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WO2011015493A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen entfernung von schadstoffen und/oder verunreinigungen aus trink- und/oder prozesswasser - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen entfernung von schadstoffen und/oder verunreinigungen aus trink- und/oder prozesswasser Download PDF

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WO2011015493A1
WO2011015493A1 PCT/EP2010/060904 EP2010060904W WO2011015493A1 WO 2011015493 A1 WO2011015493 A1 WO 2011015493A1 EP 2010060904 W EP2010060904 W EP 2010060904W WO 2011015493 A1 WO2011015493 A1 WO 2011015493A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sorbents
magnetic
pollutants
separation
impurities
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/060904
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Hauser
Manfred Rührig
Harald Schmidt
Wolfgang Schmidt
Franz-Josef Spiess
Manfred Waidhas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of WO2011015493A1 publication Critical patent/WO2011015493A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/18—Removal of treatment agents after treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for the continuous removal of pollutants and / or impurities from drinking and / or process water by means of magnetically activated sorbents.
  • the invention also relates to the associated apparatus for carrying out the method.
  • the harmful effect of arsenic on the human organism is known. Even with small amounts of arsenic, for example in drinking water, there are long-term negative consequences, since in the organism for arsenic there is a so-called memory function.
  • the tolerable limit is 10 ⁇ g / l according to WHO (World Health Organization).
  • the object of the invention is to remove the unwanted pollutants from drinking or process water by means of specific magnetic sorbents. It is not necessary to use any of the so-called “chemical connectors" which are common in other processes, in which the pollutant is bound to the magnetic particles via at least one further chemical,
  • the sorbents are used in the invention
  • Iron-based for example, magnetite (Fe 3 O 4) or maghemite ( ⁇ -Fe 2 ⁇ 3: 0).
  • the sorbents can be modified in various ways.
  • the magnetic particles may be coated to increase the sorption capacity.
  • the particle sizes of the sorbents are generally smaller than 10 ⁇ m. In particular, the particle sizes are ⁇ 1 .mu.m, for example up to 0.01 .mu.m, whereby one reaches the nanoscale.
  • a mixing reactor in which the water to be purified is mixed with the sorbents. It is essential that after loading the sorbent with the pollutants in the process flow to the bottom Desorption can be carried out described magnetic separation step and a part of the treated sorbent can be returned to the device.
  • sodium hydroxide (NaOH), ammonia (NH 3 ) or sodium carbonate (Na 2 CO 3) are used as desorptive agents.
  • FIG. 1 shows the process diagram of the procedure according to the invention
  • FIG. 2 shows a device with a hydrocyclone for use in the method according to FIG. 1 and FIG.
  • a mixing reactor is denoted by 1, which has an inlet 2 for a liquid, for example groundwater, and an outlet 3 for the purified liquid. Furthermore, inputs 6, 6 'for sorbents, namely for fresh sorbent on the one hand and recycled sorbent on the other hand present.
  • the reactor 1 at least one sensor 9 for the chemical measurement of arsenic is introduced. Outside the Rector are sensors 15, 15 ', 15'', ... present in the liquid stream.
  • the specified mixing reactor may be one or preferably of more than one stage. In a multi-stage embodiment - as indicated in Figure 1 - are the second stage and the third stage with substantially identically constructed reactors realized. There may be n reactors for an n-stage process.
  • a first output of the reactor 1 passes after the magnetic separation directly drinking water TrW to the consumer, which may still be followed by a filter 19 to z. B. other impurities to remove.
  • the arsenic laden with the magnetic sorbents is led out and passes through a device 20 for separating the solid from the liquid constituent particles. Downstream is a magnet assembly 30 for separating the magnetic particles from the arsenic.
  • the water content is first largely separated off, for example, by a hydrocyclone and fed back to the mixer reactor inlet, or it serves to flush the regeneration stage constructed in parallel.
  • a desorbent is supplied in a so-called cyclone.
  • sodium hydroxide basic caustic soda
  • sodium arsenate NaAsO 4 / -As ⁇ 3
  • the arsenate in a solution is then separated from the magnetite and collected in a collecting container for disposal.
  • FIG. 2 illustrates the arrangement 20 of cyclones 25, 25 ', in which centrifugal forces caused by rotation result in a separation of the solid constituents.
