DE69725794T2

DE69725794T2 - Granulat zur Abwasserbehandlung

Info

Publication number: DE69725794T2
Application number: DE69725794T
Authority: DE
Inventors: Takashi Kofu-shi Suzuki; Toshio Matsue-shi Sato; Akira Tokushima-shi Okubu; Tomohide Tokushima-shi Koizumi; Mikiko Naruto-shi Mihara; Shoichi Naruto-shi Onishi
Original assignee: Tomita Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Tomita Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 2004-08-12
Also published as: EP0823401B1; DE69725794T9; EP0823401A2; CA2212405A1; EP0823401A3; EP1342697A3; US5976401A; US6132624A; EP1342697A2; DE69725794D1; CA2212405C

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Granulat für das Behandeln von Abwasser.
Allgemeiner Stand der Technik
In den letzten Jahren wurden organische Materialien und Nährstoffe wie beispielsweise Nitrate, Nitrite, Ammoniak und Phosphate, die in industriellem Abwasser und häuslichem Abwasser in großen Mengen enthalten sind, als Ursache für eine Eutrophierung bezeichnet, die in Binnenmeeren zur roten Flut führt, und als Ursache einer Verunreinigung von Seen, da sie die Vermehrung von Algen stimulieren. Es wird angegeben, dass die kritische Konzentration von Stickstoffverbindungen (Nitraten und Nitriten) bei 0,15 ppm und die von Phosphaten bei 0,02 ppm liegt. Die Einrichtung von Technologien für das Entfernen solcher organischer Materialien und solcher Nährstoffe aus dem Bereich einer höheren Konzentration in einen Bereich einer niedrigeren Konzentration ist ernsthaft erwünscht.
Verfahren für das Entfernen von Phosphaten aus Abwasser werden grob in biologische Behandlungsverfahren und physikalisch-chemische Behandlungsverfahren eingeteilt. Ein koagulierendes Sedimentationsverfahren, bei dem Koagulans verwendet wird, um Phosphate als leicht lösliche Salze zu entfernen, ist vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit und Effizienz ein allgemeines Verfahren unter den physikalisch-chemischen Behandlungsverfahren. Solche Verfahren beinhalten Dinge, die der näheren Untersuchung bedürfen, wie beispielsweise die Effusion von Salzen aus Koagulanzien in Abwasser, Behandlung von Schlamm, Wiedergewinnung und Wiederverwertung von Phosphaten und das unzureichende Entfernen von Phosphaten, wenn diese in einem niedrigeren Konzentrationsbereich vorliegen.
Abgesehen von dem koagulierenden Sedimentationsverfahren wird ein Verfahren für das Adsorbieren von Phosphaten mithilfe eines Phosphatadsorbens zum Entfernen von Phosphaten ausprobiert. Beim Durchführen des Adsorptionsverfahrens werden Aluminiumhydroxidgel, Magnesiumoxid, ein Komplex aus Titanoxid und Aktivkohle, ein Komplex aus Zirkoniumoxid und Aktivkohle, Vulkanaschenerde und Ähnliches als ein Phosphatadsorbens untersucht.
In den letzten Jahren ist eines der besonders zur Kenntnis genommenen, auf Gewässer bezogenen Umweltprobleme das Thema der Eutrophierung in Binnengewässern, wie beispielsweise Sümpfen und Seen, in Flüssen und Binnenmeeren. Die japanische Regierung erlässt ein Gesetz zum Schutz von Seen und Marschen als Maßnahme gegen das Problem. Es kommt zu immer stärkeren Restriktionen in Bezug auf das Entsorgen von Phosphaten, einem der Nährstoffe. Der gegenwärtige Vorgang für das Behandeln von Abwasser ohne einen Entphosphorisierungsschritt ist nicht ausreichend, um den Restriktionen in Bezug auf Phosphat zu genügen, so dass ein geeigneter Phosphatbehandlungsschritt benötigt wird, um darin eingebaut zu werden. Angesichts dieses Hintergrunds wird ein Phosphatadsorbens benötigt, das in der Lage ist, Phosphate aus Abwasser effizient wiederzugewinnen und zu entfernen, und in der Lage ist, vom Standpunkt der effektiven Nutzung von Ressourcen und der Nachbehandlung des Phosphatadsorbens Phosphate wiederzuverwerten. Zudem wird, als eine Hauptursache einer Eutrophierung, das Einleiten von phosphathaltigem Abwasser aus Gegenden, wo aus Gründen der Grenzen der Landform und zerstreut liegenden Häusern keine Kanalisation und Ausrüstung für das Behandeln von Abwasser eingerichtet sind, als eine Hauptursache einer Eutrophierung genannt. Da das Behandeln von Abwasser davon abhängt, dass in jedem Haus in diesen Gebieten ein Klärtank vorhanden ist, ist der Einbau eines Entphosphorisierungsschrittes in das Phosphatbehandlungsverfahren in einem Klärtank wichtig. In diesem Falle wird ein erneuerbares Phosphat mit hoher Leistungsfähigkeit benötigt.
