CZ163597A3

CZ163597A3 - Technologie odvodnění kalů z čističek odpadních vod pomocí polyetylenoxydu

Info

Publication number: CZ163597A3
Application number: CZ971635A
Authority: CZ
Inventors: Shyamoli Ing. Hájková
Original assignee: Shyamoli Ing. Hájková
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 1998-12-16

Abstract

Řešení se týká použití vysokomolekulárního polyetylenoxydu a reaktivní chemikálie-kofaktoru, jako je fenolická pryskyřice nebo betonit, pro odvodnění průmyslových kalů. Různé výluhy dřeva, získané při vaření dřeva, jako je například černý sulfátový nebo sulfitový výluh, může být také použit jako reaktivní chemikálie-kofaktor pro polyetylenoxyd. Reakce polyetylenoxydu a kofaktoru v kalové suspenzi způsobí flokulaci kalu a tím vytvoří podmínky pro snadné odvodnění kalu a zároveň zvýší retencí jemných podílů kalu v kalovém koláči. Tohoto efektu může být s výhodou využito při odvodnění průmyslových a městských kalů.

Description

Technologie odvodnění kalů z čističek odpadních vcjd pomocí polye yleno^ydu

Oblast techniky.

Vynález zlepšuje odvodnitelnost průmyslových kalů a čistotu odvodněného filtrátu při odvodnění kalu na odvodňovacích strojích.

Dosavadní stav techniky

Cílem odvodnění kalů z odpadních procesů je zvýšení obsahu sušiny v kalu. Toto je důležité, zvláště v případech, kdy je odvodněný kal dopravován na velké vzdálenosti do místa skládky, a nebo když je odvodněný kal spalován jako topivo. Zvýšená sušina kalu sníží náklady na dopravu odvodněného kalu do místa skládky, a v případech, kdy je odvodněný kal používán jako topivo, vyšší sušina kalu zvýší jeho výhřevnou kapacitu.

Pro odvodnění kalu z čističek odpadních vod se používají odvodňovací stroje jako například gravitační stoly, rotační síta, sítové lisy a nebo šnekové lisy. Při průmyslové aplikaci je obvyklé použití kombinace těchto strojů, aby se dosáhlo optimálních výsledků.

Při odvodnění kalu se s výhodou používá chemikálií, které urychlí extrakční proces vody z kalové suspenze a zároveň zlepší zachycení jemných podílů kalu v kalovém koláči, a tím zvýší čistotu filtrátu.. Typickým příkladem takovýchto chemikálií jsou kationické a anionické polyacryamidy, soli obsahující Al³⁺, Fe³⁺ iont, polyetyleniminy, polyaminy, polyamidy, poly-DADMAC a nebo jejich kombinace.

V případě, kdy kal obsahuje podíl biologického kalu z biologické čističky vod, retence jemných podílů kalu je zvláště důležitá. Těla mikroorganismů obsahují velká množství biogenních prvků jako je dusík a fosfor. Pokud retence biologického podílu kalu poklesne, těla mikroorganismů nebudou zachycena v kalovém koláči. Přítomnost těchto nezachycených mikroorganismů zvýší obsah dusíku a fosforu ve filtrátu.. Protože výsledný filtrát je většinou čerpán zpátky do sedimentačního procesu, zvýšený obsah těchto biogenních prvků v sedimentační nádrži může podpořit začátek anaerobické reakce. Produktem anaerobické reakce je metan , jehož přítomnost může snížit rychlost sedimentace pevných látek v sedimentačních bazénech. Vedlejším produktem anaerobické reakce jsou také sloučeniny obsahující síru, jako například sirovodík a lignosulfonany. Přítomnost těchto látek snižuje účinnost chemikálií, používaných ke zlepšení

-2odvodnitelnosti kalu. Hlavním důvodem snížení efektivnosti těchto chemikálií je jejich způsob reakce - jejich závislost na možnosti vytvoření vazeb mezi chemikálií a pevnou složkou kalu. Tato reakce je u všech dosud používaných prostředků založena na molekulové hmotnosti a na náboji té které chemikálie. Mnohé složky kalu mohou mít rušivý účinek na všechny dosud známé a používané chemické programy. Snížená účinnost chemikálie znamená sníženou výslednou sušinu kalu, sníženou retenci biologických podílů kalu v kalovém koláči a zvýšené náklady na odvodnění kalu.

