DE3620980A1 - Continuous multiple-stage process for treating the bleaching waste waters from wood pulp production - Google Patents
Continuous multiple-stage process for treating the bleaching waste waters from wood pulp productionInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierlich ablaufendes Mehrstufen-Verfahren zur Klärung der mit chlorierten Substanzen hochbelasteten Abwässer, welche bei der Bleiche mit Chlor und chlorhaltigen Produkten in der Zellstoffindustrie anfallen.The present invention relates to a continuous process Multi-stage process for clarification with chlorinated substances highly contaminated wastewater, which is bleached with Chlorine and products containing chlorine in the pulp industry attack.
Zellstoff wird in der Bundesrepublik Deutschland ausschließlich nach dem Sulfit-Verfahren hergestellt, bei dem der Holzaufschluß mit Magnesium- bzw. Calciumhydrogensulfit in schwefligsaurer Lösung erfolgt. Weltweit jedoch hat das Sulfat-Verfahren (Aufschluß mit Natriumhydroxid, Natriumsulfidlösung) eine ungleich größere Bedeutung. Während des Aufschlußprozesses wird das im Holzverband enthaltene Lignin (je nach Art des Holzes beträgt der Ligningehalt zwischen 20 und 30%) durch Fragmentierung und Einführung hydrophiler Gruppen bis zu 80 bis 90% entfernt. Der Anteil, der im ungebleichten Zellstoff zurückbleibt, wird als Restlignin bezeichnet. Dessen weitere Entfernung macht einen Bleichprozeß nötig, um einen Zellstoff mit hoher Qualität zu erhalten. Gebleicht wird heute sowohl mit Chlor und chlorhaltigen Bleichmitteln (Hypochlorit, Chlordioxid) als auch mit chlorfreien Bleichmitteln wie z. B. Sauerstoff und Peroxid.Pulp is used exclusively in the Federal Republic of Germany produced by the sulfite process, in which the wood pulping with magnesium or calcium hydrogen sulfite in sulfuric acid Solution is done. Worldwide, however, the sulfate process (information with sodium hydroxide, sodium sulfide solution) a different greater importance. During the digestion process this is Lignin contained in the wood dressing (depending on the type of wood the lignin content between 20 and 30%) by fragmentation and Introduction of hydrophilic groups up to 80 to 90% removed. The The portion that remains in the unbleached pulp is called residual lignin designated. Its further removal makes a bleaching process necessary to obtain high quality pulp. Today bleaching is done with both chlorine and bleaches containing chlorine (Hypochlorite, chlorine dioxide) as well as with chlorine-free bleaches such as B. oxygen and peroxide.
Nach dem derzeitigen Kenntnis- und Entwicklungsstand sind Chlor bzw. Verbindungen des Chlors (Hypochlorit, Chlordioxid) unverzichtbare Bestandteile einer Zellstoffbleiche, insbesondere der Bleiche von Sulfitzellstoffen. Dieser Sachverhalt ist durch folgende Vorteile einer chlorierenden Bleichstufe begründet:According to the current state of knowledge and development, chlorine or compounds of chlorine (hypochlorite, chlorine dioxide) indispensable Components of a pulp bleach, especially the Bleaching of sulfite pulps. This is due to the following The advantages of a chlorinating bleaching stage are justified:
- 1. Chlor ist ein außerordentlich billiges und sehr spezifisch wirkendes Bleichmittel, d. h. eine konventionell geführte Chlorbleiche wirkt sich kaum schädigend auf den Polysaccharidanteil des Zellstoffes (Cellulose, Hemicellulose) aus, sondern bewirkt fast ausschließlich die Wasser- bzw. Alkalilöslichkeit des Restlignins im ungebleichten Zellstoff. 1. Chlorine is an extremely cheap and very specific acting bleach, d. H. a conventionally run Chlorine bleach has hardly any harmful effects on the polysaccharide content of the cellulose (cellulose, hemicellulose), but almost exclusively causes water or alkali solubility of residual lignin in the unbleached pulp.
- 2. Der Ersatz von Chlor durch Sauerstoff oder Peroxid ist zwar in gewissen Grenzen möglich, bringt jedoch in Form hoher Investitions- und Betriebskosten (bei Druckbleiche mit Sauerstoff) und qualitätsmindernder Einflüsse (Abbau der Cellulose und der Hemicellulosen im alkalisch oxidierenden Milieu) erhebliche Nachteile mit sich.2. The replacement of chlorine with oxygen or peroxide is true possible within certain limits, but in the form of high investment and operating costs (with pressure bleaching with oxygen) and quality-reducing influences (degradation of cellulose and hemicelluloses in an alkaline oxidizing environment) considerable Disadvantages with it.
-
3. Die Entfernung letzter Ligninreste und die präzise Einstellung
der Viskosität bei Zellstoffen für die chemische Weiterverarbeitung
gelingt bislang nur durch Anwendung von Chlordioxid
und/oder Hypochlorit. Auch diese Bleichmittel wirken, wenn
auch im begrenzten Umfang, chlorierend. Diesem Vorteil stehen
allerdings schwerwiegende Nachteile gegenüber:
- 1. Abwässer der Chlorbleiche sowie der nachfolgenden Alkaliextraktion können, ihres hohen Chloridgehaltes und damit ihrer außerordentlich korrodierenden Wirkung wegen, nicht eingedampft und verbrannt werden. Ein biologischer Abbau der organischen Inhaltsstoffe ist nachweislich nur in äußerst geringem Umfang möglich. Aufgrund dieser Situation stellen diese Abwässer eine gravierende Belastung in Form hoher CSB-Fracht dar.
- 2. Durch Einwirkung von Chlor und in geringerem Umfang Chlorverbindungen werden wasserlösliche chlorierte organische Verbindungen (Chlorligninabbauprodukte) in Freiheit gesetzt, die z. T. toxische und mutagene Eigenschaften haben. Diese Verbindungen dürften wahrscheinlich aufgrund ihrer Hemmwirkung auch maßgeblich an der Resistenz gegen biologischen Abbau beteiligt sein.
