DE2209986A1 - Verfahren zur reinigung von abwaessern der fabrikation von expandierbarem polystyrol - Google Patents

Description

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG

Unser Zeichen: O.Z. 29 028 Ka/AR 6700 Ludwigshafen, 1.3·1972

Verfahren zur Reinigung von Abwässern der Fabrikation von expandierbarem Polystyrol

Abwässer der Fabrikation von.expandierbarem Polystyrol enthalten an organischen Bestandteilen neben ungeschäumtem Polystyrol in Form von Perlen verschiedener Größe feinst dispergierte Trübstoffe (Styrölemulsionspolymerisate) und Anteile des bei der Perlpolymerisation verwendeten Schutzkolloids. Me Abwässer weisen einen beachtlichen BSB^-Wert auf. Die Trübstoffe verleihen dem Abwasser ein milchig-trübes Aussehen und sind'durch anwesende Restanteile des Suspensionsstabilisators gegenüber Koagulation oder Flockung stabilisiert.

Infolge der geringen Teilchengröße der Trübstoffe lassen sich diese nicht durch die üblichen Trennmethoden, z.B. Filtration, abtrennen. Auch eine Flockung durch übliche Flockungshilfsmittel, welche in der Abwasserreinigung eingesetzt werden, führt nicht zum Erfolg.

Es wurde auch schon versucht, eine Behandlung der Abwässer mit Eisen(lII)- bzw. Aluminiumsalzen und Alkalien oder Kalkhydrat durchzuführen. Diese Verfahren sind jedoch sehr aufwendig und in der Handhabung unsicher. Neben hohem Chemikalienverbrauch fallen relativ große Schlammengen mit geringem Feststoffgehalt an, deren Abtrennung, Entwässerung-und Beseitigung äußerst schwierig ist.

Die Durchführung eines normalen Belebungsverfahrens zum Abbau des BSB ist mit diesen stark getrübten Abwässern nicht möglich. Vielmehr hat sich gezeigt, daß trotz Antischaummittelzusatz im Belebungsbecken starke Schaumentwicklung auftritt und der gebildete Schaum durch seine verklebenden Eigenschaften den für einen biologischen Abbau der Abwasserinhaltsstoffe notwendigen belebten Schlamm austrägt. Die Folge ist eine ständige Verarmung an Mikrobenmasse im Belebungsbecken und damit eine stetige Verschlechterung des Abbaus. Die Trübstoffe werden durch den bio-'logischen Klärprozeß nur in geringem Maß entfernt. 687/71 inoinR/n7^i -2-

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung von Abwässern der Fabrikation von expandierbarem Polystyrol zu schaffen, das frei von den geschilderten Nachteilen der bisherigen Verfahren ist.

Zur lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von Abwässern der Fabrikation von expandierbarem Polystyrol vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man durch das Abwasser einen Strom feinteiliger Gasbläschen leitet und den hierbei gebildeten, die Trübstoffe angereichert enthaltenden Schaum von der wäßrigen Phase entfernt. Gegebenenfalls kann man hierbei den Abwässern zusätzlich Tenside zufügen, wodurch die Schaumfähigkeit gesteigert und damit der Kläreffekt weiter verbessert werden kann. Erforderlichenfalls kann auch das nach Abtrennung des Schaumes verbleibende Abwasser noch einer Nachreinigung, z.B. auf biologischem Wege, durch Ultrafiltration, Ozonisierung, Aktivkohle und dergleichen, unterzogen werden.

Pur die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zweck-JS&äßigerweise von Luft als gasförmigem Medium Gebrauch gemacht, die man mit Hilfe von Fritten, Düsen und dergleichen in das Abwasser in der benötigten feinteiligen Bläsohenform einbringt. In der Regel wird man vertikale Flüssigkeitssäulen verwenden, durch die man den Luftstrom von unten nach oben steigen läßt.

Gemäß der Erfindung können die bei der Produktion von expandierbarem Polystyrol anfallenden Abwässer, gegebenenfalls zusammen mit den Abwässern aus der Herstellung von Polymerdispersionen, aufgearbeitet werden. Die Abwässer können sowohl ohne Vorbehandlung als sogenannte Seren, d.h. direkt in der Form, wie sie aus dem Ansatzbehälter anfallen, oder in Verdünnung mit dem Waschwasser in das Verfahren eingesetzt werden. Es hat aich gezeigt, daß die Verdünnung mit Waschwaeser oder die weitgehende Entfernung der suspendierten Stoffe durch mechaniache Abtrennung oder beide Vorbehandlungsarten gleichzeitig im allgemeinen bessere Ergebnisse als mit unbehandelten Seren ergeben.

