NO326144B1

NO326144B1 - Fremgangsmate for klaring, avvanning,retensjon og drenering ved tilsetting av en hoyere aktiv polymerdispersjon

Info

Publication number: NO326144B1
Application number: NO20014690A
Authority: NO
Inventors: Elise E Maury; Rudolf Buelte; Cathy C Johnson
Original assignee: Nalco Chemical Co
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2008-10-06
Also published as: WO2000061501A1; JP2002540941A; KR100625732B1; EP1183213A4; EP1183213A1; NO20014690D0; AU3553899A; AU775362B2; NO20014690L; CA2368604A1; CA2368604C; KR20010108482A

Description

Område for oppfinnelsen

Oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å klare industrielt avløpsvann eller papirmasse med en effektiv mengde av minst en dispersjon av en vannløselig kationisk polymerflokkulant hvori forbedringer omfatter tilsetningen av nevnte polymer som har en konsentrasjon på minst 25% til nevnte avløpsvann eller papirmasse. Det industrielle avfallet er foretrukket matbearbeidelsesavløpsvann, oljeformig avløpsvann, papir-mølle-avløpsvann og uorganisk forurenset avløpsvann. Papirmassen kan være en vandig cellulosesuspensjon.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse omhandler polymerer som er av spe-siell verdi som flokkulanter for suspensjoner av organisk materie av en proteinholdig eller celluloseaktig natur slik som er funnet i kloakk og industrielle anleggsbehandlings-effluenter eller i papirmøller.

Det er vanlig akseptert at slike suspenderte materialer som er hydrofile i natur og som ofte har spesifikke gravitasjo-ner ganske nær den til de vandige væskene i hvilke de er suspendert, er i markert kontrast med de mer hydrofobe mi-neralsuspensjoner fordi de ofte er funnet å være mye van-skeligere å flokkulere økonomisk med kjemiske reagenser før et fysisk avvanningstrinn slik som filtrering, flotasjon, sedimentasjon, avvanning eller i retensjonen av slike materialer for forbedring. Disse vanskelighetene er spesielt merkbare når høyere andeler av suspendert materie er til stede, vanligvis involveres konsentrasjoner på 0,5 vekt% og oppover hvori suspensjonene inntar en pasta-aktig konsis-tens og ofte er beskrevet som slam eller papirmasser.

Det er velkjent at klaringen eller avvanningen av kloakk og industrielle slam og lignende organiske suspensjoner kan hjelpes med anvendelsen av kjemiske reagenser, tilsatt for å indusere en tilstand av koagulasjon eller flokkulasjon som letter prosessen av faststoff/væske eller væske/væskeseparasjon fra vann. For dette formål har kalk-stein eller salter av jern eller aluminium blitt benyttet. Mer nylig har syntetiske polyelektrolytter, spesielt visse kationiske kopolymerer av akrylamid blitt funnet å være in-teressante .

Kationisk ladede vannløselige eller vanndispergerende polymerer er benyttet i en rekke prosesser som involverer se-parasjonen av faststoffer eller ublandbare væsker som er dispergert eller suspendert i vann fra vann, og avvanningen av faststoffer som inneholder vann. Disse typene polymerer som kan være naturlige eller syntetiske, blir bredt betegnet som koagulanter og flokkulanter. Disse polymerer kan benyttes i så forskjellige prosesser som emulsjonsbryting, slamavvanning, råvannklaring, drenering og retensjonshjel-pemidler i fremstillingen av papirmasse og papir, flota-sjonshjelpemidler i gruvedriftprosessering og fargefjer-ning.

Polymerer av denne type arbeider generelt ved å nøytrali-sere den anioniske ladningen av de suspenderte faststoffer eller væsker som skal fjernes. Disse faststoffer eller væsker kan være avfall som må fjernes fra vann, eller ønskelige produkter som blir gjenvunnet fra vandige systemer, slik som kullfinstoff som kan være koagulert eller flokku-lert og solgt som brennstoff.

I vannbehandlingsfeltet av faststoff/væskeseparasjonen blir suspenderte faststoffer fjernet fra vann ved en rekke prosesser inkludert sedimentasjon, siling, flotasjon, filtrering, koagulering, flokkulering og emulsjonsbryting blant andre. I tillegg, etter at suspenderte faststoffer blir fjernet fra vannet, må de ofte avvannes slik at de kan be-handles videre eller på passende måte deponeres. Væsker som er behandlet for faststoffjerning har ofte så lite som noen deler pr. milliard av suspenderte faststoffer eller dispergerte oljer, eller kan inneholde store mengder sus penderte faststoffer eller oljer. Faststoffer som blir av-vannet kan inneholde et sted mellom 0,25 vekt% faststoffer til 40 eller 50 vekt% faststoffmateriale. Faststoff/væske eller væske/væskeseparasjonsprosesser er designet for å fjerne faststoffer fra væsker, eller væsker fra væsker.

Mens strengt mekaniske anordninger har blitt anvendt for å utføre faststoff/væskeseparasjon, stoler moderne metoder ofte på mekaniske separasjonsteknikker som blir forsterket av syntetiske og naturlige kationiske polymermaterialer for å akselerere hastigheten ved hvilken faststoffer kan fjernes fra vann. Disse prosessene inkluderer behandlingen av råvann med kationiske koagulantpolymerer som feller ut suspenderte uorganiske partikler og gjør vannet brukbart for industrielle eller kommunale formål. Andre eksempler på disse prosessene inkluderer fjerningen av fargede løselige spesier fra papirmølle-effluentavfall, anvendelsen av organiske flokkulantpolymerer for å flokkulere industrielle og kommunale avfallsmaterialer, slamgjenvinning og emulsjonsbryting.

