FI105181B - Flokkulantti veden käsittelyä varten ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

105181

Flokkulantti veden käsittelyä varten ja menetelmä sen valmistamiseksi Flockningsmedel för vattenbehandling och förfarande för producering av detta 5 *

KEKSINNÖN TAUSTA

KEKSINNÖN ALA

10 Tämä keksintö liittyy flokkulanttiin veden käsittelyä varten epäpuhtauksien poistamiseksi vedestä ja varsinkin flokkulanttiin, joka sisältää polymerisoidun piihappoliuoksen. Keksintö liittyy myös menetelmään flokkulantin valmistamiseksi.

15 TEKNIIKAN TASO

On laajasti tunnettua käyttää aktivoitua piidioksidia flokkulantin komponenttina veden käsittelyä varten veden puhdistamiseksi poistamalla siitä epäpuhtauksia. Tällaista aktivoitua tai polymerisoitua piidioksidia on kuitenkin käytetty pelkkänä lisäaineena 20 pääflokkulantissa, joka muodostuu metallisuolasta, kuten alumiinikloridista tai alu-miinisulfaatista.

• Äskettäin on ehdotettu käytettäväksi korkeasti polymeroidun piihapon liuosta flokku- lanttina veden käsittelyä varten. Esim. US-patentti n:o 4 923 629 esittää flokkulantin, 25 joka käsittää liuoksen, joka sisältää korkeasti polymeroitua piihappoa ja pienen määrän metallisuolaa.

Eräs ongelma, joka liittyy flokkulanttiin, joka käsittää korkeasti polymerisoidun piihapon liuoksen, on vaikuttavien komponenttien konsentraation lisääminen (piihappo ja metalli-30 aine) liuokseen. Nimittäin, mitä korkeampi vaikuttavien komponenttien konsentraatio on flokkulanttiliuoksessa, sitä suurempi on flokkulantin kapasiteetti koaguloida epäpuhtauksia vedessä. Lisäksi flokkulanttiliuoksen kuljetuskustannuksia voidaan vähentää, koska 2 105181 liuosta voidaan varastoida ja kuljettaa kondensoituneen massan muodossa. Käytännölliseltä näkökannalta on toivottavaa, että SiC^n konsentraatio flokkulanttiliuoksessa ei olisi vähempi kuin noin 8 % (painoprosenttia) ja että kaikkien vaikuttavien komponenttien (SiC>2 + MeOx) konsentraatio ei olisi vähemmän kuin 10 % (painoprosenttia).

5

Kuitenkin tiedetään myös hyvin, että mitä korkeampi SiC^n konsentraatio on piihapon liuoksessa, sitä helpommin liuos geeliytyy. Geeliytynyttä liuosta ei luonnollisesti voida käyttää flokkulanttina. Siksi ei ole käytetty piihapon liuosta, jossa SiC^n konsentraatio ylittää noin 8 %. Tämä on ristiriitainen ongelma kun käytetään flokkulanttia, joka 10 käsittää piihapon liuosta.

YHTEENVETO KEKSINNÖSTÄ

Keksinnön kohteena on saada aikaan flokkulantti veden käsittelyyn, joka käsittää 15 korkeasti polymerisoidun piihapon liuoksen, ja jonka SiC^n ja muiden vaikuttavien komponenttien konsentraatio on korkea ja jolla on korkea kyky koaguloida epäpuhtauksia vedessä ja jota voidaan turvallisesti kuljettaa ja varastoida pitkiä aikoja ilman, että se geeliytyy. Kohteena on myös saada aikaan menetelmä tällaisen flokkulantin tuottamiseksi.

20

Keksinnön mukaisesti käytetään korkeasti polymerisoidun piihapon liuosta, jota on käsitelty alkalimetallien poistamiseksi ja jossa alkalimetallikonsentraatiota on vähennetty erittäin pieneksi pitoisuudeksi. Aktivoitua piidioksidia tai korkeasti polymerisoitua piihappoa tavallisesti tuotetaan alkalimetallisilikaatin yhdisteestä, kuten natriumsilikaa-25 tista tai kaliumsilikaatista, antamalla sen reagoida yhdisteen kanssa, kuten rikkihapon tai hiilidioksidin kanssa. Neutralisoimalla rikkihapolla tai hiilidioksidilla, veteen liukenevaa suolaa, kuten Na2SO^ tai NaHCOj muodostuu ja liuoksen alkalisuus, riippuen raaka-aineissa olevista alkalimetalliaineista, pienenee. Vaikka alkalisuus pienenee, alkalimetal-lin konsentraatio liuoksissa ei kuitenkaan pienene, koska alkalimetallisuolaa yhä on läsnä 30 liuoksessa dissossioituneena.

