DE2700654C2

DE2700654C2 -

Info

Publication number: DE2700654C2
Application number: DE2700654A
Authority: DE
Inventors: David Alan Wyke Bradford Yorkshire Gb Frost; John Rodney Hipperholme Halifax Gb Field; David Bradford Yorkshire Gb Farrar
Original assignee: Allied Colloids Ltd
Current assignee: Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Ltd
Priority date: 1976-01-14
Filing date: 1977-01-08
Publication date: 1987-07-30
Also published as: GB1517422A; DE2700654A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entwässern einer organischen Suspension nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist auch der GB-PS 13 73 034 zu entnehmen.

Danach ist es bekannt, daß die Wirkungsweise mechanischer Entwässerungsvorrichtungen von verschiedenen Faktoren abhängt, von denen aber vielleicht der wichtigste die wirksame Vorbehandlung des Beschickungsschlammes mittels Ausflockungsmitteln und/oder Koagulierungsmitteln ist. Derartige Chemikalien verbessern die Filtrationseigenschaften des Beschickungsmaterials dadurch, daß sie kleine Feststoffpartikel ausflocken und der flüssigen Phase gestatten, daß sie sich leichter von der Feststoffphase trennen kann.

Auch ist bekannt, daß kationische polymere Ausflockungsmittel als Entwässerungshilfen für organische Schlämme generell wirksamer sind als anionische oder nicht-ionische polymere Ausflockungsmittel. Diese kationischen polymeren Ausflockungsmittel oder Polyelektrolyten besitzen viele Vorteile gegenüber den anorganischen Koagulierungsmitteln, die herkömmlicherweise verwendet werden. Ein wichtiger Vorteil liegt z. B. darin, daß organische Polyelektrolyten keine ätzenden Verbrennungsprodukte bei der Veraschung liefern. Typisch unter den vielen Offenbarungen kationischer Ausflockungsmittel, die zur Ausflockung bei Abwasser und anderen organischen Suspensionen verwendet werden, sind ferner diejenigen gemäß den US-Patentschriften 31 71 805, 34 09 546 und 34 14 514 neben dem Mittel der eingangs genannten GB-PS 13 73 034.

Übliche mechanische Entwässerungsvorrichtungen umfassen Zentrifugen, Vakuumfilter und Druckfiltrationsvorrichtungen.

Nachteilig haben sich jedoch bei den eingangs beschriebenen Druckfiltrationsverfahren die dürftigen Ergebnisse bemerkbar gemacht. Zusatzstoffe, wie z. B. das Produkt des Beispiels 1 der GB-PS 13 73 034, verbessern sicherlich die Entwässerung mittels Druckfiltration, jedoch ist die Verbesserung nicht so groß, wie sie für wirtschaftliche Zwecke wünschenswert ist. Tatsächlich verschlechtern einige Polymere, von denen angenommen werden könnte, daß sie gute Ausflockungsmittel darstellen, die Hochdruckfiltrationseigenschaften eher, als daß sie sie verbessern. So hat sich herausgestellt,daß einige kationische Polyacrylamide die Druckfiltrationseigenschaften von Abwasserschlämmen verschlechtern.

Offenbarungen, z. B. die US-PS 31 71 805, schlagen vor, daß verschiedene Polymere eines großen Molekulargewichtsbereiches bei der Abwassertrennung in Flüssigkeit und Feststoff dadurch verwendet werden können, daß mit Absetzen und wahlweise verbunden mit Filtration gearbeitet wird, jedoch wird dort nicht vorgeschlagen, daß irgendeiner der offenbarten Polymere bei einem Druckfiltrationsverfahren nützlich sein würde.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart zu verbessern, daß durch den Einsatz wirksamer polymerer Ausflockungsmittel die Wirtschaftlichkeit und die Filtrationsgeschwindigkeit gesteigert werden.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst.

Überraschenderweise hat sich also herausgestellt, daß gute Ergebnisse bei der Druckfiltration erhalten werden, wenn als Ausflockungsmittel ein Polymer verwendet wird, das eine Viskosität von mindestens 4600 cps besitzt, was ermöglicht, daß der Filtrationsdruck immer um 50 kPa oder mehr gehalten werden kann.

Die Reste R′ sind kleine Alkylgruppen und enthalten vier Kohlenstoffatome oder weniger, wobei bevorzugte Gruppen Methyl und Äthyl sind. Der Rest R ist vorzugsweise Wasserstoff. Das Polymer kann in Form einer freien Base oder in der Form eines sauren Salzes sein oder es kann die Form eines quaternären Salzes annehmen. Der quaternisierende Rest kann z. B. ein kleines Alkyl, vorzugsweise Methyl, sein. Das Anion des Salzes ist vorzugseise Methylsulfat, Äthylsulfat oder Chlorid.

