FI78888C - Mineralpartiklar i suspension innehaollande kompositioner och foerfarande foer behandling av vattensystem med dem. - Google Patents

Description

1 78888

Mineraalihiukkasia suspensiona sisältävät koostumukset ja menetelmä vesijärjestelmien käsittelemiseksi niillä Tämä keksintö koskee koostumusta vesijärjestelmän käsittelemiseksi käsittäen (a) mineraalihiukkasten vesilietteen, jonka mineraalikiintoainekonsentraatio on vähintään 40 % m/m.

Keksintö koskee myös menetelmää vesijärjestelmän käsittelemiseksi tällaisella koostumuksella, haluttaessa koostumuksen laimentamisen jälkeen. Näin ollen menetelmä on esimerkiksi sovellettavissa viemäriveden tai muun jäteveden höytälöintiin/ koagulointiin tai höytälöityneen täyteaineen sisällyttämiseksi paperimassaan.

Hiukkasmaiset mineraalit ovat käyttökelpoisia viemäriveden käsittelyssä, sillä ne edistävät jäteveden selkeytymistä esimerkiksi tavanomaisissa selkeytysmenetelmissä, etenkin primäärisessä selkeytysvaiheessa. Näin ollen kalkki on hyvin tunnettu koagulointiaine viemäriveden selkeytyksessä ja lietteen käsittelyssä ennen suodatusta. Kalkkia käytetään usein lisäämällä erikseen muita höytälöinti/koagulointiaineita, esimerkiksi suurimolekyylisiä kationisia polyakryyliamideja, ferrikloridia, ferrosulfaattia tai alunaa.

Tätä kalkkia käytetään tavallisesti jauheena tai laimeana (noin 10 % kiintoainetta) lietteenä, joka on valmistettu esimerkiksi sammuttamalla paikan päällä. Tämä edellyttää kuitenkin laitteita kalkki jauheen käsittelemiseksi tai poltetun kalkin sammuttamiseksi, ja lisäksi kalkkijauhe on materiaali, jonka käsittely on epämiellyttävää. Lisäksi kalkin ja muiden lisäaineiden erillinen lisääminen vesijärjestelmiin synnyttää paikan päällä pulmia käsittelyyn, suhteittaimiseen ja annosteluun nähden.

Viemäriveden käsittelyssä voidaan käyttää myös muita hiukkas-maisia mineraaleja, kuten kalsiumkarbonaattia, esimerkiksi 2 78888 kuormitusaineina. Kalkkihydraatin ja kalsiumkarbonaatin seos voi olla erikoisen käyttökelpoinen, kuten on esitetty GB-patent-tijulkaisussa 2 095 226.

Paperin valmistuksessa käytetään mineraalihiukkasia, kuten kalsiumkarbonaattia, täyteaineina ja pigmentteinä. Höytälöity-neiden mineraalihiukkasten käyttö on edullista, sillä se mahdollistaa tavallista suurempien täyteainepitoisuuksien saavuttamisen ilman, että paperin lujuus vähenee (katso esimerkiksi GB-patenttijulkaisua 2 016 498). Höytälöintiainetta voidaan lisätä erikseen paperimassaan ennen kuin täyteaine lisätään lietteenä täisen jälkeen.

Erillisen lisäämisen vaihtoehtona voidaan sekä viemäriveden käsittelyssä että paperin valmistuksessa höytälöintiainetta lisätä mineraalihiukkasten lietteeseen välittömästi ennen käyttöä. Tämä edellyttää erikoisia laitteita komponenttien hyvän sekoittamisen varmistamiseksi ja syntyvän suspension kuljettamiseksi välittömästi käyttöpaikalle. Tavanomaisten höytälöintiaineiden lisäämiseen suurempia kiintoainepitoisuuksia sisältäviin lietteisiin liittyy kuitenkin useampia hankaluuksia, koska ne aiheuttavat laajaa höytälöitymistä ja sakenemista niin, että syntyvä liete ei juokse helposti eikä sitä voida helposti pumpata paitsi erikoisella laitteistolla.

Olisi näin ollen toivottavaa saada aikaan mineraalihiukkasten suspensioita, jotka ovat helposti ja taloudellisesti kuljetettavissa, etenkin sellaisia suspensioita, jotka sisältävät muut halutun koagulointi/höytälöintiprosessin suorittamiseen tarvittavat komponentit. Tällaisia suspensioita tulisi voida valmistaa tasaisenlaatuisina ja ne helpottaisivat "yksikkö"-tuotteina annostusta ja käyttöä paikan päällä. Täten ne poistaisivat tai vähentäisivät niitä monia laitteita, joita tarvitaan paikan päällä jauheiden, nesteiden tai lietteiden käsittelyyn, erikseen lisättävien komponenttien suhteuttamiseen ja annostelemiseen tai hiukkassuspensioiden ja höytälöintiaineen 3 78888 sekoittamiseen suurella nopeudella. Lisäksi, mitä suurempi on kiintoainepitoisuus, sitä suurempi on veden kuljetuksesta aiheutuva kustannussäästö.

Ollakseen käyttökelpoisia tällaisten suuren kiintoainepitoi-suuden sisältävien suspensioiden tulisi olla helposti käsiteltäviä ja käytettäviä sekä helposti pumpattavissa/annostel-tavissa säädetyllä nopeudella. Tässä suhteessa on ratkaistava kaksi pulmaa. Ensinnäkin suuren kiintoainepitoisuuden sisältävien lietteiden viskositeettiominaisuudet huononevat nopeasti suurenevalla kiintoainepitoisuudella. Esimerkiksi kalkki-lietteellä, joka ei sisällä lisäaineita ja jonka kiintoaine- pitoisuus on 50 paino-%, on tehty seuraavat mittaukset: juok- , 2 sevuus 1335 dyn/cm ja näennäinen viskositeetti 264 cP 600 sek leikkuuvoimalla (mittaukset on tehty Haake Rotovisco RV2-viskosimetrillä käyttäen kuppia MV St ja painoa MVI).

