DE2410007A1

DE2410007A1 - Behandlungsverfahren fuer wasser mit aktivkohle

Info

Publication number: DE2410007A1
Application number: DE2410007A
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Shiga; Chiaki Shimodaira
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp
Priority date: 1973-03-05
Filing date: 1974-03-02
Publication date: 1974-09-26
Also published as: FR2220477A1; IT1008350B; GB1428642A; JPS49114260A; FR2220477B1; BR7401618D0

Description

T 49 298

Anmelder: Chiyoda Kako Kensetsu Kabushiki Kaisha

1580 Tsuruinicho, Tsururni,-Yokohama, Kanagawa/Japan

Behandlungsverfahren für Wasser mit Aktivkohle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung von Wasser, bei dem eine Wirbelschicht bzw. ein Wirbelbett unter Verwendung von Aktivkohle mit Durchmessern im Bereich zwischen 200 und 1500 Mikron verwendet wird.

Es sind verschiedene Verfahren zur Wasserbehandlung, bei denen Aktivkohle verwendet wird, bekannt. Beispielsweise werden ein Verfahren, bei dem sauberes Wasser unter Verwendung von sogenanntem pulverförmigem Kohlenstoff, der kleiner ist als 150 Mikron, von Gerüchen befreit wird, und ein Verfahren, bei dem Abfallv/asser unter Verwendung eines stationären Betts, welches relativ grobgemahlene, 1000 bis 4000 Mikron, Aktivkohle enthält, behandelt wird, praktisch verwendet.

Bedingt durch den großen Oberflächenbereich und die schnelle Adsorptionsgeschwindigkeit zeigt pulverförmiger Kohlenstoff, der bei den bekannten Verfahren verwendet wird, eine schnelle Wirkung. Diese Eigenschaft wird beispielsweise zur Behandlung von verschmutztem Wasser in einer Wasserreinigungsanlage verwendet. Bei diesen bekannten Verfahren treten jedoch einige Schwierigkeiten bei der Beseitigung der gebrauchten Aktivkohle auf. Kürzlich wurden Vorrichtungen entwickelt, um gebrauchten pulverförmigen Kohlenstoff zu regenerieren, der

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ORIGINAL INSPECTED

Regenerationsverlust ist jedoch sehr groß. Um eine Umweltverschmutzung zu verhindern, kann man die gebrauchte Aktivkohle verbrennen. Dies ist jedoch nicht nur sehr schwierig, sondern es tritt noch ein zusätzliches Problem auf, da Staub gebildet wird. Da es außerdem übliche Praxis ist, die Adsorption durch ein Absetzungstrennverfahren durchzuführen, besitzen die bekannten Verfahren den weiteren Nachteil, daß große Klärbecken erforderlich sind.

Andererseits wurde die Verwendung grobkörniger Kohle zur Wasserbehandlung erhöht, da man die leichtere Regenerierung ausnutzen wollte. Da jedoch die Adsorptionsgeschwindigkeit solcher grobkörnigen Kohle langsam ist, erfordert es eine lange Zeit, bis für BOD oder COD eine Gleichgewichtsadsorption erreicht ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung von Wasser, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Aktivkohle mit einem recht ausgedehnten Größenbereich zwischen 200 und 1500 Mikron verwendet wird, und dadurch ist es möglich, die Vorteile der schnellen Wirkung Von pulverförmiger Kohle und die Regenerierbarkeit der grobkörnigen Kohle zu kombinierten. Außerdem kann Aktivkohle mit dem genannten Größenbereich eine Wirbelschicht bilden, wenn sie in Berührung mit Wasser kommt, welches mit irgendeiner Geschwindigkeit, die bei der Wasserbehandlung geeignet ist, strömt. Der erfindungsgemäße Durchmesserbereich zwischen 200 und 1500 Mikron umfaßt nicht Aktivkohle, deren Durchmesserverteilung dazwischenliegt, sondern jede Art von Aktivkohle, deren Korngröße innerhalb dieses Bereichs liegt. Die Aktivkohle kann irgendeine Aktivkohle sein, und sie kann beispielsweise aus Holzkohle aus Cocosnußschalen, Kohle und Pech hergestellt sein und sie kann irgendeine beliebige Form besitzen, beispielsweise kann sie brüchig, körnig oder kugelförmig sein. Die geeignete Art und Form kann je nach dem Ziel der Behandlung ausgewählt werden. Die Schüttdichten dieser drei unterschiedlichen Arten von Aktivkohle unterscheiden sich etwas:

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Sie betragen 0,4 bis 0,55 g/ccm bei Cocosnußschalen-Holzkohle und Kohle und 0,55 bis 0,65 g/ccm für Aktivkohle aus Pech bzw. für Pech. Aktivkohle aus Pech mit einer größeren Schüttdichte ist für die Wirbelschicht etwas mehr bevorzugt.

