DE2623748A1

DE2623748A1 - Verfahren zur reinigung von truebem wasser

Info

Publication number: DE2623748A1
Application number: DE19762623748
Authority: DE
Inventors: Nobuto Nishijima; Kozo Saitoh
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1975-05-27
Filing date: 1976-05-26
Publication date: 1976-12-09
Also published as: JPS51139170A; FR2312457A1; FR2312457B3

Description

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Mitsui Mining & Smelting Co. Ltd., Tokyo / Japan

Verfahren zur Reinigung von trübem ¥asser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von trübem Wasser, beispielsweise von Abfallwasser von der Bergbauindustrie und der Papiererzeugungsindustrie, das Ton oder andere Fremdmaterialien enthält. Das "trübe Wasser kann durch Zugabe eines mehrwertigen Metallions und eines PoIy-(aminomethacrylats) und Einleiten von Blasen in die entstehende Suspension bei einem pH-Wert von ungefähr 6 bis ungefähr 10 gereinigt werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von trübem Wasser, das Ton oder andere Fremdmaterialien enthält. In der vorliegenden Anmeldung und in den Ansprüchen bedeu-

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tet der Ausdruck "trübes Wasser" Wasser, das darin suspendiert feinverteilte Feststoffe enthält. Diese beiden Ausdrücke werden synonym verwendet.

Trübes Wasser, das Ton oder andere Fremdmaterialien enthält, fällt in großen Mengen in verschiedenen Bergwerken bzw. Zechen und Fabriken an. Da es sehr schwierig zu reinigen ist, stellt es eine Hauptursache für die Wasserverunreinigung dar. Trübes Wasser, wie allgemein Abfallwasser aus Fabriken, Grubenabfallwasser, Erzbehandlungsabfallwasser und Kohleaufbereitungsabfallwasser von Bergwerken, Abfallwasser von der Tonindustrie, Abfallwasser, das Ton enthält usw., von Papiermühlen oder Grubenabfallwasser, wurde in der Vergangenheit mit Ausflockungsmitteln zur Ausflockung und Sedimentation der darin suspendierten Fremdteilchen behandelt. Da Ton im allgemeinen in Form sehr feiner Teilchen vorliegt, ist seine Sedimentationsrate niedrig und daher ist eine große Sedimentationsfläche erforderlich. Diese stellt für die Reinigung von trübem Wasser einen Engpaß dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung von trübem Wasser zu schaffen, das Ton oder andere Fremdmaterialien enthält und das innerhalb kurzer Zeit und auf einfache Weise und mit guter Wirksamkeit durchgeführt werden kann.

Bei der Untersuchung von Verfahren zur Reinigung von trübem Wasser, das Ton und andere Fremdmaterialien enthält, wurde überraschenderweise gefunden, daß trübes Wasser leicht durch Ausflockung der suspendierten Teilchen unter Flockenbildung und Schwimmenlassen der Flocken gerei-

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nigt werden kann. Es wurde insbesondere gefunden, daß suspendierte Teilchen, die sich im allgemeinen bei einer Ausflockung als Flocken absetzen, durch Einführung von Blasen in die Oberflächen der Flocken, die in den hydrophoben Zustand überführt wurden, leicht in flotierbare Flokken überführt werden können. Diese Flotation ist durch die Blasen möglich, die an der Oberfläche der Flocken haften.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung von trübem Wasser, das Ton oder andere Fremdmaterialen, wie Mineralsubstanzen und Papierzusatzstoffe, enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein mehrwertiges Metallion und ein Poly(aminomethacrylat) zu dem trübem Wasser gibt und Blasen in die entstehende Suspension bei einem pH-Wert von ungefähr 6 bis ungefähr 10 einleitet.

Bei der vorliegenden Erfindung können als mehrwertige Metallionen beispielsweise Ionen von Aluminium, Eisen, Zink oder ihre Gemische verwendet werden und in Form von Verbindungen, wie als Aluminiumsulfat, Aluminiumchlorid, Polyaluminiumchlorid, Eisen(III)sulfat oder Zinkchlorid, zugeführt werden. Diese Verbindungen, die mehrwertige Metallionen enthalten, sind bekannte anorganische Ausflokkungsmittel und ermöglichen die Bildung von Flocken abhängig von den Eigenschaften des trüben Wassers. Im allgemeinen sind die so gebildeten Flocken klein und zerbrechlich und flotieren bzw. schwimmen nicht selbst bei der Zufuhr von Blasen. Bei Versuchen, zähe und harte Flocken mit großer Größe zu bilden, wurden verschiedene polymere Ausflockungsmittel zusammen mit mehrwertigen Metallionen ver-

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wendet. Es wurde jedoch gefunden, daß alle erhaltenen Flokken hydrophil sind und sich absetzen und selbst "beim Einleiten von Blasen nicht schwimmen.

