DE19653426A1 - Process for the degradation of pollutants - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau von Schadstof fen aus Abwässern, Prozeßlösungen und Trinkwasser unter Ver wendung von Persulfat.The invention relates to a method for degrading pollutants fen from waste water, process solutions and drinking water under Ver use of persulfate.
Das Spektrum anthropogener Schadstoffe in wäßrigen Lösungen ist breit gefächert. Es gibt daher eine ganze Reihe von Ver fahren, die sich mit der Aufbereitung von wäßrigen Lösungen befassen. Dabei sollen vor allem Organohalogenverbindungen, organischer Kohlenstoff und CSB-Konzentrationen aus indu striellen und kommunalen Abwässern oder chemischen, pharma zeutischen oder galvanischen Prozeßlösungen entfernt werden. Ein weiteres Ziel ist die Oxidation von Umweltgiften wie CN⁻, Schwermetallcyanidkomplexen, NH₄⁺ und H₂S. Weiterhin wird die Desodorierung sowie Entfärbung von Abwässern angestrebt.The spectrum of anthropogenic pollutants in aqueous solutions is broad. There are a number of ver drive dealing with the treatment of aqueous solutions deal. Organohalogen compounds, organic carbon and COD concentrations from indu urban and municipal waste water or chemical, pharmaceutical ceutical or galvanic process solutions can be removed. Another goal is the oxidation of environmental toxins like CN⁻, Heavy metal cyanide complexes, NH₄⁺ and H₂S. Furthermore, the Desodorization and decolorization of waste water are aimed for.
Der sog. TOC (total organic carbon = Gesamtkohlenstoffgehalt) als Summenparameter für organische Substanzen darf dabei in den genannten Lösungen nicht zu hoch sein. Die Grenzwerte für den TOC sind so gefaßt, daß sie verhindern, daß sich che misch-physikalische Parameter z. B. der betroffenen natürli chen Oberflächengewässer so stark verändern, daß deren Ökosy stem gravierend verändert wird. So bewirkt beispielsweise ein hoher Anteil an oxidierbaren Stoffen die Absenkung der im Wasser vorhandenen Sauerstoffkonzentration und damit das Ab sterben von aerob lebenden Organismen. (CSB-Wert)The so-called TOC (total organic carbon = total carbon content) as a sum parameter for organic substances in the solutions mentioned should not be too high. The limits for the TOCs are worded in such a way that they prevent che mixed physical parameters e.g. B. the affected natural Chen surface waters change so much that their ecosy stem is seriously changed. For example, a high proportion of oxidizable substances lowering the Water existing oxygen concentration and thus the Ab die from aerobic organisms. (COD value)
In der Technik werden als starke Oxidationsmittel zum Schad stoffabbau vor allem Wasserstoffperoxid und Ozon eingesetzt; unter geeigneten Voraussetzungen ist auch der eher reaktions träge Sauerstoff möglich. In einigen Fällen kann auch heute noch nicht auf Mittel auf Chlorbasis (Hypochlorit, Chlordi oxid, Chlorit) verzichtet werden - trotz der damit verbunde nen Probleme, d. h. Entstehung toxischer chlororganischer Ver bindungen.In technology, harmful oxidants are harmful degradation mainly used hydrogen peroxide and ozone; under suitable conditions, it is also more reactive inert oxygen possible. In some cases, even today not yet on chlorine-based agents (hypochlorite, chlorordi oxide, chlorite) can be dispensed with - despite the associated problems, d. H. Development of toxic organochlorine ver bonds.
Es gibt außerdem Verfahren, die unter hohen Drücken (220,6 bar) und Temperaturen (374°C) mit überkritischem Wasser Schadstoff abbauen. Diese Naßoxidation bedarf aber eines ex tremen Aufwands hinsichtlich des Materials, der Energie und auch der Kosten.There are also procedures that operate under high pressures (220.6 bar) and temperatures (374 ° C) with supercritical water Remove pollutant. This wet oxidation needs an ex tremendous effort in terms of material, energy and also the cost.
Eines der stärksten bekannten Oxidationsmittel ist Per oxodisulfat mit einem Standard-Redoxpotential von Eo = 2.06 V. Aufgrund dieses hohen Oxidationspotentials kann Peroxodi sulfat nahezu jede organische Substanz vollständig zu Kohlen dioxid und Wasser (sowie gegebenenfalls Phosphat, Nitrat usw.) oxidieren. In seiner Reaktivität weist Peroxodisulfat einige Besonderheiten gegenüber anderen Oxidationsmitteln auf: im Gegensatz zu Wasserstoffperoxid und Ozon ist Peroxo disulfat besonders reaktionsträge und im festen Zustand über lange Zeit stabil. Häufig finden Reaktionen erst durch Akti vierung mit Katalysatoren oder nach Erhöhung der Reaktions temperatur statt.One of the strongest known oxidizing agents is per oxodisulfate with a standard redox potential of E o = 2.06 V. Due to this high oxidation potential, peroxodisulfate can completely oxidize almost any organic substance to carbon dioxide and water (as well as phosphate, nitrate, etc.). In its reactivity, peroxodisulfate has some special features compared to other oxidizing agents: in contrast to hydrogen peroxide and ozone, peroxodisulfate is particularly inert and stable in the solid state for a long time. Reactions often only take place by activating them with catalysts or after increasing the reaction temperature.
Bislang wird Peroxodisulfat neben technischen Anwendungen in der Galvanik- und Leiterplattenindustrie und als Radikalstar ter für Polymerisationen auch in der Analytik zur Bestimmung des DOC (dissolved Organic Carbon = gelöster organischer Koh lenstoff) bzw. TOC eingesetzt sowie als Reagens in verschie denen Synthesen.So far, peroxodisulfate is used in addition to technical applications in the electroplating and printed circuit board industry and as a radical star ter for polymerizations also in analytics for determination of the DOC (dissolved organic carbon = dissolved organic Koh lenstoff) or TOC used and as a reagent in various those syntheses.
Gegenüber den in der Abwasserreinigung seit langem eingesetz ten Stoffen wie Ozon, das in seiner Herstellung teuer und aufgrund seiner Giftigkeit kompliziert zu handhaben ist, und Wasserstoffperoxid, das u. U. in alkalischen schwermetallhal tigen Lösungen einem explosionsartigen Zerfall unterliegen kann, nur eine geringe Beständigkeit in den zu behandelnden Lösungen und eine oft nicht ausreichend große Oxidationswir kung (Redoxpotential + 1,77 V) aufweist, ist das Arbeiten mit Peroxodisulfaten vergleichsweise unproblematisch; sie sind gut zu handhaben und in festem Zustand über lange Zeit sta bil. Mit Peroxodisulfaten lassen sich daher auch ansonsten nur schwer abbaubare Schadstoffe oxidativ zerstören. Die bei Umsetzungen mit Peroxodisulfat entstehenden Sulfate sind un giftig.Compared to those used in wastewater treatment for a long time substances such as ozone, which are expensive and expensive to manufacture complicated to handle due to its toxicity, and Hydrogen peroxide, which u. U. in alkaline heavy metal hal explosive decay can, only a little resistance in the to be treated Solutions and an often not sufficiently large Oxidationswir kung (redox potential + 1.77 V), is working with Peroxodisulfates comparatively unproblematic; they are easy to handle and in solid condition for a long time bil. Peroxodisulfates can therefore also be used otherwise destroy oxidants that are difficult to decompose. The at Reactions with peroxodisulfate resulting sulfates are un toxic.
Ein weiteres Problem sind die in den genannten wäßrigen Lö sungen neben den TOC vorliegenden halogenorganischen Verbin dungen (AOX adsorbierbares organisches Halogen). Der AOX-Ab bau erfolgt parallel zum oder dem TOC-Abbau nachgeschaltet, was bedeutet, daß mitunter ein unvertretbar hoher Peroxo disulfateinsatz erforderlich ist, um die toxischen Substanzen in ausreichendem Maßstab abzubauen.Another problem is that in the aqueous solution mentioned solutions in addition to the TOC present organic halogen compound (AOX adsorbable organic halogen). The AOX-Ab construction takes place parallel to or after the TOC reduction, which means that sometimes an unacceptably high peroxo Use of disulfate is required to remove the toxic substances to dismantle on a sufficient scale.
