DE1792391A1 - Reinigung von Trinkwasser und Abwaessern - Google Patents

Description

Reinigung von Trinkwasser und Abwässern

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Trin'cwasser, privatem sanitärem Abwasser, wäßrigen industrisllen Abfällen und wäßrigen Verfahrensströmen, das durch die folgenden Stufen gekennzeichnet wird, Zugabe dea Wassers zu einem primären wasserlöslichen anorganischen Koaguliermittel, mindestens einem organischen polyelektrolytisoh en Koagulierhilfsmittel und säurebehandelter Flugaaohe, Rühren dar Mischung, bis sich ein flockiger Niederschlag gebildet hat, AbsetEenlassen des flockigen Niederschlags und Gewinnung des gereinigten Wassers. Das vorerwähnte Verfahren ergibt eine ausgezeichnete Entfernung von organischen Stoffen und Phosphaten aus dem behandelten Nasser in der primären Behandlu.'Tg sstuf e.

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Das. meiste Trinkwasser und aicht trinkbare Wasser, das zu industriellen Zwecken verwendet wird, wird ««up Entfernung von Substanzen, die das Wasser trüben und ibis eint unerwünschte Farbe verleihen, geklärt. Bei diesen Substanzen bandelt es sich hauptsächlich um nichtabsitzenden kolloidale» Schlick und Ton, Phosphate aus Wasehmitteln und wlnaige Gebilde aus organischem Stoff, lebenden Pflanaen und Mikroorganismen, die normalerweise in Oberflächenwassern wie Seen, Flüssen, Strömen usw. gefunden werden. Die kolloidalen Schlickteilchen geben die größten Probleme auf, da sie zu allen Zeiten vorliegen und zu bestimmten Zelten aufgrund schwerer Regenfalle, Schneeschmelze, starken Winden usw. in hohen Konzentrationen vorliegen.

Unter bestimmten Bedingungen, bei denen die Konzentrationen dieser unerwünschten Stoffe einen niedrigen Gebalt nicht überschreiten, kann eine ziemlich wirkungsvolle Entfernung lediglich durch langsame Sandfiltration bewirkt werde»· Koagulation ist jedoch wesentlich, wenn das Hauptziel der Behandlung die Entfernung von l'rübung, Phosphaten, organischer Farbe und Bakterien ist. In einigen Wasserbehandlungsanlagen, in denen zusätzliche Behandlung wie VorChlorierung, Entfernung von Geschmacks- und Geruchsstoffen mit Aktivkohle, FachChlorierung usw. erforderlich sind, wird die Koagulation diese Operationen wesentlich unterstützen. .

In der Terminologie der Wasserbehandlung ist ein Koagulierraittel definiert als ein Mittel, das zu Wasser hinzugegeben wird, um das Absetzen von kolloidalen oder fein verteilten suspendierten Stoffen zu erleichtern. Koagulation ist das Behandlungsverfahren, welches sich auf eine Reihe von chemischen und mechanischen Behandlungsarten bezieht, durch die die Koaguliermittel selbst angewendet und wirkungsvoll gemacht werden. Diese Operationen werden im allgemeinen in zwei bestimmte Phasen geteilt, d.h., einen Mischvorgang, in den dae gelöste Koaguliermittel schnell innerhalb des zu behandelnden Wassers dispergiert wird, normalerweise begleitet von Rühren und Ausflockung, was die Rührung des ^v-'assers bei etwas niedrigeren Geschwindigkeiten über einen viel längeren Zeitraum einschließt, in dem die sehr kleinen !Teilchen in gut definierte hydratisierte Flocken mit einer Größe wachsen und agglomerieren, die ausreicht, um schnelles Absetzen zu fördern. Der umfassende Ausdruck Klärung wird im allgemeinen verwendet, wobei er sowohl Koagulierung als auch Sedimentation oder Absetzen umfaßt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die wasserlöslichen Üblichen Koaguliermittel als primäre oder "übliche" Koaguliermittel definiert.

Die primären Koaguliermittel, die am meisten verwendet werden, sind Aluminium- oder Eisensalze von entweder Schwefel- oder Chlorwasserstoffsäure. Bei Aluminiumsulfat, Al₂(SO₄), (manchmal als PiIter-Alaun bezeichnet) handelt es sich um das bis jetzt

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am »eisten verwendete KoaguHermittel. Eieen-(II)-sulfat, PeS0..7BpO (bekannt als Vitriol) wird ebenfalls in großem Ausmaß verwendet. Bisen-(III)-sulfat, Fe₂(SO₄J₅ (teilweise bekannt als "Ferri-Floeke" oder "Ferrisul"), Eiaen-(III)-ohlorid, FeCl-'6HgO und Hatrlumaluminat, Na₃Al₂O₄, werden ebenfalle als primäre Koaguliernittel verwendet.

Die chemischen Umsetsungen, welohe während der Koagulierung auftreten, sind etwas komplex und umfassen nicht nur die direkte Vereinigung der Koaguliermlttellonen mit Verunreinigungen in dem Wasser, sondern auch die Bildung von wasserhaltigen Oxyden. So kann beispielsweise die Umsetzung von Aluminiumsulfat wie folgt dargestellt werden«

Al₂(SO₄J₅XH₂O «· 3Ca(HCOj)₂ >3CaSO₄ *· 2Al(OH)₅ ♦ 600_g + XHgO

Aus dieβer Reaktionsgleichung geht hervor, daß das Aluminiumsulfat mit der natürlich auftretenden Alkalinitftt des Wassers (gegeigt als Calciumbicarbonat, Ca(HCO₅]I₂) reagiert. Bei dem wasserhaltigen Oxyd, Al(OH)₅, bandelt es sich um die Flocke, die letztlich ausfällt und die unerwünschten Verunreinigungen aus dem Wasser entfernt.

