DE2436792B2 - Verfahren zur Reinigung von Abwässern mittels Aktivkohle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser in Adsorbent mittels im Gegenstrom geführter Aktivkohle, die nach Beladung mit Abwasserinhaltsstoffen thermisch regeneriert und anschließend wieder in den Adsorber zurückgeführt wird, wobei zwecks Entnahme von vollständig mit Verunreinigungen beladener Aktivkohle die V. andergeschwindigkeit der Aktivkohle im Adsorber an den Abzugsorganen des Adsorbers über den TOC-Wert im Abwasser geregelt wird.

Im allgemeinen wird bei diesem Verfahren die Aktivkohle von oben nach unten durch den Adsorber geführt, während das Abwasser von unten nach oben durchströmt. Dabei werden insbesondere die organischen Substanzen an der Aktivkohle adsorbiert. Ein Teil der Verunreinigungen wird von der Aktivkohle nur reversibel adsorbiert und läßt sich daher bereits durcti Erhitzen der Aktivkohle unter Sauerstoffausschluß wieder desorbieren. Demgegenüber muß der irreversibel adsorbierte Anteil durch Teilvergasung z. B. mittels Wasserdampf bei etwa 800⁰C wieder aus der Aktivkohle entfernt werden. Bei diesem Regenerationsschritt reagiert gleichzeitig ein Teil des Kohlenstoffgerüstes mit dem Wasserdampf, so daß ein Aktivkohleverlust verursacht wird, der bei den bekannten Verfahren bei etwa 5-15% liegt.

Die hohen Aktivkohleverluste pro Regeneration sind für das vorstehend geschilderte Verfahren verständlicherweise von großem Nachteil. Insbesondere ist die Reinigung industrieller Abwässer mit einer sehr hohen Konzentration an organischen Substanzen nur wenig wirtschaftlich, da hier infolge der hohen Konzentration die Beladung der Aktivkohle mit organischen Stoffen besonders schnell erfolgt, so daß häufige Regenerationen erforderlich sind, was zu einem hohen Aktivkohle-Verbrauch führt.

Es ist allgemein bekannt, für Steuer- und Regelaufgaben in der Abwassertechnik TOC-Meßgeräte anzuwenden. Hiermit kann der Gehalt an organischen Verunreinigungen (TOC - Total Organic Carbon) bestimmt werden (Vom Wasser, 40. Band 1973, Seiten 176-177).

Es ist bekannt, ein vorgegebenes Volumen beladener Aktivkohle diskontinuierlich in einer bestimmten gleichen Zeitfolge am unteren Ende eines Adsorbers abzuziehen. Hierbei werden durch Bestimmung einer Meßgröße, beispielsweise des TOC-Wertes, die bei Proben des Rohwassers, des Zulaufes und des Ablaufes erhalten wird, der Kohlebedarf und die Auslegungsdaten für den Adsorber bestimmt, um verschiedene organisch chemische Substanzen auf ein gewünschtes Maß aus dem Abwasser zu entfernen. Eine Regeisingder Wandergeschwindigkeit der Aktivkohle je nach dem Verschmutzungsgrad des Abwassers mit dem Ziel einer variablen Abwassergeschwindigkeit im Adsorber ist hier nicht beabsichtigt (Wasser, Luft und Betrieb 16, Nr. 6(1972) Seiten 169-172).

Es ist außerdem bekannt, die Aktivkohle in einem geschlossenen Kreislauf über einen Adsorber, einen Zwischenbehälter für beladene Aktivkohle, eine Regenerierung und einen Zwischenbehälter für regenerierte Aktivkohle automatisch in einem geschlossenen System zu führen. Das Erfordernis der Zwischenbehälter macht deutlich, daß beim bekannten Verfahren verschiedene Volumen Kohle durch die Adsorption und die Regenerierung bewegt werden müssen, weil der Abzug am Adsorber periodisch erfolgt und Adsorption und Regenerierung in einem unterschiedlichen Rhythmus stattfinden. Das Adsorptionsverfahren kann hierbei, z. B. als FestbeK -, Bewegtbett- oder Wirbelbettverfahren betrieben werden (Gas-Wasser-Abwasser,

54. Jahrgang, Nr. 3(1974)Seiten 78-81).

Es ist schließlich auch bekannt, bei Aktivkohle-Adsorptionsverfahren je nach dem Verschmutzungsgrad des Abwassers die Geschwindigkeit der Filtermaterialzufuhr und der Wiederaufbereitung an die gewünschte Wasserqualität anzupassen (Power, Juni 1976, Seite 17). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wasserreinigungsanlagen mit umlaufender Aktivkohle so zu betreiben, daß die Aktivkohle mit der größtmöglichen Beladung abgezogen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die TOC-Messung kontinuierlich an einer Meßstelle vor dem Adsorber und an einer weiteren Meßstelle in 30—70% der Aktivkohle-Schütthöhe vorgenommen wird und der so gemessene Differenzwert als Sollwert für die Regelung des Aktivkohleabzuges verwendet wird.

