NO328373B1 - Fremgangsmate og blanding for a behandle fosfat i oppdemte vannmasser - Google Patents

Abstract

Blanding inneholdende pellets eller lignende av alun, et smektittmineralsk materiale og eventuelt natriumkarbonat eller kalsiumkarbonat. Blandingen kan bli plassert til fosfat som befinner seg ved bunnen av en oppdemt vannmasse. Videre beskrives en fremgangsmåte ved hvilken de nevnte pellets blir sluppet gjennom vannmassen slik at alun i hovedsak blir frigitt når pelletsene har nådd bunnen.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt fremstiling av pellets av alun, et smektitt-mineralsk industrielt materiale så som bentonitt (montmorillonitt), attapulgitt, saponitt, hekto ritt, sepiolitt og fullers jord og eventuelt natrium- eller kalsiumkarbonat som kan leveres til konsentrert eller innelukket (oppdemt) fosfat lokalisert ved bunnen av forskjellige vannlegemer. Mer spesielt kan pellets av alun, et smektitt mineralsk materiale som beskrevet ovenfor og eventuelt natrium- eller kalsiumkarbonat, leveres til et videre område av lokaliteter i vannlegemer, inkludert steder som "grenseflaten mellom sedimenter og vann", som er et område som generelt kan defineres som de øverste seks tommer (15 cm) av sediment og de nederste 15 cm av vann. Enda mer spesielt kan pellets av alun, et smektitt mineralsk materiale som beskrevet ovenfor og eventuelt natrium-eller kalsiumkarbonat bli sluppet gjennom vannmassen slik at alun blir frigitt etter at pelletsene har nådd den ønskede lokalitet i vann, og derved behandle fosfatene mer effektivt og ved bruk av mindre mengder alun.

Sure metallsalter og sulfatløsninger sås som aluminiumsulfat ((AI2S04)3-14H20) løsninger, i dagligtale kjent som "alun", har lenge vært benyttet til å fjerne farge og suspenderte partikler i tillegg til organiske og mikrobiologiske forurensninger fra vann. Alun er lett tilgjenglig og når fortynnet med overflatevann, kan det fungere som et koaguleringsmiddel, flokkuleringsmiddel, fellingsmiddel og en emulsjonsbryter. Som et koaguleringsmiddel fjerner alun det primære næringsstoff for blågrønne alger i vann. Denne funksjonen er viktig fordi disse alger fjerne oksygen fra vannet (kjent som biokjemisk oksygenforbruk eller BOD), og utgjør derved en fare for fisk. Alun danner også et uløselig presipitat (bunnfall) eller flokkulat (fnokk) med urenhetene i vannet. Partiklene av fnokk vokser i størrelse og tiltrekker seg suspenderte og kolloidale partikler og organiske forbindelser som er til stede i vannet. Fnokket avsettes over tid og kan fjernes ved velkjente teknikker så som dekantering eller filtrering.

Et av de viktigste problemer ved kontroll av vannforurensning er algevekst. Som bemerket ovenfor påvirker algeorganismer vannet med sitt BOD, og dette kan ofte overskride oksygenressursene i vannet. Algevekst kan også føre til ubehagelig smak eller lukt i drikkevannskilder. Oppløste fosfationer gir alger nødvendig næringstilførsel. Hvis fosfattilførselen kan fjernes, vil ikke algene overleve eller florere i vannmassene og ett kontrollproblem med hensyn til forurensning i vann ville derved være løst. Et ytterligere problem forbundet med behandling av fosfater i vann, er at majoriteten av fosfatene (50-90%) er konsentrert ved grenseflaten mellom sediment og vann, mens kjente teknikker for tilføring av alun i hovedsak behandler fosfat nær overflaten av vannmassen. I tillegg har eksisterende teknikker blitt fokusert på nesten øyeblikkelig opptak fosfater. Som et resultat av dette virker ikke volumet av eksisterende produkter og teknikker effektivt i en rekke vannsystemer, spesielt i høyenergiske systemer og dype systemer og i systemer som krever mer enn bare et umiddelbart fosfatopptak. I det førstnevnte tilfelle blir alun skylt vekk fra det aktuelle vannområde før det får gjort noen virkning. I det sistnevnte tilfelle blir alun dårlig utnyttet ved tilførsel. Videre kan alun etterlate en uønsket hvit sky i vannet over et betydelig tidsrom.

