FI117162B - Suodatinmateriaali - Google Patents

Description

1 117162

SUODATINMATERIAALI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty suodatinmateriaali, patenttivaatimusten 7 ja 9 johdanto-osissa määritellyt mene-5 telmät, patenttivaatimuksen 13 johdanto-osassa määritelty suodatinpatruuna ja patenttivaatimuksessa 15 määritelty käyttö.

TUNNETTU TEKNIIKKA

10 Fosforin kulkeutuminen esimerkiksi maanvilje lijöiden pelloilta vesistöön kuten järviin ja mereen aiheuttaa huomattavia ympäristöongelmia. Liiallinen fosforin pitoisuus vesistössä aiheuttaa esimerkiksi vesistön rehevöitymistä.

15 Entuudestaan on tunnettua muodostaa maa- alueille niin sanottuja suojavyöhykkeitä, joilla pyritään estämään pintaveden mukana kulkeutuvan fosforin pääsy esimerkiksi j ärviin j a mereen. Suoj avyöhyke on esimerkiksi pellolle, järven, joen tai puron varrelle 20 perustettu heinämaisen kasvillisuuden peittämä alue. Suojavyöhykkeiden tarkoituksena on vähentää maa- mm m • *: aineksen, ravinteiden ja muiden haitallisten aineiden : kulkeutumista esimerkiksi pelloilta vesistöön ja pöh- • mm m • javeteen.

φ · * -* • · · .···. 25 Entuudestaan tunnetaan lisäksi maasuodattimen • * ; ", käyttö jätevesien käsittelyssä. Maasuodattimen toimin-

♦ « I

"I.* ta perustuu siihen, että puhdistettava vesi kulkee * *** usean eri materiaaleista koostuvan kerroksen läpi, jolloin vedessä olevat epäpuhtaudet sitoutuvat materi- mmm ••l : 3 0 aalikerroksiin veden puhdistuessa. Ongelmana maa- suodattimen käytön kohdalla on sen varsin monimutkai-. nen, kallis ja suuren pinta-alan vaativa rakenne sekä mmm ,*··, erityisesti fosforin huono sitoutuminen suodatinker- • * *·* roksiin.

l ** 35 Patentista FI 113246 tunnetaan poltetusta kalkista ja/tai dolomiitista sekä rautapitoisesta kip- 2 117162 sistä valmistettu suodinrae, jota käytetään fosforiyh-disteiden poistamiseksi jätevedestä suodattamalla jätevettä. Ongelmana mainitun suodinrakeen käytön kohdalla on, että mainittu suodinrae pehmenee kosketuk-5 sessa veden kanssa, jolloin suodinrakeen muoto muuttuu ja suodinmassa menee kasaan. Kasaan menneen suodinmassan vedenläpäisykyky heikentyy huomattavasti, jolloin se ei poista puhdistettavassa vedessä olevaa fosforia.

10 Entuudestaan tiedetään edelleen, että kal siumin läsnäololla kevytsorassa on mahdollista aikaansaada suodatinaine, joka pidättänee eli poistanee fosforia vedestä.

Entuudestaan tunnetaan edelleen suodatusaine 15 (Filtralite), jota on käytetty esimerkiksi biokalvon tarttumisaineena biologisissa prosesseissa ja mekaanisena suodatusaineena hiukkasten poistamiseksi. Suoda-tusainetta on edelleen käytetty nitrifikaatioproses-sissa, esi- ja jälkikäsittelyssä nitraattien poistami-20 sessa sekä pistemäisen orgaanisen aineksen poistamisessa. Mainittua suodatusainetta on käytetty maa- . suodattimen yhteydessä, jolloin suodatusaineen sekaan · * : ·' on sekoitettu kalkkia. Entuudestaan tunnetun suodatus- • » ϊ.: : aineen ongelmana etenkin fosforin poistamisessa on « 25 kuitenkin ollut se, ettei kalsiumia ole saatu sidottua tarpeeksi hyvin kevytsoraan vaan se huuhtoutuu suoda-: tettavan veden mukana. Edelleen mainitun suodatusai-

Ml 9 neen fosforinpidättämisteho on heikko ja mainitun suo- datusaineen kohdalla puhdistettavan veden viipymäaika : ,·. 30 on pitkä.

*** * II·* Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on * · "Γ poistaa edellä mainitut epäkohdat.

9

Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uusi, yksinkertainen ja erittäin tehokas suoda-35 tinmateriaali vedessä olevan fosforin poistamiseksi.

