NO120362B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for rensing av ferskvann og spillvann ved flokkulering i en amfoter fase under anvendelse av et vannløselig sinksalt.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en fremgangsmåte til rensing av vann ved flokkulering under anvendelse av et vannloselig sinksalt.

For å rense vann for organiske stoffer i suspensjon eller losning har man hittil nesten utelukkende anvendt filtreringssjikt som i alt vesentlig har bestått av jernholdig kvartsitsand. Når man ved hjelp av slike sjikt ikke har vært istand til å oppnå den foronsk-ede renselsesgrad, så har man anvendt flokkuleringsteknikk ved hjelp av jern og aluminiumssalter samt hydratisert kalkstein.

En kjemisk og fysisk undersokelse over de mest vanlige organiske lorurensningsmidler i ferskvann og spillvann har vist, at hovedmengden av slike forurensende organiske forbindelser er enten sure eller svakt basiske av natur, og at hovedmengden av forbindelsene oppforer seg amfoterisk.

En anvendelse av flokkuleringsmidler med sterkt sur eller basisk karakter synes ikke å være spesielt godt egnet for uloselig-gjoring av organiske forbindelser av amfoterisk karakter.

Det faselikevektsbrudd som oppnås ved hjelp av aluminiumssalter, slik disse vanligvis brukes ved behandling av ferskvann, er tilstrekkelig for å oppnå vann hvor man anser at evnen til oksydasjon ved hjelp av kaliumpermanganat er tilstrekkelig.

I forbindelse med avfallsvann fra husholdninger så vil man

på den annen side få en residual oksyderbarhet etter behandling med aluminiumsaltet som er utilstrekkelig, slik at flokkuleringsmidlet må anvendes i meget store,mengder, hvorved behandlingen blir okonomisk uakseptabel. Avfallsvann fra husholdninger blir derfor alltid renset ved biologiske fremgangsmåter. Dessuten har aluminiumsulfat en ten-dens til å frembringe flak som kun sedimenteres med meget stor vanske-lighet og som dessuten vanskelig lar seg dehydratisere, foruten at selve sedimentasjonen tar meget lang tid.

Man har også forsokt flokkuleringsmetoder basert på stivelses-lignende stoffer, enten alene eller modifisert eller sammen med andre komponenter, men man har hittil ikke oppnådd særlig positive resultater.

Et annet flokkuleringsmiddel som spesielt har vært anvendt for å rense vann for fosfater som er tilstede i form av ortofosfater og polyfosfater, er trivalent jern, vanligvis som jernklorid. Man oppnår bedre resultater med sistnevnte middel enn med aluminiumsulfat, men man har også andre ulemper, f.eks. at det rensede vann blir mis-farget slik at det ikke kan brukes som drikkevann, noe som dels skyl-des at det dannes meget voluminose bunnfall.

Man har også pr5vd å anvende sinksalter, og da mer spesielt sinkklorid. I sistnevnte forbindelse beskriver U.S. patent nr. 1 966 733 ©n fremgangsmåte for rensing av vann, hvor det vann som skal renses, tilfores en vannloselig kadmiumsink og manganforbindelse, som f.eks. et klorid, et nitrat eller et sulfat, i den hensikt å rense vannet for den hardhet som er tilstede på grunn av nærværet av vann-opplost silisiumoksyd som så kan utfelles i form av uloselige silika-ter. Under behandlingen dannes det frie syrer, og disse nøytraliseres så med et passende alkali.

US patent nr. 2 074 082 beskriver også bruken av uorganiske sinksalter for å utflokkulere stoffer som befinner seg i suspensjon i spillvann og kloakkvann, og som tidligere ikke har latt seg rense ved biologiske fremgangsmåter.

I denne forbindelse skal det innskytes at i nevnte fremgangsmåte er det spesielt beskrevet at sinkkloridet bor brukes ved en pH varierende fra 5 til 7, og den foretrukne verdi er oppgitt som 6.2.

