FI65217B - Polynukleaera komplex innehaollande vattenhaltiga aluminiumsulfatkompositioner och foerfarande foer deras framstaellning - Google Patents

Description

I- -,-1 ,a1 „„ KUULUTUSJULKAISU , _Λ._ W (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 6521 7 j ^ * * (51) K*.ik.3/Int.a.3 C 01 F 7/74-. C 02 F 1/S2, D 21 H 3/68 SUO M I — FI N LAN D (21) Ρ*·η«Η»Ι»ηιυ· — P*t«itans6fcnlitg 791^09 (22) H«k«mlipUvl — AmStcnlngtdag 02.05-79 (23) AlkuptM—Glltighetsdaf 02.05*79 (41) Tullut lulkMctl — Bllvlt offantllg 04.11.79

Patantti. ja rekisterihallitut (+f) NthtMlalpmm „ ρ™._

Patent· och registerstyrelten AmtMan utlagd och utUkriftm pubikerad 30.12.83 (32)(33)(31) Pyydetty ccuolkw» —BegSrd priorttet 03.05. J8

Ruotsi-Sverige(SE) 7805135-6 (71) Boliden Aktiebolag, Sturegatan 22, Stockholm, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Rolf Olof Nilsson, Mölle., Ruotsi-Sverige(SE) (74) Oy Kolster Ab (54) Moniytimisiä komplekseja sisältäviä vesipitoisia alumiinisulfaatti-koostumuksia ja menetelmiä niiden valmistamiseksi - Polynukleära komplex innehällande vattenhaltiga aluminiumsulfatkompositioner och förfarande för deras framställning Tämän keksinnön kohteena on vesipitoinen alumiinisulfaatti-koostumus käytettäväksi veden puhdistukseen, paperin liimaukseen ja veden poistoon kasveista, joka käsittää alumiinisulfaatin ja kaavan AI (OH) <3m"n)+ m n mukaisten moniytimisten kompleksien liuoksen, jossa kaavassa m ja n ovat positiivisia kokonaislukuja, ja jonka pH on välillä 3 ja suurin pH, jolla alumiinihydroksidin saostuminen oleellisesti estyy, jolle koostumukselle on tunnusomaista, että alumiinin pitoisuus on 0,2 - 2,3 mol/1.

Keksintö kohdistuu myös menetelmään mainittujen alumiini-sulfaattikoostumusten valmistamiseksi, jolle menetelmälle on tunnus- 6521 7 f omaista, että kiinteä alumiinisulfaatti liuotetaan veteen määränä, joka antaa pitoisuuden 0,02 - 2,3 moolia alumiinia litraa kohti, saadun liuoksen pH-arvo säädetään lisäämällä sopivaa emästä suuremmaksi, kuin 2,9 mutta pienemmäksi kuin pH-arvo, jolla alumiinihydroksidin oleellista saostumista tapahtuu.

Alumiinisulfaatin, jota tämän jälkeen kutsutaan lyhenteellä ALS ja jota käytetään käsittelemättömän veden puhdistukseen ja paperin liimaamiseen, koostumus voidaan tavallisesti esittää likimääräisellä kaavalla Al2 (SO^) 141^0. Sulfaattipitoisuus on hieman pie nempi kuin mitä kaava vastaa. Alumiinipitoisuus on 9,1 %. Alumiini-sulfaatin lisäksi sisältää alumiinisulfaatti viemäriveden kemiallista puhdistamista varten myös rauta(III)-sulfaattia ja määrätyn määrän liukenemattomia aineita. Täten alumiinisulfaatti, jota on saatavissa kauppanimellä Boliden AVR, sisältää 7 % Ai, 3 % Fe ja 2,5 % liukenemattomia aineita.

Liuotettaessa ALS:ää veteen on liuos hapan siitä johtuen, että alumiini-ionit hydrolysoituvat seuraavien reaktiokaavojen mukaan: A1„(S0J„ . 14H„0 „ > 2A13+ + 3S0? + 14H„0 2 4 3 2 < 4 2

Al3+ + H20 t > A10H2+ + H+ aioh2+ + h2o ~ > AI (OH)* + H+ mAl3+ + nH,0" * AI (OH) (3m-n)+ +nH+ 2 <- m n \ Tällä tavalla valmistettujen ALS-liuosten pitoisuus voi vaihdella välillä 0,5 - 50 % ja mainitun liuoksen pH-arvo on noin 3,4 - 2,4. Liuosten pH-arvo alenee ALS-pitoisuuden kasvaessa. Täten valmistetun alumiinisulfaattiliuoksen pH-arvoa voidaan suurentaa lisäämällä alkalia esimerkiksi alkalimetallihydroksidin, ammoniakin tai kalsiumhydroksidin muodossa.

