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DE10158899A1 - Verfahren, Filterhilfsmittel und Filterschicht für die Abwasserreinigung - Google Patents

Verfahren, Filterhilfsmittel und Filterschicht für die Abwasserreinigung

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DE10158899A1
DE10158899A1 DE2001158899 DE10158899A DE10158899A1 DE 10158899 A1 DE10158899 A1 DE 10158899A1 DE 2001158899 DE2001158899 DE 2001158899 DE 10158899 A DE10158899 A DE 10158899A DE 10158899 A1 DE10158899 A1 DE 10158899A1
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Abstract

Es werden ein Verfahren, ein Filterhilfsmittel und eine Filterschicht zur Reinigung von Abwässern, die mit verschiedenen organischen und anorganischen Schadstoffen (z. B. chlororganische Verbindungen, Schwermetalle usw.) belastet sind, beschrieben, bei denen das zu reinigende Abwasser durch eine horizontal angeordnete, relativ aschenarme und hoch poröse Schicht eines Filterhilfsmittels, das aus inerten, pulverförmigen, polydispersen Teilchen besteht, filtriert wird, und diese Schicht eine verhältnismäßig große Höhe hat, eine effektiv sowohl filtrierende als auch absorbierende Wirkung aufweist, wobei die durch diese Schicht zurückgehaltenen Schadstoffe wirksam eliminiert und der erhaltene Filterkuchen getrocknet werden und das gereinigte Abwasser und/oder der Filterkuchen zur Herstellung verschiedener Produkte verwendbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren, Filterhilfsmittel und Filterschicht für die Abwasserreinigung von verschiedenen organischen und anorganischen Schadstoffen (z. B. chlororganische Verbindungen, Schwermetalle usw.) Dabei handelt es sich um ein preisgünstiges Verfahren zur Eliminierung der Schadstoffe sowohl in suspendierter als auch in gelöster Form, das eine Verwendung des gereinigten Abwassers und/oder des nach dem Prozeßende enthaltenen Filterkuchens in der Produktion oder seine sichere Entsorgung ermöglicht. Die Erfindung hat auch zum Ziel, eine tatsächliche Eliminierung (keine weitere Verschiebung in der Umwelt) der zurückgehaltenen Schadstoffe zu erreichen.
  • Die industriellen und kommunalen Abwässer enthalten sowohl gelöste als auch ungelöste Schadstoffe verschiedener Herkunft. Einige dieser Schadstoffe stellen nicht zu unterschätzendes Gefahrpotenzial dar. Z. B.: die AOX-Verbindungen (= adsorbierbare halogenorganische Verbindungen) spielen aufgrund ihrer Langlebigkeit, mangelnden Abbaubarkeit in konventionellen Kläranlagen, Bioakkumulation und Toxizität im Gewässerschutz eine immer noch große Rolle. Um eine effiziente Eliminierung solcher Verbindungen von Abwässern zu erreichen, muß man komplizierte Technologien verwenden, die mit den großen Investitionen und Betriebskosten verbunden sind. Trotzdem sind die Probleme der Eliminierung einer Reihe der Schadstoffe (unter anderem AOX-Verbindungen) keineswegs gelöst, sondern haben sich sogar verschärft. Außerdem werden die Anforderungen für die Schadstoffe-Gehalte verschiedener Abwässer weiter verschärft. So liegen z. B. die Grenzwerte für AOX nun, abhängig von Einleiter, im Bereich von 1 bis 0,1 mg/l (Bundesgesetzblatt, Jahrgang 1999, Teil1, Nr. 6; ausgegeben: Bonn 18.03.1999).
  • Für die Reinigung industrieller Abwässer werden verschiedene Technologien benutzt, die sich auf unterschiedliche physikalische und chemische Prinzipien stützen und nur für die Eliminierung ganz bestimmter Schadstoffe verwendbar sind. Diese Technologien sind häufig weder effizient noch wirtschaftlich, selbst in denjenigen Anwendungsbereichen, für die sie entwickelt wurden. Außerdem sind sie nicht universell. Als Beispiel können verschiedene Technologien der Abwasserreinigung von AOX betrachtet werden.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren für die AOX-Eliminierung bekannt. So kennt man beispielsweise den Abbau von AOX durch biologische Verfahren unter aeroben (JP-AS 97.239.391) oder anaeroben Verhältnissen (JP-AS 96.216.784), Zugabe der Koagulations- (JP-AS 98.202.271) oder Flockungsmittel (US-PS 5.647.977), durch Ozonoxidierung (Zhoi H., Smith D. Water Sci. Technol. 35 (1997) 2), UV-Bestrahlung (Nosovich A. A., Sobolina N. M., Goncharuk V. V. Khim. Techl. Vody 17 (1995) 5) (russ), Adsorbtion auf Natursorbentien (Filonenko J. J., Nenakhova L. A., Okorokov V. A., Keks. Khim 9 (1996) (russ.) usw.
  • Bei kritischer Analyse der Ergebnisse dieser Verfahren kann behauptet werden, daß eine umfassende Lösung dieses Problems noch nicht in Sicht ist. Nach Erfahrung des Denkendorfer Instituts für Textil- und Verfahrenstechnik ist der Eliminierungsgrad für AOX durch chemische Fällung und Flockung ahnlich niedrig wie durch ein aerobes Verfahren (Schulze-Rettner R. Korrespondenz Abwasser 45, (1998), 8).
