DE69228470T2

DE69228470T2 - Verfahren zur Herstellung eines Koagulierungsmittels

Info

Publication number: DE69228470T2
Application number: DE69228470T
Authority: DE
Inventors: Rolf Olof S-260 42 Moelle Nilsson; Kjell-Erik S-255 91 Helsingborg Stendahl
Original assignee: Kemira Kemi AB
Current assignee: Kemira Kemi AB
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2012-12-05
Also published as: JPH0693246A; ATE176892T1; EP0551061B1; EP0551061A1; CA2085188A1; DE69228470D1; ES2127750T3; FI925648A0; FI107144B; JP3507091B2; SE9103661D0; US5662826A; FI925648L

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Flockungschemikalie, wie einer Chemikalie zur Wasserreinigung, insbesondere für die Reinigung bzw. Aufbereitung von Trink- und Abwasser, eine Flockungschemikalie für die Papier- und Zellstoffherstellung, zu Entwässerungszwecken, und zur Anreicherung von Mineralien, wobei die Flockungschemikalle ein dreiwertiges Metallsalz und Silikat enthält. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Flockungschemikalie, wie eine Chemikalie zur Wasseraufbereitung, mit einem verbesserten Flockungs- und Klärung- bzw. Sedimentationsvermögen bei der Wasserreinigung, insbesondere von Trink- und Abwasser, zu erhalten.

Hintergrund der Erfindung

Eine chemische Flockung unter Verwendung anorganischer Flockungschemikalien weist den Vorteil auf, daß sie zu einer raschen Sedimentation der Teilchen und phosphorhaltigen Verbindungen führt. Die teilchenverringernde Wirkung ist von großer Wichtigkeit, da 60% bis 75% des CSV (COD) von Abwasser von den Teilchen abhängt. Abwasser enthält auch organische Verbindungen, von denen ein kleinerer Teil unter Verwendung anorganischer Salze ausgefällt werden kann. Die Verwendung allein dieser Salze kann den CSV des Abwassers um mehr als 60% bis 75% herabsetzen.
Die Verwendung einer Flockungschemikalie ist jedoch nicht nur auf die Reinigung von Abwasser beschränkt, sondern die Flockungschemikalie kann auch für die Aufbereitung von Rohwasser zur Erzeugung von Trinkwasser verwendet werden. Ferner werden Flockungschemikalien bei der Herstellung von Zellstoff verwendet, um die Cellulosefaser auszuflocken, als auch bei der Papierherstellung, um Cellulosefaser und vorhandene Füllstoffe auszufällen, und bei der Hydrophobierung des Papiers, um harzhaltige Leimungsmittel an die Cellulosefasern zu binden. Ferner werden Flockungsmittel dazu verwendet, um organische Materialien zu entwässern, und sie werden ebenfalls in der Bergbauindustrie verwendet, um Mineralien anzureichern.
Es ist bereits bekannt (FI-Patentanmeldung 895163), daß Lösungen aus Polyaluminiumsilikatsulfat (PASS) als Flockungsmittel bei der Reinigung von Wasser verwendet werden können; das Produkt wird durch Mischen von Aluminiumsulfat, Natriumsilikat und Natriumaluminat unter hoher Scherkraft hergestellt. Andere Anwendungsgebiete sind die Zellstoff- und Papierindustrie als auch die Bergbauindustrie.
Diese PASS-Lösungen sollen bei tiefen Temperaturen wirkungsvoll sein, sie sollen weniger korrosiv als Eisensulfat, Aluminiumchlorid und Polyaluminiumchlorid sein, und führen zu einem geringen Restaluminiumgehalt in dem Ablauf, erfordern eine geringe Dosierung und führen zur Bildung von dicken und sich rasch absetzenden Flocken, liefern eine verbesserte Adsorption, sind über einen breiteren pH-Wertebereich wirksam, erfordern ein verringertes Bedürfnis nach Alkali, und sind chlorfrei, was in der Papierindustrie einen positiven Aspekt darstellt.
Diese PASS-Lösungen enthalten die aktive Verbindung Al(OH)x(SiOu)y(SO&sub4;)z(H&sub2;O)v + Na&sub2;SO&sub4;, worin · 0,75 bis 2,0, y 0,005 bis 0,1 und z 0,3 bis 1,12 ist. Das Produkt wird durch Mischen verschiedener molarer Teile von Aluminiumsulfat, Natriumsilikat und Natriumaluminat und einem Unterziehen der Mischung einem Mischen unter hoher Scherkraft bei 10ºC bis 20ºC, wobei es der resultierenden Mischung anschließend gestattet wird, bei 20ºC bis 90ºC zu reifen bzw. zu altern, bis eine klare Lösung entsteht, hergestellt.
Verglichen mit der Herstellung von Aluminiumsulfat, das die gleichen Eigenschaften aufweist und auf den gleichen Gebieten eingesetzt wird, selbst wenn es weniger wirkungsvoll ist, ist das PASS 1,5 bis 1,6 mal teurer als Aluminiumsulfat.
Desweiteren offenbart die Patentschrift CS-B-267,323 ein kombiniertes Koagulationsmittel, das einen mit Al&sub2;(SO&sub4;)&sub3;- modifizierten festen Zeolithen umfaßt, das speziell für die Behandlung von Trinkwasser, das NH&sub4;&spplus; enthält, geeignet ist.
Zudem offenbart die deutsche Patentschrift DE-A-29 26 606 ein Verfahren der Abwasserbehandlung, in dem zusätzlich zu den üblichen Flockungsmitteln ein festes Alkali- und/oder Erdalkalimetall-Aluminosilikat, zum Beispiel ein Zeolith, zu dem Abwasser gegeben wird.
Unter Bezugnahme auf die positiven Wirkungen des PASS, aber unter Berücksichtigung der hohen Kosten, wäre es wünschenswert, eine Flockungschemikalie herzustellen zu können, die so gut oder besser als das PASS ist und mit geringeren Kosten und mittels eines einfacheren Produktionsverfahrens erhalten werden kann. Der Nützlichkeit des Mischens unter hoher Scherkraft stehen ein verringertes Produktionsvermögen und hohe Investitionen gegenüber.

