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Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln
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von Abwässern.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Abwässern,
die Emulsionen, Öle, Waschsubstanzen und weitere Stoffe enthalten, durch Ultrafiltration,
wobei das erhaltene Permeat abgeführt und das Konzentrat nach ausreichender Eindickung
entnommen wird, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
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Die Reinigung von Abwässern durch Ultrafiltration ist bekannt und
wird häufig eingesetzt. Dabei wird das zu reinigende Abwasser unter Druck gesetzt
und fließt mit erheblicher Geschwindigkeit parallel zu einer Membranfläche, wobei
alle Teilchen und Moleküle, die größer sind
als die Porenweite der
Membran, im Konzentrat verbleiben, wogegen das Wasser und weitere Moleküle, die
kleiner sind als die Porengröße, hindurchtreten und das Permeat bilden.
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Aber auch alle unpolaren organischen Stoffe verbleiben im Konzentrat
und dringen nicht durch die Membran. Das Permeat ist daher frei von Ölen, Fetten,
Seifen, nichtionische Waschsubstanzen und ähnlichen Stoffen.
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Viele Abwässer, insbesondere von Betrieben, die elektronische Schaltungen
und integrierte Schaltkreise herstellen, enthalten gelöste Schwermetalle in Komplexform,
wie beispielsweise Kupfer, Nickel, Eisen oder Zink in Form von NTA- oder KDTA-Verbindungen
(Nitrilstriacetat bzw.Äthylendiamintetraessigsäure). Bei der Ultrafiltration derartiger
Metallkomplexe enthaltender Abwässer gelangen Metallanteile in das Permeat. Dies
hat zur Folge, daß das Permeat nicht in die öffentliche Kanalisation abgeleitet
werden darf wegen eines zu hohen Schwermetallgehaltes. Dadurch entstehen erhebliche
Kosten für die Beseitigung des Permeates bzw. für die Entfernung der Metalle aus
dem Permeat.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei dem Permeate erhalten
werden, deren Metallgehalt so niedrig ist, daß sie unbedenklich in die Kanalisation
abgeleitet werden dürfen.
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Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch, daß bei der Behandlung von gelöste Schwermetalle in
Komplexform enthaltenden Abwässern diesen Abwässern Komplexspalter zudosiert werden,
ehe die Ultrafiltration durchgeführt wird. Durch die Zugabe von Komplexspaltern
werden die Metallionen
aus den Schwermetallkomplexen in in Wasser
schwer lösliche Verbindungen überführt. Die ausgefällten Metalle gelangen bei der
Ultrafiltration nicht ins Permeat, sondern verbleiben im Konzentrat. Da das Volumenverhältnis
von Permeat zu Konzentrat zwischen etwa 1 : 25 und 1 : 100 liegt, braucht nur noch
ein entsprechender Bruchteil unschädlich beseitigt werden, während die überwiegende
Menge, nämlich das Permeat, in die Kanalisation abgeleitet und damit kostengünstig
beseitigt werden kann.
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Als Komplexspalter können chemische Substanzen wie Dialkyldithiocarbaminat
oder andere organische Schwefelverbindungen verwendet werden. Ein besonderer Vorteil
liegt noch darin, daß auch in Kolloidform ausfallende Metalle durch die Ultrafiltration
quantitativ abgetrennt werden können.
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Bei der Ultrafiltration wird aus einem Arbeitsbecken das Abwasser
mit einer Kreislaufpumpe durch das Ultrafilter wieder zurück in das Arbeitsbecken
gefördert. Es entsteht somit ein geschlossener Kreislauf. Aus dem Ultrafilter tritt
das klare Permeat aus, das frei von Öl, Fett und unlöslichen Feststoffen ist. Das
aus dem Kreislauf kontinuierlich ablaufende Permeat wird durch Nachfüllen von Abwasser
aus einem Pufferbecken in das Arbeitsbecken automatisch ergänzt. Während des Betriebes
bleibt daher das Kreislaufvolumen konstant. Gleichzeitig steigt die Konzentration
der abzutrennenden Öle und Feststoffe im Kreislauf kontinuierlich an. Mit steigender
Konzentration fällt der Permeatdurchsatz langsam ab bis zu einem Punkt, bei dem
er so niedrig ist, daß eine weitere Aufkonzentrierung nicht mehr wirtschaftlich
ist. Dies ist in der Regel bei einem Restwassergehalt von 60 bis 40 % der Fall.
Das Konzentrat wird dann aus dem Arbeitsbehälter und dem gesamten Kreislauf möglichst
restlos in einen Sammelbehälter gefördert.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zudosierung
der Komplexspalter in Abhängigkeit des Redoxpotentials, das vorzugsweise im Permeat
gemessen wird. Es hat sich herausgestellt, daß dadurch ausreichend genau ermittelt
werden kann, wann die passende Menge an Komplexspaltern zugegeben worden ist, die
für eine Uberführung der Schwermetallkomplexe in schwer lösliche Verbindungen erforderlich
und ausreichend ist. Dadurch lassen sich Unter- ebenso wie tberdosierungen mit ihren
unerwünschten Folgen selbst dann vermeiden, wenn der Schwermetallgehalt des zu behandelnden
Abwassers schwankt.