Von besonders großem Nachteil ist, daß bei Anwesenheit von Chloriden in den zu behandelnden wäßrigen Lösungen bei Ver wendung von Peroxodisulfat als Oxidationsmittel chlor organische Verbindungen gebildet werden. Bei höheren erfor derlichen Konzentrationen an Peroxodisulfaten kann es darüber hinaus bei Anwesenheit von Chloriden sogar zu Chloremissionen kommen.A particularly great disadvantage is that in the presence of Chlorides in the aqueous solutions to be treated at Ver Use of peroxodisulfate as an oxidizing agent chlorine organic compounds are formed. At higher requ The concentration of peroxodisulfates can exceed this in addition, in the presence of chlorides, even chlorine emissions come.
Aus der DE 44 30 391 ist ein bereits erfolgreich eingesetztes Verfahren zum Abbau von Schadstoffen in Prozeßlösungen, Ab wässern und Trinkwasser bekannt, das mit Peroxodisulfaten als Oxidationsmittel arbeitet. Bei diesem Verfahren wird den wäßrigen Lösungen ein Gemisch von Peroxodisulfaten mit Alkalien, im äquimolaren Verhältnis von 1 : 0,5 bis 1 : 2, vorzugsweise 1 : 1, zugesetzt. Gegebenenfalls werden Aktiva toren bzw. Katalysatoren zugesetzt und/oder mittels UV-Licht, Mikrowelle oder Ultraschall aktiviert. Die Reaktionstempera tur liegt zwischen 20 und 120°C, besonders bevorzugt bei 80°C. Es wird im alkalischen Medium, d. h. unter Aufrechterhal tung eines pH-Werts deutlich über 7 durch Zugabe von entspre chender Menge an Basen bereits zu Beginn des Verfahrens, ge arbeitet. Nach ca. 180 min. kann eine Totalumsetzung des TOC erwartet werden. Die lange Behandlungszeit erfordert große Behälter und Apparaturen, die aus einem sehr widerstandsfähi gen Material, wie Hastelloy-Legierungen, Tantal, Teflon o. dgl. bestehen müssen, da die Reaktion in einem sehr aggressi ven Milieu stattfindet. Insbesondere bei der Anwesenheit von Halogenen ergeben sich Korrosionsprobleme bei minderwertigen Werkstoffen.DE 44 30 391 has already been used successfully Process for the degradation of pollutants in process solutions, Ab water and drinking water known as peroxodisulfates Oxidizer works. With this procedure the aqueous solutions with a mixture of peroxodisulfates Alkalis, in an equimolar ratio of 1: 0.5 to 1: 2, preferably 1: 1 added. If necessary, assets gates or catalysts added and / or by means of UV light, Microwave or ultrasound activated. The reaction temperature tur is between 20 and 120 ° C, particularly preferably at 80 ° C. It is in an alkaline medium, i.e. H. while maintaining pH well above 7 by adding correc appropriate amount of bases at the beginning of the process, ge is working. After approx. 180 min. can a total implementation of the TOC to be expected. The long treatment time requires great Containers and equipment made from a very resistant material, such as Hastelloy alloys, tantalum, Teflon or the like. must exist because the reaction is very aggressive ven milieu takes place. Especially in the presence of Halogens have corrosion problems with inferior ones Materials.
Bei der Reaktion des Peroxodisulfats mit einer zu oxidieren den Substanz wird grundsätzlich Schwefelsäure gebildet. Diese Säurebildung ist ein wesentlicher Nachteil einer Oxidation von Schadstoffen mit Peroxodisulfaten in Abwässern, Prozeßlö sungen und Trinkwasser, da sich hierdurch der pH in den sau ren Bereich verschiebt. Damit könnte sich die Notwendigkeit einer nachgeschalteten Neutralisationsstufe ergeben, in der der Ausgangs- oder der gewünschte pH-Wert wieder eingestellt wird. Die oben genannte Druckschrift löst dieses Problem da durch, daß die wäßrigen Lösungen bereits zu Beginn der Be handlung mit einer größeren Menge Lauge versetzt werden, die die Bildung der Schwefelsäure auffangen kann.When the peroxodisulfate reacts with one to oxidize sulfuric acid is basically formed in the substance. This Acid formation is a major disadvantage of oxidation of pollutants with peroxodisulfates in waste water, process sol solutions and drinking water, as this causes the pH in the sau shifted their area. So that could be the need a subsequent neutralization stage in which the initial or the desired pH value is set again becomes. The above publication solves this problem by that the aqueous solutions already at the beginning of the loading treatment with a larger amount of lye, which can absorb the formation of sulfuric acid.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Abbau von Schadstof fen in Abwässern, Prozeßlösungen und Trinkwasser anzugeben, das Persulfat als Oxidationsmittel verwendet und durch das die erforderlichen Behandlungszeiten drastisch verringert werden, wobei gleichzeitig die Möglichkeit geschaffen wird, mit wesentlich kleineren und damit billigeren Apparaturen auszukommen und dabei auch zu einem kontinuierlichen Verfah ren zu gelangen.Based on this state of the art, it is the task of present invention a method for the degradation of pollutant in waste water, process solutions and drinking water, the persulfate used as an oxidizing agent and by the the required treatment times are drastically reduced at the same time creating the opportunity with much smaller and therefore cheaper equipment get along and also a continuous process to arrive.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß der Schadstoffabbau mit Persulfat bei mindestens 130°C, vorzugsweise 130 bis 140°C und einem Druck größer als 1 bar durchgeführt wird, wobei die grundlegende Reaktion die Zersetzung von Persulfat in OH- und SO₄-Radikale ist. This problem is solved in that pollutant degradation with persulfate at at least 130 ° C, preferably 130 to 140 ° C and a pressure greater than 1 bar is carried out, wherein the basic reaction is the decomposition of persulfate into OH and SO₄ radical is.
Der einzustellende pH-Bereich kann je nach Problemlösung zwischen 0 und 14 liegen und deckt somit den gesamten pH-Be reich ab, anders als bei früheren Systemen, die auf das Ar beiten in einem bestimmten, meist alkalischen pH-Bereich an gewiesen waren.The pH range to be set may vary depending on the solution to the problem lie between 0 and 14 and thus covers the entire pH-Be rich, unlike previous systems based on the Ar process in a certain, usually alkaline pH range were assigned.
Die Temperatur ist dabei noch nicht so hoch, daß sie aufwen dige Apparaturen notwendig machen würde, wie es bei einigen Verfahren notwendig ist, die bei Temperaturen über 300°C ar beiten.The temperature is not so high that it is too hot equipment would be necessary, as is the case with some Process is necessary, which ar at temperatures above 300 ° C work.
An sich ist bei chemischen Reaktionen natürlich zu erwarten, daß die Reaktionszeiten sich bei steigenden Temperaturen ver kürzen. Im vorliegenden Fall ist jedoch zu berücksichtigen, daß die Persulfate bei höheren Temperaturen sehr leicht zer setzliche Substanzen sind. Bei höherer Temperatur nimmt die Zersetzungsgeschwindigkeit normalerweise bei peroxidischen Verbindungen rascher zu als die Reaktionsgeschwindigkeit der jeweils zu katalysierenden Reaktionen. Daher wäre die Re aktion der Radikale untereinander bei zunehmender Temperatur wahrscheinlicher.In itself, in chemical reactions it is naturally to be expected that the reaction times ver with increasing temperatures shorten. In the present case, however, it must be taken into account that the persulfates decompose very easily at higher temperatures are legal substances. At higher temperatures, the Decomposition rate usually with peroxidic Connections faster than the reaction rate of the reactions to be catalyzed in each case. Therefore the Re action of the radicals with one another with increasing temperature more likely.
Die Zersetzung von 0.01 Mol/l Kaliumperoxodisulfat in 0.1 Mol NaOH bei steigender Temperatur ist in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:The decomposition of 0.01 mol / l potassium peroxodisulfate in 0.1 mol NaOH with increasing temperature is in the table below summarized:
Es hätte daher nur eine Verschlechterung der Ausbeuten erwar tet werden können, da die Selbstzersetzung des Persulfats so schnell vor sich gegangen wäre, daß es nicht mehr mit den zu beseitigenden Schadstoffen hätte reagieren können.The only thing that could have been expected was a deterioration in yields can be tet because the self-decomposition of the persulfate would have happened quickly that it was no longer with them eliminating pollutants could have reacted.
