DE3815271A1 - Verfahren zur reinigung von industrieabwaessern - Google Patents

Verfahren zur reinigung von industrieabwaessern

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Description

Die angestrebte Verbesserung der Qualität unserer Oberflächengewässer macht es nötig, alle belasteten Abwässer zu reinigen. Während Haus­ halts-Abwässer mit den schon vielfach existierenden (biologischen) Abwasserreinigungsanlagen (ARA; heute meist Belebtschlamm-, bzw. Klär­ anlagen) ausreichend gesäubert werden können, wird die Industrie ge­ zwungen, ihre stark mit meist chemischen Stoffen (organische Substanzen, z.B. Zwischenprodukte, Nebenprodukte, Farbstoffe etcetera) verunreinig­ ten Abwässer einer zusätzlichen Behandlung zu unterziehen, weil die Elimination des TOC, bzw.DOC (TOC=total organic carbon, DOC=dis­ solvend organic carbon) der Industrie-Abwässer nur zu einem unzurei­ chenden Maß gegeben ist und darum durch die konventionelle Abwasserbe­ handlung allein die geforderte Qualität des Wassers nicht erreicht werden kann.
Im Laufe der Arbeiten zur Verbesserung der Qualität der Oberflächenge­ wässer wurde nun gefunden, daß eine sehr wirkungsvolle Reinigung von Industrieabwässern, zusätzlich zur konventionellen Abwasserreinigungs­ anlage (ARA, mit biologischerr Reinigungsstufe) erreicht wird, wenn man das belastete Abwasser vor der ARA (mit biologischer Reinigungsstufe) mindestens zwei der folgenden Maßnahmen in beliebiger Reihenfolge un­ terzieht: Reinigung durch
  • a) Adsorption,
  • b) Membranfiltration und
  • c) Oxidation,
oder nach der ARA (mit biologischer Reinigungsstufe) mindestens einer der genannten drei Maßnahmen a) bis c) unterzieht.
Als Membranen zur Abtrennung der gelösten Substanzen kommen vorzugsweise solche in Betracht, deren Trennvermögen zwischen dem der Hyperfiltrati­ ons- (Reverse Osmosis, RO) und dem der Ultrafiltrations (UF) Membranen liegt. Diese, im Übergangsgebiet von RO und UF anzusiedelnde Membranen (Übergangs- oder auch Nanofiltrationsmembranen, NF, genannt) lassen niedrigmolekulare, wasserlösliche anorganische Substanzen, insbesondere Salze (in Abhängigkeit von ihrem Molekulargewicht, mehr oder minder) gut passieren, während organische, insbesondere stärker hydrophobe, bzw. weniger polare Substanzen (in Abhängigkeit von ihrem Molekulargewicht und ihren hydrophilen/hydrophoben Eigenschaften) mehr oder weniger voll­ ständig zurückgehalten werden. Diese Membranen arbeiten im allgemeinen unter einem Druck von 5 bis 80 Bar, vorzugsweise 10 bis 40 Bar, und im Temperaturbereich zwischen 5 und 95°C, vorzugsweise zwischen 20 und 60°C. Sie können kontinuierlich, wie auch diskontinuierlich betrieben werden. Solche Membranen haben ein Rückhaltevermögen z.B. für NaCl gegen null % und für Na2SO4 von ca. 20%.
Es wurde aber auch gefunden, daß diese Membranen nicht nur ein gutes Rückhaltevermögen für die organischen (insbesondere die hochmolekularen und hydrophoben) Abwasserverunreinigungen allgemein haben, sondern auch schlecht bis nicht adsorbierbare Stoffe (Verbindungen, die sich durch Adsorption auf Aktivkohle nur schwer bis überhaupt nicht entfernen las­ sen) selektiv sehr gut zurückhalten.
Wenn es die Qualität des zu reinigenden Abwassers (Art und Konzentration der Schadstoffe) erfordert, kann die Membranfiltration auch mehrstufig, ausgeführt werden, wobei die Selektivität der eingesetzten Membranen den Gegebenheiten des Abwassers bezüglich Qualität und Schadstoffkonzentra­ tion durch Einsatz unterschiedlicher Membrantypen und Betriebsdrücke angepasst wird. Das heißt, daß man im Fluß des Abwassers die Membra­ nen verschiedener Permeabilität so hintereinander schaltet, so daß die Abtrennung der Schadstoffe in Fraktionen erfolgt.
Durch die adsorptive Behandlung, die z.B. mit Hilfe von Adsorptions­ harzen (XAD-Typ), diversen Metalloxiden (insbesondere Al2O3), Ionenaus­ tauschern, diversen Filtererden und verschiedenen Kohlesorten, insbe­ sondere bevorzugt granulierte Aktivkohle, z.B. in einer Kolonne, die vorzugsweise als Rutschbett ausgeführt ist, durchgeführt wird, werden insbesondere die refraktären organischen Stoffe (ROC, das sind die bio­ logisch nur schwer, bzw. praktisch überhaupt nicht abbaubaren Stoffe, bestimmt durch den refraktären Kohlenstoff), aber auch andere organische Verunreinigungen weitgehend aus dem Abwasser entfernt. Dabei hat sich gezeigt, daß jene organischen Inhaltsstoffe, die durch die Membranfil­ tration nur schwer zurückgehalten werden können, von Aktivkohle beson­ ders leicht absorbiert werden.
Durch die Oxidation, die zum Beispiel mit Hilfe von Ozon, Chlor, Hypoch­ lorit, vorzugsweise aber mit Wasserstoffperoxid, insbesondere in Gegen­ wart von Fett durchgeführt wird, erreicht man einen weitgehend selek­ tiven Abbau, bzw. eine selektive (zumindest teilweise) Beseitigung re­ fraktärer organischer Stoffe, die dann in biologisch abbaubare Verbin­ dungen übergeführt werden. Weiters werden die verbliebenen refraktären Stoffe bei einer nachfolgenden Adsorption (vzw. durch Aktivkohle) mit höherer Selektivität adsorbiert, ein Teil der organischen Stoffe durch vollständige Oxidation (zu Kohlendioxid und Wasser) völlig eliminiert.
Der pH-Wert der erfindungsgemäß zu behandelnden Abwässer ist relativ unkritisch, im allgemeinen kann bei pH 1 bis 12 gearbeitet werden, be­ vorzugt ist der Bereich zwischen 2 und 10. Die Oxidation wird jedoch vorzugsweise bei pH-Werten zwischen 3 und 5 durchgeführt.
Beispiel 1
Behandlung von Prozeßabwasser aus der Farbstoffproduktion, vor der Abgabe an die Kläranlage (ARA).
Das Abwasser war in einer Schichtdicke von 2 cm fast opak, der pH-Wert war ca. 2, es enthielt pro Liter 1,8 g organische Substanzen (TOC), davon 1,75 g gelöste organische Substanzen (DOC) und 0,78 g biologisch nicht abbaubare Substanzen (ROC). Der ungelöste Antteil wurde durch konventi­ onelle Filtration entfernt.
Das Abwasser wurde zuerst einer Aktivkohle-Kolonne (4 Liter Aktivkohle pro m3 Abwasser, Verweilzeit in der Kolonne = 30 Minuten) und dann mit ca. 20 bis 30 Bar Druck einer Membrane (Rückhaltevermögen MWCO für NaCl gegen 0%, für Na2SO4 etwa 20%, zugeführt. Der Permeatfluß durch die Membrane war ca. 10 bis 40 Liter pro m2 Membranefläche und Stunde.
Es wurde ein Abwasser erhalten, bei dem die Farbe (im Vergleich zum Zu­ stand vor der Behandlung) um 92 bis 98% und dessen TOC-Gehalt um 34 bis 40% eliminiert war. Die biologische Abbaubarkeit (OECD) wurde von 66 auf 99% erhöht.
Beispiel 2
Die im Laufe eines Tages angefallenen, in einem Tank gesammelten, tief gefärbten Prozeßabwässer aus einer Farbstoffproduktion, mit einem pH von 2,5, enthaltend (nach Abtrennnung suspendierter Substanzen) pro Liter 1,47 g TOC, wovon 36% biologisch nicht abbaubar waren (ROC), wurden einer Membranfiltration (unter Bedingungen wie im 1. Beispiel beschrie­ ben) unterworfen. Das nachfolgend erhaltene Filtrat (Permeat) wurde in kontinuierlicher Arbeitsweise, unter Rühren, mit 350 g FeSO4 pro m3 und danach mit 3,5 kg H2O2 (30%) pro m3 versetzt.
Die biologische Abbaubarkeit (OECD) des so behandelten Abwassers betrug 86% (vor der Behandlung 64%) der TOC betrug 0,76 g pro Liter und die dabei erreichte Entfärbung 83%.
Beispiel 3
Behandlung von Prozeßabwasser (Wochenmischmuster) nach der ARA (nach Neutralisation, Vorklärung, biologische Behandlung und Nachklärung).
Vor dem Einlauf in die ARA enthielt das Wasser 900 mg TOC pro Liter, nach der ARA 220 mg TOC/l (Elimination von 76%) . Nach Passieren einer der ARA nachgeschalteten Membranfiltrationsstufe (unter Bedingungen wie im Beispiel 1 beschrieben) enthielt der Ablauf dieser Stufe (das Perme­ at) noch 125 mg TOC/l, was einer Elimination des TOC über alle durch­ laufenen Reinigungsstufen von über 86% entspricht. Die BSB-5 Elimination (biologischer Sauerstoffbedarf, gemessen über 5 Tage) der ARA ohne Mem­ branstufe betrug dabei 97%, mit der Membranstufe über 98%.

