NO323051B1 - Fremgangsmate for behandling av vannstrommer som inneholder faste biologiske stoffer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for klaring av i det vesentlige vandige prosesstrømmer, og mer spesielt å separere faste biostoffer, særlig proteiner, fira matbehandlingsoperasj oner, slik som dyrebehandling, særlig fjærkrebehandling.

Store mengder faste biostoffer, slik som proteiner, karbohydrater, fettstoffer og oljer, samles opp i vandige strømmer i løpet av matbehandlingsoperasjoner, slik som avfall og vaskevann fra slakting av dyr for matprodukter og andre matbehandlingsoperasjoner slik som ekstraksjon av proteiner i løpet av soyabønnebehandling, o.l. Den vandige strømmen må klares, dvs. separere og fjerne suspanderte faste stoffer for å utvinne verdifullt produkt eller før det slippes ut fra behandlingsanlegget til et kommunalt eller offentlig vannsystem. Når det er separert og tørket har de faste biostoffene verdi, f.eks. som dyrefor, avlingsgjødningstoff, i legemidler og i personpleieprodukter. I et spesielt eksempel kan utvunnet protein fra soyabønner anvendes i spebarnformulering.

Disse biofaste stoffene består av partikler som har overflateladninger. Typisk har partiklene anionisk overflateladning ved alkalisk eller nøytral pH. Overflateladningen genererer en frastøtningskraft mellom partiklene for å holde dem fra hverandre. For enkelte partikler av kolloidal størrelse, slik som proteiner, er tyngdekrefter utilstrekkelig til å forårsake at de felles ut av den vandige suspensjonen. Enkle separasjonsfremgangs-måter, slik som filtrering, er ikke effektive til å separere disse proteinfaste stoffene p.g.a. blending av filteret eller at de faste stoffene har mulighet til å passere gjennom dem. Således kan separasjon og videre utvinning av proteinene være lav og/eller en avfallstrøm er ikke miljømessig akseptabel for å slippes ut fra behandlingsanlegget.

Teknikker for fjerning av proteiner, karbohydrater, fettstoffer og oljer, og andre biologiske forurensninger fra vandige matbehandlingstrømmer er kjente. En vanlig praksis er å separere proteinet, fettstoffene og oljene fra den vandige strømmen ved flokkulering med metallsalter, særlig jern og/eller aluminiumsalter, og anioniske polymerer. Idet det er vanlig å anvende de utvunnede proteinene, karbohydratene, fettstoffene og oljene i dyremat er det et helseproblem når metallsalter anvendes for å separere faste biostoffer. Det er en bekymring at utvunnede faste biostoffer har høye nivåer av metallsalter, som kan bygges opp i vevet til dyrene som mottar maten på dette vevet kan etterfølgende bli konsumert av mennesker. Dyreemæringsfolk er også, bekymret for at metallsaltene kan bindes til fosfater i foret slik at de er mindre tilgjengelige som ernæring. Matbehandlingsindustrien har lett etter alternativer for anvendelsen av metallsalter for separasjon av proteiner, karbohydrater, fettstoffer og oljer fra vandige strømmer.

Mens fremgangsmåter er blitt beskrevet for klaring av vandige strømmer fra matbehandlingsanlegg og separasjon av faste biostoffer derfra som ikke krever metallsalter lider hver av disse av ulemper slik som høye kostnader for materialer og lange reak-sjonstider for å klargjøre strømmen på en tilfredsstillende måte. Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en økonomisk og effektiv prosess for å klargjøre vandige strømmer fra matbehandling og separere og utvinne protein i en form i stand til å bli brukt kommersielt etterpå.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for klaring av vesentlig vandige prosesstrømmer som innbefatter (a) redusering av pH for en vesentlig vandig strøm som innbefatter biofaststoffer til mindre enn pH 7;

og samtidig eller sekvensielt,

(b) anbringelse av strømmen i kontakt med en effektiv mengde av

(1) et anionisk uorganisk kolloid hvor det anioniske kolloidet er et silikabasert

uorganisk kolloid valgt fra gruppen bestående av kolloidalt silika, aluminiummodifisert kolloidalt silika, polysilikat, polyaluminiumsilikat, polykiselsyremikrogel og blandinger derav; og (2) en organisk polymer, som er et kationisk polyakrylamid med en antalls-midlere molekylvekt større enn 1.000.000;

hvorved flokkulerte biofaststoffer fremstilles.

Den vandige strømmen kan bringes i kontakt med en syre, hvis ønskelig, for å redusere pH'en i strømmen til mindre enn pH 7.1 en spesiell utførelsesform ifølge oppfinnelsen blir den vandige strømmen bragt i kontakt simultant med det anioniske uorganiske kolloidet og en syre for å redusere pH. Etterfølgende kontakt mellom den organiske polymeren og strømmen forårsaker flokkulering av de faste biomaterialene, slik at de flokkulerte faste biomaterialene kan separeres fra strømmen.