Es ist daher eine wesentliche Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, daß tatsächlich die Abbauleistung bei Temperaturen zwischen 130 und 140°C und einem Überdruck deutlich gestei gert werden konnte. Wie den unten stehenden Beispielen zu entnehmen ist, kann nicht nur der Gesamt-Kohlenstoffgehalt nahezu komplett abgebaut werden, sondern auch die AOX-Werte, d. h. die Werte der adsorbierbaren, organisch gebundenen Halogene können auf beinahe 0 abgesenkt werden. Abgesehen davon können gemäß der vorliegenden Erfindung auch andere Verunreinigungen in wäßrigen Lösungen abgebaut werden, so z. B. Farbstoffe und Cyanide. Auch eine Dekomplexierung toxi scher Substanzen ist möglich.It is therefore an essential knowledge of the present Invention that actually degrades at temperatures between 130 and 140 ° C and a significant increase in overpressure could be replaced. Like the examples below is not only the total carbon content almost completely reduced, but also the AOX values, d. H. the values of the adsorbable, organically bound Halogens can be reduced to almost 0. Except according to the present invention, others can be used Impurities in aqueous solutions are broken down, so e.g. B. dyes and cyanides. Decomplexing is also toxic sher substances is possible.
Durch die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 1 können Ab wässer, Prozeßflüssigkeiten und Trinkwasser gereinigt, ent färbt und desodoriert werden mit einem im Vergleich zu den herkömmlichen Oxidationsmitteln Ozon, Wasserstoffperoxid oder auch Sauerstoff einfach zu handhabenden Oxidationsmittel, nämlich dem Persulfat, das zudem ein besonders hohes Oxida tionspotential und somit eine besonders hohe Wirksamkeit in der Oxidation aufweist.By the present invention according to claim 1 Ab water, process liquids and drinking water cleaned, ent colors and deodorises with a compared to the conventional oxidizing agents ozone, hydrogen peroxide or also easy to handle oxidizing agents, namely the persulfate, which is also a particularly high oxide tion potential and thus a particularly high effectiveness in which has oxidation.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es außerdem, das Verfah ren kontinuierlich zu fahren. Hierfür wird ein Conti-Reaktortyp vorgeschlagen, bei dem das einlaufende, un behandelte und kalte Abwasser durch das auslaufende, behan delte und demnach warme Abwasser im Gegenstrom vorerhitzt wird, so daß die Energiekosten minimiert werden. Dabei sollte eine Verweilzeit von ca. 100 sec. bei 130°C gewährleistet sein, um die Reaktorgröße in Proportion zum behandelten Ab wasser möglichst gering zu halten. Durch exotherme Reaktio nen, wie z. B. die Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu Koh lendioxid und Wasser bekommt das System einen zusätzlichen Wärmeeintrag, was sich wiederum positiv auf die Energiekosten auswirkt. Als Wärmeträger kommen Dampf, Abwärme z. B. heiße Gase, organischer Wärmeträger sowie eine Widerstandbeheizung in Frage.The present invention also enables the method driving continuously. For this, a Conti reactor type proposed, in which the incoming, un treated and cold wastewater through the leaking, behan delte and therefore warm wastewater preheated in countercurrent is so that the energy costs are minimized. It should a dwell time of approx. 100 seconds at 130 ° C is guaranteed be the reactor size in proportion to the treated Ab to keep water as low as possible. By exothermic reaction NEN, such as B. the oxidation of hydrocarbons to Koh The system gets an additional amount of dioxide and water Heat input, which in turn has a positive effect on energy costs affects. Steam, waste heat z. B. is called Gases, organic heat transfer media and resistance heating in question.
Es können im Reaktionsraum Einbauten vorgesehen sein, die einen besseren Wärmeübergang zur Reaktorwand garantieren und gleichzeitig eine unerwünschte vertikale Quervermischung ver hindern. Diese Einbauten sollten so gestaltet sein, daß sie eventuell entstehendes Gas nach oben frei entweichen lassen können. Da die Einbauten möglichst einen guten Wärmeübergang aufweisen sollten, können sie als gerade Rohre, Rohrschlangen oder Platten ausgeführt sein, aber auch eine einfache Schüttung mit keramischen Raschigringen ist möglich.Internals can be provided in the reaction space guarantee a better heat transfer to the reactor wall and at the same time an undesirable vertical cross-mixing ver prevent. These internals should be designed so that they Allow any gas to escape upwards can. Since the internals have good heat transfer as possible should have, they can be straight pipes, coils or plates, but also a simple one Filling with ceramic Raschig rings is possible.
Um einen Überdruck im Reaktor aufzubauen, sollte vor dem Ab wasserauslauf ein Überströmventil eingebaut sein, das je nach gewünschtem Reaktordruck auf einen bestimmten Ablaßdruck ein gestellt werden kann. Durch die Bildung von Gasen würde der Reaktor allmählich leergedrückt werden und die Verweilzeit würde sich verkürzen. Für diesen Fall kann im oberen Teil des Reaktorkopfes ein Grenzstanddetektor montiert sein. Detek tiert dieser ein Gasphase, schaltet das dem Gasüberströmven til nachgeschaltete Absperrventil auf und das dem Abwasser auslaufüberströmventil nachgeschaltete Absperrventil gleich zeitig zu. Über das zweite Überströmventil in der Gasleitung entweicht nun so lange Gas, bis der Grenzstanddetektor wieder eine Flüssigphase erfaßt. In diesem Zustand schließt das Gas absperrventil und öffnet das Abwasserauslaufabsperrventil. Da bei dem Entweichen des Gases ein Druckabfall im Reaktor gege ben sein kann, sollte die Öffnung des Gasabsperrventils zu sätzlich auf einen voreingestellten Mindestreaktordruck be grenzt werden.In order to build up an overpressure in the reactor, the Ab an overflow valve installed depending on the water outlet desired reactor pressure to a certain discharge pressure can be put. The formation of gases would cause the Reactor are gradually emptied and the residence time would shorten. In this case, the upper part of the Reactor head a point level detector to be mounted. Detec If this gas phase, this switches the gas overflow til downstream shut-off valve and that to the waste water outlet overflow valve downstream shut-off valve the same early on. Via the second overflow valve in the gas line Gas now escapes until the point level detector again detects a liquid phase. In this state the gas closes shut-off valve and opens the waste water outlet shut-off valve. There a pressure drop in the reactor against the escape of the gas ben, the opening of the gas shut-off valve should be closed additionally to a preset minimum reactor pressure be limited.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber nicht auf die Verwen dung in der oben beschriebenen Vorrichtung beschränkt, son dern kann z. B. auch mit einem klassischen Rohrreaktor im Con tiverfahren oder in einem normalen Druckbehälter batchweise gefahren werden.However, the method according to the invention is not limited to use limited in the device described above, son who can z. B. also with a classic tubular reactor in the Con procedure or in a normal pressure vessel in batches be driven.
Als aktive Oxidationskomponenten eignen sich Peroxodisulfate, Peroxomonosulfate und Mischungen von Peroxodisulfaten oder Peroxomonosulfaten mit Percarbonaten und Perboraten.Peroxodisulfates are suitable as active oxidation components, Peroxomonosulfate and mixtures of Peroxodisulfaten or Peroxomonosulfates with percarbonates and perborates.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Mischung eines Peroxodisulfats mit Wasserstoffperoxid eingesetzt, vorzugs weise in einem molaren Verhältnis von 0,1 bis 2,0 Mol Wasser stoffperoxid pro Mol Peroxodisulfat. Der Zusatz von Wasser stoffperoxid führt zu einer weiteren Beschleunigung des Ver fahrens und eröffnet eine Möglichkeit, die eingesetzten Per sulfatmengen zu verringern, da das Wasserstoffperoxid und sein Zerfall eine aktivierende Wirkung auf das Oxidationsver mögen des Peroxodisulfats ausüben.In a preferred embodiment, a mixture of one Peroxodisulfate used with hydrogen peroxide, preferably as in a molar ratio of 0.1 to 2.0 moles of water peroxide per mole of peroxodisulfate. The addition of water peroxide leads to a further acceleration of the ver driving and opens up a possibility to use the Per to reduce the amount of sulfate since the hydrogen peroxide and its decay has an activating effect on the oxidation process like to exercise the peroxodisulfate.
Vorzugsweise wird das Wasserstoffperoxid in Form von Natrium carbonat-Peroxohydrat eingebracht.The hydrogen peroxide is preferably in the form of sodium carbonate peroxohydrate introduced.
