-
Verfahren zum Reinigen von Wässern Es ist bekannt, Trink-, Gebrauchs-
und Abwässer nach den sogenannten Flockungsverfahren zu reinigen. Die Wirkung dieser
Verfahren beruht auf der hydrolytischen Spaltung dem Wasser zugesetzter Salze vorwiegend
dreiwertiger Metalle, insbesondere des Eisens oder Aluminiums. Die Wirksamkeit der
dabei flockig ausfallenden Hydroxyde dieser Metalle kann durch zusätzliche Verwendung
von löslichen Silikaten gesteigert werden. Vor allem hat man sogenannte »aktivierte
Silikate« für diesen Zweck vorgeschlagen. Das Aktivieren der Kieselsäure geschieht
durch teilweises Neutralisieren des Alkalis der löslichen Silikate, wobei man aber
stets darauf geachtet hat, daß die aktivierten Silikate noch schwach alkalische
Reaktionen aufweisen. Als Neutralisationsmittel hat man Säuren, säurebildende Stoffe,
wie z. B. Chlor, oder gegenüber den löslichen Silikaten sauer reagierende Substanzen,
wie z. B. Ammoniumchlorid, Natriumbicarbonat, Eisenchlorid, Aluminiumsulfat, vorgeschlagen.
Bei Verwendung von Eisenchlorid oder Aluminiumsulfat ist man allerdings mit dem
Zusatz dieser Salze auch schon so weit gegangen, daß der Neutralisationspunkt unter
Erreichung von pA Werten bis zu 4,0 hinab überschritten war, das erhaltene Sol also
schwach sauer reagierte. Alle diese schwach alkalisch bis schwach sauer reagierenden
Sole sind instabil; es ist daher das Arbeiten mit sehr verdünnten Lösungen, z, B.
mit Gehalten von i I/u Si 02 und weniger
notwendig. Trotzdem können
Verstopfungen in Dosierpumpen und Rohrleitungen nicht vermieden werden.
-
Es wurde nun gefunden, daß sauer reagierende, Salze des Eisens oder
Aluminiums enthaltende Kieselsäuresole auch bei höheren Konzentrationen an Si.O2
wesentlich stabiler sind als die bekannten, wenn sie einen PH-Wert von 3,5 oder
weniger besitzen. Diese Feststellung muß als sehr überraschend angesehen werden,
weil es aus Stabilitätsuntersuchungen an Alkalisilikatlösungen, die mit Ammoniumsulfat
aktiviert wurden, bekannt war, daß die. Geschwindigkeit der Gelbildung mit der Konzentration
des Silikats und mit der Menge des Ammoniumsulfats, d. h. mit der Acidität des Sols,
steigt.
-
Die erfindungsgemäß zu verwendenden sauren Kieselsäuresole können
in einfacher Weise durch Zugabe von Alkalisilikatlösungen zu Lösungen von Salzen
des Eisens oder Aluminiums, die von starken Säuren, z. B. von der Salzsäure oder
Schwefelsäure, abstammen, hergestellt werden. Langsames Eintropfen der Silikatlösung
unter starkem Rühren ist zu empfehlen. Man beendet die Zugabe von löslichen Silikaten,
bevor PH-Werte in der Höhe von etwa 2 bis 3,5 überschritten werden, und erhält dann
ein sehr beständiges Kieselsäuresol. Der pH-Wert des erhaltenen sauren Sols und
die Menge an `gelöster Kieselsäure sind von dem Alkaligehalt der verwandten Alkalisilikatlösungen
abhängig und können durch Wahl verschiedener Alkalisilikate verändert werden.
-
Es haben sich Alkalisilikate mit Molverhältnissen Alkalioxyd zu Siliciumdioxyd
in der Größenordnung von etwa I : I bis etwa 1 : 4 als zweckmäßig erwiesen. Durch
Verwendung verschiedenartiger Alkalisilikate kann man nicht nur den Gehalt an Neutralsalzen,
sondern auch die Flockungseigenschaften der Sole verändern. Zur Herstellung von
Solen mit besonders hohen Kieselsäuregehalten kann man auch die Lösung des Metallsalzes
ansäuern und dann die Silikatlösung zusetzen. Im allgemeinen können die Sole einen
Si 02 Gehalt in der Größenordnung von I bis 5 Gewichtsprozent und einen Gehalt an
Eisen oder Aluminium in der Größenordnung von Io bis 2o Gewichtsprozent besitzen.
Ein Schutz für die Herstellung der sauren Sole wird hier nicht beansprucht. Bei
richtiger Herstellungsweise ist es möglich, Sole zu erhalten, die je nach den Lagerungsbedingungen
I Woche oder länger haltbar sind und im Betrieb keine Verstopfungen in Dosierpumpen
und Rohrleitungen ergeben. Wegen der guten Haltbarkeit dieser Sole hat man die Möglichkeit,
die Sole an einem beliebigen Ort herzustellen und zum Verbrauchsort zu transportieren
bzw. als fertige Flockungsmittel in den Händel zu bringen.
