2010029034A2 - Method and device for removing impurities from water - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for removing impurities from water by attaching the impurities to solids.
- the invention also relates to an associated apparatus for carrying out the method.
- Known methods for water purification include in particular absorption and / or adsorption, z.
- absorption and / or adsorption For example, with activated carbon, on whose surfaces pollutants are bound.
- Such a process is usually nonspecific, so that the adsorber is frequently saturated quickly by other, rather uncritical substances, and thus the process costs are high.
- electrochemical methods according to the principle of electroplating, in which ionic impurity components, - optionally in conjunction with suitable membranes - are removed.
- these methods are also not very selective and have limits, especially for arsenates and selenium compounds.
- the invention relates to a specific sequence of individual process steps.
- the procedure is as follows:
- a finely ground inert material with particle sizes greater than 10 ⁇ m is used,
- the inert material is functionalized on its surfaces
- the functionalized surfaces of the inert substance are brought into contact with the water to be purified, whereby the impurities are bound to the functionalized surfaces, -
- the inert substances with the impurities bound to the surfaces are separated from the purified water by physical separation processes.
- At least one mechanical separation stage for the passage of a contaminated water stream is present, in which the pretreated inert material is separated with the functionalized surfaces of the purified water stream.
- the invention is based on that finely ground, inexpensive to produce inert materials such.
- quartz sand, kaolin or the like, but optionally also polymers either themselves be treated in a suitable manner or can be coated with suitable chemical substances, which then bind with a functional group selectively to the sand particles.
- short alkyl chains with appropriately selected functional head groups are suitable here.
- alkyl chains are known from conventional flotation processes in the mining industry and typically consist of three to more than twelve carbon atoms (C3 ... C12) in a linear or slightly branched arrangement, at one end of which sits the required for binding to the sand head group. At the other end of the alkyl chain or at the branch ends are branched
- Alkylene immediately further functional groups which are specific to the impurities to be eliminated in the water, for. B. to a lead, arsenic or even selenium compound, specifically bind, whereby these impurities are bound to the functionalized surfaces of the inert material.
- 2 denotes a water flow which is guided in a channel 2.
- the channel 1 is followed by a separation stage 5, in which the inert material 10 with the functionalized surfaces 11 is continuously mixed with the water stream to be purified.
- the separation stage 5 can be carried out in particular as a suspension reactor with subsequent hydrocyclone for separating off the inert substance particles 10 charged with the separated impurities, which leads to a particularly simple, low-maintenance and cost-effective solution.
- 6 a leaving channel for purified water 7 is designated.
- the impurities in the water stream 2 are brought into contact with the functionalized surfaces 11 of the inert material 10 and separated from the water stream 2, so that a purified water stream 7 flows through the outlet channel 6.
- inert materials For the filling of the separation stage 5 is based on finely ground inert materials.
- inert materials may be, for example, sand or, in particular, kaolin. Also organic substances are possible. These materials can be finely ground in a suitable manner, with particle sizes of 10 microns have been found to be suitable. Such a particle size appears suitable for obtaining a sufficient surface area in comparison to the volume.
- the powder particles 10 of the inert material need only be functionalized on the surfaces 11.
- the functionalized surfaces 11 can then be brought into contact with the water stream 2 to be cleaned over a large area, whereby the impurities are specifically bound to the functionalized surfaces 11, which physically corresponds to an adsorption process.
- the impurities are separated from the water flow and it flows purified water 7 from the outlet channel. 6
- the inert substance particles loaded with the impurities can be continuously separated, resulting in a particularly economical mode of operation.
- the essential measure in the procedure described above is therefore the appropriate functionalization of the inert material surfaces, which can be tailored specifically to particular impurities in particular.
- heavy metals such as uranium, which are often polluted with water from natural wells (see Bayerischer Rundfunk of 05.09.2008, http://www.br-onlme.de/studio-franken/ matterss-aus-franken / trmkwasser-) franken-ura ...), be turned off.
- an inert substance particle 10 is shown, whose surface 11 is covered by a nano layer 12 of individual functional groups, which are designated Fi.
- Such functional groups are, for example, alkyl groups 13 which attach to the particle surface 11 with a carbon atom.
- the end of the alkyl group is selected so that it forms a functional group, for example, F v "+ F JJO what can dock specifically uranium.
- uranium ions can be selectively bound in water in any concentration.
- the functionalization of the inert material surfaces can also be carried out by treating the particles of the inert substance itself energetically.
- plasma processes are suitable. With such plasma processes, which use in particular non-thermal plasmas, radicals are generated which produce functional groups on the surface of the inert substance.