Der Zusatz anderer, bekannter aktiver Oxidationskomponenten zu dem Persulfatsystem ist ebenso denkbar.The addition of other known active oxidation components to the persulfate system is also conceivable.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden 2-3 Mol Persulfat pro abzubauendem Mol C bzw. CH₂ eingesetzt. Dies ergibt sich aus folgender Formel:In a further preferred embodiment of the method According to the present invention, 2-3 moles of persulfate used per mole of C or CH₂ to be broken down. This follows from the following formula:
(CH₂)n + 3n S₂O₈2- + 2n H₂O =(CH₂) n + 3n S₂O₈ 2- + 2n H₂O =
n CO₂ + 6n SO₄2- + 6n H⁺n CO₂ + 6n SO₄ 2- + 6n H⁺
Dadurch ist ein gezielter Mengeneinsatz von Persulfat gegen über dem abzubauenden Schadstoff möglich.This prevents the targeted use of persulfate possible above the pollutant to be broken down.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren werden lange Verweilzeiten im Reaktor vermieden, so daß sich der Zeitaufwand für die Behandlung der wäßrigen Lösungen drastisch verringert. Auf diese Weise können außerdem kleinere Behälter als die üblichen eingesetzt werden, was wiederum zu einer Verringe rung der Materialkosten führt, da die Reaktionen in einem sehr aggressiven Milieu ablaufen und die notwendigen Behälter und Apparaturen demnach aus sehr widerstandsfähigen Materia lien bestehen müssen. Durch die Erfindung wird also sowohl eine Zeitersparnis als auch eine deutliche Verringerung der Kosten erreicht, wobei gleichzeitig eine hohe Oxidationslei stung garantiert wird.According to the present method, long residence times avoided in the reactor, so that the time required for Treatment of the aqueous solutions drastically reduced. On this way you can also use smaller containers than that usual are used, which in turn leads to a reduction material costs because the reactions in one very aggressive milieu and the necessary containers and equipment made of very resistant materials lien must exist. The invention thus both a time saver as well as a significant reduction in Costs achieved while maintaining a high oxidation level performance is guaranteed.
Die bevorzugten Verweilzeiten gemäß der vorliegenden Erfin dung liegen bei einer bevorzugten Ausführungsform zwischen 30 und 500 sec., bei einer sehr bevorzugten Ausführungsform zwischen 80 und 300 sec. und bei der besonders bevorzugten Ausführungsform bei etwa 100 sec.The preferred residence times according to the present invention in a preferred embodiment are between 30 and 500 sec. in a very preferred embodiment between 80 and 300 sec. and with the particularly preferred Embodiment at about 100 sec.
Die bevorzugten Verweilzeiten gewährleisten einen beinahe 100%-igen Abbau der Verunreinigungen in den genannten wäßrigen Lösungen.The preferred residence times ensure an almost 100% Degradation of the impurities in the aqueous Solutions.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei jedem Druck gefahren werden, der größer ist als 1 bar, d. h. auch bei sehr niedrigen Drücken kann das Verfahren betrieben wer den. Normalerweise wird der Druck so gewählt, daß bei der angewendeten Temperatur das Sieden der Flüssigkeit unter drückt wird. The method according to the present invention can be used with any Pressure that is greater than 1 bar, d. H. also the process can be operated at very low pressures the. Usually the pressure is chosen so that the temperature used to boil the liquid under is pressed.
Durch die kurzen Verweilzeiten im Reaktor und eine daraus resultierende günstige Regelstrecke ist es bei dem erfin dungsgemäßen Verfahren möglich, am Abwasserauslauf hinter der Druckstufe ein pH-Wert-Messung zu installieren, die je nach gewünschtem Endauslauf-pH-Wert eine Laugenzudosierung für das einlaufende Abwasser ansteuert. Dies ist manchmal durchaus sinnvoll, da der pH-Wert des Abwassers durch das sich in Schwefelsäure zersetzende Persulfat schnell in den manchmal nicht gewünschten sauren Bereich abfällt.Because of the short dwell times in the reactor and one of them resulting favorable controlled system it is with the inventor process according to the invention possible at the wastewater outlet behind the Pressure stage to install a pH measurement depending on the desired end-of-run pH value, add an alkali solution for the controls incoming wastewater. Sometimes it is makes sense, since the pH value of the wastewater is caused by the Sulfuric acid decomposing persulfate quickly in the sometimes unwanted acidic area.
Da die Zersetzungsgeschwindigkeit des Persulfats bei sinken dem pH-Wert zunimmt und sich dadurch noch geringere Verweil zeiten im Reaktor realisieren lassen, ist es auch sinnvoll, den pH-Wert im Reaktor auf einem leicht alkalischen Niveau zu halten. Dies kann verwirklicht werden, indem z. B. mehrere Laugen-Zudosierungen im Reaktionsbereich installiert werden. Dadurch wird der pH-Wert in einem engen pH-Fenster gehalten.As the rate of decomposition of the persulfate decrease at the pH value increases and therefore there is even less dwell time times in the reactor, it also makes sense the pH in the reactor to a slightly alkaline level hold. This can be achieved by e.g. B. several Alkaline additions can be installed in the reaction area. This keeps the pH in a narrow pH window.
Als zugesetzte Laugen sind die Hydroxide, Carbonate und/oder Hydrogencarbonate des Natriums oder Kaliums denkbar.The added alkalis are the hydroxides, carbonates and / or Hydrogen carbonates of sodium or potassium are conceivable.
Da Sulfat z. B. wegen Betonkorrosion im Rahmen der Einleiter verordnung für die Einleitung von Abwässern ein problemati sches Ion darstellt, wäre aber auch denkbar, Kalkmilch als Lauge zuzusetzen. Kalkmilch würde eine sofortige Fällung des entstehenden Sulfats bewirken.Since sulfate z. B. because of concrete corrosion in the discharge ordinance for the discharge of waste water is a problem represents ion, but would also be conceivable as milk of lime Add lye. Lime milk would be an instant precipitation of the the resulting sulfate.
Um eine weitere Beschleunigung der Abbaureaktionen zu errei chen, sieht eine besondere Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung den Zusatz von Katalysatoren vor.To further accelerate the degradation reactions chen, sees a special embodiment of the method according to the invention the addition of catalysts.
Als Katalysatoren können hier Zusätze oder Festbettschüttun gen von Kohle- oder Graphitpulver bzw. -granulat in Frage kommen oder auch Zusätze oder Festbettschüttungen von Adsor berharzen. Additives or fixed bed fillings can be used as catalysts of coal or graphite powder or granules in question come or also additives or fixed bed fillings from Adsor over-resin.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden Übergangsmetalle als Katalysator verwendet.In a particularly preferred embodiment Transition metals used as a catalyst.
Besonders bevorzugt ist eine Fixierung der Katalysatoren an Aktivkohle.Fixing the catalysts is particularly preferred Activated carbon.
Eine Beschleunigung der Abbaureaktionen kann auch durch eine gleichzeitige Bestrahlung mit UV, Mikrowelle oder Ultraschall erzielt werden.The degradation reactions can also be accelerated by simultaneous irradiation with UV, microwave or ultrasound be achieved.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 22, umfassend eine Einrichtung zum Abbau von Verunreini gungen in wäßrigen Lösungen mittels Persulfat, mit einem ersten Behälterteil zur Aufnahme der wäßrigen Lösung, wel cher einen Einlauf und einen Auslauf aufweist und einen Reak tionsraum bildet, wobei eine Heizvorrichtung zum Beheizen der wäßrigen Lösung vorgesehen ist, wobei weiter Wärmeübergangs mittel vorgesehen sind, die einen Wärmeübergang zwischen der Heizvorrichtung und der wäßrigen Lösung gestatten, und wobei wenigstens ein Druckerzeugungsmittel vorgesehen ist.Another object of the invention is a device for carrying out the method according to one of claims 1 to 22, including a facility for mining Verunreini in aqueous solutions using persulfate, with a first container part for receiving the aqueous solution, wel cher has an inlet and an outlet and a Reak tion space forms, with a heating device for heating the aqueous solution is provided, with further heat transfer means are provided that heat transfer between the Allow heater and the aqueous solution, and wherein at least one pressure generating means is provided.
In der beigefügten Zeichnung stellen dar:The attached drawing shows:
Fig. 1 den Abbau verschiedener Schadstoffe in Abhängig keit von der Verweilzeit im Reaktionsraum. Fig. 1 shows the degradation of various pollutants depending on the residence time in the reaction space.
Fig. 2 eine Ausführungsform eines Reaktors zur Durch führung des Verfahrens der Erfindung. Fig. 2 shows an embodiment of a reactor for carrying out the method of the invention.
Fig. 3 und 4 je noch eine andere Ausführungsform eines Reaktors zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung. Fig. 3 and 4 each show yet another embodiment of a reactor for carrying out the method of the invention.
Fig. 5 den Farbbau eines Lewafix-Farbabwasser. Die Num mern der einzelnen Kurven entsprechen den Versuchsnummern von Beispiel 3. Fig. 5 shows the color scheme of a Lewafix color waste water. The numbers of the individual curves correspond to the test numbers of Example 3.
