DE619190C - Verfahren zur Herstellung eines Wasserklaermittels - Google Patents

Description

Wasser, das für Trink- und Gebrauchszwecke bestimmt ist und das Geruchs-, Geschmacksstoffe, Färbungen, tonige oder sonstige schwer absetzbare oder schlecht filtrierbare Trübungen enthält, muß vielfach einer Klärung unterzogen werden. Auch viele Abwässer, insbesondere in industriellen Betrieben anfallende Abwässer, und andere wäßrige Flüssigkeiten oder Lösungen werden einer Klärung unterworfen.

Nach den bisher bekannten Verfahrensweisen erfolgt diese Klärung mittels der normalen oder basischen Aluminium- oder Eisensalze, und zwar zumeist mittels der Sulfate oder Chloride. An Stelle von Eisenoxydsalzen können auch Eisenoxydulsalze mit oder ohne Zusatz von Chlor verwendet werden.

Es wurde auch vorgeschlagen, dem Wasser nach Zusatz von Aluminiumsulfat gleichzeitig Aluminiumhydroxyd neben Kalk und Soda hinzuzufügen.

Gleichviel ob die wasserlöslichen neutralen oder basischen Sulfate oder Chloride des Aluminiums oder Eisens zur Verwendung gelangen, in allen Fällen verlangt die Umsetzung in die Hydroxyde des Aluminiums bzw. des Eisens längere Zeit, und selbst nach mehrstündiger Reaktionsdauer treten mitunter in der bereits als geklärt erscheinenden Flüssigkeit Nachreaktionen ein, die dann das Auftreten von Trübungen zur Folge haben.

Der Zusatz von Aluminiumhydroxyd, Kalk und Soda beschleunigt zwar den Fällvorgang, aber es ist im praktischen Wasserwerksbetrieb sehr schwierig, die benötigten Mengen der vier Stoffe der wechselnden Wasserbeschaffenheit jeweils derart anzupassen, daß jeder dieser Stoffe verbraucht wird zwecks Vermeidung von Verunreinigungen des Wassers durch Klärmittelüberschuß.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines amorphen, kolloidal lösliches Aluminium- ,oder Eisenhydroxyd enthaltenden Klärmittels in festem Zustande, das darin besteht, daß man Lösungen von Aluminiumsulfat, zweckmäßig bei höherer Temperatur, mit peptisierbarem Aluminiumoder Eisenhydroxyd in einer Menge versetzt, die größer ist, als zur Bildung des zweibasischen Aluminiumsulfats erforderlich ist, und die erhaltene Lösung, zweckmäßig im Vakuum, eindampft.

Man erhält auf diese Weise ein festes Produkt, das im Gegensatz zu kolloidalen Lösungen, die für Fällzwecke bereits in Vorschlag gebracht wurden, sich leicht für den jeweiligen Zweck bemessen läßt und überdies den Vorteil großer Haltbarkeit besitzt.

Bekanntlich vermögen wäßrige Lösungen von normalem Aluminiumsulfat Aluminiumoder Eisenhydroxyd unter Bildung basischer Salze gemäß der Gleichung

2A1₂(SO₄)₃+2Al(OH)₃=3Al₂O (SO₄)₂+3H₂O

aufzunehmen. Erhitzt man daher eine konzentrierte Aluminiumsulfatlösung (bzw. das Reaktionsprodukt der äquivalenten Mengen

Aluminiumhydroxyd und Schwefelsäure) und setzt unter Rühren einen Überschuß von io bis 20 °/₀ gegenüber der Hydroxydmenge, die zur Bildung des normalen Sulfats notwendig ist, hinzu, so erhält man gegebenenfalls nach weiterem Einengen bei einer Dichte von etwa 65⁰ Βέ beim Siedepunkt eine kristallinische Masse, welche neben dem normalen Aluminiumsulfat je nach der zugesetzten Hydroxydmenge to das zweifach basische Aluminiumsulfat enthält. Man verwendet hierzu das nur in starken Mineralsäuren lösliche, sog. schwere oder kristallinische Aluminiumhydroxyd, wie es in der Technik z. B. durch spontane Abscheidung aus Aluminatlösungen hergestellt wird. Bei Anwendung dieses kristallinischen Aluminiümhydroxyds kann man normalem Aluminiumsulfat im allgemeinen nur Mengen an Hydröxyd einverleiben, die höchstens dem zweifach basischen Aluminiumsulfat entsprechen.

