HU196342B - Eljárás folyadékok szűréséhez alkalmazható szűrőanyag előállítására - Google Patents

Abstract

A szilárd szemcsés hordozóanyag, például zeolit felületén lúgos kémhatású anyaggal alumíniumsót, célszerűen AI2(SO4)3-t reagáltatnak. Ezáltal a szemcsék felületén alumínium-oxid és aJumínium-hidroxid által alkotott réteg alakul ki, amely elektromosan polarizált. E réteg az egymást taszító kolloid részecskék elektromos töltésének elvesztését, ezáltal azok aggregációját (koagulálódását) idézi elő, ami azután a mechanikus szűrést lehetővé teszi.

Description

A találmány folyadékok szűréséhez alkalmazható szűrőanyag előállítására szolgáló eljárásra vonatkozik. A találmány szerinti eljárással készült szűrőanyag segítségével elsősorban természetes vizekben levő kolloidális szennyeződések és oldott anyagok egy része távolítható el, vagyis a kémiai kezeléssel módosított felületű szilárd szemcsék által alkotott szóróanyag (szűrőtöltet) különösen az ivóvíztisztítás területén alkalmazható eredményesen.

Amint ismeretes, a természetes felszíni vizek lebcgőanyag-tartalmának az eltávolítása általában derítéssel, ülepítéssel és homokszűréssel történik. A derítéssel és ülepítéssel kapcsolatos kémiai kezelés kiküszöbölése érdekében újabban olyan szűrési technológiák váltak ismeretessé, amelyekben impregnált — kémiailag kezelt - felületű szemcsés szűrőközeggei biztosítják a tisztítást. E módszer azon a jelenségen alapul, hogy az egymást taszító, kolloid méretű részecskék elveszítik az elektromos töltésüket, miáhal koagulálós következik be, és végbemegy a mechanikus szűrés.

A T/24 402/51. számú román találmányi leírásból például olyan szűrőtöltet-előállítási eljárás ismerhető meg, amely szerint kovaföldhöz szulfátot és fémhidroxidot adnak, és a kovaföldszemcsék felületét ezáltal módosítják. A szulfátnyomokat nátriumhidroxidos formaldehiddel távolítják el. A kovaföldszemcsék felületén kialakított réteg vastagsága mintegy 3 mm. Az eljárás hátránya, hogy egyrészt költséges, másrészt a rákkeltő hatású formaldehid alkalmazása fokozott elővigyázatot igényel.

Javasoltak olyan eljárást is, amelynek során termikus bomlás révén mangándioxidot visznek fel zeolit, szilikagél vagy homok felületére, majd savas kezeléssel aktiválják a töltetet. A felhasznált só Mn(NO₃)₂. A termikus kezelést a kellően vastag felületi réteg biztosítása érdekében kettő-öt alkalommal megismétlik. A megoldás hátránya a sok műveleti lépés, vagyis a bonyolultság, valamint a magas költség.

A találmány feladata, hogy olyan eljárást szolgáltasson kémiai kezeléssel aktíváit felületű szemcsés anyag által alkotott szűrőanyag - szűrőtöket - előállítására, amely eijárás egyszerűen és alacsony költségszinten, az egészséget nem károsító anyagok alkalmazásával, csekély energiaráfordítással megvalósítható, és az eljárással nyert szűrőtöitet hatékony szűrést biztosít, emellett élettartama hosszú.

A találmány az alábbi felismeréseken alapszik: Amennyiben ásványi anyagú szilárd szemcséket lúgos kémhatású oldatba helyezünk, bizonyos várakozási idő eltelte után a szemcsék külső felülete és a szemcsepórusok belseje elektromosan negatív töltést kap, ha pedig a szemcsékhez savas, karakterű oldatot is hozzáadunk, a lúgos kémhatású felületre gél - oldhatatlan csapadék - csapódik ki, amelynek lemosódását a szemcsefelület lúgos tulajdonsága meggátolja. Azonos eredményt kapunk akkor is, ha a lúgos és savas kezelés sorrendjét felcseréljük. További felismerésünk, hogy a gélréteg megfelelő hőkezeléssel tovább stabilizálható. Az ilyen módosított (aktivált) felületű szűrőanyag felületi elektromos töltései biztosítják az egymást taszító kolloid részecskék aggregációját, és a szűrőanyagon aggregált részecskéket a szűrőréteg visszatartja.

E felismerések alapján a kitűzött feladatot a találmány értelmében olyan eljárás segítségével oldottuk meg, amelynek során szilárd szemcsés hordozóanyag szemeséinek a felületén vegyi úton elektromosan polarizált aktív réteget hozunk létre, és amely eljárásra az jellemző, hogy a szilárd szemcsék felületén lúgos kémhatású anyaggal alumíniumsót reagáltatunk, és ily módon ott alumíniumoxid és alumínium-hidroxid által alkotott elektromosan polarizált aktív réteget alakítunk ki. Célszerűen lúgos kénihatásű anyagként NaOH, NaHCO₃ vagy Na-CO₃ vizes oldatával reagáltatjuk az alumíniumsót, illcive alumíniumsóként AI₂(SO₄)₃ vagy AlCi₃ vizes oldatával reagáltatjuk a lúgos kémhatású anyagot.