In Fig. 2 ist schematisch ein Reaktortyp 10 für das Conti verfahren dargestellt. Das unbehandelte Abwasser 12 wird mit einer Förderpumpe 14 in einen Wärmetauscher 16 gepumpt und wird in diesem in Richtung Reaktorinnenraum gefördert. Wäh rend dieser Verweilzeit nimmt das Abwasser 12 die Wärme von dem bereits behandelten heißen Abwasser 18 auf, welches sich gleichzeitig dadurch abkühlt. Das vorerhitzte Abwasser 12 läuft in den Reaktor 20 ein und erhitzt sich dort auf die gewünschte Temperatur. Diese Schaltung garantiert einen sehr geringen Energiebedarf für das Verfahren, so daß auch größere Abwassermengen ohne größeren Energiebedarf bewältigt werden können (Beispiel 4). Durch Einbauten im Reaktor 20 ergibt sich ein besserer Wärmeübergang zur Reaktorwand und gleich zeitig wird eine unerwünschte vertikale Quervermischung ver hindert. Die Einbauten sollten so gestaltet sein, daß sie evtl. entstehendes Gas nach oben frei entweichen lassen kön nen. Da die Einbauten möglichst einen guten Wärmeübergang aufweisen sollten, können diese als gerade Rohre, Rohrschlan gen, Platten ausgeführt sein, aber auch einfache Schüttungen mit keramischen Raschigringen bringen einen positiven Effekt. Um einen Überdruck im Reaktor aufzubauen ist vor dem Abwas serauslauf ein Überströmventil eingebaut, das je nach ge wünschtem Reaktordruck auf einen bestimmten Ablaßdruck einge stellt werden kann. Durch die Bildung von Gasen CO₂/N₂/O₂ wür de der Reaktor allmählich leergedrückt werden und die Ver weilzeit würde sich verkürzen. Für diesen Fall ist im oberen Teil des Reaktorkopfes ein Grenzstanddetektor montiert. De tektiert dieser eine Gasphase, schaltet das dem Gasüberström ventil nachgeschaltete Absperrventil auf und das dem Abwas serauslaufüberströmventil nachgeschaltete Absperrventil gleichzeitig zu. Über das 2. Überströmventil in der Gaslei tung entweicht nun so lange Gas bis der Grenzstanddetektor wieder eine Flüssigphase erfaßt. In diesem Zustand schließt das Gasabsperrventil und öffnet das Abwasserauslaufabsperr ventil. Da bei dem Entweichen des Gases ein Druckabfall im Reaktor gegeben sein kann und somit gleichzeitig eine Gasex pansion erfolgt, ist die Öffnung des Gasabsperrventils zu sätzlich auf einen voreingestellten Mindestreaktordruck be grenzt. Durch diese Pendelschaltung ist ein einwandfreier Betrieb auch in sehr niedrigen Druckbereichen (z. B. 1-6 bar) möglich. Was sich kostengünstig auf die Bauteile für das Verfahren auswirkt. Durch einen optimierten Vorwärmetausch können die Energiekosten weiter minimiert werden, es sind Werte von < 10 KWh/m³ Abwasser bei Verwendung von Plattenwär metauschern in Beispiel 4 erzielbar.In Fig. 2, a reactor type 10 for the Conti process is shown schematically. The untreated wastewater 12 is pumped into a heat exchanger 16 using a feed pump 14 and is conveyed in the direction of the reactor interior. During this dwell time, the wastewater 12 absorbs the heat from the hot wastewater 18 that has already been treated, which cools down at the same time. The preheated waste water 12 runs into the reactor 20 and heats up there to the desired temperature. This circuit guarantees a very low energy requirement for the process, so that even larger amounts of wastewater can be managed without a greater energy requirement (example 4). By installing in the reactor 20 there is a better heat transfer to the reactor wall and at the same time an undesirable vertical cross-mixing is prevented ver. The internals should be designed in such a way that any gas that may be formed can escape freely upwards. Since the internals should have as good a heat transfer as possible, they can be designed as straight pipes, coils, plates, but also simple fillings with ceramic Raschig rings bring a positive effect. In order to build up an overpressure in the reactor, an overflow valve is installed before the waste water outlet, which can be adjusted to a specific discharge pressure depending on the desired reactor pressure. The formation of gases CO₂ / N₂ / O₂ would gradually empty the reactor and the dwell time would be reduced. In this case, a level detector is installed in the upper part of the reactor head. If this detects a gas phase, the shut-off valve downstream of the gas overflow valve and the shut-off valve downstream of the waste water overflow valve switch on simultaneously. Via the second overflow valve in the gas line, gas now escapes until the level detector detects a liquid phase again. In this state, the gas shut-off valve closes and the waste water outlet shut-off valve opens. Since there may be a pressure drop in the reactor when the gas escapes and thus gas expansion occurs at the same time, the opening of the gas shut-off valve is additionally limited to a preset minimum reactor pressure. This oscillating circuit enables trouble-free operation even in very low pressure ranges (e.g. 1-6 bar). Which has a cost-effective effect on the components for the process. Through an optimized preheating exchange, the energy costs can be further minimized. Values of <10 KWh / m³ wastewater can be achieved when using plate heat exchangers in example 4.
Durch die in Fig. 3 gezeigte Reaktoranordnung wird ein Reaktor mit langen und dünnen Rohren verwirklicht, wobei ent stehendes Gas in die Gassammler aufsteigt und entweder in Intervallen oder über Füllstandsdetektoren über die Ventile abgelassen wird. Der Druckregler schließt die Ventile wenn der Systemdruck unter einen Grenzwert abfällt.The reactor arrangement shown in FIG. 3 realizes a reactor with long and thin tubes, gas being generated rising into the gas collector and discharged either at intervals or via level detectors via the valves. The pressure regulator closes the valves when the system pressure drops below a limit.
In dieser Figur ist nur der schematische Reaktor und nicht die gesamte Vorrichtung mit Vorwärmer etc. dargestellt. Hauptvorteil dieser Ausführungsform ist, daß auch lange Schlauch- oder Rohrware ohne hohe Druckstufen (die evtl. ent stehenden Gase müssen in ihrem Volumen stark zurückgedrängt werden, um einen gleichmäßigen Contibetrieb zu gewährleisten) als Reaktor verwendet werden können. Die Menge der Gassammler hängt vom Reaktor ab.In this figure there is only the schematic reactor and not the entire device with preheater, etc. shown. The main advantage of this embodiment is that it is long Tubular or tubular goods without high pressure levels (which may ent standing gases have to be pushed back in volume to ensure an even Conti operation) can be used as a reactor. The amount of gas collectors depends on the reactor.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung können auch sehr dünnwandige Reaktorrohre z. B. aus PFA; PTFE etc. verwendet werden. Wenn der Druck im "Druckwasser" und im Reaktorinnen rohr gleichgehalten wird. Das Reaktoraußenrohr kann in sehr günstigen Werkstoffen ausgeführt sein. Es sind nur noch der Vorwärmer und die Leitung vom Vorwärmer in den Reaktor aus korrosionsfesten (teuren) Werkstoffen auszuführen. Diese schematische Darstellung kann natürlich in Form und Heizungs art variieren. Ebenso kann man anstatt "Druckwasser" einen anderen druckbeaufschlagten Wärmeträger benutzen. In the device shown in Fig. 4, very thin-walled reactor tubes z. B. from PFA; PTFE etc. can be used. When the pressure in the "pressurized water" and in the reactor tube is kept the same. The reactor outer tube can be made of very cheap materials. Only the preheater and the line from the preheater to the reactor are made of corrosion-resistant (expensive) materials. This schematic representation can of course vary in form and type of heating. You can also use a different pressurized heat transfer medium instead of "pressurized water".
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und der Fig. 1 im einzelnen erläutert.In the following the invention is explained in detail by means of examples and FIG. 1.
In diesem Beispiel wurden die Abbauraten für TOC, AOX und Farbstoffe miteinander verglichen bei konstantem Persulfat einsatz und in Abhängigkeit von der Verweildauer im Reaktor.In this example, the degradation rates for TOC, AOX and Dyes compared with each other at constant persulfate use and depending on the residence time in the reactor.
In einem Laborrohrreaktor, der aus einem zu einer Wendel ge bogenen 6 m langen Rohr mit einem Innendurchmesser von 4 mm bestand wurden mit einer Kolbenmembranpumpe verschiedene synthetisch hergestellte Schadstofflösungen durchgefördert.In a laboratory tube reactor that turns into a spiral bent 6 m long tube with an inner diameter of 4 mm were different with a piston diaphragm pump synthetically produced pollutant solutions.