Die Menge an primärem Koaguliermittel, die erforderlich ist, um ein Wasser vollständig von Trübung freizumachen, variiert im großen Ausmaß von so wenig wie 1 oder 2 ppm bis über 100 ppm.

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exakte Menge an Koagaliermittel kann normalerweise nur duroh Erprobung und Fehler bestimmt «erden* Selbst der so bestimmte Wert variiert mit anderen Paktoren, wie der Zeit des Misch ens, der Wassertemperatur usw. Pie minimale Men#e an Koaguliemittel, für die bestimmt wurde, daß sie bei der Erzeugung einer guten Ausflockung in einem gegebenen Wasser wirksam ist, würde beispielsweise im allgemeinen eine ziemlich lange Mischzeit variierend von 15 bis 30 Minuten im Sommer und von 30 bis 60 Minuten im Winter erfordern, wenn sich die Wassertemperaturen dem Gefrierpunkt nähern. Ein sehr fein verteilter suspendierter Stoff ist schwieriger zu koagulieren als die gröberen Teilchen, wobei eine größere Menge an Koaguliermittel für eine gegebene Trübung benötigt wird. Die Art des V/assere hat auch einen beträchtlichen Einfluß auf den pH-Wert, bei dem zufriedenstellende Flocken gebildet werden können. In einigen Wasserarten kann es ziemlich schwierig sein mit Alaun bei einem pH-Wert von 7,5 eine gute Koagulation zu erhalten, wogegen bei anderen v'asserarten, insbesondere solchen, die einen hohen Caloiumbioarbonatgehalt aufweisen, ausgezeichnete Koagulation bei einem pH~Vert von 8,5 oder sogar höher erhalten werden kann. Ganz allgemein wurde gefunden, daß für natürliche Wasserarten eine pH-Wert-Einstellung gegen entweder die saure oder alkalische Seite von pH 7 benötigt wird, um eine wirkungsvolle und wirtschaftliche Koagullerung zu erhalten.

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Obwohl ea nicht notwendig ist, den Mechanismus der Ausflockung ausführlich zu diskutieren,'soll hervorgehoben «erden» daß bei der Förderung des flachaturas der Flockenteilchen die Flockung sowohl von der physikalischen Wirkung, insbesondere der Rührung des -Vasaers und Adhäsion der Stoffe, die die Trübung hervorrufen, als auch von solchen chemischen oder elektronischen Kräften abhängt, die einen wesentlichen Effekt auf die physikalische Wirkung ausüben. Die physikalische Aktion in der Ausflockungsphase der Koagulierung wird entweder duroh mechanische Vorrichtungen, Flockulatoren genannt, oder durch ein System von Leitblechen in den Mischbecken erreicht, wobei die hohen Mischgeschwindigkeiten graduell bis zu einem Punkt vermindert werden, an dem die schon in der Mischphase gebildete Flocke nicht

zerrissen bzw. aufgebrochen (broken up), sondern in Suspension gehalten wird. Die Koagulationsperiode kann von Anlage zu Anlage beträchtlich variieren . Im allgemeinen arbeitet der Großteil der V/asseraufbereitungsanlagen mit einer 10- bis 30-fflintitigen Koagulationsperiode, wobei der breite Bereich von 3 bis 90 Minuter beträgt.

Obwohl viele Wasserarten eine komplexere Art der Behandlung erfordern, ist es manchmal möglich, durch die Verwendung eines einzigen "üblichen" Koaguliermittels, wie ea vorstehend definiert wurde, eine zufriedenstellende Ausflockung zu erhalten. Bei einer Anzahl von Stoffen, die nicht per se als Koaguliernlttel ange-

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sehen werden können, wurde gefunden, daß sie Eigenschaften besitzen, welche das Koagullermittel bei der Erfüllung seiner Punktion unterstützen· Biese Stoffe werden als Koagulierhllfsstoffθ bezeichnet. Ganz allgemein können Alkallen, wie Kalk und Sodaasohe, oder Säuren, wie Schwefel-, Chlorwasserstoff- und Phosphorsäure, als Koagulierhilfemittel angesehen werden. Bei teilweise mit verdünnter Schwefelsäure neutralisiertem Natriumsillkat, bekannt als "aktiviertes Kieselgel" handelt es sich um ein Koagullerhilfsmittel.

Zusätzlich zu den üblicherweise verwendeten Koaguliermittein wie Alaun, Vitriol und dergl., wurden bestimmte hocbkolloidale Tonarten vom Typ des quellenden Bentonite zur Klärung verwendet. Diese Xonarten werden im allgemeinen in der Nähe der Black lulle von Wyoming und South Dakota erzeugt, und sie sind in der Lage, dicke Gele des mehrfachen Volumens des ursprünglichen Bentonite bei Zugabe von Wasser zu bilden. Sie werden manchmal als "Natrlumbentonite" bezeichnet, und ihre Verwendung zur Reinigung von Wasser wird in den USA-Patentschriften 2 345 827 und 2 363 022 ausführlich beschrieben.

Von der Verwendung eines bentonitartigen Tons und eines organischen Po Iy elektrolyt en als Koagulierhilf emit t el ist es bekannt, daß die koagulieren^e Wirkung bekannter Koaguliermittel erhöht wird.

