DE2307308A1 - Verfahren zum entwaessern von waessrigen suspensionen - Google Patents
Verfahren zum entwaessern von waessrigen suspensionenInfo
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Description
ICI America Inc., Wilmington, Del. / USA
Die Erfindung betrifft die Behandlung von wäßrigen Suspensionen
von feinverteilten festen Materialien, um die Entfernung von Wasser daraus durch solche Prozesse, wie die
Filtration, die Sedimentation, die Auswaschung und die Dekantierung, und deren Variationen, bei welchen das Wasser während der Entfernung in flüssiger Phase verbleibt, zu
erleichtern. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Konditionieren von Abwässerschlämmen, um deren rasche und wirksame Entwässerung zu bewirken.
Filtration, die Sedimentation, die Auswaschung und die Dekantierung, und deren Variationen, bei welchen das Wasser während der Entfernung in flüssiger Phase verbleibt, zu
erleichtern. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Konditionieren von Abwässerschlämmen, um deren rasche und wirksame Entwässerung zu bewirken.
Es ist bekannt, daß wäßrige Suspensionen von agglomerierten organischen Feststoffen durch verschiedene Techniken,
wie die Verdichtung, die Filtration oder die Flotation, ent-
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wässert werden können. Ungeachtet der angewendeten Entwässerungstechnik
sind wäßrige Suspensionen von vorwiegend organischen Feststoffen, wie Abwässerschlämme, aufgrund der
extremen hydrophilen und amorphen Natur der Feststoffe am
schwierigsten zu entwässern. Solche Suspensionen sind gewöhnlich bei Konzentrationen oberhalb "etwa 0,1 Gew.-9& im wesentlichen
nicht frei absetzend. Das bedeutet, daß unter dem Einfluß der Schwerkraft ohne eine weitere mechanische
oder chemische Konditionierung nur eine geringe oder überhaupt keine Verdichtung stattfindet. Beispiele für solche
im wesentlichen nicht frei absetzende Suspensionen von organischen
Feststoffen sind die rohen, die digestierteri und die
aktivierten Abwasserschlämme von Städten und dergleichen. Um solche Schlämme durch Vakuumfiltration zu entwässern, ist
es häufig notwendig, soviel wie 22,7 bis 90,7 kg de Tonne
der dispergierten organischen Feststoffe von organischen Zusatzstoffen, wie gebrannter Kalk, Eisen(III)-chlorid,
Eisen(III)-sulfat, Aluminiumchlorid und Alaun, zu verwenden. Innerhalb der letzten Jahre sind zahlreiche Veröffentlichungen
erschienen^ welche beschrieben haben, daß Suspensionen von organischen Feststoffen, wie Abwässer, mit kationischen
Polymeren entwässert werden, können. Obgleich kationische Polymere zur Konditionierung von Abwässer schlämmen'"
zur Filtration schon vor der vorliegenden Erfindung verwendet werden konnten, macht jedoch.die für diesen Zweck erforderliche Menge des kationischen Polymeren die Behandlung:
für viele Operationen wirtschaftlich unzufriedenstellendβ
Es ist daher anzustreben,· ein kationisches Entwässerungsiaittel
zu haben, das wirksamer ist als die bislang bekannten kationischen Entwässerungsmittel, so daß zur Entwässerung
von Suspensionen von festen Materialien niedrigere Mengen" des kationischen Polymeren eingesetzt werden können.
Gemäß der Erfindung wird nun ein Verfahren zur Erleichterung
der Entwässerung von wäßrigen Suspensionen von fein-
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verteilten festen Materialien zur Verfügung gestellt, bei welchem mit der Suspension ein wasserlösliches kationisches
Polymeres von N-Vinylimidazol oder eines Salzes davon in einer genügenden Menge vermischt wird, daß die Suspension
für die Entwässerung konditioniert wird, und bei welchem Wasser von der konditionierten Suspension abgetrennt wird.
Es wurde gemäß der Erfindung festgestellt, daß die Behandlung einer wäßrigen Suspension von festen Materialien, z.B.
von Abwasserschlamm, mit einem N-Vinylimidazol-Polymeren
im allgemeinen zu einem raschen und wirksamen Entwässern der festen Materialien darin führt, so daß das Volumen der zu
verwerfenden Feststoffe vermindert werden kann und auch die Konsistenz und die Eigenschaften der Feststoffe verbessert
werden können, so daß diese leichter gefiltert und verarbeitet werden können.
Die kationischen N-Vinylimidazol-Polymere, die bei dem Verfahren
der Erfindung verwendet werden, können ein wasserlösliches Polymeres von N-Vinylimidazol oder ein Salz davon
sein, welches genügend kationische Teile enthält, um dem Polymeren insgesamt kationische Eigenschaften zu verleihen.
Eine Klasse von N-Vinylimidazol-Polymeren, welche für das Verfahren der Erfindung besonders gut geeignet ist,sind die
kationischen wasserlöslichen Polymeren, welche mindestens 5 Gew.-% polymerisierte N-Vinylimidazolteile oder dessen
Salzes enthalten und die eine Intrinsic-Viskosität in 2n iMatriumchloridlösung bei 25,5°C von etwa 0,2 dl je g bis
etwa 15 dl je g haben.