- 1. Wastewater from chlorine bleach and the subsequent alkali extraction cannot be evaporated and burned due to their high chloride content and therefore their extremely corrosive effects. Biodegradation of the organic ingredients is demonstrably only possible to an extremely small extent. Because of this situation, this waste water represents a serious burden in the form of high COD loads.
- 2. By the action of chlorine and to a lesser extent chlorine compounds, water-soluble chlorinated organic compounds (chlorine lignin degradation products) are released, which, for. T. have toxic and mutagenic properties. Due to their inhibitory effect, these compounds are probably also significantly involved in the resistance to biodegradation.
Eine zunehmende Chlordosierung bewirkt folgende Veränderung der nichtflüchtigen Chlorligninabbauprodukte:Increasing chlorine dosing causes the following change in non-volatile chlorine lignin degradation products:
- a) relative Abnahme der Verbindungen mit hohem Molgewicht (≦λτ 10.000) zugunsten solcher mit mittleren bis niederen Molgewichten (500-5000).a) Relative decrease in connections with high molecular weight (≦ λτ 10,000) in favor of those with medium to low molecular weights (500-5000).
- b) Abnahme des aromatischen Charakters des Chlorligninabbauprodukts.b) Decrease in the aromatic character of the chlorine lignin degradation product.
- c) Zunahme des Carbonyl- und Carboxylgehalts undc) increase in carbonyl and carboxyl content and
- d) Zunahme des organisch gebundenen Chlors.d) increase in organically bound chlorine.
In Abhängigkeit von den Chlorierungsbedingungen (Temperatur, Reaktionsdauer und Chlordosierung) liegt der Chlorgehalt der Chlorligninabbauprodukte zwischen 13 und 19%.Depending on the chlorination conditions (temperature, Reaction time and chlorine dosage) the chlorine content of the Chlorine lignin breakdown products between 13 and 19%.
Trotz der bekannten Schädlichkeit von Chlorkohlenwasserstoffen werden die Chlorligninabbauprodukte enthaltenden Abwässer derzeit noch in den Vorfluter geleitet, da es bisher kein befriedigendes Verfahren zur Klärung dieser Abwässer gibt.Despite the known harmfulness of chlorinated hydrocarbons are currently the wastewater containing chlorine lignin degradation products still headed into the receiving water as there has been no satisfactory so far Processes for the clarification of this waste water exist.
Es hat in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, Methoden aufzuzeigen, die zur Verringerung der Konzentration an chlorierten Ligninabbauprodukten in diesen C-Abwässern oder in den E1-Abwässern der ersten Alkaliextraktionsstufe, die auf die Chlorierung bei der Zellstoffbleiche folgt, zur Senkung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) und Verminderung der Schädlichkeit dieser Abwässer hätten eingesetzt werden können. Üblicherweise werden in einer Bleichereianlage mehrere Verfahrensschritte nacheinander durchlaufen, die eine Behandlung des ungebleichten Zellstoffs mit Chlor, Alkali, Hypochlorit, Chlordioxid, Sauerstoff oder Peroxid umfassen können.In the past, there has been no lack of attempts to demonstrate methods which reduce the concentration of chlorinated lignin degradation products in these C wastewater or in the E 1 wastewater of the first alkali extraction stage, which follows chlorination in the pulp bleaching, to reduce the chemical Oxygen requirements (COD) and reduction of the harmfulness of this waste water could have been used. In a bleaching plant, several process steps are usually carried out in succession, which can include treatment of the unbleached pulp with chlorine, alkali, hypochlorite, chlorine dioxide, oxygen or peroxide.
F. M. A. Nicolle, R. Shamash, K. V. Nayak und J. A. Histed beschreiben in "Lime treatment of bleachery effluent", Pulp Paper Can. 78 (9): T 210-T 214 (Sept. 1977) die Zugabe löslicher Calcium-Salze zu einem Teil des Abwassers aus der Chlorierung (C-Abwasser), anschließend erfolgt die Zugabe des Filtrats der auf die Chlorierung folgenden ersten alkalischen Extraktion und die Zugabe von Kalkmilch zur Abscheidung eines Niederschlages, wobei durch die Zugabe der löslichen Calcium-Salze zum C-Abwasser eine Beschleunigung bei der Absetzung des Niederschlages erreicht wird. Eine wesentliche Verringerung der Farbe, der Fischtoxizität und des chemischen Sauerstoffbedarfs um bis zu 43,5% sind die Folge.F.M.A. Nicolle, R. Shamash, K.V. Nayak and J.A. Histed in "Lime treatment of bleachery effluent", Pulp Paper Can. 78 (9): T 210-T 214 (Sept. 1977) the addition of soluble calcium salts part of the wastewater from chlorination (C wastewater), then the filtrate is added to the chlorination following first alkaline extraction and the addition of Lime milk to separate out a precipitate, whereby by the Adding the soluble calcium salts to the C waste water accelerates is reached when the precipitation stops. A substantial reduction in color, fish toxicity and chemical oxygen requirements of up to 43.5% are the result.
Der alkalische, thermische Abbau der organischen Chlorverbindungen mit hohem Molekulargewicht in einem Konzentrat, das nach einem ersten Ultrafiltrationsschritt eines Filtrats der ersten Alkalistufe (E1) einer Bleichanlage (Sulfatverfahren) erhalten wurde, bewirkt eine allerdings nicht vollständige Spaltung dieser Chlorverbindungen in Alkalichlorid und Hydroxylverbindung.The alkaline, thermal degradation of the high molecular weight organic chlorine compounds in a concentrate, which was obtained after a first ultrafiltration step of a filtrate of the first alkali stage (E 1 ) of a bleaching plant (sulfate process), causes an incomplete cleavage of these chlorine compounds into alkali chloride and hydroxyl compound.
