DE2549882A1

DE2549882A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von abwasser, das verbrennbare organische verunreinigungen enthaelt

Info

Publication number: DE2549882A1
Application number: DE19752549882
Authority: DE
Inventors: Akira Iwasa; Yoshiaki Kawase; Mitsuhiko Noda; Kikuo Nomura
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Sunray Reinetsu Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Sunray Reinetsu Co Ltd
Priority date: 1974-11-08
Filing date: 1975-11-06
Publication date: 1976-05-13
Also published as: JPS5421197B2; JPS5155155A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser, das verbrennbare organische Verunreinigungen entiitlt Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung verdünnter wässriger Lösungen, die als Nebenprodukt beim Eindicken in Sy" stemen entstehen, in denen Abwasser, das verbrennbare organische Verunreinigungen in gelöster, emulgierter oder suspendier ter Form enthält, wie ölhaltigesabwasser, eingedickt und dann als flüssiges Konzentrat verbrannt wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Beseitigung von Abwasser, das verbrennbare organische Bestandteile enth1t, durch Eindicken des Abwassers mittels Ultrafiltration und/oder Umkehrosmose und Verbrennen der eingedickten Flüssigkeit, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die aus der Ultrafiltration oder Umkehrosmose erhaltene verdünnte Lösung (Filtrat) ggebenenfalls im Kreislauf, für die Kühlung oder Wäsche des aus der Verbrennung stammenden Abgases, zur Zersetzung in dem Filtrat enthaltener organischer Bestandteile, verwendet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Figuren 1 und 2 Fließdiagramme des Verfahrens der Erfindung und Figur 3 ein Diagramm als Erklärung zu einem Aus führungsbeispiel gemäß dem Verfahren der Erfindung.
Bin Beispiel, das eine Beschreibung des Verfahrensablaufs zur Verbrennung dieser Art eingedickter Flüssigkeiten gibt, ist im folgenden anhand der Figur 1 erklärt.
Das zu verarbeitende Abwasser 10 wird mittels einer Vorrichtung 1 nach dem Ultrafiltrationsverfahren (nachfolgend als uF-Verfahren bezeichnet; vergleiche 'lEagaku to Kogyo (Chemistry and Industry)" 1973, Bd. 26, Nr. 8, S. 94 und 95) eingedickt, und die eingedickte Abfallflüssigkeit wird in einer Abwasser-Verbrennungsvorrichtung 3 verbrannt.
Die verdünnte Lösung (nachfolgend als Filtrat bezeichnet), die bei der Eindickung anfällt, kann in einigen Fällen nach Maßgabe der Eigenschaften der Lösung wiederverwendet oder verworfen werden. In den meisten Fällen muß sie jedoch weiteren Behandlungen unterworfen werden. In diesem Fall wird das Filtrat in einer Vorrichtung 2 einer Umkehrosmose (nachfolgend als RVerfabren bezeichnet; vergleiche Kagaku to Kogyo ("Chemistry and Industry")" 1973, Bd. 26, Nr. 8, S. 94 und 95) unterworfen, und die hierbei erhaltene eingedickte Plüssigkeit wird zusammen mit der zuvor in der UF-Stufe erhaltenen Flüssigkeit verbrannt oder in einigen Fällen zu dem Original-Abwassertank zurückgespeist. Es bestehen keine Probleme, wenn das Filtrat aus der RO-Stufe zur Wiederverwendung geeignet ist oder ohne weitere Behandlung verworfen, das heißt in die natürlichen Genasser geleitet werden kann. In einigen Fällen ist dies jedoch wegen des hohen biochemischen Sauerstoffbedarfs (BOD) und/oder wegen des hohen Sauerstoffbedarfs durch Kaliumpermanganat bei 100 °C (COD; vergleiche JIS K 0102) unmöglich.
Es gibt kein überzeugendes Verfahren zur Eliminierung desCOD.
Es gibt zwar Verfahren, wie die Belebtschlammbehandlung, die Koagulationsausfällung und die Filtration mittels Aktivkohle; sämtliche genannten Verfahren erfordern jedoch Wasserbehandlungsvorrichtungen in erheblichem Umfang. Darüber hinaus sind die beiden ersten Verfahren kaum zur Herabsetzung des GOD auf einen Wert unterhalb des Standards für die Einleitung in natürlichte Gewässer geeignet, während das zuletzt genannte Verfahren mit dem Nachteil behaftet ist, daß man zusätzlich einen Ofen zur Gewinnung von Aktivkohle installieren muß was sich in hb'heren Kosten niederschlägt.