Mange behandlingsanlegg genererer vandige strømmer som innbefatter fast biomateriale slik som proteiner, karbohydrater, fettstoffer og oljer som må behandles for å fjerne eventuelle verdifulle faste biomaterialprodukter og/eller før strømmen kan slippes ut fra anlegget. Disse vandige strømmene er ofte avledet fra matbehandlingsanlegg og har faststoffinnhold på fra ca. 0.01% til 5% på vektbasis. Forliggende oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for klarning av slike strømmer, hvorved de faste stoffene flokkuleres og ev. separere de faste biomaterialene derfra, som etterfølgende kan anvendes f.eks. i dyrefor.

Slik det er definert heri betyr å flokkutere å separere suspenderte faste biomaterialer, fra en strøm som innbefatter faste biomaterialer hvori biomaterialene blir agregert og separert på toppen eller bunnen av strømmen hvori de faste biomaterialene tidligere er blitt suspendert. Flokkulering gir et flokkulert materiale som hvis ønskelig kan separeres fysisk fra strømmen. I den foreliggende oppfinnelsen er det ønskelig å maksimere størr-elsen på det flokkulerte materiale for å lette fjerning av dette materialet fra strømmen.

Vandig strøm

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan den vandige strømmen som skal behandles være fra et hvilket som helst bearbeidningsanlegg som gir en vandig strøm som innbefatter fast biomateriale, slik som matbehandlingsanlegg. F.eks. kan dyreslakterhus og dyrebehandlingsanlegg og andre matbehandlingsanlegg gi vandige strømmer som innbefatter protein, fettstoffer og oljer. Dyreslakterhus og behandlingsanlegg inkluderer de fra kveg, svin, fjærkre og sjømat. Andre matbehandlingsanlegg inkluderer anlegg for grønnsaker, kom og meierimatbehandling, f.eks. anlegg forbehandling av soyabønner, ris, bygg, ost og myse; anlegg for våtmaling av stivelser og kom; såvel som bryggerier, destillerier og vinfremstilling. Fast biomateriale tilstede i vandige strømmer fra disse prosessene kan inkludere sukkerforbindelser, stivelse og andre karbohydrater i tillegg til protein, fett og oljer. F.eks. ved behandling av soyabønner blir proteiner ekstrahert inn i en vandig strøm fra hvilken de etterfølgende blir fjernet. Den foreliggende oppfinnelsen er særlig anvendelig for behandling av strømmer fra dyrebehandling og mer spesielt fra fjærkrebehandling.

Mens foreliggende oppfinnelse er anvendlig i vanlig matbehandlingsoperasjoner, som i vandige suspensjoner av faste biomaterialer bør det gjøres oppmerksom på at oppfinnelsen også er anvendelig ved behandling av vandige suspensjoner av faste biomaterialer avledet fra behandling av mat (animalsk eller vegitabilsk) materialer, som kan ha slutt-bruk som annet enn mat. F.eks. proteiner er anvendelige i visse kosmetiske og andre hudpleieformuleringer når de separeres og utvinnes; stivelse har flere ikkematanvend-elser som inkluderer anvendelse i papirproduksjon. Videre er denne oppfinnelsen også anvendelig for behandling generelt, av en hvilken som helst vannstrøm som innbefatter fast biomateriale som et resultat av ikkematbehandlingsoperasjoner. Videre, selv om det faste biomaterialet slik det er beskrevet ovenfor, generelt er suspendert i en i det vesent-Uge vandig strøm kan en vesentlig konsentrasjon av mengden biomateriale også løses i strømmen avhengig av egenskapene til strømmen eller det faste biomateriale som sådan, f.eks. pH, saltinnhold eller andre parametere.

Anionisk uorganisk kolloid

Anioniske uorganiske kolloider anvendelige i fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen kan inkludere silikabaserte og ikke silikabaserte anioniske uorganiske kollioder og blandinger derav. Silikabasert anionisk uorganisk kolloid inkluderer, men er ikke begrenset til, kollodial silika, aluminiummodifisert kolloidal silika, polysilikat mikrogeler, poly-aluminiumsilikatmikrogeler, polysilisiumsyre og polysilisiumsyremikrogeler og blandinger derav. Dckesilikabaserte anioniske uorganiske kolloider inkluderer leire, særlig kolloidal bentonitleire. Andre ikkesilikabaserte anioniske uorganiske kolloider inkluderer kolloidalt tinn og titanylsulfat.

De anioniske uorganiske kolloidene, anvendt ifølge oppfinnelsen, som er i form av en kolloidal silikasol som inneholder ca. 2 til 60 vekt-% Si02, foretrukket ca. 4 til 30 vekt-% Si02. Kolloidet kan ha partikler med minst ett overflateskikt av aluminiumsilikat eller den kan være en aluminiummodifisert silikasol. De kolloidale silikapartiklene i solene har vanligvis et spesifikt overflateareal på 50-1000 m<2>/g, mer foretrukket ca. 200-1 000 nWg, og mest foretrukket et spesifikt overflateareal på ca. 300-700 mVg. Silikasolen kan stabiliseres med alkali i et molart forhold på SiC>2:M20 på fra 10:1 til 300:1, foretrukket 15:1 til 100:1 (M er Na, K, Li ogNH4). De kolloidale partiklene har en partikkelstørrelse på mindre enn 60 nm, med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse mindre enn 20 nm, mest foretrukket med en gjenomsnittlig partikkelstørrelse på fra ca.