3 105181

Keksijät ovat havainneet, että korkeasti polymerisoidun piihapon liuos, josta poistetaan alkalimetalleja ja jossa alkalimetalliaineen konsentraatiota vähennetään huomattavasti, ei geeliydy yllättävän pitkiin aikoihin, vaikka Si02:n ja muiden vaikuttavien aineiden konsentraatio liuoksessa on korkea. Nimittäin korkeasti polymerisoidun piihapon liuos, 5 jonka alkalimetallikonsentraatiota on alennettu erittäin alhaiseksi, voidaan käyttää flokkulanttina, jonka koaguloimiskyky on hyvä ja joka lisäksi on hyvin stabiili. Esimerkiksi, kuten voidaan nähdä myöhemmin kuvatuista suoritusmuodoista, korkeasti polymerisoidun piihapon liuos, jonka Na konsentraatiota on vähennetty noin 0,1 %:iin ei geeliydy, vaikka sitä olisi varastoitu noin 18 kuukautta ja vaikka sen Si02 konsentraa-10 tio on noin 9 % ja kuitenkin sen koagulointikyky yhä on hyvin korkea. On havaittu, että keksinnön tarkoitusten mukaisesti liuoksen alkalimetallikonsentraation ei pitäisi olla enemmän kuin 0,3 %. Keksinnön mukaisen piihappoliuoksen Si02 konsentraatiota voidaan nostaa suuremmaksi kuin noin 15 % ilman, että sen stabiilisuus vähenee käyttämällä kondensointilaitetta, kuten pyörivää haihdutinta.

15

Kuten on kuvattu US-patentissa n:o 4 923 629 on toivottavaa, että korkeasti polymerisoidun piihappoliuoksen rajaviskositeetti ei ole pienempi kuin noin kaksi kertaa piihappomonomeerin viskositeetti (joka on noin 0,2 (100 ml/g», jotta sillä olisi hyvä koagulointikyky pääflokkulanttina. Kuten sitä flokkulanttia, joka on kuvattu edellä 20 olevassa patentissa, keksinnön mukaista piihappoliuosta tavallisesti käytetään flokku- . . ^ lanttina yhdessä pienen määrän metallisuolan kanssa, kuten alumiinisulfaatin tai ferriklo- » ridin, joka kykenee muodostamaan hydroksidin vedessä. Jotta stabiilisuutta vieläkin lisättäisiin, käytetään edullisesti metallisuolaa, joka kykenee tuottamaan ferri-ionin liuoksessa, kuten ferrisulfaattia, ferrikloridia tai ferrinitraattia. Ferrinitraatin käyttäminen 25 on havaittu olevan erikoisen toivottavaa.

* • '' Keksinnön kohteena on flokkulantti veden käsittelyyn, joka flokkulantti käsittää korkeasti polymeroidun piihapon ja sellaisen metallin vesiliukoisen suolan liuoksen, joka suola kykenee muodostamaan hydroksidin vedessä, jolle flokkulantille on tunnusomaista, että 30 korkeasti polymeroidun piihapon liuoksen Si02-pitoisuus ei ole pienempi kuin noin 8 %, alkalimetallin pitoisuus ei ole enemmän kuin noin 0,3 %, jota liuosta on käsitelty 4 105181 alkalimetallien poistamiseksi ja jonka rajaviskositeetti ei ole pienempi kilin noin 0,2 (100 ml/g).

Keksinnön kohteena on myös menetelmä flokkulantin tuottamiseksi veden käsittelyyn, 5 jolle on tunnusomaista, että se käsittää seuraavat vaiheet: suoritetaan alkalimetallisilikaatin vesiliuokselle ioninvaihtokäsittely alkalimetallin poistamiseksi siten, että alkalimetallipitoisuus vähennetään arvoon enintään 0,3 %, 10 polymeroidaan mainittu käsitelty liuos geelimäisen piihappoliuoksen saamiseksi, annetaan geelimäisen piihappoliuoksen seistä riittävän kauan sen muuttumiseksi taas nestemäiseksi liuokseksi, jonka rajaviskositeetti ei ole pienempi kuin noin 0,2 (100 ml/g), 15 säädetään mainitun nestemäisen liuoksen S1O2 pitoisuus arvoon, joka ei ole pienempi kuin noin 8 %, ja nestemäinen liuos sekoitetaan veteen liukenevaan metallisuolaan, joka metalli kykenee 20 muodostamaan hydroksidin vedessä.

Edullinen menetelmä keksinnön mukaisen flokkulantin tuottamiseksi on seuraavanlainen:

Alkalimetallisilikaatin, kuten natriumsilikaatin tai kaliumsilikaatin, raaka-ainetta käsitel-25 lään alkalimetallin poistamiseksi. Tässä vaiheessa ei ole olennaista säätää SiC^n konsentraatiota lähtöaineessa korkeaan konsentraatioon, kuten 8 %, vaikkakin se on *’- edullista.

Tavallisesti alkalimetallin poisto suoritetaan joko lisäämällä ioninvaihtohartsia liuokseen 30 ja poistamalla se suodattamalla sekoittamisen jälkeen tai antamalla alkalimetallisilikaatti-liuoksen kulkea ionivaihtohartsipedin läpi. Tällä käsittelyllä suuri osa alkalimetallista, 5 105181 joka on natriumia tai kaliumia, poistetaan liuoksesta ja saadaan piihapon liuos, jonka alkalimetallikonsentraatio on erittäin alhainen. Alkalimetallin konsentraatio liuoksessa säädetään arvoon enintään 0,3 %.