Angående mekanismen for separasjonsprosesser har partikler i natur enten en kationisk eller anionisk ladning. Følge-lig blir disse partiklene ofte fjernet ved en vannløselig koagulant eller flokkulantpolymer som har en ladning mot-satt den til partiklene. Dette blir referert til som en polyelektrolytt-forbedret faststoff/væskeseparasjonsprosess hvori en vannløselig eller dispergerbar ionisk ladet polymer blir tilsatt for å nøytralisere de ladede partiklene eller emulsjonsdråpene for å bli separert. Doseringen av disse polymerene er kritisk for ytelsen av prosessen. Dersom for lite ionisk ladet polymer benyttes, vil de suspenderte partiklene ikke bli ladningsnøytralisert, og vil derfor frastøte hverandre. Dersom for mye polymer benyttes, vil polymeren være bortkastet, eller verre representere et problem i og av seg selv.

Eksempler på slike kationiske polymerer for avvanning inkluderer US patent nr. 3.409.546 som beskriver anvendelsen av N-(aminometyl)-polyakrylamider i sammenheng med andre kationiske polymerer for behandlingen av kloakkslam; US patent nr. 3.414.514 som beskriver anvendelsen av en kopolymer av akrylamid og en kvaternisert kationisk metakrylat-ester, JP 61-106072 som beskriver vannløselig kopolymerer og en annen klasse av kationiske polymerer brukt for å avvanne slam som beskrevet i US patent nr. 3.897.333. Be-nyttelse av polyetyleniminer og homopolymerer av kationiske akrylater og metakrylater og andre kationiske polymerer slik som polyvinylpyridiner er også kjent.

Et annet eksempel på en kationisk polymer som er anvendbar for slambehandling er US patent nr. 4.191.645, hvori kationiske kopolymerer som er fremstilt fra en ikke-ionisk monomer slik som akrylamid, og en kationisk monomer slik som trimetylammonium-etylmetakrylatmetylsulfat kvaternær (TMAEM.MSQ) eller dimetylaminoetylakrylat-metylsulfat kvaternær (DMAEA.MSQ) er fremlagt. Videre eksempler på poly-merbehandlinger for slamavvanning inkluderer den 1,4-diklor-2-buten-dimetylaminionenkloridpolymeren som beskrevet i US patent nr. 3.928.448 og blokk-kopolymerene fremlagt i US patent nr. 5.234.604.

Blant behandlingene som er anvendbare for å forbedre retensjonen og drenering er de beskrevet i US patentene nr. 5.126.014 og 5.266.164.

Til tross for variasjonen av kommersielt tilgjengelige polymerer som har blitt funnet å være i stand til å flokkulere eller koagulere faststoffslam, er det forskjellige hensyn som tenderer å begrense anvendbarheten til disse reagensene. Mens det for dette slammet er kjent at økono-miske behandlinger med disse kjente reagensene er mulig, er det oftere at slam krever svært høye og kostnadsineffektive doseringer av reagenser for en vellykket behandling. Videre forekommer variasjoner ofte i slam fra enhver annen kilde. Variasjoner i tilførselen av materiale til avløps-vann/slam/papirmasseprosessvann og/eller i oksidasjonsbe-tingelsene som kan være involvert i produksjonen av dette vannet, kan for eksempel føre til en rekke partikkeltyper som må fjernes. Videre er det ikke uvanlig å møte slam som av en eller annen årsak ikke kan forbedres ved flokkulering ved noen av de kjente polymere flokkuleringsmidlene. Det er derfor et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe til faget en overlegen metode for avvanningen av slaminnehold-ende industrielt avløpsvann eller i retensjonen av industrielle bearbeidelseshjelpemidler.

Oppsummering av oppfinnelsen

Sammenfatningsmessig er oppfinnelsen gjort rede for slik som det er nedfelt i vedlagte kravsett.

Oppfinnelsen er en metode for å klare industrielt avløps-vann eller papirmasse med en effektiv mengde av minst én dispersjon av en vannløselig kationisk polymerflokkulant hvori forbedringen omfatter tilsetningen av nevnte polymer som har en konsentrasjon på minst 25% til nevnte avløpsvann eller papirmasse. Det industrielle avfallet er foretrukket matbearbeidingsavløpsvann, oljeformig avløpsvann, papir-mølleavløpsvann og uorganisk forurenset avløpsvann. Papirmassen kan være en vandig cellulosesuspensjon.

Beskrivelse av oppfinnelsen.

Fremgangsmåter for å fremstille polymerdispersjonen anvendt i oppfinnelsen er beskrevet i detalj i US patenter nr. 5.006.590 og 4.929.655, utstedt til Kyoritsu Yuki Co., Ltd., Tokyo, Japan og US patenter nr. 5.708.071 og 5.587.415 utstedt til Hymo Corporation of Tokyo, Japan. Presentasjonene i disse to patentene er inkorporert heri ved referanse.

Denne oppfinnelsen representerer en vesentlig forbedring i faget for behandling av vandige systemer med dispersjons-polymerer. Som det vil være vist i eksemplene, har de lavere konsentrasjonsdispersjonspolymerene som nå blir benyttet og fremlagt, dårligere kvalitet enn de dispersjonspoly-merer ved høyere konsentrasjoner som er fremlagt heri. Overlegenheten til polymerene som er fremlagt heri er mye mer enn en økende additiv effekt som ville være vanlig for-ventet av fagmannen. Eksemplene illustrerer denne uventede større aktiviteten ved mye lavere doseringer, noe som tidligere ikke kunne forutses.

Monomerene

Ifølge oppfinnelsen blir polymerdispersjonen anvendt for å behandle det produserte vann fremstilt fra en vannløselig monomerblanding inneholdende minst 5 mol% av en kationisk monomer representert ved den generelle formel (I):

hvori Ri er H eller CH3; R2og R3hver er en alkylgruppe som har 1 til 2 karbonatomer; Ai er et oksygenatom eller NH; Bi er en alkylgruppe som har 2 til 4 karbonatomer eller en hydroksypropylgruppe og Xi er et motanion. Ovennevnte

vannløselige monomerblanding er løselig i den vandige opp-løsning av det anioniske salt. Polymeren generert fra monomerblandingen er imidlertid uløselig i den vandige anioniske saltoppløsning. Polymeren til monomerblandingen kan også anvendes som kimpolymeren. Kimpolymeren er beskrevet i detalj under.