Das Polymer enthält vorzugsweise mindestens 70% und besonders bevorzugt mindestens 80% der spezifizierten Einheiten. Vorzugsweise besitzt es eine Viskosität von mindestens 12 000, und besonders bevorzugt ist eine Viskosität von mindestens 16 000 cps, wobei die besten Ergebnisse mit Viskositäten von über 20 000 oder 22 000 cps erhalten werden. Auf diese Weise ist das Molekulargewicht des Produktes allgemein über 3,5 bis 4×10⁶, wobei über 4,5×10⁶ besonders bevorzugt wird.

In den Polymeren können einige oder sämtliche jeglicher wiederkehrender Einheiten, außer den angegebenen Einheiten, Acrylamid- oder Methacrylamid-Einheiten sein. Das Polymer kann ferner andere Einheiten enthalten, die von anderen Vinylmonomeren abstammen. Diese können zuerst eingeführt werden, um die Kosten des Produktes zu verringern. Derartige Einheiten können von vielen verschiedenen wasserlöslichen Monomeren abstammen, z. B. Acrylsäure oder Methacrylsäure oder von wasserunlöslichen Monomeren, z. B. Vinylacetat, Methylacrylat, Acrylnitril oder Styrol. Der Einschluß von einigen dieser anderen Einheiten kann eine Verringerung der Wasserlöslichkeit des Polymers bewirken, wobei natürlich darauf geachtet werden muß, daß sichergestellt wird, daß die Art und Menge derartiger Comonomere so ist, daß das Polymer für den beabsichtigten Zweck ausreichend wasserlöslich bleibt.

Das Polymer wird vorzugsweise dadurch hergestellt, daß ein Acrylamid- oder Methacrylamid-Einheiten enthaltendes Polymer gebildet wird, wobei diese Einheiten danach ausreichend aminomethyliert und wahlweise quaternisiert werden, um das gewünschte Produkt zu ergeben.

Die Amidgruppen können dadurch aminomethyliert werden, daß das Homopolymer mit Formaldehyd und einem geeigneten sekundären Amin umgesetzt wird. Bevorzugte sekundäre Amine sind Dimethylamin und Diäthylamin, jedoch können andere Amine verwendet werden, die z. B. Piperidin und D-(β-hydroxy-Äthyl)-Amin umfassen. Die Mengen von Formaldehyd und Amin, die zur Aminomethylierung verwendet werden, werden ausgewählt, um den gewünschten Grad der Aminomethylierung zu bestimmen. Die tertiären Aminomethylgruppen können dann, falls es gewünscht wird, quaternisiert werden, z. B. dadurch, daß das Polymer gezwungen wird, mit einem geeigneten Alkylierungsreagenz zu reagieren, z. B. mit Dimethylsulfat, Methylchlorid, -jodid oder -bromid oder entsprechenden Verbindungen, bei denen der Methylrest durch einen anderen Alkylrest, z. B. Äthyl, ersetzt wird.

Die organische Verbindung, die erfindungsgemäß entwässert wird, kann aus unverarbeitetem und/oder verarbeitetem bzw. aufbereitetem oder nicht aufbereitetem Abwasserschlamm stammen oder sie kann aus einer Sedimentationsstufe erhalten werden, so daß ein Teil der Flüssigkeit davon entfernt ist. Die Feststoffe können einer biologischen aneroben Digerierungsstufe unterworfen worden sein, um einen digerierten Schlamm herzustellen. Im allgemeinen besitzt der Schlamm einen Feststoffgehalt von ungefähr 1% bis ungefähr 8 Gew.-%, obwohl unter gewissen Umständen er einen höheren oder niedrigeren Feststoffgehalt besitzen kann.

Die Entwässerung kann erfindungsgemäß dadurch bewirkt werden, daß eine geeignete Menge von einem der spezifizierten Polymere zu dem Schlamm vor der physikalischen Entfernung des Wassers hinzugefügt wird. Die Zugabe wird normalerweise dadurch bewirkt, daß eine wäßrigere Lösung des Polymers hinzugefügt wird, die z. B. eine Konzentration von ungefähr 0,01 bis 1% und vorzugsweise von 0,05 bis 0,2% besitzt. Die Menge des zu verwendenden Polymers wird entsprechend der zu behandelnden Suspension und entsprechend zum Grad der benötigten Entwässerung verändert. Typische Zugabe-Beträge zu einem Abwasserschlamm liegen im Bereich von 0,1 bis 0,5% des Polymers, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlammfeststoffe. Die Zugabe kann durch übliche Verfahren vorgenommen werden, wobei die Bewegung des Abwassergemisches und des Polyelektrolyten notwendig ist, um eine Ausflockung herbeizuführen.