* ·* · Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin mene telmät mainitun suodatinmateriaalin valmistamiseksi, 3 117162 suodatinpatruuna sekä suodatinmateriaalin käyttö vesien, kuten jätevesien ja valumavesien, puhdistuksessa.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

5 Keksinnön mukaisille suodatinmateriaalille, menetelmille, suodatinpatruunalle ja käytölle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa.

Keksintö perustuu suoritettuun tutkimustyöhön, jossa yllättäen havaittiin, että on mahdollista 10 aikaansaada erittäin tehokas suodatinmateriaali vedes sä, esimerkiksi valumavedessä kuten salaojavedessä tai missä tahansa muussa puhdistettavassa vedessä, olevan fosforin poistamiseksi käyttämällä suodatinmateriaalin valmistuksessa kevytsoraa, kalsiumhydroksidia ja vettä 15 ja sekoittamalla näitä komponentteja suodatinmateriaa lin valmistuksen aikana jauhamalla. Yllättäen jauhamalla kyettiin lisäämään suodatinmateriaalin valmistuksessa käytettyjen komponenttien aktiivisuutta, jolloin saatiin kalsium, jolla tiedetään olevan kyky si-20 toa fosforia, erittäin tehokkaasti sitoutumaan kevytsoraan. Edelleen jauhamalla aikaansaatiin yllättäen :**]: suodatinmateriaalille sementinomainen rakenne, joka • tuo suodatinmateriaalille hyvän kulutuskestävyyden.

♦ ·* # . Fosforilla tarkoitetaan liukoista fosforia, .···. 25 fosforiyhdistettä ja/tai mitä tahansa muuta fosforia • · vapaana ja/tai sitoutuneena sisältävää komponenttia.

*”.* Erityisesti fosforilla tarkoitetaan liukoista fosfo- • ♦ ’*··’ ria.

Kevytsoralla tarkoitetaan esimerkiksi leca-: 30 soraa (Light Expanded Clay Aggregates) , LWA-soraa * * * (Light Weight Aggregates) ja/tai mitä tahansa muuta . samanlaista kevytsoramaista rakennetta.

+ * * .···, Kevytsora voi olla esimerkiksi suomalaisesta • * savilaadusta valmistettua kevytsoraa, joka ominaisuuk- • · : **· 35 siltaan on erittäin kevyttä ja hitaasti vettyvää.

«·♦«· • · 4 117162

Suodatinmateriaalin valmistuksessa käytettävä kevytsora voi olla kevytsorapölyä, kevytsoramurskaa, kevytsoraraetta ja/tai mitä tahansa muuta kevytsora-partikkelia suodatinmateriaalin käyttökohteesta riip-5 puen. Käytetyn kevytsoran rakenteen mukaisesti voi muodostettu suodatinmateriaali olla esimerkiksi semen-tinomaisen seoksen muodossa, suodatinrakeen muodossa ja/tai missä tahansa muussa veden puhdistamiseen sopivassa muodossa.

10 Esillä olevan keksinnön mukaisen suodatinma- teriaalin valmistuksessa voidaan käyttää 8-60 painoprosenttia kevytsoraa, 25 - 90 painoprosenttia kal-siumhydroksidia ja 1 - 40 painoprosenttia vettä, edullisesti 10 - 50 painoprosenttia kevytsoraa, 4 0 - 75 15 painoprosenttia kalsiumhydroksidia ja 5 - 15 painoprosenttia vettä.

Esillä olevan keksinnön mukaisen suodatinma-teriaalin raekokoa, tilavuuspainoa, fosforinpidätysky-kyä ja/tai kulutuksenkestävyyttä voidaan säätää sovel-20 luskohteen mukaan.

Suodatinmateriaalin raekoko voi olla tyypil- ... lisesti 0,001 - 80 millimetriä, edullisesti 0,05 - 50 » * « • ·’ millimetriä ja edullisemmin 2-20 millimetriä suoda- * * : tinmateriaalin käyttökohteesta riippuen.

25 Suodatinmateriaalin tilavuuspainoa voidaan säätää esimerkiksi muuttamalla käytettävän kevytsoran raekoon ja sen pinnalle muodostuvan suoda ti npinnanmää- ;"*« rän suhdetta. Suodatinmateriaali voi olla esimerkiksi * * * vedessä kelluvaa, keijuvaa tai se voi olla vettä pai- : 3 0 navampaa. Suodatinmateriaalin tilavuuspaino voi olla * # “!/ esimerkiksi 200 - 1300 kg/m3, edullisesti 400 - 1000 ·;·' kg/m3.