In einem ländlichen Gebiet fallen monatlich pro durchschnittliches Haus 1,0 bis 1,5 m³ Abwasser mit einer Phosphatkonzentration von 5–500 ppm an. Bei einem großen Klärtank für eine Gruppe von 10 Menschen oder mehr können Phosphate durch Koagulation und Sedimentation entfernt werden, wobei Koagulans mit Eisensalz oder Aluminiumsalz als ein Hauptinhaltsstoff verwendet wird. Bei einem kleinen Klärtank für eine Gruppe von 5– 10 Menschen dagegen kann ein Koagulans im Wesentlichen nicht verwendet werden, um Phosphate zu entfernen, da aufgrund der geringen Effizienz ein Phosphatadsorbens benötigt wird. Die für den Einsatz eines Phosphatadsorbens in einem kleinen Klärtank erforderliche Bedingung ist im Wesentlichen dieselbe wie die für ein Phosphatadsorbens, das in einer Ausrüstung für die Abwasserbehandlung verwendet wird. Da der Klärtank aus Gründen der Installationsbedingungen möglicherweise nicht vergrößert werden kann und die Häufigkeit und die Kosten des Unterhalts wichtig sind, darf das Phosphatadsorbens keine Vergrößerung des kleinen Klärtanks erforderlich machen und die Häufigkeit und die Kosten des Unterhalts nicht erhöhen. Des Weiteren wird die Entfernung von Phosphaten, Nitraten und Nitriten bevorzugt, da nicht nur Phosphate, sondern auch Nitrate und Nitrite eine Eutrophierung verursachen. Da sich der Druck im Hinblick auf eine geringere Phosphatkonzentration in Zukunft verstärken wird, gibt es Vorhersagen dahingehend, dass eine Absenkung der Phosphatkonzentration auf höchstens 0,02 ppm, die kritische Konzentration bei der Entstehung einer roten Flut, essenziell sein wird. Es werden daher Phosphatadsorbenzien benötigt, die für das Entfernen von Phosphat nicht nur aus Abwasser mit einer höheren Phosphatkonzentration, sondern auch aus Flüssen mit einer niedrigeren Phosphatkonzentration nützlich sind.
US-A-4 935 146 beschreibt die Verwendung von Lignit als Brennstoffquelle in Kraftwerken. Weiterhin wird beschrieben, dass eine Wasserprobe aus einem Niederschlagssee mit einem aktivierten Hydrotalcit behandelt wird, um Selen zu adsorbieren.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Granulat für das Behandeln von phosphathaltigem Abwasser und das Wiedergewinnen von Phosphaten bereitzustellen, umfassend das Behandeln von Abwasser mit einem Granulat aus Phosphatadsorbens mit einer großen Kapazität zur Phosphatadsorption und einer Möglichkeit der Wiedergewinnung oder Aufbereitung des Phosphatadsorbens.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren für das Behandeln von phosphathaltigem Abwasser in der durchgeführten Reihenfolge zeigt.
2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Phosphorkonzentration und einer Rührzeit zeigt.