Daß geeignete Bakterien oder Pilze bestimmte chlorierte Verbindungen abbauen können, ist seit kurzem bekannt (Van-Ba Huyuk, Hou-min Chang und Thomas W. Joyce und T. K. Kirk: Dechlorination of chloro-organics by a white-rot fungus: Tappi Res. and Development Conf. 1984, 185-191).That suitable bacteria or fungi certain chlorinated compounds has recently been known (Van-Ba Huyuk, Hou-min Chang and Thomas W. Joyce and T. K. Kirk: dechlorination of chloro-organics by a white-rot fungus: Tappi Res. and Development Conf. 1984, 185-191).
Auch beim konventionellen Belebtschlammverfahren sollen einige chlorierte Verbindungen biologisch abbaubar sein und nicht nur absorptiv eliminiert werden.Even with the conventional activated sludge process, some are said to be chlorinated compounds are biodegradable and not only can be absorptively eliminated.
Bleichereiabwässer enthalten jedoch vorwiegend biologisch nicht abbaubare chlorierte organische Inhaltsstoffe, wie beispielsweise aus Arbeiten von Göttsching und Laichter (Biologische Reinigung von Abwässern der Sulfitzellstoffindustrie, Göttsching und Laichter in: Wochenblatt für Papierfabrikation, 1982, Nr. 14, Jahrg. 110, S. 485-488) hervorgeht, und es ist bisher kein mikrobiologisch arbeitendes Verfahren bekannt, daß zum Reinigen dieser C-Abwässer durch Abbau der Chlorlignin- Produkte durch Mikroorganismen eingesetzt werden könnte.However, wastewater from wastewater mainly does not contain biological degradable chlorinated organic ingredients, such as from works by Göttsching and Laichter (biological cleaning of wastewater from the sulfite pulp industry, Göttsching and Laichter in: Wochenblatt für Papierfabrikation, 1982, No. 14, vol. 110, pp. 485-488) emerges, and there is no known microbiological process, that to clean these C wastewater by breaking down the chlorine lignin Products could be used by microorganisms.
Den vorstehend beschriebenen Verfahren ist gemeinsam, daß sie nicht gleichzeitig eine hinreichende Senkung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) und Verminderung des AOX-Wertes des C- Abwassers aus der Chlorierungsstufe erreichen bzw. sich auf den Abbau hochmolekularer Chlorverbindungen, vorzugsweise aus dem Filtrat der der Chlorierung nachfolgenden ersten Alkaliextraktionsstufe durch alkalische Hydrolyse beziehen. AOX steht für "adsorbierbare organische Halogenverbindung" und wird als der Teil organischer Halogenverbindungen (X = Cl, Br, J) bestimmt, die sich in Aktivkohle adsorbieren lassen, wobei die gesamte adsorbierte Menge auf X = Cl umgerechnet wird.The methods described above have in common that they not at the same time a sufficient reduction in the chemical Oxygen demand (COD) and reduction of the AOX value of the C- Reach wastewater from the chlorination stage or on the Degradation of high molecular weight chlorine compounds, preferably from the Filtrate of the first alkali extraction stage following the chlorination obtained by alkaline hydrolysis. AOX stands for "adsorbable organic halogen compound" and is called the Part of organic halogen compounds (X = Cl, Br, J) determined, which can be adsorbed in activated carbon, the entire adsorbed amount is converted to X = Cl.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das es ermöglicht, die Werte des CSB und des AOX von Abwässern aus der Bleiche von Zellstoff mit Chlor oder chlorhaltigen Chemikalien gleichzeitig auf ein ökologisch vertretbares Maß zu reduzieren. The aim of the invention is a method that enables the Values of COD and AOX of waste water from the bleaching of Pulp with chlorine or chemicals containing chlorine at the same time to reduce to an ecologically acceptable level.
Ein besonderes Ziel der Erfindung ist die drastische Reduzierung der AOX-Werte in den C- und E-Abwässern aus der Vorbleiche. Zur Zeit liegen die AOX-Werte in der Regel zwischen etwa 3 und 7 kg AOX pro t Zellstoff. Bei der anstehenden Novellierung des Abwasserabgabengesetzes ist vorgesehen, den Summenparameter AOX als zusätzliche Schadeinheit aufzunehmen. Zur Diskussion steht für eine Schadeinheit (40 DM) 2 kg AOX pro t Zellstoff. Bezogen auf die gegenwärtigen AOX-Werte würde dies für große Teile der Zellstoffindustrie eine existenzbedrohende Abgabe bedeuten.A particular aim of the invention is the drastic reduction the AOX values in the C and E waste water from the pre-bleaching. At present, the AOX values are usually between about 3 and 7 kg AOX per ton of pulp. In the upcoming amendment to the Waste Water Tax Act the sum parameter AOX is provided as an additional one Record damage unit. For discussion stands for one damage unit (40 DM) 2 kg AOX per t cellulose. Related to the current AOX values would do this for large parts of the pulp industry means a levy that threatens existence.
Die oben genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Aufbereitung von bei der Zellstoffbleiche mittels Chlor und chlorhaltigen Bleichmitteln anfallenden Abwässern, in denen durch die Chlorierung des Lignins entstandene, adsorbierbare organische Chlorverbindungen (AOX) enthalten sind, dadurch gelöst, daß die alkalisch gemachten Abwässer einer thermischen Hydrolyse unterworfen werden, wobei gegebenenfalls die Abwässer vor dieser Hydrolysestufe neutralisiert und zugleich mit Calcium-Ionen versetzt werden, wodurch ein erheblicher Teil dieser Chlorverbindungen (AOX) ausgefällt wird, und wobei gegebenenfalls das aus dieser Hydrolysestufe austretende Produkt einem mikrobiellen Abbau unterworfen wird.The above task is used in a preparation process from bleaching with chlorine and chlorine Bleaching waste water in which by chlorination of the lignin, adsorbable organic chlorine compounds (AOX) are contained, solved in that the alkaline made waste water is subjected to thermal hydrolysis, where appropriate, the wastewater neutralized before this hydrolysis stage and at the same time are mixed with calcium ions, whereby a significant part of these chlorine compounds (AOX) precipitated is, and where appropriate that from this hydrolysis stage leaking product is subject to microbial degradation becomes.