Viskositeettia voidaan jonkin verran alentaa lisäämällä pieni määrä dispergointi- tai pinta-aktiivista ainetta, kuten poly-fosfaattia, polyakryylihapon suolaa tai polymetakryylihapon suolaa. Kaksi viimemainittua ovat suositeltavia veden/viemä-riveden käsittelyssä. Näitä aineita yksin käytettäessä, tuloksena on kuitenkin yleensä kovan sedimentin syntyminen selkeytyksessä .

Toiseksi höytälöintiaineen lisääminen mineraalisuspensioon aiheuttaa tavallisesti hiukkasten voimakasta höytälöitymistä ja tuloksena on paksu tahna, joka on vaikeasti käsiteltävissä käsittelylaitteessa, lietesäiliövaunuissa ja sentapaisissa.

Tämän keksinnön mukaan on saatu aikaan koostumus vesijärjestelmien käsittelemiseksi, jolle on tunnusomaista, että se sisältää lisäksi (b) ainetta tai aineseosta, joka ainakin pääasiassa säilyttää lietteen juoksevuuden siten, että lietteen näennäinen viskositeetti ei ylitä 0,5 Pa.s (mitattuna leikkausnopeudella 600 s ), ja joka saa aikaan höytälöintivai-kutuksen laimennettaessa kostumusta vedellä tai veteen laimennussuhteessa ainakin 20:1 (m/m), jolloin aine (aineet) valitaan kationisista polyelektrolyyteistä, joissa on typpeä sisältäviä ryhmiä, amfoteerisistä polyelektrolyyteistä, joissa 4 78888 on on typpeä sisältäviä ryhmiä, ja mikäli mineraalihiukkasiin kuuluu kalsiumhydroksidihiukkaset, anionisista polyakryyli-amideista.

Keksintö koskee myös menetelmää vesijärjestelmän käsittelemiseksi, jonka mukaan järjestelmään lisätään keksinnön mukaista koostumusta, jota käytetään joko sellaisenaan tai laimentamisen jälkeen.

Lietteen juoksevuuden katsotaan säilyvän, jos lietteen näennäinen viskositeetti (mitattuna Haake Rotovisco RV2-viskosi- -1 metrillä 600 sek leikkuuvoimalla) ei ylitä 0,5 Pa.s (500 cP). Kalkkia sisältävien lietteiden tapauksessa on toivottavaa, että näennäinen viskositeetti ei ylitä 0,3 Pa.s. Kaikilla keksinnön mukaisilla koostumuksilla näennäinen viskositeetti on mieluimmin alle 0,2 Pa.s. Tyydyttävän pumpattavuu-den aikaansaamiseksi lietteen plastinen viskositeetti on mieluimmin enintään 0,15 Pa.s, etenkin enintään 0,1 Pa.s ja sen , 2 juoksevuusjännitys on enintään 60 N/m . Tavallisesti juok- , 2 sevuusjännitys ei ole alle 5 N/m ja se on mieluimmin 5-30 N/m .

Keksintö mahdollistaa itse-höytälöityvien, ei-laskeutuvien, pumpattavien, kuljetettavien "kokonais"-lietteiden valmistamisen, siis lietteiden, jotka sisältävät kaikki tarvittavan koagulointi/höytälöintiprosessin aikaansaamiseksi tarvittavat komponentit.

"Itsehöytälöityvä" tarkoittaa sitä, että koostumus käytössä muodostaa hiukkasmaisen materiaalin höytäleitä laimennettaessa vedellä tai veteen (laimennus ainakin 20:1 (m/m). T.s. komponentti (b) aktivoituu laimennettaessa koostumus alhaiseen kiintoainepitoisuuteen ja aiheuttaa mineraalihiukkasten höytälöitymisen ja lisää viimeksimainittujen höytälöivää vaikutusta. Vesi voi olla pehmeää vettä, kovaa vettä tai vettä, joka on tehty kovaksi lisäämällä yhtä tai useampia moniar- . ... , . 2+ 2+ 3+ voisten kationien (esim. Ca , Mg tai AI ) suoloja, joskin tulokset ovat parempia kovassa tai kovaksi tehdyssä vedessä. Yleensä vesi sisältää 5 78888 liuenneita suoloja vastaten ainakin 50 ppm kalsiumkovuutta ja tyypillisesti 500 ppmtaan asti. Vesi voi myös olla käsiteltävän vesijärjestelmän vesikomponentti, kuten viemärivettä tai paperimassasulppua, jotka kaksi järjestelmää tavallisesti sisältävät luonteeltaan anionista suspendoitunutta kiintoainetta. Tällaisissa tapauksissa keksinnön mukainen menetelmä käsittää se-kahövtäleiden muodostamisen lietteen mineraalihiukkasista ja käsiteltävän vesijärjestelmän hiukkasmaisesta aineesta.

"Ei-laskeutuva" liete on sellainen, joka on tarpeellisen stabiili ja täten kohtalaisesti varastointikelpoinen. Ollakseen käytännössä käyttökelpoinen lietteen tulee olla kohtalaisen varastointikelpoinen, joka näiden lietteiden kohdalla tarkoittaa sitä, että seistessä ei muodostu kovaa sedimenttiä. Hyväksyttävä liete laskeutuu hitaasti muodostaen supernatantin ja sedimentin, mutta sedimentin tulee olla helposti uudelleen dispergoitavissa hämmennettäessä (esim. hitaalla pyyhkäisy-hämmennyksellä) ainakin 3 päivää ja mieluimmin ainakin 7 päivää käsittävän laskeutumisen jälkeen.