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In der USA-Batentβohrift J J38 828 der «!eichen Anttelderin wird ein Verfahren βατ verbesserung der flockenbildung der Mlsohvng eine· jrisären wasserlöslichen anorganischen Koagulieren eis und Bind es ten· eine· organischen polyelektro Iy tischen Koagullerfailfemittele dnreb Sngabe von elektrostatisch aus gefällter Vlngaeob« iu den bebendelten Wasser beschrieben. Dies fuhrt so einer betrüohtliehan Verbesserung )t>ei der floekenbildong in verschiedenen Arten von Wasser· Diese Terbesserong ist Jedooh nicht βllgeeein und bewirkt keine wesentliche Bntfernnng von Phosphaten ans den wasser·

Sie vorliegend· £rfindang betrifft die Entwicklung ein·· Verfahrene sor Reinigung von Trinkwasser, häusliche« bsw. privaten sanitärem Abwasser, wäßrigen industriellen Abfällen and wäßrigen VerfahrensstrOaen, das doroh folgende Stufen gefcennseiohnet wird. Zeig ab e eines primären wasserlöslichen anorganieoben Koaguliert nittele, einer säorebebandelten Plugasche und gegebenenfalls ■indestens eines organischen po!Lyelektrolytisch«! Xoagulier-Mittels so den Wasser und Höhren der Mischung, bis eine Flocke gebildet ist, Absetsenlaseen der Flocke and Gewinnung des gereinigten Wassers.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Schaffung eines verbesserten Koagulierhilfswittels, wobei eäurebehandelte flugasche verwendet wird·

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Darttberhinaus betrifft die Torliegende Erfindung eine neue Behandlung von Wasser und wäßrigen Abfällen, worin eine säurebehänd β It β Flugasche verwendet wird, mit verbesserter Entfernung von ßeschmacksstoffen, Phosphaten, Geruchsetoffen und Farben,

Dartiberhinaus betrifft die vorliegende Erfindung auoh ein neues Koagulations-Behandlungsverfahren von Wasser und wäßrigen Abfüllen mit wirtschaftlicheren Mengen an einen Koag Uli er mittel und Koagullerhilfsmitteln durch Verwendung von säurebehandelter Flugasche»

Biese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden Im folgenden beschrieben oder gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.

Das neue erfindungsgemäöe Verfahren sur Klärung von Wasser und wäßrigen Abfällen umfaßt die Zugabe eines primären wasserlöslichen anorganischen KoaguIiermittele und geringer Mengen von beispielsweise 1 bis 250 ppm oder mehr einer säurebehandelten Flugasche zu dem Wasser oder den wäßrigen Abfällen, wodurch eine Flocke gebildet wird,und Abtrennung des geklärten "assers von dieser Flocke.

Die Menge der verwendeten säurebehandelten Flugasche kann in Abhängigkeit von der Art des bu behandelnden Wassers oder davon,

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welche Koagulierhilfsaittel ebenfalle verwendet werden, variieren. lornalerweise werden, in Abhangigkelt von de» pH-Wert und der Klarheit des au behandelnden Wasserβ,von 2 bis 30 ppm säurebebandelta Flugasche 1« allgemeinen bevorsugt.

Der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Ausdruck "säurebehandelte Flugasche¹* beschreibt den säurebehandelten Asche* rückstand, der bei der Verbrennung oder■teilweisen Verbrennung kohlenstoffhaltiger Materlallen, insbesondere fossilen Brennstoffen wie iCohle und Lignit, wieder aus Verbrennungsabgas entweder durch Trägheitsvorriohtungen wie Cyclonenseparatoren oder vorzugsweise Cottrell-Fällung oder andere elektrostatische Ausfall- oder elektrostatisch geladene Vorrichtungen Burüokbleibt. Dieser Aaoherückstand wird mit einer wäfirlgen lösung einer starken anorganischen oder starken organischen Säure wie Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure, Salpetersäure, 3ulfamin~ säure, usw· von 1 bis 60 Minuten kontaktiert» Die verwendete 3äur ernenne kann von 1 Jf bis 100 £ der Menge variieren, die theoretisch erforderlich 1st, üb auf die In der Flugasche vorliegenden Metalle eLnauwirken, und es ist praktisch etwa das doppelte des Gewlohte der wädrlgen SäurelUsung eur Behandlung eines Veils Flugasche in verwenden· Sie sfturebebandelte Flugasche kann aus der Säurebehandlung gewonnen werden, inde» man die Flugasche absetaen lädt und danach die säurebehanflelte Flug*·

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asche bei etwa 1OS⁰G trocknet· Vorsugaweiae kann jedoch die Flugasche in einer Vorratseuepenaion in der wäßrigen Säurelöaung hergestellt und verwendet «erden«

Eine besonders bevorzugtβ BurohfUhrungaform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Verwendung eines organischen polyelektrolyt lach en Koagulierbl1femitteis susammen mit den primären wasserlöslichen anorganischen Koaguliermittel und der eSur*« behandelten Flugasche. Wenn diese Beatandteile au dem en klärenden Wasser hinzugegeben werden« 5 bis 50 Minuten gerührt wird und unter langsamem Rühren ausflocken gelassen wird, wird schnell eine extrem schwere Flocke gebildet und setst sich sofort ab« Bas bei dieaem Verfahren gewonnene geklärte Wasser eeigt eine Verminderung der ursprünglichen Trübung von 90 i> bis sogar 100 #, eine Verminderung dea chemischen Sauerstoffbedarfs (COB) und des biologischen Sauerstoffbedarfs (BOB) von 50 bis 90 i> und fast voll ständige Verminderung der Fboaphattwid Polyphosphationen in einer eineigen primären Behandlungast ufe.

