NO783869L - Fremgangsmaate for rensing av spillvann - Google Patents

Description

Avdelt fra ansøkning nr. 74.2131

Løpedag: 12. juni 1974

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for rensing av spillvann inneholdende organiske og uorganiske produkter som er ioniserbare og ikke-ioniserbare og er særlig fordelaktig når gjenvinning og/eller resirkulering av avfall-stoffene representerer en faktor av økonomisk interesse med hensyn til behandlingen av spillvannet.

Mer spesielt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for rensing av spillvann som kommer fra regenerering av de anioniske og kationiske harpikser som anvendes ved behandling av sukkersaftene i sukkerindustrien, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at det spillvann som kommer fra regenereringen av de anioniske harpikser føres til en anodisk sone som utgjøres av en eller flere elektrolyseceller forsynt med kationseleKtive og anionselektive membraner, vann som kommer fra regenereringen av de kationiske harpikser føres til en katodisk sone som utgjøres av en eller flere elektrolyseceller forsynt med anionselektive og kationselektive membraner, idet det vann som oppnås derved og som inneholder organisk substans nøytraliseres, underkastes en behandling med omvendt osmose, og blandes sammen og føres til en inndampningsinnretning for å gjenvinne den organiske substans.

Det er i virkeligheten mulig å gjenvinne og resirkulere med økonomisk fordel høye prosentmengder av de syrer og baser som vanlig anvendes uten noen gjenvinning, og vann med høy renhet og organiske produkter med en høy næringsverdi kan ekstraheres. Mer spesielt vedrorer den foreliggende oppfinnelse an fremgangsmåte for rensing av spillvann, i det vesentlige basert på bruk av elektrolyse ved hjelp av celler med ion-sellektive membraner, og som er anvendelig for alle sorter spillvann inneholdende organiske og uorganiske produkter, ioniserbare og ikke-ioniserbare, dog med unntagelse av kol<l>oid- substanser som er i stand til å reagere med ion-sellektive membraner.

Selv om fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er av generell karakter skal det i den fortsatte beskrivelse for enkelhets skyld og bedre eksemplifisering av oppfinnelsen refereres til rensing av vann som kommer frafegeneteringsbehandlingene for de harpikser som anvendes for avmineralisering og avfarging av sukkersaftene i sukkerindustrien. Det er imidlertid kart at rammen for den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til rensingaav spillvann fra sukkerindustrien, idet det vil være lett for fagmannen å anvende prinsippene for oppfinnelsen for rensing av vann av forskjellig opprinnelse, ved å modifisere fremgangsmåten innenfor rammen for oppfinnelsen.

Det er kjent at bruken av harpiksen i sukkerindustrien tillater oppnåelse av produkter med hoy renhet og som derfor er konkurranse-dyktige på markedet, idet de nedsetter til et minimum de sukkertap som opptrer i form av melasse hvis man ikke anvendte ioneveksler-harpikser for oppnåelse av sukker med den kvalitet som kreves.

De harpikser som anvendes kan betegnes som anioniske og kationiske (sterke og svake) i samsvar med deres evne til under bruk å "binde" anioner og kationer med forskjellig "ionestyrke".

I sukkerindustrien kan bruken av disse harpikser oppsummeres på folgende måte-A

1) avkalking av prosessvannet ved hjelp av kationiske harpikser som regenereres ved'hjelp av natriumklorid 2) avmineralisering, og forsiktig avfarging av de fortynnede sukkersafter ved hjelp av kationiske harpikser som vanlig regenereres med ammonium eller natriumhydroksyd. 3) avmineralisering og forsiktig avfarging av de fortynnede sukkersafter ved hjelp av anioniske harpikser som regenereres

med saltsyre, eller oftere svovelsyre.

4) total avfarging av sukkersaftene ved hjelp av makroporBse harpikser som er i stand til å fiksere de ikke-ioniserbare organiske substanser som inneholdes i sukkerfabrikkenos vann og hvortil de gir en mer eller mindre sterk farge. Regenereringer gjennomfores med natriumklorid.