Erhitzt man dagegen eine wäßrige Lösung des normalen Aluminiumsulfats (bzw. das Reaktionsprodukt der äquivalenten Mengen eines natürlichen oder künstlich erzeugten Aluminiumhydroxyds und Schwefelsäure) und setzt unter Rühren, zweckmäßig bei höherer Temperatur, ein frisch bereitetes oder leicht peptisierbares Aluminiumhydroxyd zu, dessen charakteristische Eigenschaft die' Löslichkeit in' schwachen Mineralsäuren oder organischen Säuren oder verdünnten Alkalihydroxydlösungen ist, so tritt gleichfalls Lösung ein. Hierbei ist es aber, wie gefunden wurde, möglich, größere Mengen an Hydroxyd dem Aluminium-3-5 sulfat einzuverleiben) als dem zweifach basischen Aluminiumsulfat entspricht. Wird nun die so erhaltene Lösung· der Aluminiumverbindung, deren Gehalt an Al₂O₃ größer ist, als dem zweifach basischen Salz entspricht, unmittelbar, und' zwar zweckmäßig im Vakuum bei 60 bis. So⁰ eingedampft, so bildet sich kein kristallinisches Salz, sondern ein amorphes Produkt von gummi- bzw. glasartigem Aussehen. Dieses amorphe Produkt dient als festes Fällmittel, bei welchem ierner gefunden wurde, daß man an Stelle des vorerwähnten leicht peptisierbaren Aluminiumhydroxyds auch das leicht peptisierbare Eisenhydroxyd verwenden kann,- in welchem Falle- das erhaltene amorphe Produkt das Hydrosol des Eisenhydroxyds enthält. : Gegenüber dem kristallinischen normalen oder basischen Aluminiumsulfat bzw. Mischungen dieser kristallinischen Salze: zeigt das soeben beschriebene amorphe Produkt in seinen Eigenschaften wesentliche Unterscheidungsmerkmale. . ■

Während das kristallinische normale oder basische Aluminiumsulfat in reinem Wasser und bei einer gegebenen Temperatur eine definierte Löslichkeit zeigt und bei weiterem diese Löslichkeit überschreitenden Zusatz dieser Salze sich ein Bodenkörper eines kristallinischen Aluminiumsulfats abscheidet, nimmt das amorphe Produkt bei Zusatz geringer Wassermengen diese nach Art der Hydrosole auf, also ohne definierte Löslichkeitsgrenze, und bildet eine gallertartige Masse bzw. bei etwas größeren Wassermengen eine sirupöse, viscose Lösung. Während ferner die kristallinischen Salze über dem jeweiligen Lösungspunkte mit reinem Wasser in jedem Verhältnis mischbar sind, zersetzen sich die konzentrierten Lösungen des amorphen Produktes bei Zusatz größerer Wassermengen unter Ausscheidung von Aluminiumhydroxyd. Die kristallinischen Aluminiumsulfate haben ferner einen bestimmten Kristallwassergehalt (z. B. kristallisiert das normale mit 18 Molekülen, das zweifach basische mit 12 Molekülen Wasser); das amorphe Produkt dagegen enthält je nach Eindampftemperatur und der 8a Dauer des Eindampfens wechselnde Wassergehalte. Eigenartig ist ferner das Verhalten stark eingeengter Lösungen beim Erhitzen; während die kristallinischen Salze bei höherer Temperatur größere Löslichkeit besitzen, zerfallen die stark eingeengten, an Aluminiumhydroxyd reichen Lösungen des amorphen Produktes unter Ausscheidung eines weißen Niederschlages, der zum Teil aus Aluminiumhydroxyd, zum Teil aus basischen Aluminiumsulfaten besteht. Besonders eigenartig kennzeichnend ist das Verhältnis des Aluminiumoxydgehaltes zum Säureradikal (SO₃—) einerseits der kristallwasserfreien kristallinischen Salze, anderseits der wasserfreien amorphen Produkte. Im normalen Aluminiumsulfat ist dieses Verhältnis 0,426 : i, im zweifach basischen Aluminiumsulfat 0,64 : ι. In dem amorphen Produkt ist dieses Verhältnis auf jeden Fall größer als 0,64: i, und es kann je nach der Menge des einverleibten Aluminiumhydroxyds bis auf 1,67: ι vergrößert werden. Eine weitere durch noch höheren Aluminiumhydroxydzusatz bedingte Vergrößerung dieses Verhältnisses ist ohne weiteres möglich, doch lösen sich solche Produkte nach ihrer Herstellung nur sehr langsam wieder in Wasser.

