CH640146A5 - Filtrationsverfahren. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Filtration, insbesondere Klärfiltration, von wässrigen Medien unter Beimischung von Filterhilfsmittel zu dem zu filtrierenden Medium und Entfernung eines Filterkuchens aus Filterhilfsmittel und abfiltrierten Komponenten des wässrigen Mediums.

Zur Filtration technischer Abwässer ist es üblich, auf einem relativ grobporigen Träger, z.B. einem Siebtuch, einer Filterplatte oder Filterkerze und dergleichen, zunächst ein Filterhilfsmittel anzuschwemmen, um ein Anschwemmfilter aufzubauen; solche Filterhilfsmittel können aus organischem Material, z. B. aus Cellulose oder Synthesefasern, oder auch anorganischem Material, z.B. Kieselgur, Asbest, Bentonit usw., bestehen und sind technisch beispielsweise unter den Markenbezeichnungen LEVASORB, AF 2, SOLCA-FLOC usw. erhältlich. Nach dem Filtrieren des Abwassers wird das Filterhilfsmittel meist zusammen mit dem Filterrückstand verbrannt oder deponiert.

Das Schwemmfilterverfahren bzw. die Verwendung von Filterhilfsmitteln ist zur Aufarbeitung normaler Abwässer mit filtrierbaren Anteilen sowohl aus Gründen der Wirksamkeit als auch der Wirtschaftlichkeit zweckmässig. Die bekannten Filterhilfsmittel haben aber einen relativ begrenzten Wirkungsgrad und neigen in der Regel zu einem raschen Zulegen (Undurchlässigwerden) des Filterkuchens.

Aufgabe der Erfindung ist es, neue Filterhilfsmittel mit verbessertem Wirkungsgrad und weiteren Vorteilen anzugeben.

Es wurde gefunden, dass die zur Herstellung von Papieren aus Synthesefasern an sich bekannten und zum Teil bereits technisch erhältlichen sogenannten Fibride, z.B. auf Basis von Polyethylen oder Polypropylen, im Vergleich zu den bekannten Filterhilfsmitteln erhebliche Vorteile bieten, insbesondere vergleichsweise hohe Wirkungsgrade und eine geringe Verstopfungsneigung.

Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Filterhilfsmittel hydrophile Polyalkan-Fibride verwendet werden, die eine mittlere Faserlänge (CFL) von 0,5 bis 2,5 mm und spezifische Oberflächen von 5 bis 10 m2/ g haben.

Hydrophile Fibride auf Basis von Polyethylen oder Polypropylen mit den genannten Eigenschaften sind geeignet; als

Beispiele sind die unter den Markenbezeichnungen PUL-PEX (Solvay), HOSTAPULP (Farbwerke Hoechst), CARI-FIL (Shell) und ähnliche von den Firmen Mitsui (Japan) bzw. Montedison (Italien) erhältlichen Produkte zu nennen. Allgemeine Angaben über Fibride, ihre Charakteristik, Herstellung und Hydrophilisierung sind in der Literatur zu finden, z.B. für Polyethylenfibride in Angew. Chemie, 90, 1978, Seiten 833-926.

Charakteristische Dicken lassen sich für Fibride in der Regel nicht angeben, liegen aber typisch im Bereich von bis etwa 10 Mikrometer. Solche Fibride können durch verschiedene, an sich bekannte Kristallisationsverfahren, durch Verdampfung von Lösungen, durch Extrusion, Verstrecken oder durch quetschendes Vermählen von Fasern in den aus der Papier- bzw. Holztechnologie bekannten Refinern erhalten werden.

Man nimmt an, dass die Bildung von Fibriden durch Kristallisationsphänomene bedingt sein kann, weshalb für deren Herstellung kristallisationsfähige Polyalkane bevorzugt werden, insbesondere solche, die eine durch Scherkräfte erzielbare Kristallisation zeigen, wie Polyethylen.

Die Fibride können in ähnlicher oder gleicher Weise hydrophil gemacht sein, wie die zur Herstellung von Synthesepapier erhältlichen Fibride. Geeignet zum Erzielen hydrophiler Eigenschaften ist z.B. die Oberflächenbehandlung der Fibride mit hydrophilen Mitteln, wie hydrophilen Harnstoff-Formaldehydkondensaten, Polyvinylalkohol, Polyethylen-imin oder Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid, Carboxyme-thylcellulose, Natriumacrylat und Tenside oder die Modifikation des Polyalkans, z.B. durch Copolymerisation von Al-kylen, wie Ethylen, mit Copolymeren, wie Maleinsäure oder Acrylsäure, bzw. mit Alkalimetallsalzen dieser Säuren oder Allylalkohol, oder aber die Pfropfpolymerisation von Poly-alkanen mit Vinylacetat oder Acrylsäure und dergleichen.