Offenbarung der Erfindung
Punkt 1: Ein Granulat aus Phosphatadsorbens für das Behandeln von phosphathaltigem Abwasser, umfassend 99– 60 Gew.-% eines Metallhydroxidkomplexes als Phosphatadsorbens für das Entfernen von Phosphaten, Nitraten und Nitriten aus Abwasser, dargestellt durch Formel (1): M_1–x ²⁺M_x ³⁺(OH^–)_2+x–y(A^n–)_y/n (1)wobei M²⁺ mindestens ein zweiwertiges Metallion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg^2–, Ni²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ca²⁺ und Cu²⁺ wiedergibt, M³⁺ mindestens ein dreiwertiges Metallion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al³⁺ und Fe³⁺ wiedergibt, A^n– mindestens ein n-wertiges Anion wiedergibt, 0,1 ≤ x ≤ 0,5, 0,1 ≤ y 0,5 und n 1 oder 2 ist, wobei das Bindemittel ein aminiertes Polyacrylamid umfasst.
Punkt 2: Das Granulat gemäß Punkt 1, wobei das Bindemittel 99–60 Gew.-% eines aminierten Polyacrylamids und 1–40 Gew.-% von mindestens einer Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid/Epichlorhydrin-Harz, Vinylacetat/Vinylversat-Copolymer-Harz und Styrol/Acrylharz umfasst.
Der in der Erfindung verwendete Metallhydroxidkomplex ist durch Formel (1) dargestellt: M_1–x ²⁺M_x ³⁺(OH^–)_2+x–y(A^n–)_y/n (1)wobei M²⁺ mindestens ein zweiwertiges Metallion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ca²⁺ und Cu²⁺ wiedergibt, M³⁺ mindestens ein dreiwertiges Metallion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al³⁺ und Fe³⁺ wiedergibt, A^n– mindestens ein n-wertiges Anion wiedergibt, 0,1 ≤ x ≤ 0,5, 0,1 ≤ y ≤ 0,5 und n 1 oder 2 ist.
Zweiwertige Metallionen, die durch M²⁺ wiedergegeben sind, umfassen Mg²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ca²⁺ und Cu²⁺, vorzugsweise Mg²⁺ und Ca²⁺. Dreiwertige Metallionen, die durch M³⁺ wiedergegeben sind, umfassen Al³⁺ und Fe³⁺, vorzugsweise Fe³⁺.
A^n– gibt ein n-wertiges Anion wieder (n = 1 oder 2). A^n– kann aus einem oder mehreren einwertigen Ionenen bestehen, einem zweiwertigen Ion oder mehreren zweiwertigen Ionen oder aus einem einwertigen Ion (Ionen) und zweiwertigen Ion (Ionen). Wenn A^n– ein einwertiges Ion und ein zweiwertiges Ion umfasst, ist ein molares Verhältnis des zweiwertigen Ions vorzugsweise kleiner als ein molares Verhältnis des einwertigen Ions. Einwertige Anionen umfassen OH^–, Cl^–, NO₂ ^–, NO₃ ^–, F^–, Br^– und HCO₃ ^–, vorzugsweise Cl^–.
Zweiwertige Anionen umfassen SO₄ ^2–, CO₃ ^2– und SO₃ ^2–, vorzugsweise SO₄ ^2–.
Was x angeht, so ist in der Regel 0,1 ≤ x ≤ 0,5, vorzugsweise 0,2 ≤ x ≤ 0,4, besonders bevorzugt 0,2 ≤ x ≤ 0, 35.
Was y angeht, so ist in der Regel 0, 1 ≤ y ≤ 0, 5, vorzugsweise 0,2 ≤ y ≤ 0,4, besonders bevorzugt 0,2 ≤ y ≤ 0,35.
Was die Verbindung der Formel (1) angeht, so werden zweiwertige Metallionen M²⁺, dreiwertige Metallionen M³⁺ und ein Carbonation durch Titration bestimmt. Ein Cl^–-Ion wird durch einen Ionenmesser mit einer für Chlorionen selektiven Elektrode bestimmt. A^n–– Ionen umfassend NO₂ ^–, NO₃ ^–, F^–, Br^– und HCO₃ ^– und ähnliche einwertige Ionen und SO4^2–, SO₃ ^2– und ähnliche zweiwertige Ionen werden durch Ionenchromatografie bestimmt. Der „y"-Wert wird, was die zweiwertigen Ionen betrifft, durch den gemessenen Molwert von A^2– angezeigt. Ein molares Verhältnis von Hydroxidion OH^– wird berechnet, indem gemessene Werte von M²⁺, M³⁺ und A^n– verwendet werden, um den Metallhydroxidkomplex elektrisch zu neutralisieren.
