DE3019618A1

DE3019618A1 - Verfahren zur trennung von gemischen in feststoffe und fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3019618A1
Application number: DE19803019618
Authority: DE
Inventors: Alfred 8752 Krombach Albert; Friedrich-Wilhelm 4750 Unna Ruhrmann
Original assignee: Nalco Chemie GmbH
Current assignee: Nalco Chemie GmbH
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1981-11-26

Description

Verfahren zur Trennung von Gemischen in Feststoffe
und Flüssigkeiten ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Die Erfindung bezieht sich auf die Trennung von Gemischen in Feststoffe und Flüssigkeiten, insbesondere die Trennung von Flüssigkeits-Feststoff-Gemischen, wie Suspensionen, Schlämmen, Aufschlämmungen, wobei dem Gemisch ein Polyelektrolyt zugesetzt, das Polyelektrolyt enthaltende Gemisch mechanisch in Feststoff-und Flüssigkeitsphase getrennt und der Feststoff-Austrag getrocknet undloder verbrannt wird.
Die Erfindung findet spezielle Anwendung auf dem Gebiet der Abwasseraufbereitung und-reinigung, insbesondere der Aufbereitung und Reinigung von kommunalen und industriellen Abwässern, sowie bei industriellen Prozessen, bei denen eine Feststoffabtrennung von Flüssigkeiten, die häufig wäßrige Medien darstellen, durchgeführt wird.
Aus der Technik sind zahlreiche Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen aus Feststoff-Flüssigkeitsgemischen bekannt. Diese Verfahren trennen ein Flüssigkeit enthaltendes Feststoffagglomerat von der Flüssigkeit ab und führen dieses Agglomerat nachgeschalteten Verfahrenssstufen zu, bei denen der Flüssigkeitsgehalt des Feststoffes weiter reduziert wird. Bekannte Verfahren, insbesondere auch die Zentrifugation mittels Vollmantelschneckenzentrifugen, haben den entscheidenden nachteil, daß den nachgeschalteten Verfahrensstufen, wie der Verbrennung, Trocknung, den Kalkmischanlagen und dergleichen, ein pastöser Austrag zugeführt werden muß, der schwierig zu handhaben und weiter auf zuarbeiten ist. Bei seiner Trocknung werden, bezogen auf die noch enthaltene Flüssigkeitsmenge, erhebliche Energiemengen verbraucht. Das wichtigste Kriterium ist in diesem Zusammenhang der Flüssigkeitsanteil dieses Austrags. Es war bisher üblich, bei der Trocknung und Verbrennung den Energiebedarf auf die zu verdampfende Flüssigkeitsmenge zu beziehen.
Bei Einbeziehung der nachgeschalteten Verfahrensstufen läßt die Ökonomie dieser bekannten Verfahren vielfach Wünsche offen.
Polymerisate des Acrylamids und der Acrylsäure sind seit langem gut bekannt und finden vielseitige Anwendung. Körnige Polymerisate des Acrylamids und Mischpolymerisate des Acrylamids mit Acrylsäure (60/40) und des Acrylamids mit Dimethylaminoäthylmethacrylat (75/25) werden nach dem Verfahren der DE-PS 13 00 244 hergestellt durch Polymerisation einer wäßrigen Lösung aus 30 bis 80 Gew.-% des Acrylmonomeren in Gegenwart einer wasserunlöslichen, mit Wasser ein Azeotrop bildenden organischen Flüssigkeit und eines Polymerisationsinitiators und eines Emulgators. Diese Polymerisate sind wirksame Koaguliermittel für Uranmetallaufschlämmungen und Kohleaufschlämmungen.
Nach der DE-AS 21 54 081 wird zur raschen Auflösung von Homo-und Mischpolymerisaten des Acrylamids vorgeschlagen, eine Wasser-in-Öl-Emulsion des Polymerisats unter solchen Bedingungen in Wasser zu geben, daß eine Inversion der Emulsion eintritt.
Der Erfindung liegt als eine Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur wirksamen Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen anzugeben, das unter Einbeziehung der notwendigen Trocknung des abgetrennten Feststoff-Agglomerats mit erheblicher Energieeinsparung durchgeführt werden kann.
Hierzu wird das in Anspruch 1 angegebene Verfahren vorgeschlagen. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens bilden den Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 11.
