FI57093C - Foerfarande foer behandling av avfallsvatten - Google Patents

Description

Πζ2ηΤ*1 [B] (11)KUULUTUSjULKAISU „ lJ .11^ UTLÄGG N I NOSSKRI FT 5/093 ^ Patent neJJelat ^ ^ (51) Kv,lk3/lnt.CI.3 C 02 F 1/52 SUOM I —FI N LAN D (21) P«t*nttlh«Jwimi» — teMtameknlng 137^/72 (22) H«k«mlipllvl —Ameknlngadtg 15.05.72 (23) AlkupUvl—GUtlghttadag 15.05.72 (41) Tullut IuIMmIuI — BllvK ofTentJIg ΐθ. 11.72

Patentti- j« rakirterihallitu· (44) Nlhtivlkflptnon |t kuuL|ulktitun pvm. —

Patent- och rafittaratyralaan ' ' AnaSkin utlagd oeh utl.»krNUn publfcurad 29.02.80 (32)(33)(31) «uolkeui—Bugtrd priority 17.05.71

Japani-Japan(JP) 3306U/71 (71) Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha, 5"1, Marunouchi 2-chome,

Chiyoda-ku, Tokyo, Japani-Japan(JP) (72) Toru Yoshii, Nishi-Sonoki-gun, Nagasaki Prefecture, Mikio Aramaki,

Nagasaki City, Nagasaki Prefecture, Yushin Minamide, Kawagoe City,

Saitama Prefecture, Japani-Japan(JP) (7^) Oy Kolster Ab (5^) Menetelmä jäteveden käsittelemiseksi - Förfarande för behandling av avfallsvatten Tämän keksinnön kohteena on menetelmä epäpuhtauksia sisältävän jäteveden puhdistamiseksi koaguloimalla epäpuhtaudet lisäämällä jäteveteen magnesiumsuolaa.

Selluloosa- ja paperitehtaiden suuret jätevesimäärät sisältävät ligniiniä ja niiden johdannaisia, ne ovat voimakkaasti värjäytyneitä ja niissä on paljon euspendoituneita kiinteitä aineita. Näiden tehtaiden jätevesikäsittely on senvuoksi ollut vaikeana pulmana teollisuudessa. Esiteltävä keksintö pyrkii kehittämään menetelmän, jota voidaan edullisesti käyttää edellämainittujen jätevesien käsittelyyn.

Sulfaattiselluloosaa, sulfiittiselluloosaa tai niiden paperituotteita valmistavien tehtaiden happamia, neutraaleja tai aikalisiä jätevesiä käsitellään tavallisesti lisäämällä esimerkiksi raudan, alumiinin tai magnesiumin suoloja ja alkalia, kuten sammutettua kalkkia, jäteveteen, jolloin muodostuu höytymäinen rauta-, alumiini- tai magnesiumhydroksidisakka, joka adsorboi ja koaguloi suspen-doituneet kiinteät aineet ja värilliset orgaaniset aineet erilleen jätevedestä ja laskeutuu pohjaan. Muodostunut liete poistetaan, väkevöidään ja siitä poistetaan vesi.

2 57093

Suurista selluloosa- ja paperitehtaista poistettavat lietemäärät ovat kuitenkin niin suuria, että jätteiden sijoittamiseen sopivien alueiden löytäminen ja yhä suurempien koagulointiainemäärien käyttäminen ovat vaikeasti ratkaistavia ongelmia.

US-patenttijulkaisusta n:o 3 163 598 tunnetaan menetellä epäpuhtauksien saostamiseksi jätevedestä sihkkihydroksidia käyttäen. Pohjalle laskeutunut sakka poltetaan, jolloin saatu sinkkioksidi happoon liuotettuna käytetään uudelleen puhdistuksessa. Sinkin käyttöön liittyy kuitenkin se vakava haitta, että se raskaana metallina puhdistettuun jäteveteen joutuessaan on haitallinen. Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän etuna US-patenttijulkaisun 3 163 598 esittämään menetelmään verrattuna on lisäksi siinä käytetty merivesi halpana Mg-suolan täydentäjänä.

Esiteltävän keksinnön kohteena on kehittää menetelmä, jossa erittäin runsaasti epäpuhtauksia sisältävää jätevettä käsitellään muodostamalla liete, liete poistetaan ja käsittelyssä käytetty koagulantti otetaan talteen lietteestä ja käytetään uudestaan ja täten käsitelty vesi päästetään viemäriin puhdistettuna.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että jäteveteen lisätään koagulointivaiheessa osa polttojäännöksestä, joka on saatu tunnetulla tavalla polttamalla koaguloinnin jälkeen jätevedestä erotettu liete, ja että polttojäännökseen polttamisen jälkeen lisäthän tunnetulla tavalla happoliuosta, jolloin osa jäteveden käsittelyyn käytetystä koagulointiaineesta saadaan uudelleen käyttöön ja loppuosa koagulointiaineesta lisätään meriveden muodossa.