Zur Erläuterung der Durchführung des vorliegenden Verfahrens werden nachfolgend einige Ausführungsbeispiele angeführt,' aus denen die no Grenzformeln für das erhaltene Produkt ersichtlich sind und die je nach Erfordernis entsprechend abgeändert werden, können.

Beispiel 1

In ein mit Rührwerk ausgestattetes heizbares Gefäß werden 200 cm³ Aluminiumsulfatlösung, enthaltend 8,1 g Al₂O₃ (entsprechend 51,11 g Al₂ (SO₄)₃.18 H_aO), gefüllt, die Lösung auf 80 bis 90° erwärmt und unter Rühren allmählich 30 g peptisierbares Aluminiumhydroxyd

zugesetzt. Es tritt nach kurzer Zeit Lösung ein. Diese Lösung wird im Vakuum bei 60 bis 8o° 'eingestampft, wobei ein glasiger, amorpher Rückstand von folgender Zusammensetzung verbleibt: Gehalt an Al₂ O₃:34,5 %, an S O₃:43,8 %; Molekularverhältnis von Al₂O₃ : SO₃ = 1 :1,62 = 0,61.

Beispiel 2 ,

200 cm³ der früher erwähnten Aluminiumsulfatlösung werden unter gleichen Verhältnissen, wie im Beispiel 1 angegeben, mit 50 g peptisierbarem Aluminiumhydroxyd vermengt und die Lösung im Vakuum eingedampft. Das erhaltene Produkt hat dann die Zusammensetzung:

Al₂O₃:38,42%; SO₃:39,63⁰/₀;

Al₂ O₃: SO₃ = 1:1,132 = 0,75.

Beispiel 3
20

Verwendet man unter den vorher beschriebenen Verhältnissen 200 cm³ Aluminiumsulfatlösung und 90 g peptisierbares Aluminiumhydroxyd, dann hat das amorphe Produkt die Zusammensetzung:

Al₂ O₃:49,i8%; ^S03:34.49 %.'
Al,0,: S0. = i:

Al₂ O₃: S O₃

Setzt man noch höhere Aluminiumhydroxydmengen zu, dann bilden sich bereits stark getrübte Lösungen, die nach dem Eindampfen in Wasser nur teilweise löslich sind. In allen diesen Beispielen kann das peptisierbare Aluminiumhydroxyd durch peptisierbares Eisenhydroxyd ersetzt werden, wodurch man amorphe Produkte erhält, in denen das Al₂O₃ durch den entsprechenden Anteil Fe₂O₃ ersetzt ist.
Die Tatsache, daß durch die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Produkte mit höherem Überschuß an Aluminium- oder Eisenhydroxyd wesentlich günstigere Kläreffekte erzielt werden als mit kristallisiertem Aluminiumsulfat allein oder in Mischung mit Aluminium-

4-5 hydroxyd und Kalk, erklärt sich daraus, daß das vorliegende amorphe Produkt nur in konzentrierter wäßriger Lösung beständig ist, bei größerem Zusatz von Wasser sich aber in die beiden Komponenten Aluminiumsulfat und Aluminiumhydroxyd zersetzt und dadurch die weitere Zersetzung und Ausflockung des Aluminiumsulfats in zeitlicher Hinsicht wesentlich fördert. Ganz analog liegen die Verhältnisse beim eisenhaltigen Produkt.