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Das Verfahren gemäß der Erfindung basiert auf der physikalischen Erscheinung, daß sich ein in Lösung "befindlicher grenzflächenaktiver Stoff an der Phasengrenzfläche zwischen dem Lösungsmittel und einem Gas nach Maßgabe einer von dem System abhängenden Gleichgewichtskonzentration anreichert. Durch kontinuierliche Entfernung der Phasengrenzfläche, beispielsweise in Form eines Schaumes, ist eine allmähliche Verarmung der oberflächenaktiven Substanz im zurückbleibenden Lösungsmittel bis zu einer Eestkonzentration, die zur Bildung eines stabilen Schaumes nicht mehr ausreicht, zu erreichen. Gleichzeitig ist auf diese Weise auch die Entfernung von gelösten oder suspendierten Inhaltsstoffen möglich, die sich aufgrund einer größeren Affinität zu den grenzflächenaktiven Molekülen als zu den des Lösungsmittels ebenfalls zu der Grenzfläche hin orientieren.

Zur Ausführung der Erfindung wird beispielsweise aus der Produktion von expandierbarem Polystyrol anfallendes reines Serum, das zusätzlich etwa 0,5 bis 2,5 Gew.-^ vorgeschäumte Polystyrolperlen in Suspension enthält, mittels einer Pumpe einem Belüftungsbehälter zugeführt. Die Zuführung wird zweckmäßigerweise auf diese Art vorgenommen, kann aber auch auf jede andere Art, beispielsweise durch Wirkung der Schwerkraft, erfolgen. Die Zuführung in den Belüftungsbehälter selbst wird an einer Stelle zwischen dem oberen und unteren Ende des Behälters vorgenommen, vorteilhaft jedoch an einer Stelle, die knapp unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet ist. Es bestehen aber keine Bedenken, die Zuführung des Wassers auch im Schaumbereich des Behälters vorzunehmen. Der Behälter zurBelüftung des Wassers wird vorzugsweise in Strömungsrichtung des Wassers in mehrere hintereinander geschaltete und voneinander getrennte Abschnitte unterteilt. Der Transport des Wassers von Abschnitt zu Abschnitt kann einfach durch Überlauf, oder durch Pumpen erfolgen. Die Grundform des Beluftungsfcehalters hat auf die Durchführbarkeit des Verfahrens keinen unmittelbaren Einfluß und kann rund, quadratisch oder rechteckig sein. Die Verwirklichung der Stufenanordnung läßt sich bei runden Behältern einmal durch Hintereinanderschaltung mehrerer in sich unabhängiger Einzelgefäße oder durch Aufteilung eines großen Behälters in mehrere gleich-

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oder ungleich große Kreisabschnitte oder Kreisausschnitte erreichen. Die Unterteilung kann auch in Form einer meanderförmigen Anordnung von Schotts vorgenommen werden. Entsprechende Ausführungen lassen sich mit Behältern von quadratischer oder rechteckiger Grundfläche erreichen.

Das Einbringen von Gas in das Wasser, vorzugsweise handelt es sich um Luft, kann auf verschiedenen Wegen vorgenommen werden. Im einfachsten Fall kann das Gas durch eine poröse Platte aus Sinterkeramik oder Sintermetall im Wasser verteilt werden. Gleichermaßen gut geeignet ist eine systematische Anordnung definierter Bohrungen in einem Boden oder eine entsprechende Anordnung von Strahldüsen. Letztere lassen auf wirtschaftlichere Weise die Erzeugung von Blasen kleiner Durchmesser zu.

Beim Aufsteigen der Gasblasen durch das Wasser werden die grenzflächenaktiven Stoffe selektiv an der Phasengrenzfläche adsorbiert. Die Einstellung des Adsorptionsgleichgewichts wird von der Diffusionsgeschwindigkeit der grenzflächenaktiven Moleküle bestimmt. Diese Größe bestimmt wiederum gemeinsam mit der Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen die zur Gleichgewichtseinstellung erforderliche Wasserstandshöhe. Es zeigte sich, daß Wasserstandshöhen bis etwa 1 m bei Blasendurchmessern von etwa 1 mm ausreichend sind. Kleinere Blasendurchmesser, wie sie bei der Verwendung einer Strahldüse auftreten, lassen eine Verminderung des Wasserstandes auf etwa 0,5 m zu.