Keksintöä esitetään tarkemmin seuraavassa esimerkin avulla. Epäpuhdas jätevesi koaguloidaan, muodostunut liete erotetaan, ja käsittelyaine, magnesiumsuola, otetaan talteen lietteestä käytettäväksi uudestaan koagulanttina. Myös alkalista ainetta, kuten sammutettua kalkkia, karhidijätteitä tai natriumhydroksidia, lisätään jäteveteen sen tekemiseksi emäksiseksi. Tällöin koagulanttina lisätty magnesiumsuola muodostaa höytymäisen magnesiumhydroksidisakan. Höytymäinen sakka adsorboi jätevedestä vesiliukoista orgaanista ainetta, kuten ligniiniuutetta, ja aiheuttaa adsorboituneen aineen koaguloitumisen ja laskeutumisen pohjaan.

Lisäämällä polymeeristä koaguloivaa ainetta tällaiseen höytymäiseen sakkaan muodostuu lisäkoagulöitumisen vaikutuksesta suurempia höytyviä. Tämä on edullista, koska se helpottaa höytyvien sedimentoitumista ja erottumista.

Täten erotettu höytymäinen sakka väkevöidään sakeuttajassa, ja siitä poistetaan vettä vedenpoistajassa, kuten tyhjösuodattimessa, jolloin höytymäinen sakka muuttuu kakkumaiseksi. Kakkumaista lietettä kuivataan edelleen veden poistamiseksi, ja se poltetaan sitten verrattain alhaisessa 500°-700°C:n välillä olevassa lämpötilassa polttouunissa. Tällöin orgaaniset aineet, kuten lignoselluloosa, palavat ja epäorgaaniset aineet, kuten magnesiumsuola, joka on lisätty jäteveteen koaguloivaksi aineeksi, hapettuu ja se poistetaan uunista polttojätteinä, pääasiassa oksidina.

3 57093 Höytymäisen Mg(0H)g-sakan dehydrataatiolämpötila on noin 350°C. Veden poistaminen tästä höytymäisestä sakasta kuumentamalla tulee suorittaa tässä lämpötilassa. Sellutehtaiden jätevesien höytymäinen sakka sisältää lignoselluloosaa ja muita orgaanisia aineita, jotka täytyy polttaa. Polttolämpötila ei saa kuitenkaan olla liian korkea, koska tällöin liukoisuus happoon alenee.

Kun happoliuosta lisätään polttojäännökseen, jäännöksessä olevat oksidit liukenevat epäorgaanisina suoloina, jotka vuorostaan voidaan ottaa talteen käytettäviksi koagulantteina jäteveden käsittelyssä. Talteenotettujen tuotteiden kierto johtaa vastaavasti jätevesien käsittelykustannusten pienenemiseen.

Tässä vaiheessa lisättävä happoliuos voi olla esimerkiksi klooria sisältävää vettä, jota saadaan pesulaitteesta selluloosan valkaisulaitoksen kloorauslinjassa, tai suolahappo- tai rikkihappoliuosta.

Lisättäessä osa pääasiassa magnesiumoksidista muodostuvasta polttojäännöksestä magnesiumhydroksidia sisältävään suspensioon höytymäisen sakan laskeutuminen nopeutuu, suodatustehokkuus paranee ja voidaan käyttää pienikokoista laskeutumis-allasta, jolloin laitteen kustannukset vähenevät .

Koagulantin toistuvassa käytössä prosessia on täydennettävä materiaalilla, joka sisältää koaguloivaa komponenttia, so. magnesiumsuolaa. Täydentäminen voidaan keksinnön mukaisesti toteuttaa seuraavasti. Magnesiumsuolaa sisältävää liuosta, merivettä, jota on saatavissa pienin kustannuksin, johdetaan koagulantin varasto-säiliöön. Poltettuun lietteeseen lisätään magnesiumpitöistä ainetta, esim. dolomiittia (MgCO^.CaCO^) tai magnesiittia (MgCO^)· Seuraavassa vaiheessa koagulantin tai polttojäännöksen talteenottamiseksi lisätään esimerkiksi tähän tarkoitettuun liuotusastiaan magnesiumoksidiklinkkeriä (MgO), karnalliittia (MgClg.KCl.öHgO), bursiittia (MgCOH)^) tai vastaavaa. Täten esiteltävän keksinnön etuna on se, että voidaan käyttää taloudellisesti niitä kemikaaleja, jotka parhaiten soveltuvat paikallisiin olosuhteisiin jätevesien puhdistuslaitoksissa, lisäämällä magnesiumsuolaa sisältävää materiaalia sopivassa kohdassa kemiallisessa talteenottojaksossa.

