DD142960A5

DD142960A5 - Verfahren zur gewinnung von desinfizierten feststoffen aus klaerschlamm

Info

Publication number: DD142960A5
Application number: DD79212270A
Authority: DD
Inventors: Carlos L Doyle
Original assignee: American Cyanamid Co
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1979-04-17
Publication date: 1980-07-23
Also published as: IT1116481B; ZA791550B; IT7948698A0; NO791271L; DE2914053A1; NL7903041A; FR2423449A1; SE7903346L; US4160731A; HU178415B

Abstract

Ein Copolymeres aus Acrylamid und 3- (MethacryIamido) -propyl-trimethyl-amnoniumchiorid wird zur Entwässerung von Klärschlammen verwendet, welche mit Kalk desinfiziert wurden.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Entwässerung von Klärschlamm. Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches Verfahren, bei dem der anfallende Feststoff direkt für Landauffüllungen verwendet werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Die Flockulierung von wäßrigen Dispersionen ist ein äußerst wichtiges Verfahren. Solche wäßrige Dispersionen umfassen zwei Phasen, deren eine als kontinuierliche, äußere, wäßrige Phase vorliegt, unabhängig davon, ob die disperse Phase oder Phasen als Suspensionen von feinen Teilchen oder von wesentlich größeren Teilchen vorliegt. Solche Systeme sind z.B. Flußwasser mit kleinen Mengen suspendierter Feststoffe sowie Industrieabwässer und städtische Abwasser, insbesondere Kanalisationsabwasser und Klärschlamm, welcher entwässert werden muß, sowie in Industrieanlagen anfallende Dispersionen, z. B. Brühen aus Fermentationsverfahren zur Gewinnung von Enzymmaterialien oder dergl. Solche wäßrige Dispersionen haben eine disperse Phase mit einer negativen Ladung.

Zur Flockulierung von wäßrigen Dispersionen, deren disperse Phase negative Ladungen trägt, verwendet man gewöhnlich Materialien, wie Alaun, Eisen(III)-salze oder dergl., welche in ihre Hydroxide überführt werden, oder aber organische kationische Flockuliermittel, welche die negative Ladung neutralisieren. Kationische Flockuliermittel einschließlich polyquaternierter Verbindungen werden weithin angewendet.

Die physikalischen Eigenschaften, welche für die Wirksamkeit verschiedener Flockuliermittel verantwortlich sind, können nicht präzise angegeben werden, Es be-

steht kein gute Korrelation zwischen Modifizierungen von Eigenschaften, welche bei einem Flockuliermitteltyp zu einer erhöhten Wirksamkeit führen,, und Modifizierungen von Eigenschaften, welche bei einem anderen Flockuliermitteltyp zu Wirkungssteigerungen führen. Bestimmte, wirksame Flockuliermittel haben einige physikalische Eigenschaften gemeinsam. Dennoch wurden Einflüsse von Änderungen einzelner Eigenschaften derselben auf ihre Wirksamkeit bisher nicht in nennenswertem Maße untersucht, und die bereits vorliegenden, begrenzten Untersuchungen haben nicht zu schlüssigen Ergebnissen geführt.

Die Entwässerung von Klärschlämmen ist besonders schwer durchführbar, und nur eine begrenzte Anzahl von kationischen Flockuliermitteln ist bei diesem Vorgang wirksam« Brauchbare Flockuliermittel müssen im allgemeinen .ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Molekulargewicht und Ladungsdichte aufweisen. Viele monomere Materialien mit einer hohen Ladungsdichte können nicht zu Polymerisaten polymerisiert werden, welche ein für die wirksame Entwässerung von Klärschlämmen ausreichend hohes Molekulargewicht aufweisen. Andere monomere Materialien führen zwar zu Polymeren mit einem hohen Molekulargewicht, jedoch nicht zu einer genügend hohen Ladungsdichte, als daß sie sich für die Entwässerung von Klärschlammen eigneten. Sc ist bei den Standardverfahren zur Aufarbeitung von Klärschlämmen die Auswahl an wirksamen Flockuliermitteln für die Schlammentwässerung äußerst begrenzt.

Weitere Komplikationen, welche die Aufarbeitung von Klärschlamm behindern oder beeinträchtigen, hängen mit der Art der Beseitigung der aus den Klärschlämmen gewonnenen Feststoffe zusammen. Es ist besonders erwünscht, solche Feststoffe für Landauffüllungen zu verwenden. Zu diesem Zweck ist es jedoch erforderlich, daß die Feststof-

fe sorgfältig desinfiziert sein müssen. Ein bequemes Verfahren zur Desinfizierung der Klärschlämme besteht im Zusatz einer ausreichenden Menge Kalk zur Steigerung des pH-Wertes auf mindestens etwa 12,0 oder darüber, gewöhnlich auf etwa 12,5. Wenn der Klärschlamm auf diese Weise desinfiziert wird, so erhält man Feststoffe, welche sich für Landauffüllungen eignen. Nun ist es aber wesentlich schwieriger, den Klärschlamm wirksam zu entwässern, und die meisten kationischen Flockuliermittel, welche sich zur Entwässerung von Klärschlamm bei pH-Werten im üblichen Bereich, d.h. im Bereich von etwa 7,0, eignen, sind bei diesen hohen pH-Werten unbrauchbar.

