DE102004023104A1

DE102004023104A1 - Verfahren zum Aufbereiten von Abwasser oder Prozesswasser

Info

Publication number: DE102004023104A1
Application number: DE200410023104
Authority: DE
Inventors: Alexandre Capdepon
Original assignee: HWT WASSERTECHNISCHE ANLAGEN G; HWT WASSERTECHNISCHE ANLAGEN GmbH
Current assignee: HWT WASSERTECHNISCHE ANLAGEN G; HWT WASSERTECHNISCHE ANLAGEN GmbH
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2005-12-08

Abstract

Ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungspartikeln oder kolloidalen anionischen Störstoffen aus Wässern insbesondere der Papier- und Zellstoffindustrie soll bei einem besonders gering gehaltenen apparativen und stofflichen Aufwand besonders wirkungsvoll sein. Dazu werden erfindungsgemäß Hydrogelkörper mit einem Partikeldurchmesser im getrockneten Zustand von 0,02 mm bis zu 10 mm, vorzugsweise 1 mm, auf der Basis von kationischen Homopolymerisaten aus quaternisierten Acrylatestern oder Methacrylatestern oder Homopolymerisate aus Poly-Diallyldimethylammoniumchlorid (Poly-DADMAC) oder kationischen Copolymerisaten aus quaternisierten Acrylatestern oder Methacrylatestern mit Acrylamid oder DADMAC mit Acrylamid eingesetzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungpartikeln oder kolloidalen anionischen Störstoffen aus Wässern im industriellen Bereichm insbesondere in der Papier- und Zellstoffindustrie.
Bei der Zellstoff- und Papierherstellung wird aus ökologischen und ökonomischen Gründen in steigendem Maße recyceltes Altpapier, Pappe und Karton als Rohstoff eingesetzt. Für die Herstellung des Papierstoffs wird in der Praxis Wasser verwendet, das zumindest teilweise oder vollständig von der Papiermaschine zurückgeführt wird. Das zurückgeführte Wasser enthält ebenso wie die aufbereiteten Rohstoffe oft wechselnde Mengen und Größen an störenden klebrigen oder zähen Kontaminanten wie Klebstoffe aus Rückenleimung, aus Haftetiketten und Briefumschlägen sowie Bindemittel aus Streich- und Druckfarben u.a.
Diese Verunreinigungpartikel, unter die auch klebrigen Verunreinigungen und Schmelzkleber fallen, die im englischen Sprachgebrauch als „Stickies" und „Hot Melts" bezeichnet werden, können zu Ablagerungen an Sieben, Filzen, Walzen und anderen insbesondere bewegten Teilen von Papiermaschinen führen und sind damit häufig die Ursache von Produktionsstörungen bei der Papierherstellung, beispielsweise durch längere Stillzeiten und einen höheren Reinigungsaufwand. Auch bilden sich in der Papierbahn beispielsweise Fehlstellen, meist in Form von dünnen Stellen bis hin zu Löchern, wodurch einerseits die Qualität des produzierten Papiers negativ beeinflusst und andererseits Abrisse der Papierbahn in der Papiermaschine verursacht werden können.
Da die Wasserkreisläufe in den Papierfabriken immer stärker eingeengt werden, reichern sich im zurückgeführten Wasser auch kolloidale anionische Störstoffe an, die die Wirksamkeit kationischer polymerer Prozesschemikalien bei der Entwässe rung von Papierstoff und die Retention von Füll- und Faserstoffen stark beeinträchtigen.