Endelig er det i US patentene nr. 2 511 299 og nr. 2 300 693 beskrevet bruken av sinkklorid for rensing av henholdsvis vann og kloakk.

I de hittil anvendte'fremgangsmåter har imidlertid sinksaltet, og da spesielt sinkklorid, ikke hatt særlig stor suksess, og er i stor grad blitt erstattet av aluminium- og jern-baserte koagulerings- og flokkuleringsmidler.

Ifolge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte til rensing av vann ved flokkulering under anvendelse av et vannloselig sinksalt, spesielt sinkklorid, kjennetegnet ved at vannets pH-verdi, etter en enventuell forinnstilling av pH-verdien til 7*4-7.8 ved tilsetning av en sterk alkalisk forbindelse f.eks. natriumhydroksyd eller kaliumhydroksyd på i og for seg kjent måte, innstilles til 7.8-8.5 ved hjelp av et alkalimetallsalt av borsyre, hvoretter fnokkene separeres. ;Flokkulering i amfotere faser ifolge foreliggende oppfinnelse utfores ved å tilsette det vann som skal behandles, en mengde som varierer med forurensningsgraden av det vann som skal behandles, et vannloselig sinksalt, hvoretter man justerer pH til et foretrukket område varierende fra 7.8 - 8.2, noe som kan oppnås ved å tilsette en passende mengde av et alkalimetallsalt av borsyre. I de tilfeller hvor vannet har en pH på-mindre enn 7«4> så kan alkalimetallsaltet av borsyre tjene til å justere pH opp til en verdi på 7.8 - 8.5, men det er i dette tilfelle en viss risiko for å tilfore en for stor mengde. I dette tilfelle justeres pH vanligvis med en sterk alkalisk forbindelse, hvoretter borsyresaltene anvendes for å gi en okning på minst 0.4 enheter av pH-verdien. Mediet blir således påvirket av borsyren og dennes salters amfotere karakter innen det pH-område hvor flokkuleringen finner sted. Foreliggende oppfinnelse gjor det mulig å rense avfallsvann umiddelbart etterat dette er silt. Man oppnår i dette tilfelle en meget sterk rensing for fosfater, enten disse befinner seg i form av ortofosfater eller polyfosfater. Avfallsvann fra husholdninger behandlet i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, har en residual DBO^-verdi som er lavere enn det som er angitt i de lover som begrenser vannets uttomming. Foreliggende fremgangsmåte har også den fordel at det bunnfall som dannes av de flak som dannes av sinksaltene under ovennevnte betingelser, kan sedimenteres på mindre enn 15 minutter, og de kan deretter lett skilles fra væsken ved sentrifugering og så direkte forbrennes. ;Så snart bunnfallet har sedimentert, blir vannet filtrert og behandlet gjennom et fast sjikt av aktivert trekull, mer spesielt av den type som er beskrevet i en verserende patentansokning av samme soker og innsendt samtidig med denne patentsoknad. Nevnte trekull har den vesentlige funksjon å innfange vaskemidler og rensemidler som vil unngå enhver flokkuleringsprosess. Resultatet av nevnte filtrering er et fullstendig klart, fargelost og luktlost filtrat. Filtratet utvikler ikke vedvarende skum ved roring eller risting, og dette er et resultat av den spesielle type trekull som er anvendt ovenfor. Foreliggende fremgangsmåte kan likeledes anvendes for defosfatering ;av vann fra biologiske rensestasjoner hvor man har renset avfallsvann fra husholdninger. Bruken av sink i et amfoterisk medium har vist seg å være langt bedre enn den effekt som oppnås ved hjelp av trivalent