DE2462995C2

DE2462995C2 - Verfahren zum Reinigen von verschmutztem Grund- und Trinkwasser

Info

Publication number: DE2462995C2
Application number: DE2462995A
Authority: DE
Inventors: Rolf G. Himmelreich; Kurt Dipl.-Chem. Dr. 6718 Grünstadt Knoevenagel
Original assignee: CF Spiess and Sohn GmbH and Co
Current assignee: CF Spiess and Sohn GmbH and Co
Priority date: 1974-02-23
Filing date: 1974-02-23
Publication date: 1984-10-11

Description

In DE-OS 23 00 273 ist eine Vorrichtung für Photoreaktionen beschrieben, die für die Tertiärbehandlung von Abwasser bestimmt ist. Darin wird eine Oxydation unter Verwendung von Ultraviolettstrahlung zusammen mit verschiedensten Oxydationsmitteln, Katalysatoren oder Photosensibilisatoren ausgeführt. Nahe des Bodens der Vorrichtung ist eine Gaszufuhreinrichtung vorhanden, um durch Einblasen von Gas die Bildung von Schmutzablagerungen auf den Hüllen der Lichtquellen zu verhindern und die Oxydationsreaktion zu unterstützen.

Aus FR-PS 21 58 714 ist ein Verfahren zur Entfernung von Phenolen aus Wasser bekannt, bei dem zur Unterstützung des Abbaus ein Photosensibilisator zugesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung von verschmutztem Grund- oder Trinkwasser zu schaffen, mit dem insbesondere organische Substanzen beseitigt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß den Patentansprüchen.

Völlig überraschend wurde gefunden, daß sich in geringen Mengen vorhandene Stoffe, die sich aus verschiedenen Gründen als besonders störend erwiesen haben, dadurch beseitigen lassen, daß man die Schmutzstoffe durch Verteilen des Grund- oder Trinkwassers über eine große Oberfläche bei gleichzeitiger Einwirkung von Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Gases und von Licht mit einer Wellenlänge von 200 bis 2000 nm oxydativ abbaut.

jo Im allgemeinen sind die in Wässern dispergierten oder gelösten organischen Verbindungen nicht näher definierbar. Eine genaue Kenntnis ihrer chemischen Art und Eigenschaften ist jedoch nicht nötig, da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sämtliche organischen Substanzen abgebaut werden. Diese Stoffe können natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein. Besondere Bedeutung kommt dem erfindungsgemäßen Verfahren zu, wenn die umweltfeindlichen Verunreinigungen im Wasser nur in sehr geringer Menge vorliegen, wo sie absr wegen ihrer Giftigkeit oder ihres Geschmacks besonders stören, wie das bei cyanid- oder ölhaltigem Grundwasser der Fall ist. Aber auch biologisch nicht abbaubarc Detergentien unterliegen der Abbaureaktion, sofern sie organischer Natur sind. Das gleiche gilt für aromatische Verbindungen, wie Benzol,Toluol, Nitrobonzol, Fluoren oder Insektizide, wie DDT oder Hexachlorcyclohexan.
Wenngleich in der Praxis nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorwiegend organische Stoffe abgebaut werden, so lasser· sich auch gewisse anorganische Verbindungen unschädlich machen, die einen chemisch leicht veränderlichen Bestandteil enthalten. Als Beispiele für derartige Verbindungen sind Cyanide, Cyanate und Thiocyanate sowie deren Komplexverbindungen zu erwähnen. Die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist von dem physikalischen Zustand der abzubauenden Stoffe weitgehend unabhängig, d. h, sie können gelöst, emulgiert oder suspendiert vorliegen. Sie müssen also lediglich in irgendeiner Form im Wasser dispergiert sein.

Werden die Wasser erfindungsgemäß unter Bestrahlung mit UV-Licht der Einwirkung von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen ausgesetzt, so werden die in ihnen dispergierten Verbindungen einer Photooxydation unterworfen. Der Kohlenstoffbestandteil wird in Kohlendioxid übergeführt, das nach Sättigung des Wassers entweicht. Der Stickstoff wird in Abhängigkeit von seiner Bindungsform als Ammoniak oder Nitratstickstoff frei. Der Stickstoff der genannten Pseudohalogenide wird beispielsweise in Ammoniak übergeführt Schwefel enthaltende organische Verbindungen, wie übel riechende Mercaptane und Thioäther, setzen in der Regel Schwefeldioxid frei. Der Sauerstoff kann in reiner Form oder zweckmäßigerweise als Luftsauerstoff zugeführt werden.

Für die Bestrahlung kann Licht einer Wellenlänge zwischen 200 und 2000 nm gewählt werden, beispielsweise das Licht einer Leuchtröhre, insbesondere das einer Quecksilberlampe oder im einfachsten Fall auch Sonnenlicht. Hierbei wird die Reaktion in der Weise durchgeführt, daß das Trink- oder Grundwasser in möglichst großer Oberfläche der bestrahlung ausgesetzt wird. Am besten erscheint hier ein Umpumpen des zu reinigenden Wassers über einen öfteren Rieselturm mit großer, dem Licht ausgesetzter Oberfläche. In dieser Form läßt sich das Verfahren auch kontinuierlich gestalten. Auch eine Kombination mit gleichzeitigem biologischem Abbau ist möglich.

Die Reaktion kann in einem sehr weiten Temperaturbereich durchgeführt werden. Da sie jedoch bei höheren Temperaturen mit größerer Geschwindigkeit abläuft, ist es bevorzugt, bei erhöhter Temperatur zu arbeiten. Als praktisch günstig hat sich ein Temperaturbereich zwischen 20 und 100⁰C, vorzugsweise zwischen 40 und 90⁰C, erwiesen.