Eine besonders bevorzugte Klasse von kationischen N-Vinylimidazol-Polymeren,
welche bei dem Verfahren der Erfindung verwendet werden kann, schließt diejenigen ein, welche 5
bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 80 Gew.-56 polymerisierxes
Il-Vinylimidazol oder dessen Salz und 95 bis 0 Gew.-%,
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vorzugsweise 90 Ms 20 Gew.-% von mindestens einem polymerisierten
Monomeren der allgemeinen Formel
(1) R1
H2C = C - Y
worin PL Wasserstoff oder ein Alkyiradikal mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
bedeutet und Y für
O O
!I Il
- C - NH2, - CN, - SO3R2 oder -COR3
steht, worin R2 Wasserstoff oder ein Alkalimetall darstellt
und worin R-, Wasserstoff, Alkalimetall oder -OCH2CH2N(R)^X
bedeutet, worin jedes R unabhängig voneinander für eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen steht und X ein
Anion ist, mit der Maßgabe, daß das Polymere nicht mehrmals
25 Gew.-% des polymerisierten Monomeren der Formel
CH2 = C - CN
enthält, worin R^ Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1
bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, enthalten. X kann ein beliebiges Anion, wie Hydroxyl!, oder ein negatives, salzbindendes
Radikal sein. Beispiele für diese negativen Radikale sind Halogenide, wie Chlorid, Bromid und Jodid, Sulfat,
z.B. das Methylsulfatanion, und insbesondere das Anion,
das von der Quaternisierung einer Aminogruppe mit Diäthylsulfat,
Benzylchlorid, Dimethylsulfat, Acetat, Formiat, Bisulf
at und Propionat herrührt. Beispiele für Verbindungen,
die unter die Formel (1) fallen, sind Acrylamid, Methacrylamid, Acrylnitril, Acrylsäure, Methacrylsäure, Vinylsulfori-
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säure und Salze von diesen Säuren, wie Natriumacrylat, Kaliumacrylat,
Natriummethacrylat und Lithiumacrylat, und
die quaternären Salze von Dimethylaminoäthylacrylat und Dimethylaminoäthylmethacrylat.
Für den Fachmann wird ersichtlich, daß die vorstehend beschriebenen Polymere, welche bei
dem Verfahren der Erfindung eingesetzt werden, Homopolymere von li-Vinylimidazolsalzen und Copolymere von N-Vinylimidazol
und dessen Salzen mit einem oder mehreren anderen Monomeren einschließen, unter der Voraussetzung, daß das Polymere wasserlöslich
und kationisch ist. Daher sollte, wenn das Polymere sowohl kationische als auch anionische Teile enthält,
das Verhältnis von kationischen zu anionischen Teilen in dem Polymeren größer als 1 sein.
Die hierin verwendete Bezeichnung "N-Vinylimidazol" soll Verbindungen
einschließen, die durch die allgemeine Formel
R-C-N R-C C-R
CH=CH2
charakterisiert sind, worin jedes R unabhängig H oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen bedeutet, mit
der Maßgabe, 4daß die Gesamtzahl von Kohlenstoffatomen,
welche in den Gruppen R vorhanden sind, nicht über 4 hinausgeht. Beispiele für solche Verbindungen sind 1-Vinylimidazol,
1-Vinyl-2-methylimidazol, 1-Vinyl-2-isopropylimidazol, 1-Vinyl-2-äthylimidazol,
1-Vinyl-2-propylimidazol, 1-Vinyl-2,4-dimethylimidazol,
i-Vinyl-5-methylimidazol und 1-Vinyl-2,4,5-trimethylimidazol.
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Die hierin verwendete Bezeichnung "Salz" soll nicht nur die gewöhnlichen Salze, die durch Umsetzung von einem oder :
mehreren Stickstoffatomen des Imidazolrings mit einer or-;
ganischen Säure oder anorganischen Saure oder einem sauren Salz zur Bildung eines gewöhnlichen Salzes gebildet werden, einschließen,
sondern diese Bezeichnung soll auch die quaternären
Ammoniumsalze einschließen, die durch Quaternisierung von einem oder mehreren der Stickstoffatome des Imidazolrings
gebildet werden. Beispiele für Säuren, die zur Herstellung der gewöhnlichen Salze eingesetzt werden können,
sind Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Jodwasserstoffsäure,
Schwefelsäure, Ammoniumsulfat, Natriumbisulfat,' Kaliumbisulfat,Methylschwefelsäure,
schweflige Säure, Natriumbisulf it, Alkansulfonsäure, Benzolsulfohsäure, p-Toluolsulfonsäure,
Phosphorsäure, Natriumhydrogenphosphate, Salpetersäure,
Essigsäure, Propionsäure, Zitronensäure, SuIfaminsäure,
Glykolsäure, Diglykolsäure und Äthylendiamintetra*-
essigsäure. Eine bevorzugte Klasse von gewöhnlichen Salzen wird hergestellt, indem ein Stickstoffatom des Imidazolrings
mit einer starken Säure, wie Salzsäure oder Schwefelsäure,
umgesetzt wird. Alkylierungsmlttel, die zur Herstellung
der quaternären Ammoniumsalze verwendet werden können, schließen z.B. folgende Verbindungen ein: Methylchlorid, Methylbromid,
Äthylchlorid, Diäthylsulfat, BenzylChlorid, Dimethylsulfat,
Dimethylsulfit und Dimethylphösphit, Das Salz
kann gebildet werden, indem die entsprechende Säure oder das Alkylierungsmittel mit dem N-Vinylimidazol-Monomeren oder
mit dem N-Vinylimldazol-Polymeren umgesetzt wird.
Obgleich die erfindungsgemäß verwendeten Polymere in der Form der freien Base eingesetzt werden können, werden sie
vorzugsweise in Salzform, entweder als einfaches Salz mit
einer Säure oder als quaternäres Salz, eingesetzt. In der folgenden Beschreibung soll unter der Bezeichnung "Salz"
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eines Polymeren, wenn nichts spezifisches angegeben wird, sowohl das einfache Salz des Polymeren mit einer Säure als
auch das quaternäre Ammoniumsalz verstanden werden.
Die hierin verwendete Bezeichnung "wasserlöslich" soll Polymere bezeichnen, welche echte Lösungen oder kolloidale
Lösungen bilden, wenn sie in wäßrigen Medien in den nachfolgend angegebenen Mengen vorhanden sind.