Durch den Druck der von unten in die Begasungskammer eingeblasenen Gase wird der an der Oberfläche des Wassers gebildete Schaum zwangsläufig entweder unmittelbar über der Wasseroberfläche oben oder seitlich durch ein Röhr oder einen Kanal aus dem Begasungsbehälter herausgedrückt. Der Schaum kann aber auch erst nach einer gewissen Verweilzeit, die von der Größe des oberhalb des Wasserspiegels oder bei Einzelbehälter auch daneben angeordneten Schaumraumes und der Schaumfließgeschwindigkeit bestimmt wird, den Begasungsbehälter verlassen. Durch die Einhaltung einer definierten Verweilzeit kann entsprechend dem Entwässerungsverhalten des Schaumes infolge des Praktioniereffektes eine Abnahme des Wassergehaltes im Schaum, d.h. eine zusätzliche Anreicherung an Tensiden

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im Schaum erzielt werden. Dieser Effekt kann zusätzlich durch Rückführung eines Teiles des zerschlagenen Schaumes und Aufgabe auf den Kopf des Schaumraumes ermöglicht werden.

Der angereicherte Schaum kann nach Verlassen der Begasungskammer direkt verwendet oder durch ein Gebläse zerschlagen werden. Dieser Vorgang kann auch durch die üblichen Verfahren zur Schaumzerstörung mit Einwirkung von Temperatur, Druck oder mechanischer Energie erzielt werden.

Die Zerschlagung des Schaumes ist derart zu führen, daß sie nicht zur Zerstörung aller Schaumblasen führt. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Anreicherung der grenzflächenaktiven Stoffe im Restschaum erreicht. Dieser kann, wenn er nicht direkt verarbeitet wird, nach Abtrennung vom Schaumwasser zur weitgehenden Entwässerung mit entsprechender Anreicherung der feststoffe in einen Entwässerungstank geleitet werden. Dort muß eine definierte Verweilzeit, die durch das Entwässerungsverhalten sowie der erforderlichen Feststoffkonzentration im Schaum bestimmt wird, einge halten werden.

Kann auf diese Weise eine Feststoff konzentration von etwa 20 Gew. -erreicht werden und ist der Feststoff organischer Herkunft, kann der Schaum verbrannt werden, ohne daß zusätzlich Brennstoff zugeführt werden muß. Die Verbrennung kann in einer dafür geeigneten Brennkammer oder Muffel durchgeführt werden. Der Transport des Schaumes aus dem Absetzbehälter in die Brennkammer wird vorteilhaft pneumatisch erfolgen, wobei die zur Verbrennung notwendige Luft als Transportmedium dient. Die Zumischung des Schaums 2su der Luft kann durch ein Injektorsystem oder in einer geeigneten mechanischen Vorrichtung erfolgen.

Das Schaumwasser, das nach der teilweisen Zerstörung des Schaumes anfällt, läßt sich in einem Trenngefäß von dem Restschaum abtrennen und wird mittels einer Pumpe in die erste Stufe der Begasungskammer zurückgeführt. Wenn das Schaumwasser mit einer höheren Konzentration an Tensiden als das unbehandelte Wasser anfällt, kann dieses Wasser in einer eigenen Begasungskammer aufgearbeitet werden.

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Eine Ausführungsform einer Vorrichtung für die absatzweise Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.

Die Vorrichtung weist eine Begasungssäule 1 auf, die am unteren Ende mit einer Luftzufuhr 2 und am oberen Ende mit einem Überlauf 3 ausgestattet ist. Im unteren Abschnitt der Begasungssäule 1 ist eine Sinterglasfritte 4 vorgesehen. Der Überlauf 3 mündet in eine Zentrifuge 5, die ihrerseits mit einer Entnahmeleitung 6 und einer Luftabführungsleitung 7 versehen ist. Die Begasungssäule weist in der Figur nicht dargestellte Zu- und Abführungsleitungen für das zu reinigende Abwasser auf.

