DE60010475T2

DE60010475T2 - Verfahren zur aufflockung von suspensionen

Info

Publication number: DE60010475T2
Application number: DE60010475T
Authority: DE
Inventors: Steven Huddersfield WEIR; John Mark Leeds STRINGER
Original assignee: Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Ltd
Current assignee: Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Ltd
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: NO20020241D0; HUP0201895A3; ZA200200383B; CA2378718A1; CN1268554C; TW539653B; PT1206415E; NO20020241L; MXPA02000656A; MY126990A; CN1361752A; EP1206415B1; AU765970B2; GB9916748D0; ES2219375T3; EP1206415A1; AU6561400A; BR0012619B1; BR0012619A; US6805803B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Ausflocken wässriger Suspensionen zur Bewirkung der Abtrennung von Feststoffen aus der Suspension.
Es ist bekannt, polymere Flockungsmittel auf wässrige Suspensionen anzuwenden, um Feststoffe von der Suspension abzutrennen. Beispielsweise ist es gängige Praxis, Suspensionen, welche entweder festes organisches Material oder mineralische Feststoffe enthalten, auszuflocken und anschließend zu entwässern. Es ist beispielsweise ebenso gängige Praxis, Schlämme, wie Abfallschlämme, Abwasser, Textilindustrieabwässer, Rotschlamm aus dem Bayer-Alumina-Verfahren, und Suspensionen von Kohleabgängen etc. auszuflocken. Flockungsmittel werden ebenso herkömmlich in Papierherstellungsverfahren durch Zugabe von polymeren Flockungsmitteln zu den Zellulosesuspensionen verwendet. Das Ausflocken wird gewöhnlich durch Mischen des polymeren Flockungsmittels in die Suspension, Ausflockenlassen der suspendierten Teilchen und anschließendes Entwässern der ausgeflockten Suspension erreicht. In der Papierherstellung wird diese Entfernung von Wasser aus den Zellulosesuspensionen oftmals als Drainage bezeichnet.
Hochmolekulargewichtige Flockungsmittel werden herkömmlich zu diesem Zwecke verwendet. Hochmolekulargewichtige Flockungsmittel können ihrer Natur nach kationisch, anionisch, nichtionisch oder amphoter sein. Die Wahl des polymeren Flockungsmittels hängt größtenteils von dem Substrat ab, welches behandelt werden soll. Beispielsweise ist es gängige Praxis, hochmolekulargewichtige Flockungsmittel zur Behandlung wässriger Suspensionen, welche suspendiertes organisches Material, beispielsweise Abwasserschlämme, umfassen, zu verwenden. In der Papierherstellung ist die Verwendung von entweder kationischen, nichtionischen, anionischen oder amphoteren Flockungsmitteln bekannt. Das Ausflocken mineralischer Suspensionen wird oftmals durch Verwendung anionischer Flockungsmittel bewirkt.
Es ist ebenso bekannt, zwei verschiedene polymere Flockungsmittel in demselben Verfahren zu verwenden. Die Flockungsmittel können dieselbe Ladung (co-ionisch) besitzen. Beispielsweise können diese in der kommerziellen Praxis beim Entwässern von Abwässerschlämmen co-ionisch sein. In anderen Verfahren ist die Verwendung von zwei Polymeren unterschiedlicher Ladung (entgegengesetzt-ionisch) bekannt. Wenn zwei polymere Flockungsmittel auf eine wässrige Suspension angewendet werden, können sie gleichzeitig oder, was herkömmlich der Fall ist, nacheinander zugesetzt werden.
Es ist Standardpraxis, Polymere als wässrige Lösungen zum Ausflocken von Suspensionen, welche suspendiertes organisches Material enthalten, zu verwenden. Im allgemeinen sind die Lösungen der Polymere relativ verdünnt, beispielsweise unterhalb von 0,5 Gew.-%, oftmals unterhalb von 0,3 Gew.-% und gewöhnlich 0,1 Gew.-% bis unterhalb von 0,2 Gew.-%.
Polymere werden gewöhnlich als feste teilchenförmige Produkte oder als reverse Phasendispersionen oder Emulsionen zu Verfügung gestellt. Es ist Standardpraxis, das Polymer in Wasser unter Dispergieren der Polymerteilchen in einem fließenden Wasserstrom im Fall eines festen teilchenförmigen Produkts oder in dem Fall von Emulsionen oder Dispersionen, Inversion in Wasser, durch Verwendung von Aktivator-Tensiden zu lösen. Die Polymerlösung, welche auf diese Weise gebildet wird, besitzt in den meisten Fällen eine Konzentration oberhalb von 0,3 %, oftmals im Bereich von 0,4 % bis 1 %, und gewöhnlich ungefähr 0,5 %. Diese konzentriertere Polymerlösung kann zum direkten Zugeben zu der Suspension in vielen Fällen zu konzentriert sein, da angenommen wird, dass auf diese Weise eine ungeeignete Verteilung des Flockungsmittels innerhalb der Suspension vorliegt, was in der Folge zu einem beeinträchtigten (Aus)Flockungsverfahren führt.
Es ist daher gängige Praxis, in erster Linie eine konzentriertere Polymerlösung vorzusehen und diese Polymerlösung vor der Verwendung anschließend zu verdünnen. Oftmals weist die verdünnte Lösung eine Konzentration von unterhalb 0,2 Gew.-%, beispielsweise innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 0,2 Gew.-% und häufig zwischen 0,1 und 0,2 Gew.-% auf. Diese verdünnte Polymerlösung wird im Normalfall direkt in die Suspension vor der Entwässerungsstufe eingemessen.