:.*.ϊ Suodatinmateriaalin fosforinpidätyskykyä eli : suodatustehoa voidaan säätää esimerkiksi muuttamalla ft»» *·* 35 kevytsorarakenteen suodat inpinnan ominaispinta-alaa • · · sekä muuttamalla vapaan kalsiumin määrää suodatinmate-riaalissa. Lisättäessä vapaan kalsiumin määrää suoda- 5 117162 tinmateriaalissa on otettava huomioon, että se vähentää suodatinmateriaalin sementtimaista ominaisuutta. Suodatinmateriaalin sementtimainen ominaisuus tekee siitä erittäin kestävän veden virtauksen kuluttavaa 5 vaikutusta vastaan. Toisin sanoen vapaan kalsiumin määrä suodatinmateriaalissa vaikuttaa suodatinmateriaalin fosforinpidätyskykyyn sekä suodatinmateriaalin lujuuteen.

Suodatinmateriaalin fosforinpidätyskykyä ja 10 fosforinpidätyskapasiteettia voidaan edelleen lisätä kasvattamalla puhdistettavan veden viipymää suodatinmateriaalissa ja vastaavasti kasvattamalla suodatinma teriaalin määrää suodatinyksikössä.

Keksinnön mukainen suodatinmateriaali voidaan 15 valmistaa menetelmällä, joka käsittää vaiheet, joissa: a) kostutetaan kevytsoramurskaa ja/tai -raesekoitusta vedellä, b) jauhetaan kostutettua kevytsoramurskaa ja/tai -raesekoitusta, 20 c) lisätään jauhettuun kevytsoramurskaan ja/tai -raesekoitukseen kalsiumhydroksidia samalla jatkaen jauhamista.

: V Kevytsoraraesekoituksella tarkoitetaan eri * * :.· * tai saman kokoisista kokonaisista kevytsorarakeista : 25 muodostuvaa sekoitusta.

Kevyt soramurska ja/tai -raesekoitus voidaan ·* · • kostuttaa esimerkiksi upottamalla kevyt soramurska *·· · .··*. ja/tai -raesekoitus veteen tai sekoittamalla vettä ke- • · vytsoran sekaan kevytsorassa olevien huokosten täyttä- . #·β 30 mi seksi vedellä. Kevyt soramurskan ja/tai -raesekoi- *;·.* tuksen kostuttamisen jälkeen voidaan haluttaessa yli- • · *·;·’ määräinen vesi poistaa esimerkiksi valuttamalla ja/tai kuivaamalla. Haluttaessa voidaan kevytsoramurska ;***: ja/tai -raesekoitus sihdata ylimääräisen veden poista- ··· 35 miseksi.

* 9 • 1« * . Kostuttamisen jälkeen voidaan kevytsoramurs kaa ja/tai -raesekoitusta jauhaa kevytsorapartikkelei- 117162 s den aktivoimiseksi. Jauhamisella tarkoitetaan, että kevytsoraa, sekä mahdollisesti muita komponentteja, sekoitetaan voimakkaasti esimerkiksi hierotaan, kitka-jauhetaan, hankausjauhetaan ja/tai muulla tavalla voi-5 makkaasti sekoitetaan riittävän ajanjakson ajan. Kuten edellä on mainittu perustuu keksintö havaintoon, että sekoittamalla kevytsoraa jauhamalla riittävän ajanjakson ajan aktivoituvat, esimerkiksi varautuvat, sen partikkelit siten, että ne reagoivat huomattavan hyvin 10 kevytsoran sekaan lisätyn kalsiumhydroksidin kanssa, jolloin muodostuu sidoksia kalsiumin ja kevytsorapar-tikkeleiden välille. Edelleen jauhamisen seurauksena kevytsorapartikkeleista irtoaa pölymäisiä erittäin reaktiivisia hiukkasia, jotka edelleen edistävät kal-15 siumhydroksidin ja kevytsoran reagointia. Kevytsora-murskaa ja/tai -raesekoitusta voidaan jauhaa missä tahansa sinänsä tunnetussa sekoittajassa, jossa voidaan aikaansaada riittävän voimakas jauhaminen. Kostutettua kevytsoramurskaa ja/tai -raesekoitusta voidaan jauhaa 20 esimerkiksi 0-40 minuutin ajan, edullisesti 5 - 30 minuutin ajan ja edullisimmin noin 10 minuutin ajan.

