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Verfahren zur Filtration von biologische Feststoffe enthaltendem Abwasserschlamm
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von Abwasserschlämmen
und insbesondere ein Verfahren zur Entwässerung von Abwasserschlämmen, welche einen
hohen Anteil von bi:ologischen Feststoffen enthalten.
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Bei der Behandlung von Abwässern werden typischerweise zwischen 225
und 460 kg Feststoffe auf jeweils 3,8 Millionen Liter behandelte Abwässer gebildet.
Diese Feststoffe werden normalerweise in Form eines Schlammes isoliert, der zwischen
etwa 0,5 und 10 Gew.-# Feststoffe enthält. Die Art der Feststoffe in dem Schlamm
wird durch den Behandlungsprozeß, dem die Abwässer unterworfen werden, bestimmt.
Die Prozesse zur Behandlung von Abwässerschlämmen sind typischerweise eine primäre
Sedimentation, d. h. eine rein physikalische Behandlung,
und der
aerobe, biologische Abbau. Aerobe, biologische Abbauprozesse, wie der aktivierte
Schlammprozeß, erzeugen Feststoffe, die auf dem Fachgebiet als biologische Feststoffe
bezeichnet werden. Biologische Feststoffe rühren von der Oxidation der Abwässer
bei Anwesenheit einer Kolonie von Mikroorganismen und von Luft her. Die aerobe,
biologische Behandlung von Abwasserfeststoffen wird manchmal auch als sekundäre
Abfallbehandlung bezeichnet. Biologische Feststoffe sind sehr schwierig zu entwässern,
da sie einen großen Prozentsatz von mikroskopischen und leblosen Rückständen aufweisen,
die hauptsächlich aus toten Zellen der Mikroorganismen bestehen, die aus dem aeroben,
biologischen Abbau herrühren. Diese Feststoffe sind eine stark hydratis#ierte, biologische
nasse, welche schlechte Absetzeigenschaften, einen hohen Filtrierwiderstand und
eine hohe Haftfähigkeit an den meisten Oberflächen besitzt.
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Bevor der Abwasserschlamm entweder durch Verbrennung oder durch Ablagerung
auf dem Land beseitigt werden kann, muß er zuvor nach irgendeiner Methode entwässert
werden. Die üblichste Methode zur Entwässerung von Abwasserschlamm besteht in der
Verwendung von Drehvakuiimfiltern. Die leistungsfähige Anwendung dieser filter und
die Kosten der schließlichen Ablagerung des Schlammes hängen von der Ausbeute des
Feststoffgehaltes des während der Filtration gebildeten Kuchens ab. Die Ausbeute
eines Vakuumfilters wird normalerweise in Werten des Gewichtes des gebildeten Kuchens
pro Einheitsfläche der Filtermedien pro Zeiteinheit ausgedrückt, normalerweise in
kg/m2 des Mediums pro Stunde. Um die Leistungsfähigkeit des Betriebes des Vakuumfilters
zur Entwässerung von Abwasserschlamm zu erhöhen, ist die Verwendung von Materialien
zum Konditionieren des Schlammes vor der Filtration erforderlich. Normalerweise
zu diesem Zweck verwendete Materialien umfassen Koagulantien wie FeCl3+CaO oder
kationische Polyelektrolyte. Die Erfahrung hat gezeigt, daß Abwasserschlämme mit
hohem Gehalt an
biologischen Feststoffen nicht wirksam durch Konditionieren
des Schlammes durch Zugabe von bislang erhältlichen Polymerisaten, die eine kationische
Funktionalität aufweisen, entwässert werden können.
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Ein primärer Abwasserschlamm, d. h. ein Schlamm aus einer primären
Sedimentation, kann erfolgreich unter Verwendung von Copolymerisaten entwässert
werden, welche von etwa 2 bis etwa 5 Mol.-% eines kationischen Monomeren wie B-Methacryloyloxyäthyltrimethylammoniummethylsulfat
enthalten. Falls der Abwasserschlamm ein Gemisch von primären und biologischen Feststoffen
enthält, wie er aus einem Rieselfilterverfahren herrührt, sollte das zum Konditionieren
verwendete Polymerisat zwischen 10 und 20 flol.-% kationisches Monomeres enthalten.