Es besteht ein Bedarf, die Wirksamkeit von (Aus)Flockungsverfahren zu verbessern, um entweder eine erhöhte Entwässerungswirkung, wie höhere Feststoffkuchen, vorzusehen oder alternativ ein konstant annehmbares Niveau der Entwässerungswirksamkeit zu erreichen, allerdings unter Verwendung einer geringeren Menge an Flockungsmittel. Dieses trifft für eine Vielzahl von Flockungsverfahren zu, einschließlich der Entwässerung von Abwässerschlämmen, Kohleaufschlämmungen, Rotschlammaufschlämmungen und bei der Papierherstellung.
Es wäre daher wünschenswert, ein verbessertes Verfahren zum Ausflocken und Entwässern wässriger Feststoffsuspensionen vorzusehen, insbesondere eine verbesserte Trockenheit der entwässerten Feststoffe bei einer äquivalenten Menge an Flockungsmittel vorzusehen oder denselben Trockenheitsgrad der entwässerten Feststoffe zu verwirklichen, allerdings unter Verwendung einer verminderten Menge an Flockungsmittel. Es wäre ebenso wünschenswert, ein Verfahren, das ein schnelleres Entwässern erlaubt, zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausflocken und Entwässern einer wässrigen Suspension suspendierter Feststoffe, wie es in Anspruch 1 beschrieben ist.
Die wässrige Zusammensetzung umfasst bevorzugt die verdünnte wässrige Polymerlösung in einer Menge von 20 bis 99 %, auf der Basis des Polymergewichts, und die konzentrierte Polymerlösung in einer Menge von 1 bis 80 %, auf der Basis des Polymergewichts. Für einige Anwendungen, wie für Drehvakuumfiltration von Kohleabgangaufschlämmungen, kann die Verwendung eines Verhältnisses von konzentrierter Lösung zu verdünnter Polymerlösung von ungefähr 75:25 geeignet sein. Jedoch liegt in den meisten anderen Anwendungen das Verhältnis von konzentrierter Polymerlösung zu verdünnter Polymerlösung im allgemeinen im Bereich von 1:99 bis 40:60.
Die wässrige Zusammensetzung, welche die konzentrieten und die verdünnten Lösungen umfasst, kann jegliche deutlich unterschiedliche Konzentrationen aufweisen, unter der Voraussetzung, dass die jeweiligen Konzentrationen im wesentlichen nicht dieselben sind, so dass die zwei Lösungen augenblicklich eine homogene einzelne Lösung bilden würden. Bevorzugt sollte die konzentrierter Lösung mindestens zweimal die Konzentration der verdünnten Lösung aufweisen. Besonders bevorzugt sollte die konzentrierte Lösung mindestens 4- oder 5-mal die Konzentration der verdünnten Lösung besitzen.
Die verdünnte wässrige Polymerlösung weist bevorzugt eine Polymerkonzentration von unterhalb 0,5 Gew.-%, bevorzugt von unterhalb 0,3 Gew.-% auf. Besonders bevorzugt liegt die Konzentration der verdünnten Lösung im Bereich von 0,05 bis 0,2 Gew.-%, besonders bevorzugt um 0,1 Gew.-%.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das in der verdünnten wässrigen Polymerlösung gelöste Polymer entweder kationisch, anionisch oder nichtionisch sein.
Die Komponente der konzentrierten wässrigen Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine Polymerkonzentration oberhalb von 0,3 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,4 und 1,0 Gew.-% auf. Besonders bevorzugt liegt die Konzentration der konzentrierten Lösung in dem Bereich von 0,5 bis 1,0 %. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das in der konzentrierten wässrigen Polymerlösung gelöste Polymer entweder kationisch, anionisch oder nichtionisch sein. Das in der konzentrierten Polymerlösung gelöste Polymer ist bevorzugt ent weder co-ionisch mit dem in der verdünnten Lösung gelösten Polymer oder nichtionisch. In einer anderen bevorzugten Form ist das in der verdünnten Lösung gelöste Polymer nichtionisch, und das in der konzentrierten Polymerlösung gelöste Polymer ist kationisch, anionisch oder nichtionisch.
Wenn das entweder in der verdünnten Lösung oder der konzentrierten Lösung gelöste Polymer kationisch ist, kann dieses kationische Polymer entweder durch Polymerisation mindestens eines kationischen Monomers allein oder mit anderen Monomeren gebildet sein. Geeignete kationische Monomere umfassen quaternäre Ammonium- oder Säuresalze von Monomeren, welche Amingruppen enthalten. Bevorzugt ist das kationische Polymer aus einem Monomer oder einer Mischung von Monomeren gebildet, welche mindestens ein kationisches Monomer umfassen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus quaternären Ammonium- und Säuresalzen von Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, quaternären Ammonium- und Säuresalzen von Dimethylaminoethyl(meth)acrylamid und Diallyldimethylammoniumchlorid. Die kationischen Monomere können mit anderen Monomeren, beispielsweise Acrylamid, homopolymerisiert oder copolymerisiert werden. Zusätzlich zu Vinyladditionspolymeren kann das kationische Polymer Polymere umfassen, welche durch Kondensations- oder Additionsreaktionen erhalten werden. Beispielsweise umfassen geeignete kationische Polymere Addukte von Aminen mit Epihalohydrinen oder Dihaloalkanen, Polyamiden und Polyethyleniminen.