1 nm til 10 nm.

Mikrogelene er skilt fra kolloidal silika idet mikrogelpartiklene vanligvis har overflate-arealer på 1000 m<2>/g eller høyere og mikrogelene består av små 1 -2 nm diameter silikapartikler bundet sammen i kjeder og tredimensjonale nettverk. Polysilikat-mikrogeler, også kjent som aktiv silika, har SiC>2:Na20 forhold på 4:1 til ca. 25:1, og er diskutert på sidene 174-176 og 225-234 i "The Chemistry of Silica" av Ralph K. Her, publisert av John Wiley and Sons, N.Y., 1979. Polysilisiumsyre refererer generelt til de silisiumsyrer som er blitt dannet og delvis polymerisert i pH 1-4 og som innbefatter silikapartikler generelt mindre enn 4 nm diameter, som deretter polymeriseres i kjeder og tredimensjonale nettverk. Polysilisiumsyrer som fremstilles i henhold til fremgangsmåte beskrevet i U.S. patentene 5,127,994 og 5,626,721, innbefatter heri med referanse. Polyaluminosilikater er polysilikat eller polysilisiumsyre mikrogeler hvori aluminium er blitt innkorporert i partiklene, på overflaten av partiklene, eller begge. Polysilikat mikrogeler, polyaluminiumsilikat mikrogeler og polysilisiumsyre kan fremstilles og stabiliserer sur pH. Bedre resultater er generelt blitt oppnådd med større mikrogelstørr-elser; generelt større enn 10 nm størrelse mikrogeler gir best ytelse. Mikrogelstørrelse kan økes ved en hvilken som helst av de kjente fremgangsmåtene slik som havring av mikrogelen, forandring av pH, forandring av konsentrasjoner, eller andre fremgangsmåter, kjent for fagmannen.

Polysilikat mikrogeler og polyaluminiumsilikat mikrogeler anvendelige ifølge oppfinnelsen ble vanligvis dannet ved aktivering av et alkalimetallsilikat under betingelser beskrevet i U.S. patentene 4,954,220 og 4,927,498, innbefattet heri med referanse. Imidlertid kan andre fremgangsmåter også anvendes. F.eks. kan polyaluminosilikater dannes ved surgjøring av silikat med mineralsyrer som inneholder oppløste aluminiumsalter som beskrevet i U.S. patent 5,482,693, innbefatter heri med referanse. Alumina/- silikamikrogeler kan dannes ved surgjøring av silikat med overskudd alun, som beskrevet i U.S. patent 2,234,285, innbefatter heri med referanse.

I tillegg til vanlige silikasoler og silikamikrogeler kan silikasoler, slik som de som er beskrevet i europeiske patenter EP 491879 og EP 502089, innbefatter heri med referanse, også anvendes for det anioniske uorganiske kolloidet ifølge oppfinnelsen.

De anioniske uorganiske kolloidene anvendes i en effektiv mengde, sammen med en organisk polymer for å fremstille prokulerte faste biomaterialer. En effektiv mengde kan variere fra ca. 1 til 7 500 deler per million (ppm) i forhold til vekten som faste stoffer, f.eks. som SiCb, basert på løsningsvekten av den vandige strømmen. Foretrukket område er fra ca. 1 til 5 000 ppm, avhengig av det anioniske uorganiske kolloidet. Foretrukne området for utvalgte anioniske uorganiske kolloider er 2 til 500 ppm for polysilisiumsyre eller polysilikat mikrogeler; 4 til 1 000 ppm for kolliodalt silika og 2 til 2000 ppm for uorganiske kolloiodale leirer, slik som bentonit.

Organiske pol<y>merer

Organiske polymerer anvendelige i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen inkluderer kationiske og amfotære polymerer og blandinger derav. De organiske polymerene vil typisk ha en gjenomsnittlig molekylvekt basert på antall større enn 1 000 000. Disse blir generelt referert som "høymolekylvekt polymerer".

Organiske kanoniske høymolekylvekt polymerer inkluderer kationisk stivelse, kationisk guargummi, kitosan og syntetiske kationiske polymerer med høy molekylvekt slik som kationisk polyakrylamid. Kationiske stivelser inkluderer de som dannes ved å omsette stivelse med et tertiært eller korternært amin for å gi kationiske produkter med en sub-stitusjonsgrad på fra 0.01 til 1.0, som inneholder ca. 0.01 til 1.0 vekt-% nitrogen. Egnede stivelser inkluderer potet, mais, voksaktig mais, hvete, ris og havre. Foretrukket er den kationiske organiske polymeren med høy molekylvekt, et polyakrylamid.

