FI97288C - Jätevesilietteen käsittelymenetelmä - Google Patents

Description

97288 JÄTEVESILIETTEEN KÄSITTELYMENETELMÄ

Keksintö koskee menetelmää ainakin yhden metallin, erityisesti raudan ja mahdollisesti alumiinin, sekä raskasmetalli -5 en ja fosforin talteenottamiseksi jätevesilietteestä. Erityisesti keksintö liittyy sellaisen jäteveden puhdistus -menetelmään, jossa jätevesi saostetaan kemiallisesti rautaa ja mahdollisesti alumiinia sisältävillä kemikaaleilla.

10 Edellä mainitun jätevedenpuhdistusprosessin ensimmäisenä vaiheena on Fe- ja mahdollisesti AI-kemikaaleilla tapahtuva saostus ja lietteen erotus, josta saadaan kemiallinen liete so. saostusliete. Eräs menettelytapa on tämän lietteen kuivaus (dewatering) 15-25 % kuiva-ainepitoisuuteen, kuivatun 15 lietteen kompostointi, poltto tai vieminen kaatopaikalle.

Toinen mahdollisuus on käsitellä liete hapolla metallien liuottamiseksi. Liukenemattomat aineet poistetaan suodattamalla. Suodoksessa olevat liuenneet metallit ja fosfori 20 saostetaan lietteeksi, jota sanotaan metallilietteeksi. Me-talliliete sisältää käytetystä koagulantista peräisin olevan raudan ja alumiinin ja niiden lisäksi fosforia ja raskasmetalleja. Käsittely voidaan suorittaa myös korkeammassa lämpötilassa suodattuvuuden parantamiseksi so. lietteen ve-25 denerotusominaisuuksien parantamiseksi. Käsiteltävä liete • : : voi olla esisaostusliete, rinnakkaissaostusliete, jälkisaos- ·*·.. tusliete tai niiden seos.

• · ♦ ♦ ♦ • · • ♦

Eräs mahdollisuus lietteen jatkokäsittelemiseksi on johtaa « *«··. 30 se lietehydrolyysiin, jonka tarkoituksena on hydrolysoida • · · orgaaninen aines lyhyempiketjuisiksi yhdisteiksi ja hyödyntää niitä jätevedenpuhdistuksen myöhemmässä vaiheessa eri- • · · ’·'··’ koisesti typen poistoon denitrifikaatiovaiheessa hiililäh- teenä. Hydrolyysikäsittelyssä myös raakalietteessä olevat 35 metallit liukenevat ja joutuvat hydrolysaatt il luokseen. Ns. termisessä happohydrolyysissä lämpötila on 150-160°C ja pH <2 sopivimmin 1-1.5. Hydrolyysikäsittelyn jälkeen erotetaan : " liukenematon osa eli ns. orgaaninen liete, joka sisältää 97288 2 lähinnä kuitua sekä mahdollisesti liukenemattomia silikaattimineraaleja. Saadusta melko kirkkaasta liuoksesta nostetaan pH kalkilla neutraalin yläpuolelle, jolloin liuenneet metallit saostuvat hydroksideina ja fosfaatteina. Tämä saos-5 tunut liete, josta käytetään nimitystä metalliliete, erotetaan. Tämä metalliliete sisältää mm. saostimina käytettyä rautaa ja alumiinia ja näiden lisäksi myös fosforia ja raskasmetalleja.

10 Metalliliete voidaan liuottaa rikkihappoon tai mahdollisesti suolahappoon ja liukenemattomat aineet voidaan suodattaa. Suodatuskakku sisältää pääosin kipsiä, joka on muodostunut edeltävässä neutralointivaiheessa kun kalkkia lisättiin sulfaatteja sisältävään suodokseen.

15

Lietteen happokäsittely ja lietehydrolyysi eivät ole yleisessä käytössä jätevedenpuhdistuksessa. Tämä johtuu mm. siitä, että menetelmä ei ole riittävän taloudellinen. Lisäksi ongelmana on metalliliete, jolle ei ole olemassa mitään 20 käyttöä. Lisäksi metalliliete sisältää raskasmetalleja, jolloin se muodostaa ympäristölle haitallisen jätteen.

Cornwell and Zoltek (J. Water Pollut. Control Fed., Voi 49, p. 600-612) ovat esittäneet uuttomenetelmän alumiinin tal- : 25 teenottamiseksi lietteestä, jossa alumiini on alumiinihyd- j roksidina. Menetelmässä uuttoliuottimena käytetään mono-(2- ··· · etyyliheksyyli) fosfaatin (MEHPA) ja di-(2-etyyliheksyyli) -fosfaatin (DEHPA) seosta. Patenttijulkaisussa EP 58148 on • · esitetty uuttomenetelmä raudan poistamiseksi vesipitoisista • « *..! 30 happoliuoksista. Menetelmän tarkoituksena on aikaansaada • « » • ♦ ♦ * puhdasta happoa poistamalla rauta uuttamalla. Liuenneen raudan ja alumiinin selektiiviseen talteenottoon käytettävällä • · · nesteuutolla pystytään, mikäli käytetään sopivaa liuotinta, tehokkaasti erottamaan rauta ja alumiini raskasmetalleista.