Den ovennevnte kationiske monomer representert ved den generelle formel (I) er foretrukket et kvaternært ammonium-salt oppnådd ved reaksjonen av benzylklorid og dimetylaminoetylakrylat, dietylaminoetylakrylat, dimetylaminohydrok-sypropylakrylat, dimetylaminopropylakrylat, dimetylaminoetylmetakrylat, dimetylaminoetylmetakrylat, dietylaminoetylmetakrylat og dimetylaminopropylmetakrylamid.

Monomerer som foretrukket blir kopolymerisert med den kationiske monomeren representert ved den generelle formel (I) inkluderer akrylamid, metakrylamid eller andre N-substituerte (met)akrylamider og de kationiske monomerene representert ved den generelle formel (II):

hvori R4er H eller CH3; R5og R6hver er en alkylgruppe som har 1 til 2 karbonatomer; R7er H eller en alkylgruppe som har 1 til 2 karbonatomer; A2er et oksygenatom eller NH; B2er en alkylgruppe som har 2 til 4 karbonatomer eller en hydroksypropylgruppe og X2er et motanion. Xi og X2kan være anioniske motioner slik som halider, pseudohalider,

-SO3OCH3og -OC(0)CH3blant andre.

Foretrukne monomerer representert ved formelen (II) inkluderer ammoniumsaltene av dimetylaminoetylakrylat, dietylaminoetylakrylat, dimetylaminopropylakrylamid, dietylami-nopropylakrylamid og dimetylhydroksypropylakrylat, dimetylaminoetylmetakrylat, dietylaminoetylmetakrylat, dimetylaminopropylmetakrylamid, dietylaminopropylmetakrylamid og dimetylhydroksypropylmetakrylat eller andre N-substituerte (met)akrylamider så vel som de metylerte og etylerte kvaternære salter. Blant de mer foretrukne kationiske monomerene representert ved den generelle formel (II) er de saltene og de metylerte kvaternære saltene til dialkylami-noetylakrylat og dialkylaminoetylmetakrylat. Konsentrasjo-nen av ovennevnte monomerer i polymeriseringsreaksjonsblan-dingen er passende i området på 5 til 30 vekt%.

De anioniske saltene

Det anioniske saltet som skal inkorporeres i den vandige oppløsningen ifølge foreliggende oppfinnelse er passende et sulfat, et fosfat, et klorid eller en blanding derav. Foretrukne salter inkluderer ammoniumsulfat, natriumsulfat, magnesiumsulfat, aluminiumsulfat, ammoniumklorid, natrium-klorid, ammoniumhydrogenfosfat, natriumhydrogenfosfat og kaliumhydrogenfosfat. I foreliggende oppfinnelse kan disse saltene alle anvendes som en vandig oppløsning derav som har en kombinert konsentrasjon på 10% eller mer.

Dispergeringsmidlene

Et dispergerende polymer (også referert til som en stabiliseringspolymer) er til stede i den vandige anioniske salt-oppløsning i hvilken polymeriseringen av de ovennevnte monomerer forekommer. Dispergeringsmiddelpolymeren er en vannløselig høymolekylær kationisk polymer. Dispergeringsmiddelpolymeren er minst delvis løselig i ovennevnte vandige saltoppløsning. Dispergeringspolymeren blir foretrukket anvendt i en mengde på fra 1 til 10 vekt% basert på den totale vekten av monomerene. Dispergeringsmiddelpolymeren er sammensatt av 5 mol% eller mer av et diallyldialkylammoniumhalid eller av en kationisk monomerenhet representert ved formelen (I) eller (II). Foretrukket er den resterende mol% akrylamid eller metakrylamid eller andre N-substituerte (met)akrylamider eller diallyldimetylammoniumklorid. Ytelsen av dispergeringsmidlet blir ikke mye påvirket av molekylvekt. Imidlertid er molekylvekten til dispergeringsmidlet foretrukket i området på 10,000 til 10,000,000. Ifølge en utførelse av oppfinnelsen eksisterer en multi-funksjonell alkohol slik som glyserin eller polyetylengly-kol eller et kjedeoverføringsmiddel slik som natriumformat sammen i polymeriseringssystemet. Avsetningen av de fine partiklene blir glatt utført i nærvær av disse midlene.

Dispersj onspolymerene

For polymerisasjonene kan et vanlig vannløselig radikal-dannende middel anvendes, men foretrukket blir vannløselige azoforbindelser slik som 2,2'-azobis(2-amidinopropan)hydro-klorid og 2,2'-azobis(N,N'-dimetylenisobutylamin)hydroklo-rid brukt.

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen kan en kimpolymer til-settes før begynnelsen av polymerisasjonen av de ovennevnte monomerer for formålet av å oppnå en fin dispersjon. Kimpolymeren er en vannløselig kationisk polymer som er uløse-lig i den vandige oppløsningen av det anioniske saltet. Kimpolymeren er foretrukket en polymer fremstilt fra ovennevnte monomerblanding ved fremgangsmåten beskrevet heri. Ikke desto mindre trenger monomersammensetningen av kimpolymeren ikke alltid å være lik den til den vannløselige kationiske polymeren dannet i løpet av polymerisasjonen. Imidlertid lik den vannløselige polymeren dannet i løpet av polymerisasjonen, skulle kimpolymeren inneholde minst 5 mol% av kationiske monomerenheter representert ved den generelle formel (I). Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er kimpolymeren anvendt i polymerisasjonsreaksjonen den vann-løselige polymeren fremstilt i en tidligere reaksjon som anvendte den samme monomerblandingen.