Fra JP 52-126065 (A) er det kjent ved fjerning av forurensninger fra avløpsvann i papirindustrien ved koagulering, ved å regulere pH til området 6-8 med et alkali etter å ha tilsatt et mineral og ved å tilsette en uorganisk forbindelse.

Det eksisterer således et behov for enkle blandinger, former og metoder for å behandle fosfat i stillestående vannmasser.

Foreliggende oppfinnelse

Ovenfor nevnte behov er tilfredsstilt gjennom foreliggende oppfinnelse som i henhold til et første aspekt består i en blanding som angitt i patentkrav 1.

Oppfinnelsen omfatter i henhold til ytterligere aspekter fremgangsmåte som angitt i patentkrav 6 respektive patentkrav 7.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Detaljert beskrivelse

I henhold til en utførelsesform blir fosfat i vann behandlet med en blanding som inneholder alun og et medlem av smektitt familien av mineraler som de to viktigste komponenter. Slik det benyttes her, menes med alun aluminiumsulfat ((AI2S04)3-14H20). Blant smektittbærende malm eller industrielle mineraler er bentonitt. Bentonitt er en malm med økt innhold av smektitt som også betegnes montmorillonitt. Som benyttet her menes med "smektitt-mineralsk materiale" bentonitt, attapulgitt, saponitt, hektoritt, sepiolitt og fullers jord. Denne utførelsesform inkluderer eventuelt også natriumkarbonat eller kalsiumkarbonat. I henhold til en andre utførelsesform er alun eller det smektitt-mineralske materiale fortrinnsvis dekket eller belagt ved teknikker kjent for fagfolk, med ett eller flere naturlige, organiske biprodukter så som kornstivelse, sukkerbaserte harpikser og forskjellige naturlige produktderivater av de kjemiske familier harpiks og stivelse. Egnede harpikser og belegg inkluderer guargummi, alginater, polyvinylalkohol, delvis hydrolyserte polyakrylamider og andre tilsvarende polymere som er velkjente for fagfolk på området.

Blandingene ifølge disse utførelsesformer fjerner selektivt fosfater fra naturlige og menneskelagde vannsystemer. Fosfater er primære næringskilder for vandig flora/ fauna, så som blågrønne alger som produserer uskjønt grønt slim og "skyer" og gir uønskede odører i vann.

Gjennom å fjerne fosfatene blir algene frarøvet sin næring og kan derfor ikke utbre seg i vannmasser.

Hver komponent av blandingene ifølge foreliggende oppfinnelse har en funksjon i produktet med hensyn til å bidra til et optimalt opptak og derved fjerne fosfater. Alun er et produkt for vannbehandling som benyttes for å fjerne fosfater og andre forbindelser så som oppløst organisk materiale, suspenderte sedimenter og metaller fra den aktuelle vannmasse. Det primære formål av alun er å absorbere fosfatene fra vannet eller sedimentene. Alun er generelt kommersielt tilgjengelig fra General Chemical Corporation.

Det smektitt-mineralske materiale, fortrinnsvis bentonitt, virker til å 1) optimalisere reguleringen i tid av oppløsning av blandingen i vannmassen, 2) bufre pH i vannet som skal behandles til et nøytralt pH nivå, 3) optimalisere eller kontrollere tettheten av blandingen for mer presist å estimere oppholdstiden i vannmassene. Bentonitt er generelt kommersielt tilgjengelig fra Bentonite Performance Materials.

Blandinger av ubelagt alun og smektitt-mineralsk materiale beholder generelt omtrent 90% av sin integritet eller form i opptil 2 minutter. Blandinger av alun eller smektitt-mineralsk materiale som er blitt belagt med andre tilsetningsmidler så som vannløselige harpikser, naturlige polymerer og makromolekylære biprodukter fra korn og jordbruksindustri, oppløses i vann langt langsommere enn ubelagte blandinger. Mer spesifikt beholder belagte blandinger omtrent 90% av sin integritet eller form i opptil 24 timer. Konsentrasjonen av de ytterligere tilsetningsmidler er fortrinnsvis mindre enn 5 % av vekten av hele blandingen.

I henhold til en annen utførelsesform inneholder blandingene fortrinnsvis en pH buffer valgt blant natriumkarbonat (Na2C03) eller kalsiumkarbonat (Ca2C03- er vel heller CaCC»3?). I tillegg til å bufre pH i vannet øker pH bufferen tettheten av blandingen for bruk i vannsystemer med høyere energi, det vil si med mer strømning.