Um solche Störstoffe enthaltende Papierstoffe zu entfernen, werden in der Praxis beispielsweise wasserlösliche kationische Polymere, wie z.B. niedermolekulares (Poly-)Diallyldimethylammoniumchlorid ((Poly-)DADMAC) oder Polyvinylamin, und anorganische unlösliche Adsorptionsmittel, wie z.B. Talkum, Bentonit oder Zeolith, in den Papierstoff gegeben. Die Störstoffe werden auf dem Papierstoff fixiert und mit dem Papier ausgetragen. Die Behandlung des Kreislaufwassers mit wasserlöslichen kationischen Polymeren und anorganischen unlöslichen Adsorptionsmitteln erfordert allerdings zumindest einen weiteren Schritt zur Entfernung aus dem System, wobei beispielsweise für eine physikalische Abtrennung mittels eines Filters meistens die Zugabe eines anorganischen Koagulationsmittels oder eines Flockungsmittels notwendig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der oben genannten Art anzugeben, das bei einem besonders gering gehaltenen apparativen und stofflichen Aufwand eine besonders wirkungsvolle Entfernung von Verunreinigungpartikeln oder kolloidalen anionischen Störstoffen aus Wässern insbesondere der Papier- und Zellstoffindustrie erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem Hydrogelkörper mit einem Partikeldurchmesser im getrockneten Zustand von bis zu 1 mm auf der Basis von Homopolymerisaten aus quaternisierten Acrylatestern oder Methacrylatestern, oder Homopolymerisate aus Poly-Diallyldimethylammoniumchlorid (Poly-DADMAC), oder Copolymerisate aus quaternisierten Acrylatestern oder Methacrylatestern mit Acrylamid oder DADMAC mit Acrylamid eingesetzt werden.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass das Verfahren zur effektiven Entfernung von Verunreinigungpartikeln oder kolloidalen anionischen Störstoffen aus Wässern besonders wirtschaftlich und technologisch besonders einfach ausgestaltet sein sollte. Dazu sollte die Anzahl an Arbeits- und Verfahrens schritten und an einzusetzenden Hilfsmitteln besonders gering gehalten werden können. Die Hilfsmittel sollten daher vielfältige Eigenschaften vereinen und synergistische Wirkungen entfalten. So sollten die eingesetzten Körper die klebrigen Substanzen besonders großflächig und zuverlässig adsorbieren und/oder absorbieren, gleichzeitig bei Raumtemperatur eine Reaktion mit anionischen Störstoffen eingehen sowie direkt, das heißt ohne zusätzliche Dosierung von Koagulationsmitteln oder Flockungsmitteln, eine Dichten- oder Volumenvergrößerung eingehen, dass die derart beladenen vergrößerten Körper besonders einfach und schnell vom derart gereinigten Wasser abgetrennt werden können.

Diese ganz speziellen Anforderungen mit den Mehrfachfunktionen erfüllen Hydrogelkörper mit einem Partikeldurchmesser im getrockneten Zustand von 0,02 mm bis zu 10 mm, vorzugsweise 1 mm, auf der Basis von kationischen Homopolymerisaten aus quaternisierten Acrylatestern oder Methacrylatestern, oder Homopolymerisate aus Poly-Diallyldimethylammoniumchlorid (Poly-DADMAC), oder kationischen Copolymerisaten aus quaternisierten Acrylatestern oder Methacrylatestern mit Acrylamid oder DADMAC mit Acrylamid.

Hydrogelkörper ist die Bezeichnung für Wasser enthaltende Gelkörper auf der Basis hydrophiler, aber wasserunlöslicher Polymere, die als dreidimensionales Netzwerk vorliegen. In Wasser quellen diese Polymere bis zu einem Gleichgewichtsvolumen unter Formerhaltung auf. Die Netzwerkbildung erfolgt insbesondere über eine kovalente Verknüpfung der Monomereinheiten mit den Vernetzermonomeren in den Polymerketten, sie kann aber auch über elektrostatische, d.h. ionische, Wechselwirkungen zwischen einzelnen Segmenten der Polymerkette mit geeigneten Vernetzerbrücken erfolgen. Durch Hydratisierung, z.B. der quarternären Ammoniumgruppe, wird die notwendige Hydrophilie der Polymere erreicht.

Über die Auswahl der zum Polymeraufbau verwendeten Monomeren (z.B. DADMAC), die Art der zur Vernetzung eingesetzten Comonomere und die Vernetzungsdichte können die gewünschten Eigenschaften der Hydrogele, wie die Lang zeitstabilität, Standfestigkeit und/oder das Quellungsvermögen gezielt eingestellt werden.