6521 7

Liuoksen pH-arvoa voidaan alentaa lisäämällä happoa, esimerkiksi rikkihappoa. Erilaisten alumiinihydroksidi-ionien pitoisuus riippuu liuoksen pH-arvosta. Kuviossa on esitetty kuinka eri kompleksi-ionien pitoisuus vaihtelee pH-arvon mukaan. Käyrä on piirretty arvolle CA^ = 0,1 moolia/1 käyttäen kirjallisuudesta saatuja tot termodynaamisia tasapainovakioita ja se soveltuu silloin tapaukseen, jossa aktiivisuuskertoimet ovat 1. Todellisuudessa näiden kertoimien arvo ei ole 1. Täten käyrä ei anna pitoisuuden absoluuttisia arvoja, vaan antaa sen sijaan kvalitatiivisen kuvan siitä, kuinka eri kompleksien pitoisuudet muuttuvat pH-arvon muuttuessa.

Moniytiminen kompleksi AI (OH) ^ + voi olla erilaatuinen, so.

m n m ja n voivat olla erilaisia, mutta niiden täytyy olla positiivisia kokonaislukuja ja suhde n:m on yleensä alueella noin 2,3 - 2,7.

5 + Määräävä kompleksi kuitenkin on Al^iOHij^ ja tämä kompleksi edustaa kaikkia moniytimisiä komplekseja kuviossa. Kuten käyrästä voidaan nähdä, jos alumiinisulfaattiliuos valmistettuna liuottamalla alumiinisulfaattia ja jonka pH on noin 3, tehdään alkaliseksi, liuoksen sisältämien moniytimisten kompleksien määrä kasvaa aluksi ja sitten vähenee. Liuos sisältää suurimman määränsä moniytimisiä komplekseja silloin, kun pH-arvo on noin 4,8.

Esiteltävän keksinnön kehitystyön yhteydessä on yllättävästi havaittu, että alumiinisulfaattiliuoksia voidaan käyttää tehokkaimmin hyödyksi jos asianmukaisen liuoksen pH säädetään alueelle, jolla liuos sisältää oleellisen määrän edellämainittua tyyppiä olevia moniytimisiä komplekseja.

Kuviossa esitetyssä käyrässä tämä pH-alue on likimain alueella 2,9 - 5,5 riippuen käytetystä alumiinisulfaattipitoisuudesta, kuten seuraavassa taulukossa on esitetty: 6521 7

Liuoksen Suurin Tarvittava alkalimäärä pitoisuus pH-arvo suurimman pH-arvon moolia Al/1 saavuttamiseksi moolia OH /moolia Ai 0,02 5,5 2,5 0,2 4,5 1,5 0,5 3,7 1,1 1.0 3,2 0,8 1,8 3,0 0,35 2.0 2,9 0,3

Vaikkakin pH-lukuja aina arvoon 5,5 asti on saatu määrätyissä olosuhteissa, ei ole odotettavissa,että suuremmilla pH-arvoil-la kuin 5 olisi mitään merkitystä keksinnön yleisessä käytössä. Vaikkakaan keksintö ei ole rajoittunut mihinkään määrättyyn teoriaan, oletetaan, että tämä liuoksen tehokkuuden kasvu johtuu siitä, että hydrolysoituneiden alumiini-ionien vetovoimat kasvavat, kuten myöhemmin yksityiskohtaisemmin esitetään.

Käytetyn liuoksen alumiinisulfaattipitoisuus ei ole kriittinen ja voidaan sitä vaihdella laajoissa rajoissa ottaen kuitenkin huomioon edellämainittu ehto pH-arvon ylärajan suhteen. Aivan yleisesti voidaan sanoa, että niitä alumiinisulfaattipitoisuuksia, joita voidaan käyttää tavanomaisia menetelmiä sovellettaessa esimerkiksi veden puhdistuksessa, paperin liimauksessa tai veden poistossa kasveista, voidaan käyttää myös esiteltävän keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa.

On valmistettu joukko liuoksia, jotka sisältävät moniytimi-siä komplekseja, edellä esitetyllä tavalla ja niitä on käytetty: (a) juomaveden valmistuksessa käsittelemättömästä vedestä, (b) jäteveden kemialliseen puhdistukseen, (c) veden poistoon kasveista ja (d) hartsien kiinnittämiseen selluloosakuiduille paperia liimattaessa.

6521 7 Näitä eri sovellutuksia esitellään seuraavassa. Tämän jälkeen termistä "alumiinisulfaatti" käytetään lyhennettä ALS, kun taas vastaava moniytimisen kompleksin lyhenne on FALS.