Wenn Phosphate, Nitrate und Nitrite gleichzeitig entfernt werden sollen, können einwertige Ionen von A^n– Halogenionen (Cl^–, F^–, Br^–) und Hydroxidion umfassen, außer für NO₂ ^– und NO₃ ^–. Cl^–-Ion wird vom Standpunkt des Umweltschutzes aus am meisten bevorzugt.
Der Metallhydroxidkomplex kann individuell oder als Mischung von zwei oder mehreren verwendet werden. Was die Form davon angeht, wird der Metallhydroxidkomplex in Granulatform verwendet. Die Bindemittel umfassen Polyamid/Epichlorhydrinharz, Vinylacetat/-Vinylversat-Copolymer-Harz, Styrol/Acrylharz und aminierte Polyacrylamide (z. B. Polyacrylhydrazid) und ähnliche organische Harzverbindungen; Ethylcellulose, Carboxymethylcellulose und ähnliche Cellulosen; Carrageenan und ähnliche Polysaccharide. Es werden bevorzugt die organischen Harzverbindungen verwendet. Bindemittel umfassen vorzugsweise organische Harzverbindungen, wie beispielsweise aminiertes Polyacrylamid, besonders bevorzugt aminiertes Polyacrylamid.
Aminiertes Polyacrylamid und andere Bindemittel können gemischt werden. Andere Bindemittel, die mit aminiertem Polyacrylamid gemischt werden, umfassen mindestens eine Substanz aus Polyamid/Epichlorhydrinharz, Vinylacetat/Vinylversat-Copolymer-Harz und Styrol/Acrylharz.
Wenn aminiertes Polyacrylamid als ein Bindemittel verwendet wird, reicht eine kleine Menge von aminiertem Polyacrylamid aus, um Granulate mit verbesserter mechanischer Stärke und Phosphatadsorptionskapazität herzustellen. Um die Bearbeitbarkeit während der Granulation durch Verringern der Viskosität der Mischung zu verbessern, werden vorzugsweise andere Bindemittel, wie beispielsweise Polyamid/Epichlorhydrinharz, Vinylacetat/Vinylversat-Copolymer-Harz und Styrol/Acrylharz, mit aminiertem Polyacrylamid kombiniert. Mithilfe der Mischung aus aminiertem Polyacrylamid mit einer beliebigen Substanz aus Polyamid/Epichlorhydrinharz, Vinylacetat/Vinylversat-Copolymer-Harz und Styrol/Acrylharz als ein Bindemittel ist es möglich, Granulate mit verbesserten Eigenschaften, wie beispielsweise mechanischer Stärke, Phosphatadsorptionskapazität und Bearbeitbarkeit, herzustellen. Bindemittel werden in einer Menge von 1–40 Gew.-%, vorzugsweise 1–20 Gew.-%, besonders bevorzugt 1–10 Gew.-%, basierend auf der Gesamtmenge an Granulat, zugegeben.