Zur Eliminierung des BOD wird die Aktivschlammbehandlung oder Aktivkohlefiltration gefolgt von einer Belebtschlamm behandlung durchgeführt. Auch hier ist jedoch eine Wasserbehandlungsvorrichtung in erheblichem Umfang erforderlich und, wenn eine Aktivkohlebehandlung durchgeführt wird, muß ein Ofen zur Gewinnung von Aktivkohle installiert werden. Somit bestehen hier ähnliche Probleme wie bei der Eliminierung des COD.
Andererseits besitzen die Abgase der Verbrennungsvorrichtung 3 Temperaturen von 700 bis 1000 00, wobei es erforderlich ist, Vt diese Temperatur auf etwa 250 0 oder darunter zu erniedrigen, bevor die Abgase in den Staubscheider 6 eintreten, damit 3eeinträchtigungen des Staubscheiders vermieden werden. Zu diesem Zweck ist eine Rauch(Abgas)-Wasch- oder Xühlvorrichtung 4 vorgesehen, die die Temperatur des Abgases herabsetzt, oder man verwendet zur Wärmewiedergewinnung einen Abwärmeboiler oder Luftvorerhitzer 5.
Die Rauch-Wasch- oder Kühlvorrichtung 4 kühlt das heißt Abgas durch direkten Kontakt mit Wasser, zum Beispiel durch Einsprüheu von Wasser indas heiße Gas.
Die Erfindung bezweckt die Zersetzung und Verdampfung organischer Bestandteile (Verunreinigungen), die die Ursache für den COD oder BOD sind, durch Verwendung des RO-Filtrats, und in einigen Fällen des UF-Filtrats, als Wasser für die Rauch-Wäsche oder -kUbi'uug Wenn man Abwasser, das im allgemeinen einige Prozent verbrennbare organische Bestandteile enthält, auf die zehnfache Konzentration einengt und dann verbrennt, besitzt das bei der Verbrennung entstehyende Gas eine Temperatur von etwa 1000 °C. Wird dieses Abgas durch das vorgenannte Filtrat gekühlt, so fällt die Temperatur des Abgases auf etwa 500 bis 200 , wenn das gesamte Filtrat verdampft und verlorengeht. Hierdurch werden die meisten der COD- oder BOD-Elemente zersetzt. Wenn die COD- oder BOD-Elemente durch dieses Verfahren nicht vollständig zersetzt werden, sondern in dem Filtrat noch organische Bestandteile verbleiben, wird das Filtrat im Kreislauf als Wasser für die Rauch-Wäsche oder - kühlung verwendet. Das Filtrat, das infolge der Verwendung im Kreislauf eingedickt worden ist, kann der Verbrennung in einer Verbrennungsvorrichtung unterworfen werden, wodurch hierin enthaltene COD- oder BOD-Elemente schließlich zersetzt werden Vorstehende Ausführungen gelten mit Bezug auf Figur 1. Nach Maßgabe der Eigenschaften des Original-Abwassers, ist auch die Anwendung einer Nethode gemäß Figur 2 möglich.
Figur 2 zeigt ein Beispiel, wo die vorgenannte Behandlungsmethode auf ein Filtrat Anwendung findet, das nach der Eindickung mittels des UF-Verfahrens allein oder des RO-Verfahrens allein erhalten worden ist Wenn zum Beispiel für den Fall, daß die verunreinigenden Stoffe in dem Original-Abwasser nach dem UF-Verfahren so eingedeckt werden, daß das Filtrat nur einen gringeren Verunreinigungsgrad aufweist, und darüber hinaus das Filtrat keine Schwermetalle enthält, kann das UF-Filtrat als Kühlwasser oder Rauch-Waschwasser verwendet werden, wie bereits vorstehend dargelegt.
Andererseits gibt es bei Abwasser, das zum Beispiel von der Nahrllngsmittelherstellung herrührt, Fälle, in denen die RO-Eindickung direkt angewendet werden kann, während die Eindickung nach dem UP-Verfahren wenig erfolgreich ist. Auch in diesen Fällen kann das RO-Filtrat als Kühlwasser oder Rauch-Waschwasser verwendet werden, wie vorstehend dargelegt.
Nachfolgend ist eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung anhand der Figur 3 beschrieben.