Mineraalihiukkaset voivat olla yhtä ainoata materiaalia tai materiaalien seosta. Sopivia materiaaleja ovat maa-alkalime-tallien oksidit, hydroksidit, sulfaatit, karbonaatit ja bi-karbonaatit, ja erikoisen sopivia ovat kalsiumkarbonaatti (missä tahansa muodossa, esimerkiksi kalkkikivi, liitu tai saostettu CaCO^), kalsiumhydroksidi ja näiden kahden seokset (mieluimmin seoksia, joiden painosuhde on 19:1-1:19 ja etenkin 5:2-2:5). Voidaan myös käyttää muita mineraalitäyteaineita, kuten kalsium-sulfaattia (esim. kipsiä), talkkia, savea, titaanidioksidia, sinkkioksidia, litoponia, bariumsulfaattia, kaoliinia tai sinkkisulfidia. Käyttökelpoisia kalkkipitoisten mineraali-hiukkasten lähteitä ovat sementtitehtaiden jäteaineet, esim. lentotuhka, ja kalkkitehtaiden jäteaineet, sekä jäteaineet kalkilla suoritetusta pehmennyskäsittelystä ja rikinpoistokä-sittelystä.

6 78888

Vaikkakin edulliset koostumukset sisältävät kalsiumkarbonaattia, on mahdollista käyttää bariumyhdisteitä korvaamaan osittain karbonaatti. Bariumyhdisteet voivat painonsa ansiosta parantaa viemäriveden tai muun käsiteltävän hiukkasmaisen jätteen selkeytystä.

Muutamat luonnossa alumiini-piipitoiseen pintakerrokseen sisältyvät kalsiumkarbonaatit tai tällä tavalla modifioidut kalsium-karbonaatit saattavat olla erikoisen edullisia keksinnön tarkoitukseen.

Komponentti (b), joka ainakin säilyttää lietteen juoksevuuden, myötävaikuttaa tarvittavaan koagulointi/höytälöintiprosessiin lisättäessä koostumus käsiteltävään vesijärjestelmään. Eräs edullisten aineiden luokka ovat kationiset polyelektrolyytit, joissa on typpipitoisia ryhmiä (esim. kvaternääristä typpeä sisältäviä ryhmiä), esim. polyamiinit (mukaanluettuna kvaternää-riset polyamiinit), polyimiinit ja dimetyyli-diallyyli-ammonium-kloridipolymeer it .

Erään tällaisen viemäriveden käsittelyyn erikoisen sopivien polyelektrolyyttien ryhmän muodostavat ne, joilla on pieni molekyylipaino (etenkin 10° tai pienempi) ja suuri varaustiheys. Paperin valmistuksessa suuremman molekyylipainon omaavat tällaiset polyelektrolyytit voivat myös olla sopivia.

Amfoteeriset polyelektrolyytit, joissa on typpipitoisia ryhmiä (esim. kvaternääristä typpeä sisältäviä ryhmiä), voivat myös olla käyttökelpoisia.

Erikoisen edullisia viemäriveden käsittelyyn ovat kvaternääri-set polyamiinit, esim. kauppanimellä Magnafloc 1597 (Allied Colloids) ja Accurac 41, Superfloe C573 ja Accostrongth 711 (American Cyanamid) tunnetut, dimetyyli-diallyyli-ammoniumklo-ridi-homopolymeerit (DMDAAC), esim. ne, joiden molekyylipaino g on 30 000-10 , kuten kauppanimellä Catfloc, Catfloc T ja 7 78888

Catfloc T-l (Chemviron) tunnetut, ja erikoisen sopivia paperin valmistuksessa ovat DMDAAC/akryyliamidi-kopolymeerit, esim. liuoksena tai emulsiona kauppanimellä WT 2860, WT 2640, WT 2575, WT 2635 ja WT 5504 (Chemviron) saatavat.

Voidaan myös käyttää polyeteeni-imiinejä, kuten kauppanimellä Polymin (BASF) tunnettuja.

Yleensä on todettu, että edellä komponenttina (b) esitetyt kationiset ja amfoteeriset aineet eivät vain säilytä lietteen juoksevuutta, vaan itse asiassa lisäävät sitä kaikilla mineraa-lihiukkasten konsentraatioilla.

Edellyttäen, että koostumus sisältää kalsiumhydroksidia, komponentti (b) voi myös olla anioninen polyakryyliamidi ja erityisesti polyakryyliamidi, jolla on suuri molekyylipaino, esim. tavaramerkillä Magnafloc 155 ja Magnafloc 156 saatavat.

Komponentin (b) määrä koostumuksessa voi yleensä olla 0,0075-2 %, edullisesti 0,01-1,0 % painon perusteella.

Edellä komponenttina (b) sopivina esitettyjä aineita pidetään yleensä höytälöintiaineina. Tämän vuoksi on yllättävää, että niitä voidaan käyttää keksinnön mukaisesti suuren kiinto-ainepitoisuuden sisältävien juoksevien lietteiden tai suspensioiden valmistamiseen.

Keksinnön mukaiset koostumukset voivat tietenkin sisältää muita komponentteja. Voidaan esimerkiksi tarvittaessa lisätä (c) rakenteen modifiointiainetta (rakenneapuainetta). Synteettinen hektoriitti on osoittautunut sopivaksi tähän tarkoitukseen.

Rakenteen modifiointiainetta (c) voi koostumukseen sisältyä yleensä 0,005-0,5 %, edullisesti 0,01-0,1 % kuivapainon perusteella .

8 78888

Keksinnön mukaista koostumusta voidaan valmistaa muodostamalla ensin mineraalihiukkasten vesiliete dispergointiaineen (d) läsnäollessa, minkä jälkeen lisätään komponentti (b).

Voidaan tietenkin käyttää muita valmistusmenetelmiä, esimerkiksi voidaan dispergointiaine sisällyttää hiukkasmaiseen mineraa-lilähtöaineeseen, ja komponenttia (b) voidaan lisätä asteettain lietteen muodostamisen kuluessa.

Sopivia dispergointiaineita ovat polyfosforihapot, polyakryy-lihappo, polymetakryylihappo ja niiden suolat sekä lignosulfo-naatit ja sentapaiset.

Dispergointiaineen (d) määrä koostumuksessa voi yleensä olla 0,005-2 %, edullisesti 0,01-0,5 % kuivapainon perusteella.