Kuten edellä on mainittu, esiteltävän keksinnön mukaiseen menetelmään soveltuvat alumiinisulfaattiliuokset eivät ole rajoitettuja mihinkään kapeaan pitoisuusalueeseen. Täten alumiinisul-faattipitoisuus voi olla alueella noin 0,02-2,3 moolia Al/1, mikä vastaa alumiinihydroksidin saostumista ja alumiinisulfaatin maksimi liukenevuutta vastaavasti. Alumiinisulfaattiliuoksen pH voidaan säätää sopivaan arvoon annetulla alueella jotain sopivaa emästä käyttäen. Voidaan esimerkiksi käyttää alkalimetallihydroksideja tai maa-alkalimetallihydroksideja tai ammoniakkia. Natriumhydroksidi ja kalsiumhydroksidi ovat erikoisen suositeltavia.

(a) Valmistettaessa juomavettä käsittelemättömästä vedestä käsitellään vesi usein alumiinisulfaatilla. Näin on erikoisesti jos käsittelemätön vesi on pintavettä. Alumiinisulfaatti liuotetaan veteen edelläesitetyllä tavalla ja alumiinisulfaattiliuos sekoitetaan sitten käsittelemättömän veden kanssa. Alumiinisulfaattiliuoksen tila on likimain se, joka on esitetty kuvion 1 kohdassa A.

Kun liuos sekoitetaan veden kanssa, siirtyy systeemi kohtaan B.

Tässä tilassa liuos on kyllästetty alumiinihydroksidin suhteen ja yhdiste tämän seurauksena saostuu (B — C).

Alumiinisulfaattiliuoksessa olevilla hydrolysoituneilla alumiini-ioneilla on positiivinen varaus, kun taas veteen suspen-doituneiden osasten varaus on tavallisesti negatiivinen. Positiiviset kompleksiset alumiinihydroksidi-ionit vetävät puoleensa negatiivisia varauksia ja kiinnittävät tällä tavalla mainitut osaset täten muodostuneeseen flokkulaattiin. Flokkulaatit ja siten myös epäpuhtaudet poistetaan vedestä laskeuttamis- ja/tai suoda-tusmenettelyn avulla. Vetovoimien suuruus riippuu alumiini-ionin positiivisen varauksen suuruudesta. Hardy-Schultze'n lain mukaan puoleensaveto- ja koagulointikyky kasvavat suurimmiksi kuin kymmenkertaisiksi varauksen kasvaessa yhdellä yksiköllä.

Täten moniytimisen ionin, joka tässä esitetään kaavalla Al13(01^4 · koaguloimiskyky on suurempi kuin yksiytimisen ionin 3+ 2+ +

Ai , Ai(OH) , ja Ai(OH)~ Muiden moniytimisten ionien varaus ^ # + alumiinisulfaattiliuoksissa on ^ 4 edellämainitun ionin 6521 7 Α1χ3(OH)24 lisäksi. Tavanomaisen alumiinisulfaatti(ALS)-liuoksen puhdistustehoa verrattiin joukossa kokeita alumiinisulfaattiliuos-ten puhdistustehoon, joiden pH-arvo oli nostettu,ja jotka siten sisälsivät enemmän moniytimisiä komplekseja (FALS), lisäämällä alkalia. Tämä moniytimisten kompleksien pitoisuus valitaan edullisesti mahdollisimman suureksi eikä se edullisesti ole pienempi kuin arvo, joka vastaa log(Ai)-arvoa noin 4. Havaittiin, että FALS-liuokset ovat paljon tehokkaampia kuin ALS-liuokset (kts. esimerkki 1).

(b) Alumiinisulfaattia ja rauta-alumiinisulfaattia (esim. Boliden AVR) käytetään myös jäte- tai viemäriveden puhdistamiseen kemiallisesti. Tämä puhdistusmenetelmä on samanlainen kuin se, joka esitettiin juovaveden valmistuksen yhteydessä käsittelemättömästä vedestä. Samoinkuin tässä jälkimmäisessä menetelmässä muodostuu alumiinihydroksidia, joka poistaa veteen suspendoituneet aineet flokkuloinnin avulla. Jos käytetään rautaa sisältävää alumiinisulfaattia, muodostuu rautaoksideja vastaavalla tavalla, joilla on sama flokkuloiva vaikutus suspendoituneisiin aineisiin kuin alumiinihydroksidilla. Suspendoituneiden aineiden poistumisen lisäksi flokkulaation avulla viemäriveteen liuenneet ortofosfaatit ja kondensoituneet fosfaatit saostuvat kemiallisesti. Lisäksi monet raskaat metallit saostuvat hydroksideina. Näistä metalleista voidaan mainita Hg, Pb, Cd, Cr, Cu ja As(V). Tämän kemiallisen puh-distuskäsittelyn avulla puhdistuu jätevesi orgaanisista aineista, fosforiyhdisteistä, sairauksia aiheuttavista ja saastuvista aineista, sisälmysmatojen munista ja raskaista metalleista. Useissa esiteltävän keksinnön mukaan suoritetuissa kokeissa puhdistettiin jätevesiä kemiallisesti alumiinisulfaatti(ALS)-liuoksilla, joiden pH-arvo oli nostettu lisäämällä niihin alkalia niin, että niiden moniytimisten ionien prosentuaalinen osuus kasvoi. Moniytimisten liuosten puhdistusominaisuuksien havaittiin olevan parempien kuin tavanomaisten alumiinisulfaattiliuosten (kts. esimerkki 2).

