DE3928463A1 - Verfahren zur bestimmung makromolekularer flockungsmittel bzw. flockungshilfsmittel und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur bestimmung makromolekularer flockungsmittel bzw. flockungshilfsmittel und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung makromo
lekularer Flockungsmittel bzw. Flockungshilfsmittel für eine
Optimierung der mechanischen Fest-Flüssig-Trennung eines
Klärschlamms aus einer definierten Menge einer Schlammprobe
und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Insbesondere kommunale Abwässer enthalten Feststoffe aus
anorganischen, organischen, toxischen und nicht toxischen
Anteilen, die vor der Rückführung in offene Gewässer gerei
nigt werden müssen. Die Feststoffabtrennung aus Faulschlamm
bereitet oft große Schwierigkeiten, da die einzelnen Schlamm
partikel aufgrund ihrer Größe und ihrer gleichsinnigen Ladung
nur eine geringe Tendenz zur Aggregation und Sedimentation
aufweisen. Die Sinkgeschwindigkeiten der Schlammpartikel
variieren stark und es kann Wochen und sogar Jahre dauern,
bis ein Partikel um einen Meter absinkt. Zur Erhöhung der
Sinkgeschwindigkeit kleinster Schwebstoffe und zur Bildung
größerer Aggregate ist es daher bekannt, dem Klärschlamm
Eisensalze sowie Asche und Kalk zuzusetzen, die zusammen etwa
50% an Feststoffgehalt aufweisen wie ursprünglich der Klär
schlamm selbst. Durch diesen hohen Anteil an Konditionie
rungsstoffen werden Transport- und Deponiekosten erheblich
erhöht. Bei den chemischen Zusätzen zur Verbesserung des
Flockungs- und Entwässerungsverhalten des Schlammes wird
zwischen Flockungs- und Flockungshilfmittel unterschieden.
Als Flockungsmittel bezeichnet man die Substanzen, die primär
für die Entstabilisierung von dispergierten Teilchen verant
wortlich sind. Dies können anorganische Metallsalze oder
wasserlösliche organische Makromoleküle sein, wobei im ersten
Fall Asche und Kalk zur Verbesserung der Schlammorphologie
zugegeben werden müssen. Das Mengenverhältnis von Asche und
Kalk zum Feststoffgehalt des Schlammes beträgt ca. 1 : 3. Rech
net man die Menge des anorganischen Flockungsmittel dazu, so
erhöht sich das Mengenverhältnis Zusätze zum Feststoffgehalt
des Schlammes auf ca. 1 : 2. Als Flockungshilfsmittel werden
hochmolekulare natürliche oder synthetische Makromoleküle
bezeichnet, wenn sie nach erfolgter Entstabilisierung in
einem weiteren Schritt der geflockten Suspension zugegeben
werden, um die Flockenstruktur zu verbessern. Zu den anorga
nischen Flockungsmitteln und Zuschlägen gehören die bereits
erwähnten wasserhaltigen Eisensalze und Aluminiumsalze sowie
Asche und Kalk. Während die Metallsalze den Niederschlag
bilden, dient Asche während des Flockungsvorgangs zur Stabi
lisierung der Flocken und Kalk zur pH-Wert-Einstellung vor
dem Flockungsvorgang.
Polymere können sowohl als Flockungsmittel und auch als
Flockungshilfsmittel fungieren. Die neutralen nicht-ionischen
und die negativ geladenen anionischen Polymere sind Floc
kungshilfsmittel und werden anstelle von Asche und Kalk als
Stabilisatoren eingesetzt, nachdem eine Entstabilisierung der
Schlammpartikel durch Zusatz von Eisensalzen erzwungen wurde.
Die kationischen Polymere sind aufgrund ihrer positiven La
dung (Schlammpartikel sind überwiegend negativ geladen) zu
nächst Flockungsmittel und aufgrund ihres langkettigen ultra
hochmolekularen Aufbaus gleichzeitig auch Flockungshilfsmit
tel. So ist es bekannt, zur Entwässerung von Klärschlämmen
diesen Polyelektrolyten zuzuführen. Diese bilden druckstabile
Feststoffagglomerate, die sich in Zentrifugen oder Pressen
hervorragend entwässern lassen.