  • Die Reinigungseffektivität bei dem anaeroben Verfahren scheint stark von der Art der AOX- Verbindungen und ihrer Mischung, Abwasserzusammensetzung und -temperatur sowie von anderen Faktoren abhängig zu sein. Die Dechlorierungsgeschwindigkeit, spezifische Produktivität des Verfahrens, Reinigungskosten und selbst die Möglichkeit, die existierenden Grenzwerte für verschiedene AOX-Verbindungen zu erreichen, sind ebenfalls unklar.
  • Die Nachteile dieser Verfahren versucht man zu umgehen, indem man eine mehrstufige Abwasserbehandlung verwendet. Z. B. ist ein Verfahren vorgeschlagen, in dem das Abwasser in der ersten Stufe durch Ozon und UV bearbeitet. Dann folgt die Abwasserbehandlung im magnetischen Feld und durch elektrochemische Flockung (US-PS 5679257). Dieses Verfahren ist aber sehr aufwendig und kompliziert und scheint auch nicht effektiv zu sein.
  • Für die AOX-Eliminierung aus industriellen Abwässern wird die Aktivkohleadsorption am häufigsten verwendet (Mollack A., Robinson C. Kinetics Water Res. 30, (1996), 12). In der Regel wird granulierte Aktivkohle auf Grund ihrer Regenerierungsmöglichkeit benutzt. Diese Regenerierung, die die Kosten dieses Verfahrens entscheidend bestimmt, verfolgt zwei Ziele: Rückgewinnung der im Abwasser enthaltenen organischen Stoffe und eine wiederholte Benutzung der Adsorbentien. Eine Rückgewinnung ist aufgrund der Komplexität der Schadstoffgemische im Abwasser häufig ökonomisch nicht vertretbar. Das Desorptionsverfahren funkzioniert auch nicht immer problemlos. Bei Untersuchungen mit schwerflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen waren maximal vier Adsorptions/Desorptions-Zyklen möglich. Danach war die Adsorptionskapazität auf ein Minimum gesunken (Tolzmann K., Weiß S. Chemie Ing. Technik 70, (1998), 6). Außerdem stellt sich die Frage, wie hoch der Anteil der Schadstoffe ist, die durch diese Technologie tatsächlich entfernt und die bei der Regenerierung anschließend wieder in die Umwelt freigesetzt werden. In diesem Fall, der häufig praktiziert wird, geht es nicht um eine Schadstoffeliminierung, sondern um eine Schadstoffverschiebung in der Umwelt. Dieses Verfahren ist außerdem kostspielig, insbesondere wenn eine Desorption nicht möglich oder nicht effektiv ist. Auch läßt die zu erreichende Reinigungseffektivität oft zu wünschen übrig. Um diese Effektivität erhöhen zu können, installiert man entweder zwei Adsorber hintereinander oder ein Adsorber mit einer besonders großen Höhe der Aktivkohleschicht von etwa 3 m und mehr. Wenn man zwei Adsorber installiert (in diesem Fall ist die Höhe der Aktivkohleschicht jeweils 1,5-2,0 m pro Adsorber), ist es mit den größeren Investitionskosten zu rechnen. Außerdem braucht man in den beiden Fällen eine mechanische Vorreinigungsstufe für die Schwebstoffeliminierung. Für diese Zwecke werden hauptsächlich Ein- und Mehrschichtfilter verwendet. Diese Filter, in denen meistens verschiedene Sandarten als Filtermittel benutzt werden, haben eine Reihe bekannter Nachteile (niedrige Qualität der Abwasserreinigung, Notwendigkeit ständiger Filterrückspülung unter Verbrauch größer Mengen gereinigten Abwassers usw.) Zu den Nachteilen dieser Filtermittel und Verfahren gehören auch eine geringe spezifische Schadstoffmassenaufnahme der Filterschicht, sowie die Unumgänglichkeit eines mehrmals wiederholten Filtrierens und der Ausspülung derselben Teilchen der festen Phase aus der Filterschicht, wobei diese Mengen oft beträchtlich sind.
  • Weil diese mechanische Vorreinigung in der Regel nicht effektiv ist, setzen sich auch die Schwebstoffteilchen auf der Oberfläche der Aktivkohle in Adsorbern ab. Dies vermindert die Adsorptionseffektivität. Um diese Effektivität zu erhöhen, braucht man intensive Rückspülungen des Adsorbes, die öfters wiederholt werden müssen, und zwar auch unter Verbrauch größer Menge gereinigten Abwassers.
  • Als Resultat muß man bei diesem Abwasserreinigungsverfahren mit hohen Investitions- und Betriebkosten rechnen. Außerdem ist der Eliminierungsgrad einer Reihe von Schadstoffen, z. B. der AOX-Verbindungen durch dieses Verfahren nicht befriedigend (Schulze-Rettner R. Korrespondenz Abwasser 45, (1998), 8).
  • Adsorptionsverfahren mit Verwendung der Aktivkohle in Pulverform werden für die Reinigung verschiedener industrieller Abwässer ebenfalls eingesetzt. Man verwendet diese Verfahren z. B in Färbereien für die Reinigung der Farbabwässer, in der Phenolgewinnung für die Reinigung der Gaswaschwässer, bei der Benzynsynthese für die Reinigung des Kondenswassers usw. (K. Pöppinghaus, W. Filla, S. Sensey, W. Schneider Abwassertechnologie, 2. Auflage, Springer Verlag, 1994). Dieses Verfahren erfordert auch eine effektive mechanische Vorreinigungsstufe für die Schwebstoffeliminierung. Dabei reicht die Verwendung von Ein- und Mehrschichfiltern in der Regel nicht aus, insbesondere wenn das zu reinigende Abwasser durch die feste Phase stark belastet ist. Somit werden die Adsorptionsflächen der Aktivkohleteilchen noch rascher verstopfen, als im vorhergehenden Fall. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Reinigungseffektivität und zur Steigerung des Adsorptionsmittelbedarfs. Die Aktivkohle in Pulverform ist nicht regenerierbar und dieses Adsorptionsverfahren ist auch sehr kostspielig.