35 .···. Edellä mainitut menetelmät eivät kuitenkaan sovellu käytet täväksi yllä mainituille hapotetuille metallilietteille tai ·...' muunlaisille hapotetuille jätevesilietteille. Rikkihapolla 3 97288 hapotetusta jätevesilietteestä saadaan liuos, joka sisältää liuenneitten metallien lisäksi hienojakoista kiinteää ainetta, kolloidisia aineita, humushappoja jne. Nämä epäpuhtaudet muodostavat ei-toivotun orgaanisen jätteen, joka haittaa 5 huomattavasti uuttoa. Se hidastaa oleellisesti aineensiirtoa ja faasien erottumista. Faasien erottumisvaiheessa, sen jälkeen kun orgaaninen faasi ja vesifaasi on sekoitettu keskenään, tämä aine tavallisesti kerääntyy erilliseksi likaker-rokseksi faasien väliin. Tällä tavoin liukenematon jäte es-10 tää uuttomenetelmän hyväksikäytön raudan ja alumiinin tal-teenottamiseksi hapotetusta jätevesilietteestä.

Tämän keksinnön tavoitteena on aikaansaada prosessi, jonka avulla metallietteen sisältämä rauta, mahdollisesti alumiini 15 sekä fosfori voidaan ottaa talteen esimerkiksi uudelleen- kierrätystä varten samalla kun raskasmetallit voidaan erottaa. Tämä tavoite saavutetaan keksinnönmukaisella jätevesilietteen käsittelyprosessilla, jolle on pässin tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa munitut piir-20 teet.

Keksinnönmukainen menetelmä aikaansaa huomattavan parannuksen vallitsevaan käytäntöön ja tarjoaa ympäristön kannalta kestävän ratkaisun jätevedenkäsittelyssä syntyvän lietteen ... 25 hyväksikäyttölle. Keksintö mahdollistaa hydrolysaattiliuok- I sesta saostetun metallilietteen hyväksikäytön. Metalliliet- • · « *./* teestä voidaan valmistaa fosfaatteja sekä saostuskemikaalien *·’ ' raaka-ainetta. Lisäksi raskasmetallit saadaan erotuksi, jol loin niistä ei aiheudu ympäristöhaittoja. Menetelmän käyttö • · · : 30 parantaa happokäsittelyn tai lietehydrolyysin taloudelli- • · · V : suutta. Keksinnönmukaisessa menetelmässä Fe ja AI otetaan talteen esimerkiksi liuoksena, jota voidaan käyttää uudel- • · · leen saostuksessa. Fosfori saostetaan esim. kalsiumfosfaat-tina tai magnesiumammoniumfosfaattina, joita ·soidaan käyttää 35 lannoitteissa.

* «

Metallilietteen sisältämät raskasmetallit saostetaan erilleen. Raskasmetalleja sisältävä sakkamäärä on vähäinen, joi- 4 97288 loin sen varastointi kaatopaikalla on helpompaa siten, ettei siitä aiheudu ympäristölle haittaa.

Keksinnön mukaisesti hapolla käsiteltyä lieteliuosta voidaan 5 ennen neste-neste-uuttoprosessia käsitellä hapettimella lie-teliuoksen sisältämän orgaanisen aineen muuttamiseksi sellaiseen muotoon, joka ei vaikuta haitallisesti uuttoon, ja lieteliuoksen sisältämän kahdenarvoisen raudan hapettamisek-si kolmenarvoiseksi raudaksi. Hapettimena käytetään edulli-10 sesti väkevää vetyperoksidiliuosta. Muita mahdollisia hapet-timia ovat happi, otsoni, kaliumpermanganaatti, kaliumdikro-maatti, kloori ja klooridioksidi. Tämän käsittelyn jälkeen liuos voidaan suodattaa ja suodosliuos viedään sitten neste-neste-uuttoprosessiin.

15

Keksinnön mukaisesti on myöskin mahdollista poistaa orgaaninen aine siten, että metalliliete kalsinoidaan ennen happo-liuotusta esimerkiksi noin 300°C:een tai sen ylittävässä lämpötilassa, missä orgaaninen aine palaa pois. Tällöin ei 20 välttämättä tarvita hapetinta ollenkaan.

Neste-neste-uuttoprosessi käsittää uuttovaiheen ja strip- pausvaiheen, jolloin mainittu lieteliuos saatetaan uuttovai- heessa kosketukseen veden kanssa sekoittumattoman uuttoli- ".. . 25 uoksen kanssa vesifaasin eli raffinaatin, ja orgaanisen faa- 1. I sin muodostamiseksi, joka orgaaninen faasi sisältää mainitun • · · *..** metallin ioneja, raffinaatti erotetaan orgaanisesta faasis- • · · *·* ' ta, orgaaninen faasi saatetaan strippausvaiheessa kosketuk seen happaman vesipitoisen strippausliuoksen kanssa vesifaa- • · · : 30 sin ja orgaanisen faasin muodostamiseksi, ja haluttuja me- • · · ί.ί · talli-ioneja sisältävä vesifaasi erotetaan orgaanisesta faa- ,·*·. sista.

