DE590780C

DE590780C - Verfahren zur Klaerung von Abwaessern, insbesondere zur Beschleunigung der Sedimentation von Aufbereitungstrueben

Info

Publication number: DE590780C
Application number: DEE43274D
Authority: DE
Inventors: Dr W Schaefer
Original assignee: EKOF ERZ und KOHLE FLOTATION G
Current assignee: EKOF ERZ und KOHLE FLOTATION G
Priority date: 1932-09-16
Filing date: 1932-09-16
Publication date: 1934-01-09

Description

Zur Klärung von Abwässern, insbesondere von Abwässern von Erz- oder Kohlenaufbereitungsanstalten, sind eine Reihe von Verfahren bekannt, bei welchen Calciumhydroxyd 5 oder Metallsalze, wie z. B. Eisenchlorid, Aluminiumsulfat, Magnesiumchlorid, als Zusatzmittel zur Ausflockung des in der Trübe enthaltenen Feststoffes angewandt werden. Es ist fernerhin bekannt, Kalk in Verbindung mit Calciumsalzen oder Kalk in Verbindung mit Schutzkolloiden als Sedimentationsmittel bei der Klärung von Abwässern anzuwenden. Weiterhin ist bekanntgeworden, Alkaliresinate (Harzseifen) in Verbindung mit sauer wirkenden Stoffen, wieAlaun usw., als Sedimentationsmittel zum Klären von Abwässern zu verwenden. Alle diese Verfahren haben jedoch meistenteils den Nachteil, daß durch den Zusatz erheblicher Mengen an Calcium-

ao hydroxyd oder durch elektrolytische Wirkung der Metallsalze bzw. der Resinate eine grob disperse Flockung eintritt, d. h. es lagern sich 'bei der Koagulation eine größere Anzahl von Feststoffteilchen zusammen,, wobei die entstehenden Feststoffzusammenballungen einen verhältnismäßig großen Durchmesser annehmen. Durch die grob disperse Flockung wird zwar ein rasches Absinken der in der Trübe erzeugten Flocken erreicht, die Kompressionszone, das ist die oberste Schicht der sedi- mentierten Feststoffteilchen, wird jedoch ebenfalls bald erreicht. Die Kompressionszone liegt daher bei Anwendung dieser Mittel verhältnismäßig hoch, da die Feststoffteilchen von großem Durchmesser sich sehr bald berühren.

Man kann den Vorgang etwa mit dem Schüttvolumen eines grob zerkleinerten Feststoffes vergleichen, von welchem eine bestimmte Menge bei einem relativ groben Zerkleinerungsgrad in einem Meßbehälter ein bestimmtes Volumen einnimmt. Die Oberflächen der groben Feststoffteilchen berühren sich an den äußersten Punkten, jedoch bleibt zwischen allen Teilchen ein mit Luft ausgefüllter Hohlraum frei. Dieser Hohlraum wird bei der Sedimentation eines in Wasser aufgeschwemmten Feststoffes natürlich durch Wasser ausgefüllt.' Das Schüttvolumen eines grob zerkleinerten Feststoffes ist nun erheblieh größer als dasjenige eines fein zerkleinerten, und infolgedessen ist ebenfalls die 'eingeschlossene Luftmenge bei gröberen Feststoffen größer als bei feineren. Genau so ist auch das Volumen eines aus der Trübe sedimentierten Feststoffes bei großem Flocken-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. W. Schäfer in Bochum.

<t .

durchmesset größer als bei kleinem Flockendurchmesser und entsprechend die eingeschlossene Wassermenge bei großen Flocken größer als bei feinen. Im ersten Falle liegt die Kompressionszone hoch, im zweiten Falle dagegen tief.

Da nun nach den bisher gemachten Erfahrungen bei der Klärung von Abwässern nach den bekannten Verfahren, beispielsweise mit ίο Hilfe von Calciumhydroxyd oder Metallsalzen oder Kalk in Verbindung mit Schutzkolloiden, die · Kompressionszone infolge grob disperser Flockung meist sehr hoch liegt, enthält der sedimentierte Feststoff noch reichlieh Wasser, so daß die mit dem genannten Fällungsmittel erreichte Eindickung in vielen Fällen nicht immer dem gewünschten Grade entspricht. Auch bei Verwendung der Resinate der fixen Alkalien (Harzseifen) tritt eine relativ grob disperse Flockung ein, die in der ersten Phase der Klärzeit zwar zu einer raschen Sedimentation des Feststoffes führt, die jedoch nach Verlauf von wenigen Minuten erheblich, nachläßt, da die grob geflockten Feststoffteilchen sich bereits zu berühren beginnen. Im weiteren Verlauf der Sedimentation ist dann die Kompressionszone bald erreicht; sie liegt zwar tiefer als bei Verwendung von Metallsalzen und Kalk in Verbindung mit Schutzkolloiden, jedoch läßt der erzielte Eindickungsgrad infolge der von den groben Feststoffnocken reichlich eingeschlossenen Wassermenge auch hier noch sehr zu wünschen übrig.

