DE3308577A1 - Gepulste regeneration von adsorptionssaeulen - Google Patents

Gepulste regeneration von adsorptionssaeulen

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DE3308577A1 DE19833308577 DE3308577A DE3308577A1 DE 3308577 A1 DE3308577 A1 DE 3308577A1 DE 19833308577 DE19833308577 DE 19833308577 DE 3308577 A DE3308577 A DE 3308577A DE 3308577 A1 DE3308577 A1 DE 3308577A1
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Description

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STRASSB & STOFFRBGBN O O U O ϋ / /
Patentanwälte · European Patent Attorneys
η«. Jouchim SiruuBo, Münohen · Dlpl.-Phya. Dr. Hane-Herberl Stoffregen. Hanau /.wolbrüoköristrafio IB · D-BOOO München 2 (Gegenüber dem Patentamt) ■ Telefon (Οθθ) 22 2ΒΘ6 . Telex BStItOa*
Westvaco Corporation München, 11. März 1983
New York 10171, V.St.A. str-ks 14 276
Gepulste Regeneration von
Adsorptionssäulen
Die Erfindung betrifft Aktivkohle-Adsorptionssysteme zum Entfernen bestimmter Verbindungen oder Verunreinigungen aus Wasser oder anderen Flüssigkeitsströmen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur stetigen gepulsten Regeneration und Sterilisation von Aktivkohle, die im Filterbett einer Adsorptionssäule verwendet wird.
Aktivkohle ist eine aus Kohle, Holz und anderem kohlenstoffhaltigen Material hergestellte Substanz, die hohe Porosität, Permeabilität und Porenoberfläche aufweist. Aufgrund der hohen Porenoberflächen ist Aktivkohle ein hervorragendes Absorptionsmittel von gelösten organischen und einigen inorganischen Verbindungen aus Wasser. Sind derartige kohlenstoffverwandte Verbindungen als Verunreinigungen in einem Wasserstrom enthalten, können die Verunreinigungen im Fließkontakt des Wasserstromes mit einem Bett oder einer Aufschlämmung von Aktivkohle entfernt werden.
Aktivkohle-Filterbetten sind ebenfalls wirksam beim Entfernen von Bakterien durch Filtrieren von Trink- und Brauchwasserströmen. Doch sind daraufhin die Bakterien in dem Aktivkohlebett festgehalten in einem Klima, das Wachstum und Vermehrung begünstigt. Beim Wachstum der Bakterienkolonien in dem Kohlebett wird der Flüssigkeitsfluß
Ol vermindert -und das vom Bett abfließende Wasser ist verunreinigt.
Desinfizierende Substanzen wie Chlor, Chlordioxid und Chloramin, wie sie normalerweise zur Bekämpfung eines derartigen Bakterienwachstums verwendet werden, sind in einem Aktivkohlebett unwirksam, weil das Desinfektionsmittel durch Kohleabsorption neutralisiert wird.
Daher muß die Bekämpfung des Bakterienwachstums in einem Aktivköhlebett durch regelmäßiges Rückwaschen, gefolgt von Waschen mit einer Lauge und Dampfsterilisation, bewerkstelligt werden. Rückwaschen läßt sich jedoch nur in nicht begrenzten Betten anwenden, d.h. bei Kontaktmengen von Kohle, die in Behältern wesentlich größeren Volumens enthalten sind. Dichtgepackte Filterbetten, in denen das Kohlebett im wesentlichen das gesamte Behältervolumen ausfüllt, sind nicht für das Rückwaschen geeignet. In solchen Fällen kann Dampf und/oder Lauge verwendet werden.
•Unabhängig von Problemen durch Verstopfen von in Behältern eingeschlossenen Kohlebetten und Sterilisationsproblemen durch Bakterienwachstum am Ort, kann jedes Aktivkohleteilchen oder -körnchen mit einem unabhängigen 'Behälter' verglichen werden. Trotz der Affinität von Aktivkohle für bestimmte Verbindungen ist die Kapazität hierfür begrenzt. Schließlich füllt sich der Teilchen-"Behälter", er ist gesättigt oder verbraucht. Ist dieses geschehen, so hat das Teilchen keinen Wert mehr für den Adsorptiönszweck und muß entweder ersetzt oder regeneriert werden.