  • the designations + H 2 O for water addition and -H 2 O for dehydration and + Base for the addition of the basic desorbent and -Na3As 4 O 4 for the removal of the bound arsenic compounds are in the individual process stages I, II, III.
  • HB + As are bound to magnetite. If, for example, Na 2 CO 3 and / or NH 4 OH and / or NaOH are added, the compound Na 3 AsO 3 / AsO 4 forms in concentrated form, which can be removed for disposal.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a magnetic separation unit, the basic features of which are known in other contexts from the relevant specialist literature (see, for example, P. Komarek, "Hochstromanübergang der Supratechnisch”, Teubner arrangementsbücher Physik 1995, Fig. 3.36 on page 215).
  • the separator 30 consists essentially of a
  • Magnet arrangement with an annular throughflow channel formed by two limiting cylinder walls 41, 42 for a flowing liquid.
  • divided magnetic particles 5O 1 therein are drawn through controllable bare magnetic gradient to the outer wall 42 and separated at the output of the unit by a separating diaphragm 43 from the purified liquid stream 44th
  • the gradient fields are generated by a stack of magnet coils 45 ', 45 ", 45"'... With drive units 46 ', 45 ", 46"'... In which adjacent coils have opposite current directions.
  • the magnetic coils are energized with direct current. This has the disadvantage that the magnetic particles adhere to the wall of the separation unit and can not escape through the dividing panel. Therefore, in the magnetic separation unit described herein, the individual coils are provided with time-varying currents corresponding to the units 46 is energized, wherein the current for a certain time interval is zero, so that the magnetic particles can not attach to the wall, but are transported by the liquid flow to the separation panel.
  • the magnets thus serve to concentrate the magnetic particles in the vicinity of the outer wall of the reactor, the liquid flow transports the particles to the separation aperture.
  • the elements of the 5th main group of the periodic table can be reduced with the method according to the invention as pollutants or impurities, whereby essentially arsenic, selenium or their compounds are considered.
  • certain radioactive elements in particular uranium (U) or cesium (Cs), and furthermore bivalent nickel (Ni 2+ ) or ytterbium (Yb), which may be contained in the groundwater
  • magnetic sorbents natural substances but synthetic substances are used.
  • magnetic sorbents iron (Fe) -based substances are advantageously used, in particular magnetite (FesC ⁇ ) or Maghe- with ( ⁇ -Fe2 ⁇ 03).
  • Modified sorbents can be used, for example by single or multilayer surface layers.
  • the sorbents can be separated from the pollutant flow by adding desorbents. An adjustable portion of the separated sorbent-containing substream is returned to the reaction stream. It may be useful that the concentrated pollutant streams are subjected to a further treatment in which either the pollutant is further concentrated, separated or recovered as recyclable material. It has been shown that the process should take place in several stages.
  • any remaining loaded magnetic sorbents can be removed in a second to nth process step.
  • concentrations of the magnetic sorbents on the one hand and the pollutant concentration on the other hand are measured.
  • the mixing reactor may optionally have mechanical or hydrodynamic mixing devices.
  • the magnetic separation by means of controllable electromagnets and / or permanent magnets transversely to the flow direction exerts forces on the loaded magnetic sorbents and thus enables separation from the main flow.
  • Optionally used permanent magnets can also be mechanically displaceable.
  • a hydrocyclone, a decanter or a centrifuge can be used.
  • the sorbents can be separated from the pollutant by adding desorption agents.
  • the desorbents contain in particular NaOH, ammonia or sodium carbonate (Na 2 CO 3 ).
  • the regeneration chamber contains an outlet for the pollutant concentrate (eluate) and a mechanism for the return of the regenerated sorbent in the reactor chamber, wherein a neutralization stage of the regeneration chamber and neutralizing agent as an acid, for.
  • HCl or an acid-forming liquid CO2 is used.
  • pollutants and / or impurities can have long-term harmful effects on the health. But they are also undesirable in process water. According to the contaminated with pollutants water is brought into contact with magnetically activated sorbents and are the
  • Pollutants and / or impurities separated from the sorbents are freed from the pollutants and / or impurities in the same process step and returned to the working process.

