CH628865A5 - Verfahren zur regenerierung von ein synthetisches waschmittel enthaltendem schmutzwasser und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens. - Google Patents
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Description
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung von ein synthetisches Waschmittel enthaltendem Abwasser, d.h. Schmutzwasser, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es wurden bereits viele Versuche unternommen, Waschabwasser zu regenerieren, da Wasser teuer und überdies in vielen Gegenden nur in begrenzten Mengen vorhanden ist. Vor der Verwendung von synthetischen Detergentien, wie etwa den Arylalkylsulfonaten und den nichtionischen Detergentien, wurden in den Wäschereien Seifen der Fettsäuren, gewöhnlich Natriumoleat, Natriumstearat, Natriumpalmitat und anderer Fettsäuren, in Form der Natrium- oder Kaliumsalze verwendet. Seifenhaltiges Waschwasser konnte durch Neutralisation des alkalischen Wassers, beispielsweise mittels Aluminiumsulfat, unter Abtrennung der Fettsäuren, der Aluminiumseifen und von Aluminiumhydroxid rückgewonnen werden.
Bei den synthetischen Detergentien, wie etwa bei den Na-triumalkylarylsulfonaten mit 12 C-Atomen und den nichtionischen Detergentien, wie etwa den äthoxylierten Alkoholen, sind die vorerwähnten Methoden der Wasserregenerierung unwirksam. Die Metallsalze der organischen Sulfonate und Sulfate sind alle wasserlöslich. Die auf Karbonat und Alaun reagierenden Chemikalien werden durch Ausflockung unlöslich, die Klärung ist jedoch langsam und unvollständig, da die synthetischen Detergentien aktiv bleiben und die Schmutzteilchen und unlöslichen Chemikalien suspendiert halten.
Bei der Reinigung durch Ultrafiltration gelangen die synthetischen Detergentien in das abfliessende Wasser, so dass dieses nicht mehr den Erfordernissen entspricht. Im Zuge der elektrochemischen Reinigung können die Bindungen zwischen den synthetischen Detergentien und dem Wasser nicht in zufriedenstellender Weise aufgebrochen werden, so dass das abfliessende Wasser zu «schaumig» ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerierung von ein synthetisches Waschmittel enthaltendem Abwasser und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die rasch und billig arbeiten und eine Abtrennung der einer die synthetischen Detergentien enthaltenden Emulsion bewirken. Der Apparateaufwand ist hiebei minimal und billig, das Abflusswasser ist mit Industrienutzwasser vergleichbar. Im erfindungsgemässen Verfahren wird die Wärme durch Kreislaufführung in Form von Warmwasser rückgewonnen, wodurch Brennstoflkosten eingespart werden.
Die Zeichnung zeigt eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung. Während der Durchführung des Verfahrens wird ein chemisches Mittel, vorzugsweise eine geringe Menge eines wasserunlöslichen, oberflächenaktiven Öls, d.h. eine organische Säure mit hohem Molekulargewicht oder dessen Salz eines Metalles der Gruppe 2 des Periodensystems, in das Abwasser eingespritzt. Als Säure wird eine solche der Gruppe der Sulfonsäuren und deren Roh-säuren-Nebenprodukt, Phosphorsäuren, Alkylphenolate und Carbonsäuren mit mehr als 20 C-Atomen, wie etwa 20-40 C-Atomen, verwendet. Diese Stoffe werden als oberflächenaktive Mittel bezeichnet. Diese bilden, durch Rühren unterstützt, mit den synthetischen Detergentien eine Emulsion. Das Verfahren kann absatzweise durchgeführt werden, jedoch wird vorzugsweise eine kontinuierliche Arbeitsweise angewendet, welche durch die durch das Verfahren erzielbare rasche Trennung ermöglicht wird. Das Volumen an eingesetztem oberflächenaktivem Mittel kann variieren, wird jedoch gewöhnlich auf das im Wasser vorhandene Detergens mit einem Faktor von etwa 0,20:1 bis 100:1 bezogen (die Emulsion kippt beim höheren Wert um). Ein vorteilhaftes Verhältnis ist 1 Gew.-Teil oberflächenaktives Mittel zu 2 Gew.-Teilen synthetischem Detergens. Bei der Behandlung eines Gemisches vom Wäschereiabwasser und Schwemmwasser werden gewöhnlich etwa 100 bis 250 mg oberflächenaktives Mittel pro 11 Wasser verwendet. Wird zu wenig oberflächenaktives Mittel eingesetzt, so ist die später erzeugte Flockimg nicht mehr zusammenhängend, so dass sie sich nicht rasch und vollständig vom Wasser abtrennt. Zur Herabsetzung der Kosten ist es zweckmässig, gerade so viel oberflächenaktives Mittel zuzusetzen, dass eine zusammenhängende Flockung entsteht.