Die wasserlöslichen, kationischen Polymere, die bei dem Verfahren der Erfindung eingesetzt werden, sind vorzugsweise
Polymere, welche durch eine Intrinsic-Viskosität in 2n Natriumchloridlösung ,bei 25,50C von mindestens 0,2Deciliter je g
charakterisiert sind. Obgleich das Verhalten der Polymere dazu neigt, sich mit steigendem Molekulargewicht zu verbessern,
sind doch Polymere mit einer Intrinsic-Viskosität von oberhalb etwa 15 dl je g in 2n Natriumchloridlösung bei
25,5°C schwieriger herzustellen als Polymere mit niedrigerem Molekulargewicht. Demgemäß haben die Polymere, die bei
dem Verfahren der Erfindung am häufigsten verwendet werden, eine Intrinsic-Viskosität von nicht mehr als etwa 15 dl je
g in 2n Natriumchlorid bei 25,5°C Es sollte jedoch beachtet werden, daß Polymere mit einer Intrinsic-Viskosität unterhalb
0,2 und oberhalb 15 verwendet werden können, wenn es gewünscht wird. Es wird im allgemeinen bevorzugt, mit Polymeren
im Bereich von 1 dl je g bis etwa 8 dl je g zu arbeiten, da diese Materialien besonders wirksam sind und ohne
weiteres in Wasser aufgelöst werden können, um konzentriertere Lösungen zu bilden als die Polymeren mit höherer Intrinsic-Viskosität.
Die kationischen Polymere, die erfindungsgemäß verwendet werden können, können durch die herkömmlichen Polymerisationstechniken
für hochmolekulare Polymere hergestellt wer-
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den. Im allgemeinen können die bei dem Verfahren der Erfindung verwendeten kationischen Polymere hergestellt werden,
indem eine wäßrige Lösung des Monomeren oder eines Gemisches der Monomeren dem Einfluß von Gammastrahlung einer
Intensität von 1000 bis 1 Million rad je Stunde und einer Gesamtdosis von 1000 bis 10 Millionen rad ausgesetzt wird.
Die kationischen Polymere können auch durch die herkömmlichenPolymerisationstechniken,
beispielsweise durch Erhitzen einer wäßrigen Lösung des Monomeren oder des Monomergemisches
in Gegenvrart eines freien Radikalkatalysators, wie .
Benzoylperoxid oder Kaliumpersulfat, über einen genügenden
Zeitraum unter Bildung von hochmolekularen kationischen Polymeren, hergestellt werden. Die Herstellungsart für die kationischen
Polymere, die bei dem Verfahren der Erfindung verwendet wird, ist nicht kritisch und bildet keinen Teil
dieser Erfindung.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Erleichterung
der Entwässerung von wäßrigen Suspensionen von festen Materialien kann durchgeführt werden, indem man die wäßrige Suspension
der festen Materialien* die entwässert werden soll, mit einem wie vorstehend beschriebenen, wasserlöslichen,
kationischen Polymeren entwässert. Die Behandlung wird bewerkstelligt,
indem das Polymere direkt in die wäßrige Lösung eingegeben wird, ©der indem das kationische Polymere
in der Form einer verdünnten wäßrigen Lösung zu öer Suspension
zugesetzt wird» Die wäßrige Suspension wird gewöhnlich während der Zugabe des Polymeren gerührt,, Die giagesetzte
Polymerlösung wird im- allgemeinen s©~ eingestellt,, daß bei
einem gegebenen Verdünnungswert die vorgewählte angestrebte Dosierung des kat lon! seilen Polymeren erhalten-wird. Somit
kann die PolymerlSsung ungefähr von etwa O9OOI uexr.-% bis
40 Gevr.-% oder mehr Polymerfeststoffe enthalten. Obgleich
keine dieser Begrenzungen kritisch ist9 stellt doch die un-
tere Grenze die praktische Verdünnungsgrenze dar, während die obere Grenze die ungefähre physikalische Grenze für
eine bequeme und praktische Handhabung der Lösungen des hochmolekularen kationischen Polymeren darstellt, bei welcher
oder erheblich oberhalb derer die Konzentration zu viskos wird, um eine bequeme Handhabung zu erhalten. Säuren
und/oder neutrale Salze können zu der Polymerlösung zugesetzt werden, um die Viskosität zu erniedrigen und die Lösung
leichter pumpfähig zu machen. Obgleich alle beliebigen sauren oder neutralen Salze verwendet xirerden können, sollten
alkalische Salze vermieden werden, da diese dazu neigen, die quaternären Salze der Polymeren abzubauen. Beispiele für
Salze, welche verwendet werden können, sind Natriumsulfat, Natriumchlorid, Aluminiumsulfat und Ammoniumsulfat.
Die Gesamtdosierung des kationischen Polymeren variiert etwas entsprechend der chemischen Natur und dem Molekulargewicht
des verwendeten Polymeren und hängt ziemlich von der jeweiligen Suspension ab, die entwässert werden soll. Im
allgemeinen sind zufriedenstellende Ergebnisse erhalten worden, wenn die Mengen der verwendeten hochmolekularen
kationischen Polymeren im Bereich von etwa 0,23 bis 22,68 kg (O55 bis 50 pounds) der Polymeren je Tonne der Feststoffe
auf Trockenbasis variieren, Häufig liegt die verwendete Menge im Bereich von etwa. 0,45 bis 6,80 kg (1 bis
15 pounds) Polymeres je Tonne Feststoffe auf Trockenbasis. Diese Polyniermengen sind besonders geeignet, wenn der
Schlamm auf einem Schleifenfilter oder einer Zentrifuge entwässert wird.