Ziel der Erfindung:

Es besteht daher ein'erhebliches Bedürfnis nach einem Verfahren zur Gewinnung von desinfizierten B'eststoffen aus Klärschlämmen, so daß sich diese Feststoffe direkt für Landauffüllungen eignen, während andererseits das Verfahren der Entwässerung der Klärschlämme mit hoher Effizienz abläuft.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Gewinnung von desinfizierten Feststoffen, welche für Landauffüllungen geeignet sind, aus Klärschlamm geschaffen, bei dem man den Klärschlamm mit einer Menge Kalk behandelt, welche zur Steigerung des pH-Wertes auf mindestens 11,o_rvorzugsw.12,ο ausreicht, worauf man dem so behandelten Schlamm eine wirksame Menge eines Copolymeren mit den folgenden Struktureinheiten

12 2;

CH,

CH₃

NH CH, CH₈CH₂CH₂N - CH, Cl

CH,

--CH₂- CH-I

und

C = O I NH₂

wobei χ eine Molprozentziffer im Bereich von etwa 3 bis 60 und y entsprechend eine Molprozentziffer im Bereich von etwa 97 bis 40 bedeuten _s und wobei das Copolymere eine Standardviskosität von mindestens etwa 1,5 cP. hat, zusetzt, worauf man den erhaltenen Schlamm zur Entfernung des Wassers filtriert und die anfallenden, desinfizierten Feststoffe für Landauffüllungen verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu desinfizierten Feststoffen, welche direkt für Landauffüllungen verwendet werden können, während andererseits die Entwässerung des zu behandelnden Klärschlamms mit hoher Effizienz abläuft. Dieses Ergebnis ist überraschend und in hohem Maße unerwartet angesichts der Tatsache, daß viele, herkömmliche quaternäre Flockulierungsmittel für dieses Verfahren vollkommen ungeeignet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entwässerung von Klärschlamm wird in üblicher V/eise durchgeführt, mit Ausnahme des Zusatzes von Kalk und mit Ausnahme des Zusatzes des spezifischen, polyquaternierten Flockulierroittels. Kalk (Calciumoxid) wird dem Klärschlamm in einer ausreichenden Menge zugesetzt, um den pH auf mindestens 12,0 und vorzugsweise bis auf etwa 12,5 oder darüber zu bringen. Da es erwünscht ist, die gewonnenen Feststoffe direkt für Landauffüllungen zu verwenden, sollte die Behandlung mit Kalk ausreichend weit betrieben werden, damit

der Klärschlamm vollständig desinfiziert wird. Typischerweise wendet man pro Tonne trockener Klärschlammfeststoffe etwa 45 kg PIaIk an.

Das erfindungsgemäß eingesetzte, polyquaternäre Flockuliermittel weist folgende Struktureinheiten auf:

--CH₂ —

C = O

NH CH₃ CH₂CH₂CH₂N - CH₃ CH₃

-[CH₂ CH*

und

C=O I NH₂

Dabei bedeutet χ eine Molprozentziffer im Bereich von etwa 3 bis 60 und y eine Molprozentziffer im Bereich von etwa 97 bis 40. Vorzugsweise beträgt χ etwa 10 Mol-96 und y etwa 90 Mol-%. Das bevorzugte Molverhältnis führt zu einem Copolyrneren, welches sowohl ein hohes Molekulargewicht als auch eine hohe Ladungsdichte aufweist. Das Polymere hat ein Molekulargewicht, welches einer Standardviskosität von mindestens etwa 1,5 cP. und vorzugsweise mindestens etwa 2,5 cP. entspricht. Solche Viskositätsangaben definieren Polymere mit einem Molekulargewicht oberhalb etwa 1 Million und vorzugsweise oberhalb etwa 3 Million.

Ausführungsbeispiele:

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei alle Teilangaben und Prozentangaben sich, sofern nicht anders angegeben, auf das Gewicht beziehen. Die Standardviskosität ist die Viskosität in einer 0,1Obigen Lösung des Copolymeren in 1N NaCl, gemessen mit einem Brookfield-LVT-Viskosimeter bei pH 5,5, 25⁰C und 60 U/min.

ge cπ -ία7 q^Hi vU^ i)

Beispiel 1

In einer städtischen Kläranlage in Colorado wurde der Klärschlamm mit Kalk in einer Menge von 45 kg/t der trockenen Klärschlammfeststoffe behandelt, wobei der pH auf 11,0 eingestellt wurde. Um nun diesen Klärschlamm mit einer ausreichenden Geschwindigkeit filtrieren zu können, setzt man pro Tonne der trockenen Klärschlammfest stoffe 1 kg eines Copolymeren zu, welches 90 MoI-^ Acrylamid und 10 Mol-?o 3-(Methacrylamid©)~propyl-trimethylammoniumchlorid enthält und welches eine Standardviskosität von etwa 3 cP. aufweist. Der Klärschlamm ist leicht filtrierbar, und man erhält einen Filterkuchen von desinfizierten Klärschlammfeststoffen, welche unmittelbar für Landauffüllungen verwendet werden können.

