DE2914053A1 - Verfahren zur gewinnung von desinfizierten feststoffen aus klaerschlamm - Google Patents
Verfahren zur gewinnung von desinfizierten feststoffen aus klaerschlammInfo
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Description
27,2Ql
1A-2843
1A-2843
AMERICAN CYANAMID COMPANY Wayne, New Jersey, U.S.A.
Verfahren zur Gewinnung von desinfizierten Feststoffen
aus Klärschlamm
Zusammenfas sung:
Ein Copolymeres aus Acrylamid und 3-(Methacrylamido)-propyl-trimethyl-ammoniumchlorid
wird zur Entwässerung von Klärschlämmen verwendet, welche mit Kalk desinfiziert wurden.
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Anv/endungsgebiet der Erfindung:
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Entwässerung von Klärschlamm. Insbesondere betrifft
die Erfindung ein solches Verfahren, bei dem der anfallende Feststoff direkt für Landauffüllungen verwendet
werden kann.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:
Die Flockulierung von wäßrigen Dispersionen ist ein äußerst wichtiges Verfahren. Solche wäßrige Dispersionen
umfassen zwei Phasen, deren eine als kontinuierliche, äußere, wäßrige Phase vorliegt, unabhängig davon, ob
die disperse Phase oder Phasen als Suspensionen von feinen Teilchen oder von wesentlich größeren Teilchen vorliegt.
Solche Systeme sind z.B. Flußwasser mit kleinen Mengen suspendierter Feststoffe sowie Industrieabwässer
und städtische Abwasser, insbesondere Kanalisationsabwasser und Klärschlamm, welcher entwässert werden muß,
sowie in Industrieanlagen anfallende Dispersionen, z. B. Brühen aus Fermentationsverfahren zur Gewinnung von En t zymmaterialien
oder dergl. Solche wäßrige Dispersionen haben eine disperse Phase mit einer, negativen Ladung.
Zur Flockulierung von wäßrigen Dispersionen, deren disperse Phase negative Ladungen trägt, verwendet man
gewöhnlich Materialien, wie Alaun, Eisen(III)-salze oder dergl., welche in ihre Hydroxide überführt werden, oder
aber organische kationische Flockuliermittel, welche die negative Ladung neutralisieren. Kationische Flockuliermittel
einschließlich polyquaternierter Verbindungen werden weithin angewendet.
Die physikalischen Eigenschaften, welche für die Wirksamkeit verschiedener Flockuliermittel verantwortlich
sind, können nicht präzise angegeben werden. Es be-
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steht kein gute Korrelation zwischen Modifizierungen von Eigenschaften, welche bei einem Flockuliermitteltyp zu
einer erhöhten Wirksamkeit führen, und Modifizierungen von Eigenschaften, welche bei einem anderen Flockuliermitteltyp
zu Wirkungssteigerungen führen. Bestimmte, wirksame Flockuliermittel haben einige physikalische Eigenschaften
gemeinsam. Dennoch wurden Einflüsse von Änderungen einzelner Eigenschaften derselben auf ihre Wirksamkeit bisher
nicht in nennenswertem Maße untersucht, und die bereits vorliegenden, begrenzten Untersuchungen haben nicht zu
schlüssigen Ergebnissen geführt.
Die Entwässerung von Klärschlämmen ist besonders schwer durchführbar, und nur eine begrenzte Anzahl von
kationischen Flockuliermitteln ist bei diesem Vorgang wirksam. Brauchbare Flockuliermittel müssen im allgemeinen
ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Molekulargewicht und Ladungsdichte aufweisen. Viele monomere Materialien mit
einer hohen Ladungsdichte können nicht zu Polymerisaten polymerisiert werden, welche ein für die wirksame Entwässerung
von Klärschlämmen ausreichend hohes Molekulargewicht aufweisen. Andere monomere Materialien führen zwar
zu Polymeren mit einem hohen Molekulargewicht, jedoch nicht zu einer genügend hohen Ladungsdichte, als daß sie
sich für die Entwässerung von Klärschlämmen eigneten. So ist bei den Standardverfahren zur Aufarbeitung von Klärschlämmen
die Auswahl an wirksamen Flockuliermitteln für die Schlammentwässerung äußerst begrenzt.
Weitere Komplikationen, welche die Aufarbeitung von Klärschlamm behindern oder beeinträchtigen, hängen
mit der Art der Beseitigung der aus den Klärschlämmen gewonnenen Feststoffe zusammen. Es ist besonders erwünscht,
solche Feststoffe für Landauffüllungen zu verwenden. Zu diesem Zweck ist es jedoch erforderlich, daß die Feststof-
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fe sorgfältig desinfiziert sein müssen. Ein bequemes Verfahren zur Desinfizierung der Klärschlämme besteht im
Zusatz einer ausreichenden Menge Kalk zur Steigerung des pH-Wertes auf mindestens etwa 12,0 oder darüber, gewöhnlich
auf etwa 12,5. Wenn der Klärschlamm auf diese Weise desinfiziert wird, so erhält man Feststoffe, welche sich für
Landauffüllungen eignen. Nun ist es aber wesentlich schwieriger, den Klärschlamm wirksam zu entwässern, und
die meisten kationischen Flockuliermittel, welche sich zur Entwässerung von Klärschlamm bei pH-Werten im üblichen Bereich,
d.h. im Bereich von etwa 7,0, eignen, sind bei diesen hohen pH-Werten unbrauchbar.
