NO311713B1 - Fellingskjemikalie samt fremgangsmåte ved, og anvendelse av, fellingskjemikaliet - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen angår et fellingskjemikalie og en fremgangsmåte for kjemisk felling i en væskeblanding inneholdende fellingskjemikaliet samt anvendelse av fellingskjemikaliet og frem-gangsmåten til bruk ved rensing av løste og/eller suspenderte organiske og/eller uorganiske stoffer og partikler i væsker, fortrinnsvis hydrokarboner i vann. Slike partikler og forbindelser utgjøres også i stor grad av mineral- og/eller bergartspartikler, tungmetaller, salter, fosforforbindelser, alkoholer, lipider, aromater og cellulose, hvilke partikler og forbindelser i stor grad forekommer i eksempelvis kloakk og i avløpsvann fra bl.a. bosteder og industrielle foretak. Fel-lingsprosessen aktiveres ved hjelp av fortrinnsvis syrer eller, alternativt, ved hjelp av baser.

Oppfinnelsens bakgrunn

I forbindelse med forskning på biologiske rensemetoder, ho-vedsakelig på rensing av glykol og fenol i avfallsvann, har man oppdaget et fellingskjemikalie med tilhørende fellingsprosess som i forhold til rensing av glykol og fenol i avfallsvann fremviser vesentlig bedre renseresultater når det anvendes til rensing av hydrokarbonholdig avfallsvann samt en rekke løste og/eller suspenderte organiske og/eller uorganiske partikler og stoffer i væsker, deriblant partikler og forbindelser som i stor grad utgjøres av mineral- og/eller bergartspartikler, tungmetaller, salter, fosforforbindelser, alkoholer, lipider, aromater og cellulose, hvilke partikler og forbindelser i stor grad forekommer i eksempelvis kloakk og avløpsvann fra bl.a. bosteder og industrielle foretak.

Kjent teknikk

Av kjent teknikk finnes det mye utstyr og/eller teknikker for rensing av løste og/eller suspenderte organiske og/eller organiske stoffer og partikler i væsker, deriblant stoffer og partikler som foreligger i hydrokarbonholdig avfallsvann og i eksempelvis kloakk og avløpsvann fra bl.a. bosteder og industrielle foretak. Avhengig av situasjon, sted, omfang av og behov for rensing av avfallsvæsker, fortrinnsvis hydrokarbonholdig vann, kan dette bl.a. utføres ved hjelp av ultrafiltrering (membraner), en oljeavskiller eller en koalescer, hydrosykloner eller sentrifuger, ved vakuum destillasjon eller anvendelse av aktivt kull. Rensing av kloakkholdig vann utføres oftest ved hjelp av biologisk rensing eller ved felling med kjemikalier. De mest vanlige fellingskjemikaliene er basert på jern, aluminium og kalk, jfr. WO 8605826 og

JP 56158194. Disse kjemikaliene tilsettes ofte et avfallsvann i kombinasjon med et såkalt flokkuleringsmiddel, ofte bestående av en blanding av bentonitt av typen smektitt og en polymer, jfr. SE 501216, US 5204007 og JP 56158194. I noen tilfeller aktiveres fellingen uten bruk av ovennevnte type fellingskjemikalie ved at avfallsvannets surhetsgrad reguleres til en bestemt pH-verdi eller innenfor et visst pH-område, jfr. US 5204007 og JP 56158194.

Av nærliggende kjent teknikk nevnes spesielt en publikasjon av I. Demel og C.H. Mobius i Wat. Sei. Tech. Vol. 20, No. 1, s. 283-286, 1988 "Improving the Settling of Activated Sludge by Chemical Additives".

Publikasjonen omhandler anvendelse av tilsettingsstoffer i behandlingsanlegg for biologisk avfallsvann (avfallsslam) fra papirfabrikker, hvor hovedproblemet er dårlig sedimentering fra aktivert avfallsslam, og hvor mye av problemet er relatert til svelling av avfallsslammet som følge av vidtgående vekst av trådformede mikroorganismer (protozoa) i slammet.

Tilsettingsstoffene i avfallsslammet fører til bedre sedimentering fra slammet og til en effektiv biologisk nedbryting av nevnte mikroorganismer. Tilsettingsstoffene som nevnes er kalk, alkalisk aktivert bentonitt, lignitt-koks i pudderform og polyelektrolytter, idet polyelektrolyttene omfatter bl.a. polyakrylamid. Kalk anvendes utelukkende til å regulere av-fallsslammets surhetsgrad til pH-verdier på 9-10 før tilset-ning av tilsetningsstoffene. Ovennevnte virkninger oppnås ved deretter å tilsette bentonitt og lignitt-koks eller, alternativt, bentonitt og en polyelektrolytt. Begge disse stoffblan-dinger er derimot forskjellige fra den stoffblanding som det foreliggende fellingskjemikalie utgjøres av.

Publikasjonen redegjør heller ikke for at nevnte sedimentering fra slammet aktiveres ved en kjemisk fellingsprosess tilsvarende den foreliggende fremgangsmåte, i hvilken fremgangsmåte den kjemisk utfelling aktiveres ved å pH-justere blandingen av avfallsvæske og tilsettingsstoffer) etter at blandingens komponenter er blitt sammenblandet.