Keksintöä esitellään seuraavassa käyttäen esimerkkinä selluloosatehtaan jätevesien käsittelyä.

Kuviot 1-2 ovat lohkokaavioita, jotka esittävät jäteveden käsittelyä esiteltävän keksinnön mukaan.

Kuvio 3 on graafinen esitys, jossa verrataan keksinnön mukaisella MgO-lisäyksellä saatua laskeutuisisnopeutta tavanmukaisella menetelmällä saatuun laskeutuisi snopeuteen .

Kuviot U ja 5 ovat graafisia esityksiä, joihin on piirretty kuvion 3 mukaisissa kokeissa muodostuneiden kakkujen paksuudet ja vesipitoisuudet.

Kuviossa 1 esitetty jäteveden vastaanottosäiliö 1 on yhdistetty jätevesi-lähteeseen, ja koaguloitumus- ja laskeutuisisallas 2 on yhdistetty toisaalta jäteveden vastaanottosäiliöön 1 ja toisaalta koagulointiaineen varastosäliöön 3, joka *> 57093 on varustettu johdolla meriveden johtamista varten. Allas 2 on varustettu alkali-lähteellä ja polymeerisen koaguloivan apuaineen lähteellä ja siinä on sivuosa kirkkaan puhdistetun veden poistamiseksi. Lietteen väkevöittäjä U on yhdistetty koagu-lointi- ja laskeutumisaltaaseen 2, lietteen vedenpoistaja 5 on yhdistetty lietteen väkevöittäjään H, polttouuni 6 on yhdistetty vedenpoistajaan 5 ja myös polttojään-nössäiliö 8 on yhdistetty polttouuniin 6, liuotusallas 9 on yhdistetty polttojään-nösaltaaseen 8, pölynkerääjään 7» ja myös happoliuoslähteeseen klooripitoisen veden tai suolahappo- tai rikkihappoliuoksen johtamiseksi siihen ja selkeyttämislaite· on yhdistetty liuotusaltaaseen 9» selkeyttämislaitteessa 10 kirkkaan nesteen ulostulo on yhdistettynä koagulantin varastosäliöön 3.

Kuvioissa 1 ja 2 samat komponentit on merkitty samoin tunnuksin.

Ensin voimakkaasti värjäytynyt jätevesi johdetaan laitoksesta, jossa ligno-selluloosaa sisältävää materiaalia käsitellään, jäteveden vastaanottosäiliöön 1 käsiteltävän veden homogenoimiseksi. Homogenoinnin jälkeen vesi johdetaan koaguloin-ti- ja laskeutumisaltaaseen 2. Koagulanttia, joka koostuu pääasiassa magnesiumklo-ridista ja/tai magnesiumsulfaatista, johdetaan koagulantin varastointisäiliöstä 3 altaaseen 2. Edelleen alkalia, kuten sammutettua kalkkia, karbidijätteitä tai natriumhydroksidia, lisätään jäteveteen sen pH-aTvon nostamiseksi. Tällöin koagulantin sisältämä magnesiumsuola tai -suolat muuttuvat magnesiumhydroksidiksi, joka saostuu höytymäisen sakkana. Reaktiot ovat seuraavat:

MgCl2 + Ca(0H)2 -> Mg(0H)2 + CaClg

MgSO^ + Ca(0H)2 _> Mg(0H)2 + CaSO^

Jos lisätään polymeerisen koaguloivan apuaineen (Cyanamide (Japan) Ltd:n tuote, myydään kauppanimellä "Aquofloc") laimeaa liuosta edellä esitetyllä tavalla valmistettuun liuokseen, apuaine, joka on poluakrylaatti ja luonteeltaan anioninen, neutraloi magnesium-ionien positiiviset varaukset ja edistää höytymäisen saka muodostumista. Tällöin muodostuu suuri höytymäinen saostuma, joka laskeutuu helposti pohjaan ja joka on helppo erottaa vedestä.