In dem Fall, wenn das in entweder der verdünnten Lösung oder der konzentrierten Lösung gelöste Polymer anionisch ist, kann das anionische Polymer durch Polymerisation mindestens eines anionischen Monomers allein oder mit anderen Monomeren gebildet sein. Geeignete anionische Monomere umfassen ethylenisch ungesättigte Monomere, umfassend Carbonsäure- oder Sulfonsäuregruppen. Bevorzugt wird das anionische Polymer aus einem Monomer oder einer Mischung von Monomeren gebildet, welche mindestens ein anionisches Monomer umfassen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (Meth)acrylsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, Alkalimetall- und Ammoniumsalzen davon.
Wenn das in entweder der verdünnten Lösung oder der konzentrierten Lösung gelöste Polymer nichtionisch ist, kann das anionische Polymer durch Polymerisation geeigneter nichtionischer Monomere, beispielsweise Acrylamid oder Methacrylamid, gebildet werden.
Die Polymere, welche sowohl für die konzentrierte wässrige Lösung als auch die verdünnte wässrige Lösung geeignet sind, können durch jegliche herkömmliche Polymerisationsverfahren; beispielsweise die Gelpolymerisation, reverse Phasensuspensionspolymerisation, reverse Phasenemulsionspolymerisation, Lösungspolymerisation und ähnliches, hergestellt werden. Somit können geeigne te Polymere in der Form von granulierten Pulvern, Kügelchen, reversen Phasenemulsionen, reversen Phasendispersionen oder wässrigen Lösungen vorgesehen werden.
Die konzentrierte wässrige Lösung kann durch Lösen irgendeines geeigneten wasserlöslichen Polymers in Wasser hergestellt werden. Die verdünnte wässrige Polymerlösung kann ebenso durch Auflösen irgendeines geeigneten wasserlöslichen Polymers in Wasser oder alternativ durch Verdünnen einer konzentrierteren Lösung der Polymerlösung hergestellt werden. Die jeweiligen konzentrierten und verdünnten wässrigen Lösungen können daraus mittels bekannter Lösungs-, Inversions- oder Verdünnungstechniken, je nach Eignung, hergestellt werden. Beispielsweise können feste teilchenförmige kationische Polymere durch Dispergieren der Polymerteilchen in einem fließenden Wasserstrom gelöst werden. Reverse Phasenemulsionen oder reverse Phasendispersionen kationischer Polymere können in Wasser durch Verwendung von Aktivatortensiden unter Bildung der jeweiligen wässrigen Lösung invertiert werden. Bevorzugt sind die sowohl in der verdünnten als auch in der konzentrierten Lösung gelösten Polymere im wesentlichen dasselbe Polymer.
Die Polymere gemäß der vorliegenden Erfindung können als im wesentlichen lineare Polymere oder als verzweigte oder Strukturpolymere hergestellt werden. Strukturpolymere oder verzweigte Polymere werden gewöhnlich durch Einschließen von polyethylenisch ungesättigten Monomeren, wie Methylen-bis-acrylamid, in die Monomermischung hergestellt, wie es beispielsweise in der EP-B-202780 angegeben ist. Bevorzugt sind die Polymere jedoch im wesentlichen linear und werden in der Form von einem kugelförmigen oder pulverigen Produkt hergestellt.
Eine besonders bevorzugte Gruppe von Polymeren umfasst Copolymere von Acrylamid mit mindestens einem kationischen Monomer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus quaternären Ammonium- und Säuresalzen von Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, quaternären Ammonium- und Säuresalzen von Dimethylaminoethyl(meth)acylamid und Diallyldimethylammoniumchlorid, mit einer Grenzviskositätszahl/Staudinger Index von mindestens 4 dl/g. Die kationischen Acrylamid-Polymere können 10 bis 90 Gew.-% Acrylamid und 10 bis 90 Gew.-% kationische(s) Monomer(e) enthalten.
Die wässrige Zusammensetzung, welche die verdünnte wässrige Lösung des kationischen Polymers und die konzentrierte Lösung des kationischen Polymers umfasst, kann durch Einbringen der konzentrierten Lösung des kationischen Polymers in einen fließenden Strom der verdünnten wässrigen Lösung des kationischen Polymers gebildet werden. Beispielsweise wird in einem Verfahren zur Her stellung der wässrigen Zusammensetzung eine konzentrierte wässrige Lösung des kationischen Polymers direkt in eine Leitung eingeleitet werden, durch die die verdünnte wässrige Lösung des kationischen Polymers in Richtung des Zugabepunkts geleitet wird, wo die wässrige Zusammensetzung, umfassend beide Konzentrationen des Polymers, in die Feststoffsuspension eingemessen wird, um das Ausflocken zu bewirken.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, worin eine wässrige Suspension suspendierter Feststoffe ausgeflockt und entwässert wird, wird eine wässrige Zusammensetzung in die Suspension eingeleitet. Die wässrige Zusammensetzung umfasst konzentrierte und verdünnte wässrige Lösungen des kationischen Polymers, worin die zwei Lösungen als getrennte Komponenten der Zusammensetzung existieren. Die Mischung der konzentrierten und verdünnten Lösungen liegen zusammen als nicht homogene Zusammensetzung vor. Daher ist es wünschenswert, jegliches Mischen der wässrigen Zusammensetzung vor dem Einleiten in die Zusammensetzungen wesentlich zu vermindern, um das Abnehmen der konzentrierten Lösung und deren Verdünnung zu verhindern, was in der Bildung einer homogenen Polymerlösung bei einer einzigen Konzentration resultieren würde. Ein Weg zur Verhinderung des unerwünschten Mischens der wässrigen Zusammensetzung liegt in der Sicherstellung der Abwesenheit jeglicher Misch- und Pumpstufen nach dem Zusammenführen der konzentrierten und verdünnten Lösungen. Zusätzlich kann es weiter wünschenswert sein, dass die Leitung einer relativ ebene Innenoberfläche aufweist und dass Biegungen mit kurzen Radien vermieden werden, wie es beispielsweise in der ebenfalls anhängigen Internationalen Anmeldung Nr. PCT/GB 99/00990 beschrieben wird. Ein anderer Weg zur Vermeidung des unerwünschten Mischens liegt in der Verminderung des Abstands, den die wässrige Zusammensetzung zurückzulegen hat, durch Kombinieren der konzentrierten und verdünnten Lösungen relativ nahe am Zugabe-/Dosierungspunkt.