Um die Flocken bzw. den flockigen Niederschlag (diese Ausdrücke werden in der vorliegenden Anmeldung synonym verwendet) schwimmbar zu machen, ist es erforderlich, ihre Oberflächen hydrophob zu machen, so daß die Blasen an ihr haften können. Es wurden verschiedene Chemikalien untersucht und es wurde gefunden, daß Poly(aminomethacrylat) eine überraschende Wirkung besitzt. Es wurde gefunden, daß, wenn mehrwertige Metallionen und Poly(aminomethacrylat) einzeln verwendet werden, die entstehenden Flocken klein und hart sind und nicht schwimmen bzw. flotieren, wenn diese Verbindungen aber zusammen verwendet werden, harte Flocken gebildet werden, deren Oberflächen hydrophob werden, und daher können diese Flocken extrem leicht flotierend bzw. schwimmend gemacht werden.

Ein für die vorliegende Erfindung geeignetes Poly(aminomethacrylat) ist eines mit einem Molekulargewicht von ungefähr 5000000 bis ungefähr 10000000, beispielsweise ein Polymer aus Dimethylaminoäthylmethacrylat. Das Poly(aminomethacrylat) ist ein kationisches Ausflockungsmittel. Gewünschtenfalls können Gemische aus verschiedenen Poly(aminomethacrylaten) verwendet werden. Ein kationisch modifiziertes Produkt aus Polyacrylamid und Polyäthylenimin ist ebenfalls ein kationisches Ausflockungsmittel. Dieses Ausflockungsmittel besitzt eine gewisse Ausflockungswirkung, aber die dabei gebildeten Flocken flotieren bzw. schwimmen nicht.

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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, trübes Wasser, das Fremdstoffe, wie Mineralsubstanzen, beispielsweise Kaolin, Talk, Asbest, Kieselgur, Gips, Quarz usw., und Papierzusatzstoffe, beispielsweise Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Titanoxid usw., enthält, leicht zu reinigen. Trübes Wasser, das Papierfasern enthält, kann ebenfalls erfolgreich nach der vorliegenden Erfindung behandelt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die mehrwertigen Metallionen und das Poly(aminomethacrylat) gleichzeitig zu dem trüben Wasser zugegeben werden. Bessere Ergebnisse werden erhalten, wenn das mehrwertige Metallion zuerst zugegeben wird und nach dem Rühren während ungefähr 1 bis ungefähr 2 min das Poly(aminomethacrylat) zugegeben wird.

Die Menge an verwendetem mehrwertigen Metallion variiert entsprechend den Eigenschaften des trüben Wassers. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Konzentration der Verbindung, die die mehrwertigen Metallionen enthält, ungefähr 50 bis ungefähr 1000 ppm, bevorzugt 100 bis 500 ppm, beträgt.

Eine geeignete Konzentration an Poly(aminomethacrylat) beträgt ungefähr 5 bis ungefähr 50 ppm, bevorzugt 10 bis 30 ppm.

Wenn der pH-Wert der Suspension außerhalb des Bereiches von ungefähr 6 bis ungefähr 10 nach der Zugabe der mehrwertigen Metallionen und des Poly(aminomethacrylats) liegt, ist es erforderlich, den pH-Wert der Suspension auf ungefähr 6 bis ungefähr 10 mit Säure oder Alkali, wie HCl, H₂SO^, NaOH etc., einzustellen. Es werden keine guten Ergebnisse erhal-