Av nærliggende kjent teknikk nevnes også en annen publikasjon av I. Demel og C.H. Mobius i Wochenblatt fiir Papier-fabrikation, 5, s. 179-187, 1990 "Moglichkeiten zur Leistungssteigerung biologischer Abwasserreinigungsanlagen von Zellstoff-Fabriken duren physikalisch-chemische MaBnahmen vor und nach der biologischer Reinigung".

Publikasjonen er et studie av forskjellige fremgangsmåter for å ytterligere rense utslippsvæsker fra cellulosefabrikker før og etter biologisk behandling av væskene, og hvor studiet, gjennom laboratorieforsøk, bl.a. omfatter fremgangsmåter for-bundet med flokkulasjon og sedimentasjon fra væskene, anvendelse av adsorps jonsmidler i væskene samt behandling av ut-slippsvæskene ved hjelp av adsorpsjonsharpiks. Publikasjon redegjør også for metoder som omfatter ultrafiltrering og om-vendt osmose.

I nevnte flokkulasjons- og sedimentasjonsforsøk anvendes forskjellige stoffer til å regulere utslippvæskens pH-verdi. Kalk, natriumaluminat eller natriumhydroksid (NaOH) anvendes for å øke væskens pH-verdi, mens aluminiumsulfat anvendes for å senke væskens pH-verdi. I samtlige flokkulasjons- og sedi-mentas jonsforsøk tilsettes dessuten en alkalisk aktivert bentonitt samt en polymer av fortrinnsvis typen polyakrylamid, eventuelt polyetylenimin. I likhet med den foregående publikasjon av Demel og Mobius, aktiveres ikke utfellingen av se-dimenter fra slammet ved hjelp av en kjemisk fellingsprosess tilsvarende den foreliggende fremgangsmåte.

I de separate forsøk med adsorpsjonsmidler tilsettes ut-slippsvæsken ett av stoffene aluminiumoksid, aktivt kull, adsorpsjonsharpiks, kalsium-bentonitt, brunkullkoks eller såkalt silikat opt., og nevnte adsorpsjonsharpiks synes å gi det beste renseresultat. Anvendelse av kun ett slikt stoff er derimot forskjellig fra det å anvende det foreliggende fellingskjemikalie som utgjøres av flere stoffer.

Ifølge denne publikasjon utføres rensing av slike utslipp dessuten i flere trinn, og hvor rensingen omfatter flere av de nevnte fremgangsmåter, hvilket også er forskjellig fra den foreliggende oppfinnelse hvor rensingen utføres i en engang.

Ulemper med kjent teknikk

Fellestrekk ved de fleste kjente renseprosesser og -teknikker er at de ikke klarer å operere tilfredsstillende under alle ulike forhold som ofte fremstår i en normal driftssituasjon. Ulike forhold kan eksempelvis oppstå når en avfallsvæskes pH-verdier (surhetsgrad) varierer mye, eller ved at avfallsvæsken inneholder varierende mengder av suspenderte stoffer og/ eller løste organiske og/eller uorganiske forbindelser som bl.a. såpeforbindelser. I tillegg fremskaffer kjent teknikk effektiv rensing av kun et begrenset antall kjemikalier/ele-menter i en enkeltprosess, mens inneværende oppfinnelse kan tilby effektiv rensing av et større spekter av kjemikalier i en enkeltprosess, noe som er oppnåelig ved anvendelse av kjente rensemetoder, men hvor man eventuelt ville måtte kom-binere flere slike kjente rensemetoder for å oppnå den samme renseeffekt som inneværende oppfinnelse tilbyr i en enkeltprosess. I tillegg er mange kjente renseprosesser og renseteknikker både tidkrevende og kostnadskrevende i forhold til angjeldende rensemetode.

Formål med oppfinnelsen

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe et fellingskjemikalie som ved aktivering er godt egnet til å skille ut fortrinnsvis hydrokarboner fra vann, men også til utskilling av løste og/eller suspenderte organiske og/eller organiske stoffer og partikler i andre avfallsvæsker, deriblant stoffer og partikler i eksempelvis kloakk og i avløpsvann fra bl.a. bosteder og industrielle foretak, og hvor slike stoffer og partikler eksempelvis utgjøres av mineral- og/eller bergartspartikler, tungmetaller, salter, fosforforbindelser, alkoholer, lipider, aromater og cellulose. Anvendelse av nevnte fellingskjemikalie fremskaffer en ny, enklere og mer effektiv måte å behandle avf allsvæsker på som ikke har de ulemper som kjente renseprosesser og renseteknikker lider av.

Hvordan formålet/ formålene oppnås

Formålet oppnås ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og de etterfølgende patentkrav.

Fellingskjemikaliet kan fremstilles etter følgende fremgangsmåte, eller enhetsoppskrift, og fortrinnsvis i nedenstående rekkefølge:

1. 1 liter vann fylles i en beholder.

2. 40 gram bentonitt (tørrstoff), fortrinnsvis natrium-montmorillonitt, tilsettes og røres ut i vannfasen til blandingen er homogen. 3. 0,5 gram polymer (tørrstoff) av typen polyakrylamid tilsettes ovennevnte væskeblanding og røres sammen, fortrinnsvis i mer enn 2 minutter, inntil blandingen tykner og får en fortrinnsvis deiglignende konsistens. 4. 15 gram natrium-polyfosfat (tørrstoff) tilsettes ovennevnte blanding og sammenrøres til en homogen og vesentlig mindre viskøs blanding, slik at fellingskjemikaliet heretter er flytende og blandbart med avfallsvæsken.

