Hintergrund der Erfindung
Gebiet auf dem die Erfindung liegt
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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von
häuslichen und industriellen Abwässern und insbesondere ein
Verfahren, um Abwässer in einen Zustand für nachfolgende
Reinigungsbehandlungen zu überführen.
Beschreibung des Standes der Technik
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Es sind zahlreiche Behandlungsmethoden für die Reinigung von
Abwässern in Form von kommerziellen Behandlungsmethoden
angewandt worden und noch größer ist die Anzahl von Verfahren, die
im Stande der Technik zu diesem Zweck beschrieben wird. Diese
Verfahren jedoch lösen nicht die Probleme der häuslichen
Wasserverbraucher in Bezirken, in denen keine Abwässerkanäle
verwendet werden, insbesondere rund um Seen und anderen
Wasserkörpern, wo septische Dränagesysteme von Gesetzes wegen nicht
erlaubt sind, noch lösen diese bekannten Verfahren die Probleme,
mit denen kleine Hersteller von verschiedenen Produkten
konfrontiert sind, wo die Behandlung ihrer Abwässer aus
ökonomischen Gründen am Ort nicht durchführbar ist. Weiterhin stehen
im allgemeinen keine Verfahren zur Verfügung für die
Behandlung von bestimmten Abwässern, die auf Grund verschiedener
Techniken, die in den vergangenen Jahren erlaubt waren,
gelagert wurden, deren Lagerung jedoch jetzt durch Gesetz verboten
ist. In bestimmten Fällen bestehen Verbote, die von
verschiedenen Körperschaften erlassen wurden und sich gegen den
Transport von flüssigen, toxische Stoffe enthaltenden Materialien
richten. Unabhängig von dem Ursprung der Materialien, ob sie
nun in aufgegebenen Deponien gefunden werden, ob sie bei der
Herstellung üblicher Produkte oder dergleichen anfallen, in
jedem Fall besteht eine Gefahr beim Transport dieser
Materialien in flüssiger Form zu einem Ort, wo eine Behandlung
durchgeführt werden kann, um sie für die Umwelt unschädlich zu
machen.
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Die U.S.-Patentschrift Nr. 4 764 284 vom 16. August 1988
beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen aus
Wässern, bei dem das Schwermetall enthaltende Abwasser durch
ein fluidisiertes Bett geführt wird, das Alkalimetallcarbonate
oder Wasserstoffcarbonate mit Impfkristallen des Metalles
enthält, das entfernt werden soll, wobei die gebildeten
Schwermetallcarbonate auf dem Impfmaterial des Bettes kristallisieren.
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Die U.S.-Patentschrift Nr. 3 812 032 vom 21. Mai 1974 und die
U.S.-Patentschrift Nr. 3 963 637 vom 15. Juni 1976, wobei die
letztere eine Ausscheidung aus der ersteren Patentschrift ist,
beschreiben ein Verfahren bzw. eine Zusammensetzung zur
Flokkulierung von flüssigen Abwässern, wobei unter anderem die
Zusammensetzung kleine Mengen an Alkalimetallcarbonaten und
-bicarbonaten enthalten kann.
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Die U.S.-Patentschrift 3 801 499 vom 2. April 1974 sowie die
U.S.-Patentschrift 3 915 853 vom 28. Oktober 1975, wobei die
letztere eine continuation-in-part-Patentschrift der zuerst
genannten Patentschrift ist, schlagen ein Verfahren zu
Behandlung von Abwässern vor, die anorganische und organische
Komponenten enthalten, um Schwermetalle auszufällen, durch Zugabe
von Alkalimetallcarbonaten, -bicarbonaten, -hydroxiden oder
Mischungen hiervon. Das Material wird in vergleichsweise
kleinen Mengen zugesetzt. Dieser Behandlung schließt sich eine
Behandlung an, um die Abwässer für Trinkzwecke geeignet zu
machen.
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Die U.S.-Patentschrift Nr. 3 429 693 vom 25. Februar 1969
beschreibt die Extraktion von Beryllium, Vanadium, Molybdän
oder Wolfram aus Silizium, Aluminium, Eisen oder Calcium, die
als Gangart in Erzen oder Konzentraten dieser Metalle
vorhanden sind, mit einer wäßrigen Extraktionslösung, die
Natriumcarbonat und Natriumbicarbonat in einem molaren Verhältnis
von 1:1 enthält, bei einer Konzentration von etwa 1 bis 50
Gew.-%.