In der ersten Verfahrensstufe wird die stark saure Lösung aus der Chlorbleiche unter gleichzeitigem Einbringen von Calcium- Ionen neutralisiert und werden adsorbierbare organische Chlorverbindungen (AOX), die durch die Chlorierung des Lignins als dessen Abbauprodukte entstanden sind, durch weitere Zugabe von Alkali gefällt und teilweise dechloriert.In the first stage of the process, the strongly acidic solution is formed chlorine bleach with simultaneous introduction of calcium Ions neutralize and become adsorbable organic chlorine compounds (AOX) caused by the chlorination of the lignin as its Degradation products are created by further addition of alkali precipitated and partially dechlorinated.
In der zweiten, der Hydrolysenstufe, wird die überstehende Lösung dieser Fällung einer thermischen alkalischen Hydrolyse zur Dechlorierung der nicht ausgefällten adsorbierbaren organischen Chlorverbindungen unterworfen und in der dritten Stufe wird ein mikrobieller Abbau der aus dechlorierten und chlorierten Ligninabbauprodukten sowie aus Kohlenhydratabbauprodukten bestehenden Verbindungen zur weiteren Senkung des CSB- und auch des AOX-Wertes durchgeführt. In the second, the hydrolysis stage, the supernatant solution this precipitation of a thermal alkaline hydrolysis for dechlorination the non-precipitated adsorbable organic Subjected to chlorine compounds and in the third stage there is a microbial degradation of the dechlorinated and chlorinated lignin degradation products as well Carbohydrate breakdown products existing compounds for further Reduction of the COD and also the AOX value carried out.
Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, die erste Stufe durchzuführen:There are several ways to do the first stage:
In der einfachsten Variante werden die chlorierten Abbauprodukte des Lignins durch Zugabe von Kalkmilch zum vorher auf 45°C erwärmten, unfiltrierten Urabwasser ausgefällt (Konzentration C Ca(OH) = 2 g/l). Die Dosierungen der Kalkmilch gehen aus Tabelle 1 hervor (Proben 1 bis 3), ebenso die pH-Werte des überstehenden Abwassers nach der Fällung. Die in der Tabelle 1 angegebenen Werte für die Sedimentation und das Volumen des Sediments kommen wie folgt zustande:In the simplest variant, the chlorinated degradation products of the lignin are precipitated by adding lime milk to the unfiltered waste water previously heated to 45 ° C (concentration C Ca (OH) = 2 g / l). The dosages of lime milk are shown in Table 1 (samples 1 to 3), as are the pH values of the excess wastewater after the precipitation. The values for sedimentation and the volume of the sediment given in Table 1 come about as follows:
Drei 90 ml-Proben unfiltrierten Urabwassers, welches zuvor auf 45°C erwärmt wurde, werden mit drei verschiedenen Mengen Kalkmilch der oben angegebenen Konzentration versetzt (Proben 1 bis 3). Die Proben werden bei 45°C 30 min lang geschüttelt und zur Beurteilung der Sedimentation im Standzylinder überführt.Three 90 ml samples of unfiltered waste water, which was previously on 45 ° C was warmed with three different amounts of milk of lime of the concentration given above (samples 1 to 3). The samples are shaken at 45 ° C for 30 min Assessment of sedimentation in the standing cylinder transferred.
Die Sedimentation beschreibt dabei den Zeitpunkt (in Minuten) des Absinkens der Flocken, an dem die oberen 10 ml des Abwassers im Standzylinder frei von Flocken sind.The sedimentation describes the time (in minutes) of falling of the flakes on which the top 10 ml of waste water are free of flakes in the upright cylinder.
Das Volumen des Sediments ist das Volumen des Flockungsniederschlags im unteren Teil des Standzylinders, gemessen in ml nach 30 Minuten und nach 2 Stunden.The volume of the sediment is the volume of the flocculation precipitation in the lower part of the standing cylinder, measured in ml after 30 minutes and after 2 hours.
Die Trübung des überstehenden Abwassers wird visuell beurteilt.The turbidity of the excess wastewater is assessed visually.
Vom überstehenden Abwasser nach der Fällung mit Kalkmilch (ohne vorhergehende Filtration) wurden der CSB- und AOX-Wert bestimmt, die aus Tabelle 1 hervorgehen (Proben 1 bis 3).From the excess wastewater after precipitation with milk of lime (without previous filtration) the COD and AOX values were determined, which are shown in Table 1 (samples 1 to 3).
Ein bevorzugtes Verfahren gemäß der Erfindung sieht vor, daß nach der Calciumhydroxidzugabe noch Natriumhydroxid hinzugefügt wird, da der bei alleiniger Ca(OH)2-Zugabe erreichte pH-Wert (8,8 bzw. 8,6) für eine optimale Fällung von Calcium-Chlorligninabbauprodukten zu niedrig liegt bzw. bei erhöhter Ca(OH)2-Zugabe für die Sedimentation sich vergleichsweise schlechte Werte ergeben. Die zugegebenen Mengen (Ca(OH)2 und NaOH), die pH-Werte des überstehenden Abwassers nach der Fällung sowie die Werte für die Sedimentation, des Volumens des Sediments und der Trübung des überstehenden Abwassers, bestimmt nach der schon beschriebenen Vorgehensweise, sind ebenfalls in Tabelle 1 wiedergegeben (Proben 4 bis 8).A preferred method according to the invention provides that sodium hydroxide is added after the calcium hydroxide addition, since the pH value (8.8 or 8.6) achieved with the addition of Ca (OH) 2 alone for optimal precipitation of calcium Chlorine lignin degradation products are too low or, when Ca (OH) 2 is added, sedimentation results in comparatively poor values. The amounts added (Ca (OH) 2 and NaOH), the pH values of the supernatant after the precipitation and the values for the sedimentation, the volume of the sediment and the turbidity of the supernatant, determined according to the procedure already described, are also reproduced in Table 1 (samples 4 to 8).