Det vann som kommer fra regenereringsbehandlingene av harpiksene inneholder store mengder av enten salter eller syrer eller baser og en stor mengde organiske substanser som f.eks. vitaminer fra B-gruppen, enkle proteiner ( som f.eks. lysin, arginin, tyrosin),

mer komplekse forbindelser (som f.eks. betain, glutaminsyre, aspartinsyre) og en andel av sukkeret.

Det globale volum for spillvannet er meget hoyt (for en middelstor til stor industri utgjor det fra 2000 til 3000 ra /dag i omtrent 100 driftsdogn) og medforer store problemer for uttommingen på grunn av det3innhold av organiske bestanddeler (som kan gjære) og dets saltinnhold tilsier at det ikke kan sendes til åpne bassenger.

Det er også umulig å sende spillvannet til kloakkanlegg, særlig på grunn av innholdet av .forurensende bestanddeler, men også på grunn av at i nesten alle tilfeller vil lokaliseringen av en sukkerfabrikk ligge langt borte fra tett befolkede soner eller fra soner med hoy industriell tetthet.

De metoder som hittil har vært anvendt for å lose problemene har

ikke gitt tilfredsstillende resultater, og heller ikke den biologiske behandling, både på grunn av de lave oppnådde utbytter og på grunn av vanskelighetene æed å sette igang anlegget med syntetiske væsker for starten av produksjonsperioden, og heller ikke den kjemiske behandling på grunn av at det klare utseende av spillvarmet på

grunn av det meget lave innhold av kolloider ikke muliggjor bruk av koaguleringsmidler for flokkuleringen.

Andre metoder har vært foreslått, bl.a. 1) oppbevaring avvmnet i laguner som frembyr ulemper på grunn av den uokonomiske utnyttelse av et stort grunnareal og utviklingen av dårlig lukt, 2) omvendt osmose som ikke tillater en sterk separering av de organiske forbindelser fra saltene i de forurensende spillvann med et redusert volum som oppnås etter behandlingen, og 3) tilslutt elektrodialyse som frembyr mangelen med hdye utgifter og vanskelig-heten med å separere de organiske forbindelser fra aminosyrer som vandrer mot elektrodene med h6y hastighet.

Renseprosessen i henhold til den foreliggende oppfinnelse muliggjor oppnåelse av en fullstendig rensing av spillvannet med relativt lave omkostninger, hvis man også tar i betraktning mulighetene åor resirkulasjon eller gjenvinning.

Behaiidlingen av det spillvann som kommer fra regenereringen av harpiksene i en sukkerfabrikk ved fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse muliggjor videre oppnåelse av folgende resultater: a) et innhold av salter og organiske bestanddeler i det oppnådde vann slik at dette ikke bare blir brukbart for å slippes ut i overflatevann, men også egnet for fornyet anvendelse i prosessen med opplagte fordeler med hensyn til utarmingen av grunnvanns-lagene

b) en gjenvinning med hoy effektivitet av natriumklorid som har vært anvendt og som resirkuleres til regenereringstrinnene

(avfarging og avkalking av harpiksene) med mulig dkonomisk fordel med hensyn til transport og lagring.

c) en gjenvinning, med de nodvendige konsentrasjoner, av syrene og basene anvendt for regenereringen av henhv. de anioniske og

kationiske harpikser. Også i dette tilfellet kan fordelen være stor hvis man tar de hoye forbruk av disse reagenser i sukker-industrlen i betraktning

d) nesten fullstendig gjenvinning av de organiske substanser som inneholdes i spillvannet idet disse substanser som utgjores av

aminosyrer, purin og pyrimidinbaser så vel som vitaminer (riktignok i liten mengde) og oligodynamiske elementer, kan finne bred anvendelse som et tilsetningsmaterial i forstoffer for dyr

e) gjenvinning for en mer verdifull utnyttelse av de områder som nå anvendes for laguner og eliminering av demlutviklede

dårlige lukt og mulig infiltrasjon i de grunnvannsbærende lag.

f) utnyttelse av et system som kan igangkjores med iganglaj oringen av produksjonsperioden, uten forholds-kondisjonering og som

er lett kontrollerbart under driften.