5 Näin saatu alhaisen alkalimetallikonsentraation liuos saatetaan kerran geelitilaan ja sen jälkeen saatetaan taas liuokseksi antamalla sen seistä. Tämä on tärkeä vaihe keksinnön mukaisen flokkulantin saamiseksi, koska on havaittu, että ainoastaan erittäin alhaisen alkalimetallikonsentraation piihappoliuos voidaan tehdä tehokkaaksi flokkulantiksi tämän nestevaiheen kautta. Piihappoliuosta, jonka alkalimetallikonsentraatio on kor-10 keampi, ei voida enää tehdä tehokkaaksi flokkulantiksi sen jälkeen kun se geeliytyy.

Piihappoliuoksen geeliytymisvaiheen ja nesteytymisvaiheen lyhentämiseksi on toivottavaa säätää liuoksen pH lähes neutraaliksi, esimerkiksi pH-arvoksi noin 6-10. Siksi, kun alhaisen alkalimetallikonsentraation liuoksella, joka saadaan poistamalla alkalimetallia, 15 on alhainen pH, on edullista lisätä pieni määrä alkalisointiainetta, kuten NaOH:ta liuokseen pH:n säätöä varten. Pienen alkalisointiaineen määrän lisäys, kuten NaOH:n lisäys, pH-arvon säätämistä varten ei olennaisesti vaikuta alkalimetallin konsentraati-oon.

20 Siten alhaisen alkalimetallikonsentraation piihappoliuoksen geeli muutetaan taas nesteeksi. Geelin nopeammaksi nesteyttämiseksi on edullista antaa geelin seistä noin t 24 tuntia lämpötilassa noin 60°C. Nesteyttämisellä saadun liuoksen viskositeetti säädetään niin, että sen rajaviskositeetti ei ole pienempi kuin 0,2(100 ml/g). Lisäksi, jos Si02:n konsentraatio liuoksessa yhä on alhainen, liuos väkevöidään käyttämällä 25 kondensointilaitetta, kuten pyörivää haihdutinta niin, että Si02:n konsentraatio ei tule vähemmäksi kuin 8 %.

Edellä olevalla menetelmällä saadaan piihapon liuos, jolla on korkea Si02 konsentraatio, korkea rajaviskositeetti ja erittäin alhainen alkalimetallikonsentraatio. Tavallisesti 30 pieni määrä suolaa, joka kykenee muodostamaan hydroksidin vedessä, kuten ferriklori-dia, ferrinitraattia tai alumiinisulfaattia, lisätään lisäksi liuokseen ja liuosta käytetään ♦ · ’ flokkulanttina veden käsittelyssä.

6 105181

Esillä olevan keksinnön edellä olevat ja muut kohteet, ominaisuudet ja edut ymmärretään selvemmin ja täydellisemmin seuraavasta edullisten suoritusmuotojen yksityiskohtaisesta kuvauksesta.

5 EDULLISTEN SUORITUSMUOTOJEN

YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

ESIMERKKI 1 10 100 g "luokan 3 vesilasin" vesiliuosta, jonka SiC>2 konsentraatio säädettiin 8,6 paino isiksi, sekoitettiin 100 g:aan "H-tyyppiseen" kationinvaihtohartsiin ja sekoitettiin 5 minuuttia. Sekoittamisen jälkeen ja sen jälkeen kun kationinvaihtohartsi oli poistettu suodattamalla, saatiin 60 g piihappoliuosta, jonka Na konsentraatio oli 0,02 paino- %.

15 Liuoksen pH säädettiin arvoon 8,8 lisäämällä 2 ml ΙΝ-NaOH siihen ja sekoittamalla. Liuoksen viskositeetti nousi nopeasti ja liuos geeliytyi noin 30 sekunnissa NaOH lisäyksen jälkeen.

Geeli muutettiin taas nesteeksi antamalla sen seistä 24 tuntia astiassa, jonka sisälämpötila 20 pidettiin arvossa 60°C. Nesteyttämisellä saatiin korkeasti polymeroitu piihappoliuos, . . jonka S1O2 konsentraatio oli 7,9 % ja Na konsentraatio 0,10 %. Liuoksen rajavis- kositeetti ja keskimääräinen molekyylipaino määritettiin käyttämällä Ubbelohde-vis-kosimetriä ja molekyylipainon fraktiointimenetelmää ultrasuodattimilla. Rajaviskositeetti oli 0,29 (100 ml/g) ja keskimääräinen molekyylipaino noin 280,000 (g/mol).

25 ESIMERKKI 2 • « 100 g "luokan 3 vesilasin" vesiliuosta, jonka S1O2 konsentraatio säädettiin 9,0 %:ksi, , sekoitettiin 200 g:aan "H-tyyppistä" kationinvaihtohartsia ja sekoitettiin 5 minuuttia.