Bei einem besonders bevorzugten Verfahren zur Durchführung der Fällung gemäß der Erfindung wird das unfiltrierte Abwasser der Chlorstufe über eine Kalkstein-Säule geleitet (Verweilzeit etwa 20 min., Durchlauf vom Kopf zum Fuß der Säule Temperatur 20 bis 70°C).In a particularly preferred method for performing the Precipitation according to the invention is the unfiltered wastewater Chlorine level passed over a limestone column (residence time approx 20 min., Run from head to foot of the column temperature 20 to 70 ° C).
Dabei wird das Abwasser weitgehend neutralisiert und die für die anschließende Fällung erforderlichen Calcium-Ionen zur Verfügung gestellt (End- pH-Wert etwa 6,2). Aus dem so annähernd neutralisierten, nun Ca++-Ionen enthaltenden Abwasser wird die Fällung im alkalischen Medium durch Zugabe von Natriumhydroxid eingeleitet.The wastewater is largely neutralized and the calcium ions required for the subsequent precipitation are made available (final pH about 6.2). Precipitation in an alkaline medium is initiated from the wastewater, which is now almost neutralized and now contains Ca ++ ions, by adding sodium hydroxide.
Zur Beurteilung der Sedimentation, des Volumens des Sediments und der Trübung des überstehenden Abwassers in der sich an die Kalkstein-Säule-Neutralisation anschließenden Fällung wurde wie folgt verfahren:To assess the sedimentation, the volume of the sediment and the turbidity of the excess wastewater in which the Limestone column neutralization was followed by precipitation proceed as follows:
Je sechs 90 ml-Proben des Abwassers nach der Säule werden auf 40°C bzw. 60°C erwärmt und 1 M NaOH in unterschiedlichen Mengen (Dosierung) hinzugefügt und mit destilliertem Wasser auf 100 ml aufgefüllt. Diese Dosierungen sind in der Tabelle 2 wiedergegeben. Diese Proben werden in Standzylinder gefüllt und die Sedimentation, das Volumen des Sediments und die Trübung des überstehenden Abwassers nach den bereits angegebenen Kriterien beurteilt (Tabelle 2).Six 90 ml samples of the wastewater after the column are opened 40 ° C or 60 ° C heated and 1 M NaOH in different amounts (Dosage) added and with distilled water to 100 ml replenished. These dosages are shown in Table 2. These samples are filled into standing cylinders and the sedimentation, the volume of the sediment and the turbidity of the supernatant Wastewater assessed according to the criteria already specified (Table 2).
Bei allen Proben trat nach der NaOH-Dosierung sofort eine Ausfällung in Form verschieden großer Flocken auf, wobei die Sedimentation bei 60°C etwas besser ist als bei 40°C. Bei drei verschiedenen NaOH-Dosierungen zur Einleitung der Fällung bei 40°C (0,67 g NaOH/l Abwasser; 1,11 g NaOH/l Abwasser und 1,56 g NaOH/ l Abwasser) wurden nach der Fällung die CSB- und AOX-Werte und der UV-Absorption des unfiltrierten, überstehenden Abwassers nach der Fällung bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 wiedergegeben. Precipitation occurred immediately after all NaOH dosing in the form of flakes of different sizes, the sedimentation is slightly better at 60 ° C than at 40 ° C. With three different ones NaOH doses to initiate precipitation at 40 ° C (0.67 g NaOH / l waste water; 1.11 g NaOH / l waste water and 1.56 g NaOH / l wastewater) the COD and AOX values and the UV absorption of the unfiltered, excess wastewater the precipitation. The results are shown in Table 3.
Die aufgeführten AOX-, CSB- und UV-Absorptions-Reduzierungen beziehen sich auf das unverdünnte Urabwasser.Obtain the listed AOX, COD and UV absorption reductions on the undiluted urine wastewater.
Ein kompakteres Sediment entsteht bei der zusätzlichen Verwendung von Flockungsmitteln; als solche kamen verschiedene Rohafloc- Typen (ein Produkt der Fa. Röhm, Darmstadt) mit abgestuftem ionischen Charakter zum Einsatz. Die Dosierung der einzelnen Komponenten wurde wie folgt vorgenommen: 90 ml Abwasser nach Säule (45°C) + 2,5 ml 1 M NaOH + 6,5 ml dest. H2O + 1 ml 0,1%ige Flockungsmittellösung. Die besten Ergebnisse werden mit dem schwach kationischen Rohafloc-Typ KF-275 erzielt.A more compact sediment is created with the additional use of flocculants; As such, various types of Rohafloc (a product from Röhm, Darmstadt) with graded ionic character were used. The dosing of the individual components was carried out as follows: 90 ml waste water after column (45 ° C.) + 2.5 ml 1 M NaOH + 6.5 ml dist. H 2 O + 1 ml 0.1% flocculant solution. The best results are achieved with the weakly cationic Rohafloc type KF-275.