Ausgangsmaterial ist ein beim Walzen unter Verwendung von Gleitmitteln anfallendes Abwasser. Das Öl ist in emulgierter Form anwesend, und es ist außerordentlich schwierig, dieses Abwasser nach einer herkömmlichen Methode so aufzubereiten, daß man es verwerfen, das heißt in die natürlichen Getwasser einleiten kann.
Das Original-Abwasser (Olgehalt 3,5 Prozent: COD 95 000 ppm) in einer Menge von 1690 kg/Stunde wird nach dem UF-Verfahren eingedickt. Hierbei erhält man 200 kg/Stunde eingedickte Flüssigkeit (Ölgehalt 30 Prozent) und 1490 kg/Stunde Filtrat (Ölgehalt 15 ppm, COD 14 000 ppm). Dieses Filtrat in einer Menge von 1490 kg/Stunde wird weiterhin dem RO-Verfahren unterworfen, wobei man 50 kg/Stunde eingedickte Flüssigkeit (Ölgehalt 450 ppm: COD 370 000 ppm) und 1440 kg/Stunde Filtrat (Ölgehalt nicht über 1 ppm: COD 1400 ppm) erhält. Die eingedickte Flüssigkeit nach dem UF- und RQ-Verfahren (Ölgehalt 24 Prozent) wird verbrannt, wobei 40 kg/Stunde Heizöl A zur Unterstützung der Verbrennung dienen. Die anfallenden 1440 kg/Stunde des RO-Filtrats werden auf die 1050 0C heißen Abgase gesprüht und verdampft.
Hierbei verdampft das gesamte Filtrat, wodurch die Temperatur des Abgases auf 235 0C abfällt.
Die Analyse dieses Abgases zeigt, daß keine unverbrannten orga nischen Stoffe anwesend sind.
Die Erfindung kann nicht nur auf die Behandlung von ölhaltigem Abwasser, wie vorstehend beschrieben, sondern auch auf die Behandlung von bei der Zellstoffabrikation anfallendem Wasser, Lactam-Abwasser und anderen Abwässern angewendet werden, die verbrennbare organische Bestandteile enthalten.
Die Erfindung ist insbesondere für solche Fälle geeignet, wo das ölhaltige Abwasser Abwasser von emulgiertem Öl darstellt, da man hier die Vorteile des UF-Verfahrens in vollem Umfang nutzen kann, wie nachstehend dargelegt.
1. Derzeitig gibt es kein überzeugendes Verfahren für die Behandlung von ölhaltigem Abwasser aus emulgiertem Öl. Nach Auffassung der Fachwelt besteht die einzige Möglichkeit in der Verbrennung der gesamten Menge.
2. Wenn das Öl nicht in emulgierter Form vorliegt, ist es vorteilhafter, das Öl unter Ausnutzung des unterschiedlichen spezifischen Gewichts abzutrennen.
3. Bei nicht in emulgierter Form vorliegendem Öl kann es zur Verstopfung der UF-Membran mit einem Ölfilm kommen.
Der Bereich des Öl gehalts in der zu behandelnden Flüssigkeit gemäß dem Verfahren der Erfindung beträgt etwa 1000 ppm bis etwa 50 Prozent. (Eine direkte e Aktivkohlebehandlung ist ausreichend für eine verdünnte Lösung von etwa 1000 ppm, während es vorteilhafter ist, das Abwasser so, wie es ist, zu verbrennen, wenn es 50 Prozent oder mehr verbrennbare Bestandteile enthält.) Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf den genannten Bereich beschränkt. Das Verfahren der Erfindung ist besonders geeignet für Abwasser, das einige Prozent bis 10 Prozent Öl oder etwas darüber enthält.
Im Fall von ölhaltigem Abwasser ist dieses selbst brennbar, und man benötigt keine zusätzlichen Brennstoffe, werm es bis auf eine Konzentration von etwa 40 Prozent Ölgehalt oder mehr eingedickt wird. Dies ist insbesondere vom bkonomisohen Stanipunkt aus vorteilhaft.
Bei Anwendung des Verfahrens der Erfindung sind COD-Werte von etwa 1000 ppm oder darunter und BOD-Werte von etwa 1900 pum oder darunter die bevorzugten Bereiche zur Verwendung des Filtrats als Kühlwasser oder Rauch-Waschwasser; das Verfahren der Erfindung ist jedoch nicht auf die genann,ten Bereiche beschränkt.