Ziel der Erfindung:
Es besteht daher ein erhebliches Bedürfnis nach einem Verfahren zur Gewinnung von desinfizierten Feststoffen
aus Klärschlämmen, so daß sich diese Feststoffe direkt für Landauffüllungen eignen, während andererseits
das Verfahren der Entwässerung der Klärschlämme mit hoher Effizienz abläuft.
Darlegung des Wesens der Erfindung:
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Gewinnung
von desinfizierten Feststoffen, welche für Landauffüllungen geeignet sind, aus Klärschlamm geschaffen, bei dem
man den Klärschlamm mit einer Menge Kalk behandelt, welche zur Steigerung des pH-Wertes auf mindestens 11,o,vorzugsw.12,0
ausreicht, worauf man dem so behandelten Schlamm eine wirksame Menge eines Copolymeren mit den folgenden Struktureinheiten
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291AQ53
- -CH2 - C
CH3
CH3 j
-+-CH2-CH-I
Und
C = O I NH2
I j.
CH2CH2CHj - CH3 Cl
CH3
wobei-x eine Molprozentziffer im Bereich von etwa 3 bis
60 rind -y entsprechend eine Molprozentziffer im Bereich
von etwa 97 bis 40 bedeuten, und wobei das Copolymere eine Standardviskosität von mindestens etwa 1,5 cP. hat,
zusetzt, worauf man den erhaltenen Schlamm zur Entfernung des Wassers filtriert und die anfallenden, desinfizierten
Peststoffe für Landauffüllungen verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu desinfizierten
Feststoffen, welche direkt für Landauffüllungen verwendet werden können, während andererseits die Entwässerung
des zu behandelnden Klärschlamms mit hoher Effizienz abläuft. Dieses Ergebnis ist überraschend und in hohem
Maße unerwartet angesichts der Tatsache, daß viele, herkömmliche quaternäre Flockulierungsmittel für dieses Verfahren
vollkommen ungeeignet sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entwässerung von Klärschlamm wird in üblicher Weise durchgeführt, mit
Ausnahme des Zusatzes von Kalk und mit Ausnahme des Zusatzes
des spezifischen, polyquaternierten Flockuliermitteis.
Kalk (Calciumoxid) wird dem Klärschlamm in einer ausreichen!en Menge zugesetzt, um den pH auf mindestens
12,0 und vorzugsweise bis auf etwa 12,5 oder darüber zu
bringen. Da es erwünscht ist, die gewonnenen Feststoffe direkt für Landauffüllungen zu verwenden, sollte die Behandlung
mit Kalk ausreichend weit betrieben werden, damit
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S-
der Klärschlamm vollständig desinfiziert wird. Typischerweise wandet man pro Tonne trockener Klärschlammfeststoffe
etwa 45 kg Kalk an.
Das erfindungsgemäß eingesetzte, polyquaternäre Flockuliermittel weist folgende Struktureinheiten auf:
- -CH2 — CH
C = O
NH GH,
Ι ι
CH2CH2CH2N ® CH3
CH.
Cl
-CH2 CH-
und L
C = O I
NH2
Dabei bedeutet χ eine Molprozentziffer im Bereich von etwa
J5 bis 60 und y eine Molprozentziffer im Bereich von
etwa 97 bis 40. Vorzugsweise beträgt χ etwa 10 Mol-# und
y etwa 90 MoI-^. Das bevorzugte Molverhältnis führt zu
einem Copolymeren, welches sowohl ein hohes Molekulargewicht als auch eine hohe Ladungsdichte aufweist. Das Polymere
hat ein Molekulargewicht, welches einer Standardviskosität von mindestens etwa 1,5 cP. und vorzugsweise mindestens
etwa 2,5 cP. entspricht. Solche Viskositätsangaben definieren Polymere mit einem Molekulargewicht oberhalb
etwa 1 Million und vorzugsweise oberhalb etwa 3 Million.
Ausführungsbeispiele:
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei alle Teilangaben
und Prozentangaben sich, sofern nicht anders angegeben, auf das Gewicht beziehen. Die Standardviskosität ist
die Viskosität in einer 0,1Oxigen Lösung des Copolymeren
in 1N NaCl, gemessen mit einem Brookfield-LVT-Viskosimeter
bei pH 5,5, 250C und 60 U/min.