BIe Verwendung eines organischen poly elektrolytischen Koagulierhilfanittels euaammen mit der erfindungagemäßen aäurebehandelten Flugasche führt su einer schnelleren Koagulation und größeren Flockenbildung* welche schnellere Flookenabaetzungegeschwindig- ' keiten ergibt. So konnten beispielweise bei dem neuen erfin-

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. ingsgeraößen. Verfahren die Koagulation und die Flocken» Absetzung azo it en um mehr als 90 1» im Vergleich eur Anwendung des Koaguliermittelt allein oder des Koaguliermittele und Koagulierhilfsmittels allein verringert werden. Dies erlaubt eine Verkleinerung der Größe der Behandlungsanlage und erhöht umgekehrt die Kapazität einer Behändlungsanlage mit einer Standardgröße und verringert deshalb die Kapitalinveetition. Ein anderer Vorteil der erfindungsgemHßen Koagulierhilfamitteis besteht darin, daß weniger Koaguliert it tel und organischer Polyelektrolyt erforderlich sind, wodurch die Kosten der Behandlung verringert werden. Bei Flugasche handelt es sich normalerweise um ein Abfallprodukt, und sie ist deshalb sehr billig. Die Säurebehandlung trägt nur geringfügig au ihren Kosten bei. · '

Die Reihenfolge der Zugabe der säurebehandelten Flugasche, des organischen Polyelektrolyten und des Koagulieraittela ist nicht kritisch, und sie kann normalerweise in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Die besten Ergebnisse werden jedoch normalerweise erhalten, wenn alle diese Produkte «u etwa der gleichen Zeit zugegeben werden.

Polyelektrolyten und der Stand der Technik werden in Bete Handbook of Industrial Water Conditioning, 6. Ausgabe, 1962, wie folgt definiert: "Polyelektrolyten sind wasserlösliche Polymere mit hohem Molekulargewicht, die Gruppen enthalten,

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welche in der lage sind« elektrolytisch· Dissoziation einzugehen« uo ein hoch-geladenes Ion von hohem Molekulargewicht au ergeben." Ursprünglich wurde dieser Ausdruck: lediglioh auf synthetische Polymere oder Copolymere angewandt« jedoch ist er jetzt durch allgemeine Verwendung umfassender geworden· Der \usdruck umfaßt jetzt natürlich tot kommende organische Flockungsmittel« von denen viele durch Hydratation allein anstatt durch elektrolytische Aktivität wirken. In einigen Fällen wird der Ausdruck auf die Kombination von natürlichen organischen Flockungsmitteln und anorganischen schweren (weighting) Mitteln angewandt·

Poly elektrolyten werden weiter in anionische« kationische oder nicht ionische Poly el ekt ro Iy ten unterteilt. Polymere« deren funktioneile Gruppen in Wasserlösung positiv geladene Teilchen ergeben« sind kationisch. Polymere, die unter Bildung negativ geladener Ionen dissoziieren, werden als anionisch bezeichnet. Polymere der nichtionischen Gruppe liefern in lösung sowohl*' positive als auch negative Tadungen.

Der Mechanismus der Hilfsmittel ist noch nicht vollständig aufgeklart, es wurden jedoch viele Untersuchungen durchgeführt, um das Wissen über ihre Wirkung zu erweitern. Derartige Paktoren« diß das kolloidale Verhalten als Zetapotential, Brown'sehe Bewegung, Van der Waals»ache Kräfte und elektrophoretischβ Beweg-

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Henkelt betreffen, werden untersucht, üb eine wisseasohaftliebere Behandlung der Atiswahl der X-oagulieraittel end Koagu-Ii er hi Ii snittel au ermitteln. Zar Zeit ist das am meieten in Frage könnende TTerkaeug stm Herausfinden eines Systems von Koaguliermittel der bekannte "Näßtest * (jar test)·..

Die Anwendung des Hortes ToIyelektrolyt" in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung besieht sich auf die oben angeführte umfassende Definition aus den Bets Handbook nit der darüber hinausgehenden Erweiterung, daß es anorganische polymere Koagu11erhilfsmittel wie aktiviertes Kieselgel umfaßt.

Beispiele für geeignete PoIyelektrolyten, die besonders Wirkungsvoll sind, sind wasserlösliche Cellulosederivate wie Hydroxyäthylcellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxyäthy!carboxymethylcellulose, modifizierte Stärken, Stärkeäther, Polysaccharide wie Karrageen, Guar Sun (öuaran), Pectin, Leim, wasserlösliche Polyacrylamide, hydrolysiert« wasserlösliche Polyacrylamide mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von mindestens 10 000 Polyäthylenoxyden, sulfoniertθ Alkylary!polymere mit hohem Molekulargewicht, wie sulfoniertes Polystyrol, usw.

Die Menge des organischen polyelektrolytischen Koagulierhilfs-Bittela, das beim erfindung8geniHßen Verfahren verwendet wird,

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kann wesentlich Über den normalerweise empfohlenen Bereich hinaus vemindert werden. Mengen β wie oh en 0,02 und 3,0 ppm werden vorzugsweise verwendet.

Wie oben angegeben, kann die Menge des primären wasserlöslichen anorganischen Koaguliermitteis gewtinsohtenfalls Io wesentlichen ohne Einfluß auf die schwere und schnelle Flockenbildung verringert werden. Vergleichbare Ergebnisse werden Üblicherweise mit 50 i> des normalerweise verwendeten Koaguliermitt eis sogar in Anwesenheit des po"iyelektroIytischen Koagulierhilf smittels erhalten.

