WO2011015499A1 - Verfahren und vorrichtung zur beseitigung von schadstoffen aus trink-, brauch- und industriewässern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur beseitigung von schadstoffen aus trink-, brauch- und industriewässern Download PDF

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    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/18—Removal of treatment agents after treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for the removal of pollutants from drinking, industrial and industrial waters, in particular of heavy metals from drinking water.
  • the invention also relates to the associated apparatus for carrying out the method.
  • arsenic As a toxic pollutant or heavy metal is currently in particular arsenic (As) in the focus of discussion, for example, a high arsenic load in drinking water in India and Bangladesh can be found, which has negative long-term consequences for the population.
  • FIG. 1 is a flow chart to illustrate the invention
  • FIG. 2 shows a modification of the flow chart according to FIG. 1.
  • raw water is introduced into a mixing reactor 10 via an input line 1.
  • the volumetric flow V is largely constant, whereby before the input of the mixing reactor a valve 40 is provided for a return line.
  • the mixing reactor 10 has an inlet 11 and an outlet 12 and further inputs 13ff for the recycling of adsorbents.
  • an adsorbent for the absorption of pollutants. If a continuous stream of raw water is introduced via the input line for raw water, the adsorbents are evenly distributed therein.
  • the starting liquid of the mixing reactor 10 which may contain pure liquid (pure water), but also solids, is passed into a separation stage 20.
  • the separation stage 20 consists in a known manner from a
  • Hydrocyclone in which the liquid is separated from the solid by rotation.
  • the solid is passed on via the line 3 and reaches a conveyor belt 30.
  • a desorption liquid is applied flat, for example via a shower 31 or other suitable technical means.
  • the desorbent is, for example, ammonium hydroxide (NH 4 OH).
  • Ammonium hydroxide binds pollutants, especially arsenic, forming the chemical compound (NH4) 3 As0 4 .
  • the pollutant thus bound is removed and introduced into a storage container 33 for removal.
  • the NH3 can be expelled from the adsorbent NH 4 OH by increasing the temperature. It is then disposed of via an outlet line 4 either in a container 15 or supplemented by adding water to NH 4 OH again.
  • the regenerated desorbent can then be returned via line 7 in a constant mass flow m back into the mixing reactor 10.
  • fresh adsorbent is added.
  • the freed from the separation stage 20 of the pollutant liquid, ie the pure water is led away via the line 21 and given for the purpose of consumption in the line 22.
  • the output line can also be returned to input 1.
  • sensors with which the quality of the purified water is determined are used.
  • the flow chart of Figure 1 is modified in such a way that from the output line 2 of the mixing reactor 10 of Figure 1, the separation stage is charged and discharged according to the solid via the line 3 and the adsorbent is regenerated in the transport. It is essential here that, on the one hand, the outlet line 21 of the separation stage 20, which contains purified liquid, returns directly to the line 2 via a valve or discharges it as a pure liquid and, on the other hand, the regenerated adsorbent is returned to the separation stage. This makes the overall structure easier.

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Abstract

Bekannt ist es, insbesondere zur Abtrennung von Arsen aus Wasser ein Adsorptionsverfahren anzuwenden. Durch Auswahl eines geeigneten Adsorptionsmittels, durch eine Prozessführung mit integrierter Desorption ist eine kontinuierliche Regeneration der eingebrachten Flüssigkeit, insbesondere von Arsen belastetem Wasser, möglich. Bei der zugehörigen Vorrichtung ist dazu wenigstens eine Mischstufe (10) und eine Fest-Flüssig-Trennstufe (20) vorhanden. Gegebenenfalls kann die Mischstufe (10) und die Fest-Trennstufe (20) eine gemeinsame Einheit bilden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Beseitigung von Schadstoffen aus Trink-, Brauch- und Industriewässern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beseitigung von Schadstoffen aus Trink-, Brauch- und Industriewässern, insbesondere von Schwermetallen aus Trinkwasser. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Abtrennung von gelösten toxischen Stoffen aus Grund-, Prozess- und Trinkwasser werden bisher üblicherweise Verfahren wie beispielsweise Ionenaustausch, chemische Ausfällung, Filtration („Reverse Osmose"), Destillation od. dgl . eingesetzt. Bekannt sind weiterhin Methoden, die auf der Absorption an spezifischen Adsorptionsmitteln beruhen, die typischerweise in einem Festbettreaktor in einem diskontinuierlichen Prozess durchgeführt werden.
Als toxischer Schadstoff bzw. Schwermetall ist derzeit insbesondere Arsen (As) im Fokus der Diskussion, wobei beispielsweise eine hohe Arsenbelastung im Trinkwasser in Indien und Bangladesh zu finden sind, was negative Langzeitfolgen für die Bevölkerung hat. Auch andere Metalle aus der Arsengruppe im Periodensystem, wie beispielsweise Selen, fallen unter die gleichen Betrachtungen.