Jokainen komponenteista (b), (c) ja (d) voi tietenkin olla sopivien aineiden seos.

Käsittelyn tehokkuuden parantamiseksi käsiteltäessä viemärivettä keksinnön mukaisella koostumuksella, etenkin edullisella koostumuksella, joka sisältää kalkin ja kalsiumkarbonaatin seoksen mineraalikomponenttina, on mahdollista käyttää yhtä tai useampaa apuainetta, joka on valittu tunnetuista höytälöintiaineista, kuten natriumaluminaatista, ferrisulfaatista, ferrosulfaatista, alumiinikloorihydraatista, polyelektrolyyteistä tai, mieluimmin, alumiinisulfaatista (alunasta). Vaikkakin on mahdollista sisällyttää apuhöytälöintiaine kokonaan koostumukseen, lisätään mieluummin osa apuhöytälöintiainetta tai kaikki viemäriveteen erillisenä vaiheena koostumuksen lisäämisen jälkeen. Tällainen erillinen lisääminen voi saada aikaan kevyiden, löyhien höytäleiden laskeutumisen, jotka saattavat irrota päähöytäleistä, tai se voi parantaa alkuperäisestä muodostuneiden höytäleiden luonnetta parantaen täten laskeutumista. On kuitenkin myös mahdollista lisätä koostumusta (eli "kokonaislietettä") asteettain .

9 78888

Sekoitusohjelma, etenkin sekoittamisen voimakkuus ja ajanjakso, jona lisäaineet ovat kosketuksessa käsiteltävän järjestelmän kanssa, saattaa vaikuttaa keksinnön mukaisen menetelmän tehokkuuteen. Sopivat olosuhteet voidaan kuitenkin valita kussakin tapauksessa erikseen.

Kuten on esitetty GB-A-julkaisussa 2 095 266 (s. 1, rivi 49 -s. 2, rivi 9), käytetään viemäriveden käsittelyssä erityyppisiä laitteita laskeutus- ja selkeytysprosesseissa, kuten staattisia laskeutustankkeja (jotka voivat olla kytketyt höytä-löintiyksikköön), leijukerrosselkeyttimiä ja P. Stead1 in ja B. Winfield'in primäärisen viemäriveden nopeaan laskeutumiseen suunnittelemaa "kerralla läpi"-laitosta. Keksinnön mukaista koostumusta voidaan käyttää näissä ja muissa laitteissa, kuten myös hydraulisessa erotuslaitteessa (ks. esim. GB-A 2 082 941).

Keksinnön mukaisia koostumuksia käytetään etenkin viemärivesien käsittelyyn ja paperin valmistukseen (joskin kalkkia sisältävät koostumukset tavallisesti ovat vähemmän sopivia viimemainittuun tarkoitukseen). Muita näiden lietteiden käyttötarkoituksia ovat veden käsittely (esim. veden pehmentäminen), jätevesien käsittely» jotka ovat peräisin esim. sikaloista, teurastamoista ja raskasmetalliteollisuudesta, sekä rikinpoistokaasuista, esim. märkäpesureissa ja sentapaisissa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävän "kokonaislietteen" edullisin määrä on riippuvainen käsiteltävän vesijärjestelmän laadusta ja niistä olosuhteista, joissa lisäys suoritetaan. Tavallisesti on sopivaa käyttää 100-1000 ppm:n, tyypillisesti 200-500 ppm:n annosta, laskettuna kuivan mineraalin perusteella suhteessa koko käsiteltävään vesijärjestelmään.

Seuraavissa esimerkeissä komponentit valittiin seuraavista materiaaleista: 10 78888

Hiukkasmainen aine: Etelän tai pohjoisen (Englanti) liitu jauhemaisena, suuren kiintoainepitoisuu-den sisältävänä lietteenä tai suodatus-kakkuna. Hydralime (Blue Circle Industries1 in sammutettu kalkki). Dispergointiaine: Tetron (Albright & Wilson'in tetra- natriumpyrofosfaatti). Dispex N40 (Allied Colloids'in natriumpolyakrylaatti). Rakenteen modifioin- Laponite RD (Laporte'n synteettinen tiaine: hektoriitti).

Höytälöintiaine: WT 2575 (DMDAAC/akryyliamidi-kopolymeeri liuoksena, suuri molekyylipaino, kationi-nen). WT 5504 (DMDAAC/akryyliamidi-kopolymeeri emulsiona, amfoteerinen). Magnafloc 1597 (kvaternäärinen polyamiini, 5 molekyylipaino noin 5 x 10 , noin 50 % aktiivinen kauppatavarana). Magnafloc 155 tai 156 (suurimolekyylipainoinen (n. 5 x 10 ) anioninen polyakryyliamidi, anioninen luonne 20 %). Catfloc T-l (DMDAAC-homopolymeeri). Accurac 41 (kvaternäärinen polyamiini). Superfloc C573 (kvaternäärinen polyamiini).

Värin parannusaine: Natriumhypokloriittiliuos (15 % aktiivis ta klooria).

Kaikki viskositeetin mittaukset suoritettiin käyttäen Haake Rotovisco RV2-viskosimetriä leikkuuvoimalla 600 s ^. Ellei muuta sanota, esimerkeissä esitetyt keksinnön mukaiset lietteet olivat edellä määritellyllä tavalla ei-laskeutuvia.

Esimerkit 1-4 esittävät koostumuksia, joita voidaan käyttää paperin täyteaineiden valmistukseen.

11 78888

Esimerkki 1

Valmistettiin seuraava koostumus: 52.6 kg vettä 256.8 kg 73,6 % m/m etelän liidun suodatuskakkua 519.7 g Tetron'ia

75.6 g Laponite RD

945 ml natriumhypokloriittiliuosta 4.7 kg WT 2575

Dispergointiaine ja rakenteen modifiointiaine lisättiin samanaikaisesti liidun vesilietteeseen voimakkaasti hämmentäen. Natriumhypokloriittiliuos lisättiin voimakkaasti hämmentäen, ja sen jälkeen höytälöintiaine juuri sen verran hämmentäen, että saatiin homogeeninen kokonaisliete, jonka kokonaiskiinto- ainepitoisuus oli 60 % m/m. Näennäinen viskositeetti 259 cP, 2 juoksevuus 557 dyn/cm .