jern, som hittil har vært det mest anvendte flokkuleringsmiddel for fosfater. Mens jern anvendes i mengder som overgår de mengder ortofosfater som skal fjernes, så anvendes sink under ovennevnte betingelser i en stokiometrisk mengde i forhold til fosforsyre, og enda mer ettersom polyfosfater også er blitt utfelt. Fremgangsmåten kan også anvendes for flokkulering av aktive bunnfall som lett oppstår i sekun-dære sedimentasjonstanker ved biologiske rensestasjoner. Bunnfall eller mudder av denne type, som inneholder fra 0.5 - 1 % faste stoffer, er blitt flokkulert ved hjelp av sinkklorid ved den ovennevnte betingelser, Sedimentasjon av disse bunnfall var fullstendig i lopet av 20 minutter, og man kunne dekantere en klar væske, mens bunnfallet hadde et innhold på faste stoffer omkring 4 %• Ved sentrifugering kan man oppnå et produkt som har et innhold av faste stoffer som overstiger 14 % og som kan nå 20 %. Flokkulering i et amfoterisk medium er en preliminær operasjon i de tilfeller hvor man skal rense mange typer industrielt avfallsvann, f.eks. av den type som oppstår ved fremstill-ingen av proteinbaserte lim, eller ved industrier som anvender nevnte typer lim, dvs. i alt vesentlig fabrikker for fremstilling av spon-plater, fiberplater, finerplater etc, og hvor man anvender våte eller ;semivåte fremgangsmåter. Vann av denne type er meget vanskelig å rense, og de har en meget hoy DBO^-verdi, noe som gjor at det kreves langvarig og dyr biologisk rensing. Jern og aluminiumsalfcer er i dette tilfelle ikke istand til å utfelle de kolloidale stoffer som er tilstede. Foreliggende fremgangsmåte gir i dette tilfelle en ;i ;meget god flokkulering, og vann kan tommes ut med en DBO^-verdi under 20 milligram oksygen per liter, en verdi som ligger langt under de grenser som er angitt i flere land for å hindre vannforurensning. I nevnte tilfelle med avfallsvann fra sponplatefabrikker etc., så må flokkuleringen ifolge foreliggende oppfinnelse gjores fullstendig ved en flokkulering nr. 2 ved hjelp av treverdig jernklorid, som så er istand til å utfelle monoser og polyoser, som ikke er blitt utfelt ved sinkflokkuleringen. ;Eksempel 1 ;10 liter ferskvann som var sterkt forurenset av mudder, ble tilsatt 0.4 ml av en 32° Beaumé sinkkloridlosning. Vannet ble deretter tilsatt 0.3 ml av en losning som inneholdt 1 mol natriummeta-perborat per liter, sammen med ekvivalent mengde natriumtetraborat. pH ble justert til 8.2 ved tilsetning av 2-normal NaOH. Det dannet seg raskt flak som var sedimentert i lopet av 20 minutter. Deb behandlede vann ble deretter filtrert gjennom aktivert trekull, og vannet hadde etter filtrering en residual oksyderbarhet på 2.5 milligram oksygen per liter. ;Eksempel 2 ;25C liter vann fra en biologisk rensestasjon for avfallsvann fra husholdninger, ble prefUtrert gjennom aktivert trekull og deretter tilsatt 5-5 gram sinkklorid. Deretter ble vannet tilsatt 10 ml av en losning som inneholdt 1 mol natriummetaborat per<*>liter samt en ekvivalent mengde natriumtetraborat. pH ble justert med NaOH (2-normal) til 8.2. Det dannet seg en masse tynne flak som ble frafiltrert i et sjikt av meget poros aktivert trekull. Det fullstendig klare vann som ikke dannet noe skum, inneholdt mindre enn 1 gram ortofosfat per m-% -og dets oksyderbarhet varierte fra 2.5 til 3 mg oksygen per liter.