« · · • · • * *

Uuttoliuos sisältää edullisesti orgaanisen fosfaatin ja or-,i,: 35 gaanisen liuottimen, sekä mahdollisesti pitkäketjuisen alko- :/· holin. Orgaaninen fosfaatti on edullisesti alkyylifosfaatti, kuten monoalkyylifosfaatti, esimerkiksi mono-(2-etyylihek-syyli)fosfaatti (MEHPA), tai dialkyylifosfaatti, esimerkiksi 5 97288 di-(2-etyyliheksyyli)fosfaatti (DEHPA) tai niiden seos, esimerkiksi MEHPAm ja DEHPA:n seos (MDEHPA) . Orgaaninen liuotin on edullisesti pitkäketjuinen hiilivetyliuotin, kuten kerosiini. Pitkäketjuinen alkoholi voi esimerkiksi olla 2-5 oktanoli.

Strippausliuos muodostuu edullisesti suolahaposta tai rikkihaposta. Strippaus voidaan myös suorittaa pelkistävissä olosuhteissa, jotka voidaan aikaansaada käyttämällä strippaus-10 liuosta, joka sisältää rikkihapoketta, joka on saatu kuplit-tamalla rikkidioksidia veteen tai laimeaan rikkihappoon.

Keksinnön mukaisesti neste-neste-uuttoprosessista saatu hapan raffinaatti käsitellään edullisesti ensimmäisessä saos-15 tusvaiheessa raskasmetallinsitojalla, kuten rikkivedyllä tai sulfidilla, esimerkiksi natriumsulfidillä tai natriumvety-sulfidilla, sopivassa pH-arvossa raskasmetallien sekä mahdollisesti rautajäännösten ja alumiinin saostamiseksi, sakka erotetaan ja saatu vesiliuos käsitellään toisessa saostus-20 vaiheessa fosforin saostusreagenssilla, kuten kalsium- tai magnesiumoksidilla, kalsium- tai magnesiumhydroksidilla tai kalsium- tai magnesiumkloridillä, sopivassa pH-arvossa fosforin saostamiseksi fosfaattina, kuten kalsium- tai mag-nesiumfosfaattina.

25 ‘ Keksinnön mukainen menetelmä voi lisäksi käsittää kolmannen ··» · # saostusvaiheen, jossa alumiini saostetaan alumiinihydroksi- I·.·. dina.

« · 4 · # * · • · · 30 Erään edullisen suoritusmuodon mukaan hapan raffinaatti kä- > ♦ · • sitellään ensimmäisessä saostusvaiheessa natriumsulfidillä säätäen pH arvoon noin 5-8 natriumhydroksidilla tai ammo-'.i.‘ niakilla raskasmetallien ja rautaj äännös ten sekä alumiinin saostamiseksi, sakka erotetaan, saatu vesiliuos käsitellään 35 toisessa saostusvaiheessa kalsium- tai magnesiumyhdisteellä, kuten kalsiumkloridilla, magnesiumoksidilla, magnesiumhydr-’·’ oksidilla tai magnesiumkloridilla mahdollisesti säätäen pH- 6 97288 arvoa kaisiumfosfaatin tai magnesiumammoniumfosfaatin saos-tamiseksi ja sakka erotetaan.

Erään toisen edullisen suoritusmuodon mukaan hapan raffi-5 naatti käsitellään ensimmäisessä saostusvaiheessa natrium-sulfidillä säätäen pH arvoon noin 3-4 natriumhydroksidilla raskasmetallien ja rautajäännösten sekä mahdollisesti alumiinin saostamiseksi, minkä jälkeen pH säädetään arvoon, joka on yli noin 12, natriumhydroksidilla, jolloin mahdolli-10 sesti saostunut alumiini liukenee, sakka erotetaan, saatu vesiliuos käsitellään toisessa saostusvaiheessa kalsiumklo-ridilla kalsiumfosfaatin saostamiseksi, sakka erotetaan, saatu vesiliuos käsitellään kolmannessa saostusvaiheessa rikkihapolla alumiinihydroksidin saostamiseksi ja sakka ero-15 tetaan.

Edellä esitetyn suoritusmuodon muunnelmana voidaan hapan raffinaatti käsitellä ensimmäisessä saostusvaiheessa nat-riumsulfidillä säätäen pH arvoon noin 3-4 natriumhydroksi-20 dilla raskasmetallien ja rautajäännösten sekä mahdollisesti alumiinin saostamiseksi, sakka erotetaan, minkä jälkeen pH säädetään arvoon, joka on yli noin 12, natriumhydroksidilla, mahdollisesti muodostunut sakka erotetaan, saatu vesiliuos käsitellään toisessa saostusvaiheessa kalsiumkloridilla kal-: ; 25 siumfosfaatin saostamiseksi, sakka erotetaan, saatu vesiliu- • os käsitellään kolmannessa saostusvaiheessa rikkihapolla »vt · :·. alumiinihydroksidin saostamiseksi ja sakka erotetaan.

ψ « « » t 0 i

Erään kolmannen edullisen suoritusmuodon mukaan hapan raf- « 30 finaatti käsitellään ensimmäisessä saostusvaiheessa natrium- t · « *· ' sulfidilla säätäen pH arvoon noin 3-5 ammoniakilla raskasme tallien ja rautajäännösten saostamiseksi, sakka erotetaan mahdollisesti, saatu vesiliuos käsitellään magnesiumklori-dilla säätäen pH arvoon noin 5-6 alumiinin saostamiseksi, 35 sakka erotetaan, saatu liuos käsitellään magnesiumoksidillä ja ammoniakilla magnesiumammoniumfosfaatin saostamiseksi ja '·' sakka erotetaan.