Claims (6)

1. Verfahren zur Reinigung von Industrieabwässern, zusätzlich zur konventionellen Abwasserreinigungsanlage (mit biologischer Reinigungsstufe, ARA), dadurch gekennzeichnet, daß man das belastete Wasser vor der ARA mindestens zwei der folgenden Maßnahmen in beliebiger Reihenfolge unterzieht:
Reinigung durch
  • a) Adsorption,
  • b) Membranfiltration und
  • c) Oxidation,
oder nach der ARA (mit biologischer Reinigungsstufe) mindestens einer der genannten drei Maßnahmen a) bis c) unterzieht.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das belastete Abwasser vor der ARA (mit biologischer Reinigungsstufe) in der ersten oder zweiten Stufe einer adsorptiven Reinigung mit Aktivkohle unterzieht.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Reinigung durch Filtration solche Membranen verwendet, die gegenüber gelösten Salzen nur ein geringes Rückhaltevermögen, gegen­ über gelösten organischen Inhaltsstoffen jedoch ein hohes Rückhalte­ vermögen aufweisen.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranfiltrations-Reinigungsverfahren mehrstufig ausgeführt wird, wobei die Selektivität der eingesetzten Membranen den Gegebenheiten des Abwassers bezüglich Qualität und Schadstoffkonzentration durch Einsatz unterschiedlicher Membrantypen und Betriebsdrücke angepaßt wird.
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