  • Es ist auch zu bemerken, daß alle Aktivkohlesorten sowohl in Korn- als auch in Pulverform überwiegend hydrophob sind und deshalb zur Entfernung unpolarer organischer Verbindungen effektiv eingesetzt werden können. Bei der Eliminierung anderer Schadstoffe ist mit verschiedenen Schwierigkeiten zu rechnen. Wie erwähnt, sind diese Adsorbentien kostspielig und verursachen Mehrkosten bei den Betriebsausgaben. Zum Nachteil dieser Verfahren gehört auch, daß die zurückgehaltenen Schadstoffe häufig nicht eliminiert, sondern in der Umwelt verschoben werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein effektives Verfahren zur Abwasserreinigung und ein leicht zugängliches, kostengünstiges Filterhilfsmittel mit guten filtrierenden und adsorbierenden Eigenschaften, die die in der Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermeiden, zu finden.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist gleichermaßen die Bereitstellung des Verfahrens und einer wirkungsvollen Filterschicht, die eine effektive und preisgünstige Abwasserreinigung, eine tatsächliche Eliminierung der im Abwasser enthaltenen Schadstoffe und eine Verwendung des gereinigten Abwassers und/oder des Filterkuchens in der Produktion oder eine problemlose Kuchenentsorgung ermöglichen.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, daß die obengenannten Schwierigkeiten vermieden werden, wenn man die anspruchsgemäßen Verfahren, Filterhilfsmittel und Filterschicht verwendet. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden eine effektive Eliminierung der im Abwasser enthaltenen gelösten und suspendierten Schadstoffe, sowie eine hohe Filtrationsgeschwindigkeit erreicht.
  • Es wurde gefunden, daß dieses Verfahren besonders effektiv ist, wenn die Höhe der Filterhilfsmittelschicht 10-600 mm, vorzugsweise 40-400 mm, beträgt. Dabei kann die Filterschichthöhe während des Prozesses abhängig von der Belastung des Abwassers entweder konstant gehalten oder vergrößert werden. Bei der Reinigung der hochbelasteten Abwässer ist diese Schichterhöhung vorteilhaft und ermöglicht eine weitgehende Optimierung des Verfahrens. Dabei kann diese Schichterhöhung kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden.
  • Es wurde auch gefunden, daß diese Schichterhöhung eine besonders gute Wirkung hat, wenn die durchschnittliche Geschwindigkeit solcher Erhöhung während des Prozesses 0,1-20 mm/h, vorzugsweise 1-1 0 mm/h, beträgt.
  • Weiterhin wurde festgestellt, daß die optimalen Druckwerte während der Filtration im Bereich 0,3-9 bar, vorzugsweise 0,6-6 bar, liegen und daß diese Werte abhängig von der Abwasserbelastung und anderen Faktoren entweder erhöht werden oder konstant gehalten sollten. Dabei wurde gefunden, daß die durchschnittliche Geschwindigkeit der Druckerhöhung 0,01-1,0 bar/h, vorzugsweise 0,05-0,5 bar/h, betragen sollte.
  • Erfindungsgemäß werden die nach dem Filtrationsende durch die Filterschicht zurückgehaltenen Schadstoffe unschädlich gemacht. Eine Zerstörung dieser Stoffe kann sehr effektiv und kostengünstig durchgeführt werden, weil der Anteil der Schadstoffe in der Filterschicht nach dem Filtrationsende wesentlich höher ist als im ursprünglichen Abwasser. Somit ermöglicht die anspruchsgemäße Lösung eine effiziente Eliminierung der im Abwasser enthaltenen Schadstoffe (also keine Verschiebung dieser Stoffe in der Umwelt).
  • Es wurde weiterhin gefunden, daß das nach dem Filtrationsende im Filter und im Filterkuchen verbliebene Abwasser durch den Luft- oder Gasdruck effektiv abfiltriert und der mittels anschließender Luft- und/oder Gasfiltration behandelte Filterkuchen kostengünstig getrocknet werden können. Der erfindungsgemäß aufgebaute Filterkuchen ist normalerweise sehr homogen und durchlässig und weist eine gute Trocknungsfähigkeit auf. Sollte dies nicht der Fall sein, kann man im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die eventuelle Inhomogenität des Filterkuchens, wie es unten beschrieben, beseitigen.