30 Sekoittamisen ja kationinvaihtohartsin poistamisen jälkeen suodattamalla, saatiin 90 g piihapon liuosta, jonka SiC^ konsentraatio oli 9,0 % ja Na konsentraatio 0,01 paino-%.

7 · 105181 '

Liuoksen pH säädettiin arvoon 8,8 lisäämällä 3,0 ml lN-NaOH siihen ja sekoittamalla. Liuos geeliytyi 30 sekunnissa NaOH lisäyksen jälkeen. Geeli nesteytettiin antamalla sen seistä 24 tuntia astiassa, joka sisälämpötilaa pidettiin arvossa 60°C.

5 Liuos, joka saatiin geelin nesteyttämisellä edellä olevalla tavalla, varastoitiin vielä astiassa, joka sisälämpötila pidettiin arvossa 20°C 18 kuukautta. Määritettiin samoilla menetelmillä kuin esimerkissä 1, että Si02 konsentraatio, Na konsentraatio, rajavis-kositeetti ja liuoksen keskimääräinen molekyylipaino 18 kuukauden varastoimisen jälkeen olivat seuraavat: 10 Si02.......................................... 8,7 %

Na konsentraatio.......................... 0,084 %

Rajaviskositeetti........................... 00,27 (100 ml/g)

Keskimääräinen molekyylipaino..... noin 270,000 (g/mol) 15 ESIMERKKI 3 2 kg "luokan 3 vesilasin" vesiliuosta, jonka Si02 konsentraatio säädettiin 8,6 %:ksi, sekoitettiin 2 kg:aan "H-tyyppistä" kationinvaihtohartsia ja sekoitettiin 5 minuuttia. Sekoittamisen ja kationinvaihtohartsin poistamisen jälkeen suodattamalla, saatiin 1,8 kg 20 piihapon liuosta, jonka Si02 konsentraatio oli 8,0 % ja Na konsentraatio 0,02 paino-%.

, Liuoksen pH:n säätämiseksi lisättiin 60 ml ΙΝ-NaOH liuokseen. Liuos geeliytyi 30 sekunnissa NaOH lisäyksen jälkeen. Geeli nesteytettiin antamalla sen seistä 24 tuntia astiassa, joka sisälämpötilaa pidettiin arvossa 60°C. Nesteyttämisellä saatu piihapon liuos väkevöitiin vielä käyttämällä pyörivää haihdutinta konsentraation lisäämiseksi 2,5 25 kertaa. (Pyörivää haihdutinta käytettiin lämpötilassa 75°C, kierrosluvulla 40 rpm ja paineessa 20-150 mmHg).

• ·

Si02 konsentraatio, Na konsentraatio, rajaviskositeetti ja piihappoliuoksen keskimääräinen molekyylipaino väkevöimisen jälkeen olivat seuraavat: 30 9 % 8· 105181

Si02.......................................... 18,8 %

Na konsentraatio.......................... 0,26 %

Rajaviskositeetti........................... 0,28 (100 ml/g)

Keskimääräinen molekyylipaino..... noin 280,000 (g/mol) 5 ESIMERKKI 4 1 kg "luokan 3 vesilasin" vesiliuosta, jonka Si02 säädettiin 4,3 %:ksi, annettiin kulkea pedin läpi, jonka korkeus oli 32 cm "H-tyyppistä" kationinvaihtohartsia, joka oli asetettu 10 suodatinsylinteriin, jonka sisähalkaisija oli 5 cm kulkunopeudella 2 m/h. Saatiin 900 g suodosta, jonka S1O2 konsentraatio oli 3 % ja Na konsentraatio 0,004 %. Suodokseen lisättiin 8 ml ΙΝ-NaOH sekoittamalla käyttämällä magneettisekoittajaa niin, että pH-arvo säädettiin arvoon 8,8. Liuoksen annettiin seistä lämpötilassa 20°C. Liuoksen viskositeetti nousi vähitellen ja liuos geeliytyi 13 tunnissa seisottamisen alkamisesta. Geeli nesteytet-15 tiin antamalla sen seistä edelleen 24 tuntia astiassa, jonka sisälämpötila pidettiin arvossa 60°C. Nesteytetty liuos väkevöitiin käyttämällä pyörivää haihdutinta konsentraation lisäämiseksi kaksi kertaa. (Pyörivää haihdutinta käytettiin lämpötilassa 75°C kierrosluvulla 40 rpm ja paineella 20-150 mmHg).

20 SiC>2 konsentraatio, Na konsentraatio, rajaviskositeetti ja konsentraatioliuoksen keskimääräinen molekyylipaino olivat seuraavat: m m

Si02.......................................... 8,6 %

Na konsentraatio.......................... 0,048 % 25 Rajaviskositeetti........................... 0,23 (100 ml/g)

Keskimääräinen molekyylipaino..... noin 260,000 (g/mol) ψ.