Als ein Bindemittel kann eine Mischung aus aminiertem Polyacrylamid mit mindestens einer Substanz aus Polyamid/Epichlorhydrinharz, Vinylacetat/-Vinylversat-Copolymer-Harz und Styrol/Acrylharz in einer Menge von 1–40 Gew.-%, vorzugsweise 1–20 Gew.-%, besonders bevorzugt 1–10 Gew.-%, welche auf der Basis der Menge an aminiertem Polyacrylamid verwendet werden, verwendet werden. Ein zu bevorzugendes Verfahren für das Herstellen von Granulaten umfasst das Zugeben einer erforderlichen Menge von Wasser zu einer Mischung von 99–60 Gew.-% eines Metallhydroxidkomplexes und 1–40 Gew.-% der Bindemittelzusammensetzung, ausreichendes Kneten der Mischung und das Formen geformter Teilchen mit einem Granulator. Es können herkömmliche Kneter und Granulatoren verwendet werden. Als Kneter sind Kneter mit binären Rotationsschäften bevorzugt. Als ein Granulator können vorzugsweise Extrusionsgranulatoren mit Aufwärtshub verwendet werden. Die geformten Teilchen werden getrocknet und gehärtet, um Granulate der Erfindung zu ergeben. Trocknen und Härten werden bei einer Temperatur durchgeführt, die nicht unter der niedrigsten Temperatur der Membranbildung von Bindemitteln oder darüber, um die Granula zu trocknen, liegt. Trocknen unterhalb der membranbildenden Temperatur ist möglich, wenn das Trocknen über einen längeren Zeitraum erfolgt.
Der Metallhydroxidkomplex der Erfindung, der als ein Phosphatadsorbens verwendet wird, kann ein Phosphation durch eine Anionenaustauschreaktion zwischen einem n-wertigen Anion (n = 1 oder 2) in der Zusammensetzung und einem Phosphation fangen. Das gefangene Phosphation kann desorbiert werden, indem Lösungen von alkalischen Metallcarbonaten, alkalischen Metallsalzen und alkalischen Erdmetallsalzen als eine Desorptionslösung verwendet werden.
Die Phosphationen desorbierende Lösung ist vorzugsweise eine wässrige Lösung von alkalischen Metallcarbonaten oder Hydrogencarbonaten, wie beispielsweise Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Ammoniumcarbonat und Lithiumcarbonat, vorzugsweise wässrige Lösungen von Natriumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat. Wässrige alkalische Metalllösungen umfassen vorzugsweise wässrige Lösungen von Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Natriumbromid, Kaliumbromid, Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Natriumsulfit und Kaliumsulfit, besonders bevorzugt wässrige Lösungen von Natriumhydroxid und Natriumchlorid. Wässrige alkalische Erdmetalllösungen umfassen vorzugsweise wässrige Lösungen von Magnesiumchlorid, Calciumchlorid, Magnesiumsulfat, Magnesiumbromid und Calciumbromid, besonders bevorzugt wässrige Lösungen von Magnesiumchlorid und Magnesiumsulfat. Behandlung eines Phosphatadsorbens mit solch einer desorbierenden Lösung ermöglicht es, Phosphate aus einem phosphatadsorbierten Phosphatadsorbens wiederzugewinnen und wiederzuverwerten.
Wenn Abwasser Phosphate und Stickstoffkomponenten (Nitrate und Nitrite) enthält, können Phosphat- und Stickstoffverbindungen durch Behandlung mit der Desorptionslösung wiedergewonnen werden.
Da der Metallhydroxidkomplex bei etwa 380°C und etwa 430°C endotherme Spitzen zeigt, was auf einer endothermen Reaktion beruht und von dessen Zerfall begleitet ist, wenn der Komplex bei etwa 250–550°C wärmebehandelt wird, kann der Metallhydroxidkomplex nach der Phosphatdesorption bei einer Temperatur des Zerfalls oder höher, d. h. bei 430–600°C, vorzugsweise bei etwa 550°C kalziniert werden, um einen Metallhydroxidkomplex ohne einen Anionenrest, der als eine Ionenaustauschgruppe wirkt, zu erzeugen.
Indem die Eigenschaft genutzt wird, dass ein Metalloxidkomplex in einen Metallhydroxidkomplex umgewandelt wird, wenn der Komplex in Berührung mit einer Anionen enthaltenden Elektrolytlösung gebracht wird, kann ein Metallhydroxidkomplex mit einem n-wertigen Anion als einer Ionenaustauschgruppe regeneriert werden, indem ein Metalloxidkomplex in eine Elektrolytlösung, die ein n-wertiges Anion enthält, gerührt wird. Solche Elektrolytlösungen umfassen Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Ammoniumchlorid und Lithiumchlorid, wegen der geringen Kosten vorzugsweise Natriumchlorid. Eine Konzentration der Elektrolytlösung liegt im Bereich von etwa 0,5 M bis etwa 5 M, und die Regenerationsdauer liegt im Bereich von etwa 2 bis etwa 4 Stunden. Regeneration eines phosphatadsorbierten Phosphatadsorbens kann nach der Behandlung von Abwasser mit einem Metalloxidkomplex durchgeführt werden.