* 7 97288

Keksinnön mukaisen menetelmän käyttö parantaa jätevedenpuh-distusprosessista saatavan kiintoainelietteen käytettävyyttä. Tämä johtuu monesta eri tekijästä. Ensinnäkin lietteen kuiva-ainemäärä pienenee. Lietteessä on raskasmetalleja vä-5 hemmän, jolloin sen mahdollisuudet tulla sijoitetuksi esimerkiksi maatalouskäyttöön paranevat ja se voidaan myös turvallisemmin polttaa. Lietteen kuiva-aineen lämpöarvo paranee ja sen tuhkapitoisuus on pienempi. Lisäksi tuhkan raskasmetallipitoisuus on pienempi.

10

Seuraavassa keksintöä selostetaan lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää lohkokaaviona saostetun lietteen happokä-15 sittelyprosessia, kuva 2 esittää lohkokaaviona keksinnön mukaista menetelmää jätevesilietteestä aikaansaadun metallilietteen käsittelemiseksi ja kuva 3 esittää toista keksinnön mukaista käsittelymenetel-2 0 mää.

Kuvassa 1 on esittää kaaviollisesti jätevedenpuhdistamolta saatavan lietteen käsittelyä. Lietteessä olevat metallit liukenevat hapotuksen aikana. Liukenematon osa so. orgaani- 25 nen liete erotetaan. Orgaaninen liete sisältää pääasiassa / ; kuituja ja mahdollisesti liukenemattomia silikaattimineraa- • · · : leja. Liuoksen neutraloimiseksi ja metallien saostamiseksi • · * · : ** liuokseen lisätään esim. kalkkia. Neutralointivaihetta seu- • · : *.· raavassa erotusvaiheessa metalliliete erotetaan. Suodos joh- • · · • \· 30 detaan jätevesiprosessin myöhempiin vaiheisiin.

• · · • « · • · ·

Kuvan 2 mukaisesti liuotusvaiheessa metalliliete liuotetaan . .·. rikkihappoon tai mahdollisesti suolahappoon ja liukenematon materiaali erotetaan suodattamalla suodatusvaiheessa. Suoda-35 tettu sakka sisältää huomattavasti kipsiä, joka on syntynyt metallien saostusvaiheessa lisättäessä sulfaattipitoiseen suodokseen kalkkia.

8 97288

Suodatuksesta saatu liuos (suodos) johdetaan uuttovaihee-seen. Happoliuoksesta on mitattu seuraavia pitoisuuksia: rautaa (max 5%), joka on sekä ferro- että ferrimuotoista, alumiinia (max 1%), Ca (max 1000 ppm), Mg (max 100 ppm), Pb 5 (max. 100 ppm) Cu, Ti, Cd jne. Uuttoon tulevan liuoksen sisältämät pitoisuudet voivat olla erilaiset, jos Aira on käytetty saostimena. Uuttoliuotin on kahden tai useamman orgaanisen yhdisteen seos, jossa tehollisen aineen, kuten al-kyylifosfaatti, laimentimena käytetään pitkää suoraketjuista 10 hiilivetyä, kuten kerosiini, ja lisäksi vielä tarvittaessa faasien erottumista edistävää ainetta, kuten pitkää suora-ketjuista alkoholia. Ennen uuttoa liuos voidaan käsitellä hapettimellä, joka hapettaa raudan Fe3+:ksi sekä hapettaa orgaanisia aineita sellaiseen muotoon että ne eivät häiritse 15 uuttoa. Hapettimena voi toimia edullisesti väkevä H202. Voidaan myös menetellä siten, että hapetin lisätään ennen suo-datusvaihetta.

Uuttovaiheessa happoliuos saatetaan kontaktiin edellä maini-20 tun orgaanisen liuoksen kanssa, jolloin kolmiarvoinen rauta ja osittain myös alumiini siirtyvät happoliuoksesta orgaaniseen liuokseen. Uutto suoritetaan edullisesti vakio-pH:ssa, koska uuttotehokkuus laskee pH:n aletessa. pH:n säätö voidaan suorittaa esimerkiksi aikaiihydroksidia tai ammoniakki-. 25 vettä käyttäen. Uuton jälkeen orgaaninen faasi ja vesifaasi ; .·. erotetaan ja saatu rautaa ja alumiinia sisältävä uuteliuos • · « * saatetaan kontaktiin esimerkiksi väkevän suolahapon kanssa, * · · *. . jolloin kolmiarvoinen rauta ja alumiini siirtyvät jälleen • · · j, ·* happolluokseen. Tämä takaisinuutto eli strippaus voidaan • · · : ·' 30 myös tehdä rikkihapoketta käyttäen, jolloin kolmiarvoinen V * rauta pelkistetään heikommin orgaanisessa liuoksessa pysy vään kaksiarvoiseen muotoon. Metalleista erotettu puhdas : : : orgaaninen liuotin voidaan kierrättää takaisin prosessiin.

Takaisinuutosta saatu happoliuos eli strippauksen raffinaat-35 tiliuos sisältää rautaa ja alumiinia ja voidaan käyttää edelleen saostusaineiden valmistukseen. Yleensä uutto/sel-keytyslaitteet sisältävät useita tasapainovaiheita, joissa : faasit virtaavat vasta- tai ristivirtaisesti.