Az alumíniumfoszfátot a vízkezelési technológiákban derítéshez tömegesen alkalmazzák, olcsó és egészségre nem veszélyes anyag, cs ugyanez mondható el a lúgos kémhatást biztosító nátriumfűdroxidra vagy az enyhén lúgos kémhatású nátriumkai bonátra is.

Egy másik találmányi ismérv szerint szilárd szemcsés anyagként — célszerűen 0,5—5 mm átmérőjű — zeolitot és/vagy kvarchomokoí és/vagy bazaltzúzaiékot használunk. Ezek közül a legelőnyösebbnek a természetes zeolit mutatkozik, ugyanakkor ennek az ára sem növeli jelentősen a szűrőanyag előállítási költségeit.

Az eljárás egy további foganatositási módja szerint a szilárd szemcsés anyagot annak 1-5 tömeg%-át kitevő mennyiségű alumíniumsót tartalmazó vizes oldattal keverjük össze, és ezen anyagok reagáltatásáva! alakítjuk ki a szemcsék felületén az elektromosan polarizált aktív réteget. Előnyös, ha a szilárd szemcsés anyagot legalább 10 g/dm^a koncentrációjú só - és lúgos kémhatású anyag — oldattal keverjük össze, valamint ha előbb az egyik, célszerűen a lúgos kémhatású anyagot tartalmazó vizes oldattal keverjük össze a szilárd szemcsés anyagot, és e részkeverékhez legalább mintegy 60 perc elteltével adjuk hozzá a másik, célszerűen a sóoldatot, majd további legalább 60 perc múlva a felületükön elektromoson polarizált aktív réteget tartalmazó szemcséket - célszerűen szűréssel - a folyékony fázistól elkülönítjük. A szilárd szemcsék lúgos kémhatásúvá tett felületén a hozzáadott, savas karakterű A1₂(SO₄)₃ oldatból a szemcse felületére AI(0H)₃ gél csapódik ki, amelynek lemosódását a célszerűen zeolitszemcsék felületéről e felület lúgos karaktere - amint már említettük — meggátolja.

Egy további találmányi ismérvnek megfelelően a szilárd szemcsék felületén kialakított aktív gélréfeget hőkezeléses szárítással stabilizáljuk; célszerű, ha a gélréteget tartalmazó szemcséket legfeljebb mintegy 80 perces időtartamon keresztül legfeljebb mintegy 140 °C-os hőmérsékleten tartva stabilizáljuk. Az A1(OH)₃ gélréteg az említett hőmérsékleten tovább stabilizálható - vagyis szilárdítható - anélkül, hogy a gél víztartalma teljes egészében eltávoznék.

A találmányt a továbbiakban példákon keresztül ismertetjük részletesen.

1. példa cm³ 10 g/dm³ koncentrác.ójú A1₂(SO₄)₃.Í2H₂O vizes oldatba 20 g 3,8-1,2 mm szemcseméretű természetes zeolitot adagolunk, majd a rendszert 60 percen keresztül mozgásban tartjuk.

A folyadék pH-értéke 3.8-4,0.

A 60 perc elteliévc! a rendszerhez (részkeverékhez) lúgos kémhatást biztosító NaOH vizes oldatot adunk,

196 342 amelynek koncentrációja 10 g/dm³, a mennyisége pedig 20 cm³. A savas közeghez legfeljebb 5 percen át tartó lassú keverés mellett öntjük hozzá a lúgos kémhatású folyadékot. A rendszer pH-ja ezután 8. Az NaOH oldat adagolása során jól megfigyelhető a lassú keverés mellett a pehelyképződés.

(Megjegyezzük, hogy 10 g/dm³-es koncentrációjú NaHDOs oldatból 60 cm³, Na₂CO₃ oldatból pedig 40 cm³ adagolásával érhetjük el a pH = 8-as zagy kialakulását.)

A következő lépésben az előállított zagyot 60 percen keresztül enyhén mozgatjuk, például kíméletesen keverjük.

E 60 perc elteltével a zagyot 0,8 mm-es lyukbőségű szűrő segítségével gravitációsan megszűrjük.

A végtermékként kapott, nedves A1(OH)₃ gél által alkotott elektromosan polarizált aktív réteggel bevont zeolitszemcsék például Ívóvíztisztításhoz használt zárt vagy nyitott szűrőoszlopba tölthetők be, és ott olyan szűrőanyagként funkcionálnak, amelyen átvezetett víz egy lépésben elveszíti a lebegőanyag-tartalmának nagy részét és az oldott komponensek mintegy 20—50 %-át.

2. példa g 0,8-1,2 mm-es természetes zeolitszemcsét 60 cm³ 10 g/dm³ koncentrációjú NaHCO vizes oldatban szuszpendáltatunk (keverünk).