Es ist wünschenswert, dass die wässrige Zusammensetzung, welche die verdünnten und konzentrierten Lösungen umfasst, keine wesentlichen Anteile an ungelöstem Polymer enthält. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass weniger als 5 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 2 Gew.-%, des in der wässrigen Zusammensetzung enthaltenen Gesamtpolymers nicht in Lösung vorliegt. In vielen Entwässerungssituationen wird die effizienteste Verwendung des Polymers erreicht, wenn der Anteil des ungelösten Polymers unterhalb von 1 Gew.-%, insbesondere unterhalb von 0,5 Gew.-%, liegt.
Die verdünnte Lösung des kationischen Polymers kann bequem durch Verdünnen einer konzentrierteren Lösung des Polymers hergestellt werden. Dieses kann durch Zugabe von Verdünnungswasser zu einem fließenden Strom einer konzentrierteren Lösung des Polymers erreicht werden. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, eine konzentriertere Lösung des kationischen Polymers entlang einer Leitung zu einer Verdünnungsstufe, wo Verdünnungswasser in die konzentrierte Lösung eingeleitet wird, zu führen. Um ein adäquates Mischen der konzentrierten Lösung mit dem Wasser zu gewährleisten, so dass eine homogene konsistente verdünnte Lösung erhalten wird, kann es notwendig sein, eine Mischstufe einzufügen. Die Mischstufe kann beispielsweise eine Inline-Mischstufe, wie ein statischer Inline-Mischer, eine Pumpstufe, eine Screeningstufe oder einige andere Mittel darstellen, welche ein adäquates Mischen sicherstellen. Bevorzugt ist die verdünnte Lösung im wesentlichen homogen, wenn sie einmal sorgfältig gemischt ist.
Ein besonders bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausflocken und Entwässern einer wässrigen Suspension suspendierter Feststoffe durch Einleiten einer wässrigen Zusammensetzung, welche konzentrierte und verdünnte Polymerlösungen umfasst, in die Suspension, worin die wässrige Zusammensetzung gebildet ist durch:

(a) Leiten einer konzentrierten Polymerlösung zu einer Verdünnungsstufe, worin die Lösung mit Verdünnungswasser unter Bildung einer verdünnten Lösung kombiniert wird,
(b) Leiten der verdünnten Lösung durch eine Mischstufe, ausgewählt aus einem Inline-Mischer, einer Pumpstufe und einer Screeningstufe, und
(c) Einleiten einer konzentrierten Polymerlösung in die verdünnte wässrige Lösung.

Die konzentrierte Polymerlösung, welche unter Bildung der verdünnten Polymerlösung verdünnt wird, kann aus demselben Reservoir der konzentrierten Polymerlösung entnommen werden, welche anschließend mit der verdünnten Lösung unter Bildung der wässrigen Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung kombiniert wird. Es kann zu einem gewissen Mischen der verdünnten und konzentrierten Polymerlösung kommen, unter der Voraussetzung, dass dieses nicht darin resultiert, dass die wässrige Zusammensetzung im wesentlichen homogen wird.
Somit wird in einem besonders bevorzugten Verfahren zur Herstellung der wässrigen Zusammensetzung eine konzentrierte wässrige Lösung eines kationischen Polymers, die sich in einem Aufbewahrungsgefäß befindet, durch eine Leitung in eine Verdünnungsstufe und anschließend in eine Mischstufe geführt, wodurch die verdünnte wässrige Lösung vorgesehen wird. Die konzentrierte wässrige Lösung des kationischen Polymers, welche in dem Aufbewahrungsgefäß enthalten ist, wird aus dem Aufbewahrungsgefäß mittels einer zweiten Leitung di rekt in die verdünnte wässrige Lösung des kationischen Polymers geleitet. Eine typische Anordnung zum Durchführen der Herstellung der wässrigen Zusammensetzung gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird in 1 gezeigt.