Kationisk organiske polymerer med høy molekylvekt anvendes i en effektiv mengde sammen med et anionisk uorganisk koloid for å gi flokkulerte faste biomaterialer. En effektiv mengde av an kationisk polymer kan variere fra ca. 0.2 til 5 000 ppm basert på løsningsvekten til den vandige strømmen. Det foretrukne område er fra ca. 1 til 2 500 ppm.

Amfotære polymerer inkluderer en fotær stivelse, guargummi og syntetiske amfotære organiske polymerer med høy molekylvekt. Amfotære polymerer blir vanligvis anvendt i samme mengder som de kationisk polymerene med høy molekylvekt.

Anioniske polymerer som kan anvendes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har en gjennomsnittlig molekylvekt basert på antall på minst 500 000 og en anionisk substitu-sjonsgrad på minst 1 mol-%. Anioniske polymerer med gjennomsnittlig molekylvekt basert på antall på større enn 1 000 000 er foretrukket. Foretrukket er den anioniske substitusjonsgraden på 10-70 mol-%.

Eksempler på anvendelige anioniske polymerer inkluderer vannløselige venyliske polymerer som inneholder akrylamid, akrylsyre, akrylamido-2-metylpropylsulfonat og/eller blanding derav, og kan også enten være hydroliserte akrylamidpolymerer eller kopolymerer av akrylamid eller en homolog, slik som metakrylamid, med akrylsyre - eller en homolog, slik som metakrylsyre, eller også med monomerer slik som malein-syre, itakonsyre, vinyl sulfonsyre, akrylamido-2-metylpropylsulfonat og andre sulfonat-innholdende monomerer. Anioniske polymerer er videre beskrevet f.eks. i U.S. patentene [4.643.801;4.795.531; og 5.126.014].

Andre anioniske polymerer som kan anvendes inkluderer anionisk stivelse, anionisk guargummi og anionisk polivinylasetat.

Eventuelle komponenter

Hvis ønskelig kan pH'en til det vandige materiale først reduseres til mindre enn pH 7 ved anvendelse av en syre. Vanligvis er mineralsyrer slik som solsyre, saltsyre og salpetersyre foretrukket. Andre anvendelige syrer inkluderer, men ikke begrenset til, karbondioksyd, sulfonsyrer, organiske syrer slik som karboksylsyrer, akrylsyrer og sure anioniske uorganiske kolloider, særlig nøytraliserte syrer hvori ett eller flere protoner er erstattet med et metall eller amoniumion, og blandinger derav. Sure anioniske uorganiske kolloider inkluderer, men er ikke begrenset til, polysilisiumsyre med lav molekylvekt, polysilisiumsyre mikrogeler, sue polyaluminiumsilikater og sure stabiliserte polysilikat mikrogeler. Eksempler på sure stabiliserte polysilikat mikrogeler beskrevet i U.S. patentene 5.127.994 og 5.626.721.

Eventuelle metallsalter kan anvendes i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Jern og aluminium er særlig anvendelig. Sure metallsalter kan anvendes for å redusere pH'en og tjene som en ladningsdonor.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter behandling av en vandig strøm som inneholder faste biomaterialer, f.eks. proteiner, for å redusere suspenderte faste stoffer (som måles ved turbiditet) og eventuelt å separere de faste biomaterialene. De faste biomaterialene kan utvinnes for etterfølgende anvendelse. Det bør bemerkes at fremgangsmåten kan ta opp både suspenderte faste biomaterialer såvel som løselige materialer, slik som de som er til stede i blod og sukker.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter behandling av en vandig strøm som innbefatter faste biomaterialer ved å bringe strømmen i kontakt med et anionisk uorganisk kolloid og en organisk polymer. Den vandige strømmen kan være fra en hvilken som helst prosess, som genererer slike strømmer, slik som fra dyre og grønn-saksbehandling, som inkluderer behandling for ikkematanvendelse. Den organiske polymereren er utvalgt fra gruppen som består av kationiske og fotære polymerer som har en gjennomsnittlig molekylvekt basert på antall større enn 1 000 000 og blandinger derav.

Eventuelt blir den vandige strømmen bragt i kontakt med en syre for å redusere pH'en til strømmen til mindre enn pH 7. Videre kan et metallsalt, særlig et jern eller alumi-niumsalt, eventuelt da tilsettes. Disse reagensene, anionisk uorganisk kolloid, organisk polymer og eventuelt syre og/eller metallsalt, kan bringes t kontakt med strømmen i en hvilken som helst sekvensiell rekkefølge, eller en eller flere kan kontaktes simultant med den vandige strømmen. I en bestemt utførelsesform blir strømmen simultant kontaktet med en syre og det anioniske uorganiske kolloidet.

Den eventuelle reduksjonen av pH til den vandige strømmen til mindre enn pH 7 kan gjøres med en hvilken som helst syre, eksempler på syrer er beskrevet ovenfor. Når et surt anionisk uorganisk kolloid anvendes for å redusere pH'en til strømmen til mindre enn pH 7, er ingen ytterligere kilde for syre eller anionisk uorganisk kolloid nødvendig for å flokkulere de faste biomaterialene i den vandige strømmen.