Tätä kokonaislietettä käytettiin valmistettaessa laboratoriossa käsipaperiarkkeja, jolloin laimentamatonta kokonaislietettä pumpattiin laimeaan paperimassasulppuun, jolloin liete laimeni 120:1-270:1-kertaisesti, riippuen täyteainepitoisuudesta, minkä jälkeen lietteen kiintoaine höytälöityi. Suuren kiinto-ainepitoisuuden sisältävää liitulietettä käytettiin samoissa olosuhteissa valmistettaessa laboratoriossa käsipaperiarkkeja vertailun saamiseksi kokonaislietteen vaikutuksesta. Kokonais-lietteen käytöstä johtuvat edut täyteaineen retentioon ja paperin lujuuteen nähden käyvät ilmi tuloksista:

Taulukko 1 % käsiarkkiin Puhkaisulujuus Vetolujuus jäänyttä liitua _ (katkeamispituus)

Liitu- Kokonais- Liitu- Kokonais- Liitu- Kokonais- liete liete_ liete liete liete liete 5,7 9,1 3,96 4,17 6525 6969 8,0 12,3 3,56 4,07 6135 6582 11.8 15,9 3,07 3,72 5579 6264 i2 78888

Esimerkki 2 Koostumus: 1042,5 g 70 % m/m kiintoainetta sisältävää, väriltään parannetun liidun lietettä 1,569 g Tetron1 ia 157,8 g vettä 18,25 g WT 2575

Dispergointiaine lisättiin voimakkaasti hämmentäen liituliet- teeseen (joka sisälsi pienen määrän Laponite RD), ja sen jälkeen lisättiin vesi ja höytälöintiaine heikosti hämmentäen, jolloin saatiin kokonaisliete, jonka kiintoainepitoisuus oli 60 % m/m. Tämä lisäämisjärjestys varmisti dispergointiaineen mahdollisimman tehokkaan käytön liuottamalla maksimaalisen kiintoainepitoisuuden sisältävään liitulietteeseen. Näennäinen 2 viskositeetti 350 cP, juoksevuus 440 dyn/cm .

Pumpattavaa kokonaislietettä voitiin käyttää höytälöityneen täyteaineen valmistamiseksi laimentamalla laimeaan paperimassa-sulppuun esimerkissä 1 esitetyllä tavalla.

Esimerkki 3 Koostumus: 500 g 73,6 % liidun suodatuskakkua 64,2 ml vettä, 0,29 g Tetron'ia

0,15 g Laponite RD

1,84 ml natriumhypokloriittiliuosta 0,92 g WT 5504 Käytettiin samanlaista valmistusmenetelmää kuin esimerkissä 1, jolloin saatiin 65 % kokonaisliete, joka oli stabiili kovan sedimentin muodostumiseen nähden 11 päivää ja kauemmin. Näennäi- 2 nen viskositeetti 129,6 cP, juoksevuus 176 dyn/cm .

Pumpattavaa kokonaislietettä voitiin käyttää höytälöityneen täyteaineen valmistamiseen laimentamalla laimeaan paperimassa-sulppuun esimerkissä 1 esitetyllä tavalla.

i3 78888

Esimerkki 4

Valmistettiin seuraava koostumus:

Deionoitua vettä 100 g

Snowcal 6ML, luonnon kalkkia (Blue Circle Industries) 194 g

Liitu lisättiin annoksittain veteen hämmentäen laboratorio-potkurisekoittimella. Seos oli sakeaa, "lyhyttä" eikä sekoitin kierrättänyt sitä, ja deionoidun veden lisäämisen jälkeen syntyi hämmennettäessä uudelleen muodostuvia höytäleitä.

Sitten lisättiin:

Accurac 41 0,67 g

Seos oheni välittömästi ja sekoitin kierrätti sitä, joten hiukkashöytäleet rikkoutuivat ainakin osittain. Nyt voitiin lisätä:

Snowcal 6ML 40,0 g

Seos sakeni jonkin verran, ja sitten lisättiin vielä:

Accurac 41 _ e °>5-9 335,17 g

Syntyneen suspension liitupitoisuus oli 69,8 % p/p. Se oli viskositeetiltaan pumpattava. Höytälöityrnistä tapahtuu lisättäessä anioniseen paperimassasulppuun. Suspensiossa ei tapahtunut kovan sedimentin muodostumista 1 kuukauden varastoinnin jälkeen. Tässä ajassa tapahtui vähäistä sakenemista ja alkuperäinen geelirakenne voimistui. Tämän rakenteen ansiosta ei oletettavasti tapahtunut kovan sedimentin muodostumista.

Tässä yhteydessä voidaan mainita, että laimeiden hiukkassuspen-sioiden höytälöitymisaste voidaan puolikvantitatiivisesti mitata seuraamalla laskeutumisnopeutta pikarissa ja supernatant-tinesteen kirkkautta. On myös hyödyllistä seurata valkoisten hiukkasten suspensioerää, joka pidetään hitaassa liikkeessä mustalla pinnalla. Höytäleiden syntyminen voidaan täten todeta i4 78888 silmin. Höytäleitä voidaan jossakin määrin rikkoa sormin hankaamalla ja todeta mahdollinen uudelleen höytälöityminen.

Seuraavat esimerkit 5-12 esittävät koostumuksia, jotka ovat sopivia koagulointi/höytälöintilisäaineina viemäriveden käsittelyssä.

Esimerkki 5 (a) Valmistettiin kalkki/karbonaattiliete seuraavasti käyttäen kalsiumkarbonaattia lietteenä: 42,4 % m/m kiintoainetta sisältävä liituliete (Blue Circle Industries1 in Snowcal 20SW) 300 g

Hydralime 127,5 g

Vesi (vesijohto) 82,5 g 2 Tämän lietteen viskositeettiarvot olivat: juoksevuus 484 dyn/cm , näennäinen viskositeetti 120 cP.