Die Regeneration von Aktivkohle ist ein Verfahren, bei dem die adsorbierten Verbindungen von den Kohlenstoffteil-35
Ol chen getrennt werden, d.h. der Teilchen-"Behälter" wird entleert. Bei thermischer Regenerierung wird die Kohle mit Verbrennungsprodukten auf Temperaturen von 815 bis 9820C (1500 bis 18000F) in einer kontrollierten Atmosphäre zur thermischen Zerstörung der adsorbierten Verbindungen aufgeheizt. Dampfregeneration, zusätzlich zur Sterilisation, desorbiert die adsorbierten Verunreinigungen von der Kohle unter Aufheizung des Bettes zum Siedepunkt der Verunreinigungen. Bei chemischer Regeneration wird verbrauchte Kohle mit einer hochreaktiven sauren oder alkalischen Wasserlösung in Kontakt gebracht, wodurch die adsorbierte Verbindung in Lösung mit einer abpumpbaren Flüssigkeit gebracht wird.
Wegen der extremen thermischen oder chemisch-reaktiven Bedingungen der Regeneration wird der Regenerationsprozeß normalerweise nicht in dem Adsorberbettgefäß ausgeführt. Normale Stromabsorberkontaktbehälter werden aus Schmiedeeisen hergestellt und mit einer kostengünstigen inneren Auskleidung oder Beschichtung gegen Abnutzung und chemische Beeinflussungen versehen. Soll der Behälter für eine Dampfbehandlung oder Regeneration der Kohleladung verwendet werden, so muß der gesamte Behälter aus einem thermisch und chemisch widerstandsfähigen Material wie rostfreiem Stahl hergestellt werden. Darüber hinaus, falls ein stetiger Fluß des behandelten Wassers erforderlich ist, muß die Zahl der Adsorptions-ZRegenerationsbehälter vervielfacht werden, so daß eine Flußbehandlung durch ein verwendbares Kohlebett weitergehen kann in der Zeit, in der ein verbrauchtes Kohlebett regeneriert wird.
Eine Vervielfältigung der Adsorptionsbehälter eines Reinigungssystems ist häufig aus anderen Gründen erforderlich, beispielsweise um einen Behälter aus der Anlage herauszunehmen, so beim Entfernen nicht adsorbierten FiI-
— 7 —
Ol term!tteIs aus dem Kohlebett durch Rückwaschen und während der Zeiten, in denen eine Aufheizung durch Dampfsterilisation stattfindet. Berechnet man die Kosten von mehreren Absorptionsbehältern, von denen jeder ein zum Rückwaschen geeignetes vergrößertes Volumen aufweist, wobei sämtliche Behälter aus rostfreiem Stahl gefertigt werden müssen, so laßt sich eine zur in-situ-Regeneration der: Kohle geeignete Kapazität ökonomisch schwer rechtfertigen,
ίο ; ■■■.-:■■.:■.
In der US-PS 3 436 343/Smith ist ein Adsorptionssystem mit aufwärts gerichteter Flußrichtung für die Filtration und adsorbtive Behandlung von Wasser durch Aktivkohle beschrieben, das mehrere Behälter umfaßt* In dem bekannten System sind mehrere Filter/Adsorberbehälter vorgesehen, um genügend Wasserbehandlungskapazität bereitzustellen, während einer der Filter für das Waschen und die Reaktivierung der Kohle außer Betrieb gesetzt ist. Der Reaktivatorbehälter 43 ist als einzelner Retortenbehälter für die thermische Regeneration in für die Reaktivierung . einer vollständigen Adsorberentladung ausreichenden Größe ausgeführt, die aus dem Wasserbehandlungsstrom während des Regenerationsintervalls abgezogen wird.
In der US-PS 4 105 549/Kakumoto ist ein System für die Filtration und adsorbtive Behandlung von Wasser durch Aktivkohle besehrieben, bei dem ein diehtgepacktes Filterbett flußabwärts angeordnet ist. Bei diesem System ist eine vertikale, von oben nach unten beströmte Kohlesäule vorgesehen, .bei der ein Teil der Säule von der oberen Eingangsseite abgezogen und aus dem System entfernt wird und eine entsprechende Menge frischer oder regenerierter Kohle an der unteren Ausflußseite der Säule zugegeben wird.