Podstata vynálezu

Vynález navrhuje pro odvodnění kalu použití chemického procesu, ve kterém se využívá reakce ílokulující chemikálie jako je vysokomolekulámí polyetylenoxyd ( PEO) s reaktivní chemikálií - kofaktorem, jako je např. fenolická pryskyřice a nebo bentonit. Přítomnost sloučenin síry, jako jsou lignosulfonany, nebo dřevních pryskyřic, které ruší chemickou reakci u dosud používaných chemických programů, podpoří v tomto případe žádanou reakci, protože polyetylenoxyd je schopný tvoření vodíkových vazeb také s těmito sloučeninami. Tyto sloučeniny, jako například sloučeniny ligninu v černém sulfátovém nebo sulfitovém výluhu, jsou zvláště reaktivní a mohou být s výhodou použity jako doplňkový kofaktor při použití PEO technologie pro odvodnění kalu. Přidání kofaktoru a polyetylenoxydu v dostatečném množství do průmyslového kalu, způsobí silnou flokulaci (vločkování) kalové suspenze. Takto upravená supenze je snadno odvodnitelná konvenčními způsoby jako je filtrace, odstředění a nebo lisování.

-3Příklad provedení vynálezu

Příklad č. 1:

Vzorek kalu se skládal z průmyslového kalu získaného z továrny na výrobu sulfátové buničiny, a který obsahoval primární (kal ze sedimentační nádrže) a biologický kal v poměru 2.1. Výsledná konzistence kalu byla 2,3%. Do 500 ml vzorku kalu byla přidána fenolická pryskyřice a vzorek byl zamíchán. Následně byla přidána dávka polyetylenoxydu a vzorek byl znovu zamíchán. Takto upravený vzorek byl odvodněn pomocí Buchnerovy nálevky o průměru 15 cm , do které byl vložen kus 20 mesh síta z odvodňovacího sítového lisu. Objem vody, vyteklý z kalu, byl měřen v časovém intervalu 30 a 60 vteřin. Takto odvodněný kalový vzorek byl následně podroben tlaku po dobu dalších 60 vteřin. Tlak byl simulován tím, že 8 kg závaží bylo umístěno na vznikající kalový koláč. Závaží mělo stejný průměr jako byl vnitřní průměr Buchnerovy nálevky. Zachycený filtrát byl analyzován vzhledem k objemu vyteklého filtrátu za časový interval a vzhledem k výsledné turbiditě filtrátu. Takto dosažené výsledky byly porovnány s výsledky obdrženými opakováním stejného pracovního postupu, kdy ale ke kalu nebyla přidána žádná chemikálie a nebo, kdy ke kalu byly přidány různé dávky kationického polyacrylamidu, který byl vybrán jako nejvhodnější polyakrylamid pro tento proces.

Větší objem vyteklého filtrátu za časový interval představuje vyšší odvodnitelnost kalu. Výsledná turbidita filtrátu je funkcí retence jemných a koloidních podílů kalu v kalovém koláči. Nižší hodnota turbidity výsledného filtrátu znamená vyšší retenci jemných a koloidních podílů v kalovém koláči a tedy čistější filtrát.

Výsledky jsou uvedeny v tabulce č. 1 a v grafech ě. 1-1, 1-2, 1-3 a 1-4. Z výsledků je vidět, že kal byl nejlépe, nej rychleji a nej čistěji odvodněn pomocí kombinace fenolové pryskyřice s polyetylenoxydem

Příklad č.2:

Vzorek kalu se skládal z průmyslového kalu získaného z továrny na výrobu novinového papíru, a který obsahoval primární a biologický kal v poměru 1:1. Výsledná konzistence kalu byla 2,1%. Do 500 ml vzorku kalu byla přidána postupné buďto fenolformaldehydová nebo fenolsulfonová pryskyřice a nebo bentonit, a vzorek byl zamíchán. Následovně byla přidána dávka polyetylenoxydu a vzorek byl znovu zamíchán. Takto upravený vzorek byl zpracován stejným způsobem jako je uveden v příkladě č. 1. Dosažené výsledky byly analyzovány a porovnány stejným způsobem jako v příkladě č. 1.