Der Abbau der im Wasser dispergierten Verbindungen wird im allgemeinen durch die Anwesenheit von

Wasserstoffionen katalysiert. Auch die Ionen der Halogene haben einen gewissen Einfluß. Überraschenderweise ist der katalytische Einfluß der Wasserstoffionen bei gleichzeitiger Anwesenheit von Chlorionen besonders groß.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß sämtliche organischen Stoffe

auch die von der Natur biologisch schwer abbaubaren Verbindungen und Chlorkohlenwasserstoffe vollständig abgebaut werden können. Zur Erzielung einer guten Verteilung können auch indifferente anorganische Stoffe, wie z. 8. feinst gemahlenes Talkum oder Kieselsäure oder Attapulgit-Ton, zugesetzt werden, die nach dem Abbau der Verunreinigungen zurückbleiben und somit wieder verwendet werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert Für die Praxis ist es nicht nötig, daß der verwendete Sauerstoff (Luftsauerstoff) kohlendioxidfrei ist. In den Beispielen wurde jedoch ein kohlendioxidfreier Luftstrom verwendet, um auf diese Weise den Abbau qualitativ und quantitativ zu belegen. Da bei dem Abbau der verschiedenen organischen Verbindungen unter den gewählten Bedingungen mit Sicherheit mehrere verschiedene Reaktionen nebeneinander und nacheinander ablaufen, ist ein direkter Vergleich der Abbaugeschwindigkeiten der einzelnen Substanzen untereinander aufgrund einer Angabe der Halbwertzeit nicht sinnvoll. Es wurden deshalb bei der tabellarischen Zusammenstellung der Ergebnisse für die verschiedenen Substanzen die Werte für die Zeiten gewählt, die sich für einen Abbau von 25%, 50% und 75% aus den für die einzelnen Substanzen erhaltenen Abbaukurven entnehmen lassen.

Beispiel 1

Durch eine Lösung von 150 mg Äthanol in 900 ml Wasser wurde unter starkem Rühren und gleichzeitiger Bestrahlung mit UV-Licht einer Hg-Hochdrucktauchlampe ein kohlendioxidfreier Luftstrom geleitet. Die Temperatur der Reaktionsmischung betrug während des Versuchs 90 bis 95"C. Das bei der Reaktion entstandene Kohlendioxid wurde mit dem Luftstrom über einen Rückflußkühler in eine Vorlage mit Barytlauge geleitet, dort aufgefangen und von Zeit zu Zeit bestimmt. Die Abbauraten finden sich in Tabelle I.

Beispiel 2

Durch eine wäßrige Suspension von 450 mg tines Gemisches von gleichen Teilen eines Insektizids auf Basis von Chlordecon und einer handelsüblichen pyrogenen Kieselsäure wurde unter starkem Rühren und unter gleichzeitiger Bestrahlung mit einer Hg-Hochdrucktauchlampe ein kohlendioxidfreier Luftstrom eingeleitet. Die Temperatur betrug während des Versuchs 18° C bzw. bei einem weiteren Versuch 90 bis 95° C. Das bei der Reaktion gebildete Kohlendioxid wurde mit dem Luftstrom über einen Rückfiußkühler in eine Vorlage mit Barytlauge geleitet, dort aufgefangen und bestimmt. Bei 18°C dauerte es 50,7 h, bis sich 100 mg Kohlendioxid gebildet hatten, bei 90 bis 95° C dagegen nur 11,3 h. Des weiteren wurden Abbauraten ermittelt, die sich zusammen mit denjenigen weiterer erprobter insektizide in Tabelle 11 finden.

Tabelle I

Substanz

Einwaage (mg)

Zeit (Std.) bis zur Bildung von CO₂ in der Theorie
25% 50% 75%

Äthanol

Lävulinsäureäthylester

Harnstoff

Natriumcyanid

Kaliumrhodanid*)

Berliner Blau

Silbercyanid

150 144 304,9

98

58 300 420,8

132,9 15,0 173 21,5

228.7 22,7

219.2

125.0

28.6

383

26,7

ber. 343,0
38,4

*) Der Schwefel wurde (labei zu Sulfit oxydiert und als SO₂ in die Vorlage übergetrieben.
Tabelle II

Nr.	Substanz	Zeit (Std.) bis zur Bildung von CO₂	50%	in % der Theorie
		25%	3,6	75%
1	*Kepone)**	2.0	4,8	62
2	Dieldrin	2,85	5.0	123
3	Kelevansäure	235	9.5	243
4	Endosulfan	5,0	15.0	31,0
5	Kelevan	5,0	17.4	33,0
6	^•Hexachlorcyclohexan	3,0	24.2	45,8
7	«-Hexachlorcyclohexan	4,2	41,0	40,0
8	Endrin	15,0	56,0	172.0
9	Aldrin	1Z0	99.0	ber. 764
10	DDT	24,0	ber. 198

*) Insektizid auf Basis von Chlordecon

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reinigung von verschmutztem Grund- oder Trinkwasser durch Oxydation mittels Licht und sauerstoffhaltigen Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmutzstoffe durch Verteilen des Grund- oder Trinkwassers über eine große Oberfläche boi gleichzeitiger Einwirkung von Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Gases und von Licht mit einer Wellenlänge von 200 bis 2000 nm oxydativ abbaut.

2. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß bei erhöhter Temperatur gearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff- und/oder Chlorionen ίο zugesetzt werden. V