DE3022679A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von abwaessern - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln
• von Abwässern.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Behandeln von Abwässern, die Emulsionen, Öle, Waschsubstanzen und weitere dispergierte Stoffe enthalten durch Ultrafiltration, wobei das Permeat abgeführt und das Konzentrat nach ausreichender Eindickung entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Behandlung von gelöste Schwermetall-Komplexe enthaltenden Abwässern diesen Abwässern Komplexspalter zum Ausfällen der Schwermetalle (Wasserunlöslichkeit) zudosiert werden, ehe (und während) die Ultrafiltration durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zudosierung des Komplexspalters in Abhängigkeit des vorzugsweise im Permeat zu messenden Redoxpotentials erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zudosierung des Komplexspalters bei relativ konstanter Schwermetallkonzentration im Zulauf alternativ zulaufmengenproportional erfolgt.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zudosierung solange erfolgt wie weiteres, gelöste Schwermetalle enthaltendes Abwasser dem Ultrafiltrationskreislauf zugeführt wird.
5. 5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Arbeitsbecken, einer aus dem Arbeitsbecken Flüssigkeit absaugenden und einem Ultrafilter unter Druck zuführenden Pumpe, einer Rücklaufleitung von dem Ultrafilter zum Arbeitsbecken, sowie einen Ablauf für das Permeat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosiervorrichtung (18) zum Zudosieren von Komplexspaltern vorgesehen ist, deren Auslauf (19) in das Arbeitsbecken (3) mundes.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiervorrichtung (18) in Abhängigkeit der zulaufenden Abwassermenge gesteuert ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Permeatableitung eine Redoxpotential-Meßvorrichtung vorgesehen ist, mit deren Ausgang die Dosiervorrichtung zur Steuerung der Dosiermenge verbunden ist.