Für die Herstellung der Hydrogelkörper werden vorzugsweise 0,5 bis 20 mol% Vernetzer eingesetzt. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens werden als Vernetzer Triallylammoniumchlorid, Fumarsäurediallylester und/oder Methylenbisacrylamid (MBA) u.a. eingesetzt.

Die Wasserunlöslichkeit der Hydrogelkörper gewährleistet eine gewisse Formbeständigkeit und ermöglicht einen besonders einfachen und praktisch handhabbaren Einsatz ohne mehr oder weniger aufwendige Lösungsschritte vorzugsweise im trockenen Zustand, also als Feststoff. Die besonders gute Quellfähigkeit der hochmolekularen Körper erlaubt eine besonders schnelle und großflächige Adsorption und/oder die großräumige Absorption der unerwünschten Störstoffe in das dreidimensionale Netzwerk der Hydrogelkörper sowie die nachfolgende Abtrennung dieser beladenen Quellkörper vom weitgehend störstofffreien Wasser zweckmäßigerweise durch ein einfaches physikalisches Verfahren. Als derartiges Verfahren wird vorzugsweise das Sieben, die Filtration, Sedimentation, Flotation und/oder die Zentrifugation eingesetzt. Die Entsorgung der abgetrennten mit den Verunreinigungpartikeln oder den Störstoffen beladenen Gelkörper kann anschließend durch Verbrennung erfolgen.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens werden die Hydrogelkörper trocken in einem Filterapparat, beispielsweise in einer Kartusche, als Gelbett vorgelegt werden und das zu behandelnde Wasser durch das Gelbett geströmt. Dies stellt eine apparativ besonders einfache und praktikable Verfahrenstechnik dar, da sie insbesondere in einem kontinuierlichen Betrieb eingesetzt werden kann.

Um das Verfahren der Entfernung von Verunreinigungpartikeln oder kolloidalen anionischen Störstoffen aus Wässern zu beschleunigen und/oder um die Hydrogelkörper beispielsweise für den direkten Einsatz selbst in einem vergleichsweise großporigen Filter zu ertüchtigen, werden die Hydrogelkörper vorteilhafterweise im vorgequollenen Zustand eingesetzt. Damit ist die weitere Volumenvergrößerung des Hydrogelkörpers insbesondere für die Adsorption und/oder Absorption der Verunreinigungpartikel oder Störstoffe bereits initiiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch den Kontakt des belasteten Wassers mit den Hydrogelkörpern, die einen Partikeldurchmesser im getrockneten Zustand von 0,02 mm bis zu 10 mm aufweisen, und auf der Basis von Homopolymerisaten aus quaternisierten Acrylatestern oder Methacrylatestern, oder Homopolymerisate aus Poly-Diallyldimethylammoniumchlorid (Poly-DADMAC), oder Copolymerisate aus quaternisierten Acrylatestern oder Methacrylatestern mit Acrylamid oder DADMAC mit Acrylamid hergestellt sind, ein einfaches Verfahren sowie ein zugleich zur besonders wirksamen Befreiung von Verunreinigungpartikeln oder kolloidalen anionischen Störstoffen aus Wässern insbesondere der Papier- und Zellstoffindustrie geeignetes Verfahren angegeben werden kann. Gerade die einfache Verwendung von ihrer Natur nach wasserunlöslichen Hydrogelkörpern, die sowohl im trockenen als auch besonders im vorgequollenen Zustand eine besonders große Matrix aufweisen, erlaubt eine besonders schnelle und wirkungsvolle Adsorption und/oder Absorption der Verunreinigungpartikel oder Störstoffe sowie deren besonders leicht handhabbare und einfache Abtrennung mit physikalischen Mitteln aus dem Wasser. Somit ist ein gerätetechnisch unaufwendiges Verfahren zur Wasseraufbereitung mit wenigen Arbeitsschritten bereitgestellt, das ohne die Zudosierung zusätzlicher Mittel, wie beispielsweise Koagulationsmittel, auskommt.

Mit der Entfernung der anionischen Störstoffe und der Verunreinigungpartikel aus Wässern insbesondere der Papier- und Zellstoffindustrie erfolgt eine Reduzierung der anionischen Partikelladung, zudem eine Reduzierung der Trübung, des Gehalts an organischen Stoffen im Wasser (TOC für total organic carbon) und des Anteils an abfilitrierbaren Stoffen (AFS) sowie eine Entfärbung des Wassers.