-4Výsledky jsou uvedeny v tabulce č.2 a v grafech č.2-1, 2-2, 2-3 a 2-4. Z výsledků je vidět, že kal byl opět nejlépe, nejrychleji a nejčistěji odvodněn pomocí kombinace fenolové pryskyřice s polyetylenoxydem. Obě pryskyřice - fenolformaldehydová a fenolsulfonová se chovaly obdobně a výsledky dosažené při jejich použití byly porovnatelné. Výsledky dosažené při použití bentonitu a polyetylenoxydu byly lepší než výsledky s polyakrylamidem, ale horší než ty, které byly dosaženy s fenolickou pryskyřicí a polyetylenoxydem.

Příklad ě.3:

Vzorek kalu byl získán z městské čističky odpadních vod a skládal se z jedné části primárního kalu (kal získaný ze základní sedimentační nádrže) a z jedné části sekundárního kalu (biologický kal). Výsledná konzistence kalu byla 3,0%. Do 500 ml vzorku kalu byla přidána fenolická pryskyřice a vzorek byl zamíchán. Následně byla přidána dávka polyetylenoxydu a vzorek byl znovu zamíchán. Takto upravený vzorek byl zpracován stejným způsobem jako v příkladě č. 1.

Takto dosažené výsledky byly porovnány s výsledky obdrženými opakováním stejného pracovního postupu, ale kdy ke kalu nebyla přidána žádná chemikálie a nebo kdy byly ke kalu přidány kationický polyacrylamid a nebo kationický kopolymer DADMAC-polyacrylamid. Při tomto procesu byla zároveň studována možnost použití černého sulfátového a sulfitového výluhu jako pomocného kofaktoru spolu s fenolickou pryskyřicí. Při tomto postupu byla dávka černého výluhu přidána ke vzorku v okamžiku dávkování fenolické pryskyřice.

Výsledky jsou uvedeny v tabulce č.3 a v grafech č.3-1, 3-2, 3-3 a 3-4. Z výsledků je vidět, že kal byl znovu nejlépe, nejrychleji a nejčistěji odvodněn pomocí kombinace fenolové pryskyřice s polyetylenoxydem . Přítomnost černého sulfátového nebo sulfitového výluhu zlepšuje dosažené výsledky ještě více. Výsledky ukazují, že černý sulfátový nebo sulfitový výluh může být použit, při technologii odvodnění kalu pomocí polyetylenoxydu, a to jako základní chemikálie a nebo jako pomocný kofaktor pro polyetylenoxyd společně s fenolformaldehydovou nebo fenolsulfonovou pryskyřicí.

-5Tabulka č.l

Číslo použitého programu	Objem filtrátu ml/30s	Objem filtrátu ml/60s	Objem nitrátu po lisování ml/60s	Turbidita nitrátu NTU
OA	130	160	325	1000
IA	220	275	410	756
2A	250	310	420	450
3A	250	320	460	312
4A	265	330	470	256
5A	365	375	480	83
6A	390	420	500	61

Číslo použitého programu	Použité chemikálie
0A	Nil
IA	3kg/t vysokomolekulámí kationický polyakrylamid
2A	5kg/t vysokomolekulámí kationický polyakrylamid
3A	IOOg/t fenolické pryskyřice + 200g/t polyetylenoxydu
4A	400g/t fenolické pryskyřice + 200g/t polyetylenoxydu
5A	400g/t fenolické pryskyřice + 500g/t polyetylenoxydu
6A	700g/t fenolické pryskyřice + 500g/t polyetylenoxydu

Tabulka č. 2

Číslo použitého programu	Objem nitrátu ml/30s	Objem nitrátu ml/60s	Objem filtrátu po lisování ml/60s	Turbidita nitrátu NTU
0B	175	220	260	1000
1B	140	160	300	856
2B	200	260	390	654
3B	205	275	385	523
4B	270	325	410	375
5B	275	340	430	343
6B	280	340	440	356
7B	295	360	450	173
8B	300	400	460	171