Den vandige strømmen blir bragt i kontakt med et anionisk uorganisk kolloid og en organisk polymer. Dette kan finne sted før, etterfølgende eller simultant med, som reduserer pH'en til den vandige strømmen til mindre enn pH 7, hvis ikke er et pH-reduserende trinn ønskelig. Det uorganiske kolloidet og den organiske polymeren kan bringes i kontakt med den vandige strømmen separat, i en hvilken som helst rekkefølge, eller simultant. Kombineringen av å bringe et anionisk uorganisk kolloid og en organisk polymer i kontakt med vandig strøm gir flokkulerte faste biomaterialer.

De flokkulerte faste biomaterialene kan eventuelt separeres fra den behandlede strømmen ved vanlige separasjonsprosesser slik som sedimentering, flokkulering, filtrering, sentrifugering, dekantering, eller kombinasjoner av slike prosesser. De separerte faste biomaterialene kan etterfølgende utvinnes og anvendes i flere applika-sjoner. Det har også overraskende blitt funnet at de utvunnede faste biomaterialene fra denne prosessen har redusert lukt når de tørkes relativt til de som utvinnes fra en prosess ved anvendelse av jernklorid som del av et flokkuleringssystem.

De flokkulerte faste biomaterialene kan separeres og utvinnes ved kjente teknikker, slik som de som er nevnt ovenfor.

Eksempel 1

En prøve av et vaskemann som inneholder ca. 1 000 ppm ikke-flokulerte proteininnholdende faste biomaterialer oppnådd fra Eastern Shore fjærkrebehandlingsanlegg. Den begynnende turbiliteten var > 200. Den initsielle pH'en var ca. 7. Følgende reagenser ble tilsatt i alle kjøringene til en beholder: kationisk polyakrylamid med høy molekylvekt, Percol 182 ®, tilgjengelig fra Ciba Specialty Chemicals, Basel, Switzerland, 8 ppm; silika mikrogelløsning, Particol ® MX, 120 ppm (SiC>2 basen), tilgjengelig fra E. I. duPont de Nemours og Company, Inc., Wilmington, DE. Mengdene gitt er basert på løsningsvekten til vaskevannet.

Reagensene ble tilsatt som følger.

(1) 250 ml av vaskevannet ble rørt ved middels hastighet på en Fisher Scientific Model #120 MR magnetisk rører, tilgjengelig fra Fisher Scientific, Pittsburgh, PA. Fortynnet natriumhydroksid eller svovelsyre ble tilsatt for å justere pH'en vist i tabell 1.

(2) Kationiske polyakrylamid ble tilsatt ved tid = 0.

(3) Silika mikrogel ble tilsatt ved tid = 1 minutt.

(4) Ved tid = 2 minutter, ble rørerhastigheten redusert til langsom.

(5) Ved tid = 4 minutter ble røreren stoppet og de flokkulerte faste stoffene ble tillatt å felles til bunnen av begeret. (6) Ved tid = 10 minutter ble turbiditeten til vaskevannet målt ved anvendelse av en Hach Radio Turbidity Meter, tilgjengelig fra Hach Company, Loveland, CO, i NTU, som en indikasjon på vannklaring og mulighet til å utvinne protein. (7) Ved tid = 20 minutter ble en andre dose polyakrylamid, 8 ppm, tilsatt og røreren satt til middels hastighet. (8) Ved tid = 21 minutter ble rørerhastigheten redusert til langsomt, og ved 23 minutter ble røreren stoppet.

(9) Turbiditeten ble målt ved tid = 30 minutter.

Som det fremgår ovenfor i tabell 1 ble turbiditeten redusert etter tilsetting av kationisk polymer og silika mikrogel. Beste resultater ble observert ved lav pH. Turbiditeten ble forbedret ved andre tilsetting av polyakrylamid med beste resultat igjen oppnådd ved pH mindre enn 7.

Eksempel 2

Fjærkrebehandlingsvaskevann i eksempel 1 ble anvendt med flere forskjellige anioniske uorganiske kolloider. Følgende anioniske uorganiske kolloider ble anvendt:

Ludox® SM kolloidal silika, 30 vekt-% silikasol, overflateareal = 300 m<2>/g.

Ludox® HS-30 kolloidal silika, 30 vekt-% silikasol, overflateareal = 230 m<2>/g. Ludox® 130 kolloidal silika, 30 vekt-% silikasol, overflateareal =130 m<2>/g.

Ludox® kolloidal silika er tilgjengelig fra E. I. du Pont de Nemours og Company, Wilmington, DE.

BMA-670, lav "S"-verdi kolloidal silikasol, overflateareal lik 850 m<2>/g, tilgjengelig fra Eka Chemicals AB, Bohus, Sverige.

Kolloidal silikasol, 4 nm, overflateareal = 750 m<2>/g, tilgjengelig fra Nalco Chemical Company, Naperville, DL

Particol® MX, polysilikat mikrogel, overflateareal = 1 200 m<2>/g, tilgjengelig fra E. I. de Pont de Nemours og Company.

Den kationiske organiske kopolymeren med høy molekylvekt var Percol 182®.