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Abstract

Schadstoffe und/oder Verunreinigungen können insbesondere im Trinkwasser langfristig gesundheitsschädliche Wirkungen haben. Auch im Prozesswasser sind sie aber unerwünscht. Erfindungsgemäß wird das mit Schadstoffen verunreinigte Wasser mit magnetisch aktivierbaren Sorbentien in Kontakt gebracht und werden die Schadstoffe und/oder Verunreinigungen von den Sorbentien abgetrennt. Die Sorbentien werden im gleichen Prozessschritt von den Schadstoffen und/oder den Verunreinigungen befreit und in den Arbeitsprozess zurückgeführt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Entfernung von Schadstoffen und/oder Verunreinigungen aus Trink- und/oder Prozesswasser
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Entfernung von Schadstoffen und/oder Verunreinigungen aus Trink- und/oder Prozesswasser mittels magnetisch akti- vierbarer Sorbentien. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Die schädliche Wirkung von Arsen auf den menschlichen Orga- nismus ist bekannt. Auch bei geringen Mengen von Arsen, beispielsweise im Trinkwasser, ergeben sich langfristig negative Folgen, da im Organismus für das Arsen eine so genannte Speicherfunktion besteht. Der tolerierbare Grenzwert beträgt 10 μg/1 nach WHO (World Health Organisation) .
Im Fokus letzterer Betrachtungen sind momentan die Trinkwasserquellen in Indien/Kalkutta und insbesondere in Bangladesch, bei denen vergleichsweise hoher Arsenanteil von bis zu 500 μg/1 festgestellt wird. Bisher wird dort das Wasser vor der Verwendung als Trinkwasser gefiltert.
Es ist bereits bekannt, dass in geeigneter Formation das Arsen chemisch und insbesondere auch magnetisch entfernt werden kann. Im Forschungsbericht des Forschungszentrums Karlsruhe (Mai 2003) mit der Bezeichnung „Entwicklung und Anwendung von magnetischen Mikrosorbentien auf der Basis von Manganoxid und Aktivtonerde zur selektiven Elimination von Arsen und Fluorid aus Wässern" werden Untersuchungsmethoden zur Entfernung von Arsen, Selen und Fluoriden, die nur in geringen Konzentratio- nen auftreten, beschrieben.
Demgegenüber ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, die beim Stand der Technik beschriebenen Verfahren zu verbessern bzw. derart zu vereinfachen, dass sie in eine praxisgerechte Verwendung überführt werden können. Dafür soll eine geeignete Vorrichtung geschaffen werden, die in den betroffenen Gebieten eingesetzt werden kann.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Abfolge der Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Vorrichtung ist im Patentanspruch 15 angegeben. Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung sind in den jewei- ligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist es, mittels spezifischer magnetischer Sorbentien die unerwünschten Schadstoffe aus Trinkoder Prozesswasser zu entfernen. Dabei brauchen keine der, bei anderen Verfahren gängigen sogenannten „chemischen Verbinder" eingesetzt werden, bei denen der Schadstoff über wenigstens eine weitere Chemikalie an die Magnetpartikel gebunden wird. Vorteilhafterweise sind bei der Erfindung die Sorbentien
Eisen-basiert, beispielsweise Magnetit (Fe3θ4) oder Maghemit (γ-Fe2<03) . Solche Stoffe können in natürlicher Form vorkommen oder können synthetisch hergestellt werden. Die Sorbentien können in unterschiedlichster Weise modifiziert werden. Beispielsweise können die magnetischen Partikel beschichtet werden, um die Sorptionskapazität zu erhöhen. Es können ein- oder mehrlagige Oberflächenschichten vorhanden sein. Die Partikelgrößen der Sorbentien sind i.A. kleiner als 10 μm. Insbesondere liegen die Partikelgrößen < 1 μm, beispielsweise bis 0,01 μm, womit man in den Nanobereich gelangt .
Bei der zugehörigen Vorrichtung zur Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens wird ein Mischreaktor verwendet, in dem das zu reinigende Wasser mit den Sorbentien gemischt wird. Wesentlich ist dabei, dass nach Beladung der Sorptionsmittel mit den Schadstoffen im Prozessablauf nach dem unten beschriebenen magnetischen Trennschritt eine Desorption erfolgen kann und ein Teil des aufbereiteten Sorptionsmittels in die Vorrichtung zurückgeführt werden kann. Als Desorpti- onsmittel werden insbesondere Natriumhydroxid (NaOH) , Ammo- niak (NH3) oder Natriumcarbonat (Na2CO3) verwendet.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patent- ansprüchen.
Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung
Figur 1 das Prozessschema der erfindungsgemäßen Vorgehenswei- se,
Figur 2 eine Vorrichtung mit einem Hydrozyklon zum Einsatz beim Verfahren gemäß Figur 1 und
Figur 3 eine Steuereinrichtung zur Generierung geeigneter
Magnetfelder bei der Entmagnetisierung und Trennung unerwünschter Bestandteile und.
Die einzelnen Figuren werden nachfolgend weitestgehend gemeinsam beschrieben. In der Figur 1 ist ein Mischreaktor mit 1 bezeichnet, der einen Eingang 2 für eine Flüssigkeit, beispielsweise für Grundwasser, und einen Ausgang 3 für die gereinigte Flüssigkeit hat. Weiterhin sind Eingänge 6, 6' für Sorptionsmittel, und zwar für frisches Sorptionsmittel einerseits und wieder- aufbereitete Sorptionsmittel andererseits vorhanden. Im Reaktor 1 ist wenigstens ein Sensor 9 für die chemische Messung von Arsen eingebracht. Außerhalb des Rektors sind Sensoren 15, 15', 15'', ... im Flüssigkeitsstrom vorhanden. Der angegebene Mischreaktor kann ein- oder aber vorzugsweisemehrstufig aufgebaut sein. Bei einer mehrstufigen Ausführung - wie in Figur 1 angedeutet - sind die zweite Stufe und die dritte Stufe mit im Wesentlichen gleich aufgebauten Reaktoren realisiert. Es können n Reaktoren für einen n-stufigen Pro- zess vorhanden sein.
Über einen ersten Ausgang des Reaktors 1 gelangt nach der Magnetseparation unmittelbar Trinkwasser TrW zum Verbraucher, wobei gegebenenfalls noch ein Filter 19 nachgeschaltet sein können, um z. B. sonstige Verunreinigungen zu entfernen.
An einzelnen Ausgängen 4, 4', 4'', ... wird das mit den magneti- sehen Sorbentien beladene Arsen herausgeführt und durchläuft eine Einrichtung 20 zur Trennung der festen von den flüssigen Bestandteilchen. Nachgeschaltet ist eine Magnetanordnung 30 zur Trennung der Magnetteilchen vom Arsen. In der Einheit 20 wird also zunächst der Wassergehalt beispielsweise durch ein Hydrozyklon weitgehend abgetrennt und dem Mischreaktorzulauf wieder zugeführt bzw. es dient einer Spülung der parallel aufgebauten Regenerationsstufe. In der Einrichtung 20 wird in einem so genannten Zyklon ein Desorptionsmittel zugeführt. Beispielsweise erfüllt Natriumhydroxid (NaOH = basische Natronlauge) , das mit dem Arsen die Verbindungen Natriumarsenat (NaAsO4/-Asθ3) bildet, die De- sorptionsfunktion . In einer weiteren Zyklotronschritt wird dann das sich in einer Lösung befindliche Arsenat vom Magnetit abgetrennt und in einen Auffangbehälter zur Entsorgung gesamme11.