Ifølge denne enhetsoppskrift blandes tørrstoffkomponentene bentonitt : natrium-polyfosfat : polyakrylamid henholdsvis i vektforholdet 80 : 30 : 1.

For øvrig har man i denne sammenheng utført laboratorieforsøk i den hensikt å finne ut i hvilken grad rekkefølgen av sammenblanding av fellingskjemikaliets bestanddeler påvirker renseresultatet, eller rensegraden. Rensegraden angir et prosentvis mål på hvor mye av en opprinnelig forurensning, eksempelvis hydrokarboner, som blir fjernet ved hjelp av rense-prosessen, og hvor dette mål uttrykkes i antall vektdeler av eksempelvis hydrokarboner for hver million vektdeler av vann, og hvor målet, eller konsentrasjonen, vanligvis oppgis i ppm (parts per million).

Forsøkene ble utført på et hydrokarbonholdig vann, idet fellingskjemikaliet ble tilsatt vannet og hvor en påfølgende kjemisk felling ifølge denne oppfinnelse ble iverksatt, men hvor syv forskjellige kombinasjoner av sammenblanding av fellingskjemikaliets bestanddeler, inklusiv kombinasjonen ifølge ovennevnte enhetsoppskrift, ble utprøvd på det hydrokarbonholdige vann.

I forsøkene ble rensegraden målt med hensyn til hvor mye. hydrokarboner som ble utfelt av det hydrokarbonholdige vann. På grunnlag av forsøkenes resultater, kan det derfor synes som om rekkefølgen av sammenblanding av fellingskjemikaliets bestanddeler har liten innvirkning på rensegraden av hydrokarboner i vannet, idet man oppnådde rensegrader i størrelsesor-den 89-94%.

Derimot førte noen av de ovennevnte kombinasjoner til vansker med å oppnå en tilfredsstillende sammenblanding av fellingskjemikaliets bestanddeler, idet sammenblandingen forårsaket en del klumpdannelse, noe som bl.a. førte til at en kraftige-re røreanordning måtte anvendes til sammenblanding av be-standdelene. På grunnlag av de sistnevnte problemer var frem-gangsmåten ifølge rekkefølgen i ovennevnte enhetsoppskrift, fordelaktig. En annen fordelaktig fremgangsmåte, og som i forsøkene bevirket en tilsvarende god rensegrad som ved anvendelse av ovennevnte enhetsoppskrift, var å først blande sammen fellingskjemikaliets tørrstoffkomponenter i en ikke-spesifisert rekkefølge for deretter å tilføre tørrstoffblan-dingen vann.

Vektforholdet mellom tørrstoffkomponentene bentonitt, natrium-polyfosfat og polyakrylamid i fellingskjemikaliet er viktig for å oppnå best mulig rensegrad, noe som ifølge ovennevnte enhetsoppskrift oppnås ved at vektforholdet bentonitt : natrium-polyfosfat : polyakrylamid er henholdsvis 80 : 30 : 1.

Det må for øvrig nevnes at noe avvik fra dette vektforhold ikke påvirker rensegraden i vesentlig grad, og at hver tørr-stof f komponent i vektforholdet kan variere i noen grad. I denne sammenheng ble det utført ytterligere forsøk på det sistnevnte hydrokarbonholdige vann, og hvor tilfredsstillende rensegrader med hensyn til hydrokarboner ble målt ved henholdsvis først å variere tørrstoffmengden av tilsatt natrium-polyfosfat og deretter å variere tørrstoffmengden av tilsatt polyakrylamid.

Forsøkene viste at en tilfredsstillende rensegrad ble oppnådd ved å blande bentonitt : natrium-polyfosfat : polyakrylamid i et vektforhold i området 80 : 20-47 : 0,5-1,7 ; og hvor den optimale rensegrad ble oppnådd ved et vektforhold på

80 : 30 : 1 , altså ved å anvende enhetsoppskriften.

I tillegg til de ovennevnte forsøk har man gjennom ytterligere forsøk og i stedet for natrium-polyfosfat søkt å finne ett eller flere alternative kjemikalier som eventuelt gir den samme renseeffekt når det anvendes i fellingskjemikaliet. I denne sammenheng ble det prøvd tre stoffer eller kjemikalier, og hvor disse var lignin, lignitt og lignosulfonat.

Rent kjemisk er lignin et polyfenol i form av aromatringer, og hvor lignin utgjør en naturlig styrkegivende bestanddel i celleveggene til en rekke planter, og hvor lignin er vesentlig mer motstandsdyktig mot nedbryting enn eksempelvis cellulose. Lignin er kjemisk forløper til kull, og hvor lignin i en naturlig forkullingsprosess ved tap av oksygen fra nevnte aromatringer omdannes først til torv og deretter til et lav-verdig kull, lignitt. Lignin er vanligvis et biprodukt fra cellulosefremstilling, mens lignitt brytes ut av dagbrudd eller gruver. Lignitt inneholder mye plantemateriale og derved også mye humussyre. Lignosulfonat er kjemisk fremstilt ved sulfonering av lignin, og hvor man for rensetekniske formål ofte tilsetter krom.