Die erfmdungsgemäss als Filterhilfsmittel verwendeten Fibride sind bekanntlich zur Adsorption von Kohlenwasserstoffen befähigt; so ist z.B. die Verwendung von Polyethy-lenfibriden zur Beseitigung von Öllachen auf Binnengewässern sowie als Mittel zur Entfernung von Teer- bzw. Kondensattröpfchen aus Zigarettenrauch vorgeschlagen worden; diese Adsorptionsfahigkeit von Polyalkan-Fibriden für Kohlenwasserstoffe kann für bestimmte Anwendungszwecke des erfindungsgemässen Filtrationsverfahrens vorteilhaft sein, z. B. bei Filtration von Abwasser mit öligen Anteilen, ist aber keinesfalls kritisch.

Ebenfalls nicht kritisch aber für manche Anwendungsfälle des erfindungsgemässen Verfahrens vorteilhaft ist die für Polyethylenfibride an sich bekannte Einarbeitung von spezifisch schweren mineralischen Füllstoffen in die Polyalkan-masse vor Bildung von Fibriden aus dieser. Auf diese Weise kann die absolute Dichte der Fibride der Dichte des zu filtrierenden Mediums angepasst, d.h. auf eine praktisch gleiche oder gewünschtenfalls eine grössere Dichte zur Vermeidung unerwünschter Aufschwimmtendenzen gebracht werden.

Schliesslich trägt auch die an sich für Polyethylenfibride bekannte hohe Adsorptionsfahigkeit von erfmdungsgemäss als Filterhilfsmittel verwendeten Polyalkan-Fibriden zu deren vorteilhaften Filterhilfsmittel-Eigenschaften bei.

Allgemein kann das erflndungsgemässe Filtrationsverfahren in analoger Weise wie die bekannte Filtration mit Celluloseflocken als Filterhilfsmittel durchgeführt werden, z.B. durch Bildung einer Suspension bzw. eines Breies aus dem Filterhifsmittel und Zugabe dieses Breies zu dem zu filtrierenden wässrigen Medium. Hierbei ist es häufig vorteilhaft, auf einer relativ groben Trägerfläche, z.B. einem Sieb, einer Lochplatte, einem Gewebe oder einer groben Glasfrit-te, zunächst mit der Fibridsuspension in reinem Wasser ein

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Anschwemmfilter zu bilden und danach das zu filtrierende wässrige Medium durch das Anschwemmfilter zu führen, gegebenenfalls unter laufender Beigabe von weiterem Fibrid zu dem zu filtrierenden Medium. Im zuletzt genannten Fall kommt die ausgeprägte Adsorptionsfahigkeit der Fibride für sehr feinteilige Feststoffteilchen besonders vorteilhaft zur Wirkung, indem ein gegebenes Volumen an erfmdungsgemäss verwendetem Filterhilfsmittel im Vergleich zu bekannten Mitteln eine wesentlich grössere Menge an feinteiligem Feststoff in den Filterkuchen einbauen kann, ohne dass dieser rasch verstopft wird.

In analoger Weise eignet sich das erfindungsgemässe Filtrationsverfahren praktisch für alle Anwendungszwecke im Laborbetrieb und im technischen Betrieb, für die üblicherweise Filterhilfsmittel, wie Celluloseflocken, verwendet werden.

Die Reinigung von Abwässern, insbesondere von Prozessabwässern technischer und/oder chemischer Betriebe, ist lediglich als Anwendungsbeispiel zu nennen.

Beispiel

Hydrophiles thermoplastisches Polymer auf Basis von Polyethylen (technisches Produkt der Firma Solvay, «PE-PULPEX» der Qualität F 041/GP) wurde in überschüssigem Wasser mit einem Rührer zur Bildung eines wässrigen Breies zerfasert. Dieser Brei wurde dem zunächst mit Reinwasser betriebenen Filterkreis einer Reinigungsanlage für technisches Abwasser in solcher Menge zudosiert, dass sich auf der Trägeroberfläche für den Anschwemmfilter eine Filterschicht von > 20 g (Trockengewicht) Polyethylenfibrid pro m2 der Trägerfläche bildete. Dann wurde Abwasser mit einem Feststoffgehalt von bis etwa 1 Gew.-% durch die Filterschicht geleitet, und zwar unter kontinuierlicher Zudosie-rung von weiterem Fibridbrei in Gewichtsmengen, welche (bezogen auf den Fibridanteil) annäherend dem Schmutzanteil des Abwassers entsprachen. Dabei bindet das Polyethylenfibrid bereits in der Aufschlämmung Schlammpartikel, bevor es auf den Filterkuchen gelangt.

Die Filteranlage wurde bis etwa zum Erreichen der zulässigen Obergrenze des Druckabfalles durch den Filter betrieben und dann abgeschaltet. Der auf der Trägerfläche gebildete Filterkuchen (Polyethylenfibrid und Schmutzstoffe) wurde von der Trägerfläche abgeschält und kann als solcher deponiert oder nach Trocknung verbrannt werden.