(b) Magnafloc 1597 (0,05 % kuivapainon perusteella) lisättiin sitten tähän lietteeseen ja sekoitettiin suurella nopeudella dispergointilaitteessa. Syntyvän lietteen viskositeettiarvot olivat: juoksevuus 161 dyn/cm , näennäinen viskositeetti 54 cP.

Viemäriveden selkeytystä laskeuttamalla voitiin parantaa höytä-löimällä karkean ja kolloidaalisesti suspendoituneen aineen lietteen avulla. Lietteen tehokkuus viemäriveden käsittelyssä todettiin ensin laboratoriossa käyttäen tavanomaista "purkki-koetta" (ks. J. Bratby, "Coagulation and Flocculation", 1980, Uplands Press Limited, luku 8, ss. 265-266 ja 271-272) seuraa-valla hämmentämisohjelmalla: 30 s nopeata hämmentämistä, 5 min hidasta hämmentämistä ja 15 min laskeutumista, ennen kuin otettiin näyte tutkittavaksi sameuteen, pH-arvoon ja suspendoitu-neeseen kiintoaineeseen nähden. Saatiin seuraavat tulokset: is 78 888

Taulukko 2

"Kokonaisliete" Suspendoitunut Sameus pH

annos mg/1 kiintoaine mg/1 NTU _ 0 275 275 7/7 200 94 80 8,5 400 48 32 9,5 600 26 20 9,9 800 23 14 10,7 (NTU = nefelometriset sameusyksiköt)

Tutkittiin myös esilaimentamisen vaikutus. Esimerkiksi viemäriveden käsittelyssä käytettäessä 437 mg/1 annosta esimerkin 5(b) mukaista kokonaislietettä saatiin seuraavat tulokset:

Taulukko 3

Sameus (NTU)

Raaka viemärivesi 200

Ei esilaimennusta 57

Lietteen 5:1 esilaimennus 54

Lietteen 10:1 esilaimennus 53

Lietteen 20:1 esilaimennus 38

Lietteen 50:1 esilaimennus 24

Lietteen 100:1 esilaimennus 14

Esilaimennus vedellä suhteessa 20:1 tai enemmän on edullista. Viemäriveteen, paperitehtaan veteen tai muihin järjestelmiin sisältyvä vesi voi kuitenkin saada aikaan höytälöitymisen aikaansaamiseksi sopivan laimennusasteen.

Erilaisten sekoitusohjelmien vaikutusta tutkittiin myös esilai-mentamalla esimerkin 5(b) mukaista kokonaislietettä ja lisäämällä sitten laimennettu koostumus viemäriveteen tavanomaisessa purkkikokeessa nopean sekoittamisen jaksona. Käsitellylle viemärivedelle suoritettiin sitten hitaan sekoittamisen jakso, minkä jälkeen sameus mitattiin. Tulokset on koottu seuraavaan taulukkoon.

16 78888

Taulukko 4

Lisäys 2,5 % KL Nopea sekoitus Hidas sekoitus NTU

m/m KL, (g) (ppm) Aika (s)_ Aika (min)_ _ 8 400 5 2,5 71 8 400 15 2,5 65 8 400 20 2,5 58 8 400 30 2,5 58 8 400 40 2,5 42 8 400 30 5,0 40/41 8 400 30 15,0 33

Huom.: KL = kokonaisliete NTU = sameus = nefelometriset sameusyksiköt

Tavanomaisessa jäteveden puhdistuslaitoksessa saatiin seu-raavat tulokset alkuasteella. Esimerkin 5(b) mukaan valmistettua 50 % m/m kokonaislietettä laimennettiin ainakin suhteessa 20:1 vedellä (olisi voitu käyttää paineenalaista palautuspoistovettä) välittömästi ennenkuin lisättiin puolet sisääntulevasta sihdatusta viemärivedestä. Hyvää sekoittumista tapahtui viemäriveden virratessa padon yli ensimmäiseen jakelukammioon matkallaan toiseen kahdesta pri-määrilaskeutuskammiosta. Sisääntulevan viemäriveden toinen puolisko johdettiin käsittelemättä toiseen primäärilaskeu-tuskammioon vertailua varten.

Taulukko 5

Parametri Raaka Käsittelemätön Käsitelty viemärivesi laskeutunut laskeutunut (Keskiarvoja) viemärivesi viemärivesi _ _ (Keskiarvoja) (Keskiarvoja)

Suspendoitunut 334 159 102 kiintoaine (mg/1)

Sameus (NTU) 315 168 67 E. coli (No x 107/100 ml) 1,24 1 ,12 0,16 BHT (mg/1) 208 - 97

Fosfaatti (mg/1) 10,5 10,6 2,0 17 78888

Esimerkki 6 (a) Valmistettiin 50 % m/m kalkki/karbonaattiliete esimer- 2 kissa 5(a) esitetyllä tavalla. Juoksevuus 425 dyn/cm , näennäinen viskositeetti 104 cP.