Mit einer derartigen Regelung läßt sich überraschenderweise tatsächlich erreichen, daß aus dem Adsorber stets Aktivkohle abgezogen wird, die mit der größtmögliehen Menge an Abwasserinhaltsstoffen beladen ist.

Der Gehalt an organischen Verunreinigungen läßt sich durch eine TOC-Messung bestimmen, indem kontinuierlich eine Probe des zu reinigenden Abwassers unter Zuführung von Luft verdampft wird, wobei die organischen Verunreinigungen katalytisch zu CO₂ oxydiert werden. Die Menge an erhaltenem CO2 kann mit einem beliebigen Meßinstrument, ζ. Β. einem Ultrarotanalysator, gemessen werden. Der gemessene Wert wird für die Regelung des Aktivkohleabzuges an den Abzugsorganen des Adsorbers verwendet. Wird beispielsweise bei der Differenzmessung der TOC-Werte im Eingang und z. B. in halber Höhe des Adsorbers ein steigender Wert registriert, so wird die Wandergeschwindigkeit der Aktivkohle entsprechend erhöht und umgekehrt, bei abnehmendem Differenzwert, erniedrigt. Aufgrund dieser Differenzmessung kann diejenige Wandergeschwindigkeit der Aktivkohle mit großer Genauigkeit eingestellt werden, die erforderlich ist, um

eine gerade vollständig beladene Aktivkohle am Austritt des Adsorbers zu erhalten, ohne daß der eingestellte Reinheitsgrad des aus dem Adsorber austretenden Wassers geändert wird. Mit einer derartigen Regelung der Aktivkohlewandergeschwindigkeit s wird somit erreicht, daß aus dem Adsorber stets nur solche Aktivkohle abgezogen wird, die mit der größtmöglichen Menge an Verunreinigungen beladen ist.

Die Gleichmäßigkeit der Beladung der Aktivkohle mit Verunreinigungen wird besonders gut erreicht, wenn sowohl die Aktivkohle als auch das im Gegecstrom geführte Wasser mit Ober den gesamten Adsorberquerschnitt gleichgroßer Wandergeschwindigkeit bewegt werden. Alan erreicht dies durch eine entsprechende Gestaltung des Adsorbers und der Abzugs- und Zuführorgane.

Bei industriellen Abwässern treten entsprechend den betrieblichen Bedingungen Schwankungen in Art und Konzentration der Wasserinhaltsstoffe auf, wodurch sich die Höhe der größtmöglichen Beladung und damit der zu regenerierende Volumenstrom der Aktivkohle (Menge pro Zeiteinheit) entsprechend ändern, !m Gegensatz dazu muß man jedoch bei den bekannten Verfahren den Volumenstrom der Aktivkohle, der der Regenerationsstufe zugeführt wird, konstant halten. Deshalb arbeitet man in bekannter Weise mit einem zwischen Adsorber und Regenerationsstufe geschalteten Zwischenbunker, der so groß sein muß, daß er die erheblichen Schwankungen des Volumenstromes der Aktivkohle ausgleichen kann.

Wie weiter gefunden wurde, kann die vollständig beladene Aktivkohle auch bei Schwankungen der Abwassermenge und Qualität aus dem Adsorber ohne Zwischenbunkerung in der Regenerationsstufe über die Menge an übergeführter Aktivkohle geregelt werden.

Es ist daher ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Regeneration auch bei variablem Aktivkohledurchsatz betrieben werden kann. Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen demgemäß im Fortfall der Zwischenbunkerung und im Erfordernis einer geringen Menge an Aktivkohle.

Erfindungsgemäß erfolgt die Verknüpfung von Adsorptions- und Regenerationsanlage dadurch, daß auch die Temperatur in der Regenerationsstufe über die Meßstelle für den Beladungsgrad der Aktivkohle geregelt wird. Diese Maßnahme is? möglich aufgrund der Erkenntnis, daß in der Regenerationsstufe die Regenerationstemperatur und die Aktivkohlebehandlungszeit innerhalb gewisser Grenzen kompensierbar sind. Ein verstärkter Abfall an Aktivkohle kann demnach unter Anwendung höherer Regenertionstemperaturen ausgeglichen werden und umgekehrt.

Für die Regelung der Regenerationstemperatur kann auch die Messung der Förderwassermenge für die Förderung der Aktivkohle zum Regenerator dienen, da diese Förderwassermenge gleichfalls ein Maß für die Menge an dem Regenerator zugeführter Kohle darstellt.