Da ein Metallhydroxidkomplex und Metalloxidkomplex in einer sauren Lösung mit einem pH-Wert von 5 oder darunter gelöst werden kann, ist die Wiederverwertung einer sauren Lösung, in der ein Metallhydroxidkomplex und ein Metalloxidkomplex als ein Rohmaterial gelöst sind, um Metallhydroxidkomplex herzustellen, erwünscht. Die sauren Lösungen umfassen Salzsäure, Aluminiumchlorid, Eisen(III)-Chlorid, vorzugsweise Salzsäure.
Regeneration des Metallhydroxidkomplexes nach der Säurebehandlung kann leicht gemäß einem Dokument durchgeführt werden (Langmuir, 9, 1418–1422 (1993)).
Die Entphosphorisierungskapazität eines Phosphatadsorbens wird wirksam regeneriert, indem eine Phosphationen desorbierende Lösung verwendet wird. Das Phosphatadsorbens kann nach der Phosphatadsorption in einer Phosphationen desorbierenden Lösung, enthaltend ein alkalisches Metallsalz und ein alkalisches Erdmetallsalz oder mehrere alkalische Metallsalze und alkalische Erdmetallsalze, außer alkalische Metallcarbonate, regeneriert werden. Bevorzugte alkalische Metallsalze, die in dem Regenerationsprozess verwendet werden, umfassen Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Lithiumhydroxid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Lithiumchlorid, vorzugsweise Natriumhydroxid und Natriumchlorid. Bevorzugte alkalische Erdmetallsalze, die in dem Regenerationsprozess verwendet werden, umfassen Magnesiumchlorid, Magnesiumsulfat, Magnesiumnitrat, Calciumchlorid und Calciumnitrat, vorzugsweise Magnesiumchlorid und Magnesiumsulfat. Der Regenerationsprozess kann eine mehrmalige Behandlung mit einer wässrigen Lösung von alkalischen Metallsalzen und mit einer wässrigen Lösung von alkalischen Erdmetallsalzen in Kombination umfassen.
Erfindungsgemäß können Phosphate in Abwasser wirksam adsorbiert werden, indem ein Phosphatadsorbens mit einem Metallhydroxidkomplex mit großer Phosphatadsorptionskapazität verwendet wird, Phosphate mit geringen Kosten effizient wiedergewonnen und wiederverwertet werden und das Phosphatadsorbens regeneriert werden. Das Verfahren und das Agens der Erfindung können auf unterschiedliche Ausrüstungen für die Abwasserbehandlung und Reinigung von Flüssen angewandt werden und außerdem die Ausrüstung im Hinblick auf geringere Wartungshäufigkeit und Kosten verkleinern, wenn sie auf eine Abwasserbehandlung des Familientyps, wie beispielsweise einen Klärtank, angewandt werden. Insbesondere kann das Phosphatadsorbens regeneriert werden, so dass durch das Entsorgen des Phosphatadsorbens keine sekundäre Umweltverschmutzung verursacht wird. Die adsorbierten Phosphate können als Rohstoffe wiedergewonnen und wiederverwertet werden, was vom Standpunkt der Prävention einer Eutrophierung und des gewässerbezogenen Umweltschutzes sehr effektiv ist.
Darüber hinaus ist das Granulat für die Abwasserbehandlung der Erfindung sehr zu bevorzugen, da das Granulat sowohl Phosphate als auch Stickstoffverbindungen wie beispielsweise Nitrate und Nitrite entfernen kann.
Beispiele
Die Erfindung wird unten anhand von Beispielen ausführlich beschrieben, wobei die Erfindung jedoch durch die Beispiele in keiner Weise eingeschränkt ist.