Zur Erzielung optimaler Ergebnisse wurde gefunden, daß der pH-Wert des «u behandelnden Wassers, falls es sauer ist, auf um 7 eingestellt werden soll. Dies wird mit MIfe von Kalk bei normalerweise sauren Ifasserarten erreicht. Im Falle von alkalischen Wasserarten kann die Einstellung des pH-Wertes nicht notwendig sein, da die Flockenbildung beim erfindungsgemäßen Verfahren leicht in Wasserarten mit einem pH-Wert bis 11 auftritt. Etwas Kontrolle des pH-Werts in stark alkalischen tfasserarten kann jedoch durch die Verwendung der sauren Vorratslösungen der säurebehandelten Flugasche erfolgen*

Bas Verfahren kann ebenfalls bei der Behandlung von Trinkwasser-Vorräten, wie Flüssen und Gräben, Wässern aus industriellen Abfällen und privaten Abfällen und allen anderen Arten von

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Wassert die Klär«« vor der Verwendung erfordern, wirkungsvoll durchgeführt «erden. Vorohlorierong oder Luftbehandlung des Wassers vor der Behandleng beeinflußt die Krgebnieee in keiner Welse·

Sie folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch svt beschränken·

Beispiel 1

Gleichseitige Untersuchungen werden unter Verwendung τοη 1 Ilter-^asserproben in Laborteetgef&fiea «it eine· Mehrattafengesohwindigkeiterfthrer durchgeführt. Kaoh Zugabe des Koaguliertmittels, der eäur «behandelt en Flugasche and des organischen poly elekt ro Iy tischen Koagu 11 erhilf seit tele werden die Größe der gebildeten Flocke und die Seit sur Bildung der Flocke bestlsMt. Vergleichstsets werden ebenfalls durchgeführt. Sie Flockengröße wird entsprechend der folgenden Skala eingeteilt:

sehr klein (sk)	weniger als 1 ssi
klein (k)
mittelklein (ek)	1,9 m
mittel (■)	2 BM
■Ittelgrofi (ng)	2,5 mn
groß (g)	3 BM
sehr groß (sg)	größer als 3 m

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Sie Untersuchungen werden an roll es Yaaeer ans den Milestone River in der Eäbe τοη Prinopton, Neu Jersey, durchgeführt, das eine anfängliche trübung von 8,6 und einen pH-«ert von 8,0 aufweist. Da« Koagullermittel ist PeCl, und wird in einer Menge von 59 kg/3785 Hektoliter (130 lbe. per million gallons) (als Hydrat) bei allen Untersuchungen verwendet. Die Ergebnisse werden in Tabelle I angegeben·

	Chemikaliensugab« kg/3785 hl (lbe.) PeCl, CH.	—	0,72(1,6)	Tabelle I	Tempe ratur 0C	Flocke	Trübung des geklärten Passere
Gefäß	59(130)	59(130) 0,32(1,6)	0,36(0,8)	> in Flugasche	17,5	sk	8,9
1	59(130)	0,72(1,6)	—	η	k	6,1
2 .	59(130)	—	η	η	6,4
3	59(130)	45,3A(1OO)	η	η	7,1
4	45,3A(1OO)	N	»β	2,95
5	45,3B(1OO)

Bus KoagulierbilfsiDittel (CH.) ist Magnifloc 990, ein Polyacrylamid. Flugasohe Λ ist eine elektrostatisch ausgefällte Flugasche, Flugasche B eine säurebehandelte Flugasche Λ, die mit 3 £ der theoretischen Menge von HOl behandelt und bei 105⁰C getrocknet wurde· Die Trübung wird in Jackson-Einheiten nach sweimintitiger Klärung gemessen· Die verschiedenen Proben werden 30 Sekunden bei 100+tJpM, 30 Sekunden bei 55 UpIf, 35 Sekunden bei 32 UpII, 40 Sekunden bei 30 UpP, 70 Sekunden bei 20 UpH und

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40 Sekunden bei 15 UpH «ehrend insgesaet etwa viereinütige« MIaoh en Temieoht«

Die Ergebnisse Beigen die klare Überlegenheit der s&urebehandelten Flugasche bei der flockenbildung and der Verminderung der Trübung.

Beispiel 2

unter den gleiohen Bedingungen wie in Beispiel 1 wird ein anderes rohes Wasser «it einest pH-Wert von 7,35 and einer Trübung Ton 7,8 durch Yeralsohen der Chemikalien über eine Zeit von 20 Minuten bebandelt· Me Ergebnisse werden in Tabelle II angegeben·

	Tabelle IX	— 24,0	Floeke	Endtrübung	.25
Gefäß	Chenikallensugabe in Teape- kg/3785 hl (lbs.) ratur FeOl3 CH. Flugasche 0O	0,72(1,6) 45,3B(IOO) ·	k	2	,05
1	59(130)	45,3B(IOO) ·		1	• 17
2	59(130)		β	1
3	59(130)

Das lCoagulierhilfsmittel 1st Magnifloc 990 und Flugasche B ist eine elektrostatisch ausgefüllte Flugasche, die alt 3 $> der theoretischen Menge an HCl behandelt und bei 105⁰O getrocknet

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wird·. In fihiftß 2 aetat es «lon sofort nach Beendiung de* Rühren« ab, la Ooftifi Mtst te «lob nach «tv* einer Minute ab und 6«fli 1 benötigte Utes 5 Wanten ni Klärung.