9 97288

Uuttovaiheesta saatava happoliuos (pH 0,5-1) eli uuton raf-finaattiliuos sisältää lähinnä fosforia, mutta myös hiukan uuttumatonta rautaa, alumiinia ja raskasmetalleja. Ennen jatkokäsittelyä tämä raffinaatti on puhdistettava orgaani-5 sista jäämistä esimerkiksi aktiivihiiltä käyttäen.

Kuvan 2 mukaisesti raskasmetallien saostusvaiheessa liuokseen lisätään sulfideja, kuten esimerkiksi NaHS, Na2S tai H2S metallien saostamiseksi. Lisäksi voidaan käyttää muita si-10 nänsä tunnettuja raskasmetallinsitojia. Liuoksen pH säädetään alueelle n. 3-4 saostamisen mahdollistamiseksi. pH-sää-töön voidaan käyttää esimerkiksi NaOH. Tällöin uuttovaiheesta jäljelle jäänyt rauta ja alumiini saostuvat fosfaatteina yhdessä raskasmetallien kanssa, jotka saostuvat sulfideina. 15 Saostumisen jälkeen pH nostetaan >12 lisäämällä NaOH, jolloin liuokseen jää liukoisina komponentteina ainoastaan alumiini ja fosfori kun sen sijaan muut metallit jäävät liukenematta. Edellisessä vaiheessa saostunut Ai-fosfaatti siis liukenee pH:n noustessa.

20

Raskasmetallien saostusvaihetta seuraavassa suodatusvaihees-sa sakka erotetaan liuosfaasista, joka nyt sisältää pääosin fosfaattia. Tässä suodatuksessa poistuu viimeinenkin jäljelle jäänyt rauta sakan mukana pois. Tavallaan tässä on kysy-. . 25 myksessä fosforihapon puhdistusprosessi.

• · · ΙΓ * Fosforin saostusvaiheessa suodatettuun liuokseen lisätään • · • · · . CaCl2 fosforin saostamiseksi kalsiumfosfaattina, joka suoda- • · · I, */ tetaan fosfaatin suodatusvaiheessa. Jäljelle jäänyt suodos • · · • ;* 30 sisältää liukoista alumiinia, joka saostetaan alumiinihyd- V · roksidina laskemalla liuoksen pH alueelle 7-8 esimerkiksi H2S04:11a.

• · ♦

• « I

Kuvassa 3 esitetyn toisen menetelmän mukaisesti raskasmetal-35 lien saostus suoritetaan pH-arvolla n. 5-8 käyttämällä pH- säätöön Na2S ja NH4OH. Tällöin raskasmetallit sekä uuttumatta jääneet Fe ja AI saostuvat sulfideina ja fosfaatteina. Sakka : erotetaan, minkä jälkeen liuokseen lisätään Mg:a esimerkiksi 10 97288

MgCl2:na, MgO:na tai Mg(OH)2:na ja pH nostetaan tarvittaessa NI^OHtlla arvoon 8-9. Tällöin liuoksessa oleva fosfori saostuu MgNH4p04:na, joka voidaan käyttää lannoitteiden raaka-aineena. Em. Mg- ja NH4-pitoisten kemikaalien määrä suhteute-5 taan siten, että ne ovat stökiometrisessä suhteessa seostettavaan P04:ään nähden. Edullisesti Mg:a on pieni ylimäärä.

Erään kolmannen keksinnön sovellutusmuodon mukaisesti raskasmetallien saostus suoritetaan pH-arvolla n. 4 käyttämäl-10 lä pH-säätöön Na2S ja NI^OH. Tällöin raskasmetallit saostuvat sulfidina ja Cr saostuu fosfaattina. Tämän jälkeen liuokseen lisätään MgO ja pH nostetaan 5-6, jolloin alumiini ja kromi saostuvat fosfaattina ja/tai hydroksidina. Sakka erotetaan, minkä jälkeen fosforin saostamiseksi liuokseen lisätään 15 edelleen MgO sekä NH40H siten että pH on n. 9, jolloin fosfori saostuu MgNH4P04:na.

On myös mahdollista menetellä niin, että ensiksi raskasmetallit saostetaan pH:ssa 4 edellä kuvatulla tavalla, minkä 20 jälkeen saostetaan alumiini ja kromi pH:ssa 5-6 ja vasta sen jälkeen suoritetaan suodatus.

Esimerkki 1

Laimealla rikkihapolla hapotetusta jätevesilietteestä ero- , 25 tettiin kipsi suodattamalla. Saadun liuoksen pH arvo oli n.

.‘‘I 1 ja tiheys 1080 kg/m3. Liuos sisälsi 0,6 % Fe2+, 1,8 % Fe3+ • · ♦ ::*· : ja 0,21 % AI.