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ten, wenn der pH-Wert der Suspension außerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt. Der bevorzugte pH-Wert differiert etwas abhängig von den Eigenschaften der Suspension. Beispielsweise beträgt für Wasser, das suspendierte Feststoffe von einer Papiermühle enthält, ein geeigneter pH-Wert ungefähr 6 bis ungefähr 9,5 und der optimale pH-Wert ist 7 bis 8. Für trübes Wasser, das Kaolin enthält, ist ein geeigneter pH-Wert ungefähr 7,5 bis ungefähr 10 und der optimale pH-Wert beträgt 8 bis 9, und für trübes Wasser, das Quarz enthält, beträgt ein geeigneter pH-Wert ungefähr 7,5 bis ungefähr 10 und der optimale pH-Wert 8 bis 9. Wenn der pH-Wert der Suspension außerhalb des geeigneten oben erwähnten Bereiches liegt, wird die Ausflockungs- \'d.rkung vermindert und gleichzeitig nimmt die Flotierwirkung bzw. Schwimmfähigkeit ab. Dadurch wird der Reinigungseffekt auf trübes Wasser stark vermindert.

Die mehrwertigen Metallionen vermindern die Oberflächenladung der suspendierten Materialien und flocken sie elektrostatisch aus. Das Poly(aminomethacrylat) flockt die suspendierten Materialien durch Adsorption-Vernetzungs-Reaktion aus. Durch diese Einflüsse bilden sich große harte Flocken. Da das Poly(aminomethacrylat) an dem Polymeren aktive Aminstellen enthält, nimmt man an, daß die Oberfläche der Flocken hydrophob wird, was auf die Schwimmfähigkeit bzw. Flotation einen günstigen Einfluß hat.

Werden in die Suspension nach der Bildung von Flocken aus suspendiertem Material kleine Blasen eingeleitet, haften die Blasen an der Oberfläche der Flocken, die somit auf die beschriebene Weise in den hydrophoben Zustand überführt wurde, und die Flocken schwimmen auf der Wasserober-

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fläche. Die flotierenden Flocken können dann aus dem Behandlungstank auf irgendeine geeignete Weise entfernt werden. Die Blasen können nach irgendeinem an sich bekannten Verfahren erzeugt werden. Obgleich dies keine Beschränkung sein soll, beträgt die Größe der gebildeten Flocken im allgemeinen ungefähr 0,2 bis ungefähr 4 mm. Der Schlamm, der bei dem bekannten Ausflockungs-Sedimentationsverfahren erhalten wird, ist extrem schwierig zu filtrieren und seine Nachbehandlung ist für das Verfahren ein Engpaß. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Flocken aus suspendiertem Material und die aus dem Behandlungstank entfernt wurden, können leicht filtriert und entwässert werden, da sie eine große Größe besitzen und gute Oberflächenhydrophobizität besitzen. Für die Bildung der Blasen kann man irgendein Gas verwenden. Aus Kostengründen wird jedoch praktisch kaum ein anderes Gas außer Luft verwendet. Die Rate für die Gas- (Luft-) Einleitung beträgt ungefähr 300 bis ungefähr 2000 1/min/m^, bevorzugt 500 bis 800 l/min/m . Die Größe der verwendeten Blasen beträgt üblicherweise ungefähr 0,1 bis ungefähr 5 mm.

Die Reinigung erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen bei Atmosphärendruck und bei Zimmertemperatur in einer Zeit von ungefähr 3 bis ungefähr 10 min in technischem Maßstab.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit trübes Wasser, das beispielsweise Ton enthält, auf einfache Weise und mit guter Wirksamkeit durch ein Ausflockungs-Flotation s-Verfahren gereinigt werden. Da die Flotationsrate

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der Flocken bei dem erfindungsgemäßer! Verfahren höher ist als die Sedimentatior.sgeschwindigkeit bei dem üblichen Ausflockungs-Sedimentations-Verfahren können große Mengen an trübem Wasser in kleinen Vorrichtungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. In allen Beispielen erfolgen die Behandlungen bei Atmosphärendruck und bei Zimmertemperatur.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wird Abfallwasser, das suspendierte Feststoffe enthält, aus einer Papiermühle verwendet. Die Konzentration an suspendierten Feststoffen beträgt 1778 ppm und der pH-Wert beträgt 10,6. Die suspendierten Feststoffe sind hauptsächlich Fasern und Papierzusatzstoffe, wie Kaolin, Talk, Calciumcarbonat und Titanoxid. Diese Fremdmaterialien besitzen eine Größe unter ungefähr 40 u.