Eksempel 3

1 liter bunnfall fra en sekundær sedimentasjonstank fra en biologisk rensestasjon for avfallsvann, ble tilsatt 0.175 ml av en 32° Be sinkkloridlosning. Deretter ble 1 ml av en molar losning av natriummetaborat tilsatt, hvorpå pH ble justert til 7.8 - 8.2 ved tilsetning av 2-norraal NaOH. Det skjedde en meget rask koagulering og flokkulering av bunnfallet som så sedimenterte seg, og det overligg-ende vann var klart og inneholdt ikke noe ortofosfat. Bunnfallet ble underkastet sentrifugering, noe som bragte innholdet av faste stoffer opp til 18

Eksempel 4-

10 liter avfallsvann fra husholdninger ble oppsamlet etter siling og tilfort 1.3.ml av en molar losning av natriummetaborat. Deretter ble 1.75 rnl av en 32° Bl sinkkloridlosning tilsatt. pH ble så justert til 8.2 ved hjelp av 5 til 5«5 ml 2-normal NaOH. Det dannet seg meget raskt mange mindre flak, og disse sedimenterte seg i lopet av 15 minutter. De sedimenterte flak ble underkastet sentrifugering og oppvarming i en porselenskapsel hvor de meget raskt brant opp uten lukt og etterlot et karbonholdig residuum hvorfra sinksaltet lett kan innvinnes.

Eksempel 5

10 liter avfallsvann fra en sponflatefabrikk hvor man anvendte en våtprosess, ble tilsatt 4»8 ml av en 32° Bé sinkkloridlosning. Vannet ble deretter tilsatt 5 ml av en molar losning av natriummetaborat sammen med 20 ml av en 2-normal natriumhydroksydlosning for å justere pH til 8.2 - 8.4. Det dannet seg raskt en mengde mindre flak og vannet ble klart, ettersom den tilstedeværende kolloidale fase var utfelt. Det utfelte bunnfall ble deretter sentrifugert. Det ble så brent og dekomponert ved en temperatur omkring 300°C, og tilbake fikk man et karbonholdig residuum hvorfra sinksaltene lett kan innvinnes. LQsningen over det sedimenterte bunnfall ble behandlet med 2 ml av en losning av treverdig jernklorid hvis konsentrasjon var ca. 44 % FeCl^. Etter endt tilsetning dannet det seg mindre flak som dannet et jernholdig bunnfall, og i dette bunnfall kunne man finne de monoser og polyoser som ikke var utfelt ved hjelp av ovennevnte sinksalt. Det således rensede vann hadde en residual DBO^ på mindre enn 10 milligram oksygen per liter i forhold til den opprinnelige DBO^-verdi på 48OO mg oksygen/liter.

For at man lettere skal kunne forstå fordelene ved foreliggende oppfinnelse, vil man nå angi de resultater som ble oppnådd ved prover ved å anvende foreliggende fremgangsmåte sammen med filtreringssjikt basert på det aktiverte trekull.

Blandingen av reagensen og den væske som skulle behandles, ble utfort i et 200 liters sylindrisk kar ved hjelp av en roterende rorer. pH ble justert til den onskede verdi og kontrollert ved hjelp av et glasselektrode-pH-raeter, hvoretter roringen ble avbrutt og væsken ble hensatt for sedimentasjon 1 time. Den rensede væske ble så suget ut av karet og filtrert gjennom et lag av trekull inne i en glasskolonne. Karbonkolonnen hadde en hoyde på 100 cm og en diameter på 3 cm, noe som tilsvarer et volum på ca. 700 crn-^ og en vekt på ca. 140 gram (tilsvarer spesifikk tetthet på 0.2). Filtreringshastigheten varierte fra 6-12 meter per time. Motstromsvasking av filteret ble utfort fra tid til annen med en hastighet av 12 - 18 meter per time. ved å anvende 4 - 5 % av det tidligere rensede vann. Reaktantlosningene er angitt med store bokstaver A (buffer), B (flokkuleringsmiddel), C (pH-justeringsmiddel). Foran hver prove ble det utfort mindre for-sok på en 2-liters prove for å fastslå det mest passende doseringer.

Bunnfallet ble oppsamlet og undersokt. Dessuten ble prover

av råvæsken, det rensede vann samt væsken fra trekullfilteret undersokt etterat forutbestemte volumer vann var blitt behandlet.