(b) Kun oli lisätty 0,05 % Catfloc T-1 nopeakulkuisessa dispergointilaitteessa, saatiin liete, jolla oli seuraavat 2 ominaisuudet: juoksevuus 161 dyn/cm , näennäinen viskositeetti 59 cP. Tällä lietteellä oli sopivat höytälöinti-ominaisuudet. Lietettä lisättiin Longreach'ista, Dartford, Englanti, saatuun viemäriveteen tavanomaisessa "purkkiko-keessa". Saatiin seuraavat tulokset:

Taulukko 6

Kokonaisliete- Sameus pH

annos (ppm) (NTU) _ 0 283 7,8 200 78 8,6 400 43 9,1 600 26 9,4 800 20 9,7

Esimerkki 7 (a) Suoritettiin sarja purkkikokeita, joissa viemärivettä käsiteltiin lisäämällä keksinnön mukaista kokonaislietettä, joka oli valmistettu esimerkin 5(b) mukaisesti. Käsiteltyä viemärivettä käsiteltiin sitten edelleen lisäämällä joko ferrisulfaattia tai alumiinisulfaattia (alunaa), jotka aineet edustavat tavanomaisia viemäriveden käsittelyssä käytettyjä höytälöintiaineita. Tällä tavalla käsitellyn viemäriveden sameutta verrattiin yksinomaan kokonaislietteellä käsitellyn viemäriveden sameuteen. Tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa:

Taulukko 7 is 78 888 Höytälöinti- KL NTU (KL + NTU Parannus aine, ppm ppm höytälöin- (KL yksin) % _ _ tiaine) _ _

Ferrisulfaatti 40 200 26 40 +35

Aluna 40 100 18 79 +77,2 40 200 13 40 +67,5 40 500 11 28 +60,7

Huom.: KL = kokonaisliete NTU = sameus ilmaistuna nefelometrisinä sameus-yksikköinä.

Parannus laskettiin käyttämällä kaavaa A - B

Parannus = —- x 100 %, jossa

A J

A = NTU saatu kokonaislietteellä yksin B = NTU saatu kokonaislietteellä ja sen jälkeen tavanomaista höytälöintiainetta lisäämällä.

(b) Suoritettiin kaksi muuta sarjaa purkkikokeita, joissa viemärivettä käsiteltiin esimerkissä 5(b) esitetyllä tavalla valmistetulla kokonaislietteellä ja alunalla. Toisessa sarjassa koko aluna-annos lisättiin kokonaislietteen lisäämisen jälkeen, ja toisessa sarjassa osa alunaa sisällytettiin itse kokonaislietteeseen, ja loput alunasta lisättiin viemäriveteen alunaa sisältävän kokonaislietteen lisäämisen jälkeen.

Suoritettiin vertailukokeita, joissa viemäriveteen lisättiin vain kokonaislietettä ilman alunaa. Sameus (NTU:na) ja pH mitattiin käsitellyssä viemärivedessä jokaisessa kokeessa ja tulokset on esitetty alla:

Taulukko 8 19 78888

Kokonais- Alunaa lisätty Alunaa lisätty NTU pH

liete (ppm) kokonaisliettee- erikseen (ppm) _ seen (ppm)_ _ _ _ 100 5 35 23 7,9 100 0 40 18 7,9 100 0 0 79 8,0 200 10 30 38 8,3 200 0 40 28 8,3 200 0 0 58 8,5 500 25 15 21 8,9 500 0 40 11 9,0 500 0 0 28 9,0 Nämä ja muut kokeet ovat osoittaneet, että kalkki/karbo-naatti-kokonaislietteen selkeytystehoa voidaan parantaa lisäämällä erikseen tavanomaista höytälöintiainetta viemäriveteen kokonaislietteen lisäämisen jälkeen. Aluna on antanut suurimman tehon parannuksen.

Apuhöytälöintiaineen edullisin lisättävä määrä on ilmeisesti riippuvainen viemäriveden laadusta ja se on määrättävä kussakin tapauksessa erikseen. Alunan erillisestä lisäämisestä johtuvaa kustannusta voidaan vähentää sen johdosta, että tällöin on mahdollista vähentää kokonaislietteen annostettua määrää. Kuten taulukossa 8 on osoitettu, esimerkiksi kokonaislietteen 500 ppm:n lisäys yksin antoi sameuden 28 NTU, kun taas sama sameus voitiin saavuttaa lisäämällä ainoastaan 200 ppm lietettä ja sen jälkeen 40 ppm alunaa.

Vaikkakin, kuten edellä on osoitettu, olisi mahdollista sisällyttää apuhöytälöintiaine kokonaan tai osittain koko-naislietteeseen, on todettu, että kaikki parannukset sel-keytystehossa eivät ole kustannuksiltaan edullisia.

2o 78888

Esimerkki 8

Esimerkin 5(b) mukaista lietettä käytettiin höytälöinti-aineena ylöspäin virtaavassa liejukerrosyksikössä, jossa käsiteltiin talousviemärivettä. Höytälöintilietettä annosteltiin varastosäiliöstä 400 ppm:n (kuiva-ainetta) määrässä viemärivesivirrasta ja sitä laimennettiin jatkuvasti vesijohtovedellä suhteessa 40:1. Esihöytälöity liete lisättiin sitten sisääntulevaan raakaan viemäriveteen. Suspendoitu-neen aineen höytälöityminen oli hyvää ja lieju- eli höytä-lekerros muodostui helposti yksikköön. Yksikön yläpäästä poistuvan poistovirtauksen laatua verrattiin sisääntulevaan viemäriveteen ja hyvä selkeytys saatiin viemäriveden virta- 2 uksella liejukerroksen läpi 1 1/ s/m nopeudella.

Tulokset:

Raaka viemärivesi Poistovirtaus

Suspendoituneet pH Suspendoituneet pH Sameus kiintoaineet kiintoaineet (NTU) mg/1_ _ mg/1_ _ _ 350 8,1 58 9,1 50

Esimerkki 9

Liete valmistettiin seuraavasti:

Snowcal 4 ML

Blue Circle Industries'in liitujauhe 50 g

Deionoitu vesi 50 g

Sammutettu kalkki 50 g

Deionoitu vesi 20 g (näin saatu seos oli pehmeä tahna, jonka kiintoainepitoi- suus oli 59 %)

Accurac 41 0,5 g (juoksevuus lisääntyi, mikä osoitti, että tiettyä höytälei-den hajoamista tapahtui)

Superfloc C573-höytöläintiaine 1,0 g 171,5 g 21 78888

Saatiin koostumus, jonka juoksevuus- ja stabiilisuusominai-suudet olivat tyydyttäviä.