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Sind dagegen keine oder nur geringe Schwankungen des Schwermetallkomplexgehaltes
zu erwarten, dann erfolgt gemäß einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens proportional der zulaufenden Abwassermenge. Dies hat den Vorteil der
besonderen Einfachheit und Zuverlässigkeit.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Zudosierung so
lange wie weiteres, gelöste Schwermetalle enthaltendes Abwasser zugeführt wird.
Hierbei erfolgt also stets eine auf die Abwassermenge abgestimmte Zudosierung.
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Die Erfindung betrifft aber nicht nur ein Verfahren, sondern auch
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Vorrichtung ein Arteitsbecken,
eine aus dem Arbeitsbecken Flüssigkeit ab saugende und einem Ultrafilter unter Druck
zuführende Pumpe, eine Rücklaufleitung von dem Ultrafilter zum Arbeitsbecken sowie
einen Ablauf für das Permeat umfaßt. Erfindungsgemaß ist eine derartige Vorrichtung
mit einer Dosiervorrichtung zum Zudosieren von Komplexspaltern versehen, deren Auslauf
in das Arbeitsbecken mündet Es ist also die Vorrichtung zur Ultrafiltration lediglich
durch die Dosiervorrichtung ergänzt; der Aufwand für die Anlage wird also nur geringfügig
erhöht, so daß der zusätzliche Nutzen durch die Verbesserung des Verfahrens sehr
viel größer ist als der zusätzliche Aufwand.
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Bevorzugt ist die Dosiervorrichtung in Abhängigkeit des Redoxpotentiales
des Permeats oder der zulaufenden Abwassermenge gesteuert. Dabei wird davon ausgegangen,
daß der mittlere Gehalt des zu behandelnden Abwassers an gelösten Schwermetallen
nicht stärker schwankt, als es durch die Durchmischung im Arbeitsbecken ohnedies
ausgeglichen wird.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Ansprüchen. Es zeigen in vereinfachter
und schematisierter Darstellung:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer
Vorrichtung, und Fig. 2 ein Betriebsdiagramm einer Vorrichtung gemäß Fig. 1.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung umfaßt einen Vorratbehälter 1,
dem die zu behandelnden Abwässer zugeführt werden. Von dem Vorratsbehälter 1 führt
eine Leitung 2 in ein Arbeitsbecken 3. In den Verlauf der Leitung 2 ist eine Pumpe
4 geschaltet, die die Förderung bewirkt. Die Pumpe 4 wird von einem Steuergerät
5 aus- und eingeschaltet, das seinerseits Signale von einem Niveautaster 6 erhält.
Vom Arbeitsbecken 3 führt eine Zuleitung 8 zu einem Ultrafilter 9. In den Verlauf
der Zuleitung 8 ist eine Pumpe 10 geschaltet, der noch ein Grobfilter 11 vorgeschaltet
ist. Das Filter 11 dient zur Abtrennung größerer Partikel und ähnlicher Verunreinigungen.
Vor das Filter 9 ist ein Ventil 12 geschaltet; ein weiteres Ventil 7 ist in eine
von der Pumpe 10 kommende Ableitung 13 geschaltet, die zu einem nicht dargestellten
Behälter für das abzuleitende Konzentrat führt. Vom Ultrafilter 9 führt ferner eine
Rückleitung 14 zurück ins Arbeitsbecken 3. Schließlich führt noch von einem das
Ultrafilter 9 umgebende Gehäuse eine Leitung 15 weg, durch die das im Gehäuse aufgefangene
Permeat abgeleitet wird.
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Ferner ist ein Vorratsbehälter 16 vorgesehen, der Komplexspalter enthält
und von dem eine Leitung 17 zu einer Dosier-Vorrichtung 18 führt, von der wiederum
eine Dosierleitung 19 in das Arbeitsbecken 3 geführt ist. Die Dosiervorrichtung
ist von einer Redoxpotential-Meßvorrichtung gesteuert, die in den Verlauf der Leitung
15 geschaltet ist, durch die das Permeat abfließt.