Ved anvendelse av enten lignin, eller lignitt, eller ligno-sulf onat i ovennevnte fellingskjemikalie, og som en erstat-ning for natrium-polyfosfat, samt til rensing av hydrokarbonholdig vann ifølge den foreliggende oppfinnelse, fremviste lignitt en bedre rensegrad enn de to andre stoffene. Derimot var ikke lignitt bedre egnet enn natrium-polyfosfat til å

oppnå en optimal rensegrad med hensyn til rensing av hydro-i karbonholdig vann.

Med tanke på eventuell transport eller lagring av kjemikaliet før bruk, kan det være en fordel å konsentrere fellingskjemikaliet, idet mindre mengder vann enn hva enhetsoppskriften angir tilsettes tørrstoffblandingen, men under den forutset-ning at vektforholdet mellom tørrstoffkomponentene forblir konstant. Ved senere anvendelse tilsettes så vann i tilstrekkelige mengder til å tynne ut fellingskjemikaliet til ønsket konsentrasjon og fortrinnsvis til en konsentrasjon ifølge enhetsoppskriften .

Anvendelse og aktivering av ovennevnte væskeblanding til kjemisk felling av fortrinnsvis hydrokarboner fra vann, men også til utskilling av løste og/eller suspenderte organiske og/ eller organiske stoffer og partikler i andre avfallsvæsker, deriblant i eksempelvis kloakk og i avløpsvann fra bl.a. bosteder og industrielle foretak, og hvor slike stoffer og partikler eksempelvis utgjøres av mineral- og/eller bergartspartikler, tungmetaller, salter, fosforforbindelser, alkoholer, lipider, aromater og cellulose, foregår i nedenstående rekke-følge og på følgende måte: 1. Fellingskjemikaliet tilsettes avfallsvæsken i en vektkonsentrasjon på fortrinnsvis 0,07-2 gram tørrstoff per liter avfallsvæske, og hvor fellingskjemikaliets vektkonsentrasjon er avhengig av hvilke typer forurensninger og konsentrasjoner av disse som avfallsvæsken bl.a. utgjøres av. 2. Væskeblandingen omrøres på egnet måte for å oppnå en god sammenblanding av fellingskjemikalie og avfallsvæsken, fortrinnsvis i 10-15 minutter eller så lenge som nødvendig for å oppnå god sammenblanding av disse. 3. Væskeblandingen tilsettes en syre eller en base i tilstrekkelig mengde til at blandingens kjemiske surhetsgrad fortrinnsvis oppnår en pH-verdi på 4,0 eller mindre eller en pH-verdi på 8,0 eller mer. 4. Væskeblandingen omrøres og sammenblandes på egnet måte og i tilstrekkelig lang tid, minst 0,5 minutt ved 190 omdrei-ninger/minutt i en såkalt jar-test, for å oppnå god sammenblanding av disse. 5. Væskeblandingen står i ro, og kjemisk felling oppstår ved at avfallsstoff(er), fortrinnsvis hydrokarboner, flokker seg og skiller seg fra væskefasen og deretter sedimenteres eller floteres ut av væskeblandingen.

Ved tilsetting av fellingskjemikaliet i en forurenset væskeblanding er det vanskelig å angi en spesifikk og optimal vektkonsentrasjon av fellingskjemikaliet, idet en avfallsvæske kan utgjøres av vilkårlige typer og konsentrasjoner av forurensninger, slik at den optimale vektkonsentras jon av f ellingskjemikaliet må tilpasses den aktuelle avf allsvæske.

Rensing av avfallsvæske ved hjelp av angjeldende fremgangsmåte og fellingskjemikalie skjer gjennom en fellingsprosess som er basert på bl.a. ionebinding, ionebytting mellom fellingskjemikaliets bestanddeler, og på koagulering av av-fallsvæskens forurensninger, såkalt flokkulering.

Bentonitt er et leirmineral, i denne sammenheng fortrinnsvis av typen natrium-montmorillonitt, som i likhet med de fleste andre leirmineraler er karakterisert ved at det antar en pla-teformet krystallstruktur som danner sammenstillinger av pa-rallelle og løst sammenhengende plater. Slike strukturelle

egenskaper samt leirmineralets kjemiske sammensetning fører

til at mineralet i forhold til et gitt mineralvolum har et meget stort og kjemisk reaktivt overflateareal, noe som bl.a. bevirker at vann lett adsorberes på leirplatene og at leire derved sveller. Uten nærmere forklaring fremstår leirplatene utad med vekselvise positive og negative elektriske ladninger.

En polymer, derimot, er bygget opp av én eller flere grunn-leggende kjemiske enheter, såkalte monomere, som bindes sammen i lange kjeder og utad fremstår med negative elektriske ladninger. Ved tilsetting og sammenblanding av polymer, i denne sammenheng polyakrylamid, i vann sammen med bentonitt, bindes polymerkjedene til en del av leirplatenes positive ladninger, noe som bevirker at leirpartikler, polymer og vann bindes sammen. Blandingen blir derved mer viskøs eller, som ved fremstilling av angjeldende fellingskjemikalie, at blandingens komponenter flokker seg og omdannes til en klump av deiglignende konsistens.