Prosessen eksemplifiseres på grunnlag av det stromningsskjema som

er gjengitt i fig. 1. Stromningsskjemaet omfatter folgende trinn:

- De vannmengder som kommer fra regenereringen av avfargingsharpiksene som er rike på natriumklorid og som inneholder organisk©

<3ttbs tanser innfores i en omvendt osmose-seksjon bestående av to trimi (1 og 2) hvor det fra det forste, gjennom ledningen 3, oppnås en opplosning som er konsentrert med hensyn til organiske substanser og med et lavt innhold av NaCl og, gjennom ledningen 4 oppnås en fortynnet NaCl-lSsning fri for organiske substanser. N5y

I det annet trinn gjennomfores konsentreringen av natriumklorid opp til den duskede verdi og gjennom ledningen E resirkuleres natrium-kloridlosningen til harpiksene, og utskilling av praktisk av-ion:' sert vann skj ar gj ennom ledningen 6. Gj ennom ledningen 7 oppfriskes den opplosning som resirkuleres til harpiksene. - De vannmengder som kommer fra regenereringen av de en-ioniske harpikser (inneholdende arnraoniumhydroksyd og organiske substanser) tilfores til anode-avdelingen i en elektrolysecelle 8 med to avdelinge og en kationsellektiv membran og underkastes der elektrolyse for i den katodlske avdeling å oppnå ammoniumhydroksyd med konsentrasjon nodvendig for resirkulering gjennom ledningen 9 til regenereringen samt hydrogen gjennom ledningen 10. Ledningen 11 angir ledningen for oppfrisking av resirkulasjonslosningen. En fortynnet organisk opplosning forlater anodeavdelingen gjennom ledningen 12 og av-mineraliseres ytterligere opp til den 6nskede verdi ved sammen-kobling, som en funksjon av den etterfolgende gradvise pH-veriasjon, av en celle med kationsellektive membraner til en annen «celle med anionsellektive membraner. - For de vannmengder som kommer fra regenereringen av de katbniske harpikser er behandlingen analog, den eneste forskjell er at vannmengdene tilfores til katodeavdelingen i en elektrolysecelle 13 med to avdelinger med anionsellektive membraner hvor det oppnås svovelsyre mod konsentrasjon nodvendig for resirkulasjon gjennom ledningen 14-, oksygen gjennom ledningen 15 og en fortynnet opplosning av de organiske substanser gjennom ledningen 16. Ledningen 22 betegner ledningen for oppfrisking av tilforsen. Grensen for av-ionisering avhenger av den mulige sekvens av anionsellektive og kationsellektive membraner, analogt med det som er foreskrevet i det foregående. - Vannmengdene med innhold av "organiske substanser" sendes hvis de ikke ec fullstendig avmineralisert til et nøytraliserings- og blandetrinn 17 hvorfra de sendes til en omvendt osmosebehandling i 18.

På denne måte oppnås vannmengder med hoy konsentrasjon av "organiske bestanddeler" som når de blandes med dem som kommer gjennom ledningen 19 fra de osmotiske prosesser for de vannmengder som kommer fra avfargingsharpiksene, tilfores gjennom ledningen 20 til en evaporator 21 for gjenvinning av de torre organiske substanser idet man som et ikke forurensende brennstoff anvender det hydrogen som frembringes i elektrolysecellene for de anioniske vannmengder, eventuelt med tilsetning av metan, tilfort til gjennom ledningen 23. Renset vann tommes ut gjennom 24 idet 25 er utlopet for damp og gjennom ledningen 26 oppnås de organiske produkter. - De vannmengder som kommer fra regenereringen av de avkalkende harpikser sendes til et behandlingstrinn 27 hvori magnesium utfelles i form av hydroksyd ved tilsetning av natriumhydroksyd og kalsium utfelles ved tilsetning av kacbondioksyd, som eventuelt fås fra eventuelle kalkovner i anlegget.

