Behandlung von säurehaltigem Abwasser
Saures Abwasser ist Abwasser mit einem pH-Wert unter 6. Je nach Art und Konzentration der Säuren lässt es sich in anorganisches und organisches saures Abwasser unterteilen. Man unterscheidet außerdem zwischen stark und schwach saurem, mono- und polysaurem sowie niedrig- und hochkonzentriertem saurem Abwasser. Saures Abwasser enthält neben Säuren häufig auch Schwermetallionen und deren Salze sowie weitere Schadstoffe. Es stammt aus verschiedensten Quellen, darunter Grubenwasser, Hydrometallurgie, Stahlwalzwerk, Oberflächenbehandlung von Stahl und Nichteisenmetallen mit Säuren, die chemische Industrie, Säureproduktion, Farbstoffherstellung, Elektrolyse, Galvanisierung, Kunstfaserherstellung und andere Industriezweige. Das häufigste saure Abwasser ist schwefelsäurehaltiges Abwasser, gefolgt von salzsäurehaltigem und salpetersauriertem Abwasser. Jährlich fallen in China fast eine Million Kubikmeter industrieller Abwassersäure an. Wird dieses Abwasser unbehandelt eingeleitet, korrodiert es Rohrleitungen, schädigt Nutzpflanzen, Fische und Schiffe und beeinträchtigt die Umwelt. Industrielle Abwassersäure muss daher vor der Einleitung gemäß den nationalen Einleitungsstandards aufbereitet werden. Sie kann recycelt und wiederverwendet werden. Zur Aufbereitung stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, darunter Salzbehandlung, Konzentration, chemische Neutralisation, Extraktion, Ionenaustausch und Membrantrennverfahren.
1. Salzrecycling
Beim sogenannten Aussalzen wird eine große Menge gesättigtes Salzwasser verwendet, um nahezu alle organischen Verunreinigungen in der Abfallsäure auszufällen. Dieses Verfahren erzeugt jedoch Salzsäure und beeinträchtigt die Rückgewinnung und Verwertung der Schwefelsäure in der Abfallsäure. Daher wurde das Verfahren des Aussalzens der organischen Verunreinigungen in der Abfallsäure mit gesättigter Natriumbisulfatlösung untersucht.
Die Abfallsäure enthält Schwefelsäure und verschiedene organische Verunreinigungen, hauptsächlich geringe Mengen an 6-Chlor-3-nitrotoluol-4-sulfonsäure sowie verschiedene Isomere, die bei der Sulfonierung, Chlorierung und Nitrierung von Toluol entstehen. Beim Aussalzen werden mit einer großen Menge gesättigten Salzwassers nahezu alle organischen Verunreinigungen aus der Abfallsäure ausgefällt. Dieses Recyclingverfahren entfernt nicht nur die organischen Verunreinigungen, sondern ermöglicht auch die Rückgewinnung von Schwefelsäure für den Produktionskreislauf, wodurch Kosten und Energie gespart werden.
2. Röstmethode
Das Röstverfahren wird bei flüchtigen Säuren wie Salzsäure angewendet, die durch Rösten aus der Lösung abgetrennt wird, um einen Rückgewinnungseffekt zu erzielen.
3. Chemische Neutralisationsmethode
Die grundlegende Säure-Base-Reaktion H⁺(aq) + OH⁻(aq) = H₂O ist eine wichtige Basis für die Behandlung säurehaltiger Abwässer. Gängige Verfahren zur Behandlung säurehaltiger Abwässer umfassen Neutralisation und Rückführung, gegenseitige Neutralisation von Säure-Base-Abwässern, Arzneimittelneutralisation, Filtrationsneutralisation usw. In der Anfangszeit vieler Eisen- und Stahlwerke in China wurde die Säure-Base-Neutralisation hauptsächlich zur Behandlung der Abwässer aus der Beizung mit Salzsäure und Schwefelsäure eingesetzt, um den pH-Wert auf die Einleitungsnorm zu bringen. Natriumcarbonat (Soda), Natriumhydroxid, Kalkstein oder Branntkalk dienen als Rohstoffe für die Säure-Base-Neutralisation; die gängigsten sind kostengünstig und leicht herzustellen.