Der an den Wänden des Zyklons verbliebene Magnetit wird mit einem Spülvorgang, und zwar vorteilhafterweise durch das primär abgetrennte Wasser, freigesetzt und wieder dem Mischreaktor 1 zugeführt und kann erneut als Sorptionsmittel verwendet werden . Um einen kontinuierlichen Prozess zu realisieren ist es vorteilhaft, zwei Regenerationsstufen parallel prozessversetzt zu betreiben, wozu auf die Figur 2 und 3 verwiesen wird. In Figur 2 ist die Anordnung 20 aus Zyklonen 25, 25' verdeutlicht, bei dem durch Rotation bewirkte Fliehkräfte eine Abtrennung der festen Bestandteile erfolgt. Dabei stehen in den einzelnen Prozess-Stufen I, II, III die Bezeichnungen +H2O für Wasserzugabe und -H2O für Wasserentzug sowie +Base für die Zugabe des basischen Desorptionsmittels und -Na3As4O4 für die Wegführung der gebundenen Arsenverbindungen. Im Zyklon sind dann HB+As an Magnetit gebunden. Wird beispielsweise Na2COs und/oder NH4OH und/oder NaOH zugegeben, bildet sich die Verbindung Na3Asθ3/AsO4 in konzentrierter Form, die zur Endlagerung entfernt werden kann.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer magnetischen Separationseinheit dargestellt, deren Grundzüge in anderem Zu- sammenhang aus der einschlägigen Fachliteratur bekannt sind (siehe z.B. P. Komarek, „Hochstromanwendung der Supraleitung", Teubner Studienbücher Physik 1995, Fig. 3.36 auf Seite 215) . Die Trenneinrichtung 30 besteht im Wesentlichen aus einer
Magnetanordnung mit einem durch zwei begrenzende Zylinderwänden 41, 42 ausgebildeten ringförmigen Durchströmkanal für eine strömende Flüssigkeit. Im eingehenden Flüssigkeitsstrom 40 verteilte magnetische Teilchen 5O1 werden darin durch steuer- bare magnetische Gradientenfelder zur äußeren Wand 42 gezogen und am Ausgang der Einheit durch eine Trennblende 43 vom gereinigten Flüssigkeitsstrom 44 getrennt. Die Gradientenfelder werden durch einen Stapel von Magnetspulen 45', 45'', 45''' ... mit Ansteuereinheiten 46', 45'', 46''' ... erzeugt, in dem be- nachbarte Spulen entgegengesetzte Stromrichtungen aufweisen.
Bei der Vorrichtung der angegebenen Literaturstelle werden die Magnetspulen mit Gleichstrom erregt. Dies birgt den Nachteil, dass die magnetischen Teilchen an der Wand der Separa- tionseinheit haften bleiben und nicht durch die Trennblende austreten können. Daher werden in der hier beschriebenen magnetischen Separationseinheit die einzelnen Spulen mit zeitlich veränderlichen Strömen entsprechend den Einheiten 46 erregt, wobei der Strom für ein bestimmtes Zeitintervall zu Null wird, so dass die Magnetteilchen sich nicht an der Wand festsetzen können, sondern durch den Flüssigkeitsstrom zur Trennblende transportiert werden. Die Magnete dienen also zur Aufkonzentration der magnetischen Teilchen in der Nähe der Außenwand des Reaktors, der Flüssigkeitsstrom transportiert die Teilchen zur Trennblende.
Vorstehend wurde anhand von spezifischen Beispielen aufge- zeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als Schadstoffe bzw. Verunreinigungen die Elemente aus der 5. Hauptgruppe des Periodensystems verringert werden können, wobei im Wesentlichen Arsen , Selen bzw. deren Verbindungen betrachtet werden. Auch bestimmte radioaktive Elemente, wie insbesondere Uran (U) oder Cäsium (Cs), und weiterhin zweiwertiges Nickel (Ni2+) oder Ytterbium (Yb) , die im Grundwasser enthalten sein können
Als magnetische Sorbentien werden natürliche Substanzen der aber synthetischen Substanzen verwendet. Dabei werden magnetische Sorbentien Eisen (Fe) -basierte Substanzen vorteilhafterweise verwendet, insbesondere Magnetit (FesC^) oder Maghe- mit (γ-Fe2<03) . Es können modifizierte Sorbentien verwendet werden, z.B. durch ein- oder mehrlagige Oberflächenschichten. Die Sorbentien können durch Zugabe von Desorptionsmitteln vom Schadstoffström getrennt werden. Ein regelbarer Anteil vom abgetrennten Sorbentien-haltigen Teilstrom wieder in den Reaktionsstrom zurückgeführt wird. Es kann sinnvoll sein, dass die aufkonzentrierten Schadstoffströme einer weiteren Behandlung unterzogen werden, bei der entweder der Schadstoff weiter aufkonzentriert, abgetrennt oder als Wertstoff zurück gewonnen wird. Es hat sich gezeigt, dass der Prozess in mehreren Stufen erfolgen sollte. Somit können etwaige verbleibende beladene magnetische Sorbentien in einem 2-ten bis n-ten Prozessschritt entfernt werden. Dabei kann nach jeder Separations- stufe mittels eines Sensors die Konzentrationen der magnetischen Sorbentien einerseits und die Schadstoff-Konzentration andererseits gemessen werden. Beim beschriebenen Beispiel kann der Mischreaktor neben den Zulauf für Prozesswasser, einer Zuführung und/oder einer Rückführung der magnetischen Sorbentien, gegebenenfalls mechanische oder hydrodynamische Mischvorrichtungen haben.