Koaguloitumisen ja laskeutumisen jälkeen muodostunut höytymäinen sakka johdetaan väkevöintilaitteen h, kuten sakeuttajan, lävitse lietepitoisuuden korottamiseksi. Tämän jälkeen se kulkee vedenpoistajan 5, kuten tyhjiökuivaajan, lävitse, ja täten muodostunut 15-25 % kiinteitä aineita sisältävä liete johdetaan polttouuniin 6. Uunissa orgaaniset aineet poistetaan lietteestä polttamalla, ja pääasiassa magnesiumia sisältävä epäorgaaninen aine, joka on pääosaltaan magnesiumoksidia, johdetaan uunin pohjalta polttojäännössäiliöön 8. Osa epäorgaanisesta aineesta saadaan talteen lentotuhkana pölynkerääjästä 7, ja se johdetaan myös säiliöön 8. Polt-tojäännös, joka sisältää pääasiassa magnesiumoksidia, liuotetaan happoliuokseen.

Valmistettaessa vesiliuos tuhkasta, joka sisältää pääasiassa magnesiumoksidia, 5 57093 käytetään klooripitoista vettä, jota saadaan selloloosan valkaisulaitoksen kloo-rauslinjan pesulaitteesta. Magnesiumoksidi liukenee magnesiumkloridina. Vaihtoehtoisesti voidaan tällöin käyttää rikkihappoa, jolloin magnesiumoksidi liukenee magnesiumsulfaattina. Tällöin reaktiot ovat seuraavat:

MgO + 2HC1 -» MgCl2 + H20

MgO + HgSO^-* MgSO^ + H20

MgO + 1*C102 + H20 -» MgCl2 + 2HC10^ + 0g

Magnesiumkloridi, magnesiumsulfaatti tai niiden seos liuotetaan veteen liuo-tusaltaassa 9, puhdistetaan vieraista aineista ja muista epäpuhtauksista selkeyt-tämislaitteessa 10, ja saatu koagulantti johdetaan koagulantin varastointisäiliöön 3 käytettäväksi tämän jälkeen uudelleen koagulointi- ja laskeutumisaltaassa 2. Altaaseen 2 lisätään myös merivettä, jolla koagulanttia täydennetään. Jätevesien s käsittelykustannukset saadaan näin alenemaan käyttämällä koagulantti uudelleen merivedellä täydennettynä.

Keksinnön mukaista menetelmää esitellään seuraavassa esimerkissä. Jätenes-teitä neutraalin puolikemiallisen massan ja olkimassan pesusta ja jätevettä aalto-pahvin valmistuslaitoksesta sekoitettiin keskenään, jolloin saatiin 200 ml neste-seosta (pH noin 7,^, suspendoituneita kiinteitä aineita (kutsutaan tämän jälkeen nimellä "SS") 850 ppm ja kemiallinen hapen kulutus (kutsutaan tämän jälkeen nimellä "KHK") 1980 ppm). Seokseen lisättiin lUO ppm magnesiumkloridia (laskettuna magnesiumina) ja 10 ml kalkkimaitoa (l0-#:isena liuoksena) sen pH:n korottamiseksi. Edelleen lisättiin 2 ml 0,l-#:ista polymeerisen koaguloivan apuaineen "Aquofloc" (kauppanimi) liuosta. Seosta sekoitettiin huolellisesti noin viisi minuuttia, ja sen annettiin sitten seistä. Sekoitettuun veteen lisätty magnesiumsuola muodosti höytymäisen mag-nesiumhydroksidisakan sedimentoitumalla kerroksena, jolloin laskeuman rajapinta näkyi selvästi. Höytymäinen sakka kerättiin talteen ja suodatettiin imun avulla 200 meshin (0,075 mm) suodatinkankaan lävitse, jolloin muodostui lietekakku, jonka kiintoainepitoisuus oli noin 22 %.

Lietekakusta poistetiin vesi kuivauspannussa, kuivattu kakku poltettiin upokkaassa noin 900°C:n lämpötilassa, jolloin saatiin noin 3,2 g harmaata tuhkaa, joka koostui pääasiassa magnesiumoksidista ja kalsiumoksidista. Tämän jälkeen lisättiin 50 ml laimeaa suolahappoliuosta (väkevyys 7 %) tuhkaan pääosaltaan magnesiumkloridia sisältävän vesiliuoksen valmistamiseksi. Käsiteltävään vesiseokseen lisättiin tällä tavalla talteen otettua koagulanttia lUo ppm (laskettuna Mg:na) 1000 ml:aa kohti vettä, ja pH:*» korottamiseksi lisättiin 10 ml kalkkimaitoa (10-#:isena liuoksena) ja sitten edelläesitetyllä tavalla "Aquofloc"ia. Seosta sekoitettiin hyvin noin viisi minuuttia ja sen annettiin sitten seistä. Magnesiumhöytyvät laskeutuivat tyydyttävästi, ja muodostui laskeumakerros, jolla oli selvä rajapinta. Päällä oleva neste otettiin talteen ja analysoitiin; mitatut arvot olivat SS 55 ppm, KHK 780 ppm, SS:n poisto 93,5 $:inen ja KHK:n poisto 6l,6 #:inen.