„ , Jauhetun kevytsoramurskan ja/tai • f j ·* -raesekoituksen sekaan lisätään kalsiumhydroksidia : {Ca(OH)2). Lisättäessä kalsiumhydroksidia veden kos- 25 tuttaman kevytsoran sekaan saadaan aikaan niin sanottu alkalireaktio, jolloin kalsiumhydroksidi hajoaa kal- : siumioneiksi ja hydroksidi-ioneiksi, joka puolestaan *·* · ;***· johtaa seoksen pH:n nousuun. Korkeassa pH:ssa (esimer- ♦ f* kiksi yli 10, edullisesti yli 12) kevytsorapartikke-; 30 leiden kiinteä verkkomainen rakenne hajoaa, jolloin Ψ · m kalsium ja kevytsora reagoivat muodostaen sidoksia.

;* Suodatinmateriaalin valmistuksen aikana on huomioitava * muodostetun seoksen pH korkean pH: n edistäessä kevyt-soran pinnan reaktiivisuutta.

35 On tärkeätä jatkaa jauhamista vaiheessa c) * · · riittävän kauan ja/tai voimakkaasti, jotta seoksessa olevilla partikkeleilla on riittävästi aikaa aktivoi- 7 117162 tua jauhamisen seurauksena ja reagoida keskenään muodostaen sidoksia. Jauhamista voidaan tässä vaiheessa jatkaa 0,1 minuutin - 12 tunnin ajan, edullisesti 10 minuutin - 40 minuutin ajan ja edullisemmin 25 minuu-5 tin - 30 minuutin ajan. Jauhamisen seurauksena suoda-tinmateriaaliseoksen väri muuttuu valkoisesta harmaaksi. Mitä kauemmin jauhamista jatketaan sitä kovemmaksi suodatinmateriaali muuttuu. Suodatinmateriaalin kovuus vaikuttaa sen fosforinpidätyskykyyn. Toisin sanoen 10 määritettäessä jauhamiseen käytettävä aika tulee ottaa huomioon suodatinmateriaalin käyttökohde. Jauhamiseen käytetty aika riippuu lisäksi jauhamisvoimakkuudesta ja suodatinmateriaalin valmistusmäärästä.

Keksinnön mukainen menetelmä voi edelleen kä-15 sittää vaiheen dl) , jossa kuivataan kevytsoramurskan ja/tai -raesekoituksen ja kaisiumhydroksidin muodostamaa seosta. Kuivaus voidaan toteuttaa vaiheen c) jälkeen ja/tai sen aikana. Seos voidaan kuivata esimerkiksi kuumentamalla seosta uunissa, sähkölämmittimellä 20 ja/tai liekin avulla. Seosta voidaan kuumentaa 70 -1400 °C:ssa, esimerkiksi 70 - 240 °C:ssa ja/tai 600 -1400 °C:ssa samalla haluttaessa jatkuvasti tai jak- *· 1 : V soittain sekoittaen seosta. Kuivaus voidaan edelleen * » •e{ J toteuttaa lisäämällä seokseen vaiheen c) jälkeen kal- : 25 siumoksidia (CaO) samalla sekoittaen seosta. Kai- • «v siumoksidin lisäämisen jälkeen voidaan seosta edelleen : ,·, haluttaessa kuumentaa 70 - 1400 °C:ssa, esimerkiksi 70 *** ! .·**, - 240 °C:ssa ja/tai 600 - 1400 °C:ssa. Suodatinmateri- • 1 aalin kuumentaminen lujittaa materiaalin rakennetta . , 30 lisäämällä sidosten määrää kalsiumin ja kevytsoran vä- *·· · Iillä.

• M

• »

Keksinnön mukainen suodatinmateriaali voidaan * : lisäksi valmistaa alla kuvatun menetelmän mukaisesti **· •e”; käyttämällä kevytsorapölyä. Keksinnön mukainen mene- 35 telmä suodatinmateriaalin valmistamiseksi voi käsittää * 1 • ** vaiheet, joissa 1 a) jauhetaan kevytsorapölyä, 8 117162 b) lisätään jauhettuun kevytsorapölyyn vettä samalla jatkaen jauhamista, c) lisätään kevytsorapölyn ja veden seokseen kalsiumhydroksidia samalla jatkaen jauhamista.