(c) Kolmas alue, jossa alumiinisulfaattiliuoksia voidaan käyttää on veden poisto kasveista, jotka sisältävät vettä ja kas-vimehuja. Sokeriteollisuudessa hajoitettujen sokerijuurikkaiden mehu uutetaan veteen. Kiinteistä jäännösaineista poistetaan sitten vesi ruuvipuristimien avulla, saadut vedettömät jäänteet kuivataan 7 sitten ja sekoitetaan eläinrehuun. Kuivauskäsittely vaatii verrattain suuren määrän energiaa ja siten on tärkeää poistaa mahdollisimman paljon nestettä juurikkaista puristuskäsittelyn avulla, so. mahdollisimman suuren kuivapitoisuuden saamiseksi. On tunnettua, että kuiva-ainepitoisuus voi olla huomattavasti suurempi, jos alumiinisulfaattiliuosta ruiskutetaan juurikasmassaan ennen mainittua puristuskäsittelyä kuin jos puristuskäsittely suoritetaan käyttämättä alumiinisulfaattia. Esiteltävän keksinnön mukaan suoritetut kokeet ovat osoittaneet, että moniytimisiä komplekseja sisältävien alumiinisulfaattiliuosten käyttö antaa suuremman kuiva-ainepitoisuuden juurikasmassaan mainitun puristuskäsittelyn jälkeen kuin jos käytetään tavanomaisia alumiinisulfaattiliuoksia. Vastaavasti juurikasmassan kuivauksessa tarvittava energiamäärä on paljon pienempi kuin käsiteltäessä massaa tavanomaisilla alumiini-sulfaattiliuoksilla (kts. esimerkki 3).

(d) Alumiinisulfaatin neljäs käyttöalue on paperin liimauksessa. Paperi liimataan sen vedenabsorptiokyvyn pienentämiseksi niin, että on mahdollista kirjoittaa tai painaa sille musteen le-viämättä. Lisäksi liimattu paperi, joka on kostunut, on lujempaa kuin liimaamaton paperi, mikä on tärkeä ominaisuus esimerkiksi käärepapereissa. Paperia liimattaessa sen kuidut päällystetään hartsiliimalla. Koska sekä selluloosakuidut että hartsi ovat negatiivisesti varautuneet, ei kuituja voida helposti päällystää liimalla. Tavallisimmin käytetty hartsi valmistetaan nimittäin raa'asta mäntyöljystä, hartsikumista tai vastaavasta aineesta ja hartsin aktiivinen aineosa on kyseessä olevan orgaanisen hartsiyhdisteen anioninen osa. Täten paperia liimattaessa lisätään menetelmään alumiinisulfaattiliuosta, jolloin positiiviset alumiini-ionit yhtyvät hartsin negatiivisesti varautuneiden anionisten osien kanssa. Alumiinihartsiyhdisteellä on ylimääräinen positiivinen varaus ja alumiinihartsiyhdistelmä liittyy nopeasti negatiivisesti varautuneisiin kuituihin. Liimauskäsittely suoritetaan tehokkaimmin välillä 4,0-5,5 olevilla pH-arvoilla. Esiteltävää keksintöä käytettäessä on havaittu, että liimauskäsittely voidaan suorittaa nopeammin ja tehokkaammin jos alumiinisulfaattiliuoksen asemesta lisätään FALS-liuosta, so. ALS-liuosta, jonka moniytimisten ionien prosenttiosuus on nostettu lisäämällä alkalia. Moniytimisten ionien varaus on 8 65217 > 4+ ja liittyvät ne siten tehokkaammin hartsianioneihin kuin yksiytimiset alumiini-ionit.

Keksintöä esitellään seuraavassa useiden esimerkkien avulla esityksessä oleviin taulukoihin I-IV liittyen.