- not- Thermal plasmas are preferably used in this case as "silent barrier discharges", corona discharges or so-called non-thermal plasma jets or combinations of these methods.
- the inert material is to be coated, it is possible in particular to bind organic substances with functional properties selectively to the inert substance.
- short alkyl chains are used with appropriately selected functional head group.
- alkyl chains are known per se from flotation processes in the mining industry and typically consist of several linearly arranged carbon atoms. This chain lengths of C3 to C12 are used in a linear or slightly branched arrangement, at one end of which required for binding to the inert material
- Head group sits.
- those functional groups which binds to the impurity to be eliminated in the water or specifically targeted to specifically remove organic see impurities, so that these impurities bound to the functionalized surface of the inert material remains.
- hydrocyclones From the technology of water treatment so-called hydrocyclones are known. Such hydrocyclones generally serve to separate solids from liquids.
- Hydrocyclones work by mechanical separation and include appropriate means for continuous sedimentation animals and separating the solids content, wherein the liquid content can flow freely.
- devices with so-called settling apparatus, filters, membrane filters and / or separators and their combinations are used to supplement the action of a hydrocyclone. It is essential that prior to a hydrocyclone, the contaminated liquid stream is mixed with the functionalized inert material and passed through a separation stage, for example a slurry reactor, whereby the contaminant is anilated to the inert material. Otherwise, use is made of conventional means of the prior art. Even heavy metals can be removed from a stream of water.
- the latter device essentially comprises a separation stage (suspension reactor) into which the inert material with the functionalized surfaces is introduced and in which the impurities are transferred from the water stream to the inert substance surface, as well as a continuously operating physical separation device, such.
- a separation stage suspension reactor
- the hydrocyclone or comparable equipment such as decanters and / or drying equipment, such as a belt dryer.
- the cleaning stage must i. A. be adapted to the substance to be removed.
- the cleaning can be carried out chemically in a corresponding reactor in which destroys the bond of the alkyl chains to the inert material and thus the inert material is freed from the impurities.
- the purification step can also be carried out by ion exchange or electrochemical, since the concentration is high, the mass flow due to the concentration of impurity but low compared to the original liquid mass flow.
- a thermal cleaning of the inert material respectively.
- the correspondingly functionalized alkyl chains must be mixed again with the purified inert substance in a mixing stage before the inert material can be mixed again into the separation stage (suspension reactor).
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Abstract
According to prior art, impurities are removed from water by attaching said impurities to solid matter. According to the invention, a finely ground inert substance is used and said inert substance is functionalised on the surfaces thereof, said functionalised surfaces being brought into contact with the water that is to be purified such that said impurities attach to the functionalised surfaces. Said inert substance and the impurities attached to the surfaces can be subsequently separated from the purified water by means of a physical separation method.
Description
Beschreibungdescription
Verfahren und Vorrichtung zur Beseitigung von Verunreinigungen aus WasserMethod and device for removing impurities from water
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beseitigung von Verunreinigungen aus Wasser durch Anlagern der Verunreinigungen an Feststoffe. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for removing impurities from water by attaching the impurities to solids. In addition, the invention also relates to an associated apparatus for carrying out the method.
Die globale Bedeutung von sauberem Wasser, insbesondere von Trinkwasser, wächst. Oftmals liegen im Trinkwasser, in Industriewasser, aber auch in Abwässern gelöste organische und anorganische Verunreinigungen, wie z. B. Sulfate, Arsen-, Selenverbindungen, Phosphate härtebildender, organischer Lösungsmittel, Pharmazeutika, z. B. Antibiotika, Schmerz- und Entzündungsmittel oder andere störende Beimengungen vor, welche vor dem Gebrauch des Wassers bzw. auch vor der Entsorgung von Abwässern entfernt werden müssen. Insbesondere liegt aber häufig eine ganz spezifische Verunreinigung vorherrschend vor, die gezielt verringert werden muss, während andere Verunreinigungen weniger kritisch sind. Insbesondere einige spezifische Verunreinigungen, wie z. B. Arsenate, Selenverbin- düngen, Peroxide oder dergleichen, sind dabei sehr schwer aus einem Wasserstrom zu entfernen.The global importance of clean water, especially drinking water, is growing. Often are in drinking water, industrial water, but also in waste water dissolved organic and inorganic impurities such. As sulfates, arsenic, selenium compounds, phosphates hardness-forming, organic solvents, pharmaceuticals, eg. As antibiotics, painkillers and inflammatory or other interfering admixtures, which must be removed before the use of water or even before the disposal of wastewater. In particular, however, a very specific impurity is often prevalent, which must be deliberately reduced, while other impurities are less critical. In particular, some specific impurities such. As arsenates, selenium compounds, peroxides or the like, are very difficult to remove from a stream of water.
