CH615140A5 - Process and plant for reprocessing toxic wastewaters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches I angegebenen Art und umfasst auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Beseitigung von Sondermüll ergeben sich aufgrund der gesetzlichen Vorschriften über die Reinhaltung von Luft und Wasser eine Reihe von Problemen. Während sich für Sondermüll in fester Form wegen der vielfach nicht unbeträchtlichen Mengen an brennbaren Bestandteilen die Verbrennung als geeignete Massnahme herausgestellt hat, die zu einem deponiefahigen Rückstand führt, stellt die Beseitigung von flüssig anfallendem Sondermüll auch heute noch erhebliche Probleme dar. Hierbei ist ferner zu berücksichtigen, dass die Abgase einer Verbrennungsanlage für Müll, insbesondere einer Verbrennungsanlage für Sondermüll, einer Reinigung unterzogen werden müssen, die wegen der vielfach giftigen, gasförmigen Bestandteile im Abgas nur mittels einer Nass-s Gasreinigung der Abgase der Verbrennungsanlage bewirkt werden kann. Hierbei stellt die verbrauchte Waschflüssigkeit fast ausnahmslos ihrerseits einen Sondermüll in flüssiger Form dar, der nicht ohne weiteres in die Vorfluter abgegeben werden kann.

io Während fester Sondermüll in besonders abgedichteten Gruben, wenn auch mit erheblichem Kostenaufwand, deponiert werden kann, ist flüssiger Sondermüll, nachstehend kurz «Abwässer» bezeichnet, praktisch nicht deponiefahig. Man hat bisher derartige Abwässer einer chemischen und/oder physi-iri kaiischen Behandlung unterzogen, die in der Regel darin besteht, saure Bestandteile zu neutralisieren, giftige Verbindungen, insbesondere giftige Salze durch entsprechende chemische Reaktionen in ungiftige Salze umzuwandeln und dann die Abwässer in die Vorflut abzugeben. Wenn auch mit Hilfe 20 der chemisch/physikalischen Behandlung die Giftigkeit derartiger Abwässer beseitigt werden kann, so stellt doch die Einleitung von Flüssigkeiten mit erheblichem Salzgehalt trotzdem eine starke Belastung der Vorfluter dar, die über längere Zeiträume gesehen zu Schäden der Gewässer sowie des Grund-.2;1 wassers führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufbereitung von Abwässern zu schaffen, durch das die in den Abwässern enthaltenen Schadstoffe weitgehend in eine deponiefähige, feste Form überführt und von der Flüssigkeit ;to getrennt werden, während der Flüssigkeitsanteil praktisch frei von Schadstoffen an die Vorfluter abgegeben werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungsarten des Verfahrens sind in den anschliessenden Ansprüchen 2 bis 8 um-;jr) schrieben. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, Abwässer, insbesondere flüssigen Sondermüll enthaltende Abwässer, ohne eine vorherige chemische und/oder physikalische Behandlung aufzubereiten, da die in derartigen Abwässern enthaltenen Schadstoffe zu einem überwiegenden Teil in Form von gelösten Salzen in den Abwässern vorhanden sind und mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens durch Auskristallisieren von der Flüssigkeit getrennt und in einen deponiefähigen Feststoff umgewandelt werden können.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemässen 45 Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass das bei der Teilverdampfung anfallende Kondensat gekühlt und wenigstens zum Teil als Waschflüssigkeit der Nass-Gasreinigung zugeführt wird und dass die aus der Nass-Gasreinigung austretende verbrauchte Waschflüssigkeit den aufzuarbeitenden Abwässern 50 zugemischt wird. Hierdurch wird es möglich, insbesondere wenn die Sprühstation mit Rauchgasen einer Verbrennungsanlage für Sondermüll beheizt wird, die in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe über die Waschflüssigkeit aus dem Gasstrom zu entfernen und ebenfalls in einen deponiefahigen 55 Feststoff niederzuschlagen. Als weiterer Vorteil ergibt sich hier, dass der Wasserverbrauch der Nass-Gasreinigung unmittelbar aus der Wasseraufbereitungsanlage gedeckt werden kann, so dass sich eine erhebliche Entlastung des Wasserhaushaltes ergibt.

so Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Teilverdampfung in wenigstens zwei Stufen durchgeführt wird. In weiterer Ausgestaltung ist hierbei vorteilhaft, wenn bei mehrstufiger Teilverdampfung die erste Verdampfungsstufe durch einen Wärmeträger mit einer Temperatur von ca. 200 bis 300°C, vorzugs-es weise Sattdampf oder Wärmeträgeröl, beheizt wird, während alle weiteren Stufen jeweils mit den Brüden der vorhergehenden Stufe beheizt werden. Hierdurch ergibt sich eine besonders günstige Wärmebilanz, so dass beispielsweise die erste

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Stufe der Abwässerreinigungsanlage durch die in einem Abhitzekessel im Bereich einer Müllverbrennungsanlage erzeugte Wärmeenergie betrieben werden kann. In Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die aufzuarbeitenden Abwässer durch Teil verdampfen auf etwa 20 bis 40%, vorzugsweise 30% Trockensubstanz konzentriert werden. Je nach Ait der überwiegenden in den Abwässern enthaltenen Salze ist auch eine Konzentration bis 60% Trockensubstanz möglich. Ein derartiges Konzentrat ist auf der einen Seite noch in ausreichendem Masse pumpfähig und lässt sich dementsprechend ohne Schwierigkeiten in den heis-sen Rauchgasstrom in ausreichender Zerstäubungsfeinheit versprühen.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass die aufzuarbeitenden Abwässer vor Einleitung in die Verdampferanlage vorgewärmt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die aus der Verdampferanlage austretenden Brüden bzw. das Kondensat vor der Rückkühlung durch die Vorwärmstufe geleitet wird. Hierdurch ergibt sich eine weitere Verbesserung des Wärmehaushaltes der Abwasseraufbereitung.

In Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass das Kondensat aus den Verdampfungsstufen auf etwa 30°C zurückgekühlt wird. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Kondensat in Luftkondensatoren zurückgekühlt wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass durch die Kühlstufe keine erneute Belastung der Umwelt durch eine sogenannte «Kühlturmfahne» auftritt, wie dies bei einer direkten Rückkühlung im Kühlturm der Fall wäre. Die Rückkühlung auf 30°C lässt sich hierbei ohne nennenswerte Schwierigkeiten mit Luft bewerkstelligen, so dass auch durch die Kühlstufe der Wasserhaushalt sowohl hinsichtlich des Wasserverbrauches als auch der Abgabe von aufgewärmtem Wasser an die Vorflut nicht belastet wird. Andererseits reicht im Hinblick auf die Tatsache, dass das Kondensat für den Betrieb der Aufbereitungsanlage selbst im Bereich der Nass-Gas-reinigung wieder verwendet wird, eine Rückkühlung auf 30°C aus.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass das in Luftkondensatoren rückgekühlte Kondensat zusätzlich mit Wasser gekühlt wird. Diese zusätzliche Massnahme ist jedoch lediglich als reine Hilfsmassnahme für die Sommermonate vorgesehen, wenn die Temperatur der zur Verfügung stehenden Kühlluft beispielsweise über24°C liegt und somit die Temperaturdifferenz nicht ausreicht, wirtschaftlich das Kondensat auf die gewünschte Temperatur von 30°C zurückzukühlen. Da jedoch andererseits durch die voraufgegangene Luftkühlung bereits eine nennenswerte Abkühlung des Kondensats erreicht worden ist, lassen sich die entsprechenden mit Wasser betriebenen Kühler ohne «Kühlturmfahne» betreiben, wobei der Wasserverbrauch der zweiten Kühlstufe keine nennenswerte Belastung des Wasserhaushaltes darstellt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein Teil des gekühlten Kondensats einem Brüdenkondensator der Vakuumverdampfungsstufe zugeleitet wird. Hierdurch wird der Kühlwasserbedarf der Vakuumerzeugung aus der Abwasseraufbereitungsanlage selbst gedeckt, was sowohl im Hinblick auf den Wasserhaushalt als auch im Hinblick auf den Energiehaushalt wesentliche Vorteile bietet.