In Figur 1 gilt folgende Legende:

1: Aufbewahrungsgefäß, welches die konzentrierte kationische Polymerlösung enthält,
2: Leitung, welche die konzentrierte kationische Polymerlösung zu der Verdünnungsstufe führt,
3: Verdünnungswasserrohr
4: Pumpe
5: Leitung, welche die verdünnte kationische Polymerlösung führt
6: Leitung, welche die konzentrierte Polymerlösung führt
7: Wässrige Zusammensetzung, welche konzentrierte und verdünnte wässrige Lösungen des kationischen Polymers umfasst
8: Abwasserschlammrohr
9: Entwässerungsstufe
10: Zugabeort/Dosierungspunkt der wässrigen Zusammensetzung zu dem Schlamm
11: Verdünnungsstufe
12: Pumpe

Somit befindet sich in dem in 1 dargestellten Schema die wässrige konzentrierte kationische Polymerlösung in dem Aufbewahrungsgefäß [1]. Die konzentrierte Polymerlösung wird entlang der Leitung [2] in Richtung der Verdünnungsstufe [11] geleitet, und anschließend wird die wässrige Polymerlösung und Verdünnungswasser durch eine Pumpe [4] geführt, wo sie zusammen vermischt werden, um sicherzustellen, dass eine konsistente verdünnte Polymerlösung gebildet wird. Die verdünnte wässrige Polymerlösung wird entlang der Leitung [5] in Richtung des Punkts geführt, wo die konzentrierte Polymerlösung zugesetzt wird. Eine zweite Leitung [6] aus dem Aufbewahrungsgefäß [1] leitet die konzentrierte kationische Polymerlösung in die verdünnte Polymerlösung unter Bildung der wässrigen Zusammensetzung [7], welche zu dem Dosierungspunkt [10] geleitet wird, wo die Mischung der konzentrierten und verdünnten kationischen Polymerlösungen in das Abwasserschlammrohr [8] eingemessen wird. Der behandelte Abwasserschlamm wird anschließend in die Entwässerungsstufe [9] geleitet.
Alternativ kann die konzentrierte Polymerlösung, welche mit der verdünnten wässrigen Polymerlösung kombiniert wird, einem getrennten Reservoir dieser konzentrierten Polymerlösung entnommen werden, welche unter Bildung der ver dünnten wässrigen Polymerlösung verdünnt wird. Folglich besteht in dieser Alternative der Erfindung die Möglichkeit, dass das konzentrierte Polymer ein von dem Polymer in der verdünnten wässrigen Lösung unterschiedliches Polymer darstellt. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, eine konzentrierte Lösung eines niedermolekulargewichtigen kationischen Polymers mit einer Grenzviskositätszahl/Staudinger Index von unterhalb 3 dl/g mit einer verdünnten Lösung eines hochmolekulargewichtigen kationischen Polymers mit einer Grenzviskositätszahl/Staudinger Index von mindestens 4 dl/g zu kombinieren. Das hochmolekulargewichtige Polymer kann ein verbrückendes Ausflockungsmittel, beispielsweise ein Copolymer von Acrylamid mit einem geeigneten kationischen Monomer, wie dem quaternären Ammoniumsalz von Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, sein. Eine typische Anordnung zum Durchführen dieses alternativen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist in 2 dargestellt.

In Figur 2 gilt die folgende Legende:

1: Aufbewahrungsgefäß, welches die konzentrierte kationische Polymerlösung enthält,
2: Leitung, welche die konzentrierte kationische Polymerlösung in die Verdünnungsstufe führt,
3: Verdünnungswasserrohr
4: Pumpe
5: Leitung, welche die verdünnte kationische Polymerlösung führt
6: Zweites Aufbewahrungsgefäß für die konzentrierte kationische Polymerlösung,
7: Leitung, welche die konzentrierte Polymerlösung führt
8: Wässrige Zusammensetzung, welche konzentrierte und verdünnte wässrige Lösungen des kationischen Polymers umfasst
9: Abwasserschlammrohr
10: Entwässerungsstufe
11: Dosierungspunkt der wässrigen Zusammensetzung zu dem Schlamm
12: Pumpe
13: Verdünnungsstufe

Somit befindet sich in dem in 2 dargestellten Schema die wässrige konzentrierte kationische Polymerlösung in dem Aufbewahrungsgefäß [1]. Die konzentrierte Polymerlösung wird entlang der Leitung [2] in Richtung der Verdünnungsstufe [13] geführt, und anschließend wird die wässrige Polymerlösung und Verdünnungswasser durch eine Pumpe [4] geleitet, wo sie zusammen vermischt werden, um sicherzustellen, dass eine konsistente verdünnte Polymerlösung gebildet wird. Die verdünnte wässrige Polymerlösung wird entlang der Lei tung [5] in Richtung des Punkts geführt, wo die konzentrierte Polymerlösung zugesetzt wird. Eine zweite Leitung [7] führt die konzentrierte wässrige kationische Polymerlösung von dem Aufbewahrungsgefäß [6] in die verdünnte Polymerlösung unter Bildung der wässrigen Zusammensetzung [8], welche zu dem Dosierungspunkt [11] geleitet wird, wo die Mischung der konzentrierten und verdünnten kationischen Polymerlösungen in das Abwasserschlammrohr [9] eingemessen wird. Der behandelte Abwasserschlamm wird anschließend in die Entwässerungsstufe [10] geleitet.
Die vorliegende Erfindung ist für eine Vielzahl von Verfahren einschließlich des Ausflockens und Entwässerns geeignet. Die Verfahren von besonderer Relevanz umfassen das Entwässern von Abwasserschlämmen, das Entwässern von mineralischen Suspensionen, das Entwässern von Papierfabrikschlämmen, das Entwässern von deinkten Zelluloseschlämmen, z. B. aus Papierdeinkanlagen, und ebenso Papierherstellungsverfahren.
Die folgenden Beispiele dienen der Verdeutlichung der Erfindung.