Esimerkki 1

Joesta otettua pintavettä flokkuloitiin koemittakaavassa liikkuvassa puhdistuslaitoksessa. Puhdistuslaitos käsitti kaksi keskenään yhdensuuntaista linjaa, joista toinen oli vertailulinja ja toinen testilinja ja joiden molempien läpivirtauskyky oli 3 1-2 m tunnissa. Molempien linjoihin kuului kolme flokkulointitank-kia yhdistettyinä sarjaan ja joiden jälkeen oli 3 metrin syvyinen laskeutustankki. Vesi flokkuloitiin vertailulinjassa tavanomaisella alumiinisulfaattiliuoksella ja testilinjassa moniytimisellä alu-miinisulfaattiliuoksella valmistettuna lisäämällä natriumhydroksi-dia (0,7 moolia NaOH/1 moolia kohti Ai) tavanomaiseen ALS-liuok-seen. Testissä saatiin seuraavat tulokset. Ellei toisin ole mainittu, ALS- ja FALS-pitoisuus oli 10 g Al/1, so. 0,37 moolia Al/1. Koejakson aikana saapuvan veden pH-arvo oli noin 7,3-7,9, kun taas poistuvan, flokkuloidun veden pH oli 6,4-6,8.

a) Puhdistetun veden Al-pitoisuus oli seuraava:

Pintakuormitus 3 2 laskeutuksessa m /m .h 1__1,5_2_2

Ai-annos tus g/m^_3,6_2,4_2,3 2,7 Jäännöspitoisuus Al,mg/1 ALS-Iinja 0,33 0,43 0,81 0,83 FALS-linja 0,30 0,37 0,56 0,40 Täten veden flokkuloinnin jälkeen FALS-liuoksella alumiinin jäännöspitoisuus oli paljon pienempi kuin flokkuloitaessa ALS-liuoksella, erikoisesti suurella pintakuormituksella. Suodatetussa näytteessä Al-pitoisuus poistuvassa vedessä molemmissa linjoissa oli <0,1 mg/1. Al-pitoisuus mitattiin tällöin poistuvassa vedessä olevien höytyvien määrän mukaan. Tulokset osoittavat, että FALS-liuoksen avulla saadaan paljon puhtaampaa vettä kuin ALS-liuoksella.

(b) Saapuvan veden fosfaattipitoisuus oli noin 0,5 mg P/l ja poistuvan veden <. 0,1 mg P/l. Fosforimäärän vähentymisessä ei 9 65217 ollut merkittävää eroa molempien linjojen välillä.

(c) Saapuvan veden sameus oli säännöllisesti noin 1 FTU (Formazin Turbidity Units), paitsi sateella sen havaittiin kasvavan suuremmaksi kuin 30 FTU. Seuraavat tulokset saatiin koeyksikössä. ALS-liuoksen pH-arvo oli 3,3 ja FALS-liuoksen 3,75.

Päivien lukumäärä 54 8 3

Pintakuormitus laskeutuksessa 1 1,5 2 2 m-Vm^ .h

Annostus Ai g/m^ 3,6 2,4 2,3 2,7

Sameus FTU saapuva 0,47 0,68 1,78 7,30 ALS-linja poistuva 0,19 0,32 1,85 2,80 FALS-linja poistuva 0,19 0,13 0,49 1,16

Tulokset osoittavat, että moniytiminen liuos pystyy paljon paremmin poistumaan flokkuloimalla jokiveteen suspendoituneen materiaalin sateen jälkeen, erikoisesti jos laskeutusvaihe on ylikuormittunut ja veteen lisätty Al-määrä on pieni.

Taulukossa I on esitetty sameuden muutokset 24 tunnin aikana. Maaliskuun 13. 1977 sameuden keskimääräinen väheneminen oli 77 % FALS-linjassa. Vastaava lasku ALS-linjassa oli 17 % muuten samanlaisissa olosuhteissa.

(d) Al-pitoisuuden vaikutus

Seuraavat testiarvot osoittavat, että likimäärin sama puh-distustulos saadaan pitoisuuden ollessa 0,19 moolia Al/1 FALS-liuoksessa ja 0,36 moolia Al/1 ALS-liuoksessa. FALS-liuoksen pH-ar-vo oli 3,75.

3 2

Pintakuormitus laskeutuksessa 1 m /m .h

Annos 3,6 g Al/m^

Lämpötila 7,5°C

3 2 10 6521 7

Taulukko I

Jokiveden flokkulaatio pintakuormituksella 2,0 m /m , h I ' I I -

Pvm Aika Annos Sameus FKJ

1977__AI g/m3 Jokivesi Flokk: l1 Flokk. 2X) 13- 5 9.00 2.3 2.0 1.0 0.2 13.00 " 2.2 1.5 1.0 17.00 " 23.5 18.0 2.2 21.00 " 14.2 9.0 0.5 14- 5 1.00 " 1.5 1.0 0.3 5.00 " 1.2 0.8 0.5 9.00 " 1.2 0.8 0.4 20- 7. 9.00 2.7 32TÖ βΤδ ”770 13.00 11 18.0 6.0 1.0 17.00 " 10.0 4.5 0 8 21.00 " 8.5 3.5 0.5 21- 7 1.00 " 8.0 3.5 0.3 5.00 " 8.0 3.5 0.3 9.00 " 7.0 2.3 0.6 13.00 " 4.6 2.2 0.5 17.00 " 3.5 2.0 0.5 21.00 " 4.5 2.3 0.7 22- 7 1.00 " 2.8 1.8 0.5 5-00 " 3.9 2.0 0.5 9.00 " 4.0 1.7 0.4 13.00 “ 3.6 1.6 0.4 17.00 " 3.3 1.7 0.8 21.00 " 3.3 1.7 0.4 ?23-7 1.00 " 3.0 1.5 07 5.00 ·' 2.7 1.6 0.9 ! 9.00 " 2.5 1.6 0.3 i___;____