Das beheizte Innenvolumen des Reaktors betrug 75 ml. Die Rohrwendel befand sich in einem Ölbadthermostaten, der auf 135°C geheizt wurde. Nach dem Ölbad wurde der Inhalt des Rohres mit einer Wasserkühlung auf Zimmertemperatur ab gekühlt. Um einen kontinuierlichen gleichbleibenden Druck im Reaktor zu erhalten, war ein voreinstellbares Überströmventil am Rohrende installiert.The heated internal volume of the reactor was 75 ml Rohrwendel was in an oil bath thermostat that opened 135 ° C was heated. After the oil bath, the contents of the Pipe with water cooling to room temperature chilled. In order to maintain a constant pressure in the Preserving the reactor was a presettable overflow valve installed at the end of the pipe.
Der Druck des Reaktors wurde zwischen 8-9 bar gehalten.The pressure of the reactor was kept between 8-9 bar.
Lösung A:
500 mg/l Phenol (TOC 383 mg/l) in wäßriger Lösung und 23,8
g/l Natriumpersulfat mit NaOH alkalisch gestellt
Lösung B:
500 mg/l Tetrachlorphtalsäureanhydrid in wäßriger Lösung und
23,8 g/l Natriumpersulfat mit NaOH alkalisch gestellt
Lösung C:
50 mg/l Farbstoff Solanthrene Green Microperle MIX 7154 in
wäßriger Lösung und 2,4 g/l Natriumpersulfat mit NaOH alka
lisch gestelltSolution A:
500 mg / l phenol (TOC 383 mg / l) in aqueous solution and 23.8 g / l sodium persulfate made alkaline with NaOH
Solution B:
500 mg / l tetrachlorophthalic anhydride in aqueous solution and 23.8 g / l sodium persulfate made alkaline with NaOH
Solution C:
50 mg / l dye Solanthrene Green Microperle MIX 7154 in aqueous solution and 2.4 g / l sodium persulfate made alkaline with NaOH
Die Lösungen wurden angesetzt und mit drei verschiedenen Ver weilzeiten durch den Reaktor gefördert.The solutions were set up and with three different ver funded by the reactor for a while.
Lösung A:
TOC-Reduzierung auf 158 mg/l = 58,7 6 Abbau
Lösung B:
167 mg/l als anorganisches Chlorid nachgewiesen = 67,1% Ab
bau
Lösung C:
VIS-Messung der Färbung = 78% AbbauSolution A:
TOC reduction to 158 mg / l = 58.7 6 degradation
Solution B:
167 mg / l proven as inorganic chloride = 67.1% degradation
Solution C:
VIS measurement of the coloring = 78% degradation
Lösung A:
TOC-Reduzierung auf 14 mg/l = 96,3% Abbau
Lösung B:
239 mg/l als anorganisches Chlorid nachgewiesen = 96,1% Ab
bau
Lösung C:
VIS-Messung der Färbung = 97,8% AbbauSolution A:
TOC reduction to 14 mg / l = 96.3% degradation
Solution B:
239 mg / l detected as inorganic chloride = 96.1% degradation
Solution C:
VIS measurement of coloration = 97.8% degradation
Lösung A:
TOC-Reduzierung auf 5 mg/l = 98,7% Abbau
Lösung B:
245 mg/l als anorganisches Chlorid nachgewiesen = 98,5% Ab
bau
Lösung C:
VIS-Messung der Färbung = 99,5% AbbauSolution A:
TOC reduction to 5 mg / l = 98.7% degradation
Solution B:
245 mg / l proven as inorganic chloride = 98.5% degradation
Solution C:
VIS measurement of coloration = 99.5% degradation
Aus den dargestellten Werten ergibt sich, daß nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren die TOC-Werte bereits nahezu auf 0 gefallen sind, d. h. ein annähernd 100%-iger Abbau der Schad stoffe stattgefunden hat. Dasselbe gilt für den Abbau von AOX; der 98,5%-ige Abbau bei 150 sec. Verweilzeit des Tetra chlorphtalsäureanhydrids bedeutet einen AOX-Wert von weniger als 0,3 mg/l. Ebenso hat ein fast 100%-iger Abbau von Farb stoffen, hier insbesondere dem Solanthrene Green Microperle MIX 7154, stattgefunden. Dieser Farbstoff gehört zu der Kate gorie Küpenfarbstoffe, welche mit den bereits bekannten Ver fahren wie z. B. H₂O₂/UV nur sehr schwer abbaubar sind.From the values shown it follows that after the invent According to the method according to the invention, the TOC values are already almost at 0 have fallen, d. H. an almost 100% reduction in damage substances took place. The same applies to the dismantling of AOX; the 98.5% degradation at 150 sec. dwell time of the tetra Chlorophthalic anhydride means an AOX value of less than 0.3 mg / l. Also has an almost 100% degradation of color fabrics, especially the Solanthrene Green Microperle MIX 7154, took place. This dye belongs to the Kate theory vat dyes, which with the already known Ver drive like B. H₂O₂ / UV are very difficult to degrade.
Die Umsatzleistung ist in beigefügten Fig. 1 zusammenfassend dargestellt.The sales performance is summarized in the attached FIG. 1.
In diesem Beispiel wird die Abbaurate von AOX und TOC im sau ren Milieu bei konstantem Persulfateinsatz und in Abhängig keit von der Verweildauer im Reaktor aufgezeigt.In this example, the degradation rate of AOX and TOC in sau environment with constant use of persulfate and depending shown by the length of time in the reactor.
In einem Laborreaktor, bestehend aus einem senkrecht stehen den emailierten DN 25 Rohrstück mit Heizmantel und einem auf geflanschten 5 cm langen DN 15 Kopfteil, wurde über eine vor geheizte Rohrstrecke mit einer Kolbenmembranpumpe chlor phenolhaltige, mit Persulfat versetzte Lösung mit verschiede nen Durchflußraten gefördert.In a laboratory reactor consisting of one standing vertically the enameled DN 25 pipe section with heating jacket and one on flanged 5 cm long DN 15 headboard, was over a front heated pipe section with a chlorine piston diaphragm pump phenol-containing solution with persulfate mixed with various NEN flow rates promoted.
Das Rohr war im beheizten Bereich mit Raschigringen gefüllt. Zur Vorerwärmung der Lösung war zwischen Dosierpumpe und Re aktorteil ein Rohrstück in einem Ölbadthermostaten mit 110°C abgetaucht. Das Innenvolumen des Reaktors betrug 93 ml. Die Zu- und Ableitungen des Reaktors hatten einen Rohrinnendurch messer von 4 mm. Am unteren Austritt der Lösung war zur Küh lung ein Rohrstück in einem Wasserbad abgetaucht. Am Ende dieses Rohrstücks befand sich ein Überströmventil, das auf 6 bar eingestellt wurde. Zur Temperaturkontrolle war ein Ther moelement im unteren Drittel des Reaktors installiert. Um einen gleichmäßigen Reaktorfüllstand halten zu können, waren in einem am Reaktorkopf angeflanschten 5 cm langen DN 15 Rohrstück zwei konduktive Grenzstandmelder und ein Nadelven til oberhalb des oberen Sensors eingebaut. Bei Meldung einer Gasphase durch den unteren Sensor wurde vorsichtig das Nadel ventil geöffnet bis der obere Sensor gerade durch Flüssigkeit benetzt wurde und anschließend das Nadelventil wieder ge schlossen.The pipe was filled with Raschig rings in the heated area. To preheat the solution was between the metering pump and Re actuator part a piece of pipe in an oil bath thermostat with 110 ° C submerged. The internal volume of the reactor was 93 ml Inlets and outlets of the reactor had a tube inside knife of 4 mm. At the bottom of the solution was to cool a piece of pipe submerged in a water bath. At the end This piece of pipe had an overflow valve that was set to 6 bar was set. Ther was a temperature control installed in the lower third of the reactor. Around to be able to maintain a constant reactor level in a 5 cm long DN 15 flanged to the reactor head Pipe section two conductive level indicators and a needle valve til installed above the upper sensor. When reporting a Gas needle through the bottom sensor was careful of the needle valve opened until the upper sensor is just through liquid was wetted and then the needle valve ge again closed.
Versuchsbedingungen:
Temperatur im Reaktor: 130-135°C
Durchflüsse: 20-75 ml/min
Druck: 5-6 barTest conditions:
Temperature in the reactor: 130-135 ° C
Flow rates: 20-75 ml / min
Pressure: 5-6 bar
Ausgangslösung:
Eine Lösung mit 500 mg/l 2-Chlorphenol wurde mit 23,8 g/l
Natriumpersulfat versetzt.Starting solution:
A solution containing 500 mg / l 2-chlorophenol was mixed with 23.8 g / l sodium persulfate.