Beispiel 3

Elektrostatisch ausgefällte Flugasche wird alt den in Tabelle III angegebenen Säuren behandelt» inden nan die Säure, die in einer Konzentration von etwa 35 i> verwendet wird, und die Flugasche in einen Gewichtsverhältnis von 2t1 30 Minuten lang rührt und anschließend die Mischung in ein Wasserbad einbringt und Kur Trockne verdampft. Gefäße nit verschiedenen Waseerarten und verschiedenen wäßrigen Abfällen werden anschließend mit den in Tabelle III angegebenen Chemikalien 20 Minuten lang bei 49 UpM gemischt und absetzen gelassen. Das Koogulierhilfemittel (CH*) 1st Drew floe Kr. 21. Bei diesen Material handelt es sich un eine kationisch nodlfisierte Stärke. Die Werte ftir Kalk und Alaun vrerden in kg/3785 hl Was3er angegeben, und die Flugasche, Kougulierhilfsmittel und Natriumaluninat (AlO,+) in ppm.

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Tabelle III

IO OO O OO

cn ο cn

Art des üraprüng- Wassers liehe Trübung pH	Alaun kg/3785	Chemikalien Kalk Säure- hl kg/3785 hl behandelte Flugasche ppm	40 χ (HCl) 40 (HCl)	AlO-+ PP»	8	CH. ppe	Größe der Flocke	Bnd trü bung	End- PH	I IO
Vinyl- 208 6,4 kunststoff- Waschwasaer	59(130) 68(150)	25(55) 29(65)	(H2SO4)	8 8	8	2 2	β β	3,2 0,8	7,1 7,1	O I
	54(120)	23(50)	40 (H2SO4)	8	8	2	mg	1,0	7,1
	63(140)	27(60)	8	8	2	mg	0,5	7,2
	59(130)	41(90)	70 8 (SuIfamlneänre)	8	2	β	1,3	7,3
	63(140)	45(100)	80	2	8	0,8	7,3
Stählend- 41 6,3 abfluß-	63(140)	27(60)	40 (HCl)	2	β	0,9	7,2
wasser	73(160)	29(65)	40 (HCl)	2	β	0,6	7,3
	54(120)	25(55)	40 (H2SO4)	2	&	0,7	7,3
	63(140)	27(60)	40 (H2SO4)	2	β	0,3	7,2

CO N) CO CO

Beispiel 4

Die folgende Untersuchung selgt, «ie die erfindungsgemHße säurebehandelte Flugasche auch die Menge BOB und COD in rohem Abwasser vermindert, das 30 Hinuten lang Tor der Behandlung mit Luft behandelt wurde und ohne irgendeine Naehohlorierungsbehandlung, die die BOD- und COB-Werte weiter verringert. Das Abwasser zeigte eine ursprüngliche Trübung von 165» einen COD-Wert von 830 und einen BOD-^ert von ?60 und ein Zetapotential von -37 mV. Das genannte Abwasser wird mit 2 ppm CH. (Drew floe Nr. 21), 8 ppm AlO^+, 40 ppm säurebehandelter Flugasche und variierenden Mengen von Alaun und Kalk in einem Mischex bei 45 VpM 20 Minuten lang zusammengemischt. Das Abwasser wird anschließend 30 Minuten lang absitzen gelassen und die Ergebnisse werden in Tabelle IV angegeben.

	Alaun kg/3785	Tabelle IV	159(350)	Größe der Flocke	Bnd- trfibung	pH	BOD	COD
Zur Be handlung von Flug asche ver wendete Säure	Kalk hl kg/ 3785 hl	29(65)	β	43	11,0	60	197
	68(150lbs) 363(800)	g	44	9	90	415
HCl	118(2SO)	β	73	7	100	186
	127(280)

68(150)	363(800)	g	19	11,0	75	121
H2SO4 118(260)	136(300)	β	24	9	80	163
127(280)	100(215)	g	71	7	181	297

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BAD ORIGINAL Beispiel 5

Dieses Beispiel erläutert, wie dl· eäurebehandelte Flugasche wirkungsvoll in wesentlichen alle Phosphatanteile aas den wäßrigen Lösungen entfernen kann, und demonstriert die Überlegene Absetafähigkeit säurebehandelter Flugasche in Vergleich au der gleichen unbehandelten Flugasche. Rohes, zur Erzielung eines pH-Werta von 11,2 behandeltes Abwasser nit einer Trübung von 187· einem COD-Wert von 615 und Geaamtphoaphat von 8,3 ppm wird mit den in Tabelle Y angegebenen Chemikalien 20 Minuten bei 415 tJpM gerührt und anschließend 30 Minuten absitzen gelassen· Die verwendete Flugasche wird mit Chlorwasserstoffsäure in einem Gewichtsverhältnis 2t1 5 Minuten lang gemischt, und die erhaltene Aufschlämmung wird mit Wasser zur Bildung einer Vorratalöaung, die 12 g Flugasche pro liter Lösung enthält, verdünnt, das CH* ist Drew floe ITr.21»