Vergleichsversuche mit Celluloseflocken als Filterhilfsmittel zeigten, dass das erfindungsgemässe Verfahren eine vierfache Verbesserung des Wirkungsgrades ermöglicht: Mit dem erfmdungsgemäss als Filterhilfsmittel verwendeten Polyethylenfibrid konnten mit 1 Gewichtsteil Filterhilfsmittel jeweils 2 Gewichtsteile Schmutzstoffe im Filterkuchen gebunden werden, während 1 Gewichtsteil Celluloseflocken nur etwa 0,5 Gewichtsteile Schmutzstoffe aufnahmen. Dabei

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ist der Druckabfall durch einen gewichtsmässig gleichen Filterkuchen bestimmter Dicke aus Cellulosefasern vergleichsweise erheblich grösser, als der Druckabfall durch einen abgesehen von der Art des Filterhilfsmittels (Polyethylenfibrid) gleichartig gebildeten Filterkuchen.

Der zuletzt genannte Effekt eines vergleichsweise geringeren Druckabfalles durch den Filterkuchen ist wahrscheinlich durch die vergleichsweise erheblich stärkere Quellung von Cellulose in Wasser zu erklären. Aus diesem Grund werden für das erfindungsgemässe Verfahren vorzugsweise Po-lyalkan-Fibride verwendet, die keine oder eine nur geringe Quellfähigkeit in Wasser (z.B. weniger als 5 Gew.-% Quellwasseraufnahme bei 20 °C) aufweisen. Dieser Gesichtspunkt ist insbesondere im Hinblick auf die Wahl der Hydrophilisie-rungsmethode von Polyalkan-Fibriden zu berücksichtigen.

Es zeigte sich auch, dass das genannte Polyethylenfibrid wesentlich feinere Partikel - bis in den Kolloidbereich hinein - zurückhält, als beispielsweise andere Filterhilfsmittel, und dies bei gleichem oder kleinerem Druckabfall.

Abschliessend ist zu bemerken, dass die erfmdungsgemäss verwendeten Polyalkan-Fibride gegen die meisten organischen Lösungsmittel und insbesondere gegen wässrige Basen und Säuren weitgehend im praktisch relevanten Temperaturbereich von Null bis 100 °C beständig, insbesondere hydrolysebeständig, sind und daher im Vergleich zu den in struktureller Hinsicht ähnlichsten bekannten Filterhilfsmitteln auf Cellulosebasis einen erheblich weiteren Anwendungsbereich bzw. im Vergleich zu den relativ beständigen bekannten anorganischen Filterhilfsmitteln ganz wesentlich bessere Wirkungsgrade und eine bessere Wirtschaftlichkeit bieten.

Es versteht sich, dass erfindungsgemässe Filterhilfsmittel in Mischung untereinander, z. B. Polyethylen/Polypropylen-Fibride, oder aber auch in Mischung mit bekannten Filterhilfsmitteln verwendet werden können.

Das erfindungsgemässe Filtrationsverfahren kann weiterhin so durchgeführt werden, dass Filterhilfsmittel mit einer Dichte von < 1 verwendet, in dem zu filtrierenden Medium, z.B. durch Rühren, verteilt und dann aufschwimmen gelassen wird.

Die durch Aufschwimmen des Filterhilfsmittels an der Oberfläche des zu filtrierenden Mediums gebildete Masse stellt hierbei den Filterkuchen dar, der das Filterhilfsmittel und einen mindestens überwiegenden Anteil der ursprünglich im Medium enthaltenen feinteiligen suspendierten bzw. emulgierten Verunreinigungen enthält.

Dementsprechend umfasst der Begriff «Filterkuchen» sowohl die auf einem Träger zurückbleibende Masse aus Filterhilfsmittel und zu filtrierenden Anteilen als auch eine durch Aufschwimmen von Filterhilfsmittel mit darin enthaltenen, zu filtrierenden Anteilen an die Oberfläche eines wässrigen Mediums gebildete Masse.

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640146 PATENTANSPRÜCHE

1. Filtrationsverfahren für wässrige Medien, insbesondere zur Klärfiltration, bei welchem Verfahren das zu filtrierende Medium mit einem Filterhilfsmittel versehen und ein aus dem Filterhilfsmittel und den filtrierten Anteilen des Mediums gebildeter Filterkuchen entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Filterhilfsmittel hydrophile Polyal-kan-Fibride verwendet werden, die eine mittlere Faserlänge (CFL) von 0,5 bis 2,5 mm und spezifische Oberflächen von 5 bis 10 m2/g haben.

2. Filtrationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hydrophile Fibride auf Basis von Polyethylen und/oder Polypropylen verwendet werden.

3. Filtrationsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fibride in Gewichtsanteilen verwendet werden, die mindestens der Hälfte des Gewichtes des Filterrückstandes entsprechen.

4. Filtrationsverfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das absolute spezifische Gewicht der Fibride etwa 1 beträgt.