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Für einen Abwasserschlamm, der in einer den aktivierten Schlammprozeß
verwendenden Anlage gebildet wurde, macht der Gesamtfeststoffgehalt des Abwasserschlammes
im allgemeinen wenigstens 30 Gew.-% der biologischen Feststoffe, auf Trockenbasis,
aus, und in diesem Fall sollte das zum Konditionieren des Abwasserschlammes verwendete
Polymerisat zwischen etwa 20 und 50 Mol.-% kationisches Monomeres enthalten. Kationische
Monomere wie B-MethacryloyloxyäthyltrimethylammoniummethylSulfat, welches im folgenden
auch als MTMMS bezeichnet wird, werden zur Bildung von Copolymerisaten verwendet,
die bei Verfahren zur Entwässerung eines konzentrierten Abwasserschlammes brauchbar
sind, siehe US-Patentschrift 3 414 514.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens
zur Entwässerung und Konzentrierung von Abwasserschlamm.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entwässerung von konzentriertem
Abwasserschlamm, der wenigstens 0,5 bis etwa 10 Gew.-% an Feststoffen, bezogen auf
Trockengewichtsbasis,
enthält, und in welchem wenigstens 30 Gew.-%
dieser Feststoffe biologische Feststoffe sind, zeichnet sich dadurch aus, daß mit
diesem konzentrierten Abwasserschlamm ein Copolymerisat von Acrylamid und ß-Methacryloyloxyäthyltrimethylammoniumchlorid,
welches ein kationisches, quaternäre Ammoniumreste enthaltendes Monomeres ist und
im folgenden auch als MTMAC bezeichnet wird, vermischt wird, und daß der Schlamm
entwässert wird, indem das entstandene Gemisch einer mechanischein Entwässerung
wie einer Vakuumfiltration oder einer Zentrifugation, unterworfen wird.
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Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Copolymerisate
enthalten von etwa 85 Mol.-* bis etwa 10 Mol.-% an Acrylamid und von etwa 15 Mol.->
bis etwa 90 Mol.-% ß-Nethacryloyloxyäthyltrimethylammoniumchlorid (MTMAC), und vorzugsweise
von etwa 75 Mol.-* bis etwa 50 Mol.-°D Acrylamid und von etwa 25 Mol.-* bis etwa
50 Mol.-% B-Methacryloyloxyäthyltrimethylammoniumchlorid. Die reduzierte, spezifische
Viskosität (RSV) der Copolgmerisate aus ß-Methacryloyloxyäthyltrimethflammoniumchlorid
und Acrylamid muß wenigstens 15, gemessen bei einer Konzentration von 0,1 % in 0,1
n KCl-Lösung ~betragen.
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Die Menge an Mischung mit einem'Abwasserschlamm gemäß der Erfindung
verwendetem Copolymerisat hängt von der Konzentration an biologischen Feststoften
in dem Schlamm ab. Falls z. B.
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der #eststoffgehalt im Abwasserschlami aus 50 s oder mehr biologischen
Feststoffen besteht, werden bis zu 10 kg Copolyserisat pro Tonne Schlammfeststoffe,
bezogen auf Trockengewichtsbasis, für die Entwässerungszwecke verwendet. Im normalen
Bereich, wobei der Schlamm etwa 30 bis etwa 40 Gew.#U/0 an biologischen Feststoffen
enthält, werden von etwa 1 und im allgemeinen von etwa 2 bis etwa 5 kg Copolymerisat
pro Tonne an Schlammfeststoffen, bezogen auf Trockengewichtsbasis, verwendet, wobei
auf das Gesamtgewicht an Feststoffen in diesem Abwasserschlamm bezogen wird.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert,
wobei alle Angaben in Teilen und Prozentsätzen sich auf Gewicht beziehen, falls
nichts anderes angegeben ist.
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Beispiel 1 In diesem Beispiel wird eine Methode zur Herstellung 'eines
Copolymerisates von MTMAC-Monomerem und Acrylamid beschrieben, welches bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet wird.
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NTNAC-Copolymerisat wird hergestellt, indem zuerst 30 Teile MTMAC-Monomeres
(im Handel erhältlich unter der Bezeichnung DV-645 von Alcolac Incorporated, Baltimore,
Maryland), 20 Teile Acrylamid und 75 Teile Wasser zusammengemischt werden. Zu dieser
wäßrigen Lösung werden 0,05 Teile K2S208 als Katalysator hinzugesetzt. Die Lösung
wird mit Stickstoff gespült, auf 40 oO erwärmt und 8 Stunden stehengelassen.