	40	-	V	6(8)	CH, ppm	2?rü- .bung	PO4	COD	Farbe
	40			6	3	3,0	0,2	205	20
Tabelle	100	—	AlO- + kg/3 3785 hl	6	3	1i5	0,1	200	20
Chemikalien FeCl, Kalk Flugasche-Keine kg/ kg/ säure Säure 3785 hl 3785 hl ppm ppm	100	-	3,	6	3	2,0	0,1	180	10
9(20) 997(2190)	100		3,	6	3	1,0	0,1	120	10
18(40)1050(2320)	-	40	3,	6	3	0.8	0,1	95	10
9(20) 997(2190)	-	40	3,	6	3	7,0	0,5	241	30
18(40)1088(2400)		100	3t	6	3	6,0	0,5	250	30
27(60)1150(2550)		100	3,	6	3	6,0	0,4	235	20
9(20)1179(2600)	-	100	3,	6	3	5,0	0,4	230	20 *
18(40)1179(2600)	3,		3	4,0	0,35	225	20
9(20)1179(2600)	3,
18(40)1179(2600)	3,
27(60)1200(2680)

20 9 808/1505

^BAD

- 23 -

Bei8piel 6

Dieses Beispiel demonstriert, daß die erfindungegemafie säurebehandelte Flugasche Phosphate aus dem Wasser über einen weiten pH-Bereich des Wassers entfernt, wahrend die gleiohe Flugasche ohne Säurebehandlung lediglich wirksam Phosphate bei einen hohen pH-^r/ert entfernt. Das in dieser Untersuchung verwendete Wasser ist Wasser des Delaware Rivers mit einem pH-Wert von 6,8 und einem Gehalt an ^-Phosphaten von 0,35 ppm und 5tO1 ppm Metaphosphaten· Bas i/asaer und die in Tabelle VI angegebenen Chemikalien werden 20 Minuten bei 45 QpH gerührt, und anschließend wird das wasser 30 Minuten absitzen gelassen.

Tabelle YI

Alaun

Chemikalien Kalk Na₂AlU₃

CH. Säure
Flugasche

TJnbeiandelte Flugasche

pH ppm

Ortho» Phosphat

ppm

Metapbos«

phat

113(250)453(1000)	453(1000)	3,6	3	50	-	11,2	0,02	0,03
113	408(900)	3,6	3	100		11,2	0,01	0,02
113	408(900)	3,6	3	150	-	10,0	0,000	0,004
113	362(800)	3,6	3	200	-	9,0	0,000	0,001
113	340(750)	3,6	3	250		8,5	0,000	0,001
11?	453(1000)	?f6	?	300	«.	8,0	0.000	0.001
113	453(1000)	3,6	3	-	50	11,2	0,05	0,24
113	408(900)	3,6	3	-	100	11,2	0,025	0,24
113	408(900)	3,6	3		150	10,0	0,3	0,42
113	362(800)	3,6	3	-	200	9,0	0,35
113	340(750)	3,6	3	-	250	8,5	0,35	3,6
113	3,6			300	8,0	0f?5

2 0 B 8 0 0 / 1 b U δ

BAD

Der Alaunt der Kalk und daa Hatrlunaluminat «erden in kg/3785 hl angegeben. Das Koagulierhilf smittel (CH.) iet "Λ-21", eine Alkylarylsalfonsäure mit hohe« Molekulargewicht und wird in einer Menge von 3 PP» hinzugegeben. Die Flugasche und βaurebehandelte Flugasche «erden in ppm angegeben.

Tabelle YI zeigt, daß die säurebehandelt« Flugasche wirkungsvoll alle Phosphatanteile über einen weiten alkalischen Bereioh entfernt, während unbebandelte Flugasohe Phosphatanteile lediglich beim hohen pH-Wert von fiber 11 entfernt und nicht so wirkungsvoll ist. Die Entfernung von Phosphaten aus den Wasserquellen ist wichtig, da hohe Phosphatgehalte das Wachstum von Algen in natürlichen Wasserarmen, wie dem der Oreat Lakes, erhöhen.

Wie bereite oben angegeben, kann säurebehandelte Flugasche, vorzugsweise elektrostatisch ausgefällte Flugasche, bei der Reinigung und Klärung von Wassern aus verschiedenen Quellen verwendet werden. Dieser Bestandteil wird mit einen primären wasserlöslichen anorganischen Koaguliernittel und gegebenenfalls mit einem organischen polyelektrolytischen Koagulierhilfsmittel verwendet. Die verschiedenen Cbenikalien können jsu dem zu behandelnden Wasser in beliebiger Reihenfolge und in den angegebenen Mengen hinzugegeben werden.

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Verschiedene Zusammensetzungen primärer wasserlöslicher anorganischer Koaguliermittel und eäurebehandelter Flugasche mit gegebenenfalls einem organischen polyelektrolytisohen Koagulierhilf smitt el können auch but Anwendung» insbesondere in kleineren Anlagen zur Wasserbehandlung, hergestellt werden« Derartige

Zusammensetzungen können beispielsweise aus von etwa 15 bis

75 etwa/ßew.-# eines primären wasserlöslichen anorganischen Koaguliermittels, etwa 10 bis etwa 50 Gew.-#,säurebehandelter Flugasche, von 0 bis etwa 5 Gew.-^ eines organischen polyelektro-Iy tischen Koagulierhilf smitt eis und von 0 bis etwa 70 Crew.-?» ™ Kalk bestehen·

Sie Anwendung von säurebehandelter Flugasche ist, wie vorstehend gezeigt wurde, für die tertiäre Behandlung von Abwasser und industriellen Abfällen, insbesondere zur Entfernung von Phosphaten und Polyphosphate^ und schwer entfernbaren organischen und anorganischen Materialien, die durch die üblichen Anlagen zur Behandlung von Abwässern großteile unentfernt hindurchgehen, von großer Bedeutung. m

Die aehr hohen BOB- und COD-Entfernungen, die durch die Verwendung von eäurebehandelter Flugasche erzielt wurden, sind wesentlich höher als die, welche eich bei ähnlichen Abwässern und industriellen Abfällen unter Verwendung des neuestes organischen Polyelektrolyten und anderer Koagttliernittelsysteae, ein-

209808/1505 _ßAD

schließlich einiger der in den oben erwähnten Beispielen verwendeten Koagullerhilfsmittel, ereIeIen ließen. Bs ist deshalb offensichtlich daß die Verwendung säurebehandelter Flugasche als \bsorbens wesentlich wirkungsvoller ist als die anderer Materialien, die zur Zeit verwendet werden. Wie in den Beispielen gezeigt wird, ist sie ebenfalls wesentlich wirksamer als die,Verwendung unbehandelter Flugasche.