Es wurde gefunden, daß sich durch eine entsprechend eingestellte Dosierrate, ausgedrückt in "kg" Polymer pro t Feststoff des Feststoff-Flüssigkeitsgemisches (kg/t TS), und die Verwendung von Flüesigpolymeren auf der Grundlage von Acrylamid oder Acrylsäure die Partikelkonsistenz des beim Trennprozeß erhaltenen Austrags günstig beeinflussen und so einstellen läßt, daß der Austrag eine möglichst große Oberfläche enthält.
Das Verfahren der Erfindung findet besondere Anwendung auf dem Gebiet der Abwasseraufbereitung und -reinigung, insbesondere der Aufbereitung von kommunalen und industriellen Abwässern, sowie bei industriellen #rozessen, bei denen große Mengen an Feststoffen von Flüssigkeiten, insbesondere wäßrigen Flüssigkeiten, abgetrennt werden sollen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird nicht nur eine außerordentlich wirksame Trennung der Feststoffe und Flüssigkeiten aus Feststoff-Flüssigkeitsgemischen oder deren Vorläufergemischen erreicht, sondern außerdem, verglichen mit den bisher praktizierten Verfahren, erheblich an Energie eingespart. Nach den bisherigen Verfahren wurde der Flüssigkeitsgehalt der Agglomerate ohne Berücksichtigung des Volumens eines einzelnen Agglomerats als Maß für die aufzuwendende Energie herangezogen, wobei mit Volumina in der Größenordnung von 5.000 cm3 bis 5 cm3 gearbeitet wurde. Es sind bisher auch noch keine Versuche bekannt geworden, die Verteilungskurve der Agglomeratgröße zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß wurde nun gefunden, daß man bei gleichem Flüssigkeitsgehalt das Volumen bzw. die Größe der einzelnen Agglomerate auf solche Größenordnungen herabsetzen kann, die weit unterhalb der oben genannten Grenzwerte liegen, mit denen bisher gearbeitet wurde. Außerdem führt die Anwendung des Verfahrens der Erfindung dazu, daß die Verteilungskurve für die Größe der Agglomerate wesentlich schmaler und dadurch der Homogenitätsgrad erheblich erhöht wird.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die rheologischen Eigenschaften der Agglomerate günstig beeinflußtwerden, was insgesamt ihre folgende Handhabung bedeutend vereinfacht.
Diese und weitere Vorteile werden erfindungsgemäß erreicht durch den bestimmungsgemäßen Einsatz von Polyelektrolyten, die mindestens ein Polymeres auf der Grundlage von Acrylamid-oder Acrylsäurepolymerisaten enthalten und so zudosiert werden, daß der nach einer mechanischen Trennung, beispielsweise in einem Entwässerungsaggregat wie einer Vollmantelschneckenzentrifuge, enthaltene Feststoff-Austrag eine Partikelkonsistenz erhält, die hier als# "krümelig" gezeichnet wird. Dieser krümelige Austrag wird im anschließenden Trocknungsschritt unter herabgesetztem Energieverbrauch getrocknet.
Die Bezeichnung krümeliger Austrag wird für eine Zusammensetzung der Agglomerate angewendet, die vorzugsweise im Bereich der folgenden Tabelle liegt.
Tabelle Anteil der Einzelagglomerate Volumen der Einzelagglomerate cm3 0-100 0,05 0 - 80 0,05 - 0,5 0 - 60 0,5 - 5,0 0 - 40 5,0 - 50,0 0 - 10 50,0 - 500 0 - 3 500 - 5000 O 1. fl I o 0 h # 1 n~ > 5000 Der Wassergehalt der Einzelagglomerate unterscheidet sich nicht wesentlich, der Wassergehalt des "krümeligen Austrages" eines Entwässerungsaggregates weist Werte von 10 - 80 Gew.-% auf.
Die Fig. 1 der Zeichnungen gibt diese Verhältnisse in graphischer Darstellung wieder, wobei die bevorzugte Zusammensetzung im linken Teil des Diagramms liegt.
Das Verdient der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß eine von dem zudosierten Polyelektrolyt und seiner Dosierrate abhängige Beziehung zwischen der Oberfläche der Agglomerate und dem Energiebedarf bei der nachgeschalteten Trocknung gefunden wurde. Durch gezielten Produkteinsatz bei entsprechender Dosierrate, ausgedrückt in kg Polymeres Trockenfeststoff, wird. ein krümeliger Austrag erhalten, der in großtechnischen Trocknungsanlagen zu signifikaten Einsparungen von Energieträgern, wie Kohle, Gas, Öl u.a. führt.