Die magnetische Separation durch ansteuerbare Elektromagnete und/oder Permanentmagnete quer zur Flussrichtung übt Kräfte auf die beladenen magnetischen Sorbentien aus und ermöglicht somit eine Abtrennung aus dem Hauptstrom. Gegebenenfalls verwendete Permanentmagnete können auch mechanisch verschiebbar sein .
Zur kontinuierlichen Abtrennung kann ein Hydrozyklon, ein De- kanter oder eine Zentrifuge verwendet werden. In der Regenerationseinheit können die Sorbentien durch Zugabe von Desorp- tionsmitteln vom Schadstoff getrennt werden. Dabei enthalten die Desorptionsmittel insbesondere NaOH, Ammoniak oder Na- triumcarbonat (Na2CO3) enthalten. Die Regenerationskammer enthält einen Auslass für das Schadstoffkonzentrat (Eluat) und einen Mechanismus zum Rücktransport des regenerierten Sorbens in die Reaktorkammer, wobei eine Neutralisationsstufe der Regenerationskammer und als Neutralisationsmittel eine Säure, z. B. HCl oder eine Säure bildende Flüssigkeit CO2, verwendet wird.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass Schadstoffe und/oder Verunreinigungen können insbesondere im Trinkwasser langfristig gesundheitsschädliche Wirkungen haben. Auch im Prozesswasser sind sie aber unerwünscht. Erfindungsgemäß wird das mit Schadstoffen verunreinigte Wasser mit magnetisch aktivierbaren Sorbentien in Kontakt gebracht und werden die
Schadstoffe und/oder Verunreinigungen von den Sorbentien abgetrennt. Die Sorbentien werden im gleichen Prozessschritt von den Schadstoffen und/oder den Verunreinigungen befreit und in den Arbeitsprozess zurückgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur kontinuierlichen Entfernung von Schadstoffen und/oder Verunreinigungen aus Trink- und/oder Prozesswasser mittels magnetischer oder magnetisierbarer Sorbentien, mit folgenden Verfahrensschritten:
das mit den Schadstoffen verunreinigte Wasser wird mit den Sorbentien in Kontakt gebracht,
- die Sorbentien werden und mit den Schadstoffen und/oder den Verunreinigungen beladen,
die mit den Schadstoffen und/oder den Verunreinigungen beladenen Sorbentien werden mittels einer Magnetanordnung von der Flüssigkeit getrennt,
- die Sorbentien werden von den Schadstoffen und/oder den
Verunreinigungen befreit und in den Reinigungsprozess für die Flüssigkeit zurückgeführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadstoffen bzw. Verunreinigungen Elemente aus der 5.
Hauptgruppe des Periodensystems sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadstoffe bzw. Verunreinigungen Arsen (As), Selen (Se) bzw. deren Verbindungen sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadstoffe bzw. Verunreinigungen andere, an magnetischen Sorbentien haftende Elemente, bspw. Uran (U), Cäsium (Cs), zweiwertiges Nickel (Ni2+) oder Ytterbium (Yb) sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als magnetische Sorbentien natürliche Substanzen verwendet werden .
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als magnetische Sorbentien synthetische Substanzen verwendet werden .
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als magnetische Sorbentien Eisen (Fe) -basierte Substanzen verwendet werden, insbesondere Magnetit (Fe3θ4) oder Maghemit (γ-Fe2<03) .