Die Rührung bzw. Durchbewegung der wäßrigen Dispersion während der Zugabe des kationischen Polymeren kann durch jede
beliebige Rühreinrichtung geschehen. Beispiele für geeignete Einrichtungen sind große, langsam rotierende Paddel,
schäumende Gase und mäßig turbulente Strömungen in Kanälen,
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- ίο -
die Leitbleche enthalten können, um die Durchbewegung
bei hohen Fließgeschwindigkeiten zu erhöhen. Die verwendeten Rühreinrichtungen sind dazu bestimmt, um eine homogene
Einarbeitung des hochmolekularen kationischen Polymeren in die wäßrige Suspension der festen Materialien zu
ergeben. Obgleich es bevorzugt wird, eine signifikante Zerstörung von vorliegenden Agglomeraten, die in der Aufschlämmung
vorhanden sein können, zu vermeiden, ist der Erhalt eines innigen und gleichförmigen Gemisches des Polymeren
mit der Suspension wichtiger als die Vermeidung einer Zerstörung von etwa vorliegenden Agglomeraten. Somit
wird das Polymere in der wäßrigen Suspension mit einer minimalen Zerstörung von etwa vorliegenden Agglomeraten
gleichförmig dispergiert«
Die bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung verwendeten optimalen Bedingungen hängen 9 wie im Falle von
anderen kationischen Polymeren, von der chemischen Struktur des jeweils verwendeten kationischen Polymeren, dem Molekulargewicht
des Polymeren und-der Zusammensetzung der jeweiligen Suspension, die entwässert v/erden soll, ab. Die
Erfindung soll weniger in der Auswahl von besonderen Bedingungen für die Entwässerung von Suspensionen von festen
Materialien mit einem kationischen Polymeren gesehen'werden, als vielmehr in der überraschenden Entdeckung, daß die
hierin beschriebenen, wasserlöslichen;, kationischen Polymere
sehr wirksame Entwässerungsmittel sind. So hat sich z.B. gezeigt, daß die erfindungsgemäß verwendeten kationischen
Polymere bis zu 20'T-mal wirksamer sindj, um Abwässerschlämme
von Städten zu entwässern als einige der handelsüblichen kationischen Polymere, wie Polyäthyleniminsalze.
Der größere Grad der Wirksamkeit der erfindungsgemäß verwendeten
kationisehen Polymere verbessert die Wirtschaftlichkeit
für die. Entwässerung von Feststoffen bie mehreren Operationen, welche die Behandlung von Abwässern, insbeson-
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dere von Stadtabwässern, einschließen. Zusätzlich zu der wirksamen Entwässerung von wäßrigen Suspensionen von festen
Materialien und einer hierdurch erfolgenden Verminderung der Feststoffmenge für die nachfolgende Verwerfung haben
die erfindungsgemäß verwendeten Polymeren-Entwässerungsmittel auch einen Effekt auf die Konsistenz und die Eigenschaften
der Feststoffe, so daß diese leichter gefiltert und verarbeitet werden können.
Die erfindungsgemäß verwendeten kationischen polymeren Entwässerungsmittel
können als einziges Entwässerungsmittel oder in Verbindung mit anderen polymeren Entwässerungsmitteln
oder bei Prozessen verwendet werden, die die Verwendung von anderen chemischen Behandlungssystemen, wie anorganischen
Salzen, vorsehen. Die anorganischen Salze, welche in Verbindung mit den erfindungsgemäß eingesetzten polymeren
Entwässerungsmitteln verwendet werden können, schließen alle beliebigen sauren oder neutralen Salze ein, die zur Behandlung
von wäßrigen Suspensionen von festen Materialien bekannt sind. Eine bevorzugte Klasse von solchen anorganischen
Salzen schließt die sauren und neutralen Salze von mehrwertigen Metallen ein. Beispiele für solche anorganischen
Salze sind Alaun, Eisen(III)-chlorid, Eisen(II)-chlorid,
gebrannter Kalk und Aluminiumchlorid. Die Menge des anorganischen Salzes, die verwendet wird, liegt im allgemeinen
im Bereich von 0,1 bis 100 Teile anorganisches Salz je Teil Polymeres (auf das Gewicht bezogen). Im MIe von
gebranntem Kalk ist die verwendbare Menge auf den Punkt beschränkt, wo die Salze des kationischen Polymeren nicht wesentlich
zerstört werden.
Nach der Behandlung der wäßrigen Suspension der festen Materialien
mit dem arfindungsgemäß verwendeten, wasserlöslichen, kationischen Polymeren-Entwässerungsmitteln wird
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die resultierende Suspension sodann den herkömmlichen Entwässerungsoperationen,
beispielsweise der Verdichtung, Filtration, Zentrifugierung, Auswaschung und Flotation unterworfen.
Die Verwendung von Schleifenfiltern und Zentrifugen wird besonders bevorzugt. Gewünschtenfalls kann ein Vakuum
angelegt werden. Eine typische Einrichtung zur Entwässerung von Schlamm umfaßt eine große Drehtrommel, die mit
einem offenmaschigen Metalifaser-Filtertuch bedeckt ist. Wenn die Trommel durch die Abwasseraufschlämmung gedreht
wird, die in einer Filterpfanne unterhalb der Trommel enthalten ist, dann wird durch Ansaugung in Richtung auf die
Mitte der Trommel durch das Filtertuch ein Vakuum angelegt. Auf diese Weise werden die Abwasserfeststoffe (der trockene
Schlammkuchen) kontinuierlich von dem Filter aufgenommen und davon durch verschiedene Maßnahmen, wie Anwendung von
Luftdruck oder durch Kratzeinrichtungen, entfernt.
Es sollte beachtet werden, daß die organischen festen Phasen, die gemäß der Erfindung gefiltert werden sollen, aufgrund
ihrer extremen hydrophilen Eigenschaften eine erhebliche
Menge von aufgesogenem Wasser enthalten. Die vollständige Wasserentfernung ist zwar nahezu unmöglich, doch
enthalten Filterkuchen, die durch Filtration von erfindungsgemäß behandelten Suspensionen erhalten worden sind,
üblicherweise geringere Mengen von Wasser als Filterkuchen,
die nach dem Stand der Technik erhalten worden sind.
Die folgenden Beispiele beschreiben die Herstellung von
wasserlöslichen, kationischen Polymeren und ihre Verwendung zur Entwässerung von Suspensionen von festen Materialien
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, In den Beispielen sind sämtliche Teile und Prozentmengen auf das Gewicht
bezogen, wenn nichts anderes angegeben ist.