— R —
Ol Die Erfindung steht daher unter der Aufgabe ein Verfahren iiMcl eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen die der bekannten Technik innewohnenden Beschränkungen überwunden werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur im wesentlichen stetigen Funktionsweise eines Aktivkohle-Adsorptionssystems, das als Minimalaus-^ stattung nur einen schmiedeeisernen Adsorptionsbehälter und ein Paar wesentlich kleinerer Edelstahl-Blasbehälter zum Kohlewaschen, zur Sterilisation und Regeneration sowie zum Kohletransport im Bereich der Anlage aufweist.
In vorteilhafter Weise wird gemäß der Erfindung die Größe und der Kostenaufwand von zusätzlichen Hilfseinrichtungen vermindert, die für eine Dampfsterilisations- und Regenerationsanlage erforderlich sind, bei der ein Aktivkohlebett aufrechterhalten wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der im wesentlichen ununterbrochenen Betriebsweise des Adsorbers bei nur einem Adsorbergefäß.
Gemäß der Erfindung wird einem aufwärts beaufschlagten Kohle-Adsorptionsbett periodisch oder gepulst ein Teil der gesamten Kohlebettladung entzogen.
Nach jedem Abzug eines Teiles verbrauchter Kohle vom Boden oder der Zuflußseite des Bettes wird eine frische oder regenerierte Kohlemenge von im wesentlichen gleicher Größe oben oder an der Abflußseite des Bettes zugegeben.
Die verbrauchte Kohlemenge wird durch Flüssigkeit durch Verbindungsleitungen von dem Boden des Adsorptionsbehälters in das Innere eines ersten zweier kleiner Blasbehäl-
Ol ter aus rostfreiem Stahl (Edelstahl) geleitet. Der geladene Blasbehälter wird dann durch geeignete Ventilstellungen von dem Adsorptionsbehälter abgetrennt und ihm wird dann ein geeignetes Sterilisations- Oder Regenerationsmedium wie Dampf, Lösungsmittel, Säure oder Lauge zugeführt. Eine derartige Sterilisation und Regenerationsbehandlung nimmt normalerweise eine längere Zeit in Anspruch, während derer das Adsorptionsbett normal weiterbetrieben wird.
Die sterile und regenerierte Kohleladung, die die verbrauchte Ladung in dem Adsorptionsgefäß ersetzt, wird unter pneumatischem oder hydraulischem Druck von dem anderen der beiden Blasbehälter zugeführt.
:- ■ ■
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten AusfUhrungsbeispiels näher erläutert, aus dem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen.
Das in der Zeichnung dargestellte hydraulische Blockdiagramm zeigt erfindungsgemäß zumindest einen herkömmlichen Druckbehälter 10 aus Schmiedeeisen, der mit einer geeigneten Auskleidung versehen ist, um ein aufwärts beaufschlagtes Bett granulärer Aktivkohle aufzunehmen.
Repräsentative Zahlenangaben sind eine Menge von 17424 kg (40000 pound) Aktivkohle in dem Behälter 10 zur Adsorptionsbehandlung von 1,514 Mio Liter pro Tag (400 000 gallon pro. Tag) industriellen Schmutzwassers bei einer Kontaktzeit von 30 Minuten.
Geeignete Verbindungen am Behälter 10 nehmen Rohrleitun-,-gen. für den ungereinigten Abwasserstrom 100 nahe dem Boden des Behälters 10 und für den gereinigten Abwasserstrom 200 nahe Oberseite des Behälters auf. Weiterhin sind mit dem Behälter 10 Kohletransfer-Rohrverzweigungen
Ol 20 am Eoden und 30 an der Oberseite des Behälters vorgesehen.
Der Kohlevorratsbehälter 11 stellt eine nicht unter Druck stehende Vorratsvorrichtung für verbrauchte Kohle dar, die aus der Anlage zur endgültigen Ablage entfernt werden soll oder für ein Regenerationsverfahren vorgesehen ist, das bei der Anlage nicht zur Verfugung steht. Das Rohr 21 ' verbindet den Behälter 11 für verbrauchte Kohle mit der Kohleabzugs-Rohrverzweigung 20. Der Eduktor 61 wird von dem Wasserdrucksystem 60 in Betrieb gesetzt, um den Kohleabzug vom Vorratstank 11 zu erleichtern.