Ein weiterer Nachteil bei der Verwendung von Calciumhydroxyd als Fällungsmittel liegt in der verhältnismäßig hohen Zusatzmenge, die gewöhnlich 300 g je Kubikmeter zu klärender Trübe und darüber beträgt. Da die täglich zu klärende Abwassermenge in den meisten Fällen sehr groß ist, bei Kohlenwäschen beispielsweise 2000 cbm je Tag, bedeutet das einen täglichen Kalkverbrauch von rd. 600 kg bzw. im Monat 15 t. Diese 4-5 Mengen erfordern erhebliche Transportkosten und ebenso hohe Bedienungskosten, die bei der Unkostenbilanz der Aufbereitungsanstalteji oft einen beträchtlichen Anteil einnehmen.

Es wurde nun gefunden, daß der durch Verwendung der bekannten Mittel, wie Kalk, Metallsalze, Schutzkolloide und Resinate der fixen Alkalien, bei der Klärung von Abwässern erzielbare Klär- und Eindickungseffekt ganz erheblich übertroffen werden kann durch die Verwendung von Ammoniumresinaten. Diese leicht wasserlöslichen und emulgierbaren Salze der Harzsäuren üben bereits bei geringen Mengenzusätzen, wie z. B. bei Mengen von 25 bis 50 g je Kubikmeter Trübe, eine starke Koagulation des Feststoffes aus, wobei jedoch die in der Trübe erzeugten Flocken einen wesentlich kleineren Durchmesser besitzen als bei Verwendung von Kalk oder der übrigen bekannten Sedimentationsmittel. Infolgedessen liegt bei der Anwendung von Ammoniumresinaten die Kompressionszone tiefer, da die geflockten Teilchen sich näher aneinanderlagern können. Die bessere Wirkung der Ammoniumresinate gegenüber den Resinaten der fixen Alkalien läßt sich dadurch erklären, daß die Ammoniumresinate bei der Zugabe zu Abwässern oder Aufbereitungstrüben sehr leicht an der Oberfläche der Feststoffteilchen adsorbiert werden und infolge der Unbeständigkeit des Ammoniumsalzes fast spontan wieder Harzsäure abspalten, die die Feststoffteilchen zusammenballt und zum raschen Absinken bringt. Demgegenüber sind die Resinate der fixen Alkalien erheblich beständiger; sie wirken wahrscheinlich durch die starke Basizität des Natrium- bzw. Kaliumions mehr elektrolytisch als kolloidchemisch. Da die Ammoniumresinate gut in Wasser emulgierbar sind, ist die Verteilung eine außergewöhnlich hohe, so daß die Möglichkeit gegeben ist, alle Feststoffteilchen mit einem Überzug von abgespaltenen Harzsäuren zu umgeben. Weil es sich ,hier nicht um eine Elektrolytflockung handelt, bleibt der Flockendurchmesser klein, und die absinkenden Teilchen haben die Möglichkeit, eine dichtere Lage einzunehmen, als es bei der Calciumhydroxyd- oder Elektrolytflockung der Fall ist, bei der durch Zusammenlagerung grober Teilchen stets viel Wasser eingeschlossen wird. Der Vorteil des neuen Verfahrens liegt also einerseits in der stärkeren Kompression des abgeschiedenen Feststoffes, die sich in einer besseren Eindickung bzw. in einem geringeren Wassergehalt auswirkt, andererseits in der benötigten geringeren Menge an Fällungsmitteln, die je 100 cbm zu klärende Trübe max. 5 kg Ammoniumresinat beträgt.

Zur Erläuterung der Wirkung der Ammoniumresinate als Klärmittel bzw. als Fällungsmittel seien nachstehend einige Beispiele aufgeführt. Um einen Vergleich der in den Beispielen angewandten verschiedenen Fällungsmittel zueinander zu ermöglichen, sind die jeweils erzielten Kläreffekte in dem beiliegenden Koordinatenblatt kurvenmäßig aufgeführt worden, und zwar sind auf der Ordinate die Höhen der geklärten Flüssigkeitssäule, auf der Abszisse die Zeiten aufgetragen. Jeder Punkt der Kurve gibt somit die geklärte Flüssigkeitssäule bzw. die Höhe der Kompressionszone zu einem bestimmten 'eitpurtkt des Klärvorganges wieder.