5 Jatkettaessa jauhamista vaiheessa c) edellä määritetyllä tavalla aikaansaadaan sementinomainen suodatinmateriaaliseos, jota voidaan käsitellä esimerkiksi samalla tavalla kuten betonimaista materiaalia. Toisin sanoen menetelmä voi edelleen käsittää vaiheen 10 d2) , jossa vaiheessa c) muodostettu suodatinmateriaa- liseos valetaan ennalta määrätyn muotoiseen muottiin. Haluttaessa voidaan muottiin valettua seosta edelleen kuivata esimerkiksi huoneenlämpötilassa ja/tai 70 - 1400 °C:ssa, esimerkiksi 70 - 240 °C:ssa ja/tai 600 -15 1400 °C:ssa. Vaiheessa c) muodostettua seosta voidaan myös kuivata lisäämällä seokseen kalsiumoksidia. Vaiheessa c) muodostettu suodatinmateriaaliseos voidaan edelleen haluttaessa rakeistaa sellaisenaan. Toisin sanoen menetelmässä voidaan haluttaessa kuivata vai-20 heen c) ja/tai d2) suodatinmateriaaliseos.

Keksinnön kohteena on edelleen suodatinpat-ruuna, joka sisältää mainittua suodatinmateriaalia.

·*·*· : Suodatinpatruuna voi olla esimerkiksi putki, säkki, * * : kori ja/tai muu samanlainen rakenne, joka voidaan 25 täyttää suodatinmateriaalilla. Suodatinpatruuna voi- :***: daan sellaisenaan asettaa esimerkiksi osaksi puhdis- • ·*. tusjärjestelmää. Suodatinpat ruuna voidaan asettaa esi- .···. merkiksi kaivoon, altaaseen, ojaan, putkeen ja/tai mi hin tahansa muuhun samanlaiseen paikkaan, jossa halu- •^ 30 taan suodattaa vettä siinä olevan fosforin poistama- seksi.

• ♦ **;·* Esillä olevan keksinnön mukaista suodatinma- teriaalia voidaan käyttää esimerkiksi haja-asutusaleilta tulevan jäteveden, valumaveden kuten sa- «tt 35 laojaveden ja/tai minkä tahansa muun puhdistettavan : ” veden suodattamiseksi vedessä olevan fosforin poista- * miseksi.

9 117162

Keksinnön mukaisen suodatinmateriaalin etuna tunnetun tekniikan suodatinmateriaaleihin verrattuna on sen yksinkertainen, helppokäyttöinen ja tunnetun tekniikan suodatinmateriaaleja tehokkaampi rakenne.

5 Lisäksi esillä olevan keksinnön mukaisen suodatinmate-riaalin kohdalla puhdistettavan veden viipymäaika on huomattavasti lyhyempi {esimerkiksi jopa vain sekunteja - minuutteja) kuin useiden tunnetun tekniikan (tunteja - vuorokausia) suodatinaineiden kohdalla.

10 Käytettäessä esillä olevan keksinnön mukaista suodatinmateriaalia ei tarvitse erikseen annostella mitään reagensseja eikä säädellä annostelun määrää kuten esimerkiksi jälkisaostuksen yhteydessä.

Edelleen keksinnön mukaisen suodatinmateriaa-15 Iin etuna on, että sitä voidaan käyttää useissa eri muotoisissa suodatinpatruunoissa. Suodatinpatruunat voidaan yksinkertaisesti ja vaivattomasti ennalta määrätyn käyttöiän jälkeen vaihtaa uusiin. Etuna on edelleen, että suodatuskäytön jälkeen suodatinmateriaalin 20 voi käyttää esimerkiksi maisemointiin, levittää pellolle tai kierrättää takaisin kevytsoran valmistukseen.

** · • V Keksinnön mukaisen suodatinmateriaalin etuna \9{\ on edelleen, että sen rakenne kestää hyvin veden vir- S 25 tauksen kuluttavaa vaikutusta ja kokoonpuristumista ··1·; toisin kuin useat tunnetun tekniikan suodatusaineet.

· · :*\ Edelleen etuna on, että suodatinmateriaalin rakennetta ]···] ja ominaisuuksia, kuten tilavuuspainoa ja fosforinpa- • 1 dätyskapasiteettiä, voidaan tarpeen mukaan, esimerkik- . , 30 si sovelluskohteen mukaisesti, säätää.

• * · :·· · Etuna on edelleen, että suodatinmateriaalia ***** ***** voidaan valmistaa sekä teollisessa että pienmittakaa- ; *** vassa.