Da die Meßstelle des Adsorbers ständig über den zu eo erwartenden mengenmäßigen Anfall mit Verunreinigungen gesättigter Aktivkohle Auskunft gibt, läßt sich unter Berücksichtigung der zeitlichen Verzögerung die erforderliche Regenerationstemperatur ohne weiteres über die besagte Meßstelle des Adsorbers regeln.

Um den Verlust an Aktivkohle bei der Wasserdampfregeneration möglichst niedrig zu halten und ggfs. die reversibel gebundenen Inhaltsstoffe zu gewinnen, kann man die gesättigte Aktivkohle vor Eintritt in die Regenerationsstufe durch Erhitzen auf etwa 300—500° von den reversibel adsorbierten Stoffen befreien. Die durch diese zwischengeschaltete Regenerationsstufe eintretende Verzögerung des Aktivkohleeintritts in die Regenerationsstufe läßt sich bei der Regelung der Temperatur in der Regenerationsstufe ohne weiteres berücksichtigen.

Da mechanische Verunreinigungen des Abwassers die Aktivkohleschüttung verschmutzen, wodurch Druckverluste im Adsorber eintreten, empfiehlt es sich, der Adsorptionsstufe einen Filter vorzuschalten. Hierfür eignet sich insbesondere ein Mehrschichtenfilter mit einer unterlagerten Sandschicht der Körnung 03 bis 1,2 mm und einer überlagerten Schicht aus Kohle der Körnung 3 bis 4 mm.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei zum besseren Verständnis anhand des Fließscheraas näher erläutert

Das Abwasser wird aus einer Rohwasservorlage 1 über ein Mehrschichtfilter 2, in dem die absetzbaren Inhaltsstoi'e abgeschieden werden, zum mit Aktivkohle gefüllten Adsorptionsreaktor 3 geltet, den es, über einen feststehenden konischen Einbau 1, gleichmäßig über den Reaktorquerschnitt verteilt, von unten nach oben durchströmt Die Aktivkohle durchwandert den Reaktor von oben nach unten und wird nach Erreichung der größtmöglichen Beladung mit einer Abzugsvorrichtung 5, die durch den Differenzwert der TOC-Messung 6 an den Meßstellen a und b geregelt wird, ausgetragen. Sie wird sodann hydraulisch über die Förderleitung 7 und über ein Spaltsieb 8 in den Wirbelschichtofen übergeführt Das im Spaltsieb 8 abgetrennte Förderwasser fließt über Leitung 8a zum Ausgangspunkt der Förderleitung 7 zurück.

Im Teil 9.1 des Wirbelschichtofens wird die Aktivkohle durch Erhitzen auf etwa 400° von den reversibel adsorbierten inhaltsstoffen befreit die im Kondensator 93 abgeschieden und gewonnen werden. Im Teil 9.2 des Wirbelschichtofens, der vom Teil 9.1 über ein Wehr getrennt ist, wird die Aktivkohle durch Erhitzen auf 780° von den irreversiblen Stoffen befreit Die dabei freiwerdenden Gase entweichen nach Behälter 9.4, in welchem sie durch eine Nachverbrennung unschädlich gemacht worden sind. Auch die aus dem Kondensator 93 entweichenden Gase gelangen in die Nachverbrennung 9.4 und werden gleichfalls unschädlich gemacht. Die Temperatur im Wirbelschichtofen wird über die Brennkammer 12 geregelt, deren Versorgung mit Feuerungsgasen von der Meßstelle 6 aus geregelt wird, wie die gestrichelt gezeichnete Linie veranschaulicht.

Die regenerierte Aktivkohle wird aus dem Ofen 9 in den mit Wasser gefüllten Behälter 10 übergeführt und aus diesem hydraulisch über die Leitung 7a zur Vorlage If gefördert, aus der sie in den Reaktor 3 zurückfließt Über Kopf des Reaktors 3 fließt ein Teil des Reinwassers über Leitung 13 in den Behälter 10 zurück, während das überschüssige Reinwasser üoer Leitung 14 abgeführt wird.

Beispiel I

Reinigung von 20 mVh Kokereiabwasser mit einem mittleren TOC-Gehalt von 1000 mg/1.

Der Adsorber hat einen Durchmesser von 1,6 m, die Höhe der Aktivkohleschüttung beträgt 2,4 m, der Korndiirchmesser der verwendeten Aktivkohle beträgt 2 mm, so daß sich bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers von 10 m/h in der Schüttung ein

Druckverlust von 120 mm WS ergibt.