Bekannte Methoden zur Wasserreinigung beinhalten insbesondere Absorptions- und/oder Adsorptionsverfahren, z. B. mit Aktiv- kohle, an deren Oberflächen Schadstoffe gebunden werden. Ein solches Verfahren ist meist unspezifisch, so dass der Adsor- ber häufig durch andere, eher unkritische Stoffe schnell gesättigt wird, und dadurch die Verfahrenskosten hoch sind.Known methods for water purification include in particular absorption and / or adsorption, z. For example, with activated carbon, on whose surfaces pollutants are bound. Such a process is usually nonspecific, so that the adsorber is frequently saturated quickly by other, rather uncritical substances, and thus the process costs are high.
Andere bekannte Methoden sind durchweg membranbasierte Verfahren, z. B. Umkehrosmose und Nano- bzw. Ultrafiltration. Die notwendigen Vorreinigungsverfahren sowie hohe Betriebsdrucke und große Membranoberflächen und weiterhin begrenzte
Lebensdauer der Membrane führen ebenfalls zu hohen Verfahrenskosten .Other known methods are consistently membrane-based methods, e.g. B. reverse osmosis and nano- or ultrafiltration. The necessary pre-treatment procedures as well as high operating pressures and large membrane surfaces and further limited Life of the membrane also lead to high process costs.
Ebenfalls bekannt sind elektrochemische Methoden nach dem Prinzip der Galvanik, bei denen ionische Verunreinigungsbestandteile, - gegebenenfalls in Verbindung mit geeigneten Membranen -, entfernt werden. Allerdings arbeiten auch diese Methoden nicht sehr selektiv und haben, insbesondere bei Ar- senaten und Selenverbindungen, Grenzen.Also known are electrochemical methods according to the principle of electroplating, in which ionic impurity components, - optionally in conjunction with suitable membranes - are removed. However, these methods are also not very selective and have limits, especially for arsenates and selenium compounds.
Weiterhin führen hohe Leitfähigkeiten des Wassers durch entsprechenden Salzgehalt zu einem hohen Energieaufwand und daher zu hohen Verfahrenskosten. Bei Einsatz von entsprechenden Membranen treten zusätzlich die unter letzteren Membranmetho- den genannten Nachteile auf.Furthermore, high conductivities of the water due to the corresponding salt content lead to a high expenditure of energy and therefore to high process costs. When using corresponding membranes, the disadvantages mentioned under the latter membrane methods additionally occur.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zur Beseitigung von Verunreinigungen aus Wasser vorzuschlagen und zugehörige Vorrichtung zu schaffen.On this basis, it is an object of the invention to provide a new method for removing impurities from water and to provide associated device.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Vorrichtung ist im Patentanspruch 13 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the measures of claim 1. An associated device is specified in claim 13. Advantageous developments of the method and the associated device are the subject of the dependent claims.
Gegenstand der Erfindung ist eine bestimmte Abfolge einzelner Verfahrensschritte. Dabei wird folgendermaßen vorgegangen:The invention relates to a specific sequence of individual process steps. The procedure is as follows:
- Es wird ein feingemahlener Inertstoff mit Partikelgrößen größer 10 μm verwendet,A finely ground inert material with particle sizes greater than 10 μm is used,
- der Inertstoff wird an seinen Oberflächen funktionali- siert,- the inert material is functionalized on its surfaces,
- die funktionalisierten Oberflächen des Inertstoffes werden mit dem zu reinigenden Wasser in Verbindung gebracht, wo- durch die Verunreinigungen an die funktionalisierten Oberflächen gebunden werden,
- die Inertstoffe mit den an den Oberflächen gebundenen Verunreinigungen werden durch physikalische Trennverfahren vom gereinigten Wasser getrennt.the functionalized surfaces of the inert substance are brought into contact with the water to be purified, whereby the impurities are bound to the functionalized surfaces, - The inert substances with the impurities bound to the surfaces are separated from the purified water by physical separation processes.
Bei der zugehörigen Vorrichtung ist zumindest eine mechanische Trennstufe zur Durchleitung eines verunreinigten Wasserstromes vorhanden, in der der vorbehandelte inerte Stoff mit den funktionalisierten Oberflächen vom gereinigten Wasserstrom abgetrennt wird.In the associated device, at least one mechanical separation stage for the passage of a contaminated water stream is present, in which the pretreated inert material is separated with the functionalized surfaces of the purified water stream.