  • Das erfindungsgemäße Filterhilfsmittel weist gegenüber den Filtermaterialien des Standes der Technik (granulierte und pulverförmige Aktivkohle) entscheidende Vorteile auf. Dieses Filterhilfsmittel besteht aus pulverförmigen, polydispersen und inerten Teilchen, ist kostengünstig und leicht verwendbar. Zudem hat es den Vorteil, daß es einerseits eine große spezifische Oberfläche besitzt, eine starke Oberflächenaktivität und eine ausgezeichnete Wirksamkeit bei der Filtation und Adsorption der festen und gelösten Stoffe zeigt und andererseits das Erreichen einer hohen Filtrationsgeschwindigkeit ermöglicht.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Nachteile der bekannten Filtermaterialien vermieden werden, wenn man das anspruchsgemäße Filterhilfsmittel verwendet, das den Stoff A - 10-90 Gewichtsteile fein pulvriger Aktivkohle, Stoff B - 10-90 Gewichtsteile von Holzmehl und Stoffe C, D, E, F, G, H, J - 0-900 Gewichtsteile von Diatomit und/oder Perlite und/oder Klinoptilolit und/oder Bentonit und/oder Asche und/oder Zellulose und/oder Koks, bezogen auf 100 Gewichtsteile der ersten und zweiten Komponente zusammen enthält.
  • Es wurde weiterhin gefunden, daß das Filterhilfsmittel eine besonders gute filtrierende und adsorbierende Wirkung zeigt, wenn etwa 75 Gewichts-% der Aktivkohleteilchen kleiner als 90 Mikron und etwa 80 Gewichts-% der Holzmehlteilchen kleiner als 400 Mikron sind.
  • Es wurde auch gefunden, daß die Wirksamkeit des Filterhilfsmittels erhöht werden kann, wenn es mit einer wäßrigen Säure-Lösung unter dem pH-Wert 1-5, vorzugsweise 1,5-3,5, in Kontakt gebracht wird.
  • Erfindungsgemäß zeigt das Filterhilfsmittel eine besonders hohe Reinigungswirkung, wenn die Stoffe A und J ein positives Zetapotential in den wäßrigen Säure-Lösungen und ein negatives Zetapotential in den wäßrigen Lauge-Lösungen aufweisen. Dabei sollten diese Zetapotentiale von etwa +10 mV bis etwa +70 mV im Wasser bei den pH-Werten von 1 bis 5 und von etwa -10 mV bis etwa -50 mV bei den pH-Werten von 8 bis 11 aufweisen. Im Gegenteil weisen die Stoffe von B bis H ein negatives Zetapotential im Wasser auf.
  • Erfindungsgemäß besteht das Holzmehl aus Nadel- und/oder Laubhölzern. Diese Bestandteile sind kostengünstig und leicht zugänglich. Als diese Bestandteile können auch verschiedene Sägemehlabfälle der holzbearbeitenden Industrie verwendet werden. Die Verwendung solcher Abfälle, die in großen Mengen zur Verfügung stehen, machen dieses Filterhilfsmittel noch kostengünstiger und zugänglicher. Es ist zu betonen, daß die Herstellung des anspruchsgemäßen Filterhilfsmittels nicht nur keine zusätzliche Umweltprobleme verursacht, sondern mit der Wiederverwendung der Abfälle verbunden ist.
  • Es wurde auch gefunden, daß die Reinigungseffektivität der Abwässer erhöht werden kann, wenn das erfindungsgemäße Filterhilfsmittel ein kationisches oder anionisches und/oder nichtionisches Mittel und/oder ein oder mehrere Salze enthält. Dabei wurde gefunden, daß diese Effektivität besonders hoch ist, wenn die verwendenden Salze aus dreiwertigen Metallsalzen bestehen. Dieses Filterhilfsmittel ist besonders effektiv, wenn das zu reinigende Abwasser unter anderem durch die hochdispergierte feste Phase stark belastet ist. Aber es wurde gefunden, daß der Eliminierungsgrad der gelöster Schadstoffe durch die Verwendung dieses Mittels auch wesentlich erhöht werden kann.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Abwasserreinigung wesentlich besser ist, wenn die Anschwemmschicht aus zwei oder mehreren einzelnen Schichten, die verschiedene durchschnittliche Teilchengrößen der Filterhilfsmittel haben, besteht. Dabei sollten die durchschnittlichen Teilchengrößen dieser Schichten in Filtrationsrichtung immer kleiner sein. Eine solche Filterschichtstruktur ermöglicht nicht nur die Effizienz der Abwasserreinigung zu erhöhen, sondern auch den Filterhilfsmittelsverbrauch zu reduzieren.
  • Es wurde weiterhin gefunden, daß die Reinigungseffektivität bei der Mehrschichtsfiltration im Hinblick auf die Abwassereigenschaften erhöht werden kann, wenn mindestens zwei einzelne Schichten sich durch die Vorzeichen des Zetapotentials voneinander unterscheiden. Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Verbesserung der Reinigungseffektivität nicht nur durch die Erhöhung des Eliminierungsgrads von den im Abwasser suspendierten sondern auch von den gelösten Schadstoffen erreicht werden kann.
  • Es wurde auch gefunden, daß die Porösität der Filterschicht vor dem Filtrationsbeginn 60-90 Volumen-% aufweist. Dies kann durch die optimale Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Filterhilfsmittels erreicht werden und hat den Vorteil, daß die Filtrationsgeschwindigkeit und die Standzeit der Filterschicht wesentlich erhöht werden können.
  • Es wurde weiterhin gefunden, daß die Feuchtigkeit der erfindungsgemäßen Filterschicht nach Verfahrensende relativ niedrig ist und etwa 35-55 Volumen-% aufweist. Dies hat den Vorteil, daß die Entsorgungskosten (z. B. Verbrennung) des Filterkuchens reduziert werden.