«·1 *·· * « « « • ·· • · « ·1 » 10 117162

KUVIOLUETTELO

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti sovellutusesimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 5 Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisesti jauha malla valmistetun suodatinmateriaalin pH-muutoksen ja vastaavan ilman jauhatusta valmistetun suodatinmateriaalin pH-muutoksen vertailun, ja

Kuvio 2 esittää esillä olevan keksinnön mu-10 kaisen suodatinmateriaalin (kevytsoran lähteenä on käytetty kevytsoramurskaa) röntgendispersiospektrosko-pian tuloksen.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS 15 Esimerkki 1

Esillä olevan keksinnön mukaisen suodatinmateriaalin valmistamiseksi käytettiin 0,71 kg kevytso-ramurskaa (raekoko 2-4,0 mm), 0,76 kg kalsiumhydrok-sidia (Ca(0H)2) ja 0,25 kg vettä. Kuivaamiseen käytet-20 tiin 0,46 kg kalsiumoksidia (CaO).

Suodatinmateriaali valmistettiin kostuttamal- • » · • la mitattu kevytsoramurskamäärä vedellä noin 30 minuu- jj*: tin ajan siten, että kevytsoramurskan pinnalla olevat : huokoset täyttyivät vedellä. Tämän jälkeen ylimääräi- * # * 25 nen vesi valutettiin pois. Kostutettu kevytsoramurska ** · : .·. asetettiin sekoittajaan (esimerkiksi Hobart 2 000) ja * * » kevytsoramurskan jauhaminen aloitettiin sekoitusnopeu- • * della 50 rpm. Jauhamista jatkettiin noin 10 minuutin . e ajan, jonka aikana jauhamisen aiheuttama kitka muodos- • · * ··· 30 ti pieniä kevytsoramurskapartikkeleita seokseen ja ke- ***** vytsoramurska aktivoitui.

* ; Tämän jälkeen lisättiin kalsiumhydroksidi ** * .··*. kostutetun kevytsoramurskan sekaan samalla jatkaen j·* seoksen jauhamista noin 25 - 30 minuutin ajan, jolloin : " 35 kalsiumin ja kevytsorapartikkeleiden välille muodostui sidoksia. Tämän jälkeen seokseen lisättiin kalsiumok- 1X 117162 sidia erissä ja sekoittamista jauhamalla j atkettiin vielä noin 20 minuutin ajan.

Kuviossa 2 on esitetty edellä mainitulla tavalla valmistetun suodatinmateriaalin röntgendisper-5 siospektroskopiaspektri. Kuviosta 2 havaitaan, että esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetussa suodatinmateriaalissa on paljon kal-siumsidoksia, jotka edistävät suodatinmateriaalin kulutuskestävyyttä. Valmistettaessa vastaavaa suodatin-10 materiaalia ilman jauhatusta oli kalsiumsidosten määrä analysoidussa suodatinmateriaalissa huomattavasti pienempi .

Esimerkki 2 15 Esillä olevan keksinnön mukaisen suodatinma teriaalin valmistamiseksi käytettiin 0,98 kg kevytso-rapölyä (raekoko 0 - 0,05 mm), 3,36 kg kalsiumhydrok-sidia (Ca(OH)2) ja 0,39 kg vettä.

Suodatinmateriaali valmistettiin asettamalla 20 mitattu kevytsorapölymäärä sekoittajaan (esimerkiksi

Hobart 2000) ja kevytsorapölyn jauhaminen aloitettiin .. . sekoitusnopeudella 50 rpm. Jauhamista jatkettiin noin * 1 « j ·1 10 minuutin ajan, jonka aikana jauhamisen aiheuttama : kitka aktivoi kevytsorapölypartikkelit.

25 Tämän jälkeen kevyt sorapölyn sekaan lisättiin • · 1 mitattu määrä vettä samalla j atkaen j auhamista vielä i 10 minuutin ajan, jonka jälkeen edelleen lisättiin mi- ·"1’· tattu määrä kalsiumhydroksidia. Kalsiumhydroksidin li- * « « säämisen jälkeen jauhamista jatkettiin noin 25 - 30 : 30 minuutin ajan, jonka aikana muodostui niin sanottu se- • · « menttimäinen suodatinmateriaaliseos.

• + • · *;1 Tämän jälkeen sementtimäinen suodatinmateri- a • aaliseos valettiin ennalta määrätyn muotoiseen muot-tiin, jonka jälkeen seoksen annettiin kuivua huoneen- 35 lämpötilassa.