Verschiedene Modifikationen der Zusammensetzungen und des

erflndungsgemäßen Verfahrens können durchgeführt werden, wie

unter beispielsweise / Verwendung einer sehr starken anorganischen Säure anstelle der in den Beispielen angegebenen spesifIschen Säuren, ohne daß hierdurch das Brfindungswesentliche verändert wird, und derartige Abänderungen fallen ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden Erfindung·

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Claims (1)

1. Γ - 27 -

   Fat en taneprUche

   1. Verfahren zur Klärung von Trinkwasserversorgungen, wäßrigen Abfällen und wäßrigen Yerfahrenθatromen durch Kontaktleren dieses Wassers mit einem primären wasserlöslichen anorganischen Xoaguliermittel zur Bildung einer Flocke und Abtrennung des Wassers von dieser Flocke, dadurch gekennzeichnet, daß man zusammen mit diesem Koaguliermittel ™ 1 bis 250 ppm, bezogen auf die Was β er meng β, mit 3 bis 100 f» der theoretischen Menge an starker SUure behandelte Flugasche verwendet.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugasche eine elektrostatisch ausgefällte Flugasche 1st.

   3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Menge der säurebehandelten Flugasche 3 bis 100 ppm beträgt· m

   4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein organisches poly elektrolytisches Koagulierhilfsmittel verwendet wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugasche mit einer starken Mineralsäure behandelt wird.

   209808/1505

   ßAD

   6. Verfahren sar Reinigung τοη Trinkwasser, private« sanitärem Abwasser, wäßrigen industriellen Abfällen and wäßrigen VerfahreneBtrömen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen die Zugabe eines primären wasserlöslichen anorganischen Koaguliermittele, mindestens eines organischen polyelektroIytischen Koagulierhilfsmittela and säarebehandelter Flugasche zu dem Wasser, Rühren der Mischung, bis eine Flocke gebildet wird» Absetzenlassen der Flocke und Gewinnun: des gereinigten Wassers umfassen·

   7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser vor der Zugabe der Koaguliermittel bis zu 50 Hinuten alt Luft behandelt wurde.

   8. Verfahren zur Klärung von Wasser, das gelöste* suspendierte und kolloidale Stoffe enthält und gleichzeitige Entfernung τοη Phosphatanteilen daraus, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser mit einer wirksamen Menge eines wasserlöslichen anorganischen Koagullermittels, mindestens 0,01 ppm eines organischen Polyelektrolyten, der in der Lage ist, die Ausflookungsgeschwindigkeit und die Kapafltät des wasserlöslichen Koaguliermittel β zu absorbieren und «tun Absorbieren dieses gelösten, suspendierten und kolloidalen Materials erhöht und mit etwa 1 bis 250 ppm säurebehandelter Flugasche eine zur Bildung einer Flocke ausreichende Zeitlang kontaktiert und von dieser Flocke

   209808/1505

   ⁰⁴⁰

   ein gereinigtes Wasser mit weniger als 0,01 ppn an Phosphatenteilen abtrennt· ■ ^:. ■ . - ·

   9. Verfahren sur Entfernung iron Phospbatanteilen aus Wasser» das diese enthält,.das die Kontaktierang dieses Wassers mit einer Erdalkaliionenquelle und Abtrennung des Niederschlags umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß «an das Wasser mit einer Quelle für Erdalkaliionen mit 1 bis 250 ppm säurebehandelter Plugaaohe kontaktiert.

   10. Verfahren sur Entfernung von Phosphatanteilen aus dem Wasser, welches diese enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser mit von 1 bis 250 ppm säurebehandelter Plugasche kontaktiert, die Fällung abtrennt und Wasser mit wesentlich verminderten Phosphatanteilen gewinnt·

   11o Verfahren Eur Reinigung von Trinkwasser, privatem sanitärem Abwasser, wäßrigen industriellen Abfällen und wäßrigen Verfahrensströmen, gekennzeichnet durch die folgen-, den Stufen: Zugabe von mindestens einem organischen Poly» elektrolyten und säurebebandelter Plugasche zu dem Wasser, Rühren der Mischung, bis eine Flocke gebildet ist, AbsetKenlassen der Plooke und Gewinnung des gereinigten Wassere.

   BAD ORIGINAL 209808/1505 ⁸^

   12. ZusaameneetBung zur Anwendung bei der Behändlong and Klärung von Wasser, die is wesentlichen aua von etwa O bis etwa 75 Gew.-^ an einep primären waaaerlösllohen/Koagnliermittel, yon etwa 10 bis etwa 95 Gew.-* säurebchandelier Flugasche, von 0 bis etwa 10 Gew.-^ an eines organischen poXy elektrolytlachen Koagulierhilfanittel and ron 0 bis etwa 70 uew.-9t Kalk besteht·

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