Danach kann die Druckfiltration mit dem ausgeflockten Produkt in der üblichen Weise durchgeführt werden, z. B. durch die Verwendung einer Filterpresse, eines Druckfilters oder einer Filterriemenpresse. Im allgemeinen wird der Druck während der Filtration immer um 50 kPa oder mehr sein, wobei dies typisch für Filterriemenpressen ist. Jedoch ist die Erfindung auch bei größeren Drücken, wie sie z. B. bei Filterpressen erreicht werden, von großem Wert. Deshalb wird die Erfindung vorzugsweise in Verbindung mit der Filtration auf einer Filterpresse durchgeführt, die einen Maximumdruck zwischen 400 und 700 kPa liefert, oder mit einem Druckfilter, der einen Maximumdruck von ungefähr 400 kPa und häufig über 1000 kPa liefert.

Anhand der folgenden Beispiele werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgezeigt:

Beispiel 1

Es wurden Polyacrylamide mit verschiedenen Molekulargewichten hergestellt bei einem Feststoffgehalt von 12,5%, wobei ihre einprozentigen Lösungsviskositäten unter Verwendung der Schwebeausgleich-Technik (suspended level technique) bestimmt wurden. Diese Polymerlösungen wurden danach verdünnt auf einen Feststoffgehalt von 3,0%, Natriumchlorid wurde auf 3% hinzugefügt, und die Polymere wurden aminomethyliert mit einem Äquivalent von Formaldehyd und 1,1 Äquivalenten Dimethylamin. Nach fünf Tagen bei Raumtemperatur entstand ein Reaktionsgleichgewicht, wobei 85% der Amidgruppen aminomethyliert waren. Die Brookfield-Viskositäten der 5%igen aktiven Produkte wurden danach bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt:

Tabelle 1

In dieser Tabelle sind nur die Polymere P₄ bis P₈ erfindungsgemäß verwendbar.

Beispiel 2

Zwei digerierte Abwasserschlämme aus zwei Anlagen wurden Standardlaborverfahren unterworfen, um die kapillare Ansaugzeit (Capillary Suction Time - CST) unter sich verändernden Bedingungen der Konzentration des hinzugefügten Polyelektrolyten und des Vorschubs (shear) zu messen. Letzterer wurde durch die Rührzeit bei 1000 upm bestimmt. Die Wirkung der Vorschubanwendung, insbesondere bei höheren Vorschubwerten, wie sie unten angegeben sind, ist eine verläßliche Anzeige, wie die Polymere sich im Druckfilter verhalten. Die verwendeten Polymere umfaßten P₁ bis P₈ des Beispiels 1 sowie folgende:
Produkt A -ein kommerziell erhältliches, hochmolekulares quaternäres aminomethyliertes Polyacrylamid, wie es in der GB-PS 13 73 034 beschrieben wird, und welches ein Molekulargewicht von 10⁶ besitzt. Produkt B -ein kommerziell erhältliches Polyacrylamid mit ungefähr 50% (molar) aminomethylierten Acrylamid-Gruppen, welches ein Molekulargewicht von 3×10⁶ besitzt. Produkt C -ein kommerziell erhältliches, hochmolekulares kationisches Polyacrylamid, das 10% (molar) Dimethylaminoäthylacrylat- Gruppen enthält, die mit Dimethylsulfat quaternisiert sind, und welches ein Molekulargewicht von 3,5×10⁶ besitzt.

Tabelle 2

Aus den in der Tabelle angegebenen Zahlen ist ersichtlich, daß die Produkte P₄ bis P₈ sämtlich geringere CST-Werte besitzen und deshalb besser als Ausflockungsmittel im Vergleich zu den Produkten A, B, C und P₁ bis P₃ unter den angegebenen Bedingungen geeignet sind. Ferner ist ersichtlich, daß im allgemeinen zunehmendes Molekulargewicht verbesserte Eigenschaften ergibt. Ein weiterer Vergleich von P₄ mit Produkt B legt nahe, daß eine Zunahme im Verhältnis von aminomethylierten Amid-Gruppen, die Eigenschaften des Polymers verbessert.