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Hierbei bildet sich ein steifes Gel des Polymerisates. Das Gel wird
mit Wasser verdünnt. Das Polymerisat besitzt eine reduzierte, spezifische Viskosität
(RSV) von 25,17 bei einer Konzentration von 0,1 % in 0,1 n KCl-Lösung.
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Beispiel 2 Ein Copolymerisat von ß-Nethacryloylo#äthyltrimethylammoniummethylsulfat
(MTMMS) und Acrylamid wurde unter denselben Bedingungen und bei denselben Molverhältnissen
wie in Beispiel 1 hergestellt. Das MTMMS-Copolymerisat besaß einen RSV-Wert von
14,34 bei einer Konzentration von 0,1 % in 0,1 n KCl-Lösung.
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Beispiel 3 Es wurden Vakuumfiltrationsuntersuchungen unter JVerwendung
eines Büchner-Trichters mit einem. Abwasaerschlamm durchgeführt, welcher ein#Gemisch
von primären und sekundären Feststoffen enthielt. Etwa 30 % der Feststoffe waren
biologische Feststoffe.
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Das Polymerisat wurde mit unterschiedlichen Mengen des Schlammes vermischt
und filtriert. Hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der Filtration der Copolymerisate
der Beispiele 1 und 2 wurde ein Vergleich angestellt. Die Ergebnisse der Filtrationsuntersuchungen
sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.
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Tabelle I Dosierung des Polymerisates Polymerisat kg/t an behandelten
Fest- MTMAC-AM ¹ MTMMS-AM 2 stoffen Kuchenfest- Kuchenfeststoffe stoffe (gesamt)
(gesamt) Gew.-% Gew.-% 2,0 14,4 15,5 2,25 14,9 16,3 2,5 18,5 16,9 2,63 17,2 17,2
2,75 14,4 17,4 3,0 - 17,7 3,25 3,5 - 18,0 1 . 34 flol.-% MEMAC, 66 Mol.-* Acrylamid
2 * 34 Mol.-* MTMMS, 66 flol.-% Acrylamid Aus den oben angegebenen Werten ist ersichtlich,
daß das MTMAC-Acrylamid-Copolymerisat gemäß der Erfindung einen Kuchen bildet, welcher
18,5 ffi Gesamtfeststoffe bei einer Dosierung von 2,25 kg/t an behandelten Feststoffen
ergibt. Hieraus ist das wesentlich verbesserte Leistungsvermögen gegenüber dem MTMMS-Acrylamidcopolymerisat,
welches für Vergleichazwecke mituntersucht wurde, ersichtlich.
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Beispiel 4 Es wurde ein Abwasserschlamm, der etwa 4,5 ffi Gesamtfeststoffe
auf Trockengewichtsbasis enthielt, wovon etwa 40 % der Feststoffe biologische Feststoffe
waren, mit einem Copolymerisat zusammengemischt, das 34 #ol.'-'6 MTMAC und 66 Mol.-*
Acrylamid enthielt, und er wurde hinsichtlich der Filtrationswirksamkeit mit Acrylamidcopolymerisaten
verglichen, welche unterschiedliche Mengen an MTMMS enthielten. Bei geringeren Dosierungen
ist die Wirkung des MTMAC-Acryiamldcopolgmerisateß größer als von MTMMS-Acrylamidcopolymerisaten,
die höhere Molanteile von quaternärem Stickstoff aufweisen. Hieraus wird geschlossen,
daß ein Ersatz des Methylsulfatgegenions durch das Chloridgegenion einen ausgeprägten
Einfluß auf die Leistungsfähigkeit des Copolymerisates besitzt. Die Testergebnisse
dieser Untersuchungen sind in der folgenden Tabelle II zusammenge stellt.
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Tabelle II Polymerisatzusammen- optimale Dosierung 1- Kuchenfeststoffe
setzung (#ol.-'6) des Polymerisates ¹ (s) (kg/t) behandelte eststoffe 'D4 MTMAC
3,70 17,0 66 Acrylamid 30 MTMMS 4,10 16,9 70 Acrylamid 34 MGMMS 4,50 16,9 66 Acrylamid
50 MTMMS 4,80 16,6 50 Acrylamid 100 MTMMS 5,92 16,9 1 # zur Erzielung einer maximalen
Entwässerungsrate erforderliche Dosismenge