-
Die Anwendung dieser Sole geschieht in der bei der Wasserreinigung
üblichen Weise. Es lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Trink-, Gebrauchs-
und Abwässer reinigen. Wie jedem Fachmann bekannt ist, sind die von Fall zu Fall
auftretenden Problem in der Wasserreinigung je nach Art und Herkunft des Wassers
und der Verschmutzungen außerordentlich verschieden. Es kann daher zweckmäßig sein,
die Zusammensetzung und Herstellungsweise der erfindungsgemäßen Flockungsmittel
hinsichtlich ihrer Konzentration, ihres PH-Wertes und des Gewichtsverhältnisses
SiO2 : Me-Ion den jeweils vorliegenden Verhältnissen anzupassen Als besonderer Vorteil
der erfindungsgemäßen Flockungsmittel ist hervorzuheben, daß Sole mit Gewichtsverhältnissen
Si O2 : Me-Ion, wie sie für die Flockung als besonders günstig erkannt wurden, gleichzeitig
auch die größte Stabilität besitzen. Im übrigen werden die Kieselsäuresole wie andere
Flockungsmittel gehandhabt und dem Wasser zugesetzt. Die erfindungsgemäßen Flockungsmittel
besitzen eine sehr große Flockungsgeschwindigkeit und Adsorptionskraft. Ein wesentlicher
Vorteil der Verwendung der erfindungsgemäßen Sole besteht nicht nur darin, daß man
mit einem Flockungsmittel arbeitet und nicht mit zwei verschiedenen, wie das bei
der getrennten -Verwendung von Alkalisilikat- und Metallsalzlösungen erforderlich
ist, sondern auch darin, daß die Aggregation der Kieselsäure in die Wasserreinigungsphase
verlegt wird. Beispiel I I0 cm³ eines Natriumsilikats von 37 bis 4o° Bé und einem
Verhältnis Nag O : Si 02 = 1 : 3,3 werden mit der gleichen Menge Wasser verdünnt
und unter kräftigem Rühren langsam in 5o cm³ einer Lösung von Eisenchlorid mit Zoo
g Fe/l eingetropft. Man erhält eine dunkelbraune, jedoch völlig klare Lösung, die
etwa I Woche beständig ist. Die Wirksamkeit dieser Lösung wurde mit der einer normalen
Eisenchloridlösung und der eines aktivierten Sols verglichen, das nach der USA.-Patentschrift
2 217 466, S. 2, Zeile 21 ff., hergestellt war.
-
Stark getrübtes Flußwasser mit einer Permanganatzahl von 134 wurde
versetzt. Die Ergebnisse waren folgende:
Beispiel 2 Es wurde ein durch aufgewühlten Schlamm stark getrübtes
Flußwasser verwandt. Dieses Wasser wurde, wie im Beispiel I beschrieben, mit folgenden
Flockungsmitteln versetzt:
| a) mit Eisenchloridlösung (8 g Fe/m³), |
| b) mit Eisenchloridlösung (8 g Fe/m³) und akti- |
| viertem alkalischem Kieselsäuresol (2,5 g |
| S i 02/M3), |
| c) mit Si02-Fe C13 Sol (Fe: Si 02 = I0 : I ; 8 g |
| Fe/m³). |
| Die Flockungszeiten bei diesen Versuchen waren: |
| a) I2 Minuten, |
| b) 9 Minuten, |
| c) I½ Minuten. |
Beispiel 3 In 5o cm³ einer mit 0,5 cm³ konzentrierten Schwefelsäure versetzten Aluminiumsulfatlösung
(I90 g/1 (A12 SO4)3) wurden I0 cm³ einer Wasserglaslösung (8,5 Gewichtsprozent Na.
0 ₧3,3 S'02) unter starkem Rühren langsam zugegeben. Die erhaltene Lösung
war klar und hatte einen pH Wert von 2,I (gemessen mit Glaselektrode). Sie war als
Flockungsmittel zum Reinigen von Wasser gut brauchbar. Beispiel 4 Zum Reinigen von
Trink-, Gebrauchs- und Abwässern nach den in den Beispielen I und 2 beschriehenen
Verfahren eignete sich auch das nach folgender Vorschrift hergestellte saure Sol:
I0 cm³ eines Natronwasserglases von 37 bis 40° Bé und einem Verhältnis Na20 : Si02
= I : 3,3 wurde mit der gleichen Menge Wasser verdünnt und unter dauerndem kräftigem
Rühren in 5o cm³ einer Lösung von Eisensulfat mit 8o g Fe/l, die mit o,5 cm³ konzentrierter
Schwefelsäure versetzt worden war, eingetropft. Das erhaltene Sol hatte einen pH-Wert
von I,9 bis 2,I und reagierte deutlich sauer. Beispiel 5 Ein Brunnenwasser mit einem
PH-Wert von 7,I und einem Si 02 Gehalt von I3m9/1 wurde mit einer solchen Menge
eines Sols nach Beispiel I versetzt, daß der Eisengehalt des Wassers I0 mg/l betrug.
Infolge der großen Flockungsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Sols war es möglich,
dieses auch zur Entkieselung zu verwenden, obwohl durch das Flockungsmittel noch
Kieselsäure in das Wasser eingebracht wurde. Man kann bei normalen Temperaturen
arbeiten und das Wasser nach kurzer Reaktionszeit, etwa nach 3 bis 5 Minuten, ohne
Durchlaufen von Absetz- oder Reaktionsgefäßen direkt auf die Filter leiten. Bei
dem in diesem Beispiel beschriebenen Versuch betrug die Zeit zwischen Zusatz des
Flockungsmittels zum Wasser und Eintritt des Wassers in das Filter 4 Minuten. Das
filtrierte Wasser enthielt nur noch I,4 1119/1 Si02.
-
Beispiel 6 Ein Grundwasser mit hohem Gehalt an Huminsäuren, I0 g/m³
Eisen, o,6 g/m³ Mangan und einem PH-Wert von 6,5 wird nach Versprühen, wobei ein
pH-Wert von 7,2 erreicht wird, mit einem Sol entsprechend 5 g Eisen/m³ nach Beispiel
I versetzt und nach 30 Minuten Flockungszeit über Kies filtriert. Das Filterwasser
ist eisen- und manganfrei.