• « ESIMERKKI 5 30 500 g kaliumsilikaation vesiliuosta, jonka Si02 konsentraatio säädettiin 8,6 %:ksi, sekoitettiin 500 g:aan "H-tyyppistä" kationinvaihtohartsia ja sekoitettiin 5 minuuttia 9 105181 käyttämällä magneettisekoittajaa. Sitten kun kationinvaihtoharsi oli poistettu suodattamalla, 14 ml ΙΝ-NaOH lisättiin liuokseen. Liuoksen viskositeetti nousi nopeasti ja liuos geeliytyi 30 sekunnissa NaOH lisäyksen jälkeen. Geeli nesteytettiin antamalla sen seistä 20 tuntia astiassa, jonka sisälämpötilaa pidettiin arvossa 60°C.

5

Nesteytetyn liuoksen S1O2 konsentraatio, kaliumkonsentraatio, rajaviskositeetti ja keskimääräinen molekyylipaino määritettiin seuraaviksi: S1O2.......................................... 8,4 % K konsentraatio............................ 0,076 % 10 Rajaviskositeetti........................... 0,29 (100 ml/g)

Keskimääräinen molekyylipaino..... noin 280,000 (g/mol) ESIMERKKI 6 15 Yhdistämällä polymerisoitu esimerkissä 3 saatu piihappo kolmeen erilaiseen metal-lisuolaan (ferrikloridi, ferrinitraatti ja ferrisulfidi), valmistettiin 12 flokkulointinäytettä, joiden vaikuttavien komponenttien (S1O2 + Fe20^) konsentraatiot olivat 10,0 %, 12,5 %, 15,0 % tai 17,5 % seuraavalla tavalla: 20 Esimerkissä 3 valmistettu polymeroidun piihapon liuos jaettiin 12 näytteeksi (näytteet 1-. ; 12). Jokaiseen näytteeseen lisättiin tislattua vettä ja metallisuolaa. Tämä tarkoittaa sitä, että ferrikloridia lisättiin ensimmäisen ryhmän neljään näytteeseen (näytteet 1-4), ferrinitraattia lisättiin toisen ryhmän neljään näytteeseen (näytteet 5-8) ja ferrisulfaattia lisättiin kolmannen ryhmän neljään näytteeseen (näytteet 9-12) niin, että Si:Fe moolisuh-25 de jokaisessa näytteessä oli 3:1.

ESIMERKKI 7

Esimerkissä 5 saatu polymerisoidun piihapon liuos jaettiin kolmeksi näytteeksi (näytteet 30 13-15). Jokaiseen näytteeseen lisättiin tislattua vettä ja erilaista metallisuolaa, ts. näyte 13 (ferrikloridia), näyte 14 (ferrinitraattia) ja näyte 15 (ferrisulfaattia) niin, että Si:Fe ··.

t 10 105181 moolisuhde ja vaikuttavien komponenttien (SiC>2 + Fe2C>3) kokonaiskonsentraatio jokaisessa näytteessä oli 3:1 vast. 10 %.

ESIMERKKI 8 (VERTAILUN VUOKSI) 5

Valmistettiin kolme näytettä vertailun vuoksi käyttämällä korkeasti polymeroidun piihapon liuosta, josta ei poistettu alkalimetallia ja jonka vaikuttavien aineiden kokonaiskonsentraatio oli korkea, seuraavalla tavalla: 10 640 g "luokan 3 vesilasin" vesiliuosta, jonka SiC>2 konsentraatio säädettiin 11,0 %:ksi sekoitettiin 160 ml:aan 5,4 N-HC1 sekoittaen. Saatiin 800 g piihappoliuosta, jonka pH oli 2,0 ja Si(>2 konsentraatio 8,8 %. Liuos polymerisoitiin hitaasti sekoittaen 30 minuuttia astiassa, jonka lämpötilaa pidettiin arvossa 60°C. Saatiin polymerisoidun piihapon liuos, jonka rajaviskositeetti oli 0,30 (100 ml/g) ja keskimääräinen molekyyli-15 paino noin 350,000 (g/mol).

Siten saatu piihapon liuos, jonka Na konsentraatiota ei pienennetty, jaettiin kolmeksi näytteeksi (näytteet 16-18). Jokaiseen näytteeseen lisättiin eri metallisuolaa eli, näyte 16 (ferrikloridi), näyte 17 (ferrinitraatti) ja näyte 18 (ferrisulfaatti) niin, että jokaisen 20 näytteen Si:Fe moolisuhde oli 3:1 ja vaikuttavien aineiden (SiC>2 + ^2^3) kokonais-. . konsentraatio 10 %.

KOE-ESIMERKKI 1 25 18 flokkulanttinäytteelle (näytteet 1-18), jotka oli valmistettu esimerkissä 6, esimerkissä 7 ja esimerkissä 8, tehtiin testi geeliytymisaikojen määrittämiseksi pitämällä niitä kahdessa astiassa, joiden lämpötilat pidettiin vakioina arvossa 60°C ja vast. 20°C.

%

Kokeen tulos on mainittu taulukossa 1.