In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass die einzelnen Verdampferstufen entlüftet und diese Gasmengen der Verbrennungsluft der Verbrennungsanlage zugemischt werden. Dies hat den Vorteil, dass in den aufzuarbeitenden Abwässern möglicherweise enthaltene, flüchtige Schadstoffe im Ver-dampfungsprozess ebenfalls aus den Abwässern ausgedampft werden und in der Verbrennungsanlage thermisch zersetzt werden können, wobei die Zersetzungsprodukte durch die nachfolgende Nass-Gasreinigung aus den Abgasen entfernt werden.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfah-g rens ist ferner vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der der Verdampferanlage zuzuführenden Abwässer entsprechend seiner Zusammensetzung neutralisiert oder entgiftet wird. In weiterer Ausgestaltung ist hierbei vorgesehen, dass nach der Neutralisation, falls notwendig, eine chemische und/oder physika-io lische Fällung erfolgt, wobei die Fällungsprodukte mit einem Flüssigkeitsteilstrom unmittelbar der Sprühstation zugeleitet werden. Ein derartiger Verfahrensschritt ist dann vorgesehen, wenn bestimmte Abwasserteilströme Abwässer einer Zusammensetzung enthalten, die stark korrosiv wirken und ohne i5 Neutralisation zu Schäden in der Aufbereitungsanlage führen würden. Sofern durch den Einfluss des Neutralisationsmittels Verbindungen entstehen, die entweder in der Vorwärmstufe oder in der Verdampferanlage selbst in Form harter Ablagerungen sich an den Wärmetauscherflächen niederschlagen 20 würden, ist es zweckmässig, diese Verbindungen vorher auszufällen und direkt der Sprühstation zuzuführen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch die Merkmale des Anspruches 9. Eine vorteilhafte 25 Ausführungsart der Anlage ist im Anspruch 10 umschrieben.

Die Erfindung wird anhand des Fliessschemas einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens näher erläutert.

Fester Müll sowie brenn- und/oder unbrennbare Flüssig-30 keiten enthaltende, Giftstoffe aufweisende Abfälle werden bei Pfeil B einer Verbrennungsanlage 1 aufgegeben und dort verbrannt. Die Wärmeenergie der heissen Verbrennungsgase wird in einem Abhitzekessel 2 umgesetzt und die Verbrennungsgase anschliessend über einen Elektrofilter 3 weitgehend 35 von den Aschebestandteilen befreit.

Parallel zur Verbrennungsanlage ist eine Aufbereitungsanlage für Abwässer installiert, die im wesentlichen aus einem Vorwärmer 4, einer mehrstufigen Verdampferanlage 5, einem Sprühturm 6, einem Feststoffabscheider 7 sowie einem Nass-40 Gasreiniger 8 besteht. Die einzelnen Stufen der Verdampferanlage sind hierbei als sogenannte Zwangsumlaufverdampfer ausgebildet, die jeweils einen dampfgespeisten Wärmetauscher 9, 10 zum Aufheizen der Flüssigkeit sowie einen nachgeschalteten Verdampfer 11, 12 aufweist, wobei jeweils der Wär-45 metauscher 9 bzw. 10 und der Verdampfer 11 bzw. 12 über eine nicht näher dargestellte Pumpe im Kreislauf betrieben werden können, so dass ein Teil der Flüssigkeit mehrfach im Kreislauf in jeder Stufe zwischen Wärmeaustauscher und Verdampfer geführt werden kann.

50 Der Vorwärmer 4 sowie die Verdampferanlage 5 sind so miteinander geschaltet, dass die bei A im Vorwärmer 4 zugeführten Abwässer zunächst den Wärmetauscher 9 und dann den Verdampfer 11 durchströmen, wobei aus dem Verdampfer 11 jeweils ein Teil der Flüssigkeit in den Wärmetau-55 scher 9 zurückgeführt wird, während der andere Teil aus dem Verdampfer 11 in den Wärmeaustauscher 10 der zweiten Verdampferstufe eingeleitet wird. Die zweite Wärmeaustauscherstufe ist in bezug auf die Strömung der aufzuarbeitenden Abwässer wie die erste Stufe ausgebildet. Aus dem Verdampfer 60 12 wird die entsprechende Teilmenge in den Sprühturm 6 eingeleitet, wo sie unter Zugabe von Pressluft (Kompressor 13) in einen heissen Gasstrom versprüht wird. Der heisse Gasstrom wird hierbei durch den vom Elektrofilter 3 der Verbrennungsanlage kommenden Abgasstrom gebildet.