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Die gebildete Emulsion kann mittels bekannter Flok-kungsmittel, wie z.B. Alaun, Zinkchlorid, Eisenchlorid oder Kombinationen hiervon mit Polyelektrolyten, oder durch elektrochemische oder Ultrafiltrationsmethoden gebrochen werden. In jedem Falle wird das synthetische Detergens zuerst vom oberflächenaktiven Mittel durch Co-Löslichkeit aufgenommen. Beim Brechen der Emulsion wird das synthetische Detergens vom oberflächenaktiven Mittel abgetrennt.
Zum Brechen der Emulsion kann Alaun (Aluminiumsulfat) verwendet werden. Die entsprechend verdünnte Alaunlösung wird in die Emulsion eingespritzt. Durch den Alaun werden die Alkaliminerale (z.B. Natriumcarbonat und -Silikat), die durch die das synthetische Detergens enthaltende Zusammensetzung eingebracht wurden, neutralisiert. Es wird genügend Alaun zugesetzt, um das Wasser schwach sauer zu machen, z.B. auf einen pH-Wert von etwa 5 bis 6,5 zu bringen. Bei diesem pH-Wert bildet sich bei Gegenwart von Carbonaten ein gelatinöser Niederschlag von Aluminiumoxid, der Farbstoffe und andere Verschmutzungen adsorbiert. Durch die Bildung von Aluminiumhydroxid wird die Emulsion des oberflächenaktiven Mittels gebrochen. Die kolloidalen Teilchen von oberflächenaktivem Mittel, angelagertem Öl, synthetischem Detergens und Aluminiumoxid bilden die vorerwähnte Flockung.
Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst zweckmässig einen Komplex chemischer und physiochemischer Reaktionen. Die Behandlung des Waschmittels durch das chemische Mittel, vorzugsweise die Adsorption des synthetischen Detergens mit dem zugesetzten oberflächenaktiven Mittel auf Ölbasis durch Co-Löslichkeit oder covalente Bindung, ist hiebei das wichtigste.
Geeignete Sulfonsäuren können hergestellt werden, indem man eine Schmierölfraktion der Erdöldestillation mit Oleum oder S03 oder mit einem Alkylbenzol, wie z.B. Benzol, das mit Butylendimer oder -trimer alkyliert ist, sul-foniert. In der US-PS 2 746 980 sind entsprechende Herstellungsverfahren beschrieben. Eine geeignete Ölfraktion hat ein Molekulargewicht von 400 bis 600 und ist gelb bis rot gefärbt. Eine für diese Zwecke verwendete Fraktion ist unter der Bezeichnung 480 Neutralöl bekannt.
Nach der Sulfonierung kann das Öl vom Säureschlamm abgetrennt und die Sulfonsäuren mit Alkohol und Wasser extrahiert und hierauf mit Kalk zwecks Bildung der Kalziumseife neutralisiert werden. Die Sulfonsäure kann auch mit Natriumhydroxid unter Bildung der Natriumseife neutralisiert werden, die man sodann mit wässerigem Alkohol aus dem Öl extrahiert und sodann durch doppelte Umsetzung mit einem Halogenid eines Metalles der Gruppe 2 des Periodensystems in das entsprechende Salz eines Metalles dieser Gruppe, wie Kalzium, Barium oder Magnesium, überführt. Das so erhaltene Sulfonat enthält gewöhnlich 50 bis 60 Gew.-% nichtsulfoniertes Erdöl-Kohlenwasserstofföl. Um den Sulfonatgehalt auf 15 bis 30% herabzusetzen und damit die Kosten zu reduzieren, kann eine nichtflüchtige Erdölfraktion, wie etwa Weissöl 60 (Pale-Oil 60) entfärbtes Kerosin oder «Iso-par M» (TM), eine geruchlose, bei 210 bis 250°C siedende Erdölfraktion mit einem Flammpunkt oberhalb 75 °C, zugesetzt werden. Der Zusatz von etwa 1 bis 5 Gew.-% eines viskosen Polybutens mit hohem Molekulargewicht vermittelt der resultierenden Flockung Klebrigkeit.
Es können auch andere oberflächenaktive Mittel in üblicher Weise hergestellt werden. Diese oberflächenaktiven Mittel sind vorzugsweise auf Grund ihres stark lipophilen Charakters öllöslich. Die oberflächenaktiven Mittel haben einen hydrophil-lipophilen Ausgleichswert (HLB) von weniger als 1 auf einer Skala, in der der HLB des Waschmittels einen Wert von mehr als 20 hat. Der Ausdruck «oberflä10
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chenaktives Mittel» umfasst auch ein dem Abwasser zugesetztes verdünntes oberflächenaktives Mittel.