Eine Bestimmung der Molmassenverteilung von Inhaltsstoffen im Abwasser der Chlorierung vor und nach einer Fällung (Kalksteinsäule, Ca(OH)2, NaOH) zeigte, daß im alkalischen Medium der hochmolekulare Anteil (Molekulargewicht 100 000-1800, bezogen auf sulfonierte Polystyrole als Eichsubstanz) fast vollständig gefällt wird. Dagegen findet im Bereich der niedermolekularen Substanzen mit Molekulargewicht unter 1800 nur eine teilweise Fällung statt.A determination of the molar mass distribution of ingredients in the wastewater from the chlorination before and after precipitation (limestone column, Ca (OH) 2 , NaOH) showed that in the alkaline medium the high molecular weight fraction (molecular weight 100,000-1800, based on sulfonated polystyrene as calibration substance) almost is completely felled. In contrast, in the area of low molecular weight substances with a molecular weight below 1800, only a partial precipitation takes place.
Bei einer kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens wird das Abwasser aus dem Reaktionsgefäß, in dem die Neutralisation mit Kalkmilch durchgeführt wurde bzw. vom Fuß der Kalkstein-Säule abgeführt und von oben nach unten durch einen Wärmetauscher zum Vorwärmen auf 40 bis 60°C geleitet und dann unter gleichzeitiger Dosierung von Kalkmilch und/oder Natronlauge in einen Misch- und Fällungsbehälter übergeleitet und der pH-Wert im Misch- und Fällungsbehälter auf etwa 11,5 eingestellt.If the process is carried out continuously, this will be Waste water from the reaction vessel in which the neutralization with Lime milk was carried out or discharged from the foot of the limestone column and from top to bottom through a heat exchanger for Preheating passed to 40 to 60 ° C and then under simultaneous Dosage of lime milk and / or sodium hydroxide solution in a mixing and precipitation tank transferred and the pH in the mixing and Precipitation container set to approximately 11.5.
Ein Teil der im Abwasser enthaltenen AOX fällt in Form von Calcium-Salzen aus, während gerührt wird. Nach dieser Ausfällung wird der pH-Wert mit NaOH auf etwa 11,5 gebracht.Part of the AOX contained in the wastewater falls in the form of Calcium salts out while stirring. After this precipitation the pH is brought to about 11.5 with NaOH.
Unter diesen Fällungsbedingungen findet bereits ein partieller Ersatz des organisch gebundenen Chlors durch OH-Gruppen statt.A partial one already takes place under these precipitation conditions Replacement of the organically bound chlorine by OH groups instead.
Das Abwasser samt dem ausgefallenen Ca-Chlor-Ligninabbauprodukt wird in einen Sedimentationsbehälter zum Absitzenlassen des Fällungsproduktes überführt; im Hinblick auf eine nachfolgende Dechlorierung empfiehlt sich vor der Sedimentation noch eine einstündige thermische Behandlung bei 40 bis 60°C.The wastewater together with the precipitated Ca chlorine lignin degradation product is placed in a sedimentation container to let the Precipitated product transferred; with a view to a subsequent one Dechlorination is recommended before sedimentation thermal treatment at 40 to 60 ° C for 1 hour.
Die zweite Verfahrensstufe, die thermische Dechlorierung der AOX im alkalischen Medium, wird in einem Reaktor bei 40°C bis 70°C und einer Verweilzeit von 1 bis 3 Stunden durchgeführt.The second process stage, the thermal dechlorination of the AOX in an alkaline medium, in a reactor at 40 ° C to 70 ° C and a residence time of 1 to 3 hours.
Die erforderliche Temperatur von 40°C bis 70°C läßt sich vorteilhafterweise durch die Ausnutzung von an anderer Stelle angefallener Abwärme realisieren.The required temperature of 40 ° C to 70 ° C can be advantageously through the use of those incurred elsewhere Realize waste heat.
Der zur thermischen, alkalischen Dechlorierung notwendige pH- Wert von ca. 11,5 wurde bereits nach der Fällung eingestellt, aber falls erforderlich, ist eine weitere NaOH-Zugabe zum Abwasser vor dessen Eintritt in den Reaktor ohne weiteres möglich.The pH required for thermal, alkaline dechlorination A value of approximately 11.5 was set after the precipitation, but if necessary, add more NaOH to the wastewater easily possible before entering the reactor.
Durch diese thermische, alkalische Dechlorierung wird unter Hydrolyse ein Teil der AOX umgewandelt und das organisch gebundene Chlor als NaCl abgespalten. Unter den erwähnten Reaktionsbedingungen findet auch eine teilweise Desulfonierung der HSO3-enthaltenden Chlorlignin-Produkte statt. der pH-Wert sinkt dabei um etwa zwei Einheiten durch den Verbrauch von OH-Ionen.Through this thermal, alkaline dechlorination, part of the AOX is converted with hydrolysis and the organically bound chlorine is split off as NaCl. A partial desulfonation of the chloroignin products containing HSO 3 also takes place under the reaction conditions mentioned. the pH value drops by about two units due to the consumption of OH ions.
Nach der Fällung (Neutralisation mit Kalkstein-Säule) und nachträglicher thermischer Hydrolyse (70°C, 1 h) wurden die CSB- und AOX-Werte und die UV-Absorption für verschiedene NaOH-Dosierungen gemessen. Dabei wurde die zusätzliche thermische Behandlung (40°C, 1 h) nach der NaOH-Dosierung und vor der Sedimentation in einem Experiment durchgeführt und in einem anderen unterlassen. Die Ergebnisse gehen aus der Tabelle 3 hervor.After the precipitation (neutralization with limestone column) and afterwards Thermal hydrolysis (70 ° C, 1 h) were the COD and AOX values and UV absorption for various NaOH dosages measured. The additional thermal treatment (40 ° C, 1 h) after the NaOH dosing and before sedimentation in one Experiment carried out and omitted in another. The results are shown in Table 3.
Es ist möglich, schon nach Durchführung der ersten zwei Verfahrensstufen der Erfindung eine absolute CSB-Reduzierung von 72% und eine Verminderung der chlorhaltigen Produkte um 88% zu erreichen.It is possible already after the first two process stages have been carried out the invention an absolute COD reduction of 72% and achieve a 88% reduction in chlorine-containing products.