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Die U.S.-Patentschrift Nr. 3 428 558 vom 18. Februar 1969
betrifft eine Zusammensetzung und ein Verfahren zur Behandlung
von Wasser durch Verwendung von Kohlendioxid freisetzenden
Komponenten, einschließlich Ammonium- und
Alkalimetallcarbonaten und -bicarbonaten, um wasserlösliche Polymere von hohem
Molekulargewicht, die zur Klärung des Wassers verwendet werden,
zu dispergieren.
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Obgleich diese verschiedenen Literaturstellen spezielle
Methoden der Behandlung oder Reinigung von Wasser im allgemeinen und
in manchen Fällen von Abwässern im speziellen beschreiben,
betreffen sie sämtlich nicht die Probleme, die in dieser
Patentschrift aufgezeigt werden, noch bieten sie eine Lösung dieser
Probleme an. In den meisten Fällen, wenn nicht in allen Fällen,
sind Abwässer aufarbeitende Anlagen nur dann ökonomisch, wenn
große Mengen an Wasser gereinigt werden, und zwar bis zu dem
Punkt, bei dem die gereinigten Abwässer in natürliche
Wasserkörper entlassen werden können, wie beispielsweise Ströme,
Flüsse und Seen. In den Fällen, in denen kleine Menge an
Materialien gehandhabt werden sollen, ist es für jede der Anlagen
ökonomisch nicht durchführbar, ihre Abwässer zu behandeln, um
dieses Ergebnis zu erzielen. Infolgedessen müssen die Abwässer
in geeigneter Weise gesammelt werden, um eine mögliche
Schädigung der Umgebung zu verhindern, und sie müssen auf
physikalischem Wege zu einer Anlage befördert werden, die speziell für
die Aufarbeitung derartiger Abfallmaterialien geeignet ist.
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Örtliche Verordnungen und Staats- und Bundesstaats-Gesetze
regeln die Art und Weise, nach denen verschiedene
Abfallmaterialien aufbewahrt, gehandhabt, transportiert und dergleichen
werden. In ländlichen Gegenden, in denen keine öffentlichen
Abwassersysteme vorhanden sind, regeln örtliche Verordnungen
die Maßnahmen der Handhabung von Abwässern, insbesondere im
Falle von Eigentümern von Ufergrundstücken. In vielen Fällen
sind septische Dränagefelder nicht erlaubt, auf Grund der
Möglichkeit, daß ein Ablauf von dem Dränagefeld in den Fluß, See
oder einen anderen Wasserkörper gelangen kann. Das Abwasser
wird zunächst der Einwirkung eines septischen Tanks
unterworfen und dann in einem Aufbewahrungstank gelagert, bis es in
einem geeigneten Tankfahrzeug wegbefördert werden kann, um
nach verschiedenen Methoden beseitigt zu werden. Dies ist
nicht immer die wünschenswerteste Methode, die angewandt wird,
und zwar im Hinblick auf die Möglichkeit eines Überlaufs und
im Hinblick auf mögliche Probleme der Verschmutzung der Umwelt,
die hieraus resultieren.
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Im Falle kleiner Betriebe, wie beispielsweise kleinen
Herstellungsbetrieben, chemischen Betrieben, Synthese-Betrieben oder
verschiedenen Verarbeitungsbetrieben, wie beispielsweise
Gerberei-Betrieben und dergleichen, müssen verschiedene
Materialien, die in den Betrieben verwendet oder in den Betrieben
erzeugt werden, in geeigneter Weise beseitigt werden, was die
Behandlung an Ort und Stelle mit sich zieht oder den Transport
zu einem anderen Betrieb oder die Herbeiziehung einer
Spezialfirma, die das Abwassermaterial in geeigneter Weise behandeln
kann, um es unschädlich zu machen. Je nach der Natur des
Abfallmaterials können Verbote bestehen, die den Transport der
Materialien verbieten, wenn sich diese in flüssiger Form
befinden, weshalb ein Bedürfnis danach besteht, die Abfälle in
eine feste Form zu überführen, damit sie zu dem Ort
transportiert werden können, wo sie weiter behandelt werden können.
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Ein Bedürfnis besteht ferner dann, wenn toxische Chemikalien
in ländlichen Deponien oder an anderen Orten aufgefunden
werden, wo sie eine Gefahr darstellen. Möglicherweise wurden sie
in früheren Jahren abgelagert, bevor Umwelt-Überlegungen
angestellt wurden oder bevor damit begonnen wurde, derartige Orte
zu kontrollieren, oder sie wurden illegal abgelagert.