• «# 12 117162

Kokeita ja tuloksia

Suodatinmateriaalin fosforinpidätyskyky

Esillä olevan keksinnön raukaisen suodatinma-teriaalin fosforinpidätyskykyä tutkittiin käyttämällä 5 kevytsoran lähteenä kevytsoraraurskaa. Tutkimuksessa käytettiin esillä olevan keksinnön mukaisella suoda-tinmateriaalilla täytettyä suodatinkolonnia (korkeus 50 cm, halkaisija 10 cm) , jota täytettiin kolonnin yläpäästä ja tyhjennettiin kolonnin alapäästä. Suoda-10 tinkolonni täytettiin 2 viikon ajan 4 tunnin välein 0. 5 mg/1 P04-P -liuoksella (valmistettu KH2P04:n ja de-ionisoidun veden avulla). Kontaktiaika oli 4 tuntia. Näytteet kerättiin poistetusta liuoksesta 4 tunnin välein ja analysoitiin. Analysoinnin perusteella havait- 15 tiin, että esillä olevan keksinnön mukainen suodatin-materiaali poisti kokeen aikana 90 - 100 % liuoksessa olevaa fosforia.

Jauhatuksen vaikutus suodatirnnateriaalin pH-20 muutokseen käytön aikana

Esimerkin 1 mukaisesti valmistettua suodatin-materiaalia käytettiin kokeessa, jossa verrattiin jau- • * | l' hamisen merkitystä suodatinmateriaalin pH:n muutokseen **Y suodatettaessa fosforia sisältävää vettä suodatinmate- ·· 9 25 riaalin läpi. Vertai lues imerkkinä käytettiin vastaavaa * · *···’ suoda tinmat eri aal ia, jonka valmistuksen aikana ei oltu • · : käytetty jauhatusta. Kokeen tulos on esitetty kuviossa • •e 1, josta havaitaan, että esillä olevan keksinnön mu kaisen suodatinmateriaalin pH on koko kokeen ajan selli*: 30 västi korkeampi kuin vertailusuodatinmateriaalin. Tut- ·**·· kimuksissa havaittiin, että pH: n ollessa korkea on • · · \ suodatinmateriaalilla entistä parempi fosforinpidätys- • · · *·|·* kyky. Kuviosta 1 voidaan todeta, että jauhatuksen • · *···* avulla valmistetulla suodatinmateriaalilla on kokeen 35 lopussakin vielä erittäin hyvä fosforinpidätyskyky. Toisaalta esillä olevan keksinnön mukaisen suodatinmateriaalin tutkimusten aikana havaittiin edelleen, että 13 117162 keksinnön mukainen suodatinmateriaali kykenee poistamaan fosforia vedestä erittäin hyvin vielä silloinkin kun pH pitkän käyttöajan jälkeen on laskenut lähelle neutraalia.

5

Suodatinmateriaalin liukoisuus

Esillä olevan keksinnön mukaisen suodatinmateriaalin liukoisuutta tutkittiin ravistelemalla suo-datinmateriaalia 24 tunnin ajan vedessä. Vastaavalla 10 tavalla ravisteltiin myös vastaavaa suodatinmateriaa-lia, jonka valmistuksen aikana ei oltu käytetty jauhatusta. Ravistelun jälkeen määritettiin veteen liuenneen kalsiumin määrä. Tutkimuksessa havaittiin, että ilman jauhamista valmistetusta suodatinmateriaalista 15 liukeni lähes kaksinkertainen määrä kalsiumia verrattuna jauhatuksen avulla valmistettuun suodatinmateri-aaliin (vertaa vesiliukoisen kalsiumin painoprosentti = 0,93 ilman jauhatusta valmistetun suodatinmateriaalin kohdalla ja vesiliukoisen kalsiumin painoprosentti 20 = 0,56 jauhatuksen avulla valmistetun suodatinmateri aalin kohdalla). Toisin sanoen jauhamisen avulla val- ... mistettu suodatinmateriaali oli vähemmän vesiliukoinen • · « j ·* kuin suodatinmateriaali, joka oli valmistettu ilman ϊ jauhamista. Toisin sanoen aikaansaatiin voimakkaampia 25 sidoksia suodatinmateriaalissa, joka oli valmistettu ##* jauhatuksen avulla verrattuna ilman jauhamista valmis- : tettuun suodatinmateriaali in.