Im Adsorbereingang sowie in halber Höhe der Aktivkohle-Schuttung erfolgt die Messung der TOC-Konzentration. Die gemessene Differenz dieser TOC-Werte, die auf das 0,5fache der mittleren Eingangskonzentration, also 500 mg/1, eingestellt ist, wird zur Regelung der Aktivkohle-Wandergeschwindigkeit benutzt, die im Mittel 0,13 m/h beträgt, entsprechend einem Aktivkohle-Volumenstrom von 260 l/h. Das entspricht einer Förderwassermenge von 7800 l/h. Es wird dabei eine mittlere Beladung von 70 kgC/m³ Aktivkohle ±3% erreicht. Die TOC-Konzentration des gereinigten Wassers liegt bei 75 mg/1, was einer Reinigungsleistung von 92,5% bezogen auf den TOC-Gehalt entspricht.

Erhöht sich die TOC-Eingangskonzentration von 1000 mg/1 auf 1200 mg/1, so führt die Sollwert-Abweichung zu einer Zunahme der Aktivkohlewandergeschwindigkeit auf 0,15 m/h entsprechend einem VoIumenstrom von 295 l/h und einer Förderwassermenge von 8900 l/h. Die erzielte Beladung erhöht sich auf 75kgC/mJ±3%.

Die beladene Aktivkohle gelangt nun nach Abzug aus dem Adsorber ohne Zwischenbunkerung in die Wirbelschicht. Im Wirbelschichtreaktor ist für den Volumenstrom von 260 l/h eine Reaktionstemperatur von 820⁰C bei einer mittleren Feststoffverweilzeit von 30 min eingestellt Der bei diesen Bedingungen auftretende Aktivkohleverlust beträgt pro Regeneration zwischen 1,5 und 2,2%. Für den erhöhten Volumenstrom von 295 l/h ergibt sich eine mittlere Verweilzeit von 26 min, die eine Erhöhung der Regenerationstemperatur auf 840⁰C erfordert Der Aktivkohleverlust beträgt ebenfalls zwischen 1,5 und 2,4% pro Regeneration. In beiden Fällen wird die Ausgangsaktivität der Aktivkohle bis auf ±2% wieder erreicht.

Beispiel 2

Reinigung von 100 mVh Zellstoffabwasser mit einem mittleren TOC-Gehalt von 350 mg/I.

Der Adsorber hat einen Durchmesser von 5 m, die Höhe der Aktivkohleschüttung beträgt 10 m, der Korndurchmesser der verwendeten Aktivkohle 2 mm, so daß sich bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 m/h ein Druckverlust in der Schüttung von 500 mm WS ergibt.

Die TOC-Messung erfolgt in halber Höhe der Schüttung, der Sollwert zur Regelung der Aktivkohlegeschwindigkeit ist auf 175 mg TOC/I eingestellt. Die Wandergeschwindigkeit beträgt 0,038 m/h entsprechend einem Aktivkohle-Volumenstrom von 750 l/h und einer Förderwassermenge von 7500 l/h. Man erzielt dabei eine mittlere Beladung von 42 kgC/m³ Aktivkohle und eine Reinigungsleistung von 90% bezogen auf TOC, so daß die TOC-Konzentration des gereinigten Wassers 35 mg/1 beträgt.

Die Regenerierungstemperatur in der Wirbelschicht beträgt für eine Verweilzeit von 55 min 76O⁰C.

Erhöht sich die Eingangskonzentration des Abwassers auf z. B. 450 mg TOC/I, so ändert sich die Aktivkohlewandergeschwindigkeit auf 0,045 m/h oder 880 l/h Aktivkohle und 8800 l/h Förderwassermenge Die mittlere Verweilzeit im Reaktivierungswirbelbett vermindert sich auf 45 min, die Reaktionstemperatur steigt deshalb auf 800⁰C. Der Aktivkohleverlust pro Regeneration liegt zwischen 1.3 und 2,0%, die Ausgangsaktivität der Aktivkohle wird bis auf ±3% wieder erreicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Verfahren zur Reinigung von Abwasser in Adsorbent mittels im Gegenstrom geführter Aktivkohle, die nach Beladung im Kreislauf Ober eine thermische Regeneration in den Adsorber zurückgeführt wird, wobei zwecks Entnahme von vollständig mit Verunreinigungen beladener Aktivkohle die Wandergeschwindigkeit der Aktivkohle im Adsorber an den Abzugsorganen des Adsorbers über den TOC-Wert im Abwasser geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die TOC-Messung kontinuierlich an einer Meßstelle vor dem Adsorber und einer weiteren Meßstelle in 30—70% der Aktivkohleschütthöhe vorgenommen wird und der so gemessene Differenzwert als Sollwert für die Regelung des Aktivkohleabzuges verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vollständig beladene Aktivkohle ohne Zwischenbunkerung in die thermische Regeneration übergeführt und die Temperatur in der Regenerationsstufe über die Menge an übergeführter Aktivkohle geregelt wird.