Ein bestimmter, allerdings geringer Teil der AOX wird bei Durchführung der ersten zwei Verfahrensstufen überhaupt nicht abgebaut. Das Ausmaß der Dechlorierung ist nämlich nicht nur von der OH-Konzentration, Temperatur und Reaktionsdauer abhängig, sondern auch von der Struktur der chlorierten Verbindungen. Unter den hier beschriebenen Reaktionsbedingungen sind beispielsweise symmetrisch aufgebaute Chlorverbindungen und chlorierte Aromaten nur geringfügig bzw. überhaupt nicht einer Hydrolyse zugänglich.A certain, albeit small part of the AOX will be implemented the first two stages of the process not degraded at all. The extent of dechlorination is not just that OH concentration, temperature and reaction time dependent, but also on the structure of the chlorinated compounds. Among the The reaction conditions described here are, for example symmetrical chlorine compounds and chlorinated aromatics only slightly or not at all accessible to hydrolysis.
Bei ausschließlicher Ausführung der thermischen, alkalischen Hydrolyse wird zwar eine Dechlorierung von 50 bis 60%, aber keine CSB-Reduzierung erreicht, da die durch die Hydrolyse umgewandelten Stoffe im Abwasser verbleiben. Außerdem könnte zur Neutralisierung kein Kalk eingesetzt werden, da sonst bei der pH-Erhöhung mit NaOH infolge der Anwesenheit von Calcium-Ionen die Fällung einsetzen würde.With only thermal, alkaline hydrolysis is a dechlorination of 50 to 60%, but none COD reduction achieved because the converted by hydrolysis Substances remain in the wastewater. It could also help neutralize no lime is used, otherwise pH increases with NaOH use the precipitation due to the presence of calcium ions would.
Es liegt aber durchaus innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung, nur die zweite Verfahrensstufe durchzuführen, wenn dies für ein bestimmtes Anwendungsgebiet angemessen ist, so z. B. die CKW-(Chlorkohlenwasserstoff)-haltigen Abwässer chemischer Reinigungsprozesse einer Aufarbeitung durch die zweite Verfahrensstufe zu unterziehen. Es entspricht auch dem Erfindergedanken, daß einzelne Teilströme der bei der Papier- und/oder Zellstoffproduktion anfallenden Abwässer gezielt "gefahren" werden können.However, it is entirely within the scope of the present invention only perform the second stage if this is appropriate for a certain area of application, e.g. B. the CKW (chlorinated hydrocarbon) containing wastewater from chemical cleaning processes processing through the second stage of the process to undergo. It also corresponds to the idea of the inventor that individual sub-streams in the paper and / or pulp production accruing waste water can be "driven" in a targeted manner.
In der letzten, erfindungsgemäß vorgesehenen Verfahrensstufe wird die bei der thermischen Hydrolyse entstandene Reaktionslösung einem mikrobiellen, biochemischen Abbau zugeführt. Diese Lösung enthält noch die nicht hydrolysierten Chlorverbindungen und die daraus durch Hydrolyse entstandenen Hydroxylverbindungen sowie Kohlenhydratabbauprodukte, wovon sich die beiden letzteren durch Bakterien unter weiterer Erniedrigung des CSB-Wertes des "Abwassers" gut abbauen lassen. Auch der AOX-Wert wird durch den biochemischen Abbau nochmals gesenkt.In the last process step provided according to the invention the reaction solution formed during the thermal hydrolysis microbial, biochemical degradation. This solution still contains the non-hydrolyzed chlorine compounds and hydroxyl compounds resulting therefrom by hydrolysis and Carbohydrate breakdown products, of which the latter two stand out Bacteria with a further decrease in the COD value of the "wastewater" can be broken down well. The AOX value is also determined by the biochemical Degradation reduced again.
Der Stoffwechsel von Bakterien wird in Gegenwart von Chlorligninabbauprodukten herabgesetzt und folglich der biochemische Abbau eingeschränkt oder gänzlich verhindert (biochemische Hemmung). Dabei geht von den niedermolekularen chlorierten Substanzen eine weitaus stärkere biochemische Hemmung aus als von den hochmolekularen. The metabolism of bacteria is in the presence of chlorine lignin breakdown products reduced and consequently the biochemical degradation restricted or completely prevented (biochemical inhibition). One of them is the low molecular weight chlorinated substances far stronger biochemical inhibition than from the high molecular weight.
Durch die in der Erfindung vorausgegangene Fällung mit anschliessender Dechlorierung wird diese biochemische Hemmung auf ein solches Maß reduziert, daß der biochemische Abbau stattfinden kann.By the previous precipitation in the invention followed by Dechlorination is due to this biochemical inhibition reduced to such an extent that biochemical degradation takes place can.
Dieser biochemische Abbau kann in flüssiger Phase stattfinden; in der Erfindung wird jedoch die Verwendung eines Festbettreaktors (Säule) bevorzugt, der zwei verschiedene Betriebsmöglichkeiten bieten soll:This biochemical degradation can take place in the liquid phase; in the invention, however, is the use of a fixed bed reactor (Pillar) preferred of two different operating options should offer:
- a) anaerober Betrieb im Umlaufa) anaerobic operation in circulation
- b) aerober Betrieb im einfachen Durchlauf.b) aerobic operation in a single pass.
Außerdem erfolgt der Umlauf/Durchlauf des Reaktors von unten nach oben, wobei im aeroben Betrieb Luft von unten eingeblasen wird.In addition, the circulation / passage of the reactor takes place from below above, whereby air is blown in from below during aerobic operation.