Beschreibung der Erfindung

Überraschenderweise stellte sich heraus, daß es möglich ist, dies mittels der Erfindung zu erreichen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein fester Zeolith (Si) in einer Lösung eines dreiwertigen Metallsalzes (Me³&spplus;) in einem Molverhältnis von Me³&spplus; : Si von > 2 : 1, bevorzugt 2-500 : 1, gelöst wird, und daß das dreiwertige Metallsalz aus Aluminiumsulfat, Aluminiumchlorid, Polyaluminiumhydroxychlorid, Polyaluminiumhydroxysulfat, Polyaluminiumhydroxysulfatochlorid, Eisen(III)chlorid und Mischungen solcher Salze, zum Beispiel Aluminiumeisen(III)sulfat, das aus Bauxit-Ausgangsmaterial hergestellt wird, ausgewählt ist.
Weitere Merkmale werden aus den beigefügten Ansprüchen deutlich.
Mittels der Erfindung wird ein sehr einfaches Verfahren erhalten, das bei Umgebungstemperatur (20ºC) durchgeführt werden kann, und das ein Flockungs- bzw. Koagulationsmittel mit gegenüber dem PASS und anderen auf dreiwertigen Metallsalzen beruhenden, bekannten Koagulationsmitteln verbesserten Eigenschaften liefert.
Mit dem Begriff Zeolith sind hier natürlich auftretende Zeolithe als auch synthetisch hergestellte Zeolithe gemeint. Zeolithe sind Natriumaluminiumsilikate, von denen der sogenannte A-Typ, der hier bevorzugt verwendet wird, die nachstehende allgemeine Formel aufweist:
Na&sub1;&sub2; (AlO&sub2;)&sub1;&sub2; (SiO&sub2;)&sub1;&sub2; · 27 H&sub2;O
und 14,8% Al, 12,6% Na und 15,3% Si enthält.
Die Erfindung führt zu einem Produkt, das leichter hergestellt werden kann als das vorstehende, bekannte Produkt, und sie führt zu geringen Produktionskosten, enthält ungefähr die gleichen Verhältnisse von Me³&spplus; : Si wie das bekannte Produkt, und verbessert die Klärung des behandelten Wassers.
Die Erfindung wird detaillierter unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung und unter Bezugnahme auf die nachstehenden Beispiele beschrieben, wodurch die Erfindung jedoch in keinster Weise eingeschränkt wird.