  • Ein weiterer Vorteil ist, daß diese Filterschicht einen relativ niedrigen Aschegehalt, der vor dem Filtrationsbeginn unter 35 Gewichts-% liegt, aufweist. Dies ermöglicht, die Kosten der Filterkuchenentsorgung noch weiter zu reduzieren.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, daß die im Abwasser enthaltene feste Phase durch die Zugabe des erfindungsgemäßen Filterhilfsmittels sedimentiert werden kann. Dabei kann man nicht nur diese feste Phase sondern auch die im Abwasser gelösten Schadstoffe, die auf den Teilchen der Filterhilfsmittel adsorbiert werden, eliminieren.
  • Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß eine effektive Reinigung des Abwassers sowohl von suspendierten, als auch von gelösten Schadstoffen zu erreichen ist, wenn man die Sedimentation der festen Phase bei der Konzentration der zugegebenen Filterhilfsmittel im Abwasser 0,001-5,0 Gewichts-%, vorzugsweise 0,01-0,5 Gewichts-%, führt.
  • Es wurde weiterhin gefunden, daß dieselbe Schicht des erfindungsgemäßen Filterhilfsmittels für die Filtration sowohl des nach der Sedimentation geklärten als auch des hochkonzentrierten Abwassers verwendet werden kann. Dabei sollte zuerst das geklärte und dann das hochkonzentrierte Abwasser durch diese Schicht filtriert werden. Dies reduziert den Verbrauch des Filterhilfsmittels und die Betriebskosten.
  • Die Verwendung verschiedener Schichten des Filterhilfsmittels für die Filtration der nach der Sedimentation geklärten und hochkonzentrierten Abwässer ist auch möglich. Dies hat den Vorteil, daß die Filtrationszeit reduziert werden kann. Außerdem ist in diesem Fall möglich, die Parameter jeder dieser Schichten zu den Eigenschaften der beiden Abwässer anzupassen und dadurch die Filtrationsgeschwindigkeit und die Reinigungseffektivität zu erhöhen.
  • Wie erwähnt, können die durch die Filterschicht zurückgehaltenen Schadstoffe im Rahmen dieses Verfahrens effektiv zerstört werden. Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Zerstörung dieser Schadstoffe mittels einer einfachen Luft- und/oder Gasfiltration durch diese Schicht möglich ist. Es ergab sich, daß eine einfache Oxidierung der Schadstoffe während der Luftfiltration häufig hinreichend ist, um eine sichere Zerstörung dieser Stoffe zu erreichen. Sollte dies nicht ausreichen, kann man im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens problemlos verschiedene Luft/Gas- und/oder Gas/Gas- Gemische auswählen, die eine zuverlässige und preisgünstige Zerstörung konkreter Schadstoffe gewährleisten.
  • Somit kann dieses Verfahren nicht nur eine effektive Eliminierung verschiedenster Schadstoffe sichern, sondern auch diese Eliminierung vereinfachen und kostengünstiger machen. Dabei sind Optimierung und Zuverlässigkeit dieser Zerstörung, die unter anderem von Art, Menge und Eigenschaften der jeweiligen Schadstoffe abhängig sind, durch Auswahl geeigneter Prozeßparameter leicht zu erreichen.
  • Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß ein Kreislauf der Luft und/oder des Gases und/oder ihrer Gemische durch die Filterschicht besonders effektiv ist.
  • Weiterhin wurde gefunden, daß eine Reihe der durch den Filterkuchen zurückgehaltenen Schadstoffen (z. B. organische oder chlororganische Verbindungen) effektiv und kostengünstig unschädlich gemacht werden können, wenn man das Ozon durch diesen Kuchen filtriert. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich effektiver, als z. B. den obengenannten Abbau von AOX durch eine Ozonoxidierung unmittelbar im Abwasser. Es hängt damit zusammen, daß die AOX-Konzentration im Abwasser wesentlich geringer ist, als im Filterkuchen nach der Abwasserreinigung. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens der Ozon- und AOX- Moleküle bei der Abwasserbehandlung durch dieses Gas wesentlich niedriger, als bei einer Ozonfiltration durch den Filterkuchen. Somit kann ein großer Teil dieses Gases bei der Abwasserbehandlung in keiner Oxidierungsreaktion teilnehmen und verloren gehen. Dies erfordert einen zusätzlichen Ozonverbrauch und verursacht nicht nur wirtschaftliche sondern auch ökologische Probleme, weil bestimmte Ozonmenge in die Umwelt geraten kann.
  • Aus diesem Grund ist das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstiger, als das bekannte Verfahren. Effizienz und Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens können durch den Ozonkreislauf weiter erhöht werden.
  • Erfindungsgemäß kann sowohl die Zerstörung der durch den Filterkuchen zurückgehaltenen Schadstoffe als auch der Trocknungsgrad dieses Kuchens durch Luft- und/oder Gasenfiltration wesentlich erhöht werden, wenn man hoch dispergierte feste Teilchen zur Luft und/oder zu diesen Gasen vor der Filtration zudosiert. Die Wirksamkeit dieser Zudosierung ist umso höher, je höher die Inhomogenität der lokalen hydraulischen Widerstände des Filterkuchens ist. Mit dieser eventuellen Inhomogenität und sogar mit den Kuchenrissen sollte man rechnen, insbesondere wenn die Kuchenhöhe relativ groß ist. Dabei fließen große Mengen der Luft und/oder der Gase bei der Filtration nicht gleichmäßig durch diesen Kuchen sondern durch diese Risse oder die lokalen Abschnitte der Filterfläche, die die niedrigsten hydraulischen Widerstände haben. Unter diesen Bedingungen bleiben wesentliche Abschnitte des Filterkuchens für die filtrierenden Gase und/oder die Luft unerreichbar und die Zerstörung der obengenannten Schadstoffe oder das Trocknen des Filterkuchens ist nicht effektiv.