En noytraliseringsfase 28 med saltsyre og minst en omvendt osmosebehandling 29 for konsentreringen av opplosningen til verdier nodvendige for resirkuleringen til harpiksene gjennom ledningen 30 folger. 31 viser ledningen for oppfrisking av opplesningen. Samtidig

oppnås gjennom ledningen 32 meget rent vann.

Alternativt kan den strom som skilles ut fra strommen med organiske bestanddeler og som inneholder natriumklorid og som kommer ut fra det forste trinn i osmosebehandlingen av vannmengdene fra regenereringen av de avfargende harpikser, sendes til en rosteovn hvorfra det natriumklorid som skal resirkuleres utvinnes.

Typen av de ionsellektive membraner er ikke viktig for en fullstendig forståelse av fremgangsraåten i henhold til oppfinnelsen, da de kan velges av fagmannen i henhold til den oppgave som skal loses.

Det skal videre bemerkes at de anvendte ionsellektive celler kan anvendes i flertall, som det klart fremgår av det folgende eksempel som skal gi en bedre forståelse av driftsbetingelsene-

som hersker under fremgangsraåten i henhold til oppfinnelsen.

Eksemne!

a) Rsgenereringsvann som kommer fra kretsen med avfargende harpikser;

En behandling ble gjennomfort ved til et omvendt osmoce-anlegg

å tilfbre 1 m^ vann fra regenereringen av avfargingsharpiksene, inneholdende i henhold til analyser, 37 kg NaCl og 9 kg organiske forbindelser.

Fra det forste trinn i et flertrinns anlegg ble det oppnådd en konsentrert utstrorraiing (volum = 0.27 m 3) inneholdende 24.1 kg NaCl og 8.7 kg organiske substanser og en fortynnet strom

(volum~0.73 m<3>) inneholdende 12.9 kg NaCl og 0.32 kg organiske substanser.

Den fortynnede opplosning ble sendt til et annet trinn hvorfra det ble oppnådd en konsentrert opplosning (volum --- 0.36 m 3) inneholdende all NaCl og de organiske substanser og en fortynnet losning (volum ^ 0.37 m 3)ferskvann. Den konsentrerte opplosning som er omtalt ovenfor, ble tilfort en rosteovn, og ga rent natriumklorid ved forbrenning av den organiske restsubstans.

b) Vann fra regenereringen av de kationiske harpikser.

En behandling ble gjennomfort ved å tilfore lm"<*>av strdtnmen

fra regenereringen av de kationiske harpikser til et anlegg bestående av tre trinn elektrolyseceller hvorav de to forste er oppdelt i to behandlinger ved hjelp av anioniske membraner mens den tredje var oppdelt i to avdelinger ved hjelp av en kationisk membran.

Sammensetningen av tilforsfen var: 25 kg fri t^SO^, 6.3 kg uorganiske ikke sukker-aktige substanser (fri baser) og 16.9 kg av ikke sukkeraktige organiske substanser.

Fra det forste trinn ble det oppnådd 15 kg ren H2S04med en konsentrasjon i vann på omtrent 20% som kunne resirkuleres direkte til regenereringen av harpiksen. Fra det annet trinn ble det oppnådd 10 kg H^ SO^ forurenset av organiske substanser og også med en konsentrasjon på omtrent 20%. Fra det tredje trinn ble det oppnådd en alkalisk losning av kationene tilstede i utgangsldsningen og en avionisert losning av ikke sukkeraktige organiske substanser i en total mengde på 16.9 kg.