Ved anvendelse av en slik deiglignende klump til eksempelvis rensing av oljeholdig vann, og hvor oljepartikler binder seg til klumpens ytre overflate, blir rensegraden svært dårlig som følge av at klumpens reaktive overflateareal i forhold til klumpens volum, er svært lite. For å øke klumpens overflateareal og, i denne sammenheng, derved dramatisk forbedre rensegraden, er det derfor nødvendig å tynne ut blandingen. Ifølge oppfinnelsen gjøres dette ved å tilsette og røre inn i blandingen et viskositetsreduserende kjemikalie, fortrinnsvis natrium-polyfosfat. Derved brytes klumpen opp i en mengde mindre aggregater samt at vann frigjøres fra blandingen, slik at blandingen blir mindre viskøs og egnet til innblanding med eksempelvis oljeholdig vann. Ved tilsetting av natrium-polyfosfat tilføres blandingen fosfat-ioner med negativ elektrisk ladning, og hvor ionene, i likhet med polymerkjedene, tiltrekkes og bindes til en del av leirplatenes positive elektriske ladninger. Slike elektriske sammenbindinger bevirker at tilhørende ladninger nøytraliseres, og at leirplatene, eller i praksis aggregater bestående av leirpartikler, polymer og vann, utad fremstår med negative elektriske ladninger. Slike negativt elektrisk ladde aggregater virker frastøtende på hverandre, slik at aggregatene ikke kleber seg sammen.

Ved tilsetting av den fortynnede og deflokkulerte blanding, heretter benevnt som fellingskjemikaliet, i eksempelvis en emulsjon bestående av oljeholdig vann, vil dispergerte oljedråper i emulsjonen erfaringsmessig tiltrekkes og samles på fellingskjemikalieaggregatenes overflater. Dispergerte oljedråper i en emulsjon har i prinsipp ingen elektrisk ladning utad og skulle ut i fra elektrisk ionebindingsteori ikke kunne tiltrekkes angjeldende negativt ladde fellingskjemika-lieaggregater. Derimot finnes det ut fra termodynamiske be-traktninger i forbindelse med teori for emulsjonsstabilitet, og i særdeleshet i forbindelse med emulsjonsegenskaper for fintfordelte, eller kolloidale, partikler, en mengde bevis for tiltrekningkrefter mellom partikler i en emulsjon, deriblant såkalte London-van der Waals tiltrekningkrefter. Uten nærmere beskrivelse av slike krefter er det erfaringsmessig åpenbart at eksempelvis oljepartikler i oljeholdig vann tiltrekkes og bindes til fellingskjemikalieaggregatenes overflater.

Etter sammenblanding av f ellingskjemikaliet i eksempelvis oljeholdig vann tilsettes blandingen fortrinnsvis en syre i tilstrekkelige mengder til at blandingens pH-verdi er 4,0 eller mindre. Alternativt kan blandingen tilsettes en base i tilstrekkelige mengder til at blandingens pH-verdi er 8,0 eller mer. Tilsetting av en syre eller en base bevirker at fellingskjemikalieaggregatenes polymerkjeder tiltrekkes hverandre og flokkulerer. Derved flokkuleres også aggregatene samt oljedråper som er adsorbert på aggregatenes overflater, slik at større ansamlinger av slike aggregater dannes. Slike ansamlinger av aggregater er fysisk mye større enn enkeltstå-ende og dispergerte aggregater, noe som fører til at slike ansamlinger lett sedimenteres ut, eventuelt floteres ut, av blandingen. Tilstedeværelse av bentonitt i slike aggregater, og i særdeleshet i større ansamlinger av slike aggregater, utgjør også en medvirkende faktor til rask sedimentering av ansamlingene, idet bentonitt også fungerer som et vektmateri-ale i ansamlingene og motvirker at oljepartikler, som vanligvis er lettere enn det vann de er emulgert i, som følge av oppdriftskrefter flyter opp.

I fellingssammenheng er det viktig å påpeke at polyakrylamid er meget sensitiv ovenfor surhetsgrader hvor pH-verdien er 4,0 eller mindre eller hvor pH-verdien er 8,0 eller mer. Av denne grunn er det derfor viktig at f ellingskjemikaliet inn-blandes i eksempelvis oljeholdig vann med en pH-verdi mellom 4,0 og 8,0, i hvilket surhetsområde polyakrylamid ikke flokkulerer. I de tilfeller hvor eksempelvis oljeholdig vann i ut-gangspunktet har en pH-verdi utenfor det foretrukne surhetsområde, er det før tilsetting av fellingskjemikaliet gunstig å regulere blandingens surhetsgrad til en pH-verdi innenfor det foretrukne surhetsområde. Dette sikrer at man ved tilsetting av fellingskjemikaliet i eksempelvis oljeholdige vann oppnår en god sammenblanding av blandingens oljeforurensnin-ger og fellingskjemikaliet, slik at oljedråper adsorberes på fellingskjemikalieaggregatenes overflater før fellingsproses-sen iverksettes.