Beispiel ι

Ein kohlenschlammhaltiges Abwasser einer Kohlenwäsche im Ruhrgebiet enthält etwa 62 g Feststoff im Liter. Als Fällungsmittel wurden verwandt: Ammoniumresinat allein und in Verbindung mit Wasserstoffionen abgebenden Mitteln, Kalk allein und in \^Aerbindung mit Schutzkolloiden, Natriumresinat und Seife. Die Ergebnisse der unter gleichen Bedingungen ausgeführten Fällungsversuche zeigt das beiliegende-Kurvenschema I. Ein Vergleich der Kurven lehrt, daß bei Verwendung von Ammoniumresinat die beste Eindickung erzielt wird.

Der Reinheitsgrad des geklärten Wassers sowie der Eindickungsgrad des sedimentierten Feststoffes nach beendeter Sedimentation (10 Minuten) ist aus der nachstehenden Tabelle zu ersehen.

Kurve	Klärmittel	Geklärte - Wasser menge ⁰Io-	Feststoff gehalt des .geklärten Wassers g/l	Sedimentierte Schlammenge % -	Feststoff gehalt des sedimentierten Schlammes S/l
a b C d e Na	Ammoniumresinat Ammoniumresinat -\- Salzsäure .. Kalk -f- lösliche Stärke Kalk	82,5 80,0 75,o 60,0 17.5 77,5	0,2 0,25 0,2 Q,3 0,5 0,2	17,5 20,0 25,0 40,0 82,5 22,5	353 309 247 155 75 275
keine Zusätze
Natriumresinat

Beispiel 2

Ein Abwasser einer Kohlenzeche in Sachsen enthält 56 g Feststoff im Liter, und zwar Berge gemischt mit feinsten Kohlenteilchen. Bei Verwendung von Kalk als Fällungsmittel ist die Klärung des Abwassers ungenügend,

bei Verwendung von Kalk in Verbindung mit Schutzkolloiden ist die Klärung besser. Der beste Kläreffekt sowie die stärkste Eindickung werden jedoch, wie das beiliegende Kurvenschema II zeigt, bei Zusatz von 45 g Ammoniumresinat je Kubikmeter zu klärender Trübe erzielt.

Endergebnis der Klärversuche nach beendeter Sedimentation (10 Minuten)

Kurve

Klärmittel

Geklärte Wassermenge Feststoff-

gehnlt des

geklärten

Wassers

g/l

Sedimentierte Schlammenge

Feststoffgehalt des sedimentierten Schlammes

g/l

a
b
c
d
e
f
Na

Ammoniumresinat. .·

Ammoniumresinat + Salzsäure

Kalk + lösliche Stärke

Kalk

keine Zusätze

Seife

Natriumresinat

82,5 81,2 80,0 65,0 10,0

57.5 80,5 0,2
0,2
0,2
o,3
o,5
0,4
0,2

18,8 20,0

35,0 90,0

42,5
19.5

319 297 279 160 62

286

t> · · ,

Beispiel 3

Den Verlauf der Klärung eines Kohlenwäschenschlammes aus dem Saargebiet mit einem Feststoff gehalt von 122 g je Liter bei Anwendung verschiedener Sedimentationsmittel zeigt Kurvenschema III. Auch hier ergibt die Verwendung von Ammoniumresinat im Vergleich zu allen übrigen angewandten Fällungsmitteln den besten Kläreffekt, die rascheste Sedimentation und die stärkste Eindickung.

Endergebnis der Klärversuche nach beendeter Sedimentation (io Minuten)

Kurve	Klärmittel	Geklärte Wasser menge % '	Feststoff gehalt des geklärten Wassers s/i	Sedimentierte Schlammenge %	Feststoff gehalt des sedimentierten Schlammes g/l
a b C d e f Na	Ammoniumresinat Ammoniumresinat -f Salzsäure .. Kalk -f lösliche Stärke Kalk....:	73,8 72,5 67.5 66,2 12,5 60,0 70,0	0,2 0,2 0,3 O.3 0,7 0,5 0,2	26,2 27,5 32,5 33.8 87.5 40,0 30,0	464 442 375 360 139 304 407
keine Zusätze
Seife
Natriumresinat