Versuch 1

Abwasser wurde unter Verwendung von 1) eines PASS (OH : Al 1,5 : 1) gemäß den Angaben der Hersteller, und 2) einer Polyaluminiumhydroxysulfatlösung (Al-Gehalt 6,2%, OH: Al 1,5 : 1) mit einem gelösten Zeolithen (Gewichtsverhältnis 10 : 1) ausgeflockt.
Die Trübung wurde nach dem Ausflocken und dem Absetzen ermittelt. Die Flocken wurden dann durch heftiges Rühren zerteilt bzw. desintegriert, woraufhin wiederum die Trübung nach einem erneuten Absetzen ermittelt wurde.
Verfahren: 10 Sekunden langes Mischen des Koagulationsmittels in einer Flockungseinrichtung unter Verwendung von 6 Einzelrührern mit einer Geschwindigkeit von 400 Upm, 10minütiges Ausflocken mit einer Rührgeschwindigkeit von 50 Upm, 10minütiges Absetzen, FTU-Überwachung (Trübung) und P-Analyse (Phosphoranalyse), 20sekündige Desintegration, 10minütiges Absetzen und FTU-Überwachung.
Die erhaltenen Ergebnisse sind aus der nachstehenden Tabelle 1 ersichtlich. Daraus geht hervor, daß unter Anwendung der Erfindung eine beträchtlich geringere Trübung erhalten wird und daß die erhaltenen Flocken beträchtlich kräftiger sind. Ferner ist die Phosphatabnahme unter Verwendung des Produkts der Erfindung höher. Tabelle 1
* Die Werte in Klammern bezeichnen die Trübung nach der Desintegration der Flocken.
Das unbehandeltes Abwasser enthielt eine P-tot von 8 mg/l und eine FTU von > 75.

Versuch 2

Abwasser wurde unter Verwendung von 1) einer Polyaluminiumhydroxychloridlösung (PAX) (OH : A1 1,22 : 1) und 2) einer Polyaluminiumhydroxychloridlösung gemäß 1) mit einem gelösten Zeolithen ausgeflockt, wobei 0,35 g (ZEO35) bzw. 2 g (ZEO200) bzw. 10 g (ZEO1000) gelöster Zeolith pro 100 g der Lösung des Polyaluminiumhydroxychlorids in 1) verwendet wurden.
Die Trübung wurde nach dem Ausflocken und dem Absetzen ermittelt. Die Flocken wurden dann durch heftiges Rühren desintegriert, woraufhin wiederum die Trübung nach einem erneuten Absetzen ermittelt wurde.
Verfahren: 10 Sekunden langes Mischen des Koagulationsmittels in einer Flockungseinrichtung unter Verwendung von 6 Einzelrührern mit einer Geschwindigkeit von 400 Upm, 10minütiges Ausflocken mit einer Rührgeschwindigkeit von 50 Upm, 10minütiges Absetzen, FTU-Überwachung (Trübung) und P-Analyse (Phosphoranalyse), 20sekündige Desintegration, 10minütiges Absetzen und FTU-Überwachung.
Die erhaltenen Ergebnisse sind aus der nachstehenden Tabelle 2 ersichtlich. Daraus geht hervor, daß unter Anwendung der Erfindung eine beträchtlich geringere Trübung erhalten wird und daß die erhaltenen Flocken beträchtlich kräftiger sind. Tabelle 2
* Die Werte in Klammern bezeichnen die Trübung nach der Desintegration der Flocken.

Versuch 3

In diesem Versuch wurden die Wirkungen auf normales Flußwasser mit einem pH-Wert von 6,9 und einer Trübung von 1,7 bis 3,2 FTU untersucht, wobei der Versuch unter Verwendung eines zeolithhaltigen Polyaluminiumhydroxychlorids (OH : Al 1,22 : 1) (PACZE035, PACZE200), eines zeolithhaligen Aluminiumchlorids (ACZE035, ACZE200), eines zeolithhaltigen Aluminiumsulfats (ASZE035, ASZE1000), eines zeolithhaltigen Aluminiumeisen(III)sulfats (AVRZE035, AVRZE1000) und eines zeolithhaltigen Eisen(III)sulfatchlorids (Fe : Cl : SO&sub4; 1 : 1 : 1) (FeZE035, FeZE100) durchgeführt wurde. Als Vergleich dienten verschiedene Lösungen von Metallsalzen ohne Zugabe eines Zeolithen (PAC, AC, AS, AVR und Fe). Der Versuch wurde unter Verwendung von 150 um Me³&spplus;/l durchgeführt. Es erfolgte keine Redesintegration der Flocken. Ansonsten wurde er in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorstehenden Versuche 1 und 2 durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind aus der nachstehenden Tabelle 3 ersichtlich, in der die Ergebnisse von drei Wiederholungsversuchen angegeben sind. Tabelle 3
Der verwendete Zeolith ist ein Zeolite Wassalight 90-05 (15% Al, 13% Na, 15% Si, LOI (1100ºC) 20, 8%).