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass modifiziert Sorbentien verwendet werden, z. B. durch ein- oder mehrlagige Oberflächenschichten.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorbentien durch Zugabe von Desorp- tionsmitteln vom Schadstoffström getrennt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein regelbarer Anteil vom abgetrennten Sorbentien-haltigen Teilstrom wieder in den Reaktionsstrom zurückgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufkonzentrierten Schadstoffströme einer weiteren Behandlung unterzogen werden, bei der entweder der Schadstoff weiter aufkonzentriert, abgetrennt oder als Wertstoff zurück gewonnen wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess in mehreren Stufen erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass etwaige verbleibende beladene magnetische Sorbentien in einem
2-ten bis n-ten Prozessschritt entfernt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach jeder Separationsstufe mittels eines Sensors die Kon- zentrationen der magnetischen Sorbentien einerseits und die Schadstoff-Konzentration andererseits gemessen werden.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 10, umfassend wenigstens einen Mischreaktor (1) für die Aufnahme von verunreinigtem Wasser und eines magnetischen Sorbens, wenigstens eine magneti- sehe Separationseinheit (20) mit einzelnen Magnetfelderzeugern (45, 46) und weiterhin eine Regenerationseinheit (35) zur Abtrennung der aufkonzentrierten Schadstoffe und/oder Verunreinigungen von den Sorbentien und ggf. zur Rückführung der regenerierten Sorbentien in den Mischreaktor (1).
16.Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Sorbentien Eisen (Fe) -basiert sind, z. B. Magnetit (Fe3O4) oder Maghemit (γ-Fe2O3)
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Sorbentien natürlich oder synthetisch gebildet sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorbentien modifiziert sind, z. B. durch ein- oder mehrlagige Oberflächenschichten.
19. Vorrichtung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgrößen kleiner als 10 μm sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgrößen zwischen 0,01 μm und 1 μm betragen.
21. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischreaktor (1) einen Zulauf (2) für Grund- und/oder Prozesswasser, einer Zuführung und/oder einer Rückführung der magnetischen Sorbentien, gegebenenfalls mechanische oder hydrodynamische Mischvorrichtungen und einem Ablauf (3) mit Zuführung zu wenigstens einer mechanischen
Trennvorrichtung (20) und der magnetischen Separationseinheit (30) hat.
22. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Separation durch getrennt ansteuerbare Elektromagnete (45X, 46X) und/oder Permanentmagnete quer zur Flussrichtung Kräfte auf die beladenen magnetischen Sorben- tien ausübt und somit eine Abtrennung aus dem Hauptstrom ermöglicht .
23. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete mechanisch verschiebbar sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 11, mit mehreren Separationsstufen, dadurch gekennzeichnet, dass nach der ersten Separationsstufe (10) im Hauptstrom weitere Separationsstufen angeordnet sind, um etwaige verbleibende beladene magnetische Sorbentien in einem 2-ten bis n-ten Prozessschritt zu entfernen, und wobei nach jeder Separationsstufe (10, 10', 10'', ...) ein Sensor (15, 15', 15'', ...) installiert ist, der die Konzentration der magnetischen Sorbentien und/oder die Schadstoff-Konzentration misst.
25. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass i nach der n-ten/letzten Separationsstufe (10n') das Wasser einem Trink- bzw. Brauchwassersystem, wie insbesondere Tank, Leitung, etc., zugeführt wird.
26. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Reinigungseinheit (19), z. B. durch mechanische Filter, zwischengeschaltet ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach der magnetischen Separationsstufe (30) eine Abtrennstufe (35) angeordnet ist, mit der die abgetrennten, beladenen Sorbentien entwässert werden, wobei das Wasser in den Mischreaktor (1) zurückführbar ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur kontinuierlichen Abtrennung wenigstens ein Hydrozyk- lon (20, 20') vorhanden ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur kontinuierlichen Abtrennung wenigstens ein Dekanter vorhanden ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur kontinuierlichen Abtrennung wenigstens eine Zentrifuge vorhanden ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regenerationseinheit (35) die Sorbentien durch Zugabe von Desorptionsmitteln vom Schadstoff getrennt werden,
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Desorptionsmittel insbesondere Natronlauge (NaOH) ,
Ammoniak (NH4) oder Natriumcarbonat (Na2CO3) enthalten.
33. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerationseinheit (35) einen Auslass für das Schadstoffkonzentrat (Eluat) enthält und einen Mechanismus zum Rücktransport des regenerierten Sorbens in den Mischreaktor (1) .
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Neutralisationsstufe der Regenerationseinheit (35) nachgeschaltet ist, um das Sorbens zu neutralisieren.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die als Neutralisationsmittel eine Säure, z. B. HCl, oder ein Säure-bildendes Fluid, z.B. CO2, verwendet wird.
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