Et aspekt av denne oppfinnelsen er en metode for å klare avløpsvann med en effektiv klarende mengde på minst en dispersjon av en vannløselig kationisk polymerflokkulant; hvori nevnte vannløselige flokkulant blir tilsatt til nevnte avløpsvann i en effektiv mengde for å flokkulere suspenderte faststoffer, de suspenderte faststoffene blir fjernet, og et klaret vann blir oppnådd, nevnte dispersjon av nevnte vannløselige kationiske polymerflokkulant formet fra polymerisasjon av vinyliske monomerer under fri-radikal-dannende betingelser i et medium som inneholder vann, monomerer, stabiliseringsmonomerer og en vandig anionisk saltoppløsning; hvori nevnte vannløselige kationiske poly-merf lokkulant blir polymerisert fra

a) minst 5 mol% av en kationisk monomer valgt fra gruppen bestående av: monomerer med generell formel (I)

hvori Ri velges fra gruppen bestående av H og CH3, R2og R3velges fra gruppen bestående av Ci-alkyl og C2-alkyl, Ai velges fra gruppen bestående av 0 og NH, Bi velges fra gruppen bestående av C2-alkyl, C3-alkyl og hydropropoksy-grupper og Xi" er et anionisk motion og monomerer med generell formel II:

hvori R4velges fra gruppen bestående av H og CH3, R5og C6velges fra gruppen bestående av Ci-alkyl og C2-alkyl; R7velges fra gruppen bestående av hydrogenatom, Ci-alkyl og C2-alkyl; A2velges fra gruppen bestående av et oksygenatom og NH; B2velges fra gruppen bestående av C2-alkyl, C3-alkyl, C4-alkyl og hydroksypropyl og X2~ er et anionisk motion med

b) minst 5 mol% av et monomer valgt fra gruppen bestående av Ci-CioN-alkylakrylamid, C1-C10N, N-dialkylarylamid, C1-C10

N-alkylmetakrylamid, Ci-CioN,N-dialkylmetakrylamid, N-aryl-akrylamid, N,N-diarylakrylamid, N-arylmetakrylamid, N,N-di-arylmetakrylamid, N-arylalkylakrylamid, N,N-diarylalkyl-akrylamid, N-arylalkylmetakrylamid, N,N-diarylalkylmetakry-lamid, akrylamid og metakrylamid; og hvori nevnte stabiliseringspolymer er en kationisk polymer som er minst delvis løselig i nevnte vandige oppløsning av nevnte anioniske salt, hvori forbedringen omfatter tilsetningen av nevnte vannløselige kationiske flokkulantpolymerdispersjon til nevnte avløpsvann ved en konsentrasjon på minst 25 vekt% polymerdispersjon i vann.

Et annet aspekt med denne oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å avvanne avløpsvann med en effektiv avvanningsmengde på minst én dispersjon av en vannløselig kationisk poly-merf lokkulant ; hvori nevnte vannløselige flokkulant blir tilsatt til nevnte avløpsvann i en effektiv mengde for å avvanne suspenderte faststoffer, de suspenderte faststoffene blir fjernet, og et klaret vann blir oppnådd, nevnte dispersjon av nevnte vannløselige kationiske polymerflokkulant dannet fra polymerisasjon av vinyliske monomerer under fri-radikal-dannende betingelser i et medium inneholdende vann, monomerer, stabiliseringspolymer og en vandig anionisk saltoppløsning; hvori nevnte vannløselige kationiske polymerflokkulant blir polymerisert fra

a) minst 5 mol% av en kationisk monomer valgt fra gruppen bestående av monomerer med den generelle formel I:

hvori Ri velges fra gruppen bestående av H og CH3, R2og R3velges fra gruppen bestående av Ci-alkyl og C2-alkyl, Ax velges fra gruppen bestående av 0 og NH, Bi velges fra gruppen bestående av C2-alkyl, C3-alkyl og hydropropoksy-grupper, og Xi" er et anionisk motion og monomerer med den generelle formel II:

hvori R4velges fra gruppen bestående av H og CH3, R5og R6velges fra gruppen bestående av Ci-alkyl og C2-alkyl; R7velges fra gruppen bestående av hydrogenatom, Ci-alkyl og C2-alkyl; A2velges fra gruppen bestående av et oksygenatom og NH; B2velges fra gruppen bestående av C2-alkyl, C3-alkyl, C4-alkyl og hydroksypropyl og X2~ er et anionisk motion med b) minst 5 mol% av en monomer valgt fra gruppen bestående av Ci-CioN-alkylakrylamid, Ci-CioN, N-dialkylarylamid, Ci-CioN-alkylmetakrylamid, Ci-CioN,N-dialkylmetakrylamid, N-aryl-akrylamid, N,N-diarylakrylamid, N-arylmetakrylamid, N,N-di-arylmetakrylamid, N-arylalkylakrylamid, N,N-diarylalkyl-akrylamid, N-arylalkylmetakrylamid, N,N-diarylalkylmetakry-lamid, akrylamid og metakrylamid; og hvori nevnte stabiliseringspolymer er en kationisk polymer som er minst delvis løselig i nevnte vandige oppløsning av nevnte anioniske salt; hvori forbedringen omfatter tilsetningen av nevnte vannløselige kationiske flokkulantpolymerdispersjon til nevnte avløpsvann ved en konsentrasjon på minst 25 vekt% polymerdispersjon i vann. Enda et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte for å forbedre retensjon og drenering av prosessvann i papirmasse- og papirproduksjonen med en effektiv mengde på minst en dispersjon av en vannløselig kationisk polymerflokkulant; hvori nevnte vannløselige flokkulant blir tilsatt til nevnte prosessvann i en effektiv mengde for å forbedre retensjonen og drenering, nevnte dispersjon av nevnte vannløselige kationiske polymerflokkulant dannet fra polymerisasjon av vinyliske monomerer under fri-radi-kaldannende betingelser i et medium inneholdende vann, monomerer, stabiliseringsmonomer og en vandig anionisk salt-oppløsning; hvori nevnte vannløselige kationiske polymerflokkulant blir polymerisert fra a) minst 5 mol% av en kationisk monomer valgt fra gruppen bestående av: monomerer med den generelle formel I

hvori Ri velges fra gruppen bestående av H og CH3, R2og R3velges fra gruppen bestående av Ci-alkyl og C2-alkyl, Ai velges fra gruppen bestående av 0 og NH, Bi velges fra gruppen bestående av C2-alkyl, C3-alkyl og hydropropoksy-grupper, og Xi~ er et anionisk motion og

monomerer med den generelle formel II:

hvori R4velges fra gruppen bestående av H og CH3, R5og R6velges fra gruppen bestående av Ci-alkyl og C2-alkyl; R7velges fra gruppen bestående av hydrogenatom, Ci-alkyl og C2-alkyl; A2velges fra gruppen bestående av et oksygenatom og NH; B2velges fra gruppen bestående av C2-alkyl, C3-alkyl, C4-alkyl og hydroksypropyl og X2~ er et anionisk motion med

b) minst 5 mol% av en monomer valgt fra gruppen bestående av Ci-CioN-alkylakrylamid, Ci-CioN, N-dialkylarylamid, Ci-Cio