Flokk. 1 = saostuksen jälkeen käyttäen ALS-liuosta, jonka pH on 3,3

Flokk. 2 = saostuksen jälkeen käyttäen FALS-liuosta, jonka pH on 3,7 11

Sameus FTU 6 5 21 7 saapuva vesi 1,11 poistuva FALS (0,18 moolia Al/1) 0,15 poistuva FALS (0,36 moolia Al/1) 0,18 P-pitoisuus mg/1 saapuva vesi 0,18 poistuva FALS (0,18 moolia Al/1) 0,06 poistuva FALS (0,36 moolia Al/1) 0,04 e) Lietteen ominaisuudet. Moniytimiset kompleksit antavat harvarakenteisia höytyviä. Niiden mekaaninen lujuus sallii hieman mekaanista käsittelyä höytyvien hajaantumatta. Laskeutuneen lietteen suodatettavutta on tutkittu. Havaittiin, että FALS-liuoksella saadun lietteen vastustus suodatusta vastaan on pienempi kuin ALS-liuoksella saadun lietteen.

12

Liete saatuna Suodatusvastus m/kq.lO

ALS-linjasta 64 FALS-linjasta 44

Esimerkki 2

Suoritettiin suuri määrä testejä viemäriveden puhdistamiseksi alumiisulfaattiliuoksella ja moniytimisillä alumiinisulfaatti-liuoksilla. Käytetyt ALS- ja FALS-liuokset sisälsivät 0,15 moolia Al/1.

Tavanomaisen alumiinisulfaatin liuottamisen jälkeen liuoksen pH-arvo oli 3,4. Tästä liuoksesta valmistettiin liuos, jonka pH-arvo oli 2, lisäämällä rikkihappoa ja kaksi FALS-liuosta lisäämällä natriumhydroksidia, joista ensimmäisen pH-arvo oli välillä 3,7-3,8 ja toisen pH-arvo oli 4,7.

Flokkuloitu vesi oli mekaanisesti tai mekaanis-biologisesti puhdistettua viemärivettä. Alumiinisulfaattiliuokset sekoitettiin veteen sulkuporttisekoittimen avulla. Liuokset sekoitettiin veteen erittäin nopeasti, korkeintaan 30 sekunnin aikana. Sekoitusnopeus pienennettiin sitten verrattain pieneen arvoon (kehänopeus 0,1 m/s) ja alumiinisulfaattihöytyvien annettiin muodostua 20 minuutin ajan. Liuos siirrettiin sitten sameusmittariin. Seoksen sameus lau- 12 6521 7 suttuna Jackson Turbity yksiköinä (JTU) luettiin joka toinen minuutti 20 minuutin aikana. Tämän flokkuloinnin jälkeen veden pH-arvo oli 6-7.

Taulukossa II on esitetty näiden testien tulokset annosteltaessa biologisesti tai mekaanisesti puhdistettuun veteen 9 mg Al/1. On täysin ilmeistä, että veden sameus aleni nopeasti käytettäessä liuoksia, joiden pH-arvo olivat suurennetut (3,7-3,8 ja 4.7 vastaavasti), so. FALS-liuoksia. Suurin mahdollinen pH-arvo on 4.7, joka saadaan annetulla pitoisuudella. Jos pH-arvo nostetaan 4.7 yläpuolelle, saostuu alumiinihydroksidi liuoksessa ja täten tulos heikkenee. Kuviosta voidaan nähdä, että tämä liuos sisältää 5+ runsaammin moniytimisiä komplekseja, kaavaltaan Al^^(°H)34 / kuin muu osa. Moniytimisten ionien suurempi sähkövaraus selittää suuremman tekokkuuden. Taulukossa III on esitetty, kuinka veden sameus pienenee käsittelyn vaikutuksesta. Tämä sameuden väheneminen on ilmaistu prosentteina. Lisäksi on esitetty fosforin jäännöspitoi-suus suodatetuissa näytteissä. Voidaan selvästi havaita, että jään-nöspitoisuus on pienin, kun käytetyn liuoksen pH-arvo on 3,8 tai 4.7, so. kun liuos sisältää maksimimäärän moniytimistä kompleksia (FALS-liuos). Taulukossa III esitetyt testit suoritettiin biologisesti tai mekaanisesti puhdistetulle vedelle. Tulos on kvalitatiivisesti sama mekaanisesti puhdistetulle vedelle kuin biologisesti puhdistetulle vedelle.