Bei der Behandlung des Wassers erfolgt der Kontakt oder die Berührung mit V/asser durch den scheinbaren Oberflächenbereich der Aktivkohle und je geringer der Durchmesser der Aktivkohle ist, umso größer ist die Adsorptionsgeschwindigkeit. Es ist ebenfalls bekannt, daß die Menge an adsorbierten Verbindungen und der Wert der Gleichgewichtsadsorption mit dem Durchmesser der Aktivkohle nicht stark variieren. Die Verwendung von Aktivkohle mit einer schnellen Adsorptionsgeschwindigkeit ermöglicht eine Verminderung in der Größe der Adsorptionsanlagen, dabei werden die Kosten und die Fläche, die für deren Bau erforderlich sind, erniedrigt.

Es wurde gefunden, daß Aktivkohle, die einen größeren Durchmesser als 200 Mikron besitzt, regenerierbar ist. Sie kann in ungefähr den gleichen Ausbeuten wie groberkörnige Aktivkohle regeneriert werden,, wobei man jedoch das gleiche Regenerationsverfahren wie bei der letzteren verwenden kann. Aktivkohle, deren Durchmesser größer ist als 200 Mikron, wird bei 600 bis 900⁰C regeneriert, wobei man irgendeines der bekannten indirekten Erwärmungsverfahren für Wirbelschichten, ein Verfahren mit mehr Gefäßöfen und ein Rotationskilnverfahren verwenden kann und wobei die Regenerationsausbeuten ungefähr 95 bis 98% betragen. Im Gegensatz dazu sind die Regenerationsausbeuten bei sogenannter pulverförmiger Kohle, die kleiner ist als 200 Mikron, sehr niedrig und liegen zwischen 80 und 90%, da die Kohle leicht von den Regeneriergasen ' mitgerissen wird oder wesentlich durch Wasser-Gas-Reaktion oder Verbrennung verbraucht wird, bedingt durch den großen Scheinoberflächenbereich und die geringe Korngröße. Eine Untersuchung der Beziehung zwischen der Korngröße und der Adsorptionsgeschwindigkeit der Aktivkohle hat gezeigt, daß der COD eine Gleichgewichts-

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adsorption in ungefähr 20 Minuten bis 1 Stunde erreicht, wenn man mit der Aktivkohle zwischen 200 und 1500 Mikron behandelt, im Gegensatz zu 3 bis 5 Stunden oder noch länger , wenn die Aktivkohle im Bereich zwischen 1500 und 3000 Mikron liegt (vergl. Fig. 1).

Da pulverförmige, granuläre Aktivkohle verwendet wird, ist die Wasserbehandlung mit einer stationären Schicht, wodurch der Druckabfall erhöht wird, bei der vorliegenden Erfindung nicht wirtschaftlich. Es ist daher bevorzugt, die Adsorption gemäß einem Wirbelschichtverfahren durchzuführen. Es besteht ein großer Unterschied in dem Wasserwiderstand zwischen einer Wirbelschicht und einer stationären Schicht, wie im folgenden anhand von Aktivkohle zwischen 250 und 600 Mikron bei Wasserbeschickungen von 10, 15 und 20 m/h erläutert wird.

Wasserbela- Druckabfall

stung, m/h Wirbelschicht, mm H₂O Stationäre Schicht,

mm H₂O

10 56 1400

15 42 2200

20 30 3000

Aus den obigen Werten ist leicht erkennbar, daß der Druckabfall bewirkt, daß die stationäre Schicht unvorteilhaft ist, und zwar im Hinblick auf Energie für die Wasserpumpe, mit der das Rohwasser eingepumpt wird, und im Hinblick auf den Druckwiderstand der Adsorptionssäule.

Von der Aktivkohle mit einer Korngröße von 200 bis 1500 Mikron, die bei der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, kann Aktivkohle mit einer Korngröße im Bereich von 800 bis 1500 Mikron in einer stationären Schicht verwendet werden, abhängig von dem Grad der Wasserverunreinigung. Andererseits sollte Aktivkohle zwischen 200 und 800 Mikron bevorzugt in einer Wirbelschicht verwendet werden, da ihre Verwendung in einer stationären Schicht erfordert, daß die Schicht aus Aktivkohle in starkem Ausmaß, bedingt durch den starken Druck-