♦ ·· ♦ :***; Lisätutkimusten aikana havaittiin, että li- • * · sättäessä ylimäärin kalsiumhydroksidia suodatinmateri- : .·. 30 aalin lujuus heikkenee hieman. Tämä tulee ottaa huomi- ♦ · · [···[ oon määritettäessä valmistuksen aikana käytettävän « · T kalsiumhydroksidin määrää.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitet- tyjä sovellusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muun- ;·* 35 nokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimus- • ·· \mmm· ten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• *

Claims (15)

117162

1. Suodatinmateriaali vedessä olevan fosforin poistamiseksi, tunnettu siitä, että suodatinma-teriaalin valmistuksessa on käytetty kevytsoraa, kal- 5 siumhydroksidia ja vettä, joita suodatinmateriaalin valmistuksen aikana on sekoitettu jauhamalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatinmateriaali, tunnettu siitä, että suodatinmateriaalin valmistuksessa on käytetty 8-60 painoprosenttia 10 kevytsoraa, 25 - 90 painoprosenttia kaisiumhydroksidia ja 1 - 40 painoprosenttia vettä, edullisesti 10 - 50 painoprosenttia kevytsoraa, 40 - 75 painoprosenttia kaisiumhydroksidia ja 5 - 15 painoprosenttia vettä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suo-15 datinmateriaali, tunnettu siitä, että kevytsora on kevytsorapölyä, kevytsoramurskaa ja/tai kevytsora-raetta.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen suodatinmateriaali, tunnettu siitä, että 20 suodatinmateriaali on sementinomainen seos ja/tai suo-datinrae.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukai- * · : .·. nen suodatinmateriaali, tunnettu siitä, että • · · "V suodatinmateriaalin raekoko on 0,001 - 80 millimetriä, • · # 9 9 lii 25 edullisesti 0,05 - 50 millimetriä ja edullisemmin 2 - • * **··* 20 millimetriä. * * » •••J

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukai- nen suodatinmateriaali, tunnettu siitä, että suodatinmateriaalin tilavuuspaino on 200 - 1300 kg/m3, jj": 30 edullisesti 400 - 1000 kg/m3.

:***: 7. Menetelmä suodatinmateriaalin valmistami- • * * *. seksi, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa: • · *·;·* a) kostutetaan kevytsoramurskaa ja/tai 35 -raesekoitusta vedellä, ·:·· b) jauhetaan kostutettua kevytsoramurskaa ja/tai -raesekoitusta, 117162 c) lisätään jauhettuun kevytsoramurskaan ja/tai -raesekoitukseen kalsiumhydroksidia samalla jatkaen jauhamista.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä; 5 tunnettu siitä, että menetelmä edelleen käsittää vaiheen dl) , jossa kuivataan kevytsoramurskan ja/tai -raesekoituksen ja kalsiumhydroksidin muodostamaa seosta.

9. Menetelmä suodatinmateriaalin valmistami-10 seksi; tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa a) jauhetaan kevytsorapölyä, b) lisätään jauhettuun kevytsorapölyyn vettä samalla jatkaen jauhamista, 15 c) lisätään kevytsorapölyn ja veden seokseen kalsiumhydroksidia samalla jatkaen jauhamista.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä edelleen käsittää vaiheen d2) , jossa valetaan seos vaiheen c) jälkeen 20 ennalta määrätyn muotoiseen muottiin tai, jossa ra keistetaan vaiheessa c) muodostunut suodatinmateriaa- .. , liseos. • · · Il

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen me- • · · 5·:β: netelmä, tunnettu siitä, että kuivataan vaiheen 25 c) ja/tai d2) suodatinmateriaaliseos. *·*

12. Patenttivaatimuksen 7 tai 9 mukainen me- • · j netelmä, tunnettu siitä, että jauhamista jatke- taan vaiheessa c) 0,1 minuutin - 12 tunnin ajan, edul- lisesti 10 minuutin - 40 minuutin ajan ja edullisemmin : .·. 30 25 minuutin - 30 minuutin ajan.

··* * .···, 13. Suodatinpatruuna, tunnettu siitä, • « että suodatinpatruuna sisältää jonkin patenttivaati-mukeista 1-6 mukaista suodatinmateriaalia. ··· ϊ##βί

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen suodatin- ;** 35 patruuna, tunnettu siitä, että suodatinpatruuna * *· on putki, säkki, kori ja/tai muu samanlainen rakenne. • · 117162

15. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukaisen suodatinmateriaalin käyttö fosforin poistamiseksi haja-asutusalueelta tulevasta jätevedestä, valumavedestä ja/tai mistä tahansa muusta puhdistettavasta ve-5 destä suodattamalla. 44 « • · 1 • 4 ♦ · * 1 • I · • · ♦ • 1· · 4 • · · • I · 444 • 4 · • · 444 • 1 • e · • 1 i 44 4 444 4 4 4 · *41 4 · • « ♦ • 1 1 444 » • 1 f • 1 • · «tl • 4 4 4 4. i *44 14 4 4 * · 444 4 44 4 4 4 44 4 • · 17 117162