Unabhängig davon jedoch, wie diese Materialien an den speziellen Ort
gelangten, verdienen sie eine Aufmerksamkeit, und in den
meisten Fällen müssen sie an einen geeigneten Ort transportiert
werden, um sie unschädlich zu machen. Dies bedeutet, daß in
den hier aufgezählten Fällen, wobei es sich nur um einige
wenige der möglichen Quellen von Abwassermaterialien handelt,
besteht ein ausgeprägtes Bedürfnis für die Handhabung von
Abfallmaterialien, ohne die Umwelt zu schädigen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung von
Abwässern bereitgestellt durch Vermischen mit einem
Metallbicarbonat und einem Metallcarbonat, wobei das Gew.-Verhältnis
von Bicarbonat zu Carbonat bei 1/3 bis 3/1 liegt, und wobei
das Gesamtgewicht des Bicarbonates und des Carbonates bei
1 bis 3 Teilen pro Teil zu behandelndes Abwassermaterial liegt.
Durch Vermischen dieser großen Mengen an Carbonat und
Bicarbonat mit dem Abwasser wird eine feste Masse in Teilchenform
erhalten, die leicht nach Standardmethoden transportiert
werden kann. Die Masse kann durch Leitungen gepumpt werden, sie
kann evakuiert werden und nach beliebigen Techniken befördert
werden, die üblicherweise im Falle von teilchenförmigen festen
Materialien angewandt werden. Weiterhin, liegt die Form des
Abfallmaterials nicht in einem wäßrigen Medium vor, so kann es,
unabhängig von der Löslichkeit des Abfallmaterials in Wasser,
entweder in Wasser gelöst oder dispergiert und wie oben
beschrieben behandelt werden, um die wäßrige Lösung oder
Dispersion zu verfestigen.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die Erfindung schlägt somit die Verfestigung eines beliebigen
Abfallmaterials, das sich entweder in Form einer Flüssigkeit
auf Wasserbasis befindet oder das in eine solche Form
entweder durch Dispergieren oder Lösen in Wasser gebracht werden
kann, in eine körnige teilchenförmige Form vor. Beispielsweise
kann in dem vorerwähnten Falle der Handhabung von Abwasser in
einer ländlichen Umgebung, insbesondere rund um Wasserkörper,
wo das Abwasser von den Heimstätten wegtransportiert werden
muß, das Abwasser zunächst mit den Carbonaten gemäß dieser
Erfindung behandelt werden, um das Abwasser in eine
teilchenförmige Form zu bringen, das leichter gehandhabt werden kann,
unter Vermeidung eines möglichen Überlaufs, anstatt das
Abwasser in flüssiger Form zu transportieren.
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Im Falle eines Herstellungsbetriebes oder einer chemischen
Anlage, die zu klein ist, um eine Abwasserbehandlungsanlage an
Ort und Stelle aus ökonomischen Gründen zu rechtfertigen, und
insbesondere in den Fällen, in denen das Abwassermaterial von
solch einer Natur ist, daß Verbote bezüglich des Transportes
in flüssiger Form bestehen, kann das Material erfindungsgemäß
behandelt und dann zu einer geeigneten
Abfallaufbearbeitungsanlage transportiert werden, um eine weitere Behandlung
durchzuführen, um den Abfall unschädlich zu machen. In einem Falle,
in dem das Abfallmaterial sich nicht in Form einer Wasserlösung
oder einer Wasserdispersion befindet, kann das Material zunächst
in jedem beliebigen geeigneten Typ einer Mischvorrichtung mit
Wasser vermischt werden, um es in ein wäßriges Medium zu
überführen, damit es erfindungsgemäß verarbeitet werden kann. Das
Material würde dann mit dem geeigneten Verhältnis von Carbonat
und Bicarbonat vermischt, in Abhängigkeit von dem Gesamtgewicht
der Lösung oder Dispersion, wobei es in ein teilchenförmiges
Material überführt wird, das zum Transport geeignet ist, in
Übereinstimmung mit existierenden Vorschriften und Gesetzen.
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Im Falle der oben beschriebenen Verfahrensweise liegt die
Gesamtmenge an Bicarbonat und Carbonat, die verwendet wird, in
der Menge von mindestens gleichen Gewichtsteilen, bezogen auf
das zu behandelnde Abwasser. Vorzugsweise liegt die Menge der
zwei Carbonate, die eingesetzt wird, in einer Menge von 1
bis 3 Teilen pro Teil Abwasserflüssigkeit. In besonders
vorteilhafter Weise werden zwei Teile des Carbonates und
Bicarbonates pro Teil Abwasser verwendet. Die zwei Carbonate werden
in einem Verhältnis von Bicarbonat zu Carbonat von 1:3 bis 3:1
eingesetzt. Vorzugsweise werden die zwei Carbonate in gleichen
Gewichtsteilen eingesetzt.