Der Kohlevorratsbehälter 12 ist eine nicht unter Druck stehende Vorratsvorrichtung für frische oder regenerierte Kohle, die dem System zugegeben werden soll, um Verbrauchsverluste auszugleichen oder abgezogene Kohle zu ersetzen. Das Rohr 32 verbindet den Frischkohlebehälter
12 mit der Frischkohle-Rohrverzweigung 30. Kohletransfer wird mittels Eduktor 62 erleichtert.
Die beiden Blasbehälter 13 und 14 sind im wesentlich gleiche Edelstahl-Druckbehälter, von denen jeder eine Kohlebettkapazität von etwa 5 bis 25 % der Adsorberöettkapazität des Adsorbers 10 und das für die Rückwaschausdehnung erforderliche Volumen aufweist. Die durch Ventile absperrbaren Leitungen 23 und 24 verbinden den jeweiligen Blasbehälter mit der Kohleabzugs-Rohrverzweigung 20 und durch Ventile absperrbare Leitungen 33 bzw. 34 verbinden die Blasbehälter mit der Kohlezuführ-Rohrverzweigung 30.
Ein Rohrsystem 40 verbindet wahlweise beide Blasbehälter
13 und 14 mit geeigneten Quellen eines Regenerationsmediums, das Dampf, Lösungsmittel, Säure oder Lauge sein kann. Im dargestellten System ist ein Fluß des Rege-
Ol nerationsmediums nach oben dargestellt, jedoch soll darauf hingewiesen werden, daß unter bestimmten Bedingungen oder Gegebenheiten des Systems, ein Fluß abwärts vorgeschrieben sein kann. Das Auslaßsystem 50 des Regenerationsmediums kann einen Dampfkondensator oder einen Behälter 15 für verbrauchtes Regeneriermittel umfassen. Eine derartige Vorrichtung ist außerordentlich hilfreich beim Zurückhalten bestimmter thermisch flüchtiger Verbindungen, die eine Gefahr für die Umwelt darstellen. Dampfregeneration desorbiert die Verbindungen von der Kohle zum Transport in den Kondensator 15. Beim Entfernen der Beheizung vom mit dem Dampf der Verbindung beladenen Strom werden die giftigen Verbindungen in Lösung oder Mischung gefangen und das entstehende Kondensat kann
.15 kontrolliert entfernt werden.
Normaler oder stetiger Betrieb des Systems gemäß der Erfindung schließt den regulierten Fluß rohen ungereinigten Abwassers 100 in den unteren Teil der nach oben gerichteten Adsorptionssäule 10 ein. Das behandelte gereinigte Abwasser 200 wird an der Oberseite der Säule ausgetragen.
Periodisch, beispielsweise täglich, wird das Absperrventil 21 der Rohrverzweigung 20 geöffnet, während das Einlaßventil offengelassen wird, um einen turbulenten abwärts gerichteten Transport verbrauchter Kohle von der Einlaßseite der Adsorptionssäule zu gestatten. Diese verbrauchte Kohle wird von der Rohrverzweigung 20 in einen leeren der beiden Blasbehälter, beispielsweise 13, geleitet. Ist der Blasbehälter 13 vollständig gefüllt, wird das Absperrventil 21 geschlossen und das Absperrventil 31 geöffnet, um eine entsprechende Menge regenerierter Kohle von dem anderen Blasbehälter 14 zu empfangen. Nach Beendi-35
Ol gung des Transfers wird das Isolierventil 31 wieder geschlossen und die Adsorptionssäule und der Fluß des behandelten Wassers kehren zur normalen Betriebsweise zurück.
Nach Beendigung des Intervalls für den Transport der verbrauchten Kohle zum Blasbehälter 13 wird der Behälter von den Rohrverzweigungen 20 und 30 abgetrennt und der Regenerationsprozeß begonnen. Abhängig von der ausgetragenen Menge, der Art der Füllung und dem Sättigungsgrad kann der Regenerationsprozeß 1 bis 10 Stunden betragen-In vielen Fällen geschieht die Regeneration durch chemische Desorption oder Lösungsmitteldesorption. In ebenso vielen Fällen ist nur Dampfregeneration erforderlich. In jedem Fall dauert das Regenerationsintervall nicht langer als festgelegtes Intervall bis zum Kohleaustrag. Ist dieses beendet, so steht die regenerierte Menge zur Wiederfüllung der Adsorbersäule beim nächsten Taktintervall zur Verfügung.