In der parallelen Patentanmeldung der Anmelderin mit gleicher Anmeldepriorität werden Vorschläge gemacht, das Arsen mittels Adsorptionsmaterialien zu binden. Dabei kommt es insbesondere auf die Aufbereitung des Adsorptionsmittels an, wobei dort spezifische Vorschläge zur magnetischen Separation und zur Wiederverwertung des Adsorptionsmittels gemacht werden. Es werden dort also zusätzlich magnetische Substanzen in das Verfahren eingebracht. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es demgegenüber, ohne derartige magnetische Substanzen auszukommen und nur durch mechanische Behandlung für eine geeignete Bereinigung von insbesondere Trinkwasser zu sorgen.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Vorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruches 15. Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Vor- richtung sind Inhalt der Unteransprüche.
Bei der Erfindung erfolgt ebenso wie bei der parallelen Anmeldung eine Überführung des an sich bekannten Adsorptionsprozesses, welcher typischerweise diskontinuierlich betrieben wird, in ein kontinuierliches Verfahren. Dies ist durch die Kombination geeigneter Prozessschritte und Merkmale in der zugehörigen Vorrichtung möglich.
Insgesamt ergibt sich damit ein praxisgerechtes und service- armes Verfahren, wobei vorteilhafterweise magnetisierbare
Substanzen und entsprechende Vorrichtungen für die Trennung der magnetischen Substanzen nicht erforderlich sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen
Figur 1 ein Fließschema zur Darstellung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
Figur 2 eine Abwandlung des Fließschemas gemäß Figur 1.
Die beiden Figuren werden nachfolgend weitestgehend gemeinsam beschrieben .
In der Figur 1 wird über eine Eingangsleitung 1 Rohwasser in einem Mischreaktor 10 eingebracht. Der Volumenstrom V ist dabei weitestgehend konstant, wobei vor dem Eingang des Misch- reaktors ein Ventil 40 für eine Rückführleitung vorhanden ist .
Der Mischreaktor 10 hat einen Eingang 11 und einen Ausgang 12 und weiterhin Eingänge 13ff für die Rückführung von Adsorptionsmitteln. Im Mischreaktor 10 befindet sich ein Adsorptionsmittel für die Aufnahme von Schadstoffen. Sofern über die Eingangsleitung für Rohwasser ein kontinuierlicher Rohwasserstrom eingebracht wird, werden die Adsorptionsmittel darin gleichmäßig verteilt.
Über eine Ausgangsleitung 2 wird die Ausgangsflüssigkeit des Mischreaktors 10, die reine Flüssigkeit (Reinwasser), aber auch Feststoffe enthalten kann, in eine Trennstufe 20 gelei- tet. Die Trennstufe 20 besteht in bekannter Weise aus einem
Hydrozyklon, bei dem durch Rotation die Flüssigkeit vom Feststoff getrennt wird. Der Feststoff wird über die Leitung 3 weitergeleitet und gelangt auf ein Transportband 30. Auf das Transportband 30 wird eine Desorptionsflüssigkeit flächig aufgebracht, beispielsweise über eine Dusche 31 oder anderer geeigneter technischer Mittel.
Das Desorptionsmittel ist beispielsweise Ammoniumhydroxid (NH4OH) . Ammoniumhydroxid bindet Schadstoffe, insbesondere das Arsen und bildet die chemische Verbindung (NH4)3As04.
Über eine Abführeinrichtung 32 wird der so gebundene Schadstoff abgeführt und in einen Vorratsbehälter 33 zur Entlage- rung eingebracht. Beim Transport im Transportband 30 kann das NH3 aus dem Adsorptionsmittel NH4OH durch Temperaturerhöhung ausgetrieben werden. Es wird dann über eine Ausgangsleitung 4 entweder in einem Behälter 15 entsorgt oder durch Versetzen mit Wasser wieder zu NH4OH ergänzt. Das regenerierte Desorptionsmittel kann dann über die Leitung 7 in einem konstanten Massestrom m wieder in den Mischreaktor 10 zurückgeführt werden. Gegebenenfalls wird frisches Adsorptionsmittel beigemischt. Die aus der Trennstufe 20 von dem Schadstoff befreite Flüssigkeit, d.h. das Reinwasser, wird über die Leitung 21 weggeführt und zwecks bestimmungsgemäßen Verbrauch in die Leitung 22 gegeben. Die Ausgangsleitung kann aber auch in den Eingang 1 zurückgeführt werden.
Für letzteren Prozess sind in den Leitungen Ventile 40, 40' und 40'' angeordnet, die durch geeignete Maßnahmen steuerbar sind. Dazu dienen insbesondere Sensoren, mit denen die Quali- tat des gereinigten Wassers ermittelt wird.