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Bei Beginn eines Zyklus wird zunächst die Pumpe 4 eingeschaltet und
das Arbeitsbecken 3 mit zu behandelndem Abwasser gefüllt, bis der Niveautaster 6
anspricht und die Pumpe 4 abschaltet. Gesteuert von der Redoxpotential-Meßvorrichtung
20 leitet die Dosiervorrichtung 18 eine entsprechende Menge an Komplexspaltern in
das Arbeitsbecken 3. (Wird proportional zur Durchflußmenge gesteuert, dann wird
das Verhältnis zwischen der Menge an Komplexspaltern und dem von einem Durchflußmesser
in der Leitung 2 ermittelten Abwasserdurchsatz experimentell bestimmt oder berechnet
aufgrund des Schwermetallgehaltes des Abwassers im Vorratsbehälter 1. Allerdings
ist dann bei deutlichen Änderungen des Schwermetallgehaltes des Abwassers im Vorratsbehälter
1, wenn beispielsweise Produktionsumstellungen erfolgt sind, eine Neueinstellung
der Dosiervorrichtung 18 erforderlich.) Sobald der Niveautaster 6 angesprochen und
über das Steuergerät 5 die Pumpe 4 eingeschaltet hat, wird andererseits die Pumpe
10 vom Steuergerät 5 eingeschaltet, die daraufhin Abwasser aus dem Arbeitsbecken
3 durch das Vorfilter 11 zieht und es durch das Ultrafilter 9 preßt. Durch die Leitung
15 fließt Permeat ab, wogegen durch die Rückleitung 14 Konzentrat in das Arbeitsbecken
3 zurückfließt. Durch das Zudosieren von Komplexspaltern wurden die im Abwasser
befindlichen Schwermetalle ausgefällt und gelangen nicht mehr durch das Ultrafilter
9 in das Permeat, sondern verbleiben im Konzentrat. Die als Permeat durch die Leitung
15 abfließende Menge wird jeweils aus dem Vorratsbehälter 1 wieder ersetzt, weil
bei Absinken des Spiegels im Arbeitsbecken 3 der Niveautaster 6 anspricht und die
Pumpe 4 eingeschaltet wird, bis wieder das gewünschte Niveau erreicht ist. Mit zunehmender
Eindickung des Konzentrats fällt der Durchfluß an Permeat in der Leitung 15
ab.
Erreicht das Konzentrat eine Konzentration mit nur noch etwa 75 % Wasseranteil,
dann wird, abhängig vom Permeatabfluß oder zeitgesteuert oder auch in Abhängigkeit
anderer Parameter, die Pumpe 4 unabhängig von dem Zustand des Niveautasters abgeschaltet.
Der Prozeß läuft nun noch weiter unter Eindickung des Konzentrats im Arbeitsbecken
3, wobei jedoch, da kein Abwasser mehr zugeführt wird, von der Dosiervorrichtung
18 nichts mehr zudosiert wird. Ist die Konzentration dann so weit angestiegen, bis
der Restwassergehalt nur noch etwa 40 % bis 60 % beträgt, dann wird das Ventil 12
geschlossen und das Ventil 7 geöffnet und dann von der Pumpe 10 das Konzentrat durch
die Ableitung 13 in einem Konzentratsammelbehälter gepumpt, der nicht dargestellt
ist. Anschließend wird, in ebenfalls nicht näher dargestellter Weise, das Ultrafilter
9 gespült, worauf ein weiterer Arbeitszyklus begonnen werden kann.
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Den typischen Verlauf der zeitlichen Änderung des Permeatdurchflusses
einerseits und der Konzentration des Konzentrats andererseits zeigt das Diagramm
gemäß Fig. 2. Die Anlage ist für eine Betriebszykluszeit von 100 Stunden ausgelegt.
Der Permeat-Durchfluß beginnt mit 100 % und fällt bereits innerhalb der ersten Stunden
rasch bis auf einen Wert von etwa 50 % ab. Anschließend fällt der Durchsatz an Permeat
nur gering ab, bis nach etwa 85 bis 90 Stunden wieder ein steilerer Abfall einsetzt
bis schließlich gegen Ende des Betriebszyklus der Permeatdurchsatz nur noch wenige
Prozent des Anfangswertes beträgt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ultrafiltration
abgebrochen, das Konzentrat abgepumpt und das Ultrafilter rückgespült.
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Die zweite Kurve zeigt die zeitliche Änderung der Konzentration mit
Öl, Emulsion und dgl. im Arbeitsbeckenbereich. Das Abwasser hat hieran zunächst
einen Anteil von wenigen Prozent, der langsam und gleichmäßig während etwa 90 Betriebsstunden
ansteigt; Zu diesem Zeitpunkt wird dann, nachdem der Durchsatz an Permeat bereits
auf etwa 15 * des Äusgangswertes abgenommen hat, der weitere Zulauf an Abwasser
abgeschaltet, und es wird nur noch das im Arbeitsbecken 3 befindliche Konzentrat
weiter eingedickt, bis schließlich am Ende des Prozesses eine Konzentration erreicht
ist, bei der der Wasseranteil auf zwischen 40 % und 60 % abgesunken ist. Es wird
darauf hingewiesen, daß die Konzentrationskurve nicht den Wassergehalt, sondern
die Konzentration, also das Komplement des Wassergehaltes bis 100 % angibt.
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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen. Insbesondere versteht es sich, daß sich die erfindungsgemäße Methode
nicht nur zur Durchführung des besprochenen Chargen-Verfahrens eignet, sondern sich
ebenso für ein kontinuierliches Verfahren eignet, bei dem dann ebenso, wie kontinuierlich
Abwasser zugeführt wird, auch kontinuierlich Komplexspalter zudosiert werden.