DE2841122C2

DE2841122C2 -

Info

Publication number: DE2841122C2
Application number: DE2841122A
Authority: DE
Inventors: Donald Eric Blackburn Victoria Au Weiss; Luis Otakar Forest Hill Victoria Au Kolarik; Anthony John Elsternwick Victoria Au Priestley; Nevil James Sandringham Victoria Au Anderson
Original assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Current assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Priority date: 1977-09-22
Filing date: 1978-09-21
Publication date: 1991-02-28
Also published as: AU518159B2; FR2424233B2; NL7809624A; AU4003278A; JPS635122B2; NL190608C; SG83384G; GB2004535A; FR2424233A2; GB2004535B; JPS5456244A; DE2841122A1; ZA785282B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wasserklärung, insbesondere Verbesserungen und Modifizierungen der in der DE-OS 27 19 529 beschriebenen Verfahren und Maßnahmen.

In der DE-OS 27 19 529 ist die Herstellung neuer teilchenförmiger Adsorptionsmittel zum Entfernen suspendierter Verunreinigungen und farbiger Substanzen aus Wasser durch Koagulation mit Hilfe eines als Koagulations- und Adsorptionsmittel bezeichneten Hilfsmittels bekannt. Hierbei handelt es sich um ein feinteiliges Mineral, dessen Einzelteilchen eine Teilchengröße von 10 Mikrometer oder weniger und eine dünne hydroxylierte Oberflächenschicht positiven zeta-Potentials beim Adsorptions-pH-Wert, d. h. beim pH-Wert des zu behandelnden Wassers, aufweisen.

In der genannten Literaturstelle ist ferner beschrieben, daß sich bei hochtrüben Wässern in der Regel eine noch bessere Reinigungswirkung erreichen läßt, wenn man dem Wasser ein geeignetes Koagulationsmittel zusetzt. Zu diesem Zweck wurde Aluminiumsulfat (Alaun) als das am besten geeignete Mittel bezeichnet. Es wurde ferner angedeutet, daß sich auch noch andere Substanzen, z. B. Eisen(III)-chlorid oder organische Polyelektrolyte, (zu dem genannten Zweck) eignen könnten.

Wie in IEEE Transaction on Magnetics (1975), Seite 1570 bis 1572 beschrieben ist, wurde auch bereits versucht, die Abtrennung von Verunreinigungen dadurch zu beschleunigen, daß man das zu reinigende Wasser zuerst mit einer geringen Anzahl von magnetischen Keimen versetzt und anschließend ein Kation wie z. B. Fe(III) oder Al(III) zugibt, welches durch Hydrolyse eine unlösliche Metall-Hydroxid-Matrix ausbildet, die die magnetischen Keime und die Verunreinigung mit einschließen. Mittels eines magnetischen Filters lassen sich die Verunreinigungen relativ rasch entfernen. Jedoch verringern auch diese Maßnahmen nicht merklich die benötigte Menge an Koagulationschemikalien, die zur Gewährleistung akzeptabler Flocken erforderlich sind.

Im Gegensatz zu früheren Vermutungen hat es sich jedoch gezeigt, daß sich zumindest in einigen Fällen noch weit bessere Koagulationsergebnisse erzielen lassen, wenn man (dem zu reinigenden Wasser) gegebenenfalls zusammen mit Alaun oder sonstigen Koagulationsmitteln geringe Mengen von Polyelektrolyten zusetzt.

Es ist seit einiger Zeit bekannt, daß sich kolloidale Suspensionen, die in natürlich vorkommenden Wässern in der Regel negativ geladen sind, durch Verwendung natürlicher oder synthetischer kationischer Flockungsmittel anstelle von oder in Verbindung mit üblichen Mitteln, wie Alaun, beseitigen lassen. Die kationischen Polyelektrolyte wirken in der Regel auf die Suspension durch einen Ladungsneutralisationseffekt destabilisierend. Dies führt dazu, daß einzelne Kolloide zu kleinen Aggregaten oder Mikroflocken zusammentreten. Bei schwachem Mischen gehen die Mikroflocken in große Makroflocken, die sich dann rascher absetzen, über. Diese zweite Stufe läßt sich durch Mitverwendung langkettiger nicht-ionischer oder anionischer Flockungsmittel verbessern. Letztere Substanzen wirken dergestalt, daß sie zwischen den Mikroflocken lange Kettenbrücken bilden.