In der Figur 2 ist das Fließschema der Figur 1 in der Weise abgeändert, dass von der Ausgangsleitung 2 des Mischreaktors 10 aus Figur 1 die Trennstufe beschickt wird und entsprechend der Feststoff über die Leitung 3 ausgetragen und im Transportmittel das Adsorptionsmittel regeneriert wird. Wesentlich ist hier, dass einerseits die Ausgangsleitung 21 der Trennstufe 20, die gereinigte Flüssigkeit enthält, direkt auf über ein Ventil auf die Leitung 2 zurückgibt, bzw. als Reinflüs- sigkeit ausgibt und dass andererseits das regenerierte Adsorptionsmittel wieder in die Trennstufe zurückgegeben wird. Dadurch wird der Aufbau insgesamt einfacher.
Der vorstehend beschriebene Prozess wurde speziell zu einer Entfernung von Arsen (As) aus Grundwasser, das in vielen Gegenden bereits als Trinkwasser verwendet wird, beschrieben. Auch andere toxische Metalle und/oder Schadstoffe können mit dem gleichen Verfahren beschrieben werden. Das Verfahren und die zugehörige Anlage sind vergleichsweise einfach, arbeiten servicearm und können damit ohne großen Aufwand installiert werden .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Beseitigung von Schadstoffen aus Trink-, Brauch- und Industriewässern, insbesondere zur Entfernung von Schwermetallen aus Trinkwasser, mit folgenden Verfahrensschritten :
- Die Schadstoffe werden in an sich bekannter Weise mit einem geeigneten Adsorptionsmittel für die Schadstoffe in Kontakt gebracht und adsorbiert,
- wobei in einer ersten Stufe das verunreinigte Wasser dem Adsorptionsverfahren unterzogen wird,
- und wobei in einer zweiten Stufe eine Abtrennung und kontinuierliche Regeneration des mit den Schadstoffen belegten Adsorptionsmittels erfolgt
- so dass mit Rückführung des regenerierten Adsorptionsmittels in die erste Stufe ein insgesamt kontinuierlicher Pro- zess durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Wasser einen Mischreaktor durchläuft, dem gleichzeitig regeneriertes Adsorptionsmittel, beispielsweise Laterit, zugeführt wird, sich dort vermischt und anschließend in einer Fest-/Flüssigkeitstrennstufe weiterbehandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorptionsmittel Laterit verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des abfließenden Wassers sensor-/ventilgesteuert wieder in den Mischreaktor zurückgeführt wird, um die Verweilzeit des Adsorptionsmediums im Rohwasser bedarfsgerecht zu erhöhen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsauslauf der Trennstufe direkt dem Eingangswasserkreislauf bzw. dem Reservoir zugeleitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualität des Austrittswassers online gemessen wird und eine Rückführung des Austrittswassers erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffauslass der Trennstufe das beladene Adsorptionsmittel auf ein Transportband bringt, auf dem dieses durch ein spezifisches Desorptionsmittel regeneriert wird.
8 Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Desorptionsmittel als Lösung über eine Berieselungsanlage mit dem mit den Schadstoffen beladenen Adsorptionsmittel in Kontakt gebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Desorptionsmittel und dem Adsorptionsmittel gewonnene Eluat zur Weiterbehandlung des aufkonzentrierten Schadstoffes aufgefangen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Schadstoff befreite Adsorptionsmittel thermisch behandelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung auf einem sich bewegenden Transportband erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch ge- kennzeichnet, dass das aus dem Adsorptionsmittel ausgetriebene NH3 in den Desorptionskreislauf zurückgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das regenerierte Adsorptionsmittel in den Mischreaktor zurückgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des regenerierten Adsorptionsmittels zur Schadstoff- freien Entlagerung abgetrennt wird und dass dieser Teil durch neues Adsorptionsmittel im Verfahrensablauf ersetzt wird.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Ver- fahren gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 14, mit einem Reaktor (10) als Mischstufe mit wenigstens einem Eingang (11) und wenigstens einem Ausgang (12), wobei der Mischreaktor eine Trennstufe (20) zur Trennung von Flüssigkeit und Feststoffen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Mischreaktor (10) die zu reinigende Flüssigkeit mit einem Adsorptionsmittel gemischt wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reinigende Flüssigkeit Wasser ist, das mit Schadstoffen, insbesondere Arsen, belastet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittels Ammoniak (NH4) ist .
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Desorptionsmittel Ammoniumhydroxid (NH4OH) ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Fest-Flüssigkeit-Trennstufe ein Hydro-Zyklon (20) ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstufe (10) das Zyklon (20) beinhaltet.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Zyklon die Mischstufe (10) komplett ersetzt.
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