N-alkylmetakrylamid, Ci-CioN,N-dialkylmetakrylamid, N-aryl-akrylamid, N,N-diarylakrylamid, N-arylmetakrylamid, N,N-di-arylmetakrylamid, N-arylalkylakrylamid, N,N-diarylalkyl-akrylamid, N-arylalkylmetakrylamid, N,N-diarylalkylmetakry-lamid, akrylamid og metakrylamid;

og hvori nevnte stabiliseringspolymer er en kationisk polymer som er minst delvis løselig i nevnte vandige oppløsning av nevnte anioniske salt; hvori forbedringen omfatter tilsetningen av nevnte vannløselige kationiske flokkulantpolymerdispersjon til nevnte avløpsvann ved en konsentrasjon på minst 25 vekt% polymerdispersjon i vann.

Foretrukne polymere flokkulanter er poly(DMAEA.MCQ/AcAm), poly(DMAEA.BCQ/AcAm) og poly(DMAEA.MCQ/DMAEA.BCQ/AcAm).

For ethvert aspekt av denne oppfinnelsen kan en stabiliseringspolymer være polymerisert fra minst 5 mol% kationiske monomerer valgt fra gruppen bestående av monomerer med den generelle formel I

hvori Ri velges fra gruppen bestående av H og CH3, R2og R3velges fra gruppen bestående av Ci-alkyl og C2-alkyl, Ax velges fra gruppen bestående av 0 og NH, Bi velges fra gruppen bestående av C2-alkyl, C3-alkyl og hydropropoksy-grupper, og Xi~ er et anionisk motion, diallyldialkylammo-niumhalider og monomerer med den generelle formel II:

hvori R4velges fra gruppen bestående av H og CH3, R5og R6velges fra gruppen bestående av Ci-alkyl og C2-alkyl; R7velges fra gruppen bestående av hydrogenatom, Ci-alkyl og C2-alkyl; A2velges fra gruppen bestående av et oksygenatom og NH; B2velges fra gruppen bestående av C2-alkyl, C3-alkyl, C4-alkyl og hydroksypropyl og X2~ er et anionisk motion. Et foretrukket diallyldialkylammoniumhalid er diallyldimetylammoniumklorid (DADMAC).

Avløpsvannet kan velges fra gruppen bestående av industrielt avløpsvann og kommunalt avløpsvann. Videre kan det industrielle avløpsvannet velges fra gruppen bestående av matbearbeidingsavløpsvann, oljeformig avløpsvann, papir-mølleavløpsvann og uorganisk forurenset avløpsvann. Polymerene beskrevet heri kan anvendes sammen med koagulanter slik som blant annet poly(DADMAC), poly(epiklorhydrin/di-metylamin) og uorganiske materialer.

Polymerene ifølge foreliggende oppfinnelse ble sammenlignet med polymerene som ble fremstilt av Derypol S.A. Corporation i Spania. Polymerpreparatene er tilgjengelige fra Derypol S.A. Corporation under merkenavnbetegnelsene DR-2570 (solgt i 15% konsentrasjon), DR-3000 og DR-4000 (begge disse er solgt i 20% konsentrasjoner).

De følgende eksempler er presentert for å beskrive foretrukne utførelser og muligheter i oppfinnelsen og er ikke ment å begrense oppfinnelsen såfremt ikke annet er fast-slått i kravene som medfølger.

Eksempel 1

Et 25% polymerfaststoff, 65/25/10 mol% AcAm/DMAEA.

BCQ/DMAEA.

MCQ-dispersjonen ble fremstilt på følgende måte. En 1500 cc reaksjonsflaske ble utstyrt med en mekanisk rører, ter-mokopling, kjøler, nitrogenspylerør, tilsatsåpning og var-metape. Til denne reaktoren ble det tilsatt 173,7 g akryl amid (50% vandig oppløsning tilgjengelig fra Nalco Chemical Co. fra Naperville, IL), 158,5 g dimetylaminoetylakrylat benzylklorid kvaternært salt (80% vandig oppløsning, tilgjengelig fra Nalco Chemical Co. fra Naperville, IL), 45,5 g dimetylaminoetylakrylat metylklorid kvaternært salt (80% vandig, tilgjengelig fra CPS Chemical Company Old Bridge, N.Y.), 18,8 g glyserin, 45,9 g av homopolymeren av dimetylaminoetylakrylat metylklorid kvaternær (20% vandig oppløs-ning, tilgjengelig fra Nalco Chemical Co. Naperville, IL), 16,7 g av en kopolymer av diallyldimetylammoniumklorid og dimetylaminoetylakrylat benzylklorid kvaternær (15% vandig oppløsning tilgjengelig fra Nalco Chemical Co., Naperville, IL), 1,5 g av en 1,0% vandig oppløsning av natriumbisulfitt, 0,5 g natriumdietylentriamin-pentaacetat (DABERSEEN 503 tilgjengelig fra Derpol S.A. i Spania, 45% vandig opp-løsning), 135,0 g ammoniumsulfat og 332,3 g avionisert vann. Blandingen ble deretter varmet til 35°C under en konstant nitrogenspyling under omrøring ved 90 rpm. Etter at 35°C oppnås og under en konstant spyling av nitrogen, ble 3,7 g av en 1,0% vandig oppløsning av 2,2'-azobis(N,N'-dimetylenisobutyramidin)dihydroklorid (WAKO VA-044 tilgjengelig fra Wako Chemicals, Dallas, TX) tilsatt til reak-sjonsblandingen og temperaturen ble opprettholdt i omkring 16 timer. Temperaturen ble deretter økt til 50°C og 1,5 g av en 10% vandig oppløsning av ammoniumpersulfat og 1,5 g av en 10% vandig oppløsning av natriumbisulfitt tilsatt. Temperaturen ble opprettholdt i en time, avkjølt til omgi-velsestemperatur, og 45,0 g ammoniumsulfat, 10,0 g natrium-tiosulfat og 10,0 g eddiksyre ble tilsatt. Sluttproduktet var en glatt melkeaktig hvit dispersjon med en bulkviskosi-tet på 1950 eps. Etter fortynning til 0,5% aktiv polymer ble en oppløsningsviskositet på 74 eps i 2% vandig ammoniumsulfat oppnådd.