Číslo použitého programu	Použité chemikálie
0B	Nil
1B	3kg/t vysokomolekulámí kationický polyakrylamid
2B	5kg/t vysokomolekulámí kationický polyakrylamid
3B	8kg/t vysokomolekulámí kationický polyakrylamid
4B	4kg/t bentonit+250g/t polyetylenoxydu
5B	500g/t fenolsulfonová pryskyřice+250gá polyetylenoxydu
6B	500g/t fenolformaldehydová pryskyřice+250g/t polyetylenoxydu
7B	700g/t fenolsulfonová pryskyřice+500g/t polyetylenoxydu
8B	700g/t fenolformaldehydová pryskynce+500g/t polyetylenoxydu

-6Tabulka č.3

Číslo použitého programu	Objem nitrátu ml/30s	Objem filtrátu mI/60s	Objem filtrátu po lisování ml/60s	Turbidita nitrátu NTU
oc	50	70	200	954
1C	175	225	355	218
2C	185	230	380	193
3C	205	250	405	101
4C	240	280	420	83
6C	220	260	415	94
5C	260	305	440	57
7C	250	300	430	62

Číslo použitého programu	Použité chemikálie
OC	Nil
1C	5 kg Λ vysokomolekulámí kationický polyakrylamid
2C	5 kg Λ vysokomolekulámí kationický DADMAC - polyakrylamid kopolymer
3C	lOOOg/t fenolické pryskynce+ 500g/t polyetylenoxydu
4C	1000Λ fenolické pryskyřice+5 kg Λ černého sulfátového výluhu (50%)+500g/t polvetylenoxydu
5C	1000Λ fenolické pryskyřice+5 kg/t sulfitového výluhu (35%)+500g/t polvetylenoxydu
6C	lOOOg/t fenolické pryskyrice+10 kg/t černého sulfátového výluhu (50%)+500g/t polyetylenoxydu
7C	1000g/t fenolické pryskyřice+10 kg/t sulfitového výluhu (35%)+500g/t polyetylenoxydu