Taulukko II

13 6521 7

Veden flokkulaatio käyttäen annostusta 9 mg Al/1 ALS- ja FALS-liuoksilla vastaavasti

Vesi Aika annostuk-Sameus (JTU) liuoksen syöttä- puhdistet- sen jälkeen misen jälkeen, jonka pH on tu minuuttia 2.1 TTÄ 3.7 | 4.7 ____L__J___i_ biologisesti o 13.0 12.0 12.0 12.0 " 2 13.0 11.5 11.1 10.9 " 4 12.0 11.0 11.0 10.5· " 6 12.0 10.5 10.5 10.2 " 8 12.0 11.0 9.7 9.4 " 10 12.0 10.5 9.0 8.8 " 12 12.0 9.8 8.5 8.0 14 11.0 9.7 8.2 7.7 " 16 11.0 9.7 7.8 7.6 " 18 11.0 9.7 7.9 7.5 " 20 11.0 9.8 7.4 7.2 , -I-----------—_ mekaanisesti 0 50.0 50.0 47.5 47.5 " 2 49.0 49.5 47.0 44.5 " 4 46.5 47.5 43.0 41.0 " 6 45.0 46.0 41.0 40.0 " 8 44.5 45.5 39.0 37.0 " 10 43.5 44.5 37.5 36.0 " 12 42.0 44.0 35.0 34.0 " 14 41.5 42.5 33.0 32.0 " 16 40.5 41.0 30.0 29.5 " 18 j 39.5 40.0 29.5 28.5 " 20 i 39.0 39.5 28.0 28.0

Taulukko III

14 6521 7

Biologisesti puhdistetun viemäriveden flokkulointi alumiinisul-faattiliuoksia käyttäen (ALS ja FALS vastaavasti), joiden pH-arvot ovat erilaiset . -—--——----—

Annos Liuoksen Sameuden Jäännös P

Vesi mg/l P« % mg/1 tot biologisesti 9.0 2.1 12 " " 3.4 13 " " 3.7 32 " " 4.7 44 13.5 2.1 38 " " 3.4 42 " " 3.7 52 " " 4.7 59 " 18.0 2.1 59 • " " 3.4 67 " " 3.7 72 " " 4.7 79 (Alku P/tot= = 3.5) " 9.0 2.0 39 1.04 " " 3.8 84 0.60 " " 4.7 94 0.66 mekaanisesti 9.0 2.0 23 " " 3.4 23 " " 3.8 43 " " 4.7 49 " 13.5 2.0 66 " " 3.4 58 " " 3.8 65 4·7 74 <Alku Ptot= * 5.0) " 9.0 2.0 49 1.50 " " 3.4 33 1.45 ” " 3.8 74 1.20 " " 4.7 81 1.40 6521 7 15

Esimerkki 3

Taulukossa IV esitetyt tulokset saatiin poistettaessa vettä uutetusta sokerijuurikasmassasta ruuvipuristimessa,sekä ruiskuttamalla juurikasmassa alumiinisulfaattiliuoksella että ilman ruiskutusta.

Lisätty alumiinisulfaattiliuos oli 30-prosenttinen liuos Α12(804)^· 14 H20:n suhteen, so. se sisälsi 1,1 moolia Al/1 ja annos oli 45 g AI tonnia kohti juurikkaita. Lisätty moniytiminen alumiinisulfaattiliuos valmistettiin sekoittamalla 30-prosenttista alumiinisulfaattiliuosta 25-prosenttisen ammoniakin kanssa määränä, joka antoi liuoksen pH-arvoksi 3,75. Ammoniakkilisäys oli 1,2 moolia ammoniakkia yhtä moolia kohti alumiinia. Täten valmistettua moniytimistä alumiinisulfaattiliuosta ruiskutettiin sitten sokeri-juurikasmassalle määrä, joka vastasi 45 g AI tonnia kohti juurikkaita. Täten annos oli sama kuin ruiskutettaessa tavanomaista alumiinisulfaattiliuosta.

Esimerkki 4

Sarjassa flokkulointikokeita suspendoitunutta savea sisältävää vettä flokkuloitiin käyttäen flokkulointiaineena alumiini-sulfaattiliuoksia, joita käytettiin sellaisinaan tai lisäten nat-riumhydroksidia. Alkalin syöttöä vaihdeltiin eri kokeissa, kuten seuraavassa taulukossa V on esitetty. Flokkulointimenettely oli sama kuin esimerkissä 2.