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abfall, vermindert werden muß, wodurch sich eine große Filterfläche ergibt. Berücksichtigt man gemeinsam die Adsorptionsaktivität, die Regenerationsausbeute und andere Bedingungen, die bei der Verwendung der Wirbelschicht auftreten, so sind Korngrößen der Aktivkohle bei der vorliegenden Erfindung im Bereich zwischen 250 und 800 Mikron'am besten geeignet. Man kann Wirbelschichten von irgendeiner beliebigen Art verwenden; man kann vielstufig kontinuierlich, einstufig kontinuierlich oder ansatzweise arbeiten. Man kann ebenfalls im Gegenstrom oder im Gleichstrom arbeiten. Jedoch ist in der Praxis ein Arbeiten im Gegenstrom bevorzugt, da der COD der wiedergewonnenen Aktivkohle adsorbiert ist, bis sie im Gleichgewicht mit der COD-Konzentration des Rohwassers steht. Verglichen damit wird die Adsorption durchgeführt, bis mit der COD-Konzentration des behandelten Wasser ein Gleichgewichtszustand erreicht ist, was für Arbeiten im Gleichstrom gilt. Verwendet man in einer Wirbelschicht Aktivkohle mit einer Größe, die kleiner ist als 200 Mikron, so ist die Endgeschwindigkeit in dem System so niedrig , daß es unmöglich ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers zu steigern. Dadurch wird es erforderlich, die Größe der Adsorptionssäule zu erhöhen, was wiederum eine größere Fläche erfordert.

Im folgenden sind die Beziehungen zwischen der Korngröße und der Endgeschwindigkeit bzw. der Grenzgeschwindigkeit für Aktivkohle auf Pechgrundlage dargestellt.

Korngröße (Mikron) Endgeschwindigkeit (m/h)

200 15

500 110

1000 240

1500 350

Im praktischen Betrieb beträgt die Endgeschwindigkeit bei der Verwendung von 200 Mikron-Aktivkohle 15 m/h, so daß eine Wasserströmungsgeschwindigkeit von 8 bis 10 m/h geeignet ist.

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Als Regenerationsverfahren ist ebenfalls ein Regenerations- -verfahren der Wirbelschichtart für die erfindungsgemäße pulverförmig-körnige Aktivkohle bevorzugt, obgleich dies, wie oben erwähnt, keine Beschränkung sein soll. Typische Regenerationsverfahren umfassen jene, die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 47-64678 beschrieben sind, und jene, bei denen ein Rotationskiln- oder ein Mehrgefäßofen verwendet wird.

Fig. 2 ist ein Fließschema, in dem eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsverfahrens dargestellt ist. Rohwasser 5 wird von dem Boden der Adsorptionssäule 1 mit der Aktivkohle durch die Wirbelschicht 2 aus Aktivkohle geleitet und von dem Kopf der Säule als behandeltes Wasser 4 entnommen. Aktivkohle wird am Kopf der Säule eingeleitet und die verbrauchte Aktivkohle wird aus dem Boden der Säule entnommen und in die Regenerationssäule 3 geführt. Die Regenerationssäule enthält eine Desorptionssektion und eine AktivierungsSektion. Die mit Dampf 6 in der Regenerationssäule regenerierte Aktivkohle wird zurück in die Adsorptionssäule zirkuliert.

Bei dem erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsverfahren besteht keine Gefahr im Gegensatz zu einem System mit stationärer Schicht, daß die Adsorptionsschicht durch Feststoffe, die in dem Wasser, das behandelt wird, sofern vorhanden, verstopft wird. Natürlich wird ein Teil solcher Feststoffe, die an der Oberfläche der Aktivkohle haften, damit entnommen, und dadurch wird die Regeneration der gebrauchten Aktivkohle erschwert. Es ist daher wünschenswert, die Feststoffe durch eine Vorbehandlung zu entfernen. Die Vorbehandlung zur Entfernung solcher suspendierten Feststoffe kann durch gewöhnliches Filtrieren, einer Ausflockungsausfällung oder durch Luftflotation erfolgen. Sollte viel Öl vorhanden sein, so ist es wünschenswert, die Behandlung in einem Ölseparator oder einer Koalesziervorrichtung durchzuführen. Im Falle von Abfallwasser mit hohem COD oder hohem BOD ist es wünschenswert, eine Behandlung in Vorrichtungen mit Aktivschlamm durchzu-

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führen. Man kann auch irgendwelche dieser Vorbehandlungen kombinieren, abhängig von dem Zustand des Wassers, das behandelt werden soll.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken. Weiterhin werden Vergleichsbeispiele aufgeführt, in denen die Verwendung von Aktivkohle erläutert wird, deren Größe außerhalb der erfindungsgemäß definierten Korngrößenbereiche liegt, wobei sowohl Wirbelschichten als auch stationäre Schichten verwendet werden.