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90 g Acrylamid werden in 240 ml Wasser aufgelöst. Zu dieser Lösung werden 30 g des quaternären Dimethylsulfats von
N-Vinylimidazol gegeben. Die resultierende Lösung wird unter
Verwendung von 96?oiger konzentrierter Schwef elsäure auf einen pH-Wert von etwa 3 eingestellt. Die Monomerlösung
wird sodann einer Köbalt-60-Gammastrahlungsquelle mit einer
Intensität von 200000 rad je Stunde über einen Zeitraum von 24 Minuten ausgesetzt, so daß 68% der Monomere in ein v/asserlös
liches, kationisches Copolj/meres umgewandelt werden.
Das resultierende Copolymere wird in Methanol ausgefällt und getrocknet. Die Intrinsic-Viskosität des Copolymeren beträgt
4,2 dl je g, gemessen in 2n Natriumchlorid bei 25,5°C.
1 1 einer Aufschlämmung von der Darby Creek Treatment Plant, Sharon Hill, Pennsylvania, wird in eine Kristallisierschale
gegeben. Diese Aufschlämmung enthält 7% Feststoffe und stellt den digestierten, ausgewaschenen primären Unterstrom
und den tropfenden Filterschiamm dar. Eine genügende Menge
einer 0,2&Lgen wäßrigen Lösung des Acrylamid-N-vinylimidazo!dimethylsulfat-quaternären
Copolymeren wird zu der Aufschlämmung gegeben, so daß 1,81 kg des Copolymeren je Tonne
Feststoffe in der Aufschlämmung erhalten werden. Die Lösung des Copolymeren wird unter Mischen mit einem Niedergeschwindigkeits-Paddelrührer
zugesetzt. Nach dem Vermi-
sehen wird ein Filterblatt mit 0,09 m , das mit einem Polypropylenfiltertuch
(Eimco Popr-859) bedeckt ist, in der konditionierten Aufschlämmung untergetaucht. Es wird Vakuum
angewendet und der Druck wird auf 50,8 cm Hg eingestellt. Der Filterkuchen wird 30 Sekunden lang bilden gelassen.
Das Filterblatt, das den Filterkuchen enthält, wird sodann aus der Aufschlämmung entnommen, in aufrechte Stellung
gebracht und der PCuchen wird 2,5 Minuten getrocknet.
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Das Aussehen des Kuchens und die Klarheit des Fi.itra.ts
werden notiert. Der naße Kuchen wird sodann von dem Filterblatt entfernt, gewogen, getrocknet und wieder gewogen.
Die prozentuale trockene Feststoffmenge in dem Filterkuchen wird errechnet. Sämtliche Tests für einen gegebenen Ansatz
des Schlammes werden gegenüber der Verwendung eines handelsüblichen Copolymeren verglichen, welches 3 Gewichtsteile eines polymerisieren Acrylamido und 1 Gewichtsteil eines polymerisierten Dimethylaminoäthylacrylatdimethylsulfatquaternären Salzes enthält und das in einer Menge von 1,81
kg des Copolymeren je Tonne der Aufschlämmungs-Feststoffe
verwendet wird. Auf diese Weise kann ein Wirksamkeitsindex für die Feststoffe errechnet werden, um die Ergebnisse
besser zu vergleichen. Der Wirksamkeitsindex für die Feststoffe wird nach folgender Formel errechnet:
werden notiert. Der naße Kuchen wird sodann von dem Filterblatt entfernt, gewogen, getrocknet und wieder gewogen.
Die prozentuale trockene Feststoffmenge in dem Filterkuchen wird errechnet. Sämtliche Tests für einen gegebenen Ansatz
des Schlammes werden gegenüber der Verwendung eines handelsüblichen Copolymeren verglichen, welches 3 Gewichtsteile eines polymerisieren Acrylamido und 1 Gewichtsteil eines polymerisierten Dimethylaminoäthylacrylatdimethylsulfatquaternären Salzes enthält und das in einer Menge von 1,81
kg des Copolymeren je Tonne der Aufschlämmungs-Feststoffe
verwendet wird. Auf diese Weise kann ein Wirksamkeitsindex für die Feststoffe errechnet werden, um die Ergebnisse
besser zu vergleichen. Der Wirksamkeitsindex für die Feststoffe wird nach folgender Formel errechnet:
Wirksamkeitsindex für die Λη(Λ (% Feststoffe bei dem Testpro-Feststoffe
" IUU dukt)
C% Feststoffe bei 1,81 kg je
Tonne des Standardcopolymeren)
Das quaternäre N-Vinylimidazoldimethylsulfat-Copolymere ergibt,
wenn es in einer Menge von 1,81 kg Copolymeres je Tonne der Aufschlämmungs-Feststoffe verwendet wird, einen Filterkuchen,
der 21,2/o trockene Feststoffe enthält.'Der Index für die Feststoffwirksamkeit beträgt 131. Das gleiche Copolymere
ergibt bei einem Gehalt von 2,72 kg Copolymeres je
Tonne der Aufschlämmungs-Feststoffe einen Filterkuchen, der 23,2% trockene Feststoffe enthält. Der Index für die Feststoffwirksamkeit beträgt in diesem Fall 143. Bei einer Do-' sierung von 3,63 kg je Tonne enthält der Filterkuchen 22,5% trockene Feststoffe und der Index für die Wirksamkeit der
Feststoffe beträgt 139. Ein handelsübliches Polyäthyleniminsalz ergab einen trockenen Kuchen, der 19,9% trockene Feststoffe enthielt. Der Index für die FeststoffWirksamkeit betrug bei einer Dosierung von 18,14kg- des Polymeren je Tonne
Tonne der Aufschlämmungs-Feststoffe einen Filterkuchen, der 23,2% trockene Feststoffe enthält. Der Index für die Feststoffwirksamkeit beträgt in diesem Fall 143. Bei einer Do-' sierung von 3,63 kg je Tonne enthält der Filterkuchen 22,5% trockene Feststoffe und der Index für die Wirksamkeit der
Feststoffe beträgt 139. Ein handelsübliches Polyäthyleniminsalz ergab einen trockenen Kuchen, der 19,9% trockene Feststoffe enthielt. Der Index für die FeststoffWirksamkeit betrug bei einer Dosierung von 18,14kg- des Polymeren je Tonne
der Aufschlämmungs-Feststoffe 123.