Figur 2 veranschaulicht eine Ausführungsform einer zur kontinuierlichen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden Vorrichtung. Die Vorrichtung weist einen Vorratsbehälter 8 für das Abwasser auf. Vorratsbehälter 8 steht über eine Pumpe 9 in Verbindung mit einem Überlaufgefäß 10, das einerseits über Leitung 11 in Verbindung mit dem Vorratsbehälter 8 und andererseits über Leitung 12 in Verbindung mit der Schaumtrennanlage ^Λ13 steht. Die Schaumtrennanlage weist fünf Einzelkammern 13a, 13b, 13c, 13d und 13e auf, die jeweils durch Schotte getrennt hintereinander angeordnet sind. Der Tra-^port des Wassers von Kammer zu Kammer erfolgt nach dem Mammutpumpenprinzip und kann in jeder Kammer individuell über die Traneportluftmenge eingestellt werden. Die Luft für die Begasung wird gemeinsam mit der Transportluft mittels eines Gebläses 14 aus der Atmosphäre angesaugt und über Rotaiaeter jeder Kammer getrennt zugeführt. Durch ein System von Einzelbohrungen am Boden jeder Kammer wird die Begasungsluft in vjele Blasen etwa gleichen Durchmessers in das Wasser verteilt. Oberhalb des Luftverteilungssystems sind senkrecht zur Durchetroraungsrichtung des Wassers Leitbleche parallel zu den Loctireihen zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Strömung des Wassers innerhalb einer Kammer engeordnet. Der in jeder Kammer an der Viasseroberfläche gebildete Schaum wird in einem seitlich hinter den Kammern angeordneten Schaumkanal gesammelt und durch ein Gebläse 15 über eine gemeinsame Leitung aus der Anlage gesaugt. In Gebläse 15 wird der Schaum zum größten Teil zerschlagen. Dae dabei entstehende Wasser/Schaumgemisch wird in einen Zyklon 16 zur Abtrennung der Luft geführt.

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Nach dem Zyklon ist ein Trenngefäß 17 angeordnet, in welchem bei gleichzeitiger Anreicherung der Peststoffe im Schaum eine !Trennung des Schaumes vom Schaumwasser stattfindet. Der angereicherte Schaum wird zur weiteren Entwässerung "bzw. Erhöhung des Feststoffanteiles in einen Absetzbehälter 18 geführt, während das abgetrennte Schaumwasser im Kreislauf in die erste Kammer 13a der Schaumtrennanlage zurückgepumpt wurde. Das gereinigte Abwasser tritt nach der 5. Kammer der Schaumtrennanlage aus und wird in einem Auffangbehälter 19 gesammelt.

Beispiel 1

Zur Ausführung wurde die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung verwendet, wobei die Begasungssäule bei einer Höhe von 60 cm einen lichten Durchmesser von 5 cm aufwies. In das untere Ende dieser Begasungssäule wurde wasserdampfgesättigte Luft (10 bis 150 l/h) eingeführt und mittels der Sinterglasfritte 4 der Porenweite D 2 feinblasig im Wasser verteilt. Zu Beginn des Versuches betrug der Wasserinhalt der Säule 1 1, der mit zunehmender Begasungsdauer in Abhängigkeit der im Wasser vorhandenen Konzentration schaumfähiger Stoffe und der Begasungsluftmenge kontinuierlich abnahm. TJm eine entsprechend hohe Feststoffkonzentration in der Schaumphase bei entsprechend geringen Schaummengen zu erzielen, wurde die Begasungsluftmenge so eingestellt, daß eben noch ein Schaumaustrag aus der Begasungssäule gegeben war.

Nach dieser Verfahrensweise gelang es, Styroporserum mit einem Gehalt an gelösten und ungelösten Stoffen von im Mittel 1,6 Gew.-^, das als milchig-trübe Flüssigkeit vorlag, fast vollständig von den organischen Verunreinigungen zu befreien. Der Abdampfrückstand des geklärten Wassers war bei etwa 0,1 Gew.-#, der fast ausschließlich auf die anorganischen Inhaltsstoffe entfielen. Das Wasser war durchsichtig klar. Die BSBc- und org. C-Werte des Wassers vor und naoh der Behandlung sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben.

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vor Begasung nacht Begasung

BSB

HOO mg 0₂/l 80 mg 0₂/l

org. geb. C 6000 mg/l 300 mg/l

Die gebildete Schaummenge lag zwischen 10 und 30 $ des eingesetzten Wassers. Der Gehalt des Schaumes an gelösten und ungelösten Stoffen betrug im Mittel 6 bis 12 Gew.-^.