Beispiele

Die nachstehenden Koagulationsmittel wurden in Übereinstimmung mit der Erfindung und gemäß Tabelle 4 hergestellt. Die Ansätze wurden durch die Zubereitung von Lösungen verschiedener Metallsalze hergestellt, woraufhin bei 20ºC ein Zeolith darin gelöst wurde. Tabelle 4
*AVR ist ein Produkt, das aus Bauxit hergestellt wird, das heißt, es ist ein gemischtes Produkt aus Al&sub2;(SO&sub4;)&sub3; und Fe&sub2;(SO&sub4;)&sub3;.
Die maximale Konzentration des Me³&spplus; in einer Lösung mit Si wird diejenigen Konzentrationen, die in Tabelle 4 angegeben sind, nur leicht überschreiten. Der Aluminiumgehalt einer Lösung, die aus Polyaluminiumchlorid hergestellt wurde und eine geringere Basizität aufweist, kann jedoch hoch sein, etwa 9,5% betragen. Wenn der Silikatgehalt deutlich höher als derjenige sein sollte, der in der Tabelle angegeben ist, wird die Lösung instabil.
Bei der Koagulation von Abwasser wird das erfindungsgemäße Produkt geeigneterweise in einer Menge von mindestens 100 umol Me³&spplus; pro Liter Abwasser verwendet. Bei der Reinigung von Rohwasser für Trinkwasserzwecke sollten mindestens 75 umol Me³&spplus;/l verwendet werden. Für die Entwässerung von organischem Material, der Schlamm- bzw. Feststoffent wässerung, werden geeigneterweise mindestens 300 umol Me³&spplus;/l verwendet. Für die Herstellung von Papierzellstoff kann die Konzentration mindestens 100 umol Me³&spplus;/l betragen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Koagulationsmittels für die Wasserreinigung, insbesondere für die Reinigung von Abwasser, für die Zellstoff- und Papiererzeugung, für die Entwässerung organischen Materials, für die Anreicherung von Mineralien, das ein Metallsalz und Silicat enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

ein fester Zeolith (Si) in einer Lösung eines dreiwertigen Metallsalzes (Me³&spplus;) in einem Molverhältnis von Me³&spplus; : Si von > 2 : 1, bevorzugt von 2-500 : 1 gelöst wird, und daß das dreiwertige Metallsalz aus Aluminiumsulfat, Aluminiumchlorid, Polyaluminiumhydroxychlorid, Polyaluminiumhydroxysulfat, Polyaluminiumhydroxysulfatochlorid, Eisen(III)chlorid und Mischungen solcher Salze ausgewählt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein fester Zeolith in einer Lösung des Al&sub2;(SO&sub4;)&sub3; in einem Molverhältnis von Al : Si von 2,5-500 : 1 gelöst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein fester Zeolith in einer Lösung des AlCl&sub3; in einem Molverhältnis von Al : Si von 20-500 : 1 gelöst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein fester Zeolith in einer Lösung eines Polyaluminiumhydroxychlorids, Al(OH)xCly, gelöst wird, wobei das Molverhältnis von Al : Si 2-500 : 1 beträgt, wobei x eine Zahl von 0,5 bis 2, 5 und y eine Zahl von 2, 5 bis 0,5 ist, wobei x + y = 3.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein fester Zeolith in einer Lösung des FeClSO&sub4; in einem Molverhältnis von Me³&spplus; : Si von 40-500 : 1 gelöst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein fester Zeolith in einer Lösung eines Polyaluminiumhydroxysulfats, Al(OH)a(SO&sub4;)b gelöst wird, wobei das Molverhältnis von Al : Si 3-500 : 1 beträgt, wobei a eine Zahl von 0,5 bis 1, 8 und b eine Zahl von 0,6 bis 1, 25 ist, wobei a + 2b = 3.