Eksempel 2

For å bestemme den økende effektivitet til de høyere-polymere faststoffpolymerene syntetisert i henhold til frem gangsmåten ifølge eksempel 1 til å forbedre klarheten til avløpsvann, ble krukketestene utført i et dyrematproduk-sjonsanlegg. 200 ml tatte prøver av ubehandlede effluenter ble tatt fra en sump i anlegget før mottakskummen. En passende mengde polymer ble tilsatt til prøven ved en pH på 7,1. Oppløsningen ble blandet kraftig i 5 sekunder, deretter sakte i 30 sekunder.

Klarheten til supernatanten ble bestemt ved en visuell evaluering med verdier betegnet fra 1 til 10, hvor 10 er den som er mest fri for faststoffer og mest ønskelig. Flokku-latstørrelsen er også basert på en visuell evaluering, hvori en større flokk (høyere tall) er mere ønskelig.

Tabell I illustrerer resultatene av sammenligningen av polymer A (20% aktiv dispersjonspolymer DR-3000, tilgjengelig fra Derypol S.A. Corporation i Spania) og polymer B (25% aktive dispersjonspolymer, syntetisert i henhold til fremgangsmåten beskrevet i eksempel 1). Molekylvektene til de to polymerene ble betraktet å være like basert på det fak-tum at polymer A og polymer B hadde ekvivalente reduserte spesifikke viskositetsmålingsverdier som registrert i 0,125N NaN03-oppløsninger.

Doseringene av produktene i tabell I ble justert til en lik polymeraktiv basis. Vanligvis ville en forvente en lik ytelse på en aktiv basis siden polymerene er av samme kjemiske sammensetning og molekylvekt, men i dette tilfellet var øket effektivitet og virksomhet åpenbar med polymer B i-følge denne oppfinnelsen, overfor den oppnådd med kommersielt tilgjengelig polymer A. Overlegen flokkstørrelse og vannklarhet ble oppnådd med polymer B sammenlignet med polymer A, derfor kan en signifikant lavere behandlingsdose-ring benyttes.

De overraskende resultatene ble oppnådd ved 25% konsentra-sjonsverdier. En fagmann som er kjent med dette overraskende store resultatet ville deretter forstå at enda høyere konsentrasjoner også ville produsere denne forbedrede effekt.

Polymer A = 20% aktiv dispersjonspolymer DR-3000, tilgjengelig fra Derypol S.A. Corporation i Spania.

Polymer B = 25% aktiv dispersjonspolymer, syntetisert i henhold til fremgangsmåten beskrevet i eksempel 1.

1 = dosering av polymer listet på en lik aktiv basis.

2 = skala fra 1 - 10, hvor 10 er mest ønskelig ettersom det representerer den største flokkstørrelsen. 3 = skala fra 1 - 10, med 10 som mest ønskelig ettersom det representerer den høyeste klarhet.

Eksempel 3

En sammenligning av polymerene syntetisert i henhold til prosedyren ifølge eksempel 1 ble også gjort for effektivitet som en behandling for formålene av slamavvanning på en tvilling beitepresse i en matproduksjonsfasilitet.

Polymer A og polymer B ble tilført inn i matbearbeidings-avløpsvannstrømmen ved anvendelse av et NALMAT doserings-system (tilgjengelig fra Nalco Chemical Co., Naperville,

IL) som tidligere ble anvendt for forsøk med latekspoly-merer. En innledende fortynning ble utført og polymeren

ble fremstilt som en fortynnet oppløsning. Oppløsningen av polymer B måtte fremstilles ved en lavere konsentrasjon enn polymer A på grunn av den mye høyere Brookfield-viskositet-en. En primært fortynnet polymer ble innledende fremstilt

med NALMAT doseringssystemet etterfulgt av en andre fortynning med en statisk blander for å nå en lavere konsentrasjon. De to fortynningsstyrkene er indikert i tabell II's resultater.

Turbiditeten til filtratet frigitt fra beltefilterpressen ble målt med et Hach® DR-2000 spektrofotometer. Jo lavere turbiditetsavlesing, dess bedre er polymerens ytelse. Kakefaststoffene (ferdig slam på utløpet av beltefilterpressen) ble bestemt gravimetrisk i henhold til standardprose-dyrer. Jo høyere kakefaststoffene er, dess mer effektiv er behandlingen i avvanning av de fjernede faststoffenes av-løpsvann (eller slam). Kakefaststoffene kan være kunstig høye når ytelsen av polymeren er dårlig og en signifikant mengde faststoffer blir presset ut av maskinen. Derfor må den totale ytelsen til polymeren vurderes. Siden ytelsen av en beitepresse er særlig basert på visuell evaluering, ble de følgende parametre observert: flokkstørrelse og form; fridreneringssoneklarhet; kilesoneslamstabilitet (pressing); og pressonestabilitet (som inkluderer kakekle-brighet og mattekarakteristikker).

Disse resultatene er vist i tabell II. Forbedret ytelse ble oppnådd med polymer B overfor en kommersielt tilgjengelig polymer A. Som et resultat av behandling med polymer B, var kakefaststoffene lik polymer A. Med polymer B var imidlertid den totale kvalitet svært god, beltet var fritt for blinding (dvs. - plugget belte) og klarheten av filtratet var overlegen ved en lavere dosering sammenlignet med polymer A. Som i eksempel 2 ville en normalt forvente en lik ytelse på en aktiv basis siden polymerene er av samme sammensetning og molekylvekt. Imidlertid var øket effekt og virksomhet åpenbar med polymer B ifølge denne oppfinnelsen i forhold til det oppnådd med den kommersielt tilgjengelige polymer A.