Beispiel 1
Wässrige Lösungen eines Copolymers von Acrylamid mit Dimethylaminoethylacrylat, Methylchlorid quaternäres Ammonium (40/60 Gew./Gew.), Grenzviskositätszahl mindestens 10 dl/g, werden in einer Konzentration von 0,1, 0,125 und 0, 5 % hergestellt.
Zusammensetzung 1 wird durch Einleiten einer 0,1 %-igen Lösung in eine 0,5 %-ige Lösung auf einer 50/50 Gew./Gew.-Basis eingeleitet. Zusammensetzung 2 wird in einer ähnlichen Weise wie Zusammensetzung 1 durch Kombinieren einer 0,1 %-igen Lösung mit einer 0,5 %-igen Lösung auf einer 75/25 Gew./Gew.-Basis hergestellt.
Es werden 200 ml Aliquots eines Abwasserschlamms aus Rotherham (Yorkshire, England) mit verdünntem Polymer (0,1 %) und (0,125 %), konzentriertem Polymer (0,5 %) und unter Verwendung der Zusammensetzung 1 und der Zusammensetzung 2 jeweils bei verschiedenen kationischen Polymerdosen behandelt. Der behandelte Schlamm wird bei 2000 U/min 15 Sekunden lang gemischt. Die Ausflockungseffizienz wird mittels der freien Drainage unter Verwendung eines Siebs mit einem Durchmesser von 10 cm gemessen.
Die Ergebnisse der freien Drainage sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Die Ergebnisse zeigen deutlich den Vorteil der Verwendung der Zusammensetzungen, welche eine Mischung von konzentrierten und verdünnten Lösungen des kationischen Polymers umfassen.
Beispiel 2
Beispiel 1 wird wiederholt, außer dass Polymerlösungen von 0,1 %, 0,167 % und 0,5 % und eine gemischte Zusammensetzung von 0,1 % und 0,5 % (50/50) verwendet werden und dass 250 ml Aliquots des Abwasserschlamms aus Rotherham eingesetzt werden und dass der behandelte Schlamm einem Mischen bei 7000 U/min während 15 Sekunden unterzogen wird. Die Ausflockungseffizienz wird durch die freie Drainage unter Verwendung eines Siebs mit einem Durchmesser von 8 cm gemessen. Für jeden Test wird das Volumen des Filtrats gemessen und derartig eingestellt, dass es das Volumen einer jeden wässrigen Polymerdosis erlaubt.
Die Ergebnisse der eingestellten freien Drainage sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass eine optimale Drainage erreicht wird, wenn geringere Dosen der Mischung von 0,1 % und 0,5 % Polymerlösungen ver wendet werden, als bei jeglichen der anderen Behandlungen.
Beispiel 3
Beispiel 2 wird wiederholt unter Verwendung eines Copolymers von Acrylamid mit Dimethylaminoethylacrylat, Methylchlorid quaternäres Ammonium (80/20, Gew./Gew.), Grenzviskositätszahl von mindestens 10 dl/g, hergestellt als eine reverse Phasenemulsion, welche unter Bildung eines flüssigen Dispersionsprodukts dehydratisiert und in Wasser unter Bildung von wässrigen Lösungen der Polymere bei verschiedenen Konzentrationen invertiert wurde. Diese Polymerlösungen werden unter Verwendung von 500 ml Aliquots von Abwasserschlamm aus Rotherham, welcher mit Wasser (2 Teile Schlamm auf 3 Teile Wasser) verdünnt worden ist, getestet, und der behandelte Schlamm wird einem Mischen bei 1000 U/min (niedrige Scherung) 15 Sekunden lang unterzogen. Die Ausflokkungseffizienz wird durch die freie Drainage unter Verwendung eines Siebs mit einem Durchmesser von 8 cm gemessen. Die Ergebnisse der eingestellten freien Drainage sind in Tabelle 3 angegeben.
Tabelle 3
Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Mischung der Polymerlösungen eine erhöhte optimale Drainage im Vergleich zu den anderen Behandlungen ergibt. Dieses wird deutlich aus der Auftragung dieser Ergebnisse, wie sie in 3 gezeigt ist.
Beispiel 4
Beispiel 3 wird wiederholt, außer dass die Polymerlösung gemäß der Lehre der EP-A-202780 durch Einfügen von ungefähr 20 ppm Methylenbisacrylamid mit dem Monomer, was in einem vernetzten Polymer resultiert, welches eine Ionenwiedergewinnung (ionic regain) von 40 % aufweist, hergestellt wurde. Die Behandlung verläuft wie in Beispiel 3, außer dass der behandelte Schlamm einem Mischen bei 4.000 U/min unterzogen wird und die Ausflockungseffizienz durch die freie Drainage unter Verwendung eines 8 cm-Siebs gemessen wird.
Die Ergebnisse der freien Drainage, eingestellt für das Dosisvolumen, sind in Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4
Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Mischung der Polymerlösungen und die getrennte und sequentielle Behandlung unterschiedlicher Konzentrationen eine insgesamt verbesserte Drainage im Vergleich zu anderen Behandlungen zeigt.
Beispiel 5 (Vergleich)
Beispiel 3 wird wiederholt, außer dass die Behandlung, welche die Mischung von 0,1 %-igen und 0,5 %-igen Polymerlösungen umfasst, durch ein sequentielles Dosieren der 0,1 %-igen und 0,5 %-igen Polymerlösungen ersetzt wird, worin die 0,1 %-ige Lösung zuerst zugesetzt wird, gefolgt von Mischen für 5 Sekunden bei 4.000 U/min und anschließendes Zugeben der 0,5 %-igen Polymerlösung, gefolgt von weiterem Mischen für 15 Sekunden bei 4.000 U/min und anschließendes Entwässern durch ein 8 cm-Sieb.