Beispiel
95 1 heisses Wasser (etwa 60°C) wurden in einer Waschmaschine mit 100 g eines Waschmittels der folgenden Zusammensetzung versetzt:
Natriumalkylarylsulfonat 20%
Natriumcarbonat 25%
Natriummetasilikat 6%
Aufheller 1 %
Carboxymethylcellulose 1 %
Wasser 47%
Es wurden 4,5 kg Schmutzwäsche in die Waschmaschine hineingegeben und 30 min lang gewaschen. Das Abwasser wurde von der Wäsche abgeschleudert und die Wäsche mit 951 frischem Wasser geschwemmt. Hierauf wurde das Schwemmwasser von der Wäsche abgeschleudert und mit dem Waschabwasser vereinigt. Der Waschvorgang wurde so oft wiederholt, bis 20001 Abwasser angefallen waren. Das Wasser enthielt pro Liter etwa 150 mg des Alkylarylsul-fonats.
Dieses Abwasser wurde sodann mit einer Kreiselpumpe in einer Menge von 1701/min mit 250 mg/1 (44 g/min) oberflächenaktivem Mittel (eine 25%ige Lösung von neutralem Kalziumsulfonat mit hohem Molekulargewicht) umgepumpt. Durch die Pumpe wurden das Wasser und das oberflächenaktive Mittel emulgiert und in ein Reaktionsgefäss mit 3001 Inhalt gepumpt, das durch Einblasen von Luft unter einen Druck von etwa 1,4 at gesetzt wurde. In die die Pumpe verlassende und in das Reaktionsgefäss eintretende Emulsion wurde eine 20%ige Alaunlösung (150 g/min) eingemessen. Die Zusatzgeschwindigkeit des Alauns wurde durch eine auf ein zur Ermittlung des pH-Wertes des Wasser im Reaktionsgefäss angeordnetes pH-Meter ansprechende Pumpe derart gesteuert, dass der pH-Wert zwischen etwa 5 und 6,5 lag. Die Verweilzeit im Kessel betrug etwa Vi bis 2 min.
Das das Reaktionsgefäss verlassende Wasser floss durch ein Druckentlastungsventil zu einem Flockabscheider. Die gelöste Luft wurde aus dem Wasser freigesetzt und die Flockung flotierte auf die Oberfläche als pastose zusammenhängende Schicht mit 80-90% Wassergehalt. Die Flockung wurde durch Abstreichen der Wasseroberfläche entfernt. Um eine Turbulenz zu vermeiden, wurde in den Abscheider keine nichtgelöste Luft eingeführt. Das klare, regenerierte Wasser wurde vom Boden des Abscheiders abgezogen und hatte folgende Analyse:
Suspendierte Feststoffe Gelöste Feststoffe Bakterien (Kultur) Virus
Geruch (Geruchstest) pH
Härte Weichheit (Alauntest) Klarheit (Nephelometer) Farbe
Schwermetalle Quecksilber
5 PPM
1,5% Maximum keine keine keine
6-7
keine
.005%
klar wasserhell 2 PPM keines
Gemäss der Zeichnung wird ein Tank 11 über eine Wasserleitung 10 gespeist. Der Tank 11 besitzt ein Volumen (z.B. 20001), welches einen Ausgleich der Zufuhr ermöglicht, die mit der Entleerung der Waschmaschinen variieren kann. Das Wasser fliesst vom Tank 11 über eine Leitung 12 und durch ein Rückschlagventil 13, welches ein Zurückfliessen in den Tank verhindert. Hierauf strömt das Wasser durch eine
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Pumpe 14, eine Leitung 15, eine Kreiselpumpe 16 und eine Leitung 17 in ein Reaktionsgefäss 18, welches ein Fassungsvermögen von gewöhnlich 200-4001 hat, so dass eine Verweilzeit von etwa 0,5-5 min erreicht wird. Gewöhnlich ist eine Minute ausreichend.
Das Wasser wird in einer Menge von etwa dem Zwei- bis Zehnfachen der Fliessgeschwindigkeit aus dem Tank 11 im Kreislauf geführt, wobei das im Kreislauf geführte Wasser vom oberen Teil des Reaktionsgefässes 18 aus über die Leitung 15 und eine Leitung 19 zur Eintrittsseite der Kreiselpumpe 16 strömt. Über eine Leitung 20 und ein Dosierventil 21 wird Luft eingeblasen, um das Wasser mit Luft zu sättigen. Das oberflächenaktive Mittel wird der Eintrittsseite der Pumpe 14 aus einem Tank 22 über eine Dosierpumpe 23 und eine Leitung 24 zugeführt. In den Pumpen 14 und 16 wird das oberflächenaktive Mittel mit dem Wasser emul-giert. Es wird etwa 11 oberflächenaktives Mittel je 40001 Wasser eingesetzt.
Über eine Leitung 25 wird aus einem Tank 26 mittels einer Pumpe 27 eine 20%ige Alaunlösung zugesetzt. Wenn angenommen eine fünffache Umlaufgeschwindigkeit gewählt wird, so beträgt die Zusatzgeschwindigkeit des Alauns etwa 174 mg Alaun/1 Wasser, enthaltend etwa 265 mg Detergens/ 1. Der Alaun koaguliert die im Wasser enthaltenen Seifen und Detergentien, wobei Aluminiumhydroxid und Alaunseifen als adsorbierende Flockung ausfallen, die auf die Oberfläche des Reaktionsgefässes 18 schwimmt. Die Flok-kung wird mit Luft und Wasser zur Kreiselpumpe 16 rückgeführt. In den Leitungen 15 und 17 werden weiteres oberflächenaktives Mittel und Alaun zugesetzt.
Das System, umfassend das Reaktionsgefäss 18, die Kreiselpumpe 16 und die Leitungen 15, 17,19, wird durch die Pumpe 14 unter Druck gesetzt, um die Luft im Wasser und in der dispergierten Flockung zu lösen. Es wird ein Druck von etwa 1 atü, wie z.B. 0,65-1,4 atü, angewendet. Die Pumpe 14 kann eine Kreiselpumpe oder andere, mit einem federbelasteten Bypass ausgerüstete Pumpe sein. Eine hohe Umlaufgeschwindigkeit und Verweilzeit erhöhen die Löslichkeit der Luft.
Das Wasser strömt aus dem Reaktionsgefäss 18 über eine Leitung 28 zu einem Schaumabscheider 29, der aus einem rechteckigen Tank besteht. Im Schaumabscheider 29 wird der Druck entlastet, wobei die Luft kleine Blasen bildet, welche die dispergierten Feststoffe und Öle umschliessen und sie zusammen mit der Flockung an die Oberfläche befördern. Das klare Wasser befindet sich sodann über dem Boden. Der Auslass des Reaktionsgefässes 18 befindet sich an einer mittleren Stelle desselben hinter einer Stauplatte 18A zur Verhinderung des Entweichens von Luft. Stauplatten 30 im Schaumabscheider 29 verhindern die Wirbelbildung. Die Strömung durch die Leitung 28 wird durch ein Diaphragmaventil 31 und ein pH-Meter 32 gesteuert. Das pH-Meter 32 ermittelt den pH-Wert des Wassers in der Leitung 19. Wenn der pH-Wert über 6,5 ansteigt, drosselt das Diaphragmaventil 31 den Fluss durch die Leitung 28, bis durch den Alaunzusatz über die Leitung 25 der pH-Wert wieder auf einen Bereich von 5-6,5 gebracht ist.
Im Schaumabscheider 29 fliesst die Flockung über einen Ablauf 33 über. Ein wandernder Abstreicher 34 zwingt die Flockung, durch eine Rinne 35 zum Auslass zu wandern. Das Niveau der Flockung wird durch einen Schwimmer 36 in einem Behälter 37 gesteuert, welcher über eine Leitung 38 mit dem Schaumabscheider 29 in Verbindung steht. Ein Ventil 39 wird durch den Schwimmer 36 über einen Stab 40 betätigt. Das Wasser strömt durch eine Leitung 41 und eine Pumpe 42 zu einem Filter 43. Der Filter 43 ist ein Gewebe oder ein offenzelliges Filtermaterial oder auch ein Sandfilter, um allfallig übergelaufene oder restliche Flockung zu entfernen. Vom Filter 43 aus strömt das Wasser zu einem Aktivkohle- oder Holzkohlefilter 44, wo Gerüche, Ölspuren, Farbstoffe, Kohlenwasserstoffe oder andere, organische Verunreinigungen adsorbiert werden. Das geklärte Wasser strömt über eine Leitung 45 zu seiner Wiederverwendung in die Wasserzuleitung. Das Wasser kann wärmesterilisiert und/oder desinfiziert werden, wie beispielsweise unter Verwendung von Ozon, Chlor oder ultraviolettem Licht.