Die Erfindung beruht darauf, dass sich feingemahlene, kostengünstig herzustellende inerte Stoffe, wie z. B. Quarzsand, Kaolin oder dergleichen, gegebenenfalls aber auch Polymere, entweder selbst in geeigneter Weise behandeln lassen oder aber mit geeigneten chemischen Stoffen beschichten lassen, welche sich dann mit einer funktionalen Gruppe selektiv an die Sandpartikel binden. Im Rahmen der Erfindung sind hier beispielsweise kurze Alkylketten mit entsprechend ausgewählter funktionaler Kopfgruppe geeignet. Solche Alkylketten sind aus herkömmlichen Flotationsverfahren im Bergbau bekannt und bestehen typischerweise aus drei bis mehr als zwölf Kohlenstoffatomen (C3 ... C12) in linearer oder auch leicht verzweigter Anordnung, an deren einem Ende die zur Bindung an den Sand erforderliche Kopfgruppe sitzt. Dabei sitzen am anderen Ende der Alkylkette oder an den Zweigenden bei verzweigtenThe invention is based on that finely ground, inexpensive to produce inert materials such. As quartz sand, kaolin or the like, but optionally also polymers, either themselves be treated in a suitable manner or can be coated with suitable chemical substances, which then bind with a functional group selectively to the sand particles. In the context of the invention, for example, short alkyl chains with appropriately selected functional head groups are suitable here. Such alkyl chains are known from conventional flotation processes in the mining industry and typically consist of three to more than twelve carbon atoms (C3 ... C12) in a linear or slightly branched arrangement, at one end of which sits the required for binding to the sand head group. At the other end of the alkyl chain or at the branch ends are branched
Alkylen unmittelbar weitere funktionale Gruppen, welche sich spezifisch an die zu beseitigenden Verunreinigungen im Wasser, z. B. an eine Blei-, Arsen- oder auch Selenverbindung, gezielt anbinden lassen, wodurch diese Verunreinigungen an die funktionalisierten Oberflächen des Inertstoffes gebunden werden .Alkylene immediately further functional groups which are specific to the impurities to be eliminated in the water, for. B. to a lead, arsenic or even selenium compound, specifically bind, whereby these impurities are bound to the functionalized surfaces of the inert material.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei- spielen in Verbindung mit den Patentansprüchen. Dabei wird auf zwei Schemazeichnungen Bezug genommen.
Im Schema gemäß Figur 1 bedeutet 2 ein Wasserstrom, der in einem Kanal 2 geführt ist. An den Kanal 1 schließt sich eine Trennstufe 5 an, in der der Inertstoff 10 mit den funktiona- lisierten Oberflächen 11 kontinuierlich mit dem zu reinigen- den Wasserstrom gemischt wird. Die Trennstufe 5 kann insbesondere als Suspensionsreaktor mit nachfolgenden Hydrozyklon zur Abtrennung der mit den abgetrennten Verunreinigungen be- ladenen Inertstoffteilchen 10 ausgeführt werden, was zu einer besonders einfachen, wartungsarmen und kostengünstigen Lösung führt. Mit 6 ist ein Abgangskanal für gereinigtes Wasser 7 bezeichnet .Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments play in conjunction with the claims. Reference is made to two schematic drawings. In the diagram according to FIG. 1, 2 denotes a water flow which is guided in a channel 2. The channel 1 is followed by a separation stage 5, in which the inert material 10 with the functionalized surfaces 11 is continuously mixed with the water stream to be purified. The separation stage 5 can be carried out in particular as a suspension reactor with subsequent hydrocyclone for separating off the inert substance particles 10 charged with the separated impurities, which leads to a particularly simple, low-maintenance and cost-effective solution. With 6 a leaving channel for purified water 7 is designated.
Beim Durchströmen der Trennstufe 5 werden die Verunreinigungen im Wasserstrom 2 mit den funktionalisierten Oberflächen 11 des Inertstoffes 10 in Kontakt gebracht und vom Wasserstrom 2 abgetrennt, so dass durch den Abgangskanal 6 ein gereinigter Wasserstrom 7 strömt.As it flows through the separation stage 5, the impurities in the water stream 2 are brought into contact with the functionalized surfaces 11 of the inert material 10 and separated from the water stream 2, so that a purified water stream 7 flows through the outlet channel 6.
Für die Füllung der Trennstufe 5 wird von feingemahlenen Inertstoffen ausgegangen. Solche Inertstoffe können beispielsweise Sand oder auch insbesondere Kaolin sein. Auch organische Stoffe sind möglich. Diese Stoffe können in geeigneter Weise fein gemahlen werden, wobei sich Partikelgrößen von 10 μm als geeignet erwiesen haben. Eine solche Partikelgröße erscheint geeignet, um eine hinreichende Oberfläche im Vergleich zum Volumen zu erhalten.For the filling of the separation stage 5 is based on finely ground inert materials. Such inert materials may be, for example, sand or, in particular, kaolin. Also organic substances are possible. These materials can be finely ground in a suitable manner, with particle sizes of 10 microns have been found to be suitable. Such a particle size appears suitable for obtaining a sufficient surface area in comparison to the volume.