Durch gezielte Variation der molekularen Parameter der als
Flockungsmittel dienenden makromolekularen Polyelektrolyte
können schwersedimentierende Teilchen eines Klärschlamms zur
Aggregation gebracht werden, wobei die mechanische Fest-
Flüssig-Trennung im Vergleich zu einem mit Eisensalzen ge
flockten Klärschlamm erheblich verbessert wird. Es hat sich
bei Klärschlämmen kommunalen Ursprungs gezeigt, daß eine
Optimierung bezüglich molukularer Parameter bis zu einer
30%igen Erhöhung der Filtratmenge führt und gleichzeitig die
Filtrationsdauer um eine Größenordnung herabgesetzt werden
kann. Die größte Wirksamkeit wird mit synthetischen kationi
schen Polyelektrolyten erzielt, die im optimalen Fall eine
Kationizität von 50% bei einer Molmasse von 9×106 g/mol und
eine Konzentration von 300 ppm aufweisen. Voraussetzung für
eine Optimierung eines Flockungsmittels hinsichtlich Art und
Dosierung ist aber die Kenntnis von dessen Flockungs- und
Entwässerungsverhalten, das abhängig ist von der Klärschlamm
zusammensetzung und den molekularen Parametern des Flockungs
mittels wie Molmassen, Ionogenität, Copolymerzusammensetzung
und dergleichen. Da die Klärschlammzusammensetzung örtlich
und zeitlich nicht konstant ist, besteht für den Klärwerkbe
treiber das Bedürfnis, die Flockungsmittelbestimmung hin
sichtlich Art und Menge einfach und zuverlässig durchführen
zu können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der
eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zu dessen Durch
führung aufzuzeigen, durch das einfach und zuverlässig der
optimale Einsatz eines dem Klärschlamm zuzusetzenden Floc
kungsmittel bezüglich chemischer Natur, Einwaagekonzentra
tion, molekularer Masse, Kationizität und dergleichen be
stimmt werden kann.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe bezüglich des
Verfahrens alternativ durch die kennzeichnenden Merkmale der
Ansprüche 1 und 2 und bezüglich der Vorrichtung durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3. Vorteilhafte Aus
gestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprü
chen beschrieben.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens ist in der Fig. 1 schematisch dargestellt und wird
nachstehend näher erläutert. Die Vorrichtung 15 weist eine
Meßprobenaufnahmeeinrichtung 11 auf, die aus einem Rührgefäß
5 mit einer Rühreinrichtung 12 besteht. Die Rühreinrichtung
12 ist durch einen Rührer 13 gebildet, der mit einem Motor 1
verbunden ist. Bodenseitig ist an dem Rührgefäß 5 ein Ausgang
ausgebildet, an dem eine Rohrleitung 24 mit einem Absperrven
til 7 angeschlossen ist. Die Rohrleitung 24 ist mit einem
Aufnahmebehälter 3 verbunden. Der Aufnahmebehälter 3 dient
zur Aufnahme des geflockten Klärschlamms. In dem Aufnahmebe
hälter 3 ist eine Bodenplatte 25 angeordnet, die Durchbre
chungen aufweist. Die Bodenplatte 25 kann als Sieb, Gitter
oder Rost ausgebildet sein.
An dem oberen Abschnitt der Seitenwand des Aufnahmebehälters
3 ist ein Druckluftanschlußstutzen 16 ausgebildet. Dieser ist
mittels einer Rohrleitung 19 mit einem Druckluftspeicher 2
verbunden. In der Rohrleitung 19 ist ein Druckreduzierventil
10 angeordnet, zu dem beidseitig Absperrventile 8, 9 vorge
sehen sind. Der Druckluftspeicher 2 kann z. B. als Druckluft
patrone ausgebildet sein.
Der Boden des Aufnahmebehälters 3 ist kegelig ausgebildet und
weist an seiner tiefsten Stelle einen Wasserauslaßstutzen 17
auf, der mit einem Absperrventil 26 verbunden ist. Der Was
serablaufstutzen 17 ist einem Wasserauffanggefäß 6 zugeord
net, das lösbar auf einer Waage 4 angeordnet ist. Die Waage 4
ist mittels eines Kabels 23 mit einer Schnittstelle 2 verbun
den, die an einen Mikrorechner 18 angeschlossen ist. Der
Mikrorechner 18 weist vorzugsweise eine als Tastatur ausge
bildete Eingabeeinheit sowie ein Display oder einen Bild
schirm auf. Peripherieseitig ist an den Mikrorechner 18 ein
Drucker 20 und ein Plotter 21 angeschlossen.