Wenn dem zu klärenden Wasser nach dem Vermischen mit dem in der DE-OS 27 19 529 beschriebenen Koagulations- und Adsorptionsmitteln geeignete Polyelektrolyte zugesetzt werden, ist das gereinigte Wasser in vielen Fällen weniger trüb und ist ferner eine weit raschere Koagulations- oder Absetzgeschwindigkeit festzustellen als bei Verwendung der beschriebenen Koagulations- und/oder Adsorptionsmittel alleine oder in Verbindung mit Alaun.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Verbesserung des in der DE-OS 27 19 529 beschriebenen Verfahrens, und zwar dergestalt, daß dem Wasser nach dem Inberührungbringen mit den beschriebenen Koagulations- und/oder Adsorptionsmitteln und Abtrennen derselben von dem Wasser ein Polyelektrolyt zugesetzt wird.

Die meisten natürlich vorkommenden Wässer enthalten negativ geladene Teilchen. Somit sind die am besten geeigneten Poly elektrolyte zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung stark kationische Substanzen. Es sind auch zahlreiche synthetische Substanzen verfügbar, hierbei handelt es sich in der Regel um hochmolekulare Polyamide oder Polyamine. Die am besten geeigneten Substanzen bestehen aus Derivaten polymerisierten Acrylamids mit typischen Molekulargewichtsbereichen, bestimmt aufgrund ihrer Viskosität, von 10⁵ bis 10⁷. Zahlreiche handelsübliche Substanzen erhält man durch Mischpolymerisation von Acrylamid mit quaternären Ammoniumpolyacrylamiden. Zu einer weiteren Klasse kationischer Polyelektrolyte gehören die Polyäthylenimine. Diese zeigen in der Regel ein geringeres Molekulargewicht als Polyacrylamide.

In einigen Fällen werden auch mit neutralen und anionischen Polyelektrolyten gute Wirkungen erzielt. Diese sind vermutlich auf eine Brückenbildung zurückzuführen. Besonders gut geeignete Substanzen sind Polyacrylamide, die in der Regel durch Mischpolymerisation von Acrylsäure und Acrylamid oder durch teilweise Hydrolyse von Polyacrylamid hergestellt wurden. Der Anteil von Säuregruppen in anionischen Elektrolyten liegt in der Regel im Bereich von 5 bis 40%.

Zahlreiche synthetische Polyelektrolyte sind im Handel erhältlich, Angaben über ihre Struktur sind jedoch nur schwierig oder überhaupt nicht zu erhalten. In den folgenden Beispielen wurden somit die verwendeten handelsüblichen Substanzen durch Codezahlen bezeichnet.

Schließlich eignen sich auch noch natürlich vorkommende polymere Flockungsmittel, insbesondere solche mit kationischen Gruppen. So stellen beispielsweise Leim und Gelatine wirksame Substanzen dar. Das Gleiche gilt für kationisch modifizierte Stärkederivate. Es gibt aber auch noch andere natürlich vorkommende polymere Flockungsmittel.

Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren gemäß der Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1 Herstellung des Koagulations- und/oder Adsorptionsmittels

Ein Magnetiterz vom Savage-River, Tasmanien, wird vermahlen und klassifiziert, wobei man Teilchen einer Teilchengröße von 1 bis 5 Mikrometer gewinnt. 10 ml dieser Teilchen werden bei geeigneter Temperatur (20°C) in 200 ml einer Natriumhydroxidlösung (0,1 n) geeigneter Konzentration eingetragen, worauf die erhaltene Aufschlämmung einige Zeit lang, in der Regel 5 bis 10 min lang, gerührt wird. Danach werden die Teilchen abfiltriert und mit Wasser gewaschen.

Beispiel 2 Allgemeine Verfahren der Wasserbehandlung (A) Standardtopftest bei der Alaunbehandlung

1 l Wasser wird mit einer geeigneten Menge Alaun und Säure versetzt, um einen optimalen pH-Wert und eine optimale Koagulation zu erreichen (die betreffenden Mengen werden in Vorversuchen ermittelt). Danach wird das Gemisch 2 min lang mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 160 Upm und dann weitere 20 min mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 25 Upm gerührt. Schließlich dürfen die sich bildenden Flocken 20 min lang absetzen. Die nicht-filtrierte überstehende Flüssigkeit wird danach auf ihre Resttrübung und -verfärbung analysiert. Die Trübung wird mittels eines handelsüblichen Trübungsmessers, die Verfärbung mittels eines handelsüblichen Farbanalysators ermittelt.