es Die Aufheizung erfolgt im Vorwärmer 4 und in der ersten Verdampferstufe 11 durch die vom Abhitzekessel 2 gelieferte Wärmeenergie, beispielsweise Sattdampf von 22 ata. Die Beheizung der zweiten Verdampferstufe 12 erfolgt durch die

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Brüden der ersten Verdampferstufe, wobei die zweite Verdampferstufe als Vakuumverdampfer ausgebildet ist und dementsprechend über die Rohrleitung 14 und einen Kondensator 15 mit einer Vakuumpumpe 16 in Verbindung steht. Das aus den Wärmetauschern 9 und 10 austretende heisse Kondensat wird zunächst zum Vorwärmer 4 und von da zu einer luftgekühlten Kühleinrichtung 17 geführt und dort zurückgekühlt. Der Kühlkreislauf wird unten noch näher erläutert werden.

Das Verfahren arbeitet nun wie folgt: Die bei Pfeil A in den Vorwärmer 4 eingeleiteten aufzubereitenden Abwässer werden zunächst mit Hilfe von Sattdampf und heissem Kondensat vorgewärmt und dann in den Wärmetauscher 9 der ersten Stufe der Verdampferanlage eingeleitet. Dort wird unter weiterer Aufheizung ein Teil der Abwässer weiter aufgeheizt, so dass durch die eintretende Teilverdampfung im Verdampfer 11 eine Konzentration der Flüssigkeit stattfindet. In dem dargestellten Schema sind lediglich zwei Verdampferstufen gezeigt, während in der Praxis bis zu vier oder fünf Verdampferstufen verwendet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die letzte Verdampferstufe 12 als Vakuumverdampfer ausgebildet. Die jeweils aus dem Verdampfer der nachfolgenden Stufen abgezogene, immer stärker konzentrierte Flüssigkeit, die beispielsweise bis auf 30% Trockensubstanz konzentriert wird, wird aus dem Verdampfer 12 der letzten Verdampferstufe abgezogen und im Sprühturm 6 in den heissen Rauchgasstrom gesprüht. Hierbei erfolgt die vollständige Verdampfung der Flüssigkeit, so dass die in dem Konzentrat enthaltenen Feststoffe sowie die gelösten Salze in fester Form anfallen. In der nachgeschalteten Feststoffabscheideanlage 7 werden die Feststoffe aus den heissen Gasen (ca. 180°C) abgeschieden, Pfeil D, und deponiefähig verpackt. Die in den von der Verbrennungsanlage 1 kommenden Abgasen enthaltenen Schadstoffe schlagen sich zum Teil bereits im Sprüh türm 6 auf den ausfallenden Feststoffen nieder und werden zusammen mit diesen aus dem Abgas entfernt. Gleichzeitig werden die heissen Rauchgase nahezu vollständig gesättigt, so dass der Verbrauch an Waschflüssigkeit in dem nachfolgenden Nass-Gas-reiniger 8 reduziert werden kann. Je nach Art der zu erwartenden Zusammensetzung der Abgase aus der Verbrennungsanlage ist die Nass-Gasreinigungseinrichtung 8 mehrstufig ausgebildet, so dass praktisch alle in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe durch den Einsatz entsprechender Zusätze zur

Waschflüssigkeit aus den Abgasen entfernt und die Abgase somit unmittelbar ins Freie abgelassen werden können (Pfeil 24).

Aus dem Fliessschema ist ferner die besonders günstige s Wasserwirtschaft ebenfalls zu ersehen. Hierbei wird das aus dem Vorwärmer 4 ab fliessende Kondensat in der luftgekühlten Kühleinrichtung 17 auf etwa 30°C zurückgekühlt. Das abgekühlte Kondensat wird dann zu einem Teil als Waschflüs-sigkeit der Nass-Gasreinigungseinrichtung 8 zugeführt und io zum Teil als Kühlflüssigkeit der Vakuumerzeugungsanlage 15, 16 verwendet. Sowohl das aus dem Kondensator 15 der Vakuumerzeugungsanlage abfliessende Kondensat 18 als auch die aufgeheizte Kûhlflûssigkèit 19 werden der luftgekühlten Kühleinrichtung 17 wieder zugeführt.