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37,5 g quaternäres Ϊϊ-Vinylimidazoldimethyl sulfat werden in
350 g Wasser aufgelöst. Zu dieser Lösung werden 112,5 g Acrylamid gegeben und der pH-Wert der resultierenden Lösung
wird auf 3 eingestellt. Die resultierende 30/oige Monomerlösung
wird einer Kobalt-60-Gammastrahlung mit einer Intensität
von 23OOOO rad über einen Zeitraum von 39 Minuten
ausgesetzt, um 73% der Monomeren in das Copolymere umzuwandeln. Das Copolymere wird durch Ausfällung des Copolymeren
in Methanol isoliert. Die Intrinsic-Viskosität des resultierenden Copolymeren in 2n Natriumchlorid bei 25,5 C beträgt
4,5 dl je g. Das Copolymere wird bei dem im Beispiel
1 beschriebenen Entwässerungsverfahren untersucht. Bei Verwendung mit einer Menge von 3,63 kg des Copolymeren je Tonne
der Aufschlämmungsfeststoffe wird ein trockener Filterkuchen erhalten, der 20,2% trockene Feststoffe enthält. Der
Index für die FeststoffWirksamkeit ist 119. Die Verwendung
eines kationischen Polyäthyleniminsalzes-Polymeren in einer
Dosierung von 13,61 kg Polymeres je Tonne der trockenen
Feststoffe ergibt einen trockenen Filterkuchen, welcher 23,0% trockene Feststoffe enthält. Der Index für die Feststoff
Wirksamkeit beträgt 118. Dies bedeutet, daß zur Erzielung
ähnlicher Ergebnisse gegenüber dem Polyäthyleniminsalz nur 1/4 der Menge des N-Vinylimidazol-Copolymeren verwendet
werden muß.
Ein Copolymeres von 3 Gewichtsteilen des quaternären Dimethylsulfatsalzes
von N-Vinylimidazol und 1 Gewichtsteil polymerisiertem
Acrylamid mit einer Intrinsic-Viskosität von 5,0 dl je g in 2n Natriumchlorid bei 25,50C wird mit einer
Dosierung von 1,81 kg Copolymeres je Tonne des Abwasser-
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230730g
Schlamms nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 verwendet.
Der resultierende Filterkuchen enthalt 21,6% trockene Feststoffe. Der Index für die FeststoffWirksamkeit ist 133.
Bei einem identischen Test beträgt bei Verwendung eines Polyäthyleniminsalzes in einer Dosierung von' 18,14 kg Polymeres
je Tonne der Abwasserschlamm-Feststoffe der Index für
die FeststoffWirksamkeit 125. Somit ergibt das N-Vinylimidazol-Copolymere
bei einer Dosierung von 1/10 derjenigen des Polyäthyleniminsalzes äquivalente Ergebnisse.
Ein Copolymeres aus Acrylamid, quaternärem N-Vinylimidazoldimethylsulfatsalz
und quaternärem Dimethylaminoäthylmethacrylatdimethylsulfatsalz wird wie folgt hergestellt. 60 g
quaternäres N-Vinylimidazoldimethylsulfatsalz werden in 700
g Wasser aufgelöst. Zu dieser Lösung werden 15 g quaternäres Dimethylaminoäthylmethacrylatdimethylsulfatsalz und 225 g
Acrylamid gegeben. Die resultierende Monomerlösung wird mit einer Intensität von 150000 rad je Stunde unter Verwendung
einer Kobalt-60-Gammastrahlungsquelle bestrahlt. Das
resultierende Copolymere wird extrahiert und mit Methanol ausgefällt und getrocknet. Die Entwässerungswirksamkeit des
Copolymeren wird sodann gemäß Beispiel 1 untersucht. Es wird gefunden, daß sehr ausgezeichnete Schlammentwässerungseigenschaften
erhalten werden, wie es sich durch einen sehr trokkenen Filterkuchen und einen hohen Index für die Feststoffwirksamkeit
zeigt.
Die Arbeitsweise des Beispiels 4 wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß das quaternäre Dimethylaminoäthylmethacrylatdimethylsulfatsalz
durch quaternäres Dimethylaminoäthylacrylatdimethylsulfatsalz ersetzt wird. Es zeigt sich, wenn das
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Copolymere als Sclilammentwässerungsmittel nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 untersucht wird, daß ein trockener
Filterkuchen und ein hoher Index für die FeststoffWirksamkeit
erzielt v/erden.
19,5 g konzentrierte Schwefelsäure (96,5/0 werden in 200 g Wasser aufgelöst. Nach dem Abkühlen werden 37,5 g N-Vinylimidazol
zugesetzt. Zu der Lösung werden sodann 112,5 g Acrylamid gegeben und der pH-Wert der resultierenden Lösung
wird unter Verwendung von konzentrierter Schwefelsäure auf 4 eingestellt. Die Monomerlösung wird sodann auf 25°C
abgekühlt und mit einer Gammastrahlung einer Intensität von 230000 rad je Stunde über einen Zeitraum von einer Stunde
bestrahlt. Das resultierende Copolymere wird durch Ausfällung mit Methanol isoliert und getrocknet. Die Umwandlung
ist 70%. Das Copolymere hat eine Intrinsic-Viskosität von
3,5 dl je g in einer 2n-IIatriumchloridlösung bei 25,50C.
Eine 0,2 gew.-/aige Lösung dieses Polymeren wird hinsichtlich ihrer Fähigkeit untersucht, um die Entwässerung eines
Abwasserschlamms gemäß der Arbeitsweise des Beispiels 1 zu erleichtern. Das Polymere wird in der Salzform, mit Schwefelsäure
verwendet. Es ergibt einen Index für die Feststoff-. Wirksamkeit von 129 und eine Trockenfeststoff menge von 2O,9/o,
wenn es mit einer Dosierung von 4,54 kg Polymeres je Tonne der Feststoffe in dem Abwasserschlamm eingesetzt wird.