(Használhatunk 20 cm³ 10 h/cm³ koncentrációjú NaOH, vagy 40 cm³10 g/dm³ koncentrációjú Na₂CO₃ oldatot is.) perces várakozási idő után a rendszerhez folyamatosan 40 cm³ mennyiségű 10 g/dm³ koncentrációjú A1₂(SO₄)₃.12H₂O vizes oldatot adagolunk. A pH — 5 érték elérésekor pelyhek kialakulása indul meg. Az A1₂(SO₄)₃ pelyheket 60 perces várakozási idővel stabilizáljuk a szemcsék felületén, majd a zagyot szűrőre helyezve a vizesoldat-feiesleget elcsurogni hagyjuk.

3. példa

Mindenben az 1. vagy 2. példában leírtak szerint járunk el, a nedves gélréteget azonban a zeolitszemcsék felületén hőkezeléssel (termikusán) stabilizáljuk. A stabilizálást oly módon hajtjuk végre, hogy a nedves géllel bevont szemcséket tálcás szárítón 2-3 cm-es rétegvastagságban elterítjük és 105 °C hőmérsékleten 60 percen keresztül szárítjuk. A gélréteg egy része a szárításos stabilizálás eredményeként Al₂O₃-má alakult. A stabilizálással a szűrőanyag élettartma növelhető meg.

A találmányhoz fűződő előnyös hatások a következőkben foglalhatók össze.

A kémiai kezeléssel módosított felületű szilárd szemcsés szűrőanyag segítségével akár a természetes vizekben, akár a szennyvizekben levő kolloidális szennyeződések és oldott anyagok egy része hatékonyan és racionálisan eltávolítható. A szűrőanyag előállítása gyorsan és olcsón megoldható a kereskedelmi forgalomban kapható termékek felhasználásával. A szűrőtöltet káros anyagokat nem tartalmaz. Igen előnyös tényező, hogy a találmány szerinti eljárás a szűrő tervezett beépítési helyén is foganatosítható, vagyis a szűrőanyag ott is előállítható, ahol alkalmazására közvetlenül van szükség. A szűrőanyagot tartályokba töltve és azon a tisztítandó vizet átvezetve - esetleg a tisztítandó víz összetételének megfelelően több szűrőtartály összekapcsolásával — ivóvíz minőségű víz állítható elő. Adott bedolgozási idő után a szűrőoszlop szerves anyagok biológiai k bontását is biztosítja.

A találmány természetesen nem korlátozódik a fenti konkrét példákra, hanem az igénypontok által definiált oltalmi körön belül többféle módon megvalósítható,

Claims (9)

1. í. Eljárás folyadékok szűréséhez alkalmazható szűrőanyag előállítására, amely eljárás során szilárd szemcsés hordozóanyag szemcséinek a felületén vegyi úton elektromosan polarizált aktív réteget hozunk létre, azzal jellemezve, hogy a szilárd szemcsék felületén lúgos kémhatású anyaggal alumíniumsót reagáltatunk, és ily módon ott alumíniumoxíd és aluminiumhidroxid által alkotott, elektromosan polarizált aktív réteget alakítunk ki.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljár ás, azzal jellemezve, hogy lúgos kémhatású anyagként NaOH, NaHCO₃ vagy Na₂CO₃ vizes oldatával reagáltatjuk az alumtniumsót. _
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy alumíniumsóként AI₂(SO₄)₃ vagy A1C1₃ vizes oldatával reagáltatjuk a lúgos kémhatású anyagot.
4. 4. Az 1—3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy szilárd szemcsés anyagként — célszerűen 0,5-5 mm átmérőjű - zeolitot és/vagy kvarchomokot és/vagy bazaltzúzalékot használunk.
5. 5. Az 1—4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilárd szemcsés anyagot annak 1—5 íömeg%-át kitevő mennyiségű alumíniumsót tartalmazó vizes oldattal, valamint 2 — 10 tömcg%-át kitevő mennyiségű lúgos kémhatásií anyagót tartalmazó oldattal keverjük össze, és ezen anyagok reagáltatásával alakítjuk ki a szemcsék felületén az elektromosan polarizált aktív réteget.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilárd szemcsés anyagot legalább 10 g/dm³ koncentrációjú só- és lúgos kémhatásű anyagoldattal keverjük össze.
7. 7. Az 5. vagy 6. igénypontok szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy előbb az egyik, célszerűen a lúgos kémhatású anyagot tartalmazó vizes oldattal keverjük össze a szilárd szemcsés anyagot, és e részkeverékhez legalább mintegy 60 perc elteltével adjuk hozzá a másik, célszerűen a sóoldatot, majd további legalább 60 perc múlva a felületükön elektromosan polarizált aktív réteget tartalmazó szemcséket - célszerűen szűréssel a folyékony fázistól elkülönítjük.
8. 8. Az 1—7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szilárd szemcsék felületén ki-35

   196 342 alakított aktív gélréteget hőkezeléses szárítással stabilizáljuk.
9. 9. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gélréteget tartalmazó szemcséket legfeljebb mintegy 80 perces időtartamon keresztül legfeljebb mintegy 140 °C-os hőmérsékleten tartva stabilizáljuk.