Beispiel Bei einem Entwässerungsaggregat, einer Vollmantelschneckenzentrifuge nach dem Gleichstromprinzip, wurde zunächst in herkömmlicher Weise ein aus 3,3 % FS und 96,7 % Fl bestehendes Feststoff-Flüssigkeitsgemisch in einen pastösen Austrag mit "fladiger" Konsistenz und geringem Oberflächen/Volumenverhältnis getrennt.
Bei der nachgeschalteten Trocknung sollte der Wassergehalt des Austrages, der nach dem Zentrifugieren etwa 76 - 77 Gew.-% betrug, auf 35 % reduziert werden. Die Trocknung erfolgte in einem Drehrohrofen, als Trockengas diente Luft. Die Temperatur war 800 - 9000C in der Brennkammer und 190 - 2100C am Ende des Ofens. Für den herkömmlich getrennten Austrag wurde bei einem Durchsatz von 500 kg Feststoff pro h mit dem oben ancJeebens Wassergehalt ein Verbrauch von 260 -270 kg/h Heizöl (Heizwert 43 995 kJ) gemessen.
Erfolgte demgegenüber die Trennung unter Zudosierung eines Copolymeren gemäß Anspruch 4 (Produkt NALCO 61 D 25), wurde ein Austrag mit krümeliger Konsistenz und einem erhöhten Verhältnis von Oberfläche/Volumen von >60 m2/l erhalten, der leicht zu transportieren und zu handhaben war und bei der nachgeschalteten Trocknung in der obigen Anlage bei ansonsten identisch Bedingungen unter einem Ölverbrauch von nur 190 - 200 kp/h getrocknet werden konnte.
In Fig. 2 sind, die Verteilungskurven der entsprechenden Agglomeratgrößen wiedergegeben. Kurve I steht für das oben erläuterte Beispiel gemäß der Erfindung unter Verwendung von NALCO 61 D 25, während Kurve II das obige Beispiel unter herkömmlicher Trennung mit dem pastösen Austrag wiedergibt.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Trennung von Gemischen in Feststoffe und Flüssigkeiten, wobei den Gemischen mindestens ein Polyelektrolyt zugesetzt und nach einer mechanischen Trennung der Phasen der Feststoff-Austrag getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu trennenden Gemisch mindestens ein Polymeres in fester oder flüssiger Form auf der Grundlage von Acrylamiden und/oder Acrylsäurepolymerisaten in der Weise zudosiert wird, daß der nach der mechanischen Trennung erhaltene Feststoff-Austrag eine krümelige Partikelkonsistenz erhält, und der Austrag unter herabgesetztem Energieverbrauch getrocknet und/oder verbrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigpolymere Copolymere des Acrylamids mit einem oder mehreren Dialkylaminoalkylacrylaten und -methacrylaten und/oder Acrylsäure zudosiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigpolymeres ein Acrylamideinheiten enthaltendes Polymeres in einer Menge von 2,5 - 3,5 kg, bezogen auf die im Polymeren enthaltenen Acrylamideinheiten, pro t Trockenfeststoff zudosiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigpolymeres ein Copolymeres des Acrylamids mit einem Dialkylaminoalkyl(meth)acrylat eingesetzt wird, in dem die Acrylamid-Monomereinheitmehr als 75 Gew.-%, bezogen auf den Polymergehalt des Flüssigpolymeren, ausmachen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Copolymeres aus Acrylamid und Dimethylaminoäthylmethacrylat verwendet wird, das ein Gewichtsverhältnis von Acrylamid-Monomereinheiten zu Methacrylateinheiten von etwa 75:25 bis 95:5 aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flüssigpolymeres auf der Grundlage von Acrylsäure eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Organosol (Emulsionspolymerisat) verwendet wird, wobei der Polymeranteil 5-50 Gew.-% beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Metallsalzlösungen, insbesondere Lösungen von Eisen- und/oder Aluminiumsalzen, zudosiert werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff-Austrag beim Trocknen auf einen Flüssigkeitsgehalt von 35 % oder darunter getrocknet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flüssigpolymeres eingesetzt wird, das durch Inversion aus einem Latex des Polymeren hergestellt worden ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der spez. Oberfläche von weniger als 30 m2/l auf Werte zwischen 30-120 m2/l der Energiebedarf für die Trocknung und/ oder Verbrennung um mehr als 20 % gesenkt wird.