30 11 105181 TAULUKKO 1 Näyte Lisätty Moolisuhde Kons.(%) pH Geeliytymis- (h)

No. suola (Si:Fe) (Si02+Fe203) aika (60°C) (20°C) 1 FeCl3 3:1 10,0 1,5 110 8800 2 " " 12,5 1,3 95 6000 3 " " 15,0 1,3 50 2650 4 " " 17,5 1,2 39 1100 10 5 Fe(N03)3 " 10,0 1,1 360 >12000 6 " " 12,5 0,9 190 8800 7 ” " 15,0 0,8 90 3850 8 " " 17,5 0,6 48 2400 9 Fe/S04)3 " 10,0 1,3 35 1100 15 10 " " 12,5 1,1 20 120 11 " " 15,0 1,0 10 50 12 " " 17,5 0,9 8 25 13 FeCl3 " 10,0 1,4 95 >4300 14 Fe(N03)3 " " 1,1 240 >4300 20 15 Fe(S04)3 " " 1,3 35 1100 16 FeCl3 " 10,0 1,5 2 30 V 17 Fe(N03)3 ” " 1,1 4 50 18 Fe(S04)3 " " 1,3 0,5 6 25 Kuten taulukosta 1 voidaan nähdä, keksinnön mukaiset flokkulantit, jotka sisältävät piihappoliuosta, josta alkalimetallia on poistettu (näytteet 1-15) olivat erinomaisen . tt stabiileja, kun vaikuttavien aineiden kokonaiskonsentraatio oli 10 % tai enemmän, kun taas flokkulanttien, jotka sisältävät piihappoliuosta, joista ei ollut poistettu alkalimetallia * (näytteet 16-17) geeliytymisajat eivät olleet enemmän kuin useita kymmeniä tunteja 30 lämpötilassa 20°C, kun vaikuttavien aineiden konsentraatio oli 10 %. Varsinkin keksinnön mukaiset flokkulantit, jotka sisältävät FeCl3 tai Fe(N03)3 metallisuolana, • · · 12· 105181 jäivät stabiileiksi geeliytymättä noin 1000-4000 tunniksi lämpötilassa 20°C, vaikka vaikuttavien aineiden kokonaiskonsentraatio oli hyvin korkea, kuten 15,0-17,5 %.

Sitten näytteiden 1-15 flokkulanteille tehtiin täry testejä koagulointikyvyn varmistamiseksi 5 seuraavalla tavalla:

Jokainen flokkulanttinäyte kaadettiin sekoittaen testiveteen, jonka turbidisuus on 100°, alkalisuus 60 mg/1 (ainetta CaC03) ja pH 7,5, joka valmistettiin lisäämällä kaoliinia ja NaHCC>3 tislattuun veteen. Flokkulanttia käytettiin nopeudella 2,0 mg/1 Fe:nä ja 10 sekoitettiin 7 minuuttia nopeudella 120 rpm (alussa) ja 30 rpm (3 minuuttia lähdön jälkeen). Ajankohta, jolloin flokkeja ilmestyi sekoittamisen alkamisesta, flokkien keskimääräinen koko ja käsitellyn veden turbidisuus on esitetty taulukossa 2.

TAULUKKO 2 15 Näyte Flokkien ilmentymis- Keskimääräinen Veden turbidisuus

No. aika (sek.) flokkikoko (mm) (aste) 1 30 2,0-5,0 0,6 2 30 2,0 - 5,0 0,8 20 3 30 2,0 - 5,0 0,6 4 30 2,0 - 5,0 0,8 5 30 2,0 - 5,0 0,6 6 30 2,0- 5,0 0,8 7 30 2,0 - 5,0 0,8 25 8 30 2,0 - 5,0 0,7 9 30 2,0 - 5,0 0,7 10 30 2,0 - 5,0 0,8 Ψ 11 30 2,0 - 5,0 0,6 12 30 2,0 - 5,0 0,8 30 13 30 2,0 - 5,0 0,7 14 30 2,0 - 5,0 0,9 15 30 2,0 - 5,0 0,6 13 105181

Kuten voidaan nähdä taulukosta 2 varmistui, että keksinnön mukaisilla flokkulanteilla oli erinomaiset tulokset mitä tulee flokkien ilmentymisaikaan, flokkien kokoon ja veden turbidisuuteen käsittelyn jälkeen.

5 KOE-ESIMERKKI2

Esimerkissä 2 saadulle flokkulantille, jota varastoitiin 18 kuukautta valmistamisen jälkeen, tehtiin tärykoe sen koagulointikyvyn varmistamiseksi pitkän ajan varastoinnin jälkeen seuraavalla tavalla: 10 100 g flokkulanttia, jonka Si:Fe moolisuhde oli 3:1 ja vaikuttavien aineiden (SiC>2 + 17¾¾) kokonaiskonsentraatio 10 % valmistettiin lisäämällä 10,4 g ferriklori-dia (FeCl-j · 6H2O) ja vettä polymerisoidun piihapon liuokseen, joka oli saatu esimerkissä 2.