Fordeler som oppnås ved oppfinnelsen

Fellingskjemikaliet er, i forhold til det meste av kjent teknikk, lett å fremstille, og anvendelsen av kjemikaliet krever liten og enkel utstyrstilpasning. Dette fører til økt bruker-vennlighet og anvendbarhet, bl.a. i renseanlegg for kloakkholdig vann og avløpsvann, anlegg til rensing av hydrokarbonholdig vann på og fra båter, oljerigger, faste og flytende installasjoner for oljeproduksjon og til rensing av hydrokarbonholdig borekaks. Fellingskjemikaliet kan eventuelt også anvendes fordelaktig i kombinasjon med kjent renseteknikk.

Kort omtale av figurer og tabeller

Det vil i den etterfølgende del av beskrivelsen, og med hen-visning til figurer og tabeller, bli vist resultater fra la-boratorieforsøk hvor nevnte fellingskjemikalie ble anvendt til rensing av hydrokarbonholdig vann, og hvor: Figur 1 og tilhørende Tabell 1 viser effekten av kjemikaliets omrøringstid på oppnådd rensegrad ved anvendelse av fellingskjemikaliet i hydrokarbonholdig vann med opprinnelig pH-verdi på 6,5; Figur 2 og tilhørende Tabell 2 viser effekten av kjemikaliets omrøringstid på oppnådd rensegrad ved anvendelse av fellingskjemikaliet i hydrokarbonholdig vann med opprinnelig pH-verdi på 9,5; Figur 3 og tilhørende Tabell 3 viser oppnådd rensegrad som en funksjon av kjemisk aktivert felling med varierende pH-verdier ved anvendelse av fellingskjemikaliet i hydrokarbonholdig vann; Figur 4 og tilhørende Tabell 4 viser oppnådd rensegrad som en funksjon av varierende fellingskjemikaliemengde tilsatt hydrokarbonholdig vann; Figur 5 og tilhørende Tabell 5 oppsummerer resultater fra tre forsøk som viser oppnådd rensegrad som en funksjon av varierende fellingskjemikaliemengde tilsatt hydrokarbonholdig vann, og hvor sedimenteringsmetoden ble anvendt i to av forsøkene,

og hvor f Iotas jonsmetoden ble anvendt i ett av forsøkene; og

Figur 6 og tilhørende Tabell 6 oppsummerer resultater fra tre tilsvarende forsøk som viser oppnådd prosentvis slamvolum som en funksjon av varierende fellingskjemikaliemengde tilsatt hydrokarbonholdig vann, og hvor angjeldende sedimenteringsmetode ble anvendt i to av forsøkene, og hvor en f Iotas jonsme-tode ble anvendt i ett av forsøkene.

Forsøksbeskrivelse

Ved anvendelse av fellingskjemikaliet ifølge ovennevnte enhetsoppskrift til rensing av hydrokarbonholdig vann, har man søkt å optimalisere graden av rensing, eller rensegraden. Dette er søkt utført gjennom en rekke småskala laboratorie-forsøk som enkeltvis er utført på en standardisert måte i en såkalt jar-test. Ved fremstilling av fellingskjemikalie til forsøkene ble det bl.a. anvendt såkalt Wyoming bentonitt, som utgjøres av ren natrium-montmorillonitt i motsetning til andre anvendte typer montmorillonitt som i tillegg til natrium-montmorillonitt også inneholder større eller mindre mengder av kalsium-montmorillonitt. I fellingskjemikaliet ble det og-så anvendt polyakrylamid av middels anionisk styrke og med en molekylvekt i størrelsesorden 17-18 millioner.

Regulering av surhetsgrad, angitt ved en pH-verdi, ble utført ved tilsetting av saltsyre. I forsøkene ble hydrokarbonkon-sentrasjonen i vannet målt før og etter felling. Konsentrasjonen er oppgitt i ppm (parts per million) som representerer antall vektdeler av hydrokarboner for hver million vektdeler av vann.

Forsøk 1; Effekt av omrøringstid;

Hydrokarbonholdig vann fra en båt ble testet etter at vannet var blitt grovrenset ved hjelp av kjent flotasjons og koal-esceringsteknikk. Vannets pH-verdi var 6,5, og det inneholdt mye løspartikler og gasser som førte til fIotasjon i prøvene. I samtlige forsøkstester ble 10 g ferdig fellingskjemikalie, tilsvarende 0,53 g kjemikalietørrstoff, tilsatt 900 ml av det hydrokarbonholdige vann og satt til omrøring ved 190 omdrei-ninger/minutt i nevnte jar-test. I hver test ble fellingen deretter aktivert ved å regulere vannets pH-verdi til 2,5. Forsøkets formål var å finne ut hvordan omrøringstiden ved blanding av kjemikaliet innvirket på rensegraden. Førsøket viste en meget god rensegrad i alle forsøkets tester, men og-så en marginal forbedring av rensegraden ved mer enn 8 minut-ters omrøring, jfr. Figur 1 og Tabell 1.