Beispiel 1
Eine geeignete Menge von Polyacrylhydrazid und Polyamid/Epichlorhydrinharz als ein Bindemittel werden zu 4 kg Phosphatadsorbens (Mg²⁺ _0,683Al³⁺ _0,317(OH^–)_2,033Cl^– _0,238(CO₃ ^2–)_0,023) gegeben (Cl/HT-Al). Die resultierende Mischung wurde mit einem Kneter geknetet (Ausgabe = 1,5 kW; Gesamtvolumen = 20 Liter; Umdrehungszahl des Binärschafts = 29,20 Umdrehungen pro Minute) unter Bedingungen einer Mischdauer zwischen Phosphatadsorbens und Bindemittel (= 1 Minute) und Knetdauer nach Zugeben einer erforderlichen Menge Wasser (= 5 Minuten). Granulate (Durchmesser = 3 mm; Länge = 5–10 mm) wurden mit Extrusionsgranulatoren mit Aufwärtshub hergestellt (Ausgabe = 3,7 kW; Sieb = 3 mm; Umdrehungszahl = 135 Umdrehungen pro Minute), und die Granulate wurden bei 80°C 15 Stunden lang getrocknet.
Beispiel 2
Die in Beispiel 1 erhaltenen Granulate wurden einem Stärketest und einem Phosphatadsorptionstest unterzogen. Der Stärketest wurde nach dem folgenden Verfahren durchgeführt. 1,0 g genau abgewogene Granulate und 20 ml Wasser wurden in einen Erlenmeyer-Kolben mit Schliffkern gegeben. Die Flasche wurde mit einem Querschwing-Thermostat bei 30°C und 170 Schüttelbewegungen/Minute 3 Stunden lang geschüttelt. Nach dem Filtern und Trocknen wurde ein Gesamtgewicht der Granulate bestimmt. Die resultierenden Granulate wurden mit einem 2 mm-Sieb (Maschenweite 10) gesiebt, um den Rückstand auf dem Sieb und die gesiebte Fraktion zu wiegen. Die Druckwiderstandsstärke (L) wird mit der folgenden Gleichung berechnet: Druckwiderstandsstärke = 100 – {P/(S + P)} × 100, mit P = Gewicht der durch das 2 mm-Sieb (Maschenweite 10) gesiebten Fraktion; und S = Gewicht des Rückstands im 2 mm-Sieb (Maschenweite 10). Druckwiderstandsstärke muss in der Praxis mindestens 85 betragen.
Der Phosphatadsorptionstest wurde nach dem folgenden Verfahren durchgeführt.
1,0 g Granulate wurde genau abgewogen und in einen Erlenmeyer-Kolben mit Schliffkern gegeben. Dazu wurden 20 ml der wässrigen Lösung von Na₂HPO₄, die in Beispiel 1 verwendet wurde, gegeben. Die Flasche wurde bei 30°C und 170 Schüttelbewegungen/Minute 3 Stunden lang mit seitlichen Bewegungen geschüttelt. Nach dem Filtern wurde eine Phosphatkonzentration des Filtrats bestimmt, um die Menge an adsorbiertem Phosphat zu berechnen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Die Ergebnisse von Tabelle 1 zeigen, dass das Phosphatadsorbens der Erfindung den Abwasserqualitätsstandard in Bezug auf einen Klärtank, Kanalisation, Abwasser aus einem Dorf, erfüllt. Auf das Phosphatadsorbens der Erfindung kann der striktere Standard angewandt werden.
Beispiel 3
Die in Beispiel 1 erhaltenen Granulate wurden gemahlen. Eine im Voraus bestimmte Menge des gemahlenen Produkts (Teilchengröße 75 μm – 51 μm (Maschengröße 200 –280)) wurden zu einer wässrigen Na₂HPO₄-Lösung (2.000 ml, pH = 6,8) gegeben, auf eine Phosphorkonzentration von 1 ppm-P eingestellt, und die resultierende Mischung wurde bei 25°C gerührt, um die Veränderung einer Phosphorkonzentration relativ zur Rührdauer zu bestimmen. Es wurde eine Bestimmung der Phosphorkonzentration durchgeführt. Die Ergebnisse sind in 2 gezeigt. 2 zeigt, dass eine Geschwindigkeit der Phosphatadsorption mit einer Erhöhung der zugegebenen Menge des gemahlenen Produktes ansteigt und dass Phosphat innerhalb von 10 Minuten, nachdem das Phosphatadsorbens (0,025) dazugegeben wurde, entfernt und adsorbiert wurde.