i5 Falls in den Sommermonaten die Lufttemperatur 24°C übersteigt, reicht der Luftkühler nicht mehr in vollem Umfang aus, so dass eine flüssigkeitsgekühlte Kühleinrichtung 20 über einen Bypass der luftgekühlten Kühleinrichtung 17 nachgeschaltet ist, durch die ganz oder teilweise das aus der luftge-20 kühlten Kühleinrichtung 17 austretende gekühlte Kondensat abgekühlt werden kann. Ein Teil des gekühlten Kondensats kann als Zusatzflüssigkeit für eine chemisch und/oder physikalisch arbeitende Neutralisations- und/oder Entgiftungsanlage zur Behandlung von Teilströmen (Pfeil AI) besondersgif-25 tiger oder besonders korrosiv wirkender Abwässer verwendet werden, die in einer entsprechenden Anlage 21 vor der Einleitung (Pfeil C) in den Vorwärmer 4 gesondert aufbereitet werden. Der in der Anlage selbst nicht benötigte Teil des gekühlten Kondensats kann dann an den Vorfluter abgegeben wer-30 den (Pfeil 22).

Die über die Vakuumerzeugungsanlage 15, 16 sowie entsprechende Entlüftungsleitungen 23,24 aus der Verdampferanlage 5 abgezogenen Gase, die im Hinblick auf die Vielfalt der zur Verbrennung gelangenden Produkte einerseits und 35 flüchtiger Bestandteile in den aufzubereitenden Abwässern andererseits in der Verdampferanlage 5 in Gas- oder Dampfform vorliegen, werden gesondert abgezogen und der Verbrennungsluft 25 der Verbrennungsanlage 1 zugemischt, wo sie je nach Art thermisch aufgespalten, oxydiert oder mit an-40 deren Bestandteilen der Verbrennungsprodukte zur Reaktion gebracht werden und somit ebenfalls in «aufbereiteter» Form in den Abgasstrom gelangen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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1. Verfahren zur Aufbereitung von gifthaltigen Abwässern, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwässer durch Verdampfen eines Teils der Flüssigkeit konzentriert werden, dass das Konzentrat in einen heissen Gasstrom zur vollständigen Verdampfung der restlichen Flüssigkeit versprüht wird, und dass die aus der Sprühstation austretenden Abgase zunächst durch Feststoffabscheider, dann durch eine Nass-Gasreinigung geführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der heisse Gasstrom, mit welchem die Sprühstation beaufschlagt wird, einer Verbrennungsanlage entnommen wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Teil verdampfung anfallende Kondensat gekühlt und wenigstens zum Teil als Waschflüssigkeit der Nass-Gasreinigung zugeführt wird, und dass die aus der Nass-Gasreinigung austretende, verbrauchte Waschflüssigkeit den aufzuarbeitenden Abwässern zugemischt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrstufiger Teilverdampfung die erste Verdampferstufe durch einen Wärmeträger mit einer Temperatur von 200 bis 300°C, vorzugsweise Sattdampf oder Wärmeträgeröl, beheizt wird, weitere Stufen jeweils mit den Brüden der vorhergehenden Stufen beheizt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aufzuarbeitenden Abwässer durch Teil verdampfen auf etwa 20 bis 40% Trockensubstanz konzentriert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des gekühlten Kondensats einem Brüdenkondensator der Vakuumverdampfungsstufe zugeleitet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Verdampfungsstufen entlüftet und die abgezogenen Gasmengen der Verbrennungsluft der Verbrennungsanlage zugemischt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Verdampfungsanlage zuzuführenden Abwässer neutralisiert oder entgiftet wird, und dass nach der Neutralisation eine chemische und/ oder physikalische Fällung erfolgt, wobei die Fällungsprodukte mit einem Flüssigkeitsteilstrom unmittelbar der Sprühstation zugeleitet werden.

9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ein- oder mehrstufige Verdampferanlage (5), deren Konzentratsabzug mit einem Sprühturm (6) in Verbindung steht, der eine Heissgaszufuhr aufweist und dessen Abgasleitung über einen Feststoffabscheider (7) mit einer Nass-Gasreinigungseinrichtung (8) verbunden ist.

10. Anlage nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung (17, 20) für das bei der Teilverdampfung anfallende Kondensat.