Forsøk 2; Effekt av omrøringstid ved høy pH-verdi;

Hydrokarbonholdig vann fra et renseanlegg for spesialavfall ble i dette forsøket tilsatt fellingskjemikaliet og omrørt ved 190 omdreininger/minutt i nevnte jar-test. I likhet med Forsøk 1 søkte man å bestemme rensegraden som en funksjon av omrøringstiden ved blanding av kjemikaliet. Avfallsvannet inneholdt mye såpe, slik at vannet var sterkt basisk med en pH-verdi på 9,5. I samtlige forsøkstester ble 15 g ferdig fellingskjemikalie, tilsvarende 0,79 g kjemikalietørrstof f, tilsatt 900 ml hydrokarbonholdig vann. Umiddelbart etter tilsetting av fellingskjemikaliet begynte forurensningene å flokku-lere, noe som skjedde uten at man tilsatte syre eller base for å regulere blandingens surhetsgrad. Dette viste at en opprinnelig pH-verdi på 9,5 umiddelbart aktiverte kjemisk felling i hydrokarbonholdig vann, mens Forsøk 1 viste at en opprinnelig pH-verdi på 6,5 ikke umiddelbart aktiverte kjemisk felling i hydrokarbonholdig vann. For øvrig viste Forsøk 2 at omrøringstiden ikke hadde noen systematisk innvirkning på rensegraden, og at rensegraden faktisk ble litt dårligere ved lengre omrøring, jfr. Figur 2 og Tabell 2. Rensegraden i Forsøk 2 var generelt dårligere enn rensegraden i Forsøk 1, noe man antar er relatert til at kjemisk felling pga. høy opprinnelig pH-verdi startet før det hadde oppstått tilfreds-tillende flokkdannelse i avfallsvannets hydrokarbonfase. Man har gjennom utprøving funnet at kjemisk felling ved tilsetting av en syre eller en base, virker best i avfallsvann med opprinnelig pH-verdi mellom 4,0 og 8,0. Ved pH-verdier utenfor ovennevnte pH-område kan avfallsvannet pH-reguleres inn i ovennevnte pH-område før tilsetting av fellingskjemikaliet. Derved unngås umiddelbar flokkdannelse, og rensegraden øker.

Forsøk 3: Effekt av varierende pH-verdier;

Hydrokarbonholdig vann fra et renseanlegg for spesialavfall ble også i dette forsøket tilsatt fellingskjemikaliet og 6m-rørt ved 190 omdreininger/minutt i 2 minutter i nevnte jar-test. Vannet hadde før tilsetting av f ellingskjemikalie en surhetsgrad på 6,5 samt et høyt innhold av suspenderte tørr-stof f partikler. I samtlige forsøkstester ble 20 g ferdig fellingskjemikalie, tilsvarende 1,05 g kjemikalietørrstoff, tilsatt 900 ml av det hydrokarbonholdige vann. Det ble tilsatt forskjellig mengde saltsyre i hver enkelt forsøkstest, slik at væskeblandingens pH-verdi var den variable faktor i forsø-ket. Formålet med forsøket var å finne ut hvilken surhetsgrad som fremskaffet best rensegrad. Forsøket viste best rensegrad ved pH-verdier på omtrent 3,5 eller mindre, jfr. Figur 3 og Tabell 3.

Forsøk 4; Effekt av varierende fellingskjemikaliemengde;

Fra Forsøk 3 ble det vist at en pH-verdi på 3,5 var optimal for rensing av hydrokarbonholdig vann. Formålet med Forsøk 4 var å variere mengden av tilsatt fellingskjemikalie og finne ut hvordan dette påvirket rensegraden. Også i dette forsøket ble fellingskjemikalie tilsatt 900 ml av svært hydrokarbonholdig vann fra et renseanlegg for spesialavfall og omrørt ved 190 omdreininger/minutt i 2 minutter i nevnte jar-test. I samtlige tester ble blandingen tilsatt saltsyre for å oppnå en konstant pH-verdi på 3,5. Inntil et visst nivå viste resultatene at rensegraden økte med mengde tilsatt fellingskjemikalie, jfr. Figur 4 og Tabell 4.

Forsøk 5; Rensegrad som funksjon av varierende fellingskjemikaliemengde ved henholdsvis sedimentering og fIotasjon;

Formålet med forsøket var å variere mengde fellingskjemikalie tilsatt ved henholdsvis angjeldende sedimenteringsmetode og ved en fIotasjonsmetode for deretter å sammenligne oppnådd rensegrad for de to rensemetodene, jfr. Figur 5 og Tabell -5. I alle tester ble fellingskjemikalie tilsatt 800 ml hydrokarbonholdig vann fra et renseanlegg for spesialavfall og omrørt ved 190 omdreininger/minutt i 2 minutter i nevnte jar-test. I samtlige tester ble kjemisk felling utført ved å holde blandingens pH-verdi konstant på 2,8. For begge rensemetoder viste resultatene at rensegraden inntil et visst nivå økte med mengde tilsatt fellingskjemikalie. Optimal rensegrad var også noe bedre ved sedimentering, jfr. fig. 5 og tabell 5. Forsøk 6; Prosentvis slamvolum som funksjon av varierende fellingskjemikaliemengde ved henholdsvis sedimentering og flotasjon;