Průmyslová využitelnost

Použití kombinace polyetylenoxydu/fenolické pryskyřice pro odvodnění průmyslových kalů podle vynálezu umožní rychlejší, snadnější odvodnění průmyslových kalů při nižších nákladech na odvodňovací proces.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Proces pro zvýšení rychlosti odvodnění kalové suspeze, při kterém je do kalové supenze přidána fenolická pryskyřice a polyetylenoxyd v takovém množství, které způsobí flokulaci kalové suspenze, a kde je takto upravená kalová suspenze následovně odvodněna pomocí gravitace, odstředěním, lisováním a nebo kombinací těchto metod.
2. Proces podle bodu c. 1, pro který základním důvodem pro odvodnění kalu je nadále zvýšit sušinu kalu.
3. Proces podle bodu č.l, pro který základním důvodem pro odvodnění kalu je zvýšení zachycení jemných podílů kalu v kalovém koláči.
4. Proces podle bodu č. 1,2,3, ve kterém je kalová suspenze definována jako odpadní produkt z čisticího procesu většinou získaný sedimentací, flotací nebo odstředěním odpadních vod z výrobního procesu průmyslových továren a nebo z městských čističek odpadních vod.
5. Proces podle bodu č. 1,2,3, ve kterém je kalová suspenze definována jako biologický kal získaný z aerobického nebo anaerobického čistícího procesu odpadních vod..
6. Proces podle bodu č. 1,2,3, ve kterém je kalová suspenze definována jako směs kalových suspenzí definovaných pod bodem č.4 a 5.
7. Proces podle bodu ě. 1,2,3,4,5, ve kterém je kalová suspenze výsledkem čisticího procesu odpadních vod z továren zpracovávajících dřevo, jako jsou např. papírny, celulózky, pily, továrny na čistění sběrových papírenských vláken (de-ink) atd.
8. Proces podle bodu č. 1,2,3,4,5,6,7, kde se využívá reakce polyetylén- nebo polypropylenoxydu s reaktivní chemikálií - kofaktorem jako je bentonit, fenol- nebo naftolformaldehydová pryskyřice, fenol- nebo naftolsulfonová pryskyřice nebo fenol- nebo naftolformaldehydová pryskyřice, která obsahuje sulfonové skupiny.
9. Proces podle bodu ě. 1,2,3,4,5,6,7,8, kde se jako reaktivní chemikálie - kofaktor pro polyetylenoxyd použije roztok černého sulfátového, sulfitového \ýiuhu nebo výluhu z NSSC varného procesu, nebo jejich méně koncentrované roztoky získané v procesu praní uvařené buničiny, a nebo kdy se použije filtrát získaný praním vlákniny z mechanického procesu zpracování dřeva, jako je broušení, CTMP, TMP, BCTMP procesu, ať tyto výroby zahrnují bělení nebo ne, a nebo když se použije jakákoliv odpadní voda, obsahující deriváty ligninu nebo dřevní pryskyřice nebo podobné chemikálie v měřitelné koncentraci.
10. Proces podle bodu č. 1,2,3,4,5,6,7,8,9, kde jako reaktivní chemikálie - kofaktor pro polyetylenoxyd jsou použity dvě nebo více chemikálii uvedených pod body č.8 a 9, a kde tyto chemikálie jsou přidány do kalové suspenze jedním nebo více dávkovacími body.
11. Proces podle bodu č. 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10, kde před nebo po přidání chemikálii, uvedených v bodech č. 8,9,15 do kalové suspenze, je přidána chemikálie ze skupiny organických nebo anorganických koagulantů o molekulové váze menší než, nebo rovné 2 000 000 a kde koagulanty patří do skupiny chemikálií jako jsou : poly-kyan-diamid formaldehydové polymery, amfoterické polymery, dialyl-dimetyl-amonium-chloridové polymery, dialyl-amino-alkyl(meth)-akrylátové polymery, dimetyl-amin/epichlorohydrino vé polymery, kopolymery dialyl-amino-alkyl(meth)akrylátu a akrylamidu, dialkyl-amino-alkyl(meth)-akrylamidu a akrylamidu, polyetyleniminu, polyaminu a nebo Al³⁺, Ffc.’ soli.
12. Proces podle bodu č. 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, kde před nebo po přidání chemikálií, uvedených v bode č.8, 9 a 15, je přidána chemikálie ze skupiny organických koagulantů o molekulové váze mezi 500 000 a 5 000 000, a kde koagulanty patří do skupiny chemikálií jako jsou : dimetyl-amino-etyl-akrylate-metylchloridy, kvartemámí akrylamidy, dimetyl-amino-etyl-metakryldietyl-sulfátové kvartemámí akrylamidy, dialyl-etyl-amonium-chloridové akrylamidy.
13. Proces podle bodu č. 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12, kde pH kalové suspenze je mezi 1 a 14.
14. Proces podle bodu č. 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13, kde teplota kalové suspenze je mezi 2°C a 100°C, a nebo kdy je kalová suspenze ohřátá a nebo ochlazená na tuto teplotu před, během a nebo po přidání chemikálií do suspenze.
15. Proces podle bodu č. 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, kde chemikálie použitá při flokulaci kalu je polyetylenoxyd, polypropylenoxyd, polymer který obsahuje propylen- nebo etylenoxydové skupiny, kopolymer polypropylenoxydu nebo polyetylenoxydu a polyakrylamidu, a nebo směs polypropylenoxydu a polyakrylamidu, případně polyetylenoxydu a polyakrylamidu, a kde tyto chemikálie mají molekulovou hmotnost, která nepřesahuje 26 000 000.
16. Proces podle bodu č. 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15, kde chemikálie použita při flokulaci kalu je chemikálie uvedena v bodě č. 15, a kdy tato chemikálie je dávkována do kalové suspenze jedním nebo více dávkovacími místy.
17. Proces podle bodu č. 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16, kde dávkování flokulační chemikálie, uvedené v bodě č. 15, do kalové suspenze, předchází nebo následuje dávkování chemikálií uvedených v bode č. 8 a 9., popř. č. 11 a 12.
18. Proces podle bodu ě. 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16, 17, kde dávkování flokulační chemikálie uvedené v bodě č. 15 do kalové suspenze, a dávkování chemikálií uvedených v bodě č. 8 a 9, popř č. 11 a 12 se děje ve stejném okamžiku.
19. Proces podle bodu č. 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18, kde je koncentrace flokulační chemikálie uvedené v bodě č. 15 nebo reaktivní chemikálie uvedené v bodě č. 8 a 9, popř. č. 11 a 12, upravena, před jejich dávkováním do kalové suspenze, ředěním, především vodou a nebo jiným polárním ředidlem.

Obr. Ί