• · • · · • · • « « : ·’ Liuokseen (120 ml) lisättiin 10 ml H202 60 minuutin aikana •« · :V 30 sekoitusastiassa. Lisäyksen aikana lämpötila nousi 20°C:sta : 55°C:een lämpötilaan. Liuos suodatettiin uudelleen käyttä mällä suodatinaineena piimaata (fuller's earth). Suodatin-• kerroksen paksuus oli 10 mm. Suodatettua liuosta otettiin 60 ml ja siihen lisättiin 180 ml orgaanista uuttoliuotinta, 35 jolloin faasisuhde orgaaninen faasi/vesifaasi = 3/1. Orgaaninen uuttoliuotin sisälsi 22,5 % MDEHPA, 67,5 % kerosiinia ja 10 % 2-oktanolia. Sekoitusastiassa MDEHPA sisälsi 45 % MEHPA ja 55 % DEHPA. Seosta sekoitettiin 20 minuuttia, minkä .y il ' IM I »Ml III··· 11 97288 jälkeen liuos vedettiin erotussuppiloon. Orgaanisen faasin erottuminen vesifaasista tapahtui hyvin nopeasti, n. 10-15 sekunnissa. Faasien välissä ei havaittu käytännössä ollenkaan likaa. Eri metalli-ionien uuttotehokkuus on esitetty 5 taulukossa la.

Taulukko la. Vesifaasista uuttoliuottimeen siirtyneiden metal likomponenttien suhteellinen määrä (%) eli uuton tehokkuus .

10

Komponentti Tehokkuus (%)

Kok-Fe 96,4 AI 21,3 15 Seuraavaksi 25 ml Fe- ja Al-pitoista orgaanista liuotinta sekoitettiin 6M HCl-liuoksen kanssa 20 minuutin ajan. Tämän jälkeen suoritettiin faasierotus erotussuppilossa. Faasiero-tus tapahtui hyvin nopeasti ja raudalle ja alumiinille saadut strippaustehokkuudet on esitetty taulukossa Ib.

20

Taulukko Ib. Uuttoliuottimesta strippauslluokseen siirtyneiden metallikomponenttien suhteellinen määrä (%) eli strip-pauksen tehokkuus.

25 Komponentti Tehokkuus (%) . : Kok-Fe 52,9 • t » ::*·: ai 70,8 • · • ·« • · « « « • ·' Esimerkki 2 • · « : ’.· 30 Uuttovaiheesta saatu liuos eli raffinaatti (207 g) sisälsi • ·· *,·* ί 0,12 % Fe, 0,18 % AI, 1,62 % P04 sekä raskasmetalleja seuraa vasti: 0,0018 % Cu, 0,0009 % Cr, 0,0124 % Zn. Liuokseen li- : sättiin 60 g NaOH-liosta (20 %) , jolloin liuoksen pH nousi arvoon 2,7. Tämän jälkeen lisättiin NaS2-liuosta (35 %) 35 27,6 g, jolloin pH nousi arvoon 3,8. Syntyi saostuma, joka sisälsi mm. raskasmetalleja sulfideina. Sakka suodatettiin (määrä 250 g) ja analysoitiin. Kvalitatiivisen röntgenana- 12 97288 lyysin perusteella sakka sisälsi seuraavia raskasmetalleja: Cu, Pb, As, V, Cr, Sr, Ni.

Suodokseen (260 g), joka sisälsi mm. alumiinia ja fosfaattia 5 liukoisessa muodossa, lisättiin 57,6 g NaOH-liuosta (20 h), jolloin pH nousi arvoon 13. Kun pH:ta nostetaan, alumiini saostuu mutta rupeaa jälleen liukenemaan pH:n noustessa yli 8. Tavoitteena oli saada em. saostunut alumiini jälleen liukoiseen muotoon. Tässä vaiheessa liuoksesta saostui hydrok-10 sidisakkaa. Sakka suodatettiin ja suodokseen (285 g) lisättiin CaCl2-liuosta, jolloin saatiin kalsiumfosfaattisakka (31,8 g), joka röntgendiffraktioanalyysin perusteella sisälsi Ca(0H)2 ja Ca5(OH) (P04)3. Sakka sisälsi 88 % lähtöliuoksen so. uutosta saadun liuoksen fosforimäärästä. Myös alumiinia 15 saostui siten, että sakka sisälsi 45 % lähtöliuoksen alumiinista. Moolisuhde [P043']/IA1] oli 5,0. Viimeisessä vaiheessa suodokseen lisättiin H2S04 (10 %) , jolloin pH nousi arvoon 7. Saostumista ei kuitenkaan enää tapahtunut, koska alumiini oli jo saostunut aiemmissa vaiheissa.

20

Esimerkki 3 Tässä kokeessa pH:n säätöön käytettiin NH40H. Raskasmetallien saostus suoritettiin pH:ssa 3,3 käyttäen NaS2-liuosta (35 %).

Tämän jälkeen fosfaatin saostamiseksi liuokseen lisättiin 25 MgCl2 ja pH säädettiin arvoon 9,1 käyttäen NH4OH. Tulokseksi . saatiin, että f osfaattisakka, joka oli pääosin MgNH4P04, si- « · · j'.* * sälsi 84 % alkuperäisestä fosforista. Vastaavasti 59 % alku- • · ♦ *. . peräisestä alumiinista saostui tässä vaiheessa. Moolisuhde • ♦ · * ·* [P043"]/[A1] oli 3,6. Alhaisen pH:n vuoksi alumiinia joutui • · ♦ • ·* 30 fosfaattijakeeseen.