Die Wirkung des Mittels ist an zahlreichen natürlichen Wässern erprobt worden; ein Beispiel eines derartigen Klärversuches sei nachfolgend angeführt:

11 eines natürlichen Wassers benötigte

z. B. zur Klärung 30 mg wasserfreies normales Aluminiumsulfat, entsprechend rund 50 mg der wasserhaltigen i8°/_oigen Handelsware mit einem Al₂O₃-Gehalt von rund 9 mg. Das zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens zur Anwendung gelangende amorphe Produkt enthalte z.B. 33.19% ^ALA. 34.9«% SO₃ und I3>63 % bei 120° C austreibbares Wasser; das Verhältnis von Al₂ O₃ : S O₃ des bei 120° getrockneten amorphen Produkts ist daher 1:1,03. Auf den Al₂O₃-Gehalt des handelsübliehen Aluminiumsulfats mit i8°/₀Al₂ O₃bezogen, sind daher an Stelle von 50 mg der Handelsware 27 mg des wasserhaltigen amorphen Produkts von vorher ^beschriebener "'[Zusammensetzung anzuwenden.^ Es zeigt sich dann folgendes: Nach Ablauf von 5 Minuten ist in dem mit Aluminiumsulfat versetzten Wasser eine geringe Opaleszenz, in dem mit dem amorphen Produkt versetzten eine starke milchige Trübung sichtbar; nach weiteren 30 Minuten ist im ersten Falle eine geringe Trübung, im zweiten Falle eine grobe Flockung aufgetreten; nach weiteren 40 Minuten (also insgesamt 80 Minuten) ist im ersten Falle ein geringer Absatz neben einer starken, in Schwebe bleibenden Trübung, im zweiten Falle ein völlig klares Wasser mit vollständig abgesetztem Niederschlag festzustellen.

Bei Anwendung des beanspruchten Mittels fällt ein Wasser .an, dessen Beschaffenheit praktisch dieselbe ist wie bei Anwendung von bekannten aluminiumhaltigen Mitteln. In beiden Fällen werden die durch Aluminiumsalze abscheidbaren Wasserbeimengungen ausgefällt! Darauf kommt es aber bei der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich an.

Im praktischen Wasserreinigungsbetrieb wird vor allem der größte Wert darauf gelegt, daß mit Hilfe der bestehenden Klärbassins die Wasserklärung so schnell erfolgt, daß die anschließenden Filter nicht oder nur wenig beanspracht werden. Dies ist aber nur zu erreichen, wenn die Klärwirkung in möglichst kurzer Zeit eintritt und das Wasser bei Eintritt in die anschließenden Sandfilter möglichst vollständig geklärt ist. Das erfindungsgemäß hergestellte Mittel bewirkt eine Klärung in weit kürzerer Zeit als die bekannten Mittel.

Es handelt sich also bei dem vorliegenden Mittel nicht um die Erzielung eines höheren Reinheitsgrades, sondern um eine schnellere Ausfällung der Schwebestoffe und dadurch um eine weitaus günstigere Ausnützung der Wasserwerkseinrichtung.

Claims (2)

1. Patentansprüche: ¹¹S

   i. Verfahren zur Herstellung eines Wasserklärmittels in fester Form, das kolloidal lösliches Aluminiumhydroxyd enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man Lösungen von Aluminiumsulfat, zweckmäßig bei höherer Temperatur, mit peptisierbarem Alu-

   miniumhydroxyd in einer Menge versetzt, die größer ist, als zur Bildung des zweibasischen Aluminiumsulfats erforderlich ist, und die erhaltene Lösung, zweckmäßig im Vakuum, eindampft.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man statt des mit Aluminiumsulfat peptisierbaren Aluminiumhydroxyds Eisenhydroxyd gleicher Eigenschaft anwendet.