Die Ergebnisse der freien Drainage, eingestellt für das Dosisvolumen, sind in Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5
Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass ein wirksames Entwässern des Schlamms durch Verwendung einer geringeren Gesamtpolymerdosis durch Anwenden von verdünnten und konzentrierten Polymerlösungen im Vergleich zu den anderen Behandlungen, welche nur eine einzige Polymerlösungskonzentration einsetzen, erreicht werden kann. Somit ermöglicht das Dosieren der gewünschten Konzentration ein effizienteres Dosieren des Polymers.
Beispiel 6
Wässrige Lösungen eines Copolymers von Acrylamid mit Dimethylaminoethylacrylat, Methylchlorid quaternäres Ammonium (75/25 Gew./Gew.), Grenzviskositätszahl von mindestens 10 dl/g, werden mit einer Konzentration von 0,1, 0,125 und 0,5 % hergestellt. Eine Mischung der 0,1 %-gen und 0,5 %-igen Lösung mit einem Gewichtsverhältnis von 75:25 wird ebenso hergestellt.
Das Entwässern eines deinkten Papierfabrikschlamms (0,91 % Feststoffe) wurde unter Verwendung der Polymerlösungen bei verschiedenen Dosen evaluiert. Für jeden Test wurde das Polymer zu 600 ml Schlamm zugegeben, gefolgt von Rühren während 15 Sekunden bei 2000 U/min unter Verwendung eines 4-Blattrührers. Die Ausflockungseffizienz wurde unter Verwendung der freien Drainage durch ein 8 cm-Sieb gemessen, wobei das Filtratvolumen nach 5 Sekunden aufgezeichnet wurde. Die Ergebnisse der freien Drainage, welche eingestellt ist, so dass die Dosisvolumina beachtet werden, sind in Tabelle 6 gezeigt.
Tabelle 6
Wie aus den Ergebnissen dieses Tests ersichtlich ist, vermittelt die Mischung von verdünnten und konzentrierten Polymerlösungen eine verbesserte optimale freie Drainage.
Beispiel 7
Beispiel 6 wird wiederholt, außer dass anstelle des Messens der freien Drainage der behandelte Schlamm in eine Kolbenpresse transferiert wurde. Drücke von 20, 40, 60 und 80 Pfund pro Quadratinch (psi) wurden in 2 Minuten-Abständen angewendet.
Der gebildete Kuchen wurde anschließend nass und trocken gewogen, um die Kuchenfeststoffe zu berechnen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.
Tabelle 7
Die Ergebnisse der Beispiele 6 und 7 zeigen, dass die gemischten verdünnten und konzentrierten Polymerlösungen die beste Gesamtkombination der freien Drainage und der Kuchenfeststoffe zur Verfügung stellen.
Beispiel 8
Eine Suspension von Chinaton wird hergestellt und in einer 4 %-igen Form (Gewicht/Volumen) in 2 g/l Natriumchloridllösung verwendet. Die Tests werden bei 500 ml Aliquots der Chinaton-Suspension durchgeführt und mit verschiede nen Dosen der Polymerlösungen spezifischer Konzentrationen bei 500 U/min Impellergeschwindigkeit gemischt. Die Mischdauer beträgt für einzelne Dosen und Simultandosen 15 Sekunden.
Der ausgeflockte Chinaton wird für jeden Test in einen 500 ml-Messzylinder direkt nach der beendeten Mischstufe transferiert. Es wird die Zeit gemessen, welche die Fest-Flüssig-Grenzfläche (Schlammlinie) benötigt, sich zwischen dem 3 cm- und 8 cm-Niveau zu bewegen, Eine Sedimentationsrate in cm/Minute wird berechnet, die für eine jede Gesamtpolymerdosis in Tabelle 8 angegeben ist.
In jedem Test ist das Polymer ein Copolymer von Acrylamid mit Natriumacrylat, mit einem Monomerverhältnis, bezogen auf das Gewicht, von 70:30.
Tabelle 8
Die Ergebnisse zeigen, dass die gemischten konzentrierten und verdünnten Polymerlösungen die besten Sedimentationsraten liefern. Dieses wird in 5 deutlich gezeigt.
Beispiel 9
Beispiel 8 wird wiederholt, wobei die Zweistufen-Zugabe von verdünnter und konzentrierter Polymerlösung mit simultaner Zugabe, die Zweistufen-Zugabe zweier verdünnter Lösungen und die Einzelstufen-Zugabe einer verdünnten Lösung verglichen wird.
Die Mischdauer beträgt 15 Sekunden für die Einzeldosen und simultanen Dosen und für die Zweistufen-Dosierung der konzentrierten und verdünnten Polymerlösungen, wobei. die erste Dosis angewendet wird, gefolgt von Mischen innerhalb von 5 Sekunden, gefolgt von der zweiten Dosis und anschließendes Mischen innerhalb weiterer 15 Sekunden.
Die Sedimentationsrate in cm/Minute wird berechnet, welche für die jeweilige Gesamtpolymerdosis in Tabelle 9 gezeigt ist.