Vertailuesimerkki A

Kun kalkki/karbonaattilietteeseen lisätään viemäriveden käsittelyssä tavanomaisesti käytettyjä suurimolekyylipai-noisia kationisia polyakryyliamideja (esim. Allied Colloids'in Zetag 92, Zetag 51), tapahtuu voimakasta höytälöitymistä niin, että liete tulee liian sakeaksi ollakseen pumpattava. Valmistettiin seuraava koostumus.

Snowcal 20SW (42,5 % m/m) 300 g

Hydralime 127,5 g

Vesi 82,5 g

Zetag 92 (0,04 % kuiva-aineesta) 0,1 g

Saadulla lietteellä oli seuraavat viskositeettiominaisuudet: ei juoksevuusarvoa (pseudoplastinen), näennäinen viskositeetti (600 s_1) 386 cP.

Esimerkki 10

Koostumus:

Snowcal 20SW 300 g

Hydralime 127,5 g

Vesi (vesijohto) 82,5 g

Sitten lisättiin Magnafloc 156 (0,0125 % kuiva-aineesta).

Saadun lietteen näennäinen viskositeetti oli 114 cP ja 2 juoksevuusarvo 393 dyn/cm , ja laimennettaessa muodostui hyvin raskaita höytäleitä.

Esimerkki 11

Valmistettiin seuraava koostumus: 22 78888

Sammutettu kalkki 50,0 g

Deionoitu vesi 60,0 g 10 % natriumhydroksidiliuos 2,0 g

Snowcal 3ML (kalsiumkarbonaatti) 50,0 g 50 % Dispex N40, 50 % Accurac 41 1,5 g 0,28 % Zetag 92-liuos, joka sisälsi 2,0 % natriumhydroksidia 10,0 g 173,5 g Tämä näyte valmistettiin käsin sekoittamalla ja se ei laskeutunut eikä pyrkinyt ohenemaan seistessä. Höytälöitymi-nen kovassa vedessä oli erinomaisen hyvää.

Esimerkki 12

Valmistettiin seuraava koostumus:

Sammutettu kalkki 100 g

Deionoitu vesi 90 g 2 % kaustisoidun soodan liuos 4 g 5 % Dispex N40/Accurac 41 4,7 g 0,28 % Zetag 92, 0,28 % kaustisoidun soodan liuos 10,0 g 208,7 g

Koostumus oli juuri pumpattava kiintoainepitoisuuden ollessa 50 %, mutta se oheni huomattavasti seistessä. Näennäinen viskositeetti oli 95 cP ja juoksevuusjännitys 88 2 dyn/cm . Höytälöityminen vesijohtovedessä oli erittäin runsasta.

Kuten kahdesta edellä olevasta esimerkistä ilmenee, on keksinnön mukaisiin koostumuksiin, etenkin niihin, jotka sisältävät kationista pienimolekyylipainoista polyelektro-lyyttiä komponenttina (b), mahdollista sisällyttää kationista, suurimolekyylipainoista polyelektrolyyttiä, kuten polyakryyliamidia (joka normaalisti on mineraalihiukkasten höytälöintiaine).

Claims (12)

23 78888

1. Koostumus vesijärjestelmän käsittelemiseksi käsittäen (a) mineraalihiukkasten vesilietteen, jonka mineraalikiin-toainekonsentraatio on vähintään 40 % m/m, tunnettu siitä, että se sisältää lisäksi (b) ainetta tai aineseosta, joka ainakin pääasiassa säilyttää lietteen juoksevuuden siten, että lietteen näennäinen viskositeetti ei ylitä 0,5 Pa.s (mitattu- -1 na leikkausnopeudella 600 s ), ja joka saa aikaan höytä-löintivaikutuksen laimennettaessa kostumusta vedellä tai veteen laimennussuhteessa ainakin 20:1 (m/m), jolloin aine (aineet) valitaan kationisista polyelektrolyyteistä, joissa on typpeä sisältäviä ryhmiä, amfoteerisistä polyelektrolyyteistä, joissa on on typpeä sisältäviä ryhmiä, ja mikäli mineraali-hiukkasiin kuuluu kalsiumhydroksidihiukkaset, anionisista po-lyakryyliamideista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että mineraalihiukkaset ovat maa-alkalimetallioksideja, maa-alkalimetällihydroksideja, maa-aikaiimetallikarbonaatte-ja, maa-alkalimetallibikarbonaatteja, savea, talkkia, titaanidioksidia, sinkkioksidia, litoponia, maa-alkalimetallisul-faattia ja näiden erilaisia seoksia.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että mineraalihiukkaset ovat kaisiumkarbonaattia, kai-siumhydroksidia tai niiden seoksia.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että mineraalihiukkaset käsittävät kalsiumkarbonaatin ja kalsiumhydroksidin seoksen painosuhteessa 19:1 - 1:19.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että komponentti (b) on polyamiini, poly-imiini tai dimetyyiidiaiiyyiiammoniumkloridipolymeeri. 24 78888

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että komponentti (b) on kvaternäärinen polyamiini, di-metyylidiallyyliammoniumkloridihomopolymeeri, dimetyylidial-lyyliammoniumkloridi/akryyliamidikopolymeeri tai näiden seoksia .

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että komponentin (b) määrä on 0,0075-2 % kuivapainon perusteella.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että se sisältää yhden tai useamman komponentin, joka on valittu (c) rakenteen modifiointiaineista ja (d) dispergointiaineista.

9. Menetelmä vesijärjestelmän käsittelemiseksi, tunnettu siitä, että järjestelmään lisätään jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukaista koostumusta, joka koostumus lisätään joko sellaisenaan tai laimentamisen jälkeen.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että koostumusta lisätään noin 100-1000 ppm:n määrässä laskettuna kuivan mineraalin perusteella suhteessa koko käsiteltävään vesijärjestelmään.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsiteltävä vesijärjestelmä on viemärivesi tai muu selkeytystä vaativa jätevesi mukaanluettuna paperimassasulppu.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, jolloin vesijärjestelmä on viemärivettä, tunnettu siitä, että järjestelmään lisätään jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukaisen koostumuksen lisäämisen jälkeen alunaa. 25 78888