Diese Ergebnisse zeigen, daß, wie in Beispiel 1, trotz des sauren Milieus der auslaufenden Lösung, TOC und AOX beinahe vollständig in kurzer Zeit abgebaut werden. These results show that, as in Example 1, despite the acidic environments of the leaking solution, TOC and AOX almost can be completely dismantled in a short time.
In diesem Beispiel wird veranschaulicht, daß nicht nur syn thetische Farblösungen, sondern auch Industrieabwässer ein fach und schnell entfärbt werden können. Desweiteren wird in diesem Beispiel die positive Wirkung von Persulfat/H₂O₂-Mi schungen als aktive Komponente aufgezeigt.This example shows that not only syn aesthetic color solutions, but also industrial waste water can be decolorized quickly and easily. Furthermore, in this example, the positive effect of persulfate / H₂O₂-Mi shown as an active component.
In dem in Beispiel 2 beschriebenen Laborreaktor wurde ein Abwasser aus einer Färbereiflotte mit Persulfat zur Reaktion gebracht. Das Abwasser enthielt ungefähr 0,5-1 g/l Lewafix-Farbstoff und farbflottenübliche Komponenten, wie Natriumsul fat, Netzer, etc.In the laboratory reactor described in Example 2, a Waste water from a dye liquor with persulfate for reaction brought. The waste water contained approximately 0.5-1 g / l Lewafix dye and components typically used in liquor such as sodium sul fat, Netzer, etc.
Versuchsbedingungen:
Temperatur im Reaktor: 130-134°C
Reaktordurchfluß: 42 ml/min (132 sec Verweilzeit im Reaktor)
Reaktordruck: 4,6-5,7 bar
pH-Wert Einlauf: 10,7Test conditions:
Temperature in the reactor: 130-134 ° C
Reactor flow rate: 42 ml / min (132 sec residence time in the reactor)
Reactor pressure: 4.6-5.7 bar
pH enema: 10.7
Die Tabelle zeigt die Analysen der durch den Reaktor gefahre nen Lösungen:The table shows the analyzes of the hazards through the reactor solutions:
Um sich nicht nur auf die augenscheinlichen Farbbeurteilungen zu verlassen, werden die Farbmessungen durch die VIS-Spektren in Fig. 5 belegt.In order not only to rely on the apparent color assessments, the color measurements are confirmed by the VIS spectra in FIG. 5.
Die Nummern der einzelnen Kurven entsprechen den obigen Ver suchsnummern. Die dargestellten Absorptionsspektren wurden mit einem Spektralphotometer im sichtbaren Bereich von 350-750 nm aufgezeichnet.The numbers of the individual curves correspond to the above ver search numbers. The absorption spectra shown were with a spectrophotometer in the visible range of 350-750 nm recorded.
Deutlich ist die starke Farbabnahme bereits bei Einsatz von 3 g/l Na-Persulfat (Kurve 5) zu erkennen. Der Einsatz von 3,4 g/l H₂O₂ (Kurve 8) bringt kaum Entfärbungseffekte. Mischungen aus Na-Persulfat und H₂O₂ bringen bis zu einer gewissen H₂O₂- Konzentration positive Effekte (Kurven 6 und 7). Beim Einsatz von 24 g/l Na-Persulfat war die Lösung total entfärbt.The strong decrease in color is already evident when using 3 g / l Na persulfate (curve 5). The use of 3.4 g / l H₂O₂ (curve 8) brings hardly any discoloration effects. Mixtures from Na persulfate and H₂O₂ bring up to a certain H₂O₂- Concentration positive effects (curves 6 and 7). When using The solution was completely decolorized from 24 g / l Na persulfate.
Die Versuche zeigen, daß durch Persulfat eine rasche und wir kungsvolle Entfärbung des Farbabwassers gegeben war. Durch Einsatz von Persulfat/H₂O₂-Mischungen konnte bis zu einem Molverhältnis von etwa 1 : 1 (3 g/l Persulfat/0,4 g/l H₂O₂) eine Steigerung des TOC-Abbaus sowie des Farbabbaus erreicht werden, wobei die gemessenen Werte etwa dem Einsatz von 6 g/l Na-Persulfat entsprechen, höhere H₂O₂-Zugaben hatten keinen positiven Effekt. Der Einsatz von reinen H₂O₂-Lösungen als aktive Komponente auch in höheren Dosierungen ergab nur eine geringe TOC- und Farbreduzierung.The experiments show that persulfate is a quick and we the color wastewater was discolored. By Use of persulfate / H₂O₂ mixtures could be up to one Molar ratio of about 1: 1 (3 g / l persulfate / 0.4 g / l H₂O₂) an increase in TOC degradation and color degradation the measured values are about 6 g / l Correspond to Na persulfate, higher H₂O₂ additions had none positive effect. The use of pure H₂O₂ solutions as active component even in higher doses resulted in only one low TOC and color reduction.
Das Beispiel 4 dient einem Vergleich des Abbaus von TOC und AOX bei verschiedenen Persulfatkonzentrationen und einer Ver weildauer von 80 sec.Example 4 is used to compare the degradation of TOC and AOX at different persulfate concentrations and a ver dwell time of 80 sec.
Zwei Bündelwärmetauscher mit je 25 innenliegenden DN 15 Roh ren (Innenvolumen des Reaktors 4,4 l) wurden miteinander ver schraubt und vertikal aufgestellt. Der untere Wärmetauscher diente dabei als Vorwärmer für das zu behandelnde Abwasser (im Mantel) und gleichzeitig als Kühler für das behandelte Abwasser (Innenrohre). Der obere Wärmetauscher wurde als Re aktor verwendet, wobei Thermöl als Wärmeträger für die Man telbeheizung diente. Oberhalb des Reaktors wurde eine Rohrge fäß mit einem Volumen von ca. 12 l verschraubt. Auf halber Höhe des Rohrgefäßes war eine mit Teflon isolierte 2-Stab sonde als konduktiver Grenzstandsensor ins Gefäßinnere ge führt. Auf dem Rohrgefäß war ein voreinstellbares Sicher heitsventil und parallel dazu ein Überströmventil mit nach geschaltetem Magnetventil angebracht. Zusätzlich wurde ein Drucksensor in diesem Rohrgefäß verschraubt. Am Boden des unteren Wärmetauschers war nach einer Reduzierung ein Über stromventil mit nachgeschaltetem Magnetventil angebracht. Das Abwasser wurde mit einer Membranpumpe erst durch den Mantel des unteren Wärmetauschers und anschließend in das Rohrgefäß gepumpt. Es durchlief den Reaktor und gelangte nach den Ab kühlphase über das unten gelegene Überströmventil in atmo sphärische Bedingungen. Alle Teile waren vollständig mit Steinwolle isoliert.Two bundle heat exchangers, each with 25 internal DN 15 pipes ren (inner volume of the reactor 4.4 l) were ver screws and set up vertically. The lower heat exchanger served as a preheater for the wastewater to be treated (in the coat) and at the same time as a cooler for the treated Sewage (inner pipes). The upper heat exchanger was named Re Actuator used, with thermal oil as a heat transfer medium for the man tel heating served. A pipe was installed above the reactor screwed barrel with a volume of approx. 12 l. Halfway there The height of the tube was a 2-rod insulated with Teflon probe as a conductive point level sensor inside the vessel leads. There was a presettable safety device on the tube safety valve and, in parallel, an overflow valve with after switched solenoid valve attached. In addition, a Screwed pressure sensor in this tube vessel. At the bottom of the lower heat exchanger was an over after a reduction flow valve with downstream solenoid valve attached. The Waste water was only through the jacket with a membrane pump of the lower heat exchanger and then into the tube vessel pumped. It went through the reactor and reached the Ab cooling phase via the overflow valve located below in atmo spherical conditions. All parts were complete Rock wool isolated.
Versuchsparameter:
Reaktordruck: 5-6 bar
Fördervolumen: ca. 200 l/h
Reaktorverweilzeit: 80 sec.
Temperatur Einlauf Vorwärmer: 23°C
Temperatur Mitte Reaktor: ⌀ 140°C
Temperatur nach Abkühlphase: 54°CTest parameters:
Reactor pressure: 5-6 bar
Delivery volume: approx. 200 l / h
Reactor residence time: 80 sec.