15

Flokkulantti kaadettiin testiveteen, jonka turbidisuus oli 100 astetta, alkalisuus 60 mg/I (CaCC^) ja pH 7,5, joka valmistettiin lisäämällä kaoliinia ja NaHCC^ tislattuun veteen. Flokkulantin kaatonopeus oli 20 mg/1 Fe:nä ja sekoittamista suoritettiin 7 minuuttia nopeudella 120 rpm (alussa) ja 30 rpm (3 minuuttia käynnistämisen jälkeen). Flokkien 20 ilmentymisaika, keskimääräinen flokkien koko ja käsitellyn veden turbidisuus 5 minuuttia sekoittamisen lopettamisen jälkeen olivat seuraavat:

Flokkien ilmentymisaika..............................30 (sek)

Keskimääräinen flokkikoko......................... 2,0 - 5,0 (mm) Käsitellyn veden turbidisuus........................ 0,6 (aste).

25

Siten varmistui, että myös esimerkissä 2 valmistetun flokkulantin koagulointikyky, jota * ..

oli varastoitu 18 kuukautta oli erinomainen.

14 105181 KOE-ESIMERKKI 3

Koe suoritettiin flokkulantin koagulointikyvyn varmistamiseksi, joka käsittää polyme-risoitua piihapon liuosta, joka on valmistettu menetelmällä, jossa ei lisätty alkalista 5 ainetta pH:n säätämiseksi seuraavalla tavalla: 100 g "luokan 3 vesilasin" vesiliuosta, jonka SiC>2 konsentraatio oli 8,6 %, sekoitettiin 50 g:aan "H-tyyppistä" kationinvaihtohartsia ja sekoitettiin 5 minuuttia magneettisekoit-tajalla. 90 g piihapon liuosta, jonka SiC>2 konsentraatio oli 8,6 %, Na konsentraatio 10 0,14 % ja pH 9,3, saatiin poistamalla kationinvaihtohartsia suodattamalla sekoittamisen lopettamisen jälkeen. Saatu liuos geeliytyi noin 10 minuutin jälkeen huoneen lämmössä 20°C. Geeli nesteytettiin antamalla sen seistä 24 tuntia astiassa, jonka sisälämpötila pidettiin vakiona 60°C. Näin saadun polymerisoidun piihappoliuoksen rajaviskositeetti oli 0,23 (100 ml/g) ja keskimääräinen molekyylipaino noin 240,000.

15 100 g flokkulanttia, jonka Si:Fe moolisuhde oli 3:1 ja tehokkaiden komponenttien (SiC>2 + F^Os) kokonaiskonsentraatio oli 10 %, valmistettiin lisäämällä 10,4 g ferrikloridia (FeC^ · 6H2O) ja vettä 80,6 g:aan polymerisoidun piihapon edellä olevaan liuokseen.

20 . , Flokkulantin koagulointikyky määriteltiin tärykokeella. Flokkulanttia nimittäin kaadettiin testiveteen, jonka turbidisuus on 100°, alkalisuus 60 mg/1 (CaCC^) ja pH 7,5, ja valmistettiin lisäämällä kaoliinia ja NaHCOj tislattua vettä ja sekoittamalla. Flokkulantin kaatonopeus oli 2,0 mg/1 ja sekoitus suoritettiin 7 minuutissa nopeudella 120 rpm 25 (alussa) ja 30 rpm (3 minuuttia käynnistyksen jälkeen). Flokkien ilmestymisaika, keskimääräinen flokkikoko ja käsitellyn veden turbidisuus olivat seuraavat: r

Flokkien ilmentymisaika..............................30 (sek)

Keskimääräinen flokkikoko......................... 2,0-5,0 (mm) ,

Veden turbidisuus..................................... 0,6 (astetta).

30 15 105181

Siten vahvistettiin, että edellä olevalla menetelmällä valmistetulla flokkulantilla on erinomainen koagulointikyky.

KOE-ESIMERKKI 4 5

Seuraava koe suoritettiin tarkoituksella selventää polymerisoidun piihappoliuoksen erilaisia ominaisuuksia kun alkalimetallin konsentraatiota liuoksessa vaihdellaan.

2 kg "luokan 3 vesilasin" vesiliuosta, jonka S1O2 konsentraatio säädettiin 9,0 %:ksi, 10 käsiteltiin poistamalla alkalimetallia sekoittamalla se 3 kg:aan "H-tyyppistä" kationin-vaihtohartsia ja sekoittamalla 5 minuuttia.