4. Extraktionsmethode
Die Flüssig-Flüssig-Extraktion, auch Lösungsmittelextraktion genannt, ist ein Verfahren, das die unterschiedliche Löslichkeit der Komponenten in der Rohmaterialflüssigkeit in einem geeigneten Lösungsmittel zur Trennung nutzt. Bei der Behandlung säurehaltiger Abwässer ist ein vollständiger Kontakt zwischen dem säurehaltigen Abwasser und dem organischen Lösungsmittel erforderlich, damit die Verunreinigungen in der Abwassersäure in das Lösungsmittel überführt werden. Anforderungen an das Extraktionsmittel sind: (1) Es muss inert sein, d. h. es darf nicht chemisch mit der Abwassersäure reagieren und sich nicht in ihr lösen; (2) die Verunreinigungen in der Abwassersäure müssen einen hohen Verteilungskoeffizienten zwischen dem Extraktionsmittel und Schwefelsäure aufweisen; (3) es muss kostengünstig und leicht erhältlich sein; (4) es muss sich leicht von den Verunreinigungen abtrennen lassen und beim Strippen geringe Verluste verursachen. Gängige Extraktionsmittel sind Benzol (Toluol, Nitrobenzol, Chlorbenzol), Phenole (Kreosot-Rohdiphenol), halogenierte Kohlenwasserstoffe (Trichlorethan, Dichlorethan), Isopropylether und N-503.
5. Ionenaustauscherharzmethode
Das Grundprinzip der Behandlung organischer Säureabfallflüssigkeiten mittels Ionenaustauscherharzen besteht darin, dass einige Ionenaustauscherharze organische Säuren aus der Abfallsäurelösung absorbieren und anorganische Säuren und Metallsalze ausschließen können, um die Trennung verschiedener Säuren und Salze zu erreichen.
6. Membrantrennverfahren
Für saure Abfallflüssigkeiten können Membranbehandlungsverfahren wie Dialyse und Elektrodialyse eingesetzt werden. Die Membranrückgewinnung von Abfallsäure basiert hauptsächlich auf dem Prinzip der Dialyse, das durch Konzentrationsunterschiede angetrieben wird. Die gesamte Anlage besteht aus einer Diffusionsdialysemembran, einer Flüssigkeitsdosierplatte, einer Verstärkungsplatte, einem Flüssigkeitsströmungsplattenrahmen usw. und erzielt eine Trennung der in der Abfallflüssigkeit enthaltenen Stoffe.
7. Kühlkristallisationsmethode
Die Kühlkristallisation ist ein Verfahren zur Abkühlung von Lösungen und zur Ausfällung der gelösten Stoffe. Sie wird bei der Behandlung von Altsäuren eingesetzt, um die Verunreinigungen zu entfernen und eine bedarfsgerechte, wiederverwendbare Säurelösung zurückzugewinnen. Beispielsweise enthält die beim Acylwaschprozess eines Walzwerks anfallende Schwefelsäure große Mengen an Eisen(II)-sulfat. Dieses wird durch Konzentrationskristallisation und Filtration aufbereitet. Nach der Entfernung des Eisen(II)-sulfats durch Filtration kann die Säure dem Beizprozess wieder zugeführt werden.
Die Kühlkristallisation findet in vielen industriellen Anwendungen Verwendung, wie hier am Beispiel des Beizprozesses in der Metallverarbeitung verdeutlicht wird. Bei der Stahl- und mechanischen Bearbeitung wird häufig Schwefelsäurelösung eingesetzt, um Rost von der Metalloberfläche zu entfernen. Die Wiederverwertung der verbrauchten Säure kann daher die Kosten erheblich senken und die Umwelt schonen. In der Industrie wird die Kühlkristallisation genutzt, um diesen Prozess zu realisieren.
8. Oxidationsmethode
Dieses Verfahren wird seit Langem angewendet. Das Prinzip besteht darin, die organischen Verunreinigungen in der Schwefelsäureabfällen unter geeigneten Bedingungen mithilfe von Oxidationsmitteln zu zersetzen. Dabei werden sie in Kohlendioxid, Wasser, Stickoxide usw. umgewandelt und von der Schwefelsäure abgetrennt. So kann die Schwefelsäureabfälle gereinigt und zurückgewonnen werden. Gängige Oxidationsmittel sind Wasserstoffperoxid, Salpetersäure, Perchlorsäure, Hypochlorige Säure, Nitrat, Ozon usw. Jedes Oxidationsmittel hat seine Vor- und Nachteile.