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Beispiel 1
In einer städtischen Kläranlage in Colorado wurde der Klärschlamm mit Kalk in einer Menge von 45 kg/t
der trockenen Klärschlammfeststoffe behandelt, wobei der pH auf 11,0 eingestellt wurde. Um nun diesen Klärschlamm
mit einer ausreichenden Geschwindigkeit filtrieren zu können, setzt man pro Tonne der trockenen Klärschlammfeststoffe
1 kg eines Copolymeren zu, welches 90 Mol-;o Acrylamid
und 10 MoI-Jo 3- (Methacrylamide)-propyl-trimethylammoniumchlorid
enthält und welches eine Standardviskosität von etwa 3 cP. aufweist. Der Klärschlamm ist leicht
filtrierbar, und man erhält einen Filterkuchen von desinfizierten Klärschlammfeststoffen, welche unmittelbar
für Landauffüllungen verwendet werden können.
Man arbeitet nach dem Verfahren des Beispiels 1, wobei man jedoch ein Copolymeres von Dimethylaminoäthylmethacrylat
und Acrylamid (Molverhältnis 90:10) anstelle des Polymeren des Beispiels 1 einsetzt. Dieses Polymere
hat eine Standardviskosität von etwa 3 cP. Durch Zusatz dieses Polymeren wird die Filtrierbarkeit nicht herbeigeführt,
trotz der Tatsache, daß ein solches Polymeres bei Abwesenheit von Kalk Klärschlämme gewöhnlich filtrierbar
macht.
Das Verfahren des Beispiels 1 wird wiederum wiederholt, wobei man jedoch anstelle des darin eingesetzten
Polymeren ein Copolymeres aus 67 Mol-% Acrylamid und
33 Mol-J'o Diallyldimethyl-ammoniumchlorid mit einer Standardviskosität
von etwa .3 cP. einsetzt. Zur Herbeiführung einer ausreichenden Filtrierbarkeit muß man pro Tonne der
trockenen Klärschlammfeststoffe etwa 2,25 kg des Polymeren
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./fO·
einsetzen. Somit erfordert dieses Verfahren im Vergleich zu einem Zusatz des erfindungsgemäßen Copolymeren eine
Steigerung der Polymerdosierung auf mehr als 2OO?o.
Klärschlamm aus einer städtischen Kläranlage in Connecticut wird nach dem Verfahren des Beispiels 1 mit
Kalk versetzt, um den pH auf 12,0 zu erhöhen. Der Schlamm hat eine Konsistenz von k%. Das eingesetzte Polymere hat
die gleiche Zusammensetzung wie bei Beispiel 1 und eine
Standardviskosität von 3,2 cP. Es wird in verschiedenen Dosierungen eingesetzt, und die Filtriergeschwindigkeit
wird jeweils bestimmt und als ml Filtrat/min angegeben. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.
Das Verfahren der Beispiele 2 bis 6 wird wiederholt, wobei man ein Polymerisat mit 90 Mol-?o Acrylamid
und 10 Mol-% Methacryloyloxyäthyl-trimethylammoniumchlorid
einsetzt. Das Polymere hat eine Standardviskosität von 3,7 cP. Die Ergebnisse und Einzelheiten dieser Versuche
sind in Tabelle I zusammengestellt.
Die Ergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren dem herkömmlichen Verfahren wesentlich überlegen
ist.
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Tabelle I
Filtriergeschwindigkeit eines Kalk-Klärschlamms
Beispiel Polymerdosis ml Filtrat/min (χ· 450 g/t) '
34 49 73 94 112 30 34 43
51 51.
2 | C | 1 ,22 |
3 | D | 3,68 |
4 | E | 5,51 |
5 | F | 6,76 |
6 | G | 8,OQ |
Vgl.B. | 1,22 | |
Il | 3,68 | |
Il | 5,51 | |
Il | 6,76 | |
Il | 8,00 | |
9098U/069A
Claims (1)
- Pa tentansprüche1. Verfahren zur Gewinnung von für Landauf füllungen geeigneten, desinfizierten Feststoffen aus Klärschlamm, dadurch gekennzeichnet, daß man den Klärschlamm mit einer ausreichenden Menge Kalk zur Einstellung des pH auf mindestens 12,0 versetzt und dem so behandelten Schlamm eine wirksame Menge eines Copolymeren mit Struktureinheiten der folgenden beiden FormelnCH CNHCH2 - CH h 4-CH2 -C = ONH CH3CH2CH2CH2N & CH3 Cl I CHswobei χ eine Molprozentzahl im Bereich von etwa 3 bis und y demgemäß eine Molprozentzahl im Bereich von 97 bis 40 bedeuten, und wobei das Copolymer eine Standardviskosität von mindestens etwa 1,5 cP. hat, zusetzt, und den erhaltenen Schlamm zur Entfernung des Wassers filtriert und die dabei anfallenden desinfizierten Feststoffe für Landauffüllungen verwendet,2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man eine für die Einstellung des pH auf 12,5 ausreichende Menge Kalk zusetzt»3 ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Copolymeres mit einer Standardviskosität von mindestens etwa 2,5 cP. einsetzt.909844/06944. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Copolymeres einsetzt, bei dem χ eine Molprozentziffer von etwa 10 und y eine Holprozentziffer von etwa 90 ist.5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Copolymeres mit einer Standardviskosität von mindestens etwa 2,5 cP. einsetzt.909844/069*
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