Besonders vorteilhaft ist es, die genannten Bauelemente der
Vorrichtung 15 in einem nicht näher dargestellten tragbaren
Rahmen anzuordnen. Hierdurch ist die Vorrichtung 15 für einen
mobilen Einsatz geeignet.
Die beschriebene Vorrichtung 15 ermöglicht es, die für eine
Aggregation der Schlammpartikel erforderliche optimale Mol
masse, den Polymerisationsgrad, die Einwaagekonzentration und
die Kationizität einzustellen. Der Volumenbedarf der einzel
nen Polyelektrolyte und die Zahl der Ladungsträger pro Volu
meneinheit werden in Abhängigkeit von der Struktur des Klär
schlamms berücksichtigt. Die Entstabilisierung und Aggrega
tion der Schlammpartikel erfolgt nach Zugabe eines Flockungs
mittels unter ständigem Rühren in der Meßprobenaufnahmeein
richtung 11. Die Feststoffabtrennung wird mittels Druckfil
tration durch die Druckluft des Druckluftspeichers 2 in dem
Aufnahmebehälter 3 der Filtrationseinrichtung 14 durchge
führt. Durch die Kopplung mit dem Mikrorechner 18 und die
Bestimmung der Filtratmenge durch Wiegung ist es möglich, das
anfallende Filtratvolumen V als Funktion der Zeit t durch
eine sehr große Anzahl von Meßpunkten zu bestimmen. Die an
schließende Auswertung des Entwässerungsergebnisses kann über
den spezifischen Filtrationswiderstand
mit
r = Filterwiderstand (m/kg),
F = Filterfläche (m²),
Δp = Der treibende Druck (Pa),
η = Viskosität (Pa · s),
TR = Trockenmasse (kg/m³),
t = Zeit (s),
V = Volumen (m³)
F = Filterfläche (m²),
Δp = Der treibende Druck (Pa),
η = Viskosität (Pa · s),
TR = Trockenmasse (kg/m³),
t = Zeit (s),
V = Volumen (m³)
mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Durch den spezi
fischen Filtrationswiderstand r kann die Effektivität der
Konditionierung und Entwässerung des Schlammes eindeutig
beschrieben werden. Er ist ein Maß für das Wassertrennverhal
ten eines Schlammes bei der Filtration. Voraussetzung für
dies relativ einfache und schnelle Bestimmung des r-Wertes
ist die quadratische Beziehung zwischen der Zeit t und dem
anfallenden Filtrationsvolumen V aus dem Filtrationsgesetz.
In Fig. 2 ist der Kurvenverlauf t/V gegen V schematisch
dargestellt.
Man erkennt drei unterschiedliche Kurvenbereiche, die durch
mehr oder weniger breite Übergänge verbunden sind. Der erste
Bereich spiegelt den Beginn der Kuchenfiltration wieder. Die
Filterporen sind noch nicht durch eine feste Schlammschicht
bedeckt, so daß für eine sehr kurze Zeit das Filtrat noch
relativ ungehindert abfließen kann. Allmählich überlagern
sich dann die einzelnen Schlammschichten auf dem Filtermedium
und die Menge des abfließenden Filtrats verringert sich. Man
erreicht den zweiten Kurvenbereich, in dem für den Faul
schlamm die für die Bestimmung des r-Wertes geforderte qua
dratische Beziehung zwischen t und V verwirklicht ist. Der
dritte Kurvenabschnitt beschreibt den Auslaufvorgang, wenn
das durch Aggregation der Schlammpartikel freigewordene Fil
trat vollständig abgetrennt wird, wobei ein Durchblasen des
Filterkuchens erfolgen würde. Es ist das Ziel, kleinstmög
liche r-Werte zu erreichen.
Nachstehend werden Beispiele für die Durchführung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens mit der Vorrichtung 15 beschrieben,
die das Entwässerungsverhalten eines Klärschlamms bei unter
schiedlicher Konditionierung zeigen.