Følgende fremgangsmåte ble fulgt for alle kjøringene:

(1) i et beger under røring ved middels hastighet ble 250 ml av fjærkrebehandlingsvaskevannet i eksempel 1 justert til pH 4,5 ved tilsetting av fortynnet svovelsyre. (2) Et anionisk uorganisk kolloid, 40 ppm på en Si02 basis, basert på løsningsvekten av vaskevannet, ble tilsatt til det surgjorte vaskevannet ved en tid = 0. (3) Ved tid = 1 ble 4 ppm kationisk organisk polymer med høy molekylvekt tilsatt. (4) Ved tid = 2 minutter ble rørerhastigheten redusert til den laveste innstillingen.

(5) Ved tid = 4 minutter ble den magnetiske røreren skrudd av.

(6) Ved tid = 10 minutter ble turbiditeten til vaskevannet ovenfor de flokkulerte faste stoffene målt.

Som det fremgår av tabell 2 kan forskjellige anioniske uorganiske kolloider anvendes, hvor alle er effektive til å redusere turbiditeten til proteininnholdet i vaskevann. De flokkolerte faste biomaterialene felte fra vannet til bunnet av begeret.

Eksempel 3 og 4

Et andre fjærkrebehandlingsvaskevann som inneholdt ca. 1390 ppm faste biomaterialer ble anvendt i disse eksemplene. Den begynnende turbiditeten var større enn 200. Følgende reagenser ble tilsatt til vaskevannet per mengdene tilveiebragt nedenfor i tabell 3 og 4: en kationisk organisk polymer med lav molekylvekt, diallyl dimetyl-amonium kloridpolymer (polydadmac); anioniske uorganiske kolloider: Nalco kolloidal silikasol, Particol® polysilikat mikrogel, og bentonitleire; og en kationisk organisk polymer med høy molekylvekt, Percol 182®, polyakrylamid (PAM). Mengden av reagenser tilsatt er gitt i tabellene 3 og 4, hvor alle mengder er i ppm, basert på løsnings-vekten av vaskevannet.

Eksempel 3

250 ml vaskevann ble rørt ved middels hastighet. Fortynet svovelsyre ble tilsatt for å redusere til pH 3,5. Ved tid = 0 ble et anionisk uorganisk kolliod tilsatt. Ved tid = 10

sekunder ble en kationisk polyakrylamid med høy molekylvekt tilsatt. Etter 15 sekunder ble raringen stoppet og vaskevannet ble overført til et luftflokkuleirngsoppsett. Luft ble boblet inn i vaskevannet i en hastighet på 50 ml per minutt av luft ved 1 psi til én tid = 4 minutter, når lufttilsettingen ble stoppet. Turbiditeten ble avlest ved 5 og 10 minutter.

Som det fremgår av tabell 3 gir en reduksjon i pH til vaskevannet fylt av tilsetting av både et anionisk uorganisk kolloid og en organisk polymer med høy molekylvekt redusert turbiditet. I alle kjøringene ble fine til store til kompakte flokkuleringer som inneholdt faste proteiner dannet som separerte på toppen og/eller i bunnen av vaskevannet. De proteininnholdende flokkuleringene kunne utvinnes.

Eksempel 4

2S0 ml av et fjærkrebehandlingsvaskevann ble rørt ved middels hastighet. Fortynnet

svovelsyre ble tilsatt for å redusere pH til 3,5. Ved tid = 0 ble Particol® MX polysilikat mikrogel tilsatt. Ved tid = 20 sekunder ble en kationisk polyakrylamid (PAM) med høy molekylvekt tilsatt. Ved tid = 30 sekunder ble raringen stoppet og vaskevannet overført til luftflokkuleringsoppsettet beskrevet i sarnmenligningseksempel 3. Luft ble tilsatt vaskevannet i en hastighet på 100 ml per minutt av luft ved 1 psi til tid = 5 minutter, når lufttilsettingen ble stoppet. Turbiditeten ble avlest ved 5 og 10 minutter. Væsken ble deretter drenert fra luftflokkuleringsoppsettet gjennom en sikt ved tid = 15 minutter dg turbiditeten til den drenerte væsken ble målt. Proteininnholdet fast stoff ble samlet opp på sikten.

Som det fremgår av tabell 4 ble turbiditeten til vaskevannet redusert over tid. Videre demonstrerer dette eksemplet separasjon av faste stoffer fra vaskevæsken idet de faste stoffene ble samlet opp på sikten. Turbiditeten til den drenerte væsken viste liten forandring fra verdien ved 10 minutter, som indikerer at de faste stoffene ble holdt tilbake på sikten og ble ikke dispergert en gang til i prosessen og passert gjennom.

Eksempel 5

En annen prøve av vaskevannet som inneholdt ca. 1 000 ppm ikkeflokkulerte faste biomaterialer ble oppnådd fra et Eastem Shore fjærkrebehandlingsanlegg, som hadde en turbiditet på over 200.

Polysilikat mikrogelløsning, Particol® MX, ble stabilisert med svovelsyre. Mikrogel-løsningen ble eldet i forskjellige tidsperioder før anvendelse hvor aldringstidene er tilveiebragt i tabell 5.