Taulukon V koearvot osoittavat, että ei-alkalisilla liuoksilla saatiin suspendoituneen saven flokkuloituminen, joka oli selvästi heikompi kuin alkaliseksi tehdyillä liuoksilla. Arvot osoittavat edelleen, että hyvä tehokkuus moniytimisillä komplekseilla saadaan jopa pH-arvolla 3,8, mutta paljon parempi teho saavutetaan suurentamalla alkalin määrää. Jos alkalointi kuitenkin viedään liian suureksi, niin että alumiinihydroksidia saostuu, tehokkuus on huonompi (taulukon viimeinen rivi). Testiarvot vahvistavat edelläesi-tettyä toteamusta, että moniytimisiä komplekseja on huomattavassa määrässä muodostunut jo pH-arvolla 3,8, mutta myös että niiden pitoisuus saavuttaa maksimin pH-arvolla 4,8.

16

Taulukko IV

6521 7

Veden poisto sokerijuurikasmassasta ruuvipuristimessa.

Annos 45 g Al/tonni juurikasmassaa.

Menetelmä Puristusvaihe Kuivaus- Kemialliset ___ energia kustannukset + kuivaus- TS Vesi pois- Kemikaali- kustannukset tettu kustannukset % kg/tonni Ruotsin Ruotsin Ruotsin juurikas- kruunuja/ kruunuja/ kruunuja/ massaa tonni tonni tonni juurikkaita juurikkaita juurikkaita

Ei puristusta 6,0 0 0 0 0

Puristus ilman lisäyksiä 22,8 737 Οχ x

Puristus ALS-liuoksen lisäyksen jälkeen 25,2 762 0,231) x-0,94 x-0,71

Puristus FALS-liuoksen jälkeen 26,4 773 0,26*’ x-1,35 x-1,09

Kustannusten säästö käytettäessä moniytimisiä alumiini-sulfaattiliuoksia on niin suuri kuin (x-0,71)-(x-1,09) = 0,38 Ruotsin kruunua tonnia kohti juurikkaita.

6521 7 17

Taulukko V

Käytetty liuos Veden sameus (ja pH) Väkev. Alkalisyöttö pH Ennen flok- Flokkuloinnin ,. „ moolia OH/ kulointia jälkeen mooli-% i --n*-----—

_moolx Al__FTU_ FTU_pH

0.32 0 3.3 100 27 6.4 " 0.8 3.8 100 16 6.4 " 1.3 4.1 100 8.3 6.45 " 1.9 4.3 100 6.8 6.6 0.16 0 3.6 100 26 6.5 " 0.6 3.8 100 17 6.5 " 1.5 4.3 100 13 6.7 " 1.9 4.5 100 10 6.8 0.03 0 3.8 100 30 6.5 " 0.5 4.0 100 22 6.5 " 1.6 4.2 100 15 6.65 " 1.8X' 4.5 100 28 6.75 x) Seos sisälsi saostunutta AI(OH)a.

Claims (2)

6521 7 18

1. En vattenhaltig aluminiumsulfatkomposition att användas vid rening av vatten, limning av papper och urvattning av växter och om-fattande en vattenlösning av aluminiumsulfat och polynukleära komplex med formeln AI (OH) (3m-n>+ m n väri m och n är positiva heltal, och med ett pH mellan ca 3 och det högsta pH, vid vilket utfällning av aluminiumhydroxid väsentligen undviks, k ännetecknad därav, att koncentrationen av aluminium är 0,2 - 2,3 mol/1.

1. Vesipitoinen alumiinisulfaattikoostumus käytettäväksi veden puhdistukseen, paperin liimaukseen ja veden poistoon kasveista, joka käsittää alumiinisulfaatin ja kaavan AI (OH) (3m-n)+ m n mukaisten moniytimisten kompleksien vesiliuoksen, jossa kaavassa m ja n ovat positiivisia kokonaislukuja, ja jonka pH on välillä 3 ja suurin pH, jolla alumiinihydroksidin saostuminen oleellisesti estyy, tunnettu siitä, että alumiinin pitoisuus on 0,2 - 2,3 mol/1.

2. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen koostumuksen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että kiinteä alumiinisulfaat-ti liuotetaan veteen määränä, joka antaa pitoisuuden 0,02 - 2,3 moolia alumiinia litraa kohti, saadun liuoksen pH-arvo säädetään lisäämällä sopivaa emästä, suuremmaksi kuin 2,9 mutta pienemmäksi kuin pH-arvo, jolla alumiinihydroksidin oleellista saostumista tapahtuu.

2. Förfarande för framställning av kompositionen enligt patent-kravet 1, kännetecknat därav, att man löser fast aluminiumsulfat i vatten för tillhandahällande av en koncentration av 0,2 - 2,3 mol aluminium per liter, justerar pH i den resulterande lösning-en genom tillsättande av lämplig bas tills det överstiger 2,9 men ligger under det pH-värde, vid vilket väsentlig utfällning av aluminiumhydroxid sker.