  • Somit ermöglicht die Zudosierung der festen Phase zur Luft und/oder zu diesen Gasen und/oder ihren Gemischen, die Homogenität des hydraulischen Widerstands des Kuchens zu erreichen und die obengenannten Probleme im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu lösen.
  • Es wurde gefunden, daß die Zerstörung der durch den Filterkuchen zurückgehaltenen Schadstoffe und dessen Trocknung besonders effektiv sind, wenn man die Filtration der Luft und/oder eines Gases und/oder ihrer Gemische durch den Kuchen bei einer Anfangskonzentration der zudosierten festen Phase 0,5-100 mg/Nm3 (Normalkubikmeter), vorzugsweise 1-50 mg/Nm3, führt.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, daß das erfindungsgemäß gereinigte Abwasser für die Herstellung verschiedener Produkte verwendet werden kann. Dabei wurde gefunden, daß eine selektive Eliminierung verschiedener Stoffe aus einem Abwasser möglich ist.
  • Es wurde weiterhin gefunden, daß viele Vorteile erreicht werden können, wenn das Abwasser nicht von den konventionellen Schadstoffen, sondern von den bei der Verwendung dieses Abwassers für die Herstellung verschiedener Produkte störenden Stoffen gereinigt wird.
  • Es wurde weiterhin gefunden, daß verschiedene Produkte ohne Qualitätseinbuße hergestellt werden können, wenn man die jeweiligen notwendigen Stoffe dem erfindungsgemäß gereinigten Abwasser hinzufügt.
  • Dieses Konzept der Abwasserbehandlung ist sehr erfolgsversprechend und führt zu einer erheblichen Reduktion der Abwassermenge, des Trinkwasserverbrauchs und der eingesetzten Chemikalienmenge. Somit sind sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Effekte zu erreichen.
  • Es wurde weiterhin gefunden, daß der nach dem Prozessende erhaltene Filterkuchen auch für die Herstellung verschiedener Produkte verwendet werden kann. Dabei können durch eine gezielte Auswahl der eingesetzten Filterhilfsmittel, Filterschicht und Prozeßparameter sowohl eine notwendige Effektivität der Abwasserreinigung als auch die erwünschten Eigenschaften des Filterkuchens nach dem Prozessende erreicht werden.
  • Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß der Filterkuchen auch von den bei seiner Verwendung für die Herstellung verschiedener Produkte störenden Stoffen gereinigt werden kann. Diese Reinigung ist besonders effektiv, wenn man die Filtration einer für die vorgegebene Zerstörung dieser Schadstoffe wirksamen Flüssigkeit und/oder eines Gases durch diesen Kuchen durchführt. Die Gas- und/oder Flüssigkeitszusammensetzung und -menge hängen mit der jeweiligen Bedingungen dieser Zerstörungsreaktion zusammen und können leicht optimiert werden.
  • Erfindungsgemäß kann die Effektivität der Kuchenreinigung weiter erhöht werden, wenn man dieser Flüssigkeit und/oder dem Gas vor der Filtration hochdispergierte neutrale feste Teilchen zudosiert.
  • Als eine alternative Variante wurde gefunden, daß der nach dem Prozeßende erhaltene Filterkuchen durch eine selbstgängige Verbrennung verbrannt werden kann.
  • Es wurde weiterhin gefunden, daß der Filterkuchen von den während seiner Verbrennung die Entstehung sekundärer Schadstoffe verursachenden Verbindungen gereinigt werden kann. Erfidungsgemäß erfolgt die Reinigung mittels der Filtration einer für die Zerstörung dieser Stoffe wirksamen Flüssigkeit und/oder eines Gases durch diesen Kuchen. Diese Reinigung des Filterkuchens vor seiner Verbrennung kann leicht optimiert werden und die Umweltbelastung durch die entstehenden Abgase weiter reduzieren.
  • Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, die jedoch keineswegs beschränkend sind.
    • Beispiele Beispiel 1
  • Ein Tenside-haltiges Abwasser ist durch AOX (adsorbierbare organische Chlorverbindungen) hoch belastet (AOX-Gehalt: 9000 µg/l Cl). Dabei enthält dieses Abwasser die AOX-Verbindungen sowohl in suspendierter (2200 µg/l Cl) als auch in gelöster (6800 µg/l Cl) Form. Gleiche Mengen dieses Abwassers wurden durch horizontale Schichten der Aktivkohle in Granul- und in Pulverform (nach dem Stand der Technik) und einmal durch eine Anschwemmschicht aus einem Gemisch Holzmehl (71,35 Gew.-%)-Aktivkohle (28,65 Gew.-%) (nach dem erfindungsgemäßen Verfahren) filtriert. Die Schichthöhe in jedem Experiment war 65 mm, der Filterdruck- 0,9 bar. Als Filtermittel wurde eine Metallgewebe verwendet. Die Abwasserproben wurden jeweils vor und nach der Filtration analysiert. Die AOX-Analysen wurden mit der Säulemethode durchgeführt.
  • Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Reinigungseffektivität des Abwassers bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist deutlich besser, als nach dem Stand der Technik. Außerdem sind das erfindungsgemäße Filterhilfsmittel und das Verfahren wesentlich kostengünstiger als nach dem Stand der Technik. Tabelle 1 Ergebnisse der Abwasserfiltration

    • Beispiel 2
  • Ein durch Schwermetalle (hauptsächlich Zink, mit 8800 µg/l) belastetes Abwasser wird durch eine Schicht des Filterhilfsmittels filtriert. Das Filterhilfsmittel besteht aus Holzmehl (70 Gewichtsteile), feinpulvriger Aktivkohle (30 Gewichtsteile) und Diatomit (30 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile Aktivkohle und Holzmehl zusammen). Die Schichtsporösität vor dem Filtrationsbeginn weist 70 Volumen-% auf. Die Schichthöhe in verschiedenen Experimenten war 50, 70 und 90 mm und der Filtrationsdruck- 0,7-0,9 bar. Die Probevolumen wurden konstant gehalten und nach Erreichen der streng definierten Filtratmengen abgenommen. Es wurden die Filtratsvolumen und die Filtrationszeit fixiert und die durchschnittliche Filtrationsgeschwindigkeit berechnet.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
  • Hieraus ist zu schließen, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine effektive Eliminierung der Schwermetalle aus dem Abwasser ermöglicht. Mit Zunahme der eingesetzten Menge der Filterhilfsmittel nimmt der Reinigungsfaktor wesentlich zu. Die durchschnittliche Filtrationsgeschwindigkeit lag bei 0,408-0,746 m3/(m2h). Tabelle 2 Ergebnisse der Filtration des schwermetallehaltigen Abwassers

    • Beispiel 3
  • Ein anionische Tenside-haltiges Abwasser, daß durch AOX hoch belastet ist (AOX-Gehalt: 59.867 µg/l Cl), wird erfindungsgemäß nicht von AOX, sondern von den bei der Verwendung dieses Abwassers für die Herstellung der Reinigungsmittel störenden Stoffen (hauptsächlich die feste Phase) gereinigt.
  • Anschließend wurde ein Muster des Reinigungsmittels durch die Zugabe dem gereinigten Abwasser der Phosphorsäure 85% (26,5 Volumen-%) und des Methoxy-propoxy-propanols (10- Volumen-%) hergestellt.
  • Die Qualitätskontrolle der hergestellten Waschmittel ergab, daß sie allen geltenden Anforderungen entsprechen. Die Produktionsmuster zeigten auch nach vierwöchiger Standzeit keinerlei Veränderungen und sind für den vorgesehenen Einsatzzweck ohne weiteres verwendbar.
  • Die anschließenden Reinigungsversuche, die mit den hergestellten Mitteln durchgeführt wurden, zeigten keine Beeinträchtigung der Reinigungsleistung. Das hergestellte Produkt war vergleichbar mit denen, die auf dem Trinkwasserbasis hergestellt wurden.
  • Daraus läßt sich schließen, daß die Wiederverwendung der erfindungsgemäß gereinigten Abwässer in der Produktion ohne Qualitätseinbuße möglich ist. Dies könnte zu einer erheblichen Reduktion der Abwassermenge, des Trinkwasserverbrauchs und der eingesetzten Chemikalien führen.

Claims (42)

1. Verfahren, Filterhilfsmittel und Filterschicht für die Abwasserreinigung von verschiedenen organischen und anorganischen Schadstoffen (z. B. chlororganischen Verbindungen, Schwermetallen usw.), dadurch gekennzeichnet, daß das Abwassser durch eine horizontal angeordnete, relativ aschearme und hoch poröse Schicht eines Filterhilfsmittels, das aus inerten, pulverförmigen, polydispersen Teilchen besteht, filtriert wird und diese Schicht eine verhältnismäßig große Höhe hat, eine effektive sowohl filtrierende als auch adsorbierende Wirkung aufweist, wobei die durch diese Schicht zurückgehaltenen Schadstoffe wirksam eliminiert und der erhaltene Filterkuchen getrocknet werden und das gereinigte Abwasser und/oder der Filterkuchen nach dem Prozeßende bei der Herstellung verschiedener Produkte verwendbar sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser durch eine Filterhilfsmittelschicht mit der Höhe 10-600 mm, vorzugsweise 40-400 mm, filtriert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Filterhilfsmittelschicht während des Prozesses konstant gehalten oder vergrößert wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Filterhilfsmittelschicht kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Prozesses mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit der Filterschichterhöhung von 0,5 bis 20 mm/h, vorzugsweise von 1,0 bis 10 mm/h, arbeitet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einem Filtrationsdruck von 0,3 bis 9 bar, vorzugsweise von 0,6 bis 6 bar, arbeitet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im Filter herrschende Druck während der Filtration erhöht oder konstant gehalten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit der Druckerhöhung von 0,01 bis 1,0 bar/h, vorzugsweise von 0,05 bis 0,5 bar/h, arbeitet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Filterschicht zurückgehaltenen Schadstoffe nach Filtrationsende unschädlich gemacht werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das nach dem Filtrationsende im Filter und im Filterkuchen verbliebene Abwasser durch Luft- oder Gasdruck abfiltriert und der Filterkuchen durch anschließende Luft- und/oder Gasfiltration getrocknet wird.
11. Filterhilfsmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Stoff A - 10-90 Gewichtsteile feinpulvriger Aktivkohle, Stoff B - 10-90 Gewichtsteile von Holzmehl und Stoffe C, D, E, F, G, H und J - 0-900 Gewichtsteile von Diatomit und/oder Perlite und/oder Klinoptilolit und/oder Bentonit und/oder Asche und/oder Zellulose und/oder Koks, bezogen auf 100 Gewichtsteile der ersten und zweiten Komponente zusammen.