250 ml av vaskevannet ble rørt ved middels hastighet. Ved tid = 0 ble polyakrylamid med høy molekylvekt, Percol 182®, 8 ppm, basert på løsningsvekten av vaskevannet, tilsatt. Med tid = 1 minutt med den syrestabiliserte aldrede polysilikat mikrogelløs-ningen tilsatt, 120 ppm, basert på løsningsvekten av vaskevannet. Kjøringer ble gjort for hver aldringstid. Ved tid = 2 minutter var rørehastigheten redusert til langsom. Ved tid = 5 minutter ble røringen stoppet. Ved tid = 15 minutter ble turbiditeten til vaskevannet målt.

Som det fremgår av resultatene i tabell 5 var kombinasjonen av en syrestabilisert polysilikat mikrogel og kationisk polyakrylamid tilstrekkelig til å redusere turbiditeten til vaskevannet uten behov for først å redusere pH'en til mindre enn 7.1 tillegg viser resultatene at lengre aldringstider av polysilikat mikrogelen gir ytterligere forbedringer i redusert turbiditet. I et annet eksperiment med tilsvarende aldret mikrogelløsning økte den gjenomsnittlige størrelsen til mikrogelen fra 5 nm ved 15 sekunders aldringstid til 230 nm ved 45 minutters aldringstid.

Eksempel 6

250 ml soyabønnemyseløsning fra Protein Technologies, Inc. som inneholdt 0,51%

protein ble rørt ved middels hastighet. Fortynnet svovelsyre ble tilsatt for å justere pH til 2,5. 160 ppm, basert på løsningsvekten av soyabønneløsningen, BMA-9 kolliodal silika, tilgjengelig fra Eka Chemicals AB, Bohus, Sverige, ble tilsatt ved tid = 0 og blandet i 10 minutter ved middels hastighet. 8 ppm, basert på løsningsvekten av soyabønneløs-ningen, av høymolekylvekt polyakrylamid, Percol 182®, ble deretter tilsatt og blandet i 10 minutter. Blandingen ble filtrert ved anvendelse av filterpapir 934AH, tilgjengelig fra Whatman, Clifton, NJ. 0.11 g fast protein ble utvunnet. Den filtrerte løsningen inneholdt 0,416% protein, som representerer en 20% reduksjon i proteininnhold.

Eksempel 7

En vandig avfallstrøm fra et Eastern Shore fjærkrebehandlingsanlegg ble behandlet i strømmen i henhold til foreliggende oppfinnelse i en kontinuerlig prosess. Til avfall-strømmen ble det tilsatt simultant tilstrekkelig svovelsyre for å redusere pH'en i strømmen til 3,7 og Particol® MX, polysilikat mikrogel, 95 ppm SiCb, basert på løsningsvekten av strømmen. Nedstrøms (ca. 30 sekunder) fra tilsetmngspunktet av syren og mikrogelen ble det tilsatt kationisk polyakrylamid, Percol 182®, 4 ppm, basert på løsningsvekten av strømmen. Strømmen ble rettet mot en oppløst luftflotasjons (DAF)enhet, hvor de faste stoffene fløt til overflaten og ble skummet av for utvinning. Den gjenværende vandige strømmen ble testet for kjemisk (COD) og biologisk oksygenforbruk (BOD) og totalt suspenderte faste stoffer (TSS).

COD ble bestemt ved anvendelse av en Hach COD Test Kit, tilgjengelig fra Hach

Company, Loveland, CO. TSS ble bestemt ved fremgangsmåten 2450 D fra "Standard Methods for Examination of Water and Wastewater", publisert samtidig av "American Public Health Association, American Water Works Association og Water Environment Federation". BOD ble bestemt ved fremgangsmåte 5210 fra "Standard Methods for Examination of Water and Wastewater".

Som det fremgår av tabell 6 reduserer fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjemiske og biologiske oksygenbehov for avfallsstrømmen i en kontinuerlig strømningsprosess i et virkelig fjærkrebehandlingsanlegg.

Eksempel 8

En slurry av 20 gram "Staley Pearl Starch", umodifisert maisstivelse i 980 gram vann ble rørt ved middels hastighet. 10 ppm Si02, som Particol® MX, syrestabilisert poly-silika mikrogelløsning, basert på vekten av stivelsesslurryen, tilsatt ved en tid = 0 og blandet i 15 sekunder. Polyakrylamid med høy molekylvekt, Percol 182®, 2 ppm, basert på løsningsvekten av stivelsesslurryen, ble tilsatt ved en tid = 15 sekunder og blandet i 30 sekunder. Blandingen ble deretter stoppet. Turbiditeten målt etter 30 sekunders hen-stand, ved tid = 45 sekunder, var 46. Testen ble gjentatt, den eneste forskjellen var 20 ppm Si02, som Particol® MX, ble anvendt. Turbiditeten ved 45 sekunder var 29.1 en tredje sammenligningstest ble Particol® MX ikke tilsatt. Turbiditeten var 186.