I henhold til en foretrukket utførelsesform inneholder blandingen fra 30 til 99 vekt-% alun og fra 1 til 70 % av et smektitt-mineralsk materiale. I henhold til en annen foretrukket utførelsesform inneholder blandingen dessuten 0-5 % naturlige vannløselige harpikser og biprodukter som et belegg. I henhold til nok en annen foretrukket utførelsesform inneholder blandingen videre fra 0 til 30 % av et pH bufringsmiddel valgt blant natriumkarbonat og kalsiumkarbonat.

Blandingene ifølge foreliggende oppfinnelse blir fremstilt og produsert i henhold til teknikker som er vel kjent for fagfolk på området. Fortrinnsvis blir blandingene ifølge foreliggende oppfinnelse produsert i form av kuler eller korn, sylindere, kuber og tredimensjonale rektangler som i størrelse varierer mellom 6 mm og 60 cm i diameter. Mer foretrukket blir blandingene ifølge foreliggende oppfinnelse produsert i form av tabletter, pellets, ekstruderte nudler, briketter eller bånd, idet hver komponent av blandingen blir tilveiebrakt i pulverform eller granulær form som blandes sammen. Fortrinnsvis blir komponentene av råmaterialet blandet i de forhold som er angitt ovenfor og fysisk blandet sammen i de ønskede mengder i tanker eller tilsvarende enheter med størrelse til å romme fra 20 til 200 tonn, ved hjelp av røreverk og skovler i et forutbestemt tidsrom, fortrinnsvis fra 5 minutter og opp til 6 timer i satsvis anlegg eller ved kontinuerlig oppmålt matestrøm til et felles belte eller i en felles kontinuerlig produserende ekstruder, pelletisator, tablettpresser eller agglomerator. For eksempel har en typisk ekstruder form av et langstrakt, rektangulært kar med i det minste en og fortrinnsvis to røreverk orientert parallelt med gulvet, egnet til fysisk å blande materialet til en homogen blanding og deretter la blandingen passere gjennom begrensende åpninger under dannelse av langstrakte nudler eller sylindriske pellets. Konvensjonelle tablettpresser og pelletisatorer tar de blandede materialer fra en lagertank og komprimerer blandingen ved hjelp av konvergerende trekkdyser til former med størrelse fra 6 til 25 mm kuler eller korn. Kommersielle agglomeratorertar blandingen som et pulver (med en partikkelstørrelse fra 44 til 100 u.m) og danner små kuler av blandingen uten å komprimere denne. Fortrinnsvis har blandingen et fuktighetsinnhold fra 1 til 15 vekt-%. Fortrinnsvis blir blandingene ifølge de ovenfor nevnte metoder belagt med ytterligere hjelpeadditiver så som vannløselige harpikser, naturlige polymerer og makromolekylære biprodukter fra korn- og landbruksindustri, i henhold til teknikker som er vel kjent innen faget. Fagfolk på området vil også være klar over at andre velkjente teknikker kan benyttes for å fremstille blandingene ifølge foreliggende oppfinnelse.

Blandingene ifølge foreliggende oppfinnelse har anvendelser innen de følgende vannbehandlingsmarkeder: "polermiddel" for vannbehandling i offentlige vannanlegg, i kommersiell konstruksjon/ ingeniørvitenskap, som råmateriale i landbruk (så som i farmer for gris, storfe, sau og struts), akvakultur (fiskefarmer og klekkerier, så som for reker, laks og ørret), naturlige sjø- og elvesystemer og vannskiller, rekreasjon og fritid (dammer på golfbaner, fornøyelsesparker og "badeland"), industriell avløpshåndtering og ved gruvedrift og gruveundersøkelser (slamdammer og avløpssystemer).

Blandingen ifølge foreliggende oppfinnelse er et tidsregulert, alunbasert absorpsjonsmiddel for fosfat i vann. Det overveldende flertall av fosfatinneholdende vannsystemer inneholder en mindre del suspendert eller oppløste fosfater i vannmassen sammenlignet med ved grenseflaten mellom sediment og vann. Slik det her er benyttet menes med "grenseflaten mellom sediment og vann" et område som omfatter de øverste 15 cm av sediment og de nedre 15 cm av vann. I det store flertall av vannsystemer, så som sjøer, elver, dammer og grøfter, er det meste av de totale fosfater lokalisert ved grenseflaten mellom sediment og vann. Pulverformet alun har en tendens til å forbli i suspensjon og fjerne suspenderte fosfater, organisk materiale og andre sedimenter, men når sjelden den hovedsakelige kilde som trenger behandling. Fortrinnsvis er tettheten av de enkelte tabletter av blandingen av foreliggende oppfinnelse innenfor et område 1,0 til 1,2 g/cm<3>. Fortrinnsvis har de individuelle pellets av blandingen av foreliggende oppfinnelse en diameter i området fra 6 mm til 60 cm. Mer foretrukket har blandingen ifølge foreliggende oppfinnelse en tetthet som er slik at blandingen raskt synker ned gjennom vannmassen og blir liggende der det er mest bruk for den, ved grenseflaten mellom sediment og vann.