Die Beseitigung von ölhaltigen Abwasser, das emulgiertes Öl enthält, ist aus den nachfolgend genannten Gründen ein schwerliegendes Problem.
Wenn man große Umstände in Kauf nimmt, ist es möglich, den ölgehalt (n-Hexanextrakt) auf 5 ppm oder darunter zu senken. flo zugleich des COD ist jedoch die Aktivkohlefiltration der einzige Weg, um eine Herabsetzung bis auf einige 10 bis einige 100 ppm oder darunter zu erreichen. Neuerdings werden In zahlreichen Fällen für die Einleitung von Abwässern in natürliche Gewässar 5 ppm oder weniger n-Hexanextrakt und 20 ppm oder weniger <XH) gefordert, und es ist nahezu unmöglich, diese Werte nur durch Wasserbehandlungsmethoden zu erreichen. Die Auffassung der Fachwelt geht vielmehr dahin, daß man eine zufriedensteflende Beseitigung der COD-Elemente nur durch eine Verbrennung erreichen kann. TatsächLich gibt es eine ganze Reihe von Fällen, in denen ölhaltige Abwasser, deren Ölgehalt einige Prozent nicht übersteigt, in ihrer Gesamtheit verbrannt worden sind.
Ganz allgemein bestehen die nachfolgend angegebenen Verfahren zur Beseitigung von Abwasser, das eiirulgiertes Öl enthält A. Verfahren unter Anwendung von Wasserbehandlungsmethoden (a) Aussalzen, Koagulationsmethode Nachdem man die Emulsion durch Erhitzen unter Zugabe von Schwe oelsäure, Magnesiumsulfat oder dergleichen gebrochen hat, wird das Öl unter Ausnutzung seines spezifischen Gewichts abgetrennt.
Wahrend man der unteren Wasserschicht ein Koagulationsmittel zusetzt, wird das verbleibende Öl durch Ausfällung oder Ausschwimmen unter Druck abgetrennt.
(b) Elektrolytisches Verfahren Die Emulsion wird durch Elektrolyse zersetzt, und es wird eine Trennung durch Piotieren mittels der durch die Elektrolyse erzeugten Blasen durchgeführt, oder man wendet die gewöhnliche Koagulatlonsmethode an.
(c) Aktivkohle-Filtrationsverfahren Dieses Verfahren ist nicht auf Abwasser mit hoher Konzentration anwendbar. Demgemäß handelt es sich der Natur nach um eine Nachbehandlung, zum Beispiel eine Behandlung zur Entfernung von n-Hexanextrakt und C0D-Elementen, die in der Wasserschicht verbleiben, die der Behandlung gemäß (a) oder (b) unterworfen worden ist.
B. Ultrafiltration. Umkehrosmose Selbst wenn Ultrafiltration und Umkehrosmose durchgeführt werden, kann, wie bereits dargelegt, der COD des Filtrats in einigen Fällen nicht auf den geforderten Wert herabgesetzt werden.
Der einzige Weg zur Uberwindung der hiermit verbundenen Schwierigkeiten bestand bisher darin, daß Filtratwasser der Aktivkohlefiltration zu unterwerfen.
G, Totalverbrennungsmethode Man verbrennt das gesamte Abwasser unter Verwendung von Hilft brennstoffen.
Die vorgenannten Verfahren A bis a besitzen jedoch die nachfolgend angegebenen Nachteile.
Mit Bezug auf A: A-(a) 1. In den meisten Fällen wird Schwefelsäure verwendet, so daß das Verfahren gefährlich ist.
2. Die Schwefelsäure enthaltende Flüssigkeit wird auf 70 bis 80 o0 erhitzt. Dies ist gefährlich und energie aufwendig.
3. Die Ergebnisse der Behandlung sind schwankend.
4. In dem Behandlungswasser verbleiben einige 10 bis einige 100 ppm n-Hexanextrakt und einige 10 bis einige 100 ppm COD, so daß eine weitere Behandlung erforderlich ist.
A-(b) 1. Elektrische Energie ist teuer.
2. Die Wartung und Überwachung der Elektroden und Tanks stellt eine schwere Arbeit dar.
3. Hier gilt das unter A-(a) 4 Gesagte.
A-(c) 1. Die Kosten sind hoch.