Kationinvaihtohartsin poistamisen jälkeen suodattamalla, saatiin 1,8 kg piihappoliuosta, jonka SiC>2 konsentraatio oli 9,0 % ja Na konsentraatio 0,01 %. Liuos jaettiin 11 15 näytteeksi. Kun oli lisätty eri määriä natriumhydraattia jokaiseen näytteeseen, niin pH, Si02 konsentraatio ja Na konsentraatio määriteltiin. Näytteiden annettiin seistä huoneenlämmössä 20°C niiden geeliytymisajan määrittämiseksi. Kahdeksan näytettä geeliytyi 30 minuutissa ja kolme näytettä ei geeliytynyt 24 tunninkaan jälkeen. Sekä geelit että liuokset, jotka eivät geeliytyneet, saivat seistä vielä 24 tuntia astiassa, jonka lämpötila 20 pidettiin vakiona 60°C. 24 tunnin jälkeen seisomisen alkamisesta lämpötilassa 60°C . havaittiin, että kahdeksan geelinäytettä oli muuttunut nesteeksi ja ne muut kolme liuosnäytettä olivat geeliytyneet. Nesteytyneet näytteet analysoitiin niiden rajaviskositee-tin ja keskimääräisen molekyylipainon määrittämiseksi. Tulokset on esitetty taulukossa 3.

25 TAULUKKO 3 16 105181 Näyte S1O2 Na Geeliytymis- Tilanne 24 tun- Rajavisk. Keskimääräi-

No. kon. kon. aika lämpö- nin jälkeen (100 ml/g) ren molekyyli- 5 (%) (%) tilassa 20°C lämpötilassa paino (min.) 60°C (g/mol) 1 8,6 0,041 1 liuos 0,48 640000 2 8,6 0,051 1 liuos 0,42 580000 10 3 8,6 0,062 1 liuos 0,37 500000 4 8,6 0,108 1 liuos 0,23 260000 5 8,6 0,154 10 liuos 0,21 220000 6 8,6 0,185 10 liuos 0,20 200000 7 8,6 0,200 30 liuos 0,18 170000 15 8 8,6 0,291 30 liuos 0,14 90000 9 8,6 0,449 ei geeliyty- geeli tynyt 24 tunnissa 20 10 8,6 0,514 ei geeliyty- geeli nyt 24 tunnissa 11 8,6 0,980 ei geeliyty- geeli 25 nyt 24 tun- . . nissa

Kuten voidaan nähdä taulukosta 3, havaittiin, että liuoksilla, joiden Na konsentraatio 30 ylittää noin 0,3 %, ei ole sitä ominaisuutta, että ne muuttuu geelistä nesteeksi, mikä on tarpeen tässä keksinnössä.

* •«

Olisi ymmärrettävä, että vaikkakin esillä olevan keksinnön edullisia suoritusmuotoja on esitetty tässä hyvin yksityiskohtaiseksi, alan ammattihenkilöt voivat tehdä useita 35 modifiointeja, muutoksia ja sovellutuksia ja tässä on tarkoitettu kattamaan kaikki ne modifioinnit, muutokset ja sovellutukset, jotka ovat oheenliitettyjen patenttivaatimusten rajoissa.

Claims (5)

1. Flokkulantti veden käsittelyyn, joka flokkulantti käsittää korkeasti polymeroidun piihapon ja sellaisen metallin vesiliukoisen suolan liuoksen, joka suola kykenee muodos-5 tamaan hydroksidin vedessä, tunnettu siitä, että korkeasti polymeroidun piihapon liuoksen Si02-pitoisuus ei ole pienempi kuin noin 8 %, sen alkalimetallipitoisuus ei ole enemmän kuin noin 0,3 %, jota liuosta on käsitelty alkalimetallien poistamiseksi ja jonka rajaviskositeetti ei ole pienempi kuin noin 0,2 (100 ml/g).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen flokkulantti veden käsittelyyn, tunnettu siitä, että flokkulantissa metallin veteen liukeneva suola, joka metalli kykenee muodostamaan hydroksidin vedessä, valitaan ryhmästä, johon kuuluu ferrinitraatti, ferrikloridi ja ferrisulfaatti.

3. Menetelmä flokkulantin tuottamiseksi veden käsittelyyn, tunnettu siitä, että se käsittää seuraavat vaiheet: suoritetaan alkalimetallisilikaatin vesiliuokselle ioninvaihtokäsittely alkalimetallin poistamiseksi siten, että alkalimetallipitoisuus vähennetään arvoon enintään 0,3 %, 20 . . polymeroidaan mainittu käsitelty liuos geelimäisen piihappoliuoksen saamiseksi, annetaan geelimäisen piihappoliuoksen seistä riittävän kauan sen muuttumiseksi taas nestemäiseksi liuokseksi, jonka rajaviskositeetti ei ole pienempi kuin noin 0,2 25 (100 ml/g), säädetään mainitun nestemäisen liuoksen SiC>2 pitoisuus arvoon, joka ei ole pienempi t kuin noin 8 %, 30 ja nestemäinen liuos sekoitetaan veteen liukenevaan metallisuolaan, joka metalli kykenee muodostamaan hydroksidin vedessä. 105181

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä flokkulantin tuottamiseksi veden käsittelyyn, tunnettu siitä, että metallin veteen liukeneva suola, joka metalli kykenee muodostamaan hydroksidin vedessä, valitaan ryhmästä, johon kuuluu ferrinitraatti, ferrikloridi ja ferrosulfaatti.

5 is' 105181