A. Prover på vann fra Olona- elven.

25 liter væske ble anvendt med folgende doseringer for reak-tantene: A - 7 ml, B - 9 ml, C - 25 ml. Væsken ble kraftig rort i 3 minutter og deretter svakt rort i 7 minutter og så hensatt for sedimentasjon i 1 time. pH etter behandling var 8.2.

Sedimentasjonen var fullstendig i lopet av 15 minutter, og etter 1 time kunne en klar væske suges ut og filtreres gjennom aktivert trekull med en hastighet på 11 meter per time. Bunnfallet utgjorde 4 volumprosent i forhold til det behandlede vann, men etter sentrifugering (5 minutter ved 2.500 RPM), var bunnfallet redusert til 0.4 fa.

Resultatene av analysene er angitt i tabell 1 hvor kolonnene

3 og 4 gir resultatene av analysene etter filtrering av 2 og 20 liter, henholdsvis.

B. Prover på kloakkvann.

200 liter væske ble anvendt med folgende doseringer for reak-tantene: A - 26 ml, B - 35 ml, C - 60 ml. Ftter kraftig roring i 3 minutter og svakere roring i 7 minutter, ble væsken hensatt for sedimentasjon i 1 time. pH var da 8.2. fitter 1 time ble den rensede væske suget ut og filtrert gjennom aktivert trekull med en hastighet på 10 meter per time. Resultatene av analysene er angitt i tabell 2.

C. Proven ble utfort slik det er beskrevet i forste prove, men man anvendte folgende reaktantdoser: A - 52 ml, B - 70 ml, C - 125 ml. pH var 8.4O. De dannede bunnfall utgjorde 2 volumprosent av det behandlede vann, men etter sentrifugering (5 minutter ved 2.500 RPM) , var de redusert til. 0.4 %. Bunnfallet kunne Qgså lett frafiltreres, og ved en kalsinering i en porselenskapsel av 22 gram bunnfall som var oppsamlet på et filterpapir og torket i luft, oppnådde man 2 gram av et gråaktig residuum som i alt vesentlig besto av sinkoksyd. Resultatene av analysene er angitt i tabellene 3 °g 4> hvor filtrerin-gen er utfort med en hastighet på 10 og 6 meter per time henholdsvis.

Tabellene 5 °g 6 viser prosentvis reduksjon av forurensning ved flokkulering og ved flokkulering fulgt av filtrering på aktivert trekull. Disse data er meget illustrerende og bekrefter at flokku-leringsreaktanten i en buffret losning er betydelig bedre enn alumi-niumsulf at og treverdig jernklorid, både når det gjelder den nodven-dige dosering og den oppnådde renselsesgrad, foruten muligheten til å rense bunnfallet fra hvilket reaktanten lett kan innvinnes.

For å gi en videre forståelse for foreliggende fremgangsmåte ved defosfatisering av vann, angir folgende tabell 7 resultater av prover utfort på avfallsvann fra rensestasjonen ved Lausanne, idet vannet ble behandlet med flokkuleringsmidlet ved de foran nevnte betingelser.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til rensing av vann ved flokkulering under anvendelse av et vannloselig sinksalt, spesielt sinkklorid, karakterisert ved at vannets pH-verdi, etter en eventuell forinnstilling av pH-verdien til 7 «4 - 7.8 ved tilsetning av en sterk alkalisk forbindelse f.eks. natriumhydroksyd eller kaliumhydroksyd på i og for seg kjent måte, innstilles til 7.8 - 8.5 ved hjelp av et alkalimetallsalt av borsyre, hvoretter fnokkene separeres.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at pH-innstillingen foretas slik at tilsetningen av nevnte alkalimetallsalt bevirker at pH-verdien oker med minst 0.4 enheter.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1 og 2, karakterisert ved at det som alkalimetallsalt av borsyre anvendes natriumtetraborat, natriummetaborat eller blandinger derav.