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  1. Patentanwälte · European Patent Attorneye
    Dlpl.-Iiig. Joachim SIrOBSe1 München · nipl.-Phys. Dr. Hans-Herbert Stoffregen, Hanau
    ZivelbrüokcmstrolSe IS · D-8000 München 2 (Gegenüber dem Patentamt) . Telefon (OBB) 22 2Β0Θ . Telex B22OB4
    Westvaoo Corporation München, 11. März 1983
    New York 10171, V.St.A. str-ks 14 276
    Gepulste Regeneration von
    . ' Adsorptionssäulen
    Patentansprüche
    '1. Verfahren zur Regeneration von in einer Adsorptionssäule zur Behandlung einer Flüssigkeit verwendeten adsorptiven Materials,
    g e k e η η ζ e i c h η e t durch folgende Schritte:
    a) Eintrag von zu reinigender Flüssigkeit (100) zu einem Ende einer vertikalen Säule (10) adsorbierenden Materials;
    b) Abziehen gereinigter Flüssigkeit (200) von einem anderen Ende der vertikalen Säule;
    c) periodischer Austrag von verbrauchtem adsorbierenden Material vom einen Ende der Säule (10) und Ablagerung des Materials in einem ersten Hilfsdruckbehälter (13);
    d) Wiederauffüllung der Säule (10) am anderen Ende mit einer entsprechenden Teilmenge regenerierten Adsorptionsmaterials, das von einem zweiten Hilfsdruckbehälter (14) abgezogen wurde; und
    (.)] e) Regeneration des verbrauchten Materials im ersten Behälter (13) im Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Austragungen des Materials, wobei die verbrauchte Materialmenge im ersten Behälter (13), die während eines ersten Übertragungsintervalls abgezogen wurde, zu der regenerierten Materialmenge wird, die während eines zweiten darauf folgenden Übertragungsintervalles aus dem zweiten Behälter (14) abgezogen wird.
  2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Regeneration des verbrauchten Materials ein Dampfsterilisationsverfahren ist, welches die Konden— sation des aus dem Verfahren austretenden Dampfes in einem geschlossenen Behälter (15) umfaßt.
  3. 3. Vorrichtung zum Entfernen bestimmter ausgewählter Verbindungen aus einem Flüssigkeitsstrom, gekennzeichnet durch
    a) einen vertikalen Druckkontaktbehälter (10), der mit einer Säule teilchenförmigen Adsorptionsmaterials gefüllt ist;
    b) eine absperrbare Zuflußleitung (100) am einen Ende des Kontaktbehälters (10) und eine absperrbare Abflußlei fcung (200) am anderen Ende;
    c) eine erste Rohrverzweigungsvorrichtung (20) zur Verbindung des einen Endes des Kontaktbehälters (10) mit zumindest zwei Regenerationsbehältern (13,14), die jeweils ein Fassungsvermögen von einem Bruchteil des Fassungsvermögens der Adsorptionsmaterialsäule
    (10) aufweisen;
    Ol d) eine zweite Rohrverzweigungsvorrichtung (30) zur Verbindung des zweiten Endes des Kontaktbehälters (IQ) mit jedem der beiden Regenerationsbehälter (13,14);
    d) Absperrventile in jeder der Rohrverzweigungsvorrichtungen (20,30) für jeden der beiden Behälter (13,14) zum wahlweisen Absperren der Behälter (13,14) von den Rohrverzweigungsvorrichtungen (20,30); und
    f) eine Versorgungsvorrichtung (40) für ein Regenerationsmedium für Adsorptionsmaterial, die wahlweise mit jedem der Regenerationsbehälter (13,14) verbindbar ist.
  4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3,
    d a d u r c h gekennzeichnet, daß sie eine Wärmetauschervorrichtung in einem abgeschlossenen Behälter (15) zur Kondensation eines thermisch erhitzten Dampfregenerationsmediums aufweist.
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