12. Filterhilfsmittel nach einem der Ansprüche 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 75 Gewichts-% der Aktivkohleteilchen kleiner als 90 Mikron und etwa 80 Gewichts-% der Holzmehlteilchen kleiner als 400 Mikron sind.
13. Filterhilfsmittel nach einem der Ansprüche 1, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer wäßrigen Säure-Lösung mit einem pH-Wert zwischen 1 bis 5, vorzugsweise 1,5-3,5, in Kontakt gebracht wird.
14. Filterhilfsmittel nach einem der Ansprüche 1 oder 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe A und J ein positives Zetapotential in den wäßrigen Säure-Lösungen und ein negatives Zetapotential in den wäßrigen Lauge-Lösungen aufweisen.
15. Filterhilfsmittel nach einem der Ansprüche 1 oder 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe A und J ein Zetapotential von etwa +10 mV bis etwa +70 mV im Wasser bei pH-Werten von 2 bis 5 und von etwa -10 mV bis etwa -50 mV bei pH-Werten von 8 bis 11 aufweisen.
16. Filterhilfsmittel nach einem der Ansprüche 1 und 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe B bis H ein negatives Zetapotential im Wasser aufweisen.
17. Filterhilfsmittel nach einem der Ansprüche 1 und 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Holzmehl aus Nadel- und/oder Laubhölzern besteht.
18. Filterhilfsmittel nach den Ansprüchen 1, 11, 12 und 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß es ein kationisches oder anionisches und/oder nichtionisches Mittel und/oder ein oder mehrere Salze enthält.
19. Filterhilfsmittel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Salze aus dreiwertigen Metallsalzen bestehen.
20. Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei oder mehreren einzelnen Schichten besteht.
21. Filterschicht nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Teilchengröße der Filterhilfsmittel einzelner Schichten in die Filtrationsrichtung immer kleiner ist.
22. Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei einzelne Schichten sich durch die Vorzeichen des Zetapotentials voneinander unterscheiden.
23. Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Porösität vor Filtrationsbeginn 60-90 Volumen % aufweist.
24. Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Feuchtigkeit bei der Austragung aus dem Filter nach Filtrationsende etwa 35-50 Volumen-% aufweist.
25. Filterschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie vor Filtrationsbeginn einen Aschegehalt unter 35 Gewichts-% aufweist.
26. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abwasser enthaltene feste Phase vor der Filtration durch die Zugabe von Filterhilfsmitteln sedimentiert wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß man die Sedimentation der festen Phase bei der Konzentration der zugegebenen Filterhilfsmittel im Abwasser 0,001-5 Gewichts-%, vorzugsweise 0,01-0,5 Gewichts-%, durchführt.
28. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe Schicht des Filterhilfsmittels für die Filtration sowohl des während der Sedimentation geklärten als auch des hochkonzentrierten Abwassers verwendet wird.
29. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß man das während der Sedimentation geklärte und hochkonzentrierte Abwasser durch verschiedene Schichten des Filterhilfsmittels filtriert.
30. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstörung der durch die Filterschicht zurückgehaltenen Schadstoffe mittels Luft- und/oder der Gas- und/oder der Luft/Gas-Gemische- und/oder der Gas/Gas-Gemische-Filtration durch diese Schicht verwirklicht wird.
31. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 30, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Kreislauf der Luft und/oder eines Gases und/oder deren Gemische durch die Filterschicht führt.
32. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 30 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Ozon durch die Filterschicht filtriert wird.
33. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die hoch dispergierte feste Phase zu den für die Zerstörung der durch den Filterkuchen zurückgehaltenen Schadstoffe oder das Trocknen dieses Kuchens verwendenden Gasen und/oder der Luft . und/oder deren Gemischen vor ihrer Filtration zudosiert wird.
34. Verfahren nach den Ansprüchen von 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß man die Filtration der Luft und/oder eines Gases und/oder deren Gemische durch den Filterkuchen bei einer Anfangskonzentration der festen Phase in diesen Medien von 0,5-100 mg/Nm3, vorzugsweise von 1-50 mg/Nm3, durchführt.
35. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte Abwasser für die Herstellung verschiedener Produkte verwendet wird.
36. Verfahren nach dem Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser von den bei der Verwendung dieses Abwassers für die Herstellung verschiedener Produkte störenden Stoffen gereinigt wird.
37. Verfahren nach den Ansprüchen 35 und 36, dadurch gekennzeichnet, daß man die jeweils notwendigen Stoffe dem gereinigten Abwasser hinzufügt.
38. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der nach dem Prozeßende erhaltene Filterkuchen für die Herstellung verschiedener Produkte verwendet wird.
39. Verfahren nach dem Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkuchen von den bei seiner Verwendung für die Herstellung verschiedener Produkte störenden Stoffen gereinigt wird.
40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung des Filterkuchens von den störenden Stoffen mittels Filtration einer für die Zerstörung dieser Stoffe wirksamen Flüssigkeit und/oder eines Gases durch diesen Kuchen durchgeführt wird.
41. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der nach Prozeßende erhaltene Filterkuchen durch eine selbstgängige Verbrennung verbrannt wird.
42. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkuchen vor seiner Verbrennung von Stoffen, die während der Verbrennung sekundäre Schadstoffe bilden, gereinigt wird.
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