Beispiel 1

Abfallwasser von einer Erdölraffinieranlage wurde mit pulverförmiger, granulärer Aktivkohle mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 250 und 500 Mikron behandelt. Das spezifische Massengewicht und der spezifische Oberflächenbereich der verwendeten Aktivkohle betrugen 0,65 bzw. 970 m /g.

Die Adsorptionssäule enthält acht Stufen mit Wirbelschichten, durch die das Wasser für die Behandlung mit einer Geschwindigkeit von 30 t/h und einer Geschwindigkeit von 13 m/h geleitet wird. Die Aktivkohle wird mit einer Geschwindigkeit von 15 kg/h zirkuliert.

Als Folge wird im Rohwasser der COD-Wert von 80 ppm auf 13 ppm vermindert.' Die Verweilzeit des Wassers in der Adsorptionssäule beträgt ungefähr 20 Minuten.

Die Regeneration der Aktivkohle erfolgt in zweistufigen fluidisierten Schichten. Die Temperatur beträgt in der Desorptionssektion 35O°C und 800° C in der AktivierungsSektion, wobei die Verweilzeit in der letzteren 40 Minuten beträgt. Die Aktivierung erfolgt unter Verwendung von Dampf. Der Regenerationsverlust beträgt ungefähr 3%·

Vergleichsbeispiel 1

(1) Man versuchte, das gleiche Abfallwasser, wie es in Beispiel 1 eingesetzt wurde, unter Verwendung von pulverförmiger Kohle unter 150 Mikron in Wirbelschichten zu behandeln. Selbst bei einer hydraulischen Belastung von 5 m/h war die Grenzfläche an der Wirbelschicht unklar und ein Mitreißen von Aktivkohlepulver wurde beobachtet. Der COD-Wert des behandelten Wassers betrug 32 ppm.

(2) Das gleiche Wasser, das in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde mit Aktivkohle über 1500 Mikron behandelt- Die Strömungsgeschwindigkeit in der Wirbelschicht betrug 150 m/h, während die Verweilzeit 20 Minuten betrug. Der COD-Wert des behandelten Wassers betrug 35 ppm.

Vergleichsbeispiel 2

Das gleiche Abfallwasser wurde unter Verwendung von Aktivkohle mit dem gleichen Durchmesser wie in Beispiel 1 mit einer stationären Schicht behandelt. Die hydraulische Belastung und die Verweilzeit des Wassers betrugen 13 m/h bzw. 20 Minuten . Die Qualität des behandelten Wassers unterschied sich nicht stark von der von Beispiel 1, wie im folgenden aufgeführt:

COD des Rohwassers 80 ppm COD des behandeltes Wassers 15 ppm

Jedoch beträgt der Druckabfall in der Schicht aus Aktivkohle 1900 mmHpO gegenüber 47 mmHpO in der Wirbelschicht.

Vergleichsbeispiel 3

Das gleiche Abfallwasser,wie es in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde nach einem Verfahren mit stationärer Schicht behandelt, wobei man Aktivkohle mit einer Größe im Bereich von 2000 bis 2500 Mikron verwendete. Es waren 1,5 Stunden Verweilzeit in der Adsorptionssäule bei diesem Verfahren erforderlich, um Wasser gleicher Qualität herzustellen, wie man es in Beispiel 1 erhalten hatte. -

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

In Fig. 1 ist die Beziehung zwischen der Korngröße und der Adsorptionsgeschwindigkeit der Aktivkohle dargestellt. In Fig. 2 ist ein Fließschema dargestellt, in dem eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Wasserbehandlungsverfahrens dargestellt ist. In Fig. 2 besitzen die Bezugszeichen die folgenden Bedeutungen:

1 bezeichnet die Adsorptionssäule mit der Aktivkohle

2 eine Wirbelschicht aus Aktivkohle

3 eine Regenerationssäule

4 behandeltes Wasser

5 Rohwasser

6 Dampf

Patentansprüche:

- 10 -

0 9 8 3 9 / 0 9 0 S

Claims

Patentan s ρ riiche

1. Verfahren zur Behandlung von Wasser mit Aktivkohle, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Adsorptionswirbelschicht aus pulverförmiger, granulärer Aktivkohle mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 200 und 1500 Mikron verwendet.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man pulverförmige, granuläre Aktivkohle mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 250 und 800 Mikron verwendet.

3· Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Adsorptionswirbelschicht eine Wirbelschicht der "Feststoff-Flüssigkeit-Gegenstrom" -Art verwendet.

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