Ein Genisch von 80 Teilen Acrylamid und 20 Teilen quaternäres
ll-Vinylimidazoldimethylsulfatsalz wird in 400 Teilen
entionisiertem Wasser aufgelöst. Zu dieser Lösung wird ein Gemisch von 0,04 Teilen Kaliumpersulfat und 0,0035 Teilen
Kaliummetabisulfit gelöst in 5 Teilen V/asser, welches auf
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einen pH-¥ert von 3 eingestellt wurde, gegeben. Das resultierende
Gemisch wird sodann auf 6O°C erhitzt. Bei fortschreitender
Polymerisation steigt die Temperatur -an. Sie wird während des Verlaufs d'er Reaktion ohne ein Kühlen ansteigen
gelassen. Nach dem Stehenlassen über Nacht wird das gebildete Copolymere gesammelt, zu einer 0,2%igen wäßrigen ·
Lösung reformuliert und nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 wird die Eignung als Schlammentwässerungsmittel bewertet.
Das kationische Copolymere ergibt trockene Filterkuchen, die ähnlich denen sind, die mit dem kationischen Copolymeren
des Beispiels 1 gefunden werden.
Ein Gemisch von 80 Teilen Acrylamid und 20 Teilen quaternär
em N-Vinylimidazoldimethylsulfatsalz und 20 Teilen quatemärem
Dimethylaininoäthylacrylatdimethylsulfatsalz werden in 400 Teilen entionisiertem Wasser aufgelöst. Zu dieser
Lösung wird ein Gemisch gegeben, welches 0,04 Teile Kaliumpersulfat und 0,0035 Teile Kaliummetabisulfit gelöst in 5
Teilen Wasser enthält und dessen pH-Wert auf 3 eingestellt worden war. Das Reaktionsgemisch wird sodann auf eine Temperatur
von-60°C erhitzt. Wenn die Polymerisation fortschreitet,
wird die Temperatur ohne ein Kühlen im Verlauf der Reaktion ansteigen gelassen. Nach, dem Stehenlassen über
Nacht wird das Copolymere gesammelt und zu einer 0,2/oigen wäßrigen Lösung reformuliert. Die Eignung als Schlammentwässerungsmittel·
wird wie im Beispiel 1 bestimmt. Es zeigt sich, daß das Copolymere sehr trockene Filterkuchen und
einen ausgezeichneten Index für die Feststoffwirksamkeit ergibt.
Ein Gemisch von 80 Teilen Acrylamid und 20 Teilen quater-
309834/092 2 _ig_
närem N-Vinylimidazoldimethylsulfatsalz und 20 Teilen quaternärem
Dimethylaminoäthylmethacrylatdimethylsulfatsalz wird in 400 Teilen entionisiertem Wasser aufgelöst und nach
der Arbeitsweise des Beispiels 8 polymerisiert. Das resultierende Copolymere ist ein ausgezeichnetes Schlammentwässerungsmittel.
Ein Copolymeres, welches 60 Gew.-°o polymerisiertes Acrylamid
und 40 Gew.-?o quaternäres N-Vinylimidazoldimethylsulfatsalz
enthielt, wurde in Kombination mit einem anorganischen Salz nach der Testmethode des Beispiels 1 untersucht.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt,
Salz | Salzmen ge je t Feststof fe, kg |
Tabelle I | Trockene Fest stoffe, % |
Index für die Fest stoffwirk samkeit |
|
Bei spiel Nr. |
AlCl3 | 11,34 | Polymermenge je t Pest stoffe, kg |
23,0 | 139 |
10 | AlCl3 | 45,40 | 4,54 | 22,0 | 133 |
11 | Kalk | 11,34 | 4,54 | 26,4 | 135 |
12 | Kalk | 45,40 | 4,54 | 21,5 | 130 |
13 | Alaun | 45,40 | 4,54 | 23,6 | 143 |
14 | Beispiel 15 | 4,54 | |||
Die Arbeitsweise des Beispiels 4 wird wiederholt, mit der Ausnahme, daß als Monomercharge ein Gemisch von 10 Teilen
Acrylnitril, 80 Teilen N-Vinylimidazol und 10 Teilen quaternärem
N-Vinylimidazoldimethylsulfatsalz verwendet wird.
Das Copolymere ergibt bei der Untersuchung als Schlammentwässerungsmittel eine wirksame und rasche Entwässerung von
wäßrigen Suspensionen von feinverteilten Feststoffmaterialien.
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-20-
Die Arbeitsweise 'des Beispiels 1 wird wiederholt, mit der
Ausnahme, daß als Monomergemiseh ein Gemisch von 50 Teilen des quaternären Dimethylsulfatsalzes von N-Vinylimidazol?
10 Teilen Vinylsulfonsäure und 50 Teilen Acrylamid verwendet wird. Das resultierende Copolymere ist ein ausgezeichnetes
Schlainmentwässerungsmittel, das eine rasche Flockulierung und Sedimentation der Feststoffe bewirkt.
90 g Acrylamid werden in 240 ml Wasser aufgelöst. Zu dieser Lösung werden 30 g des quaternären Dimethylsulfatsalzes
von N-Vinylimidazol gegeben. Der pH-Wert der resultierenden
Lösung wird mit 96%iger konzentrierter Schwefelsäure auf etwa 3 eingestellt. Die Monomerlösung wird sodann einer
Kobalt-60-Gammastrahlungsquelle mit einer Intensität von
200000 rad je Stunde über einen Zeitraum von 24 Minuten ausgesetzt, um 68?o der Monomere in eine wasserlösliches,
kationisches Polymeres umzuwandeln. Das Reaktionsprodukt ist eine viskose Lösung des Copolymeren und von nicht-umgesetzten
Monomeren in Wasser. Das Reaktionsprodukt wird mit Wasser verdünnt, um eine wäßrige Lösung zu bilden, welche
0,3% des Copolymeren enthält. Die verdünnte Lösung wird zu
dem Schlamm des Beispiels 1 gegeben, um 0,91 kg des Copolymeren je Tonne der Schlammfeststoffe zu ergeben. Der Index
für die Feststoff Wirksamkeit und die prozentuale Feststoff
menge in dem Filterkuchen sind hoch. Die Konsistenz und die Eigenschaften der Feststoffe sind so, daß sie ohne
weiteres gefiltert und bearbeitet werden können.