Beispiel 4
Die Phosphatadsorptionskapazität eines Phosphatadsorbens wurde anhand von Abwasser mit einer niedrigen Phosphatkonzentration beurteilt. Das Abwasser wurde aus einer Anlage zur Abwasserbehandlung, die sich in einem landwirtschaftlichen Gebiet in KASHIMA-cho, SHIMANE-ken JAPAN, befindet, entnommen. Das Phosphatadsorbens (Cl/HT-Al, 0,1 g) wurde zu dem Abwasser (400 ml) gegeben. Die resultierende Mischung wurde 4 Stunden lang mit einem Magnetrührer gerührt. Nach dem Rühren wurde das behandelte Wasser mit einem 0,45 μm-Membranfilter gefiltert, um die Phosphatkonzentration des Filtrats nach dem vom japanischen Industriestandard (JIS) definierten Testverfahren zu analysieren. Die Phosphatkonzentration des Abwassers (0,18 ppm P) wurde durch die Behandlung unter die Nachweisgrenze von Phosphat verringert, was die Nützlichkeit des Phosphatadsorbens der Erfindung bei Anwendung auf Abwasser mit geringer Phosphatkonzentration zeigt.

Claims

Granulat aus Phosphatadsorbens, das 99 bis 60 Gew.-% eines Metallhydroxidkomplexes als Phosphatadsorbens zum Entfernen von Phosphaten oder Phosphaten und Stickstoffkomponenten aus Abwasser umfasst, der durch Formel (1) dargestellt wird: M_1–x ²⁺M_x ³⁺(OH^–)_2+x–y(A^n–)_y/n (1),wobei M²⁺ mindestens ein zweiwertiges Metallion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Ca²⁺ und Cu²⁺ wiedergibt, M³⁺ mindestens ein dreiwertiges Metallion ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al³⁺ und Fe³⁺ wiedergibt, A^n– mindestens ein n-wertiges Anion wiedergibt, 0,1 ≤ x ≤ 0,5, 0,1 ≤ y ≤ 0, 5 und n 1 oder 2 ist, und 1 bis 40 Gew.-% eines Bindemittels umfasst, wobei das Bindemittel ein aminiertes Polyacrylamid umfasst.
Granulat nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Bindemittel 99 bis 60 Gew.-% eines aminierten Polyacrylamids und 1 bis 40 Gew.-% von mindestens einer Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid/Epichlorhydrin-Harz, Vinylacetat/Vinylversat-Copolymerharz und Styrol/Acryl-Harz umfasst.
Granulat nach Anspruch 1 oder 2, bei dem M²⁺ Mg²⁺ ist.
Granulat nach Anspruch 1 oder 2, bei dem M²⁺ Ca²⁺ ist.
Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei dem M³⁺ Al³⁺ ist.
Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei dem M³⁺ Fe³⁺ ist.
Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, bei dem A^n– aus einem oder mehreren einwertigen Ionen besteht.
Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, bei dem A^n– aus einem oder mehreren zweiwertigen Ionen besteht.
Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, bei dem A^n– aus einem oder mehreren einwertigen Ionen und zweiwertigen Ionen besteht.
Granulat nach Anspruch 9, bei dem das Molverhältnis des zweiwertigen Ions geringer als ein Molverhältnis des einwertigen Ions ist.
Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 sowie 9 und 10, bei dem OH^–, Cl^–, NO₂ ^–, NO₃ ^–, F^–, Br^– und HCO₃ ^– zu den einwertigen Anionen gehören.
Granulat nach Anspruch 11, bei dem das einwertige Anion Cl^– ist.
Granulat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 sowie der Ansprüche 8 bis 10, bei dem SO₄ ^2–, CO₃ ^2– und SO₃ ^2– zu den zweiwertigen Anionen gehören.
Granulat nach Anspruch 13, bei dem das zweiwertige Anion SO4^2– ist.