Beispiel 2

Zur kontinuierlichen Ausführung wurde die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung verwendet, deren Kapazität 1 m betrug. Das Abwasser wurde zur Vermeidung von Sedlmentatationaerscheinungen im stetigen Kreislauf zwischen dem Vorratsbehälter 8 und dem Überlaufbehälter 10 umgepumpt. Die Menge betrug unge fähr 20 m /h, was etwa dem 5fachen Inhalt des Vorratsbehälters entsprach. Aus dem Überlaufbehälter 10 floß das Abwasser über

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einen Eotameter in Mengen von 0,2 bis 0,5 m /h der Schaumtrennanlage 13 zu. Diese bestand aus fünf Einzelkammern. Die Grund-

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fläche jeder Kammer betrug 0,25 m , was einer Gesamtfläche τοη

ρ
1,25 m entsprach. Der Luftverbrauch für den Transport des Wasser von Kammer zu Kammer betrug zwischen 5 und 10 m /h. Die Luft für die Begasung wurde gemeinsam mit der Transportluft mittels des Gebläses 14 aus der Atmosphäre angesaugt und über Eotameter jeder Kammer getrennt zugeführt. Die Menge pro Kammer lag durchschnittlich bei 20 m /h. Die Wasserzufuhr betrug im Mittel 0,5 m Abwasser/h. Dazu kam noch etwa die doppelte Menge an zurückgeführtem Schaumwasser, woduroh sich ein Durchsatz von etwa 1,5 m/h ergab. Hierfür waren Luftmengen für die Schaumerzeugung von 200 bis 300 m /h notwendig. Die erforderliche Luft für den anlageninternen Transport des Wassers betrug etwa 50 m /h. In der Begasungskammer wurde Sohaum erzeugt, der mengen mäßig dem frisch eingesetzten Wasser entsprach. Die Feetetoffkonzentration lag bei durchschnittlich 3 Gew.-^. Im Trenngefäß wurde das aus dem Zyklon kommende Schaum/Wassergemisch in die beiden Phasen abgetrennt. Während etwa 0,13 t/h Schaum mit einem Gehalt an gelöstem und ungelöstem Stoffanteil von rund 7 $> dem Absetzbehälter zugeführt wurden, wurden stündlich 0,87 m Schaum wasser mit ungefähr 2,5 Gew.-^ Feststoffanteil in die Anlage zurückgepumpt. Im Absetzbecken fand bei mittleren Verweilzeiten

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von 5 Stunden eine weitere Entwässerung des Schaumes mit Erhöhung des Gehaltes an gelösten und ungelösten Stoffen auf 15 Gew.-$ bei entsprechender Verkleinerung der Menge auf 0,04 t/h statt. Aus dem Entwässerungsbecken wurde 0„087 m /h Wasser mit 3 Gew.-$ Peststoff dem zurückgeführten Wasser auf dem Trenngefäß zugemischt. Die Menge des geklärten Wassers lag bei 0,45 m /h. Der Peststoff gehalt betrug 0,,1 Gew.-$. Das Aussehen des Wassers war durchsichtig klar mit einem leicht milchigen Schimmer. Bisweilen neigte das gereinigte Wasser in geringem Maße zur Flockenbildung_f welche ohne Schwierigkeiten in einer nachgeschalteten Piltrat ions stufe beseitigt werden konnte«,

Der mittels des Schaumtrennverfahrens erreichte Reinigungseffekt lag gemessen an den Werten org.geb.G, BSB₅ und Pest st of fgehalt im Mittel bei 95 ^.

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Claims (4)

- 10 - CZ. 29 028 Patentansprüche

1. Verfahren zur Reinigung von Abwässern der Fabrikation von expandierbarem Polystyrol, dadurch gekennzeichnet, daß man durch das Abwasser einen Strom feinteiliger G-asbläschen leitet und den hierbei gebildeten, die Trübstoffe angereichert enthaltenden Schaum von der wäßrigen Phase entfernt, worauf diese gegebenenfalls noch einer Nachreinigung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß man Abwasser verwendet, dem zusätzlich Tenside zur Erhöhung der Scha"üafähigkeit zugesetzt wurdet

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß man das Abwasser vor Einwirkung des Gasstromes einer Verdünnung und/oder einer Entfernung der suspendierten Peststoffe unterwirft.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß sjan dem Abwasser die Abwasser der Fabrikation von Polymerdispersionen zufügt.

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG Zeichn.

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