N/A = ikke tilgjengelig.

Polymer B = 25% aktiv dispersjonspolymer, syntetisert i henhold til prosedyren beskrevet i eksempel 1.

1 = dosering av polymer listet på en lik aktiv basis.

2 = listet som oppløsningskonsentrasjon av aktiv polymer. Det første tallet representerer den primære fortynning, det andre tallet representerer den sekundære fortynning. 3 = høyere prosentandeler av kakefaststoffer er mer ønskelig.

4 = lavere turbiditet er mer ønskelig.

Eksempel 4

Polymerene syntetisert i henhold til fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble også sammenlignet hva angår deres evne til å avvanne slam i løpet av sentrifugering fra oljeformige, smørefettinneholdende avløpsvann ved en avløpsvanndeponer-ingsfasilitet.

Polymer A og polymer B ble tilført in-line ved anvendelse av en Gear-pumpe. Med denne type oppstilling ville en endring i doseringen automatisk føre til en endring i opp-løsningsstyrken som vist i tabell IMPDH.

Sentratets (utløpsvannet fra sentrifugen) klarhet og kakekvaliteten ble sammenlignet kvalitativt på en visuell basis og resultatene er oppsummert i tabell III. Svært god ytelse ble oppnådd med begge polymerer, men den til polymer B var overlegen.

For tabell III var ytelsen til polymeren bedre jo lavere verdi av sentratklarheten er. Selv om sentratklarheten var lik mellom de to polymerene ved lik dosering, var polymer B overlegen på grunn av den høye kakekvaliteten (tørrere ka-ke, mindre klebrig, mindre kompakt) over doseringsområdet. I dette eksemplet, som med de tidligere eksemplene, ville en normalt forvente en lik ytelse på aktivenes basis siden polymerene hadde samme kjemiske sammensetning og molekylvekt. Tabell III indikerer at øket effektivitet og virksomhet ble bevist med polymer B ifølge denne oppfinnelsen i forhold til det oppnådd med den kommersielt tilgjengelige polymer A.

1 = dosering av polymer listet på en lik aktiv basis.

2 = listet som oppløsningskonsentrasjon av aktiv polymer.

3 = skala på 0 - 3, 0 representerer høyeste vannklarhet og er mest ønskelig.

Eksempel 5

Polymerene fremstilt i henhold til fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble også sammenlignet hva angår deres evne til å avvanne slam sammensatt av uorganisk forurenset jord fra jernbaner. En prosedyre lignende den til eksempel 2 ble benyttet for å oppnå resultatene i tabell IV.

Doseringen av polymerene i tabell IV ble justert til en lik polymer aktiv basis. Ytelsen til polymerene ble evaluert uttrykt som flokkstørrelse (den største flokkstørrelsen er den mest ønskelige), slamnedsynkningshastighet (en raskere nedsynkningshastighet er mere ønskelig), flokkstabilitet mot skjær er mer ønskelig) og dreneringshastighet (høyeste volum av vann drenert er mest ønskelig). Selv om en normalt ville forvente en lik ytelse på en aktiv basis siden polymerene er av samme kjemiske sammensetning og molekylvekt, viser tabell IV at øket effektivitet og virksomhet var åpenbar med polymer B i forhold til det oppnådd med kommersielt tilgjengelige polymer A.

1 = dosering av polymer listet på en lik basis.

2 = listet som oppløsningskonsentrasjon av aktiv polymer.

3 = større flokk er mer ønskelig.

4 = hurtigere nedsynkning er mer ønskelig.

5 = større flokkstabilitet er mer ønskelig.

6 = hurtigere drenering er mer ønskelig.

Eksempel 6

Polymerene syntetisert i henhold til prosedyren ifølge eksempel 1 ble også sammenlignet hva angår deres retensjon og dreneringsevner ved en mølle for resirkulert papp.

Både polymer A og polymer B ble tilført direkte in-line før trykksilen. En enkel statisk blander ble anvendt for å fremstille polymeroppløsningen. Ingen aldringstank var krevet.

Ytelsen til de to polymerene ble evaluert ved å måle første passeringsretensjon (FPR). FPR er et mål for mengden fi- bre, finstoffer og fyllstoffer som ble holdt tilbake i pa-pirarket og ble beregnet med den følgende ligning:

A = konsentrasjon av innløpskasse papirmassen (g/l)

B = konsentrasjon av hvitvannet (dvs. filtrat) (g/l).

Det er ønskelig å ha så høy prosent FPR som mulig. Som klart bevist i tabell V, var polymer B mer effektiv enn polymer A siden en signifikant lavere dosering av polymer B var krevet for å oppnå lik prosent FPR som den oppnådd ved anvendelse av polymer A. Igjen ville en normalt forvente en lik ytelse på en aktiv basis siden polymerene er av samme kjemiske sammensetning og molekylvekt, men i dette tilfellet var øket effektivitet åpenbar med polymer B i følge foreliggende oppfinnelse i forhold til det oppnådd med kommersielt tilgjengelig polymer A.

Polymer B = 25% aktiv dispersjonspolymer, syntetisert i henhold til prosedyren beskrevet i eksempel 1. 1 = høyere prosentandeler av første passeringsretensjon er ønsket. 2 = dosering av polymer listet på en lik aktiv basis.

Eksempel 7

Polymerene syntetisert i henhold til metodene ifølge eksempel 1 ble også sammenlignet i deres evne til å avvanne oljeformig slam fra et raffineri. En slamprøve ble samlet før tvillingbeltepressen ble anvendt for avvanning. Polymerene ble evaluert ved anvendelse av en fridreneringstest utført på den følgende måte: den ønskede mengde polymer ble tilsatt til 200 ml slam og blandet med 10 inversjoner ved anvendelse av graderte sylindere. Testladningen ble tømt i et rør som hviler på toppen av en filterduk og tidtaking ble umiddelbart startet. Det fri dreneringsvolumet oppnådd etter 10 sekunder ble registrert.