Den Einfluß des Feststoffgehaltes auf den r-Wert bei den oben
beschriebenen Bedingungen zeigen die Fig. 3 und 4, die die
Abhängigkeit des Filtrationswiderstands r von der Trocken
masse (TS= 29 g/l) des Schlammes und vom pH-Wert des Systems
darstellen.
Zur Aufkonzentrierung des ursprünglichen Feststoffgehaltes
von 29 g/l auf höhere Werte wurde der Schlamm im Trocken
schrank bei 40°C eingedickt. Durch Versuche konnte festge
stellt werden, daß die thermische Beanspruchung bei der Auf
konzentrierung des Feststoffgehaltes keinen signifikanten
Einfluß auf den r-Wert hat und somit eine Veränderung in der
Schlammorphologie ausgeschlossen werden kann. Außerdem zeigte
sich, daß die r-Werte direkt proportional zum Feststoffgehalt
des Klärschlammes sind. Ein Maß für die Stabilität einer
Feststoffsuspension ist die Lage des isoelektrischen Punktes,
d. h. des Bereichs, bei dem durch Zugabe entgegengesetzter
Ladungsträger gerade eine Kompensation der Ladungen stattge
funden hat. Mit dem Konzept des r-Wertes kann dieser isoelek
trische Punkt für den hier verwendeten Faulschlamm bestimmt
werden. In der Abbildung oben ist die Abhängigkeit des r-
Wertes vom pH-Wert des Schlammes dargestellt. Das absolute
Minimum der Kurve liegt bei einem pH-Wert von etwa 3,5 und
der pH-Wert des Schlammes liegt zwischen 7,3 und 8,2, d. h.
erst eine Absenkung dieses Wertes um ca. vier Zehnerpotenzen
vermag die negativen Ladungen der Schlammpartikel zu kompen
sieren. Der starke Anstieg der r-Werte oberhalb vom pH 8
beruht auf der Zufuhr gleichsinniger Ladungen durch Hydroxid-
Ionen. Außerdem liegt das chemische Gleichgewicht zwischen
Ammoniumionen und dem Ammoniak bei diesen pH-Werten auf der
Seite des gasförmigen Ammoniaks, so daß auch dadurch ehemals
verhandene positive Ladungen nicht mehr zur Verfügung stehen
und eine stärkere gegenseitige Abstoßung resultiert.
Um so zu verdeutlichen bis zu welchem Maße die Effektivität
des einzelnen Filtrationsvorgangs in Abhängigkeit der Zusätze
erreichbar ist, sind in Fig. 5 einige ausgewählte Filtra
tionskurven von Originalschlamm und Wasser, des mit Metall
salz und Zusätzen nicht-ionischen Polyacrylamid (P4OR),
anionischem Polyelektrolyt (CoP4OR/2) und Biopolymer
(kationisch modifizierte Stärke) konditionierten Faulschlam
mes gegenübergestellt.
In Abhängigkeit vom pH-Wert bildet die wäßrige Lösung der
Lewis-Säure Fe+3 durch unterschiedliche Hydratation Hydrokom
plexe oligomeren und sogar polymeren Charakters, die für die
Entstabilisierung der Feststoffpartikel und damit für die
Flockung verantwortlich sind. Der optimale Flockungs- und
Entwässerungserfolg liegt bei einer Konzentration von 5,5 g/l
Eisensalz und 2,5 g/l Asche bei pH 8, was einer Fe3+-Konzen
tration von 1,9 g/l entspricht. Die ursprüngliche Feststoff
konzentration von 29 g/l hat sich also bei maximaler Entsta
bilisierung und Entwässerung allein durch die Zugabe des
Flockungsmittels um 19% erhöht. Eine größenordungsmäßige
Einschätzung über das Ausmaß der Entwässerung bei dieser
Konzentration zeigt Kurve 3 in der Abbildung. Die ungeladenen
oder negativ geladenen Polymere allein erzielten bei den
Flockungsversuchen keine ausgeprägte Entstabilisierung und
damit eine schlechte Entwässerbarkeit des geflockten Schlam
mes (Kurve 2).