Tabelle 9
Die Ergebnisse zeigen, dass die gemischten konzentrierten und verdünnten Polymerlösungen und die Zweistufen-Zugabe der verdünnten und konzentrierten Polymerlösungen die Einzeldosierung der verdünnten Polymerlösung oder die zweistufige Dosierung der verdünnten Polymerlösung übertrifft. Dieses ist deutlich aus den Auftragungen, welche in 6 angegeben sind, ersichtlich.

Claims

Verfahren zum Ausflocken und Entwässern einer wässrigen Suspension von suspendierten Feststoffen, umfassend das Einbringen in die Suspension (a) einer konzentrierten Polymerlösung und (b) einer verdünnten Polymerlösung, dadurch gekennzeichnet, dass die konzentrierte Polymerlösung und die verdünnte Polymerlösung in die Suspension im wesentlichen gleichzeitig als eine wässrige Zusammensetzung eingebracht werden, umfassend (a) eine verdünnte wässrige Lösung von Polymer und (b) eine konzentrierte Lösung von Polymer worin die verdünnte Lösung und die konzentrierte Lösung als im wesentlichen separate Komponenten existieren.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die wässrige Zusammensetzung umfasst (a) 25 bis 99 Gew.-% verdünnte wässrige Lösung von Polymer und (b) 1 bis 75 Gew.-% konzentrierte Lösung von Polymer.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die wässrige Zusammensetzung umfasst (a) 40 bis 99 Gew.-% verdünnte wässrige Lösung von Polymer und (b) 1 bis 60 Gew.-% konzentrierte Lösung von Polymer.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die verdünnte wässrige Lösung eine Polymerkonzentration von unterhalb 0,3 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die verdünnte wässrige Polymerlösung ein kationisches Polymer, ein anionisches Polymer oder ein nichtionisches Polymer umfasst.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die konzentrierte wässrige Lösung eine Polymerkonzentration von 0,4 bis 1,0 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die konzentrierte wässrige Lösung ein kationisches Polymer, ein anionisches Polymer oder ein nichtionisches Polymer umfasst.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, worin das in der konzentrierten Lösung gelöste Polymer entweder mit dem in der verdünnten Lösung gelösten Polymer co-ionisch oder nichtionisch ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, worin das entweder in der verdünnten Lösung oder der konzentrieten Lösung gelöste Polymer kationisch ist und aus einem Monomer oder einer Mischung von Monomeren gebildet worden ist, umfassend mindestens ein kationisches Monomer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus quaternären Ammonium- und Säuresalzen von Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, quaternären Ammonium- und Säuresalzen von Dimethylaminoethyl(meth)acrylamid und Diallyldimethylammoniumchlorid.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das Polymer oder die Polymere, welches) entweder in der verdünnten Lösung oder der konzentrierten Lösung gelöst ist/sind, anionisch ist/sind und aus einem Monomer oder einer Mischung von Monomeren gebildet worden ist/sind, umfassend mindestens ein anionisches Monomer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (Meth)acrylsäure, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure sowie Alkalimetall- und Ammoniumsalze davon.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, worin das Polymer oder die Polymere, welches) in entweder der verdünnten Lösung oder der konzentrierten Lösung gelöst ist/sind, nichtionisch ist/sind und aus Acrylamid oder Methacrylamid gebildet worden ist/sind.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, worin das in jeweils der verdünnten und konzentrierten wässrigen Lösung gelöste kationische Polymer ein Copolymer von Acrylamid und mindestens einem kationischen Monomer, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus quaternären Ammonium- und Säuresalzen von Dimethylaminoethyl(meth)aerylat, quaternären Ammonium- und Säuresalzen von Dimethylaminoethyl(meth)acrylamid und Diallyldimethylammoniumchlorid, mit einer Grenzviskositätszahl/Staudinger-Index von mindestens 4 dl/g darstellt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, worin die wässrige Zusammensetzung, welche die verdünnte wässrige Lösung von Polymer und die konzentrierte wässrige Lösung von Polymer umfasst, durch Einbringen der konzentrierten Lösung von Polymer in einen fließenden Strom der verdünnten wässrigen Lösung von Polymer gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, worin die verdünnte wässrige Lösung von Polymer durch Verdünnen eines fließenden Stroms der konzentrierten wässrigen Lösung von Polymer mit Verdünnungswasser gebildet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, worin die wässrige Zusammensetzung gebildet wird durch (a) Unterziehen einer konzentrierten Lösung von Polymer einer Verdünnung, worin die Lösung mit Verdünnungswasser unter Bildung einer verdünnten Lösung kombiniert wird, (b) Unterziehen der verdünnten Lösung einer Mischstufe, ausgewählt aus Pump- und Klassierstufen und (c) Einbringen einer konzentrierten Lösung von Polymer in die verdünnte wässrige Lösung.
Verfahren nach Anspruch 15, worin die konzentrierte Polymerlösung, welche unter Bildung der verdünnten Polymerlösung in Schritt (a) verdünnt wird, demselben Reservoir der konzentrierten Polymerlösung, welche in die verdünnte Lösung in Schritt (c) eingebracht wird, entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, worin die konzentrierte Lösung von Polymer in Schritt (a) einem von dem der konzentrierten Polymerlösung, welche in die verdünnte Lösung in Schritt (c) eingebracht wird, verschiedenen Reservoir entnommen wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, worin das Entwässerungsverfahren ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus der Entwässerung von Abwasserschlamm, der Entwässerung einer mineralischen Suspension, der Entwässerung von Papierfabrikschlamm, der Entwässerung eines deinkten/entfärbten Zelluloseschlamms und einem Papierherstellungsverfahren.