Resultatene er vist i tabell VI hvor dreneringsvolumet ved 10 sekunder er gitt. Jo høyere drenert volum, jo mer effektiv er avvanning. Som klart vist i tabell IV var polymer B's ytelse bedre enn polymer A på en aktiv basis, for polymer B er både mer effektiv (høyere volum drenert) og mer virksom (mindre dosering kreves). Igjen ville en normalt forvente en lik ytelse på en aktiv basis fordi polymerene er av samme kjemiske sammensetning og molekylvekt, men i dette tilfellet var øket effektivitet åpenbar med polymer B ifølge denne oppfinnelsen i forhold til det oppnådd med den kommersielt tilgjengelige polymer A.

Polymer A = 20% aktiv dispersjonspolymer DR-3000, tilgjengelig fra Derypol S.A. i Spania.

1 = dosering av polymer listet på en lik aktiv basis.

2 = høyere drenering er mer ønskelig.

Endringer kan gjøres i sammensetningen, driften og arrange-ment av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse beskrevet heri uten å avvike fra konseptet og omfanget til oppfinnelsen som definert i de følgende krav.

Claims

1. En fremgangsmåte for å klare og avvanne avløpsvann, omfattende tilsetting til avløpsvannet en effektiv mengde av en vannløselig kationisk polymerdispersjon inneholdende minst 25 vektprosent polymerfaststoffer, hvori den vannløselige kationiske polymerdispersjonen fremstilles ved å polymerisere monomerer under forhold av fri radikaldannelse i en vandig løsning av et anionisk salt i nærvær av to eller flere stabiliseringspolymerer,karakterisert vedat monomerene velges fra gruppen bestående av: (a) minst 5 molprosent av en kationisk monomer av formelen

hvori Ri velges fra gruppen bestående av H og CH3, R2og R3velges fra Ci-alkyl og C2-alkyl, Ai er 0, Bi er C2-alkyl eller C3-alkyl, og Xi~ er et anionisk motion og (b) en monomer av formel:

hvori R4er H eller CH3, R5og R6velges fra Ci-alkyl og C2-alkyl, R7er H, Ci- eller C2-alkyl, og X2~ er et anionisk motion og (c) minst 5 molprosent av akrylamid eller metakrylamid, hvori stabiliseringspolymerene er kationiske polymerer som i det minste er delvis løselig i den vandige løsningen av det anioniske saltet, stabiliseringspolymerene omfatter: (a) minst en kationisk polymer bestående av dialyldimetylammoniumklorid og en monomer av formelen

hvori Ri er H eller CH3, R2og R3velges fra Ci-alkyl og C2-alkyl, Ai er 0, Bi er C2-alkyl eller C3-alkyl, og Xi~ er et anionisk motion, og (b) minst et kationisk polymer bestående av kationiske monomerer av formel:

hvori R4er H eller CH3, R5og R6velges fra Ci-alkyl og C2-alkyl, R7er H, Ci- eller C2-alkyl, A2er 0, B2er C2-alkyl eller C3-alkyl, og X2~ er et anionisk motion.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat avløpsvannet velges fra industrielt avløpsvann og kommunalt avløpsvann.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisert vedat det industrielle avløpsvannet velges fra matbearbeidelsesavløpsvann, oljeformig avløpsvann, papirmølleavløpsvann og uorganisk forurenset avløpsvann.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat det anioniske saltet velges fra fosfater, sulfater, klorider og blandinger derav.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat den videre omfatter tilsetting av en effektiv mengde av minst én koagulant til avløpsvannet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat den kationiske dispersjonspolymeren fremstilles fra monomerer valgt fra gruppen bestående av: (a) minst 5 molprosent av dimetylaminoetylakrylatbenzyl-kloridkvartenærsalt, (b) dimetylaminoetylakrylatmetylkloridkvartenært salt, og (c) minst 5 molprosent av akrylamid.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat stabiliseringspolymerene er en homopolymer av dimetylaminoetylakrylat-metylkloridkvartenær og en kopolymer av dimetylaminoetylakrylatbenzylkloridkvartenær og diallyldimetylammoniumklorid.

8. Fremgangsmåte for å forbedre gjenholdelse og drenering i en papirforsyning, omfattende tilsetting til papirforsyningen en effektiv mengde av en vannløselig kationisk polymerdispersjon inneholdende minst 25 vektprosent polymerfaststoffer, hvori den vannløselige kationiske polymerdispersjonen fremstilles med polymeriseringsmonomerer under forhold av fri radikaldannelse i en vandig løsning av et anionisk salt i nærvær av to eller flere stabiliseringspolymerer,karakterisert vedat monomerene velges fra gruppen bestående av: (a) minst 5 molprosent av et kationisk monomer av formel

hvori R4er H eller CH3, R5og R6velges fra Ci-alkyl og C2-alkyl, R7er H, Ci- eller C2-alkyl, A2er 0, B2er C2-alkyl eller C3-alkyl, og X2~ er et anionisk motion og (c) minst 5 molprosent av akrylamid eller metakrylamid, hvori stabiliseringspolymerene er kationiske polymerer som er i det minste delvis løselige i den vandige løsningen av det anioniske saltet, idet stabiliseringspolymerene omfatter: (a) minst en kationisk polymer bestående av diallyldimetylammoniumklorid og et monomer av formel

hvori Ri er H eller CH3, R2og R3velges fra Ci-alkyl og C2-alkyl, Ai er 0, Bi er C2-alkyl eller C3-alkyl, og Xi~ er et anionisk motion, og (b) minst en kationisk polymer bestående av kationiske monomerer av formel:

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat det anioniske saltet velges fra fosfater, sulfater, klorider og blandinger derav.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat den kationiske dispersjonspolymeren fremstilles fra monomerer valgt fra gruppen bestående av: (a) minst 5 molprosent av dimetylaminoetylakrylatbenzyl-kloridkvartenært salt; (b) dimetylaminoetylakrylatmetylkloridkvartenært salt; og (c) minst 5 molprosent av akrylamid.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat stabiliseringspolymerene er en homopolymer av dimetylaminetylakryl-atmetylkloridkvartenær og en kopolymer av dimetylaminoetylakrylatbenzylkloridkvartenær og diallyldimetylammoniumklorid.