Die Pulverteilchen 10 des Inertstoffes brauchen nur an den Oberflächen 11 funktionalisiert werden. Die funktionalisier- ten Oberflächen 11 können dann großflächig mit dem zu reinigenden Wasserstrom 2 in Kontakt gebracht werden, wodurch die Verunreinigungen spezifisch an die funktionalisierten Oberflächen 11 gebunden werden, was physikalisch einem Adsorpti- onsprozess entspricht. Somit werden die Verunreinigungen vom Wasserstrom getrennt und es strömt gereinigtes Wasser 7 aus dem Abgangskanal 6.
Mithilfe des Hydrozyklons können die mit den Verunreinigungen beladenen Inertstoffteilchen kontinuierlich abgeschieden werden, so dass sich eine besonders wirtschaftliche Betriebsweise ergibt.The powder particles 10 of the inert material need only be functionalized on the surfaces 11. The functionalized surfaces 11 can then be brought into contact with the water stream 2 to be cleaned over a large area, whereby the impurities are specifically bound to the functionalized surfaces 11, which physically corresponds to an adsorption process. Thus, the impurities are separated from the water flow and it flows purified water 7 from the outlet channel. 6 With the aid of the hydrocyclone, the inert substance particles loaded with the impurities can be continuously separated, resulting in a particularly economical mode of operation.
Die wesentliche Maßnahme bei der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise ist also die geeignete Funktionalisierung der Inertstoff-Oberflachen, die insbesondere spezifisch auf be- stimmte Verunreinigungen abgestellt werden kann. Beispielsweise kann gezielt auf Schwermetalle wie Uran, mit dem Wasser aus Naturbrunnen häufig belastet ist (s. Bayerischer Rundfunk vom 05.09.2008, http://www.br-onlme.de/studio-franken/ aktuelles-aus-franken/trmkwasser-franken-ura ... ) , abgestellt werden.The essential measure in the procedure described above is therefore the appropriate functionalization of the inert material surfaces, which can be tailored specifically to particular impurities in particular. For example, heavy metals such as uranium, which are often polluted with water from natural wells (see Bayerischer Rundfunk of 05.09.2008, http://www.br-onlme.de/studio-franken/ aktuelles-aus-franken / trmkwasser-) franken-ura ...), be turned off.
In Figur 2 ist dazu ein Inertstoffpartikel 10 gezeigt, dessen Oberflache 11 von einer Nanoschicht 12 aus einzelnen Funktionsgruppen bedeckt ist, die mit Fi bezeichnet sind. Solche Funktionsgruppen sind beispielsweise Alkylgruppen 13, die mit einem Kohlenstoffatom an die Partikeloberflache 11 andocken.In FIG. 2, an inert substance particle 10 is shown, whose surface 11 is covered by a nano layer 12 of individual functional groups, which are designated Fi. Such functional groups are, for example, alkyl groups 13 which attach to the particle surface 11 with a carbon atom.
Das Ende der Alkylgruppe ist so ausgewählt, dass es eine funktionale Gruppe bildet, beispielsweise Fv„+ , FJJO , woran spezifisch Uran andocken kann. Somit lassen sich gezielt im Wasser in beliebigen Konzentrationen vorhandene Uran-Ionen binden .The end of the alkyl group is selected so that it forms a functional group, for example, F v "+ F JJO what can dock specifically uranium. Thus, uranium ions can be selectively bound in water in any concentration.
Statt des Aufbrmgens von definierten Fangergruppen, die Schichten mit jeweils anpassbaren entsprechenden Eigenschaf- ten bilden, kann die Funktionalisierung der Inertstoff- Oberflachen auch dadurch erfolgen, dass die Teilchen des Inertstoffes selbst energetisch behandelt werden.Instead of applying defined capture groups, which form layers with respectively adaptable corresponding properties, the functionalization of the inert material surfaces can also be carried out by treating the particles of the inert substance itself energetically.
Sofern die Teilchen zum Funktionalisieren energetisch behan- delt werden sollen, bieten sich Plasmaverfahren an. Mit solchen Plasmaverfahren, die insbesondere nichtthermische Plasmen verwenden, werden Radikale erzeugt, die an der Oberflache des inerten Stoffes funktionale Gruppen erzeugen. Als nicht-
thermische Plasmen werden dabei vorzugsweise stille Entladungen („eletrical barrier discharges") , Koronaentladungen oder so genannte nichtthermische Plasmajets oder Kombinationen dieser Verfahren verwendet.If the particles are to be treated energetically for functionalization, plasma processes are suitable. With such plasma processes, which use in particular non-thermal plasmas, radicals are generated which produce functional groups on the surface of the inert substance. As not- Thermal plasmas are preferably used in this case as "silent barrier discharges", corona discharges or so-called non-thermal plasma jets or combinations of these methods.
Sofern dagegen der Inertstoff beschichtet werden soll, lassen sich speziell organische Stoffe mit funktionalen Eigenschaften selektiv an den Inertstoff binden. Dabei werden beispielsweise kurze Alkylketten mit entsprechend ausgewählter funktionaler Kopfgruppe verwendet. Solche Alkylketten sind an sich von Flotationsverfahren im Bergbau bekannt und bestehen typischerweise aus mehreren linear angeordneten Kohlenstoffatomen. Dafür werden Kettenlängen von C3 bis C12 in linearer oder auch leicht verzweigter Anordnung verwendet, an deren einem Ende die zur Bindung an den Inertstoff erforderlicheIf, on the other hand, the inert material is to be coated, it is possible in particular to bind organic substances with functional properties selectively to the inert substance. In this example, short alkyl chains are used with appropriately selected functional head group. Such alkyl chains are known per se from flotation processes in the mining industry and typically consist of several linearly arranged carbon atoms. This chain lengths of C3 to C12 are used in a linear or slightly branched arrangement, at one end of which required for binding to the inert material
Kopfgruppe sitzt. Am anderen Ende der Alkylgruppe oder an den Zweigenden bei verzweigten Alkylgruppen sind solche funktionale Gruppen, welche an die zu beseitigende Verunreinigung im Wasser bzw. auch gezielt an spezifisch zu entfernende organi- sehe Verunreinigungen bindet, so dass diese Verunreinigungen an die funktionalisierte Oberfläche des Inertstoffes gebunden bleibt.Head group sits. At the other end of the alkyl group or at the branch ends in branched alkyl groups are those functional groups which binds to the impurity to be eliminated in the water or specifically targeted to specifically remove organic see impurities, so that these impurities bound to the functionalized surface of the inert material remains.
Wesentlich ist, beim Schema gemäß Figur 1, eine solche Vor- richtung zu schaffen, die in einer entsprechenden Filterstufe den Inertstoff enthält, wobei dafür Sorge getragen werden muss, dass der Inertstoff regelmäßig aufbereitet wird, so dass eine Wiederherstellung der Funktionalisierung erreicht wird. Sofern zum Austausch geeignete Mittel 20 vorhanden sind, kann eine erneute Beimischung des funktionalisierten Inertstoffes in dem verunreinigten Wasserstrom erfolgen.It is essential, in the scheme according to FIG. 1, to provide such a device which contains the inert substance in a corresponding filter stage, whereby it must be ensured that the inert material is regularly processed, so that a re-establishment of the functionalization is achieved. If suitable means 20 are present for replacement, a renewed admixture of the functionalized inert substance in the contaminated water stream can take place.
Aus der Technologie der Wasserbehandlung sind so genannte Hydrozyklone bekannt. Solche Hydrozyklone dienen im Allgemei- nen zur Abtrennung von Feststoffen aus Flüssigkeiten.From the technology of water treatment so-called hydrocyclones are known. Such hydrocyclones generally serve to separate solids from liquids.
Hydrozyklone arbeiten nach mechanischem Trennverfahren und beinhalten entsprechende Mittel zum kontinuierlichen Sedimen-
tieren und Abtrennen des Feststoffanteils, wobei der Flüssigkeitsanteil ungehindert abströmen kann. Gegebenenfalls werden zur Ergänzung der Wirkung eines Hydrozyklons Vorrichtungen mit so genannten Absetzapparaten, Filter, Membranfilter und/oder Separatoren sowie deren Kombinationen verwendet. Wesentlich ist dabei, dass vor einem Hydrozyklon der verunreinigte Flüssigkeitsstrom mit dem funktionalisierten Inertstoff vermischt wird und durch eine Trennstufe, beispielsweise einen Suspensionsreaktor, geführt wird, wobei dabei ein AnIa- gern der Verunreinigung an den Inertstoff erfolgt. Ansonsten wird von üblichen Mitteln des Standes der Technik Gebrauch gemacht. Auch Schwermetalle können so aus einem Wasserstrom entfernt werden.Hydrocyclones work by mechanical separation and include appropriate means for continuous sedimentation animals and separating the solids content, wherein the liquid content can flow freely. Optionally, devices with so-called settling apparatus, filters, membrane filters and / or separators and their combinations are used to supplement the action of a hydrocyclone. It is essential that prior to a hydrocyclone, the contaminated liquid stream is mixed with the functionalized inert material and passed through a separation stage, for example a slurry reactor, whereby the contaminant is anilated to the inert material. Otherwise, use is made of conventional means of the prior art. Even heavy metals can be removed from a stream of water.