Beispiel 3

Um die Wirkung der mengenmäßigen Umwandlung der Amid-Gruppen in aminomethylierte Gruppen zu bestimmen, wurde ein Abwasserschlamm mit einem Acrylamidpolymer vom Typ P₅ behandelt, jedoch wurden die Mengen der Dimethylaminomethylierung verändert und in einer Laborfilterpresse getestet. Die in Tabelle 3 gezeigten Ergebnisse zeigen, daß die Entwässerungsfähigkeit mit steigender Aminomethylierung im Bereich von 35 bis 85% zunimmt.

Tabelle 3

In diesem Versuch sind Werte über ungefähr 25% zufriedenstellend.

Beispiel 4

Um eine realistischere Einschätzung der Wirksamkeit der Polymeren und der Anlagenbedingung zu erhalten, wurden Versuche auf einer Laborplatte und einer Rahmenpresse durchgeführt, wobei ein gemischt aktivierter und zusätzlich digerierter Abwasserschlamm mit einer ausgewählten Menge von 2,2% eines anorganischen Koagulierungsmittels (Aluminiumchlorhydrat) auf einer trockenen Feststoffgrundlage und kostenentsprechenden Mengen von Polyelectrolyten verwendet wurden. Jede Filtration wurde für eine ausreichende Zeitspanne lang durchgeführt, um eine asymptotische Filtrationsgeschwindigkeit bei einem Druck von 482 kPa herzustellen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 4 aufgezeigt:

Tabelle 4

Es ist ersichtlich, daß eine starke Verringerung der Preßzeit durch die Verwendung des aminomethylierten Polyacrylamids P₈ möglich gemacht worden ist.

Beispiel 5

Ein Primärschlamm in einem 300 ml aliquoten Teil wurde einem allmählichen Anstieg bis zu 482 kPa bei einem Laborkolbendruck während einer Zeitspanne von 1 Stunde unterworfen. Chemische Mengenverhätlnisse zu Vergleichszwecken basierten auf 1,1% Aluminiumchlorhydrat auf trockener Gewichtsgrundlage und einer kostenäquivalenten Menge der Polyelectrolyten. Die erzielten Ergebnisse werden in Tabelle 5 gezeigt.

Tabelle 5

Die geringere Kuchendicke und der höhere Prozentsatz an Kuchenfeststoffen zeigt die Vorteile bei der Verwendung von P₈.

Beispiel 6

Ein Abwasserschlamm aus einem Sekundärdigestor wurde aufbereitet, und Capillaransaugzeitmessungen wurden an drei Vorschubstufen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 aufgeführt:

Tabelle 6

Beispiel 7

Die Polyelectrolyte des Beispiels 6 wurden verglichen, wobei eine Kolbenpresse und der Schlamm des Beispiels 6 verwendet wurden.

300 ml aliqouter Teil des behandelten Schlamms wurden einem allmählichen Druckanstieg bis zu 482 kPa während einer Zeitspanne von 1 Stunde unterworfen. Der Vergleich wurde durchgeführt, indem eine Menge von 250 g/m³ in jedem Fall verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengestellt.

Tabelle 7

Claims

1. Verfahren zum Entwässern einer organischen Suspension durch die folgenden Schritte:
Ausflocken der Suspension durch Hinzufügen eines Polymers und Filtrieren des ausgeflockten Produktes, wobei das Polymer mindestens 60 mol-% an Gruppen der Formel oder ein Salz oder ein quaternäres Ammoniumsalz dessen umfaßt, und daß R=H oder CH₃ (Wasserstoff oder Methyl) darstellt und die Reste R′, die gleich oder verschieden sein können, Alkyl- oder Hydroxyalkylgruppen sind, die bis zu 4 Kohlenstoffatome umfassen, und zusammen mit dem Stickstoffatom, mit dem sie verbunden sind, eine zyklische Gruppe von 5 bis 7 Kohlenstoffatomen bilden können, wobei die Entwässerung der organischen Suspension mittels Druckfiltration der ausgeflockten Produkte durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtrationsdruck mindestens etwa 50 kPa oder mehr beträgt und das Polymer eine Viskosität von mindestens 4600 cps besitzt, gemessen mittels eines Brookfield-Viskosimeters mit einer 5%igen Lösung bei 20°C, die 3% Natriumchlorid enthält (10 u.p.m. Spindel Nr. 5 oder 6).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rest R=H (Wasserstoff) und die Reste R′=CH₃ oder C₂H₅ (Methyl oder Äthyl), die gleich oder verschieden sein können, sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität mindestens 12 000 c.p.s. ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität mindestens 20 000 c.p.s. ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfiltration auf einer Filterpresse oder einem Druckfilter bei einem Maximaldruck von über 400 kPa durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Suspension Abwasserschlamm ist.