Beregning av synkning i vannsystemer er basert på de lenge aksepterte "Stokes Synkelov", som beskriver hastigheten av synking av en partikkel basert på partikkelens tetthet og tettheten av vannet. Loven uttrykker et vitenskapelig bevist prinsipp som utnyttes i en rekke industrier, og kan benyttes ti lå beregne synkeavstander og tidsparametere for blandingen ifølge foreliggende oppfinnelse. Som angitt ovenfor vil den ubelagte blanding ifølge foreliggende oppfinnelse beholde omtrent 90 % av sin partikkelintegritet i omtrent 2 minutter, hvilket tilsvarer minimum 15 meter vertikal bevegelse med de prosentandeler av alun og smektitt-mineralsk materiale som er nevnt ovenfor.

I kommersielle termer er gjennomsnittlig dybde av vannmasser som trenger å renses omtrent 2 meter (6 fot), så i henhold til Stokes lov vil det ubelagte produktet nå grenseflaten mellom sediment og vann godt før en vesentlig oppløsning har funnet sted.

Variasjoner og ekvivalenter

Til tross for at kun noen få eksemplifiserende utførelsesformer er blitt beskrevet i detalj ovenfor, vil fagfolk på området enkelt slutte seg til mange andre mulige modifikasjoner som faller innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse slik den her er beskrevet, slik denne er definert av de etterfølgende patentkrav.

Claims (10)

1. Blanding for behandling av fosfat i oppdemte vannmasser, karakterisert ved å omfatte: a) ((AI2S04)3-14H20) og b) et smektitt-mineralsk materiale, idet blandingen foreligger i en form valgt blant tabletter, ekstruderte nudler, pellets, briketter eller bånd.

2. Blanding i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at det smektitt-mineralske materiale er valgt blant bentonitt, attapulgitt, saponitt, hektoritt, sepiolitt og fullers jord.

3. Blanding i samsvar med patentkrav 1 eller 2, karakterisert ved at den videre inneholder en pH buffer valgt blant natriumkarbonat og kalsiumkarbonat, fortrinnsvis i en mengde på inntil 30 vekt-% av vekten av blandingen.

4. Blanding i samsvar med et hvilket som helst av patentkrav 1-3, karakterisert ved at den videre inneholder et vannløselig harpiksmateriale valgt blant guargummi, alginater, polyvinylalkohol og delvis hydrolyserte polyakrylamider, fortrinnsvis i en mengde på inntil 5 vekt-% av blandingen.

5. Blanding i samsvar med et hvilket som helst av patentkrav 1-4, karakterisert ved at blandingen omfatter 30 til 99 vekt-% ((AI2S04)3-14H20) og 1 til 70 vekt-% av et smektitt-mineralsk materiale.

6. Fremgangsmåte for å behandle fosfat i oppdemte vannmasser, karakterisert ved å tilsette til vannmassen en blanding som angitt i et hvilket som helst av patentkravene 1 til 5, og frigi ((AI2S04)3-14H20) fra blandingen mens denne passerer gjennom vannmassen.

7. Fremgangsmåte for å behandle fosfat i oppdemte vannmasser, karakterisert ved å tilsette til vannmassen en blanding som angitt i et hvilket som helst av patentkravene 1 til 5, og levere blandingen til grenseflaten mellom sediment og vann slik at ((AI2S04)3-14H20) frigis fra blandingen ved denne grenseflaten.

8. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 6 eller 7, karakterisert ved at blandingen beholder omtrent 90 % av sin integritet og form i omtrent 2 minutter eller omtrent 24 timer.

9. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 6,7 eller 8, karakterisert ved at blandingen har form av tabletter, ekstruderte nudler, pellets, briketter eller bånd, og har en diameter i området fra 6 mm til 60 cm.

10. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 6, 7, 8 eller 9, karakterisert ved at blandingen i form av tabletter, ekstruderte nudler, pellets, briketter eller bånd, har en tetthet mellom 1,0 og 1,2 g/cm<3>.