Letztere Vorrichtung enthält im Wesentlichen eine Trennstufe (Suspensionsreaktor) , in die der Inertstoff mit den funktionalisierten Oberflächen eingebracht ist und in der die Verunreinigungen vom Wasserstrom auf die InertstoffOberfläche übertragen werden, sowie eine kontinuierlich arbeitende phy- sikalische Trennvorrichtung, wie z. B. dem Hydrozyklon, oder vergleichbare Anlagen wie Dekanter und/oder Trocknungseinrichtungen, beispielsweise einen Bandtrockner.The latter device essentially comprises a separation stage (suspension reactor) into which the inert material with the functionalized surfaces is introduced and in which the impurities are transferred from the water stream to the inert substance surface, as well as a continuously operating physical separation device, such. As the hydrocyclone, or comparable equipment such as decanters and / or drying equipment, such as a belt dryer.
Des Weiteren sind entsprechende Mittel zur Reinigung und Wie- deraufbereitung des Inertstoffes und Rückführung in dieFurthermore, appropriate means for the purification and reprocessing of the inert material and return to the
Trennstufe vorhanden. Die Reinigungsstufe muss i. A. an den zu beseitigenden Stoff angepasst werden. Die Reinigung kann chemisch in einem entsprechenden Reaktor erfolgen, in dem die Bindung der Alkylketten an den Inertstoff zerstört und damit der Inertstoff von den Verunreinigungen befreit wird. Bei geeigneten Verunreinigungen, insbesondere ionischen Metallen o. dgl . , kann die Reinigungsstufe auch durch Ionenaustausch oder elektrochemisch erfolgen, da hier die Konzentration hoch, der Massenstrom wegen der Aufkonzentration der Verun- reinigung jedoch gering im Vergleich zum ursprünglichen Flüs- sigkeits-Massenstrom ist. Im Falle organischer Verunreinigungen wie Lösungsmittel etc. oder auch bei biologischen Verunreinigungen kann eine thermische Reinigung des Inertstoffes
erfolgen. Zur Wiederaufbereitung des Inertstoffes müssen die entsprechend funktionalisierten Alkylketten erneut dem gereinigten Inertstoff in einer Mischstufe beigemischt werden, bevor der Inertstoff wieder in die Trennstufe (Suspensionsreak- tor) eingemischt werden kann.
Separation stage available. The cleaning stage must i. A. be adapted to the substance to be removed. The cleaning can be carried out chemically in a corresponding reactor in which destroys the bond of the alkyl chains to the inert material and thus the inert material is freed from the impurities. For suitable impurities, in particular ionic metals o. , the purification step can also be carried out by ion exchange or electrochemical, since the concentration is high, the mass flow due to the concentration of impurity but low compared to the original liquid mass flow. In the case of organic contaminants such as solvents, etc. or even biological contaminants, a thermal cleaning of the inert material respectively. For reprocessing of the inert substance, the correspondingly functionalized alkyl chains must be mixed again with the purified inert substance in a mixing stage before the inert material can be mixed again into the separation stage (suspension reactor).