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Das Carbonat und das Bicarbonat, die im Verfahren dieser
Erfindung verwendet werden, können aus beliebigen der
Metallcarbonate und Bicarbonate bestehen, in denen das Metall ein Metall
der Gruppe Ia oder IIa des periodischen Systems der Elemente
ist, wie es publiziert wurde in der 9. Ausgabe der
Literaturstelle "The Merck Index". Die Carbonate und Bicarbonate des
Natriums, Kaliums und Calciums sind aus ökonomischen Gründen
die bevorzugten Carbonate und Bicarbonate. Natriumcarbonat und
Natriumbicarbonat stellen die am meisten bevorzugten
Materialien dar.
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Das Bicarbonat und das Carbonat können dem Abwasser in jeder
beliebigen Reihenfolge zugegeben werden, doch hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, wenn das Bicarbonat zuerst und danach
das Carbonat zugegeben wird. Im Falle einer Ausführungsform
der Erfindung findet die Vermischung des Bicarbonates und des
Carbonates mit dem Abwasser in einem Chargenmischer statt, der
ausgerüstet ist mit einem Rührer, wobei das Wasser in eine
Öffnung eingegeben wird, und wobei das Bicarbonat und das Carbonat
über zwei separate Öffnungen des Behälters zugegeben wird,
wobei das Rühren fortgesetzt wird, bis die geeigneten
Verhältnisse von jedem der Bestandteile eingeführt worden sind. Das
Material verfestigt sich in dem Behälter rasch in eine
teilchenförmige Form, die dann aus dem Mischer leicht entfernt
werden kann, entweder durch Abkippen oder Entladen oder über
Ausstoßmittel im unteren Teil der Mischvorrichtung, die
geöffnet werden können.
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Im Falle eines kontinuierlichen Verfahrens zur Durchführung
des Verfahrens dieser Erfindung kann eine extruderartige
Vorrichtung verwendet werden, in welchem Falle das
Abwassermaterial in der Nähe der Rückseite der Extruderschraube eintritt,
wobei das Bicarbonat kurz darauf eingeführt wird und das
Carbonat durch eine Öffnung wenig stromabwärts von der Stelle,
in der das Carbonat eingespeist wird. Bei der Schraube des
Extruders handelt es sich entweder um eine einzelne Schraube
oder die Verarbeitung erfolgt in einer Extrusionsvorrichtung
vom Doppelschraubentyp, wobei sich die Schraube in dem
Zylinder des Extruders dreht unter Bewegung des Materials zum
Auslaß, wo es in Pulverform aufgefangen wird. Während Extruder
normalerweise kleine Öffnungen bezüglich des Zylinders des
Extruders aufweisen, braucht im Falle einer für diese Technik
geeigneten Vorrichtung die Auslaßöffnung lediglich von einer
solchen Größe zu sein, die ausreicht, um das geeignete
Vermischen der verschiedenen Komponenten in dem Zylinder zu
ermöglichen. Andere Vorrichtungen, wie beispielsweise Banbury-
Mischer, die häufig in der Kunststoff verarbeitenden Industrie
angewandt werden, sind ebenfalls für die Durchführung dieser
Erfindung geeignet.
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Im Falle einer speziellen Ausführungsform dieser Erfindung
wurden 227 kg (500 pounds) Abwasser von einer kleinen
Laboratoriums-Papierherstellungsanlage in einen 7600 Liter (2000
Gallonen) fassenden Kessel eingespeist, der ausgerüstet war
mit einem Rührmechanismus. Das Rührwerk wurde eingeschaltet,
und 340 kg (750 pounds) Natriumbicarbonat wurden unter Rühren
zugegeben. Unmittelbar nach der Zugabe des Natriumbicarbonats
wurden 340 kg (750 pounds) Natriumcarbonat zugegeben, und das
Rühren wurde fortgesetzt, bis das Material innerhalb des
Kessels ein körniges, teilchenförmiges Material gebildet hatte,
zu welchem Zeitpunkt die Inhalte des Kessels aus dem Kessel
entfernt wurden. Das grobkörnige sandartige Material kann dann
mittels einer jeden beliebigen Transportvorrichtung zu der
Behandlungsanlage transportiert werden, die speziell für die
Behandlung von solchen Abwassermaterialien geeignet ist.