(B) Standardtopftest bei Verwendung von Magnetit in Verbindung mit Alaun

1 l Wasser wird nach Zugabe einer optimalen Säuremenge 2 min lang mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 160 Upm mit 10 ml Magnetit verrührt. Nach Zugabe von Alaun oder eines Polyelektrolyten wird das Ganze noch 8 min lang rasch weitergerührt. Nach beendetem Rühren darf sich der Magnetit 5 min lang absetzen. Hierauf wird die nicht-filtrierte überstehende Flüssigkeit auf ihre Resttrübung und -färbung hin untersucht. Schließlich wird der Magnetit durch Dekantieren der überstehenden Flüssigkeit von dieser abgetrennt und in der im Beispiel 1 geschilderten Weise nachbehandelt bzw. regeneriert.

(C) Standardtopftest bei Verwendung von Magnetit alleine

1 l Wasser wird bei einem durch Vorversuche ermittelten optimalen pH-Wert 15 min lang mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 160 Upm mit 10 ml Magnetit verrührt. Nach beendetem Rühren darf sich der Magnetit 5 min lang absetzen. Danach wird die nicht-filtrierte überstehende Flüssigkeit auf ihre Resttrübung und -färbung hin untersucht. Der Magnetit wird von der überstehenden Flüssigkeit durch Dekantieren derselben abgetrennt und in der im Beispiel 1 geschilderten Weise nachbehandelt bzw. regeneriert.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wird eine Wasserprobe aus dem Fluß Yarra in Victoria behandelt, wobei die Wirkung des Polyelektrolyten plus gemäß Beispiel 1 aktiviertem Magnetit mit der Wirkung von Alaun plus dem Magnetit verglichen wird. Die Ergebnisse finden sich in der folgenden Tabelle I.

Tabelle I

Rohwasser aus dem Fluß Yarra: Trübung: 33 NTU

Behandlung entsprechend Beispiel 2B

Beispiel 4

In diesem Beispiel wird Wasser aus dem Wasserreservoir Yan Yean in Victoria behandelt. Wiederum werden die Wirksamkeiten der Kombination Polyelektrolyt und Magnetit einerseits und Magnetit alleine bzw. Alaun alleine andererseits verglichen. Die Ergebnisse finden sich in der folgenden Tabelle II.

Tabelle II

Rohwasser aus dem Wasserreservoir Yan Yean: Trübung: 3,0 NTU

Aus Tabelle II geht hervor, daß die Mitverwendung synthetischer Polyelektrolyte zusammen mit aktiviertem Magnetit ein qualitativ besseres Wasser liefert als sowohl Alaun als auch Magnetit alleine.

Beispiel 5

In diesem Beispiel wird Wasser aus Mirrabooka in Westaustralien behandelt, um die Wirkung von Alaun in Verbindung mit Magnetit und einem Polyelektrolyten zu demonstrieren. Die Ergebnisse zeigt die folgende Tabelle III.

Tabelle III

Rohwasser aus Mirrabooka; Trübung: 16 NTU; Farbe 62¹)

Als sonstige Polyelektrolyte eignen sich in höchst wirksamer Weise:

Claims

1. Verfahren zum Klären von Wasser, bei welchem das Wasser mit einem Koagulations- und/oder Adsorptionsmittel aus einem feinteiligen magnetischen Mineralmaterial einer Einzelteilchengröße von weniger als 10 µm mit dünner hydroxylierter Oberflächenschicht mit positivem zeta-Potential beim Adsorptions-pH-Wert in Berührung gebracht wird, nach Patent DE 27 19 529, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Wasser nach dem Inberührungbringen mit dem Koagulations- und/oder Adsorptionsmittel und vor der Abtrennung desselben einen Polyelektrolyten zusetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyelektrolyten einen solchen vom kationischen Typ verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyelektrolyten ein Polyamid, Polyamin oder Polyethylenimin verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyelektrolyten ein Polyacrylamid verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyelektrolyten ein natürliches kationisches polymeres Flockungsmittel verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man neutrale und/oder anionische Polyelektrolyten zusetzt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Wasser ferner Alaun oder ein sonstiges Koagulationsmittel zusetzt.