Dieser Festbettreaktor kann eine Füllung aus vier Segmenten unterschiedlicher Füllmaterialien besitzen, wobei - von unten nach oben - erfindungsgemäß dasThis fixed bed reactor can have a filling of four different segments Have filling materials, whereby - from bottom to top - according to the invention
- 1. Segment aus Reduktionskoks und/oder Hochofenschlacke1st segment made from reduction coke and / or blast furnace slag
- 2. Segment aus Feinkoks von Braunkohle2nd segment of fine coke from lignite
- 3. Segment aus Hydroanthrazit3rd segment made of hydroanthracite
- 4. Segment aus Aktivkohle4th segment of activated carbon
besteht.consists.
Vorzugsweise besteht die Füllung des Festbettreaktors jedoch teilweise oder vollständig aus offenporigem Sinterglas anstelle der genannten Füllmaterialien. Insbesondere werden 20 bis 70 Teile offenporiges Sinterglas in Form von Kugeln oder Raschig-Ringen mit einem Porenvolumen von 50 bis 70% und einem Porendurchmesser von 60 bis 500 µm bei aerobem Betrieb den genannten Füllmaterialien der Segmente beigemischt.However, the fixed bed reactor is preferably partially filled or entirely of open-pore sintered glass instead of the mentioned filling materials. In particular, 20 to 70 parts open-pore sintered glass in the form of spheres or Raschig rings with a pore volume of 50 to 70% and a pore diameter from 60 to 500 µm with aerobic operation of the filling materials mentioned of the segments added.
Bei anaerober Fahrweise wird bevorzugt nur offenporiges Sinterglas für die Füllung verwendet. In the case of anaerobic driving, only open-pore sintered glass is preferred used for the filling.
Bei der Klärung im Festbettreaktor findet ein wirkungsvoller biochemischer Abbau der im Abwasser verbliebenen hydroxylhaltigen, dechlorierten Lignin- und Kohlenhydratabbauprodukte sowie eine teilweise AOX-Reduzierung statt, daWhen clarifying in the fixed bed reactor finds an effective one biochemical degradation of the hydroxyl-containing, dechlorinated lignin and carbohydrate breakdown products as well as a partial AOX reduction instead, because
- 1. mehrere Durchläufe (aerob) keine weitere Reduzierung des CSB und der AOX gegenüber einem einmaligen Durchlauf mit sich bringen; weitere Reduzierung bei mehreren Durchläufen würde bei Adsorptionserscheinungen an dem Festbett sprechen;1. multiple runs (aerobic) no further reduction of the COD and the AOX compared to a one-time run entail; further reduction with several Runs through would appear at adsorption phenomena Speak fixed bed;
- 2. eine auftretende CO2-Entwicklung beim Durchlauf des Abwassers durch den Festbettreaktor auf biochemische Stoffwechselvorgänge hinweist;2. A CO 2 evolution occurring during the passage of the wastewater through the fixed bed reactor indicates biochemical metabolic processes;
- 3. UV- und IR-spektroskopische sowie HPLC-Untersuchungen der Substanzen im Ablauf des Festbett-Reaktors deutliche Unterschiede zur Substanzzusammensetzung vor dem Durchlauf des Festbett-Reaktors zeigen und3. UV and IR spectroscopic and HPLC investigations the substances in the discharge of the fixed bed reactor clearly Differences to the substance composition before the run of the fixed bed reactor and
- 4. die Erhöhung der Chlorid-Ionen-Konzentration im Ablauf gegenüber dem Zulauf den Abbau der chlorierten Verbindungen bestätigt.4. the increase in the chloride ion concentration in the drain compared to the feed the degradation of the chlorinated compounds approved.
Durch diese abschließende Klärung der C-Abwässer im erfindungsgemäßen Festbettreaktor wird eine zusätzliche, weitergehende Reduzierung des CSB- und AOX-Wertes erreicht.Through this final clarification of the C waste water in the invention Fixed bed reactor becomes an additional, more extensive Reduction in COD and AOX values achieved.
Bei der Ausführung der Erfindung wird das Abwasser nach der alkalischen, thermischen Hydrolyse mittels einer geeigneten Vorrichtung abgekühlt, gegebenenfalls in einem Behälter zwischengelagert und dann durch eine Pumpe am Fuß des Festbett-Reaktors eingespeist, wobei am aeroben Betrieb gleichzeitig am Fuß Luft mit eingegeben wird. Nach dem biochemischen Abbau werden im Ablauf des Festbett-Reaktors die Werte für AOX und CSB gemessen. Die Ergebnisse, die ebenfalls in Tabelle 3 aufgeführt sind, wurden für ein C-Abwasser erhalten, das zuerst durch Überleiten über eine Kalkstein-Säule neutralisiert wurde; aus dem Neutralisat wurde die Fällung der Calcium-Chlorlignin-Produkte durch Zugabe von 1,56 NaOH/l Abwasser bei 40°C vorgenommen, anschließend eine einstündige Behandlung bei 40°C vor der Sedimentation durchgeführt und die überstehende Lösung nach der Sedimentation alkalisch, thermisch hydrolysiert. In the implementation of the invention, the waste water after the alkaline, thermal hydrolysis using a suitable Cooled device, optionally stored in a container and then by a pump at the bottom of the fixed bed reactor fed in, with air at the same time at the foot during aerobic operation is entered with. After the biochemical breakdown will be in the process of the fixed bed reactor measured the values for AOX and COD. The results, which are also shown in Table 3, were obtained for a C wastewater, first by transfer was neutralized via a limestone column; from the neutralizate was the precipitation of the calcium chloro lignin products Add 1.56 NaOH / l waste water at 40 ° C, then a one hour treatment at 40 ° C before sedimentation performed and the supernatant solution after sedimentation alkaline, thermally hydrolyzed.
I. NaOH-Dosierung bei 40°C II. NaOH-Dosierung bei 40°C und weitere Behandlung (40°C, 1 h) I. NaOH dosage at 40 ° C II. NaOH dosing at 40 ° C and further treatment (40 ° C, 1 h)
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