Man arbeitet nach dem Verfahren des Beispiels 1, wobei man jedoch ein Copolymeres von Dimethylaminoäthyimethacrylat und Acrylamid (Molverhältnis 9Oi10) anstelle des Polymeren des Beispiels 1 einsetzt. Dieses Polymere hat eine Standardviskosität von etwa 3 cP. Durch Zusatz dieses Polymeren wird die Filtrierbarkeit nicht herbeigeführt, trotz der Tatsache, daß ein solches Polymeres bei Abwesenheit von Kalk Klärschlämme gewöhnlich filtrierbar macht.

Yer^leichsbeispJ^el^B .

Das Verfahren des Beispiels 1 wird wiederum wiederholt, wobei man jedoch anstelle des darin eingesetzten Polymeren ein Copolymeres aus 67 MoI-Jo Acrylamid mid 33 MoI-^ Diallyldimethyl~ammoniumchlorid mit einer Standardviskosität von etwa 3 cP. einsetzt. Zur Herbeiführung einer ausreichenden Filtrierbarkeit muß man pro Tonne der trockenen Klärschlammfeststoffe etwa 2,25 kg des Polymeren

O r CO -i f; "7 G -·,.. U

einsetzen. Somit erfordert dieses Verfahren im Vergleich zu einem Zusatz des erfindungsgemäßen Copolymeren eine Steigerung der Polymerdosierung auf mehr als 200%.

Beispiele 2 bis 6

Klärschlämm aus einer städtischen Kläranlage in Connecticut wird nach dem Verfahren des Beispiels 1 mit Kalk versetzt, um den pH auf ,12,0 zu erhöhen. Der Schlamm hat eine Konsistenz von h%. Das eingesetzte Polymere hat die gleiche Zusammensetzung wie bei Beispiel 1 und eine Standardviskosität von 3*2 cP. Es wird in verschiedenen Dosierungen eingesetzt, und die Filtriergeschwindigkeit wird jeweils bestimmt und als ml Filtrat/min angegeben. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.

Verflleichsbeispiele^ C₁ bis G

Das Verfahren der Beispiele 2 bis 6 wird wiederholt, wobei man ein Polymerisat mit 90 Mol-% Acrylamid und 10 Mol-?o Methacryloyloxyäthyl-trimethylammoniumchlorid einsetzte Das Polymere hat eine Standardviskosität von 3₅7 cP. Die Ergebnisse und Einzelheiten dieser Versuche sind in Tabelle I zusammengestellt.

Die Ergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren dem herkömmlichen Verfahren wesentlich überle-.A-

gen ist.

-AO-

Tabelle I Filtriergeschwindi^keit eines Kalk-Klärschlamms

Beispiel Polymerdosis ml Filtrat/min (x-450 g/t) __

34 49 73 94 112 30 34 43 51 51.

2	C	1,22
3	D	3,68
4	E	5,51
5	F	6,76
6	G	8,00
Vgl.B.	1,22
11	3,68
It	5,51
Il	6,76
Il	8,00

Claims

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Gewinnung von für Landauffüllungen geeigneten, desinfizierten Feststoffen aus Klärschlamm, dadurch gekennzeichnet, daß man den Klärschlamm mit einer ausreichenden Menge Kalk zur Einstellung des pH auf mindestens 12,0 versetzt und dem so behandelten Schlamm eine wirksame Menge eines Copolymeren mit Struktureinlieiten der folgenden beiden Formeln

CH

C \
NH

ZJL

und

-CH₂ -

CH C = O

NH₂

CH₃

CH₂CH₂CH₂N ^ CH₃

CHs

wobei χ eins Molprozentzahl im Bereich von etwa 3 bis und y demgemäß eine Molprozentzahl im Bereich von 97 bis 40 bedeuten, und wobei das Copolymer eine Standardviskosität von mindestens etwa 1,5 cP. hat, zusetzt, und den erhaltenen Schlamm zur Entfernung des Wassers filtriert und die dabei anfallenden desinfizierten Feststoffe für Landauffüllungen verwendet.

Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeich net, daß man eine für die Einstallung des pH auf 12,5 ausreichende Menge Kalk zusetzt,
3. Verfahren nach einem dar Punkte 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Copolymeres mit einer Standardviskosität von mindestens etwa 2,5 cP. einsetzt.

U. O L i
4. Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man ein Copolymeres einsetzt, bei dem χ eine Molprozentziffer von etwa 10 und y eine Molprozentziffer von etwa 90 ist.
5. Verfahren nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Copolymeres mit einer Standardviskosität von mindestens etwa 2,5 cP. einsetzt.

Hierzu A Seite Tabelle