«*« # » « • · «

Esimerkki 4 • * · Tässä kokeessa pH:n säätöön käytettiin N^OH. Raskasmetallien saostus suoritettiin pH:ssa 4,0 käyttäen NaS2-liuosta. Ras-35 kasmetallisakka sisälsi 4 % alkuperäisestä fosforista ja 4 % alkuperäisestä alumiinista. Tämän jälkeen pH nostettiin tasolle 5,4. Saadussa sakassa oli 24 % alkuperäisestä fosforista ja 63 % alkuperäisestä alumiinista. Suodatuksen jäi- 11 ItM 1)1« IIIH i 13 97288 keen liuokseen lisättiin MgO ja NH40H, jolloin pH nousi arvoon 9,0. Tällöin saostui MgNH4P04-sakka, jossa oli n. 70 % alkuperäisestä fosforista ja n. 30 % alkuperäisestä alumiinista. Moolisuhde [PO^l/iAl] oli 6,0.

5

Esimerkki 5 Tässä kokeessa pH:n osalta meneteltiin muuten samoin kuin edellisessä kokeessa, mutta nyt ei suoritettu suodatusta raskasmetallien saostuksen jälkeen. Sen sijaan raskasmetal-10 lisaostuksen jälkeen pH nostettiin tasolle 5,4, jossa tapahtui fosfaattisaostus. Saadussa sakassa oli 23 % alkuperäisestä fosforista ja 62 % alkuperäisestä alumiinista. Liuoksen pH:n säätöön käytettiin NI^OH^a. Tässä kokeessa fosforin saanto oli oleellisesti samaa suuruusluokkaa kuin esimerkis-15 sä 4.

Keksintö ei ole rajoitettu oheisiin esimerkkeihin vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Siten metallien liuottaminen jätevesilietteestä voidaan suo-20 rittaa ilman termistä hydrolyysiä. Termisen hydrolyysin käyttö on edullista, koska se parantaa suodattuvuutta sekä metallien liukenevuutta. Oleellista keksinnössä on se, että jätevesilietteessä olevat metallit on liuotettu hapolla ja sen jälkeen saostettu fosfaatteina ja hydroksideina, jolloin 25 ne voidaan hyödyntää keksinnön mukaista menetelmää käyttäen.

« « ♦ · · • · · f·» · « i • « • ·· * · • « < « · • · ♦ - · * · : • · * · · : ; : « * « »

Claims (14)

14 97288

1. Jätevesilietteen käsittelymenetelmä, joka jätevesiliete sisältää saostuskemikaalista peräisin olevaa rautaa ja mahdollisesti alumiinia ja fosforia sekä raskasmetalleja, jossa 5 menetelmässä rauta ja mahdollisesti alumiini sekä fosfori otetaan talteen ja raskasmetallit erotetaan, tunnettu siitä, että (a) jätevesiliete käsitellään hapolla metallien ja fosforin 10 liuottamiseksi, (b) happoon liukenematon kiintoaine erotetaan, (c) vaiheesta (b) saatu lieteliuos käsitellään neste-neste-15 uuttoprosessissa ainakin pääosan raudasta ja mahdollisesti alumiinista talteenottamiseksi, (d) vaiheen (c) uuttoprosessista saatua raffinaattia käsitellään ensimmäisessä saostusvaiheessa sinänsä tunnetulla 20 tavalla käyttäen sopivia kemikaaleja raskasmetallien saosta-miseksi ja sakka erotetaan liuoksesta, ja (e) vaiheesta (d) saatua liuosta käsitellään toisessa saos- . tusvaiheessa sinänsä tunnetulla tavalla käyttäen sopivia ,. 25 kemikaaleja fosforin saostamiseksi ja sakka otetaan talteen, • « ... ja että menetelmä käsittää lisäksi joko ennen vaihetta (a) ·. \ suoritettavan jätevesilietteen kalsinoinnin lietteen sisäl- » * · • tämän orgaanisen aineen polttamiseksi tai ennen vaihetta (c) V * 30 suoritettavan jätevesilietteen hapetuksen lietteen sisältä män orgaanisen aineen muuttamiseksi sellaiseen muotoon, joka • · < '· ! ei vaikuta haitallisesti uuttoon. • · · · • · · • ♦ · r · · ‘ .

2. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu sii- . 35 tä, että vaiheesta (a) tai vaiheesta (b) saatua lieteliuosta , käsitellään ennen vaiheen (c) neste-neste-uuttoprosessia : : hapettimella, kuten väkevällä vetyperoksidiliuoksella, lie- teliuoksen sisältämän orgaanisen aineen muuttamiseksi sei- -*·· tl · §β;ϊ Kit! lii 18* : . i 15 97288 laiseen muotoon, joka ei vaikuta haitallisesti uuttoon, ja lieteliuoksen sisältämän kahdenarvoisen raudan lopettamiseksi kolmenarvoiseksi raudaksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että mainittu jätevesiliete ennen vaiheen (a) hap-poliuotusta kalsinoidaan lietteen sisältämän orgaanisen aineen polttamiseksi.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että vaiheen (c) neste-neste-uuttopro-sessi käsittää uuttovaiheen ja strippausvaiheen, jolloin mainittu lieteliuos saatetaan uuttovaiheessa kosketukseen veden kanssa sekoittumattoman uuttoliuoksen kanssa vesifaa-15 sin eli raffinaatin ja orgaanisen faasin muodostamiseksi, joka orgaaninen faasi sisältää raudan ja mahdollisesti alumiinin ioneja, raffinaatti erotetaan orgaanisesta faasista, orgaaninen faasi saatetaan strippausvaiheessa kosketukseen happaman vesipitoisen strippausliuoksen kanssa vesifaasin ja 20 orgaanisen faasin muodostamiseksi ja haluttuja rauta- ja mahdollisesti alumiini-ioneja sisältävä vesifaasi erotetaan orgaanisesta faasista.

·. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu sii- ; , 25 tä, että uuttoliuos sisältää orgaanisen fosfaatin, kuten al- ‘1* kyylifosfaatin, ja orgaanisen liuottimen.

• » • · · • · · : ·* 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu sii- • · · • · · • ·* tä, että alkyylifosfaatti on monoalkyylifosfaatti, kuten • · · * 30 mono-(2-etyyliheksyyli) fosfaatti, tai dialkyyl if osfaatti, kuten di-(2-etyyliheksyyli)fosfaatti, tai niiden seos ja että orgaaninen liuotin on pitkäketjuinen hiilivetyliuotin, :*·*: kuten kerosiini.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että uuttoliuos lisäksi sisältää pitkäketjuista : alkoholia, kuten 2-oktanolia. 16 97288

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheesta (c) saatu hapan raffi-naatti käsitellään ensimmäisessä saostusvaiheessa (d) ras-kasmetallinsitojalla, kuten rikkivedyllä tai sulfidilla, 5 esimerkiksi natriumsulfidillä tai natriumvetysulfidillä, sopivassa pH -arvossa raskasmetallien saostamiseksi, sakka erotetaan ja saatu vesiliuos käsitellään toisessa saostusvaiheessa (e) fosforin saostusreagenssilla, kuten kalsium-tai magnesiumoksidillä, kalsium- tai magnesiumhydroksidilla 10 tai kalsium- tai magnesiumkloridillä, sopivassa pH-arvossa fosforin saostamiseksi fosfaattina, kuten kalsium- tai mag-nesiumfosfaattina.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel-15 mä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää kolmannen saos- tusvaiheen (f), jossa vaiheesta (e) saadusta liuoksesta alumiini saostetaan alumiinihydroksidina.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu sii-20 tä, että hapan raffinaatti käsitellään ensimmäisessä saostusvaiheessa (d) natriumsulfidillä säätäen pH arvoon noin 5-8 natriumhydroksidilla tai ammoniakilla raskasmetallien saostamiseksi, sakka erotetaan, saatu vesiliuos käsitellään toisessa saostusvaiheessa (e) kalsium- tai magnesiumyhdis- 25 teellä, kuten kalsiumkloridilla, magnesiumoksidillä, mag- : ; j nesiumhydroksidilla tai magnesiumkloridilla mahdollisesti ·'·.. säätäen pH-arvoa kalsiumfosfaatin tai magnesiumammoniumfos- * /·'; faatin saostamiseksi ja sakka otetaan talteen. • • k Ψ · « e * /:·, 30

11. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnet- tu siitä, että hapan raffinaatti käsitellään ensimmäisessä . saostusvaiheessa (d) natriumsulfidillä säätäen pH arvoon t · * •j· noin 3-4 natriumhydroksidilla raskasmetallien saostamiseksi, '·' ' minkä jälkeen pH säädetään arvoon, joka on yli noin 12, nat- 35 ri-umhydroksidilla, jolloin mahdollisesti saostunut alumiini liukenee, sakka erotetaan, saatu vesiliuos käsitellään toisessa saostusvaiheessa (e) kalsiumkloridilla kalsiumfosfaatin saostamiseksi, sakka otetaan talteen, saatu vesiliuos 17 97288 käsitellään kolmannessa saostusvaiheessa (f) rikkihapolla alumiinihydroksidin saostamiseksi ja sakka otetaan talteen.

12. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnet-5 tu siitä, että hapan raffinaatti käsitellään ensimmäisessä saostusvaiheessa (d) natriumsulfidillä säätäen pH arvoon noin 3-4 natriumhydroksidilla raskasmetallien saostamiseksi, sakka erotetaan, minkä jälkeen pH säädetään arvoon, joka on yli noin 12, natriumhydroksidilla, mahdollisesti muodostunut 10 sakka erotetaan, saatu vesiliuos käsitellään toisessa saostusvaiheessa (e) kalsiumkloridilla kalsiumfosfaatin saostamiseksi, sakka otetaan talteen, saatu vesiliuos käsitellään kolmannessa saostusvaiheessa (f) rikkihapolla alumiinihydroksidin saostamiseksi ja sakka otetaan talteen. 15

13. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapan raffinaatti käsitellään ensimmäisessä saostusvaiheessa (d) natriumsulfidillä säätäen pH arvoon noin 3-5 ammoniakilla raskasmetallien saostamiseksi, sakka erote- 20 taan, saatu vesiliuos käsitellään magnesiumkloridilla säätäen pH arvoon noin 5-6 alumiinin saostamiseksi, sakka otetaan talteen, saatu liuos käsitellään magnesiumoksidilla ja am-: moniakilla magnesiumammoniumfosfaatin saostamiseksi ja sakka : ; otetaan talteen. . 25

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel- • 1 mä, tunnettu siitä, että käsiteltävä jätevesiliete on metal- • · *..! liliete, joka on saostettu jätevesilietteen termisessä hap- • · · * pohydrolyysissä muodostuneesta hydrolysaatista. • · · * » · • · · • « · m · · • · · · · 18 97288