Temperature inlet preheater: 23 ° C
Middle reactor temperature: ⌀ 140 ° C
Temperature after cooling down: 54 ° C
Abwasser aus einer physikalisch/chemischen Behandlung für
Ölspaltanlagen mit einem
TOC-Wert: 2278 mg/l
AOX-Wert: 0,9 mg/l
anorganisches Chlorid: 0,2 g/l
bei einem pH-Wert von 11,2 wurde als wäßrige Lösung einge
setzt.Wastewater from a physical / chemical treatment for oil splitting plants with one
TOC value: 2278 mg / l
AOX value: 0.9 mg / l
inorganic chloride: 0.2 g / l
at a pH of 11.2 was used as an aqueous solution.
Nach der Aufheizphase des Systems konnte es mit einem Ener gieeintrag von 37 KWh/m³ Abwasser betrieben werden.After the system had warmed up, an Ener energy input of 37 KWh / m³ of wastewater can be operated.
Die Konzentration an Persulfat wurde stufenweise erhöht und jeweils der Schadstoffabbau kontrolliert.The concentration of persulfate was gradually increased and controls the pollutant degradation.
Das Beispiel belegt die Abhängigkeit der Verringerung der TOC- bzw. AOX- Werte, sprich, des Abbaus von Schadstoffen von der Menge des eingesetzten Persulfats.The example shows the dependence of the reduction in TOC or AOX values, that is, the breakdown of pollutants from the amount of persulfate used.
Der AOX-Wert verringert sich im vorliegenden Fall linear zu der eingesetzten Menge Persulfat. AOX- und TOC-Werte sind bei 24 g/l eingesetztem Persulfat bei einer Verweildauer von nur 80 sec. bereits auf sehr niedrige Werte abgefallen.The AOX value decreases linearly in the present case the amount of persulfate used. AOX and TOC values are at 24 g / l persulphate used with a residence time of only 80 seconds already dropped to very low values.
Beispiel 5 belegt die Möglichkeit, den pH-Wert konstant im alkalischen, bis schwach alkalischen Bereich zu halten und dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit weiter zu erhöhen.Example 5 demonstrates the possibility of keeping the pH constant in the keep alkaline to weakly alkaline range and thereby further increasing the reaction rate.
Bei der Apparatur aus Beispiel 2 wurde der Reaktorteil (oberer Bündelwärmetauscher) durch ein beheizbares Rohrstück ersetzt und dieses mit Keramikraschigringen gefüllt. Am End auslauf des Abwassers wurde eine pH-Meß- und Regeleinrichtung mit integriertem PID-Regler installiert. Durch diese pH-Ein richtung wurden vier Membrandosierpumpen (Laugenförderung) über das Analog-Ausgangssignal des PID-Reglers angesteuert. Die erste Pumpe wurde nach der Hauptförderpumpe angeschlos sen, die zweite Pumpe dosierte in den Reaktorkopf (Rohrge fäß), die dritte Pumpe dosierte ca. 30 cm unterhalb der Re aktoroberkante in den Reaktor und die vierte Pumpe dosierte ca. 60 cm unterhalb der Reaktoroberkante in den Reaktor. Der Sollwert des Abwasserauslaufs wurde auf pH 7,5 gesetzt und die Dosierpumpen auf gleiches Fördervolumen gestellt. Die Pumpleistung erhöhte sich proportional dem Analogsignal.In the apparatus from Example 2, the reactor part (upper bundle heat exchanger) through a heatable pipe section replaced and this filled with ceramic sash rings. In the end A pH measuring and control device became the outlet of the waste water installed with integrated PID controller. Through this pH-in four diaphragm metering pumps (lye delivery) controlled via the analog output signal of the PID controller. The first pump was connected after the main feed pump sen, the second pump dosed into the reactor head (Rohrge barrel), the third pump metered approx. 30 cm below the right top edge of the actuator metered into the reactor and the fourth pump approx. 60 cm below the top edge of the reactor into the reactor. Of the Setpoint of the wastewater outlet was set to pH 7.5 and the metering pumps are set to the same delivery volume. The Pump power increased proportionally to the analog signal.
Versuchsparameter:
Volumen des Reaktors: 8,4 l
Reaktordruck: 6-8 bar
Volumenstrom: 260 l/h
Reaktorverweilzeit: 116 sec.
Temperatur Ende Reaktor: 136°C
Temperatur nach Abkühlphase: 41°C
Konzentration der zu dosierenden
Natronlauge-Konzentration: 5 Mol/lTest parameters:
Volume of the reactor: 8.4 l
Reactor pressure: 6-8 bar
Volume flow: 260 l / h
Reactor residence time: 116 sec.
End of reactor temperature: 136 ° C
Temperature after cooling down: 41 ° C
Concentration of the dosed
Sodium hydroxide solution concentration: 5 mol / l
Die eingesetzte wäßrige Lösung war Abwasser, nämlich Depo
niesickerwasser mit
TOC-Wert: 301 mg/l
AOX-Wert: 4,7 mg/l
Nickel (komplexgebunden): 3,4 mg/l
anorganisches Chlorid: 8,7 g/l
bei einem pH-Wert von 9,3.The aqueous solution used was wastewater, namely depo niesickerwasser with
TOC value: 301 mg / l
AOX value: 4.7 mg / l
Nickel (complex bound): 3.4 mg / l
inorganic chloride: 8.7 g / l
at a pH of 9.3.
Die Persulfat-Konzentration wurde stufenweise erhöht und der Schadstoffabbau jeweils kontrolliert.The persulfate concentration was gradually increased and the Controlled pollutant degradation.
Durch die stufenweise Neutralisation der sich aus dem Persul fat bildenden Schwefelsäure mit den vier Laugenzudosierungen wird eine Arbeitsweise im schwach alkalischen Bereich reali siert. Dadurch wird nochmals eine Erhöhung der Reaktionsge schwindigkeit erreicht, ohne daß eine AOX-Neubildung statt findet.Due to the gradual neutralization resulting from the Persul fat-forming sulfuric acid with the four lye additions becomes a way of working in the weakly alkaline range reali siert. This will increase the reaction rate again speed reached without AOX regeneration taking place finds.
Durch das vorliegende Verfahren ist es also möglich, Schad stoffe in Abwässern, Prozeßflüssigkeiten und Trinkwasser durch Persulfat abzubauen, wobei die Verweilzeiten der jewei ligen wäßrigen Lösung im Reaktionssystem sehr gering sind und die Reaktion in jedem gewünschten pH-Bereich durchgeführt werden kann. Durch die kurzen Verweilzeiten kann Zeit gespart werden und die verwendeten Behälter und Apparaturen können kleiner als gewöhnlich ausgeführt werden, was wiederum zu einer erheblichen Einsparung beim Material führt, da dieses aufgrund des aggressiven Reaktionsmilieu sehr widerstandsfä hig - also teuer - sein muß. Mit dem erfindungsgemäßen Ver fahren werden nicht nur die TOC-Werte reduziert, sondern es werden sämtliche Schadstoffe, auch die stark toxischen, kom plett abgebaut.With the present method it is therefore possible to harm substances in waste water, process fluids and drinking water degraded by persulfate, the residence times of each aqueous solution in the reaction system are very low and the reaction is carried out in any desired pH range can be. The short dwell times can save time and the containers and equipment used can run smaller than usual, which in turn leads to leads to a considerable saving in material, since this very resistant due to the aggressive reaction environment high - must be expensive. With the Ver driving will not only reduce the TOC values, but it all pollutants, including the highly toxic, com completely dismantled.
Claims (54)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19653426A DE19653426A1 (en) | 1996-09-30 | 1996-12-20 | Process for the degradation of pollutants |
| EP97116376A EP0832852A3 (en) | 1996-09-30 | 1997-09-19 | Process for degrading noxious substances |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19640226 | 1996-09-30 | ||
| DE19653426A DE19653426A1 (en) | 1996-09-30 | 1996-12-20 | Process for the degradation of pollutants |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19653426A1 true DE19653426A1 (en) | 1998-04-09 |
Family
ID=7807390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19653426A Ceased DE19653426A1 (en) | 1996-09-30 | 1996-12-20 | Process for the degradation of pollutants |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19653426A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE19913280A1 (en) * | 1999-03-24 | 2000-09-28 | Saechsisches Textilforsch Inst | Re-use of waste water, especially from textile finishing, involves decolorization coupled with dyeing process and uses process heat for activation of e.g. persulfate |
| DE102004040353A1 (en) * | 2004-08-20 | 2006-02-23 | Eilenburger Elektrolyse- Und Umwelttechnik Gmbh | Decolorizing process solutions and waste waters from textile and dye industries, by electrolysis in cell with diamond-coated anodes in presence of sulfate, forming peroxodisulfate causing further decolorization |
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1996
- 1996-12-20 DE DE19653426A patent/DE19653426A1/en not_active Ceased
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