Zur Verbesserung der Flockenmorphologie wurde in einem zwei
ten Schritt anstelle von Asche und Kalk, die Zudosierung von
gelöstem ungeladenen Polyacrylamid (P4OR) oder negativ gela
denen Polyacrylamid-co-acrylaten (CoP4OR/2) als Flockungs
hilfsmittel durchgeführt. Trägt man für verschiedene Konzen
trationen die r-Werte gegen die Molekulargewichte der PAAm-
Proben bei der Verwendung als Flockungshilfsmittel (r-Wert
ca. 1012) nach Entstabilisierung mit Eisensalz auf, so zeigt
sich bei gleichen Polymerkonzentrationen ein Absinken der
r-Werte um bis zu drei Zehnerpotenzen im Gegensatz dazu, wenn
PAAm alleine als Flockungsmittel (r-Wert ca. 1015) verwendet
wurde. Bei dem gewählten Molmassenspektrum besteht keinerlei
Molekulargewichtsabhängigkeit bei der Verwendung von PAAm
sowohl als Flockungsmittel oder als Flockungshilfsmittel. Ein
qualitativ gleicher Befund ergibt sich bei der Anwendung von
anionischen Polyelktrolyten. Kurve 5 in der Abbildung zeigt
das Ergebnis bei der Verwendung des nicht-ionischen Polymers
P4OR als Flockungshilfsmittel nach der Entstabilisierung mit
Eisensalz.
Die einzelnen Proben der anionischen Polyacrylamid-co-natri
umacrylate mit verschiedenen Verseifungsgraden verhalten sich
als Flockungsmittel aufgrund ihrer gleichsinnigen Ladung mit
den Schlammpartikeln ähnlich wie die PAAm-Proben und zeigen
unbefriedigende Ergebnisse (Kurve 2). Werden sie dagegen nach
Entstabilisierung durch Eisensalz als Flockungshilfsmittel
eingesetzt, ist das Entwässerungsverhalten verbessert (Kurve
4). Durch Variation der Verseifungsgrade der Proben kann das
Entwässerungsverhalten optimiert werden. Da die Acrylate
negativ geladen sind, hat ein Minimum an Acrylatgehalt bei
dem gleichen Polymerisationsgrad der Proben ein Optimum der
Schlammorphologie zur Folge. Oberhalb eines Verseifungsgrades
von 40% ist keine abnehmende Effektivität mehr festzustellen.
Für die anionischen Polymere als Flockungshilfsmittel wurde
in der Abbildung die Probe CoP4OR/2 mit einem Verseifungsgrad
von 19% gewählt (Kurve 4).
Wegen ihrer natürlichen Abbaubarkeit besitzen kationisch
modifizierte Stärkeprodukte eine gute Umweltverträglichkeit
und sind bei gleicher Wirksamkeit deshalb als Flockungsmittel
optimal geeignet.
Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Polymeren, zeigten
sich die kationischen Polyacrylamid-co-trialkylammoniumal
kylmethylacrylat-chloride die größte Wirksamkeit und werden
hier hinsichtlich ihrer Molmasse und ihres Polymerisations
grades, der Konzentration als auch der Kationizität beschrie
ben.
Die mechanische Fest-Flüssig-Trennung wird in zwei Schritten
durchgeführt. Im ersten Schritt entsteht nach Zugabe des
Flockungsmittels (kationische Polyacrylamid-Derivate) durch
die Entstabilisierung der gleichsinnig geladenen Partikel
eine Flockenstruktur, die das gesamte Gefäß ausfüllt und sich
zeitlich kaum verändert. Ein Sedimentationsverhalten kann
deshalb nicht beobachtet werden. Bei Konditionierung mit
hydrolisierenden Metallsalzen kann man die Sedimentationsge
schwindigkeit visuell verfolgen. Bei anionischen Polyacryl
amid-co-natriumacrylaten und nicht-ionischen Polyacrylamiden
wird eine Flockung nicht beobachtet. Deshalb werden sie als
Flockungshilfsmittel statt Asche bei gleichzeitiger Zugabe
von Metallsalzen zugesetzt. Kationische Stärkeprodukte ver
halten sich dagegen ähnlich wie die kationischen Polyelektro
lyte. Die Ausbildung einer Flockenstruktur, die das Gesamt
volumen ausfüllt, kann damit erklärt werden, daß das Volumen
der gesamten Einzelmoleküle bereits das Gesamtvolumen der
Trübe ausfüllt.