2. Man benötigt einen Ofen zur Gewinnung von Aktivkohle.
Darüber hinaus ist es in der Praxis erforderlich, A-(a) oder A-(b) und A-(c) zu kombinieren, so daß sowohl die Installationsals auch die Betriebskosten hoch sind.
Mit-Bezug auf B: Da dieses Verfahren mit der Aktivkohlefiltrationkombiniert ist, sind die Kosten hoch.
Mit Bezw auf C: 1. Da die Verdampfung von Wasser bei hoher Temperatur erfolgt, besteht ein hoher Brennstoffverbrauch.
2. Aus diesem Grund muß der Ofen groß ausgelegt sein. Da auch die Abgasmenge groß ist, muß die Anlage als Ganzes großund somit teuer, sellz, Im Gegensatz hierzu besitzt das Verfahren der Erfindung folgen.
de Vorteile: 1. Man muß lediglich die Energiekosten für die Umralzpumpe auS-wenden; die Eindickung erfordert nur wenig Energie.
2. Da es möglich ist, die Flüssigkeit bis zu einem Grad einzudicken, bei dem sie nahezu selbstbrennbar ist, benötigt man entweder überhaupt keinen oder nur sehr wenig Hilfsbrennstoff.
3. Da überschüssiges Wasser durch Eindicken entfernt wird, kann die Verbrennungsvorrichtung sehr klein gehalten werden.
4. Die Abgasmenge ist somit ebenfalls gering.
5. Da es nicht erforderlich ist, eine Wasserbehandlung, zum Beispiel eine Aktivkohlefiltration, zur Eliminierung des COD anzuwenden, sind die Kosten für die COD-Eliminierung aus dem Filtrat nahezu null, so daß sich die Kosten für die Gesamtbehandlung erheblich herabsetzen lassen.
6. Es fällt kein Wasser an, so daß die natürlichen Gewässer nicht belastet werden (das Verfahren kann als geschlossenes System durchgeführt werden).
Patent ansprüche

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 9 erfahren zur Beseitigung von Abwasser, das verbrennbare organische Verunreinigungen enthält, durch Eindicken des Abwassers mittels Ultrafiltration und/oder Umkehrosmose und Verbrennen der eingedickten Flüssigkeit, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man die aus der Ultrafiltration oder Umkehrosmose erhaltene verdünnte Lösung (Filtrat), gegebenenfalls im Kreislauf, für die Kühlung oder Wäsche des aus der Verbrennung stammenden Abgases, zur Zersetzung in dem Filtrat enthaltener organischer Bestandteiles verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Filtrat im Kreislauf für die Kühlung oder Wäsche des aus der Verbrennung stammenden Abgases verwendet, und das infolge der Kreislaufführung eingedickte Filtrat der Verbrennung, zur Zersetzung der in dem Filtrat enthaltenen organischen Bestandteile, zuführt.
3. Vorrichtung zur Beseitigung von Abwasser, das verbrennbare organische Verunreinigungen enthält, gekennzeichnet durch einen Vorratstank für das verbrennbare organische Verunreinigungen enthaltende Abwasser, eine Ultrafiltrations- und/oder Umkehrosmos e einrichtung, eine Verbrennungseinrichtung, eine Rauch-Kühl- oder Wascheinrichtung, einen Kamin und gegebenenfalls einen Staubabscheider, wobei das verbrennbare organische Verunreinigungen enthaltende Abwasser von dem Vorratstank der Ultrafiltrationseinrichtung oder von dem Vorratstank der Umkehrosmoseeinrichtung zugefuhrt wird, oder von dem Vorratstank der Ultrafiltrationseinrichtung zugeführt wird, aus der das Filtrat der Umkehrosmoseeinrichtung zugeführt wird, die eingedickte Flüssigkeit (Konzentrat), die von der Ultrafiltrationseinrichtung und/oder der Umkehrosmo-5 e einrichtung herrührt, der Verbrennungseinrichtung zugeführt wird, das Abgas von der Verbrennungseinrichtung der Rauch-Kühl- oder Wascheinrichtung zugeführt, das gekühlte oder gewaschene Abgas dem Kamin, gegebenenfalls nach 1>assieren eines Staubabscheiders zugeführt, und das Filtrat, das heißt die aus der Ultrafiltrationseinrichtung und/oder Umkehrosmoseeinrichtung erhaltene verdünnte Lösung der Rauch-Kühl- oder Wascheinrichtung zugeführt wird.

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