6 57093

Edelläesitetty esimerkki osoittaa, että erotetusta lietteestä talteenotettu magnesiumsuola on riittävän tehokasta jäteveden puhdistamiseen.

Keksinnön toinen toteutusmuoto on esitetty kuviossa 2. Tässä tapauksessa polttojäännössäiliö 8 ja koagulointi- ja laskeutumisallas 2 ovat yhteydessä keskenään putken avulla. Tämän ohitusputken avulla osa polttojäännöksestä, joka muodostuu pääasiassa magnesiumoksidista, otetaan talteen ja lisätään jäteveden koagulointi- ja laskeutumisaltaaseen 2. Tämän etuna on höytyvien laskeutumisnopeuden lisääntyminen, suodatustehokkuuden paraneminen, ja siten voidaan pienentää laskeu-tumisaltaan ja sakeuttajan kokoa, jolloin säästetään laitteistokustannuksia ja laitteisto voidaan suunnitella ja rakentaa pieneen tilaan.

Edelläesitetyn järjestelyn mukaan suoritettujen kokeiden tulokset on esitetty kuviossa 3-5.

Kuviossa 3 verrataan sellaisen näytteen laskeutumisnopeuskäyrää, joka on valmistettu sekoittamalla sulfiittiselluloosatehtaan jätevettä meriveteen tilavuus-suhteessa 1:1 ja lisäämällä siihen 0,1 paino-$ CaO:a (CaO-lietteenä, jonka väkevyys on 10$) ja sellaisen seoksen laskeutumisnopeuskäyrää, joka on valmistettu lisäämällä edellämainituun näytteeseen 0,15 paino-$ Mg0:a (Mg(0H)?:na, jota muodostuu merive-dessä olevista Mg -ioneista). Näytteiden laskeutumisnopeuden graafisesta esityksestä voidaan nähdä, että laskeutumisnopeus vakionopeusalueella näytteellä, joka ei sisältänyt Mg0:a, oli noin 0,7 metriä tunnissa, kun se näytteellä, joka sisälsi MgO, oli 2,h metriä tunnissa eli enemmän kuin kolme kertaa niin suuri kuin vertailunäyt-teellä. MgO:n lisääminen tekee mahdolliseksi pienentää sakeuttajan käsittelypinta-alaa, joka on kääntäen verrannollinen käsiteltävän nesteen laskeutumisnopeuteen, vähemmäksi kuin kolmasosaksi siitä pinta-alasta, joka tarvitaan nesteelle, joka ei sisällä MgO:a.

Kuviossa 1+ esitetään suspension muodossa oleville kuvion 3 näytteille suori- i tettujen levytestien (tyhjöimun avulla) tulokset, kun näytteet on ensin väkevöity yhteen kymmenesosaan alkuperäisestä tilavuudesta nylon-suodatinkankaan avulla. Käyrästä voidaan nähdä, että MgO-pitoisesta suspensiosta saadaan paksumpi kakku kuin näytteestä, joka ei sisällä MgO:a, mikä johtuu huomattavasti parantuneista suodatusominaisuuksista. MgO:n lisäys on edullinen myös sen vuoksi, että jatkuva suodatus on sitä vaikeampaa mitä ohuempia kakut ovat.

Kuvio 5 esittää suodatinkankaane jääneiden kakkujen vesipitoisuuksia kuvion k levytestien jälkeen. Käyrä osoittaa, että MgO-pitoisesta näytteestä saadaan kakku, jonka vesipitoisuus on pienempi, mikä osoittaa parantunutta suodatettavuutta.

Tuloksista huomataan, että lisättäessä koagulointi- ja laskeutumisaltaaseen osa talteenotetusta polttojäännöksestä, jonka pääaineosana on MgO, laskeutumisnopeus kasvaa, suodatusteho paranee ja selluloosatehtaiden jätevesien käsittely tehostuu, ja sakeuttajan koko voi olla pienempi ja siten laitteen tarvitsema lattiapinta-ala pienempi, mikä alentaa laitekustannuksia.

Lisäämällä merivettä kiertosysteemiin voidaan magnesiumsuolavajaus korvata halvalla ja taloudellisella tavalla.