Im erfindungsgemässen Verfahren können auch andere Methoden und Einrichtungen verwendet werden. Das pH-Meter kann beispielsweise die Alaun fördernde Pumpe 27 betätigen, um die Säure im Reaktionsgefäss 18 zu steuern. Das Reaktionsgefäss 18 kann weiters so gefahren werden, dass am Kopf beispielsweise mit einer Spriihdüse eingesprüht und vom Boden zum Kopf rückgeführt wird. Das Niveau im Reaktionsgefäss 18 kann an einer Mittelstelle mit einem Schwimmerventil gesteuert werden. Die Steuerung des Niveaus im Schaumabscheider 29 kann durch ein mit dessen Boden in Verbindung stehendes Wehr erfolgen.
Für die Abscheidung können die Molekularfiltration (Ultrafiltration oder umgekehrte Osmose) und elektrochemische Einrichtungen eingesetzt werden. Bei Anwendung der Ultrafiltration (U/F) oder der umgekehrten Osmose (R/O) wird der organische Elektrolyt entfernt. Durch U/F und R/ O wird nur ein Bruchteil von Detergensmolekülen mit hohem HLB, die als kolloidale Lösung dispergiert sind, zurückgehalten. Das oberflächenaktive Mittel mit niedrigem HLB bildet mit dem Detergens Mycelien und ist nicht weiter dispergiert. Diese Mycelien sind nicht mehr an der Oberfläche der U/F oder R/O-Membrane zugegen und das Permeat hat eine geringere Konzentration zu Detergens.
Bei Anwendung elektrochemischer Massnahmen kann gegebenenfalls ein anorganischer Elektrolyt verwendet werden. Im Falle der Verwendung eines Elektrolyten werden zur Behandlung des geflockten Wassers eine Kohlekathode und eine Edelmetallanode eingesetzt. Wird kein Elektrolyt verwendet, so werden eine Aluminiumanode und eine Kohlekathode eingesetzt. Beim Durchleiten eines Stromes durch die Emulsion, bestehend aus oberflächenaktivem Mittel und Abwasser, reagieren die gebildeten Aluminiumionen mit den Mycelien aus oberflächenaktivem Mittel und Detergens, um die Emulsion zu brechen. Der gebildete Wasserstoff und Sauerstoff tragen die koaleszierten Mycelien nach oben zur Oberfläche.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
- 628 8652PATENTANSPRÜCHE1. Verfahren zur Regenerierung von ein synthetisches Waschmittel enthaltendem Schmutzwasser, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (10,11,12,13) zur Anlieferung des Schmutzwassers verwendet werden, wobei dem Schmutzwasser ein chemisches Mittel zur Behandlung des synthetischen Waschmittels zugesetzt wird, sowie dass Mittel (29, 30, 33, 34) zur Abführung des synthetischen Waschmittels und des chemischen Mittels eingesetzt werden.
- 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen (10,11, 12,13) zur Anlieferung des Schmutzwassers, durch Einrichtungen zum Zuführen eines chemischen Mittels zur Behandlung des synthetischen Waschmittels sowie durch Einrichtungen (29, 30, 33, 34) zur Abführung des synthetischen Waschmittels und des chemischen Mittels.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das chemische Mittel wasserunlöslich ist.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das chemische Mittel dem Schmutzwasser in einer Verdünnung von 50 bis 5000 Teilen pro 1 Million Teilen Wasser beigegeben wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung des chemischen Mittels und des synthetischen Waschmittels aus dem Wasser durch Aufbrechen der Emulsion aus Wasser und chemischem Mittel sowie synthetischem Waschmittel erfolgt.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das chemische Mittel und das synthetische Waschmittel aus dem Wasser als hydrophobe Flocken entfernt werden.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (11,13, 14, 15,16, 17,18,19, 31, 32) zur Durchführung der Reaktion zwischen dem synthetischen Waschmittel und dem chemischen Mittel zur Behandlung des Waschmittels vorgesehen sind.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (26, 27,25) zur Zuführung eines weiteren chemischen Mittels zur Behandlung des Schmutzwassers vorgesehen sind.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Einrichtungen (29, 30, 33, 34, 35; 36,37, 38, 39,40,41,42,43,44,45) zur Wiedergewinnung des chemischen Mittels und des behandelten Wassers aufweist.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (20,21) zur Einleitung von Luft in das die chemischen Mittel zur Reaktion enthaltende Schmutzwasser vorgesehen sind.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (29, 33, 34, 35) zur Ausflockung und Abscheidung des Schmutzwassers sowie zur Reagierung des chemischen Mittels vorgesehen sind sowie dass Einrichtungen (41,42,43,44,45) zur Reinigung des abfliessenden Wassers vorhanden sind.
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