Aus tabellarisch vorliegenden Daten kann man die kritische
Konzentration cLS* der Polyelektrolyte berechnen, die bei der
dichtesten Kugelverpackung zu erwarten ist:
CLS⁺ = 1,84 · 10-25 Mw/<RG²<1,5
mit RG² = Gyrationsradius (cm).
Im zweiten Schritt wird das Filtrationsverhalten untersucht,
wobei es darauf ankommt in einer kurzen Zeit möglichst viel
Wasser aus dem geflockten Klärschlamm zu entfernen.
Fig. 6 zeigt vergleichend den Einfluß der Einwaagekonzentra
tion eines kationischen Polyelektrolyten auf das Filtrations
verhalten des Klärschlammes bei einer Kationizität von 50%
und MW = 9 · 106 g/mol.
Es ist deutlich erkennbar, daß im Anfangsbereich die Steil
heit der Materialfunktion wesentlich größer ist als bei den
oben erwähnten Polymeren und deshalb die Zeitachse gespreizt
wurde. Die Zeichengröße spiegelt die Reproduzierbarkeit der
Messungen wider. Darüberhinaus wird ein Maximumsverhalten
derart beobachtet, daß unterhalb einer Konzentration von c=
0,2 g/l das Filtrationsverhalten im Anfangsbereich sehr viel
flacher verläuft und auch bei Zeiten t → ∞ keine optima
len Werte mehr aufweist, während bei Konzentrationen von c<
0,3 g/l eine Verschlechterung bezüglich Steilheit und Endfil
tratmenge zu beobachten ist.
Es ist notwendig einen Mindestwert der Oberflächenladung zu
erreichen, der zu einer optimalen Filtrationskurve führt (c=
0 3 g/l), während bei weiterer Erhöhung der Einwaagekonzen
tration die Viskosität durch die Zugabe der Polyelektrolyten
so stark ansteigt, daß sich die Partikel stabilisieren. Die
Viskositätserhöhung ist darauf zurückzuführen, daß alle
CLS*-Werte weit unterhalb der wirksamen Konzentrationen lie
gen. Darüberhinaus tritt eine Abnahme der Dichtedifferenz
zwischen Fest- und Flüssigphase auf. Außerdem ist es möglich,
daß eine Ladungsumkehr auf der Oberfläche stattfindet, die zu
einer Abstoßung und damit Stabilisierung der Partikel führt.
Es ist somit notwendig eine Optimierung der Polymerkonzentra
tion in Abhängigkeit der Klärschlammzusammensetzung zu be
stimmen. Das Maximumverhalten wird durch den Volumensbedarf
der einzelnen Polyelektrolytmoleküle verursacht, der eine
optimale Aggregation verhindert. Andererseits ist es durchaus
möglich, daß eine Ladungsumkehr auf den Flockenoberflächen
auftritt und somit die wirksame Einwaagekonzentration bei den
Molmassen MW weit über den kritischen Konzentrationen CLS*
liegen.
Die Ruhescherviskosität η wird durch die zunehmende Polymer
konzentration anders beeinflußt als durch die Zunahme der Mol
masse MW bzw. Polymerisationsgrad PW. Während die Erhöhung
der Viskosität bei zunehmender Kettenlänge und bei gleicher
Konzentration in der gleichen Größenordnung bleibt, steigt
die Viskosität auf fast das 200fache bei gleichzeitiger
Erhöhung der Konzentration bei gleicher Molmasse.
Ein Maß für die Effektivität der Flockung von Klärschlamm ist
die Filtrierbarkeit der entstabilisierten Schlammpartikel
durch entgegengesetzt geladene Polyelektrolyte. Wie beschrie
ben wurde, ist der Widerstand des Filterkuchens, der r-Wert,
umgekehrt proportional zum austretenden Filtratvolumenstrom
und somit eine Funktion der Steigung von den Filtrationskur
ven. Er ist auch eine Funktion der Porosität und somit der
Größe der Flocken im Filterkuchen. Darum ist es wünschenswert
kleinstmögliche r-Werte zu erzielen.
In Fig. 7 sind die Abhängigkeiten des r-Wertes von den Mol
massen, der Konzentration und der Kationizität dargestellt.