Zwei Beispiele der Behandlung eines belasteten Kreislaufwassers aus einer Altpapier-Deinkinganlage mit den Ergebnissen des behandelten Wassers in Gegenüberstellung zu dem unbehandelten Wasser werden nachfolgend näher erläutert.
Beispiel 1 für einen diskontinuierlichen Behandlungsprozess
Zwei Liter einer belasteten Kreislaufwasserprobe wurden mit 200 ppm Hydrogelkörpern mit einer Partikelgröße von 1 mm im getrocknetem Zustand auf der Basis von Polyacrylamid-Trimethylaminoethyl-metho-sulfat-methacrylat versetzt, 30 Minuten bei 250 UpM gerührt und dann über einen Schwarzbandfilter filtriert. Das behandelte Filtrat wurde untersucht. Die Ergebnisse sind nachfolgend den Ergebnissen einer unbehandelten Kreislaufwasserprobe gegenübergestellt.
Tabelle 1:
Beispiel 2 für einen kontinuierlichen Behandlungsprozess
Eine Kartusche wurde mit Hydrogelkörpern mit einer Partikelgröße von 1 mm in getrocknetem Zustand auf der Basis von Polyacrylamid-Trimethylaminoethyl-metho-sulfat-methacrylat befüllt und mit dem belasteten Kreislaufwasser 20 Minuten lang durchströmt. Eine Probe des behandelten Kreislaufwassers wurde untersucht; die Ergebnisse sind den Ergebnissen einer unbehandelte Kreislaufwasserprobe gegenübergestellt.
Tabelle 2:
Für die Herstellung der in den Beispielen 1 und 2 eingesetzten Hydrogelkörper wurde Polyacrylamid-Trimethylaminoethyl-metho-sulfat-methacrylat mit 20 mol% Methylenbisacrylamid (MBA) vernetzt.
Versuche mit Hydrogelkörpern, bei denen Poly-Diallyldimethylammoniumchlorid (Poly-DADMAC) mit 2-3 mol% Triallylammoniumchlorid vernetzt wurde, führten zu vergleichbaren Resultaten.

Claims

Verfahren zum Aufbereiten von Abwasser oder Prozesswasser im industriellen Bereich, insbesondere in der Papier- und Zellstoffindustrie, bei dem Verunreinigungspartikel oder kolloidale anionische Störstoffe durch Hydrogelkörper mit einem Partikeldurchmesser im getrockneten Zustand von 0,02 mm bis zu 10 mm, vorzugsweise 1 mm, auf der Basis von a. kationischen Homopolymerisaten aus quaternisierten Acrylatestern oder Methacrylatestern, oder b. Homopolymerisaten aus Poly-Diallyldimethylammoniumchlorid (Poly-DADMAC), oder c. kationischen Copolymerisaten aus quaternisierten Acrylatestern oder Methacrylatestern mit Acrylamid oder DADMAC mit Acrylamid aus dem Wasser entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für die Herstellung der Hydrogelkörper 0,5 bis 20 mol% Vernetzer eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem für die Herstellung der Hydrogelkörper als Vernetzer Triallylammoniumchlorid, Fumarsäurediallylester und/oder Methylenbisacrylamid (MBA) eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Hydrogelkörper trocken in das zu behandelnde Wasser eingespeist werden und nach der Behandlung mittels Sieben, Filtration, Sedimentation, Flotation und/oder Zentrifugation abgetrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Hydrogelkörper trocken in einem Filterapparat als Gelbett vorgelegt werden und das zu behandelnde Wasser durch das Gelbett geströmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Hydrogelkörper im vorgequollenen Zustand in das zu behandelnde Wasser eingespeist werden und nach der Behandlung mittels Sieben, Filtration, Sedimentation, Flotation und/oder Zentrifugation abgetrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Hydrogelkörper im vorgequollenen Zustand in einem Filterapparat als Gelbett vorgelegt werden und das zu behandelnde Wasser durch das Gelbett geströmt wird.