Claims
1. Verfahren zur Beseitigung von Verunreinigungen aus Wasser durch Anlagern der Verunreinigungen an Feststoffe, mit fol- genden Verfahrensschritten:1. A process for the removal of impurities from water by attaching the impurities to solids, comprising the following process steps:
- Es werden feingemahlene Inertstoffe mit Partikelgrößen größer 10 μm verwendet, die Inertstoffe werden an den Oberflächen der Partikel funktionalisiert, - die funktionalisierten Oberflächen der Inertstoffpartikel werden mit dem zu reinigenden Wasser in Kontakt gebracht, wodurch die Verunreinigungen an die funktionalisierten Oberflächen gebunden werden,- Finely ground inert materials with particle sizes greater than 10 microns are used, the inert materials are functionalized on the surfaces of the particles, - The functionalized surfaces of the inert material particles are brought into contact with the water to be purified, whereby the impurities are bound to the functionalized surfaces,
- dadurch werden die Verunreinigungen an die funktionali- sierten Oberflächen gebunden und das Wasser von den Verunreinigungen befreitThis binds the contaminants to the functionalized surfaces and removes impurities from the water
- die Inertstoffe mit den an den Oberflächen gebundenen Verunreinigungen werden durch physikalische Trennverfahren vom gereinigten Wasser getrennt.- The inert substances with the impurities bound to the surfaces are separated from the purified water by physical separation processes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertstoffpartikel mit solchen chemischen Substanzen beschichtet werden, welche eine funktionale Endgruppe selektiv an den Inertstoff binden, wobei am freien Ende der chemischen Substanz eine spezifisch die Verunreinigung bindende Endgruppe sitzt.2. The method according to claim 1, characterized in that the inert substance particles are coated with those chemical substances which selectively bind a functional end group to the inert substance, wherein at the free end of the chemical substance is a specifically the impurity binding end group sitting.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertstoffe Quarzsand, Kaolin o. dgl . sind.3. The method according to claim 1, characterized in that the inert materials quartz sand, kaolin o. The like. are.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inertstoffe Polymere sind.4. The method according to claim 1, characterized in that the inert substances are polymers.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chemischen Substanzen mit den funktionalisierten Endgruppen Alkylketten sind. 5. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the chemical substances with the functionalized end groups are alkyl chains.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Verfahren zu bindenden Verunreinigungen im Wasser Blei-, Arsen- und/ oder Selenverbindungen sind.6. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the impurities to be bound with the method in the lead, arsenic and / or selenium compounds.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Verfahren zu bindenden Verunreinigungen im Wasser Kohlenwasserstoffverbindungen sind.7. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the to be bound with the process impurities in the water are hydrocarbon compounds.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bindenden Verunreinigungen im Wasser Schwermetalle wie Blei, Uran und/oder deren Verbindungen sind.8. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the impurities to be bound in the water are heavy metals such as lead, uranium and / or their compounds.
9. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Uran (U) bzw. Uranoxid (UOx) aus natürlichem Brunnenwasser abgetrennt wird.9. The method according to claim 9, characterized in that uranium (U) or uranium oxide (UO x ) is separated from natural well water.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Funktionalisierung der Inertstoffe durch ein Plasmaverfahren erfolgt.10. The method according to claim 1, characterized in that a functionalization of the inert substances is carried out by a plasma process.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Radikale aus den nichtthermischen Plasmen verwendet werden, um funktionale Gruppen an der Oberfläche des Inertstoffes zu erzeugen .11. The method according to claim 10, characterized in that radicals from the non-thermal plasmas are used to produce functional groups on the surface of the inert material.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Plasmaverfahren elektrische Barriereentladungen, Koronaentladungen oder nichtthermische Plasmajets sowie deren Kombinationen verwendet werden.12. The method according to claim 11, characterized in that are used as a plasma process electrical barrier discharges, corona discharges or non-thermal Plasmajets and combinations thereof.
13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 12, mit einer als Suspensionsreaktor ausgeführten Mischkammer und einer mechanischen Trennstufe (5) zur Durchleitung eines verunreinigten Wasserstromes (1), dadurch gekennzeichnet, dass der vorbehandelte Inertstoff (10) mit den funktionalisierten Oberflächen (11) in der Trennstufe (5) vom gereinigten Wasserstrom (6) abgetrennt wird.13. A device for carrying out the method according to claim 1 or one of claims 2 to 12, with a running as a slurry reactor mixing chamber and a mechanical separation stage (5) for passing a contaminated water stream (1), characterized in that the pretreated Inertstoff (10) with the functionalized surfaces (11) in the separation stage (5) from the purified water stream (6) is separated.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstufe ein Hydrozyklon ist.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the separation stage is a hydrocyclone.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstufe (5) eine Dekantiervorrichtung ist.15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the separation stage (5) is a decanter.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstufe einen Bandfilter enthält.16. The apparatus according to claim 13, characterized in that the separation stage includes a bandpass filter.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (20) zur Reinigung de Inertstoffe, an denen die17. The apparatus according to claim 13, characterized in that means (20) for cleaning de inert substances in which the
Verunreinigungen des Wassers gebunden sind, vorhanden sind.Impurities of the water are bound to exist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsmittel (20) mit einem physikalisch-che- mischen, elektrochemischen oder thermischen Prozess arbeiten,18. Device according to claim 17, characterized in that the cleaning means (20) operate with a physical-chemical, electrochemical or thermal process,
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Wiederherstellung der Funkti- onalisierung der Inertstoffe vorhanden sind.19. Device according to one of claims 13 to 18, characterized in that means for restoring the functionalization of the inert materials are present.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur erneuten Beimischung des funktionalisierten Inertstoffes in den verunreinigten Wasserstrom vorhanden sind. 20. The device according to claim 19, characterized in that means for re-admixture of the functionalized inert material in the contaminated water stream are present.
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