De tre trinn kunne gjennomfbres til den onskede avioniserings-grense alt etter onsker, krav og cJkonomiske betraktninger.

c) Vann fra regenereringen av de anioniske harpikser:

En behandling analog med den foregående behandling ble gjennomfort

ved å tilsette 1 m 3 vann fra regenereringen av de anioniske harpikser til et elektrolyseanlegg med tre trinn, som beskrevet tidligere, hvori det i de to fdrste trinn var anordnet kationiske membraner og i det siste trinn en anionisk membEn.

Sammensetningen av utstromningen var folgende:

10.6 kg ammoniakk (i form av NH^OH 100%) og 4.1 kg anioner.

10 log av ikke ioniserbare organiske substanser.

Fra det forste trinn ble det utvinnet en losning av ammoniumhydroksyd med den nodvendige konsentrasjon (7.1 kg) og fra det annet trinn ble det utvunnet 3.5 kg ammoniumhydroksyd forurenset av organiske ioniserbare substanser og til sist fra det tredje trinn en losning av anioner (generelt svovelsyre, saltsyre,

salpetersyre)(4.1kg) og en avionisert losning av ikke sukkeraktige

organiske substanser.

d) Blanding av vann inneholdende organiske forbindelser fra elektrolysen i punktene b) og c): i ra 3 vann, oppnå♦dd ved sammenblanding av utstremningene som inneholdt organiske forbindelser som 3com fra de to elektrolysebehandlinger med ionsellektive membraner og som inneholdt omtrent 14 kg ikke-ioniserbare organiske substanser ble tilfdrt til et omvendt osmoseanlegg forsynt med egnede m^ftbraner inneholdene på den ene side vann med hoy renhet (0.9 m 3) og på den annen side 0.1 m 3 inneholdende 14 kg organiske substanser for tilforsel til en fordampningsbehandling for utvinning av de samme substanser som tdrr rest.

I praksis ble det for hver 1 m 3 utstromning sendt til de to elektrolysebehandlinger frembragt 12 m<3>hydrogen som tillot fordampning av omtrent 50 kg vann ved 100°C. e) Vann fra regenereringen av de avkalkende harpikser: 1 m 3vann fra regenereringen av de avkalkende harpikser inneholdt

53.8 kg NaCl, 9.42 kg CaCl2og 2.2 kg MgCl2.

Behandlingen ble gjennomfort ved å regulere pH med natriumhydroksyd som forte tii felling av magnesiumhydroksyd (8.9 kg tilfort NaOH) og tilsetning av CC>2 ( w kg i form av C02) forte til felling av kalkslam i form av CaCO^.

Fra denne behandling ble det etter filtrering oppnådd vann som bortsett fra opplo3elig magnesiumhydroksyd og kalsiumkarbonat inneholdt 53.8 kg utgangs-NaCl og 13 kg NaCl som skrev seg fra noytraliseriig av det anvendte natriurahydroksyd med HC1.

Denne opplosning kunne konsentreres ved osmose og forte til en opplosning med omtrent 120 til 130 kg NaCl/m 3 som kunne resirkuleres for generering av harpiksen.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for rensing av spillvann som kommer fra regenerering av de anioniske og kationiske harpikser som anvendes ved behandling av sukkersaftene i sukkerindustrien,

   karakterisert ved at det. spillvann som kommer fra regenereringen av de anioniske harpikser føres til en anodisk sone som utgjøres av en eller flere elektrolyseceller forsynt med kationselektive og anionselektive membraner, vann som kommer fra regenereringen av de kationiske harpikser føres til en katodisk sone som utgjøres av en eller flere elektrolyseceller forsynt med anionselektive og kationselektive membraner,

   idet det vann som oppnås derved og som inneholder organisk substans nøytraliseres, underkastes en behandling med omvendt osmose og blandes sammen og føres til en inndampningsinnretning for å gjenvinne den organiske substans.