Eksempel 9

En prøve av avfallsvannet ble oppnådd fra et Eastem Shore fjærkrebehandlingsanlegg. Avfallsvannet hadde en COD på >2100 ppm, en begynnende turbiditet på >200, og en pH på 6.1. Til et 400 ml beger ble det tilsatt 250 ml avfallsvann. Avfallsvannet ble rørt ved anvendelse av en mekanisk propelltyperører ved 275 rpm. pH'en til avfallsvannet ble justert ved anvendelse av fortynnet H2SO4 til pH 5,5. Ved tid = 0 ble Particol® MX, silika mikrogel tilsatt. Ved tid = 15 sekunder ble kationisk polymer, polyakrylamid (PAM), Percol® 182 tilsatt. Ved tid = 25 sekunder, eller 15 sekunder etter polymeren ble tilsatt, ble rørerhastigheten redusert til 150 rpm. Blandingen ble stoppet 40 sekunder etter tilsetning av polymeren. Avfallsvannet ble tatt prøver av for turbiditetsmålinger ved 35 og 95 sekunder etter at røringen var stoppet. pH'en ble målt etter 95 sekunders turbiditetsmåling. Det flokkulerte avfallsvannet ble deretter resuspendert ved blanding i 30 sekunder ved 150 rpm. Etter 1 minutt ble røringen avsluttet og avfallsvannet ble tatt prøver av for COD målinger.

COD ble bestemt ved anvendelse av 0-1500 ppm COD kolorimetrianalyseampuller fra CHEMetrics, Calverton. VA og en Milton Roy Spectronic modell 20 spekterfotometer satt på 620 nm bølgelengde. Tabell 7 gir mengdene av reagenser tilsatt og resultatene for disse kjøringene, som er 33 og 34.

Eksempel 10

Fremgangsmåten i eksempel 9 ble gjentatt ved anvendelse av samme avfallsvannprøve. Imidlertid istedet for å tilsette syre, ble 32 ppm FeCh tilsatt 15 sekunder før tilsetting av Particol® MX. Alle tider fra eksempel 13 er skiftet ved tillegg av 15 sekunder. Mengden av reagenser tilsatt resultatene er tilveiebragt som kjøring 34 i tabell 7.

Som det fremgår av tabell 7 er den kombinerte anvendelsen av syre eller jernklorid, silika mikrogel og kationisk polyakrylamid effektivt til å redusere turbiditeten, og kjemisk oksygenforbruk i avfallsstrøm som inneholder faste biomaterialer.

Eksempel 11

Fremgangsmåten i eksempel 9 ble gjentatt ved forskjellen ved tilsetting av base, natriurnhydroksid for å øke pH til 6,5 før tilsetting av Particol® MX. De gjenværende trinnene ble utført uten forandring. Tabell 8 gir mengdene av reagens tilsatt og resultater.

Som fremgår av tabell 8 kan klaring av avfallsstrømmen og reduksjon av dens kjemiske oksygenbehov oppnås ved pH nær 7, ved anvendelse av et anionisk kolloid og kationisk polymer.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for klaring av vesentlig vandige prosessrremmer, karakterisert ved at den innbefatter (b) redusering av pH for en vesentlig vandig strøm som innbefatter biofaststoffer til mindre enn pH 7; og samtidig eller sekvensielt, (b) anbringelse av strømmen i kontakt med en effektiv mengde av (1) et anionisk uorganisk kolloid hvor det anioniske kolloidet er et silikabasert uorganisk kolloid valgt fra gruppen bestående av kolloidalt silika, aluminiummodifisert kolloidalt silika, polysilikat, polyaluminiumsilikat, polykiselsyremikrogel og blandinger derav; og (3) en organisk polymer, som er et kationisk polyakrylamid med en antalls- midlere molekylvekt større enn 1.000.000; hvorved flokkulerte biofaststoffer fremstilles.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anioniske uorganiske kolloidet er til stede i den vandige løsningen i en mengde i området fra 1 til 7S00 ppm basert på løsningsvekten til den vandige strømmen og den organiske polymeren er til stede i den vandige strømmen i en mengde i området fra ca.

0.2 til 5000 ppm basert på løsningsvekten til den vandige strømmen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter å separere og utvinne de flokkulerte faste biomaterialene.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at syren er valgt fra gruppen som består av svovelsyre, saltsyre, salpetersyre, karbondioksyd, sulfonsyre, karboksylsyrer, akrylsyrer, sure anioniske uorganiske kolloider, delvis nøytraliserte syrer og blandinger derav.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at syren er valgt fra gruppen som består av svovelsyre, saltsyre, salpetersyre og blandinger derav.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at syren er en sur anionisk uorganisk syre valgt fra en gruppe som består av polysilisiumsyre med lav molekylvekt, polysilisiumsyre mikrogel med høy molekylvekt, sur poly-aluminosilikat, syrestabilisert polysilikat mikrogel og blandinger derav.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at strømmen samtidig blir brakt i kontakt med syren og det anioniske uorganiske kolloidet.