Die Kurven zeigen alle ein Minimumsverhalten, bei dem die
Filtration am besten verläuft, die Flockenstruktur also opti
mal ist. Es ist hier wiederum ersichtlich, daß eine Optimie
rung bezüglich molekularer Parameter eine unabdingbare Vor
aussetzung für einen erfolgreichen Filtrations- und Entwässe
rungsvorgang darstellt. Außerdem stellt der r-Wert eine ver
läßliche Kenngröße dar, der dazu geeignet ist, Filtrations
vorgänge qualitativ zu charakterisieren und diese miteinander
vergleichend zu beurteilen.
Mittels der Vorrichtung 15 ist es somit möglich, anhand der
Filtrations- und Widerstandskurven die wichtigsten Flockungs-
und Entwässerungsdaten zu ermitteln. Hierdurch kann eine
Optimierung der mechanischen Fest-Flüssig-Trennung durch
gezielten Einsatz makrolekularer Flockungsmittel anhand ihrer
Einwaagekonzentration in Abhängigkeit der Schlammzusammen
setzung erreicht werden.
Durch Einsatz makromolekularer Flockungsmittel kann ein opti
males Entwässerungsverhalten bezüglich des zeitlichen Ablau
fes und der abgetrennten Abwassermenge gefunden werden,
wobei die Zuschlagsmenge des Polyelektrolyten um den Faktor
50 niedriger liegt als bei dem heute noch häufig verwendeten
Metallsalzen mit Zuschlägen Asche und Kalk.
Bei der genauen Kenntnis der molekularen Parameter des Poly
mers und der Schlammkennwerte ist ferner in vorteilhafter
Weise eine Vorhersage zur optimalen Flockung und Enwässerung
von Klärschlämmen bezüglich der einsetzbaren Polyelektrolyte
möglich.
Claims (16)
1. Verfahren zur Bestimmung makromolekularer Flockungsmittel
bzw. Flockungshilfsmittel für eine Optimierung der me
chanischen Fest-Flüssig-Trennung eines Klärschlamms aus
einer definierten Menge einer Schlammprobe, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Schlammprobe eine definierte Menge
eines Metallsalzes oder dergleichen mit bekannten Para
metern als Flockungsmittel zugeführt wird, daß dann die
Probe zur Entstabilisierung und Aggregation der Schlamm
partikel eine vorbestimmte Zeit gerührt wird, dann die
Feststoffabtrennung durch Druckfiltration vorgenommen und
das austretende Wasser in einem Auffanggefäß aufgefangen
und gewogen wird, dann aus dem Wassergewicht und den
Geräte- und Probenparametern der spezifische Filterwider
stand
ermittelt wird, wobeir = Filterwiderstand (m/kg),
F = Filterfläche (m²),
Δp = Der treibende Druck (Pa),
η = Viskosität (Pa · s),
TR = Trockenmasse (kg/m³),
t = Zeit (s),
V = Volumen (m³)ist, und daß dann in sich wiederholender Weise durch Zugabe definierter Mengen von nicht-ionischen Polymeren und/oder anionischen Polyelektrolyten und/oder Biopolyme ren als Flockungshilfsmittel für die Schlammprobe das Minimum des Filterwiderstandes r ermittelt wird, bei dem die negativen Ladungen der Schlammpartikel kompensiert werden.
F = Filterfläche (m²),
Δp = Der treibende Druck (Pa),
η = Viskosität (Pa · s),
TR = Trockenmasse (kg/m³),
t = Zeit (s),
V = Volumen (m³)ist, und daß dann in sich wiederholender Weise durch Zugabe definierter Mengen von nicht-ionischen Polymeren und/oder anionischen Polyelektrolyten und/oder Biopolyme ren als Flockungshilfsmittel für die Schlammprobe das Minimum des Filterwiderstandes r ermittelt wird, bei dem die negativen Ladungen der Schlammpartikel kompensiert werden.