Das obige Abfallwasser wird in einenFlotationstrenntank mit einer Kapazität von 1600 ml gegeben und Aluminiumsulfat wird bis zu einer Konzentration von 400 ppm zugegeben. Zur Einstellung des pH-Werts der Suspension auf 7,5 wird dann Chlorwasserstoffsäure zugegeben. Anschließend wird ein Polymer aus Dimethylaminoäthylmethacrylat mit einem Molekulargewicht von 6000000 bis zu einer Konzentration von 15 ppm zugegeben. Blasen mit einer Größe von ungefähr 0,2 bis ungefähr 2 mm werden in einer Rate von 500 bis 600 l/min/m während 5 min eingeleitet. Die suspendierten Feststoffe in dem Abfallwasser der Papiermühle schwimmen

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und die Klarheit des Wassers im Tank beträgt 94,7%, wenn die Klarheit von reinem Wasser als 100% angenommen wird (im folgenden wird die gleiche Grundlage verwendet). Mit dem bloßen Auge erscheint das Wasser vollständig klar.

Beispiel 2

Trübes Wasser, das 1875 ppm Georgia-Kaolin mit einer Größe unter 40 u enthält und einen pH-Wert von 7,2 besitzt, wird in dem gleichen Tank wie im Beispiel 1 behandelt. Eisen(III)sulfat wird bis zu einer Konzentration von ppm zugegeben. Zur Einstellung des pH-Werts der Suspension auf 8,5 wird Natriumhydroxid zugegeben. Das gleiche Polymere von Dimethylaminoäthylmethacrylat, wie es im Beispiel 1 verwendet wurde, wird bis zu einer Konzentration von 20 ppm zugegeben. Blasen mit einer Größe von ungefähr 0,2 bis ungefähr 2 mm werden in einer Rate von 500 bis 600 1/min/nr während 7 min eingeleitet. Danach schwimmt das suspendierte Material und Wasser mit einer Klarheit von 94,5% wird erhalten.

Beispiel 5

Trübes Wasser, das 1521 ppm Quarz mit einer Größe unter 40 u besitzt und das einen pH-Wert von 10,5 aufweist, wird in dem gleichen Tank, wie er im Beispiel 1 verwendet wurde, behandelt. Zinkchlorid wird bis zu einer Konzentration von 250 ppm zugegeben. Der pH-Wert der Suspension wird dann mit Chlorwasserstoffsäure auf 8,6 eingestellt. Das gleiche Polymere von Dimethylaminoäthylmethacrylat, wie es im Beispiel 1 verwendet wurde, wird bis zu einer Konzentration von 15 ppm zugegeben. Dann werden Blasen mit

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einer Größe von ungefähr 0,2 bis ungefähr 2 mm in einer Rate von 500 bis 600 l/min/m während 5 min eingeleitet. Das suspendierte Material schwimmt danach und Wasser mit einer Klarheit von 93,7?6 wird erhalten.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Reinigung von trübem Wasser, das Ton oder andere Fremdmaterialien enthält, dadurch gekennzeichnet , daß man zu dem trüben Wasser mehrwertige Metallionen und ein Poly(aminomethacrylat) zugibt und Blasen in die entstehende Suspension bei einem pH-Wert von ungefähr 6 bis ungefähr 10 einleitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrwertigen Metallionen in Form von Aluminiumsulfat, Eisen(III)-sulfat, Aluminiumchlorid, Polyaluminiumchlorid, Zinkchlorid oder in Form ihrer Gemische zugegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Poly(aminomethacrylat) ein Polymer aus Dimethylaminoäthylmethacrylat ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Poly(aminomethacrylat) ein Molekulargewicht von ungefähr 5000000 bis ungefähr 10000000 besitzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Konzentration der mehrwertigen Metallionen als Konzentration der Verbindung, die das mehrwertige Metallion enthält, ungefähr 50 bis ungefähr 1000 ppm beträgt und daß die Konzentration an Poly(aminomethacrylat) ungefähr 5 bis ungefähr 50 ppm beträgt.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß zuerst die mehrwertigen Metallionen zugegeben werden und daß nach dem Rühren der Suspension während ungefähr 1 bis ungefähr 2 min das PoIy-(aminomethacrylat) zugegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß als Blasen Luftblasen verwendet werden und in einer Rate von ungefähr 300 bis ungefähr 2000 l/min/m eingeleitet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasen eine Größe von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5 mm besitzen.

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