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60 Teile des quaternären Dimethylsulfatsalzes von N-Vinylimidazol
werden in 40 Teilen Wasser aufgelöst. Die Lösung wird einer Kobalt-60-Gammastrahlungsquelle mit einer Intensität
von 350000 rad je Stunde über einen Zeitraum von 120
Hinuten ausgesetzt, um 84% des Monomeren in ein wasserlösliches, kationisches Homopolymeres umzuwandeln. Das Homopolymere
ist ein ausgezeichnetes Entwässerungsmittel für die Behandlung von Abwasserschlamm.
In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse zusammengestellt, welche mit den angegebenen Polymeren bei der Entwässerung
von Schlamm gemäß der Erfindung erhalten worden sind. Die Polymere sind wasserlöslich und haben eine Intrinsic-Viskosität
in 2n Natriumchloridlösung bei 25,50C von
mindestens 0,2 dl je g. Die Polymere werden als Schlammentwässerungsmittel
gemäß der Arbeitsweise des Beispiels 1 untersucht, mit der Ausnahme, daß eine 1&Lge wäßrige Lösung
des Polymeren verwendet wird. Die Filterausbeute in kg je
ρ
Stunde je 0,09 m wird bestimmt, indem das Gewicht des trok-
Stunde je 0,09 m wird bestimmt, indem das Gewicht des trok-
kenen Kuchens mit 0,441 multipliziert wird.
-22-309834/0922
Beispiel Nr. Verwendetes Polymeres
(D
Dosierung
Trockene | Filteraus |
Feststoffe, | beute |
23,6 | 4,9 |
20,2 | 4,1 |
24,2 | 3,9 |
24,7 | 3,4 |
19,4 | 3,4 |
21,5 | 3,2 |
20,4 | 4,1 ? |
21,5 | 3,9 |
21,5 | 4,4 |
31,9 | 6,9 |
19
20
21
22
23
24
25
26
20
21
22
23
24
25
26
.7096 AAD-305*5 VMIZ-Q
60% AAD-40% VMIZ-Q
50% AAD-50% VMIZ-Q
50% AAD-20% VIAZ-Q-20% DMAEM-Q
70% AAD-10% VIAZ-Q-20% DMAPJA-Q
80% AAD-20% VIAZ-Q
70% AAD-30% VIAZ-Q
60% AAD-40% VIAZ-Q
50% AAD-50% VIAZ-Q
25% AAD-75% VIAZ-Q
4,54 4,54 4,54 3,63
3,63 3,63 3,63 2,72 2,72 2,72
AAD = Acrylamid
VMIZ-Q = quaternäres i-Vinyl-2-methylimidazoldiinethylsulfatsalz
VIAZ-Q = quaternäres 1-Vinylimid.azoldimetliylsulfatsalz
DI-IAEM-Q = quaternäres Dimethylejninoäthylmethylacrylatdimethylsulfatsalz
OlUCZIi-Q. = quaternäres Dimethylaminoäthylacrylatdimethylsulfatsalz
(2) , kg Polymeres je Tonne der Schlaniinfeststoffe ,
Claims (6)
1. Verfahren zinn Entwässern von wäßrigen Suspensionen
von feinverteilten festen Materialien durch Zumischen eines wasserlöslichen, kationischen Polymeren in einer genügenden
Menge zu der Suspension, daß diese zur Entwässerung und Abtrennung von Wasser aus der Suspension konditioniert wird,
dadurch gekennzeichnet , daß man als Polymeres
ein kationisches Polymeres von N-Vinylimidazol oder
einem Salz davon verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein wasserlösliches, kationisches
Polymeres verwendet, welches eine Intrinsic-Viskosität von mindestens 0,1 dl je g in 2n Natriumchloridlösung "bei
25,5°C aufweist und welches mindestens 5 Gew.-% polymerisiertes
N-Vinylimidazol oder dessen Salz enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserlösliche, kationische Polymere
5 bis 100 Gew.-% polymerisiertes N-Vinylimidazol oder
dessen Salz und 95 bis 0% mindestens eines polymerisieren Monomeren der Formel
= C - Y
enthält, worin R^ Wasserstoff oder ein Alkylradikal mit 1
bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet und Y für
0 "Q-
II Il
- C - HH2, - CH, -SO3R2 oder - COR3
-24-309834/0922
steht, worin Rp Wasserstoff oder ein Alkalimetall darstellt
und worin R3 Wasserstoff, Alkalimetall oder -OCH2CH2N(R)3X
bedeutet, worin jedes R unabhängig voneinander für eine Älkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen steht und X ein
Anion ist, mit der Maßgabe, daß das Polymere nicht mehr als 25 Gew.-% des polymerisieren Monomeren der Formel
Ch2 = c - cn
enthält, worin R1 Wasserstoff oder eine Älkylgruppe mit 1
bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet , daß man als polymerisiertes N-Vinylimidazolsalz ein quaternaries Salz von Benzylchlorid
oder einem Dialkylsulfat oder einem Alkylhalogenid, wobei
jede Älkylgruppe 1 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, verwendet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als wasserlösliches
kätionisches Polymeres ein Copolymeres eines quaternäreh Salzes von H-Vinylimidazol und mindestens einem Monomeren
aus der Gruppe Acrylamid, Methacrylamid, quaternäre Salze von Dimethylaminoäthylacrylat, quaternäre Salze von Dimethylaminoäthylmethacrylat
und Alkalimetallsalze von Acrylsäure und Methacryl säure ver.we,ndet,
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß man das wasserlösliche,
kationische Polymere in Verbindung mit einem sauren oder neutralen anorganischen Salz verwendet.
30983 4/0 9 22
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