2. Verfahren zur Bestimmung makromolekularer Flockungsmittel
für eine Optimierung der mechanischen Fest-Flüssig-Tren
nung eines Klärschlamms aus einer definierten Menge einer
Schlammprobe, dadurch gekennzeichnet, daß in sich wieder
holender Weise der Schlammprobe eine definierte Menge
eines kationischen Polyelektrolyten mit bekannten moleku
laren Parametern als Flockungsmittel zugegeben wird, dann
die Probe zur Entstabilisierung und Aggregation der
Schlammpartikel eine vorbestimmte Zeit gerührt wird, dann
die Feststoffabtrennung durch Druckfiltration vorgenommen
und das austretende Wasser in einem Auffanggefäß aufge
fangen und gewogen wird, und dann zur Erzielung des Min
destwertes der Oberflächenladung der suspendierten Parti
kel aus dem Wassergewicht, den Geräteparametern und den
Parametern von Probe und Flockungsmittel die Konzentrat
ion der kationischen Polyelektrolyten in der Probe ermit
telt wird, bei der der spezifische Widerstand
ein Minimum ist, wobeir = Filterwiderstand (m/kg),
F = Filterfläche (m²),
Δp = Der treibende Druck (Pa),
η = Viskosität (Pa · s),
TR = Trockenmasse (kg/m³),
t = Zeit (s),
V = Volumen (m³)ist.
F = Filterfläche (m²),
Δp = Der treibende Druck (Pa),
η = Viskosität (Pa · s),
TR = Trockenmasse (kg/m³),
t = Zeit (s),
V = Volumen (m³)ist.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1 und 2, mit einer Meßprobenaufnahmeeinrichtung, einer
Rühreinrichtung und einer Filtrationseinrichtung, gekenn
zeichnet durch einen Aufnahmebehälter (3) für die mit
einem Flockungsmittel und ggf. Flockungshilfsmittel mit
tels der Rühreinrichtung (12) aufgerührte Klärschlamm
probe, an dem ein Druckluftanschlußstutzen (16) und ein
Wasserauslaßstutzen (17) ausgebildet ist, der einem Was
serauffanggefäß (6) zugeordnet ist, das auf einer Waage
(4) lösbar angeordnet ist, die mit einem Mikrorechner
(18) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Aufnahmebehälter (3) mittels einer Rohrleitung (24)
mit Absperrventil (7) mit einem Rührgefäß (5) mit der
Rühreinrichtung (11) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Aufnahmebehälter (3) bodenseitig eine Durchbre
chungen aufweisende Bodenplatte (25) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bodenplatte (25) als Sieb, Rost oder Gitter ausgebil
det ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
an dem Wasserauslaßstutzen (17) ein Absperrventil (26)
angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Druckluftanschlußstutzen (16) mittels einer Rohrlei
tung (19) mit einem Druckluftspeicher (2) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Rohrleitung (19) ein Druckreduzierventil (10) und
mindestens ein Absperrventil (9) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
am Druckluftspeicher (2) ein Druckreduzierventil (10) und
ein Absperrventil (8) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
an dem Druckluftanschlußstutzen (16) ein Absperrventil
(9) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeich
net, daß der Druckluftspeicher (2) als Druckluftpatrone
ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Mikrorechner (18) eine Eingabeeinheit und ein Display
aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 13, dadurch gekennzeich
net, daß der Mikrorechner (18) mit einem Drucker (20)
und/oder Plotter (21) verbunden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 12, dadurch gekennzeich
net, daß das Rührgefäß (5) mit Rühreinrichtung (11), der
Aufnahmebehälter (3), die Waage (4) mit dem Wasserauf
fanggefäß (6) und der Druckluftspeicher (2) in einem
tragbaren Rahmen angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeich
net, daß der Mikrorechner (18), Drucker (20) und/oder
Plotter (21) in dem tragbaren Rahmen angeordnet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893928463 DE3928463A1 (de) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | Verfahren zur bestimmung makromolekularer flockungsmittel bzw. flockungshilfsmittel und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19893928463 DE3928463A1 (de) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | Verfahren zur bestimmung makromolekularer flockungsmittel bzw. flockungshilfsmittel und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3928463A1 true DE3928463A1 (de) | 1991-05-29 |
DE3928463C2 DE3928463C2 (de) | 1993-09-09 |
Family
ID=6388067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19893928463 Granted DE3928463A1 (de) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | Verfahren zur bestimmung makromolekularer flockungsmittel bzw. flockungshilfsmittel und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
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DE2700654C2 (de) |
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