Formålet med forsøket var å variere mengde fellingskjemikalie tilsatt ved henholdsvis angjeldende sedimenteringsmetode og ved en fIotasjonsmetode for deretter å sammenligne utfelt slamvolum for de to rensemetodene, jfr. Figur 6 og Tabell 6. I alle tester ble fellingskjemikalie tilsatt 800 ml hydrokarbonholdig "vann fra et renseanlegg for spesialavfall og omrørt ved 190 omdreininger/minutt i 2 minutter i nevnte jar-test. I samtlige tester ble kjemisk felling utført ved å holde blandingens pH-verdi konstant på 2,8. Forsøket viste en trend av at utfelt slamvolum minket med økende tilsetting av fellingskjemikaliet. For øvrig viste resultatene at utfelt slamvolum ved flotasjon var betydelig mindre enn ved sedimentering, særlig ved økende tilsetting av fellingskjemikaliet, samtidig som rensegraden var meget god. Dette viser at flotasjon i forhold til sedimentering forårsaker en økt fortykning av slammet, slik at en gitt vektmengde slam ved flotasjon får et mindre slamvolum enn tilsvarende volum ved sedimentering. In-dustrielt kan dette eksempelvis utnyttes ved at hydrokarbonholdig avfallsvann først renses ved hjelp av sedimenteringsmetoden, noe som gir optimal rensegrad. Deretter renses utfelt slam ved hjelp av fIotasjonsmetoden, noe som gir et mi-nimalt slamvolum av forurensningen.

Claims (7)

1. Fellingskjemikalie til å skille ut fortrinnsvis hydrokarboner fra vann, men også til utskilling av løste og/ eller suspenderte organiske og/eller uorganiske stoffer og partikler i en tilhørende væske, deriblant stoffer og partikler i eksempelvis kloakk og i avløpsvann fra bl.a. bosteder og industrielle foretak, og hvor slike stoffer og partikler i stor grad utgjøres av mineral- og/eller bergartspartikler, tungmetaller, salter, fosforforbindelser, alkoholer, lipider, aromater og cellulose, og hvor fellingskjemikaliet utgjøres av en blanding av 80 vektdeler bentonitt, fortrinnsvis natrium-montmorillonitt; av 0,5-1,7 vektdeler polymer av typen polyakrylamid; og av vann, karakterisert ved at blandingen i tillegg utgjøres av 20-47 vektdeler natrium-polyfosfat og/eller lignitt.

2. Fellingskjemikalie ifølge krav 1, karakterisert ved at fellingskjemikaliets tørrstoffkomponenter er satt sammen i et forhold på 80 vektdeler bentonitt av typen natrium-montmorillonitt; 30 vektdeler natrium-polyfosfat og/eller lignitt; og 1 vektdel polymer av typen polyakrylamid.

3. Fremgangsmåte for kjemisk felling i en væskeblanding bestående av en forurenset væske og et fellingskjemikalie ifølge krav 1 eller 2, og hvor den forurensede væske ut-gjøres av løste og/eller suspenderte organiske og/eller uorganiske stoffer og partikler i en tilhørende væske, fortrinnsvis hydrokarboner i vann, men også andre stoffer og partikler i eksempelvis kloakk og i avløpsvann fra bl.a. bosteder og industrielle foretak, og hvor slike stoffer og partikler i stor grad utgjøres av mineral-og/eller bergartspartikler, tungmetaller, salter, fosforforbindelser, alkoholer, lipider, aromater og cellulose, karakterisert ved at kjemisk felling iverksettes idet væskeblandingens surhetsgrad reguleres til en pH-verdi på 4,0 eller mindre ved å tilsette væskeblandingen en syre eller, alternativt, at kjemisk felling iverksettes idet væskeblandingens surhetsgrad reguleres til en pH-verdi på 8,0 eller mer ved å tilsette væskeblandingen en base.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den forurensede væske før tilsetting av fellingskjemikaliet foreligger med eller, ved å tilsette en syre eller en base, har blitt innrettet til en surhetsgrad innenfor et pH-område på minimum 4,0 og maksimum 8,0.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at fellingskjemikaliet tilsettes den forurensede væske i en vektkonsentrasjon på 0,07-2 gram tørr-stoff per liter avfallsvæske, at ovennevnte væskeblanding deretter omrøres og sammenblandes godt, at væskeblandingen så tilsettes en syre eller en base, hvoretter væskeblandingen omrøres og sammenblandes godt, og at væskeblandingen deretter står i ro til forurensningen(e) flokker seg og skiller seg fra væskeblandingens væskefase og deretter sedimenteres eller floteres ut av væskeblandingen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at blandingen av fellingskjemikaliet og den forurensede væske omrøres og sammenblandes i 10-15 minutter, og at denne væskeblanding, etter tilsetting av syre eller ba-se, sammenblandes i en grad som tilsvarer omrøring i minst 0,5 minutt ved 190 omdreininger/minutt i en såkalt jar-test.

7. Anvendelse av et fellingskjemikalie ifølge krav 1 eller 2 og en fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 3-6 for kjemisk felling i en væskeblanding bestående av forurenset væske og fellingskjemikaliet, idet angjeldende fellingskjemikalie og fremgangsmåte bevirker utfelling av løste og/eller suspenderte organiske og/eller uorganiske stoffer og partikler i en tilhørende væske, fortrinnsvis hydrokarboner i vann, men også andre stoffer og partikler i eksempelvis kloakk og i avløpsvann fra bl.a. bosteder og industrielle foretak, og hvor slike stoffer og partikler i stor grad utgjøres av mineral- og/ eller bergartspartikler, tungmetaller, salter, fosforforbindelser, alkoholer, lipider, aromater og cellulose.