Beispiel 4

Den Beweis, daß die sedimentierende Wirkung der Ammoniumresinate nicht allein auf Abwasser von Kohlenaufbereitungsanlagen beschränkt ist, sondern auch für die Abwasser von Erzaufbereitungsanlagen herangezogen werden kann, zeigt Kurvenschema IV. Es wurde ein stark tonhaltiger Überlaufschlamm einer Zinkerzaufbereitungsanlage aus dem Rheinland, dessen Hauptbestand-

teile feinstkörniger Quarz und Kalkspat sind, auf seine Klärmöglichkeit untersucht. Dabei wurde festgestellt, daß die Klärgeschwindigkeit bei Verwendung von Ammoniumresinat fast doppelt so groß ist als bei Verwendung von Kalk allein und ebenfalls größer als bei Verwendung von Kalk in Verbindung mit Schutzkolloiden. Der erzielte Eindickungsgrad ist bei Zusatz von Ammoniumresinat am besten.

Endergebnis der Klärversuche nach beendeter Sedimentation (18 Minuten)

Kurve	Klärmittel	Geklärte Wasser menge %	Feststoff gehalt des geklärten Wassers g/l	Sedimentierte Schlammenge %	Feststoff gehalt des sedimentierten Schlammes g/l
a b C d e Na	Ammoniumresinat Ammoniumresinat -J- Salzsäure .. Kalk + lösliche Stärke Kalk	47.5 42.5 37.5 30,0 10,0 41.3	0,3 0,3 0,5 0.7 1,0 0,3	52,5 57.5 62,5 70,0 90,0 58,7	391 357 329 293 229 350
keine Zusätze
Natriumresinat

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Kurven haben sich bei der Verwendung folgende Zusätze ergeben:

Kurve a:	bei Zusatz von	38	bis 45	S	je cbm Ammoniumresinat
- b:	- -	38	bis 45 20	ho ho	Ammoniumresinat Salzsäure
c:	_ _	30	300 bis 50	ho ho	- - Kalk lösliche Stärke
- d:			300	g	- - Kalk
e:	keine Zusätze
- f:	bei Zusatz von	60	g je cbm	Seife
- Na:	- -	45	g -	Natriumresinat.

Vergleicht man die in der Anlage als Beispiele aufgeführten Kurvenschemen miteinander, so zeigt sich, daß die Klär- und Eindickungseffekte bei Verwendung von Am-S moniumresinat als Sedimentationsmittel in allen Fällen die besten sind. Bei Verwendung von Natriumresinat tritt zwar in den ersten 2 bis 3 Minuten des Klarvorganges infolge der grob dispersen Flockung 'ein rascheres Sedimentieren der Feststoffteilchen ein, das aber bereits nach 4 Minuten nachläßt und durch die bei Verwendung von Ammoniumresinat hervorgerufene Sedimentationsgeschwindigkeit überholt wird, so daß trotzdem bei Beendigung des Klärvorgangs nach 10 bzw. 18 Minuten im Falle der Verwendung von Ammoniumresinat die Kqmpressionszone bei allen Beispielen am tiefsten liegt, mithin also die günstigste Klärung und auch der beste Eindickungsgrad erzielt ist. In einigen Fällen- zeigt es sich, daß bei Mitverwendung von Wasserstoff ionen in Verbindung mit Ammoniumresinaten in der ersten Phase der Klärung zwar ein rascheres Absinken der Feststoffteilchen eintritt, das aber bald nachläßt, so daß nach einer bestimmten Zeit die Kompressionszone in der gleichen Höhe liegt wie bei Verwendung von Ammoniumresinaten allein. Die Absetzgeschwindigkeit bei Mitverwendung von Wasserstoffionen ist also anfangs größer, später jedoch geringer als bei Verwendung von Ammoniumresinaten allein, so daß bei Verwendung von Ammoniumresinaten letzten Endes stets der günstigste Kläreffekt erzielt wird. Diese Feststellung schließt jedoch nicht aus, daß es in besonderen Fällen doch von Vorteil sein kann, Ammoniumresinat in Verbindung mit Wasserstoffionen oder Wasserstoffionen abgebenden Mitteln anzuwenden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Klärung von Abwässern von Aufbereitungsanstalten, insbesondere von Aufbereitungstrüben unter Verwendung von an sich als Sedimentationsmittel bekannten Resinaten, dadurch gekennzeichnet, daß Ammoniumresinate angewendet werden.

2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß noch Säuren mitverwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen