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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Fällungschemikalie,
ein Verfahren der chemischen Fällung
und die Verwendung der Fällungschemikalie
in der Behandlung von gelösten
und/oder suspendierten organischen und/oder anorganischen Substanzen
und Teilchen in Flüssigkeiten,
und bevorzugt von Kohlenwasserstoffen in Wasser. Zu einem großen Grad
werden solche Teilchen und Verbindungen aus Mineral- und/oder Gesteinsteilchen,
Schwermetallen, Salzen, Phosphorverbindungen, Alkoholen, Lipiden,
Aromaten und Zellulose ausgebildet, wobei die Teilchen und die Verbindungen
in einem gewissen Ausmaß in
beispielsweise Abwasser und Schmutzwasser von unter anderem Haushalten
und industriellen Unternehmen vorhanden sind. Das Fällungsverfahren
wird bevorzugt mittels Säuren
oder alternativ mittels Basen aktiviert.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
Verbindung mit der Untersuchung von biologischen Reinigungsverfahren
und hauptsächlich bei
der Behandlung von Glykol und Phenol in Schmutzwasser, wurde eine
Fällungschemikalie
mit einem dazugehörigen
Fällungsverfahren
entwickelt, welche relativ zur Behandlung von Glykol und Phenol in
Schmutzwasser wesentlich bessere Reinigungsergebnisse liefert, wenn
sie für
die Reinigung von kohlenwasserstoffbelastetem Schmutzwasser und
einer Vielzahl von gelösten
und/oder suspendierten organischen und/oder anorganischen Teilchen
und Substanzen in Flüssigkeiten,
einschließlich
Teilchen und Verbindungen, die in einem großen Ausmaß aus Mineral- und/oder Gesteinsteilchen,
Schwermetallen, Salzen, Phosphorverbindungen, Alkoholen, Lipiden, Aromaten
und Zellulose gebildet worden sind, eingesetzt wird, wobei die Teilchen
und Verbindungen in einem großen
Ausmaß in
beispielsweise Abwasser und Schmutzwasser von unter anderem Haushalten und
industriellen Unternehmen vorhanden sind.
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Bekannte Technik
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Im
Stand der Technik gibt es eine große Anzahl von Apparaten und/oder
Techniken zur Behandlung von gelösten
und/oder suspendierten organischen und/oder anorganischen Substanzen
und Teilchen in Flüssigkeiten,
einschließlich
von Substanzen und Teilchen, die in kohlenwasserstoffbelastetem Schmutzwasser
und zum Beispiel in Abwasser und Schmutzwasser von unter anderem
Haushalten und industriellen Unternehmen vorhanden sind. In Abhängigkeit
der Situation, des Ortes und des Ausmaßes und Bedarfs für die Reinigung
von verschmutzten Flüssigkeiten,
bevorzugt kohlenwasserstoffbelastetem Wasser, kann dies unter anderem
mittels Ultrafiltration (Membranen), einem Ölscheider oder einem Coaleszer,
mittels Hydrozyklonen oder Zentrifugen, mittels Vakuumdestillation
oder dem Einsatz von aktiviertem Kohlenstoff durchgeführt werden.
Die Reinigung von mit Abwasser belastetem Wasser wird oft mittels
biologischer Reinigung oder mittels Fällung (Präzipitation) mittels Chemikalien
durchgeführt.
Die am meisten gewöhnlichen
Fällungschemikalien
basieren auf Eisen, Aluminium und Kalk, vergleiche WO 8605826 und
JP 56158194 . Diese Chemikalien
werden oft zu Schmutzwasser in Kombination mit einem sogenannten
Flockungsmittel, oft bestehend aus einer Mischung aus Bentonit des
smektischen Typs und einem Polymer, hinzugegeben, vergleiche SE 501216,
US 5204007 und
JP 56158194 . In einigen Fällen wird
die Fällung
ohne Einsatz des vorstehend erwähnten
Typs der Fällungschemikalie
durchgeführt,
da die Säurestärke (Azidität) des Schmutzwassers
auf einen speziellen pH-Wert oder innerhalb eines bestimmten pH-Bereichs
eingestellt wird, vergleiche
US
5204007 und
JP 56158194 .
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Nachteile
der bekannten Technik
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Gemeinsame
Merkmale der meisten bekannten Reinigungsverfahren und -techniken
sind die, dass sie nicht hervorragend in allen unterschiedlichen
Bedingungen, die in einer normalen Betriebssituation auftreten,
arbeiten. Unterschiedliche Bedingungen können zum Beispiel auftreten,
wenn die pH-Werte (Säurestärke) einer
verschmutzten Flüssigkeit
stark variiert oder wenn die verschmutzten Flüssigkeit verschiedene Mengen
an suspendierten Substanzen und/oder gelösten organischen und/oder anorganischen
Verbindungen wie unter anderem Seifenverbindungen enthält. Zusätzlich schafft
die bekannte Technik eine effiziente Behandlung von nur einer beschränkten Anzahl
an Chemikalien/Elementen in einem einzelnen Verfahren, wohingegen
die vorliegende Erfindung eine effiziente Behandlung eines breiteren
Bereichs an Chemikalien in einem einzelnen Verfahren ermöglicht,
welches durch die Anwendung von bekannten Reinigungsverfahren bewerkstelligt
werden könnte,
aber in dem mehrere solche bekannte Reinigungsverfahren möglicherweise kombiniert
werden müssten,
um den gleichen Reinigungseffekt wie den, der durch die vorliegende
Erfindung in einem einzelnen Verfahren bewerkstelligt wird, zu erzielen.
Zusätzlich
sind mehrere bekannte Reinigungsverfahren und Reinigungstechniken
sowohl zeitkonsumierend als auch teuer, verglichen mit dem in Frage
stehenden Reinigungsverfahren.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fällungschemikalie bereitzustellen,
welche nach Aktivierung zur Abtrennung von bevorzugt Kohlenwasserstoffen
aus Wasser, aber ebenso zur Abtrennung von gelösten und/oder suspendierten
organischen und/oder anorganischen Substanzen und Teilchen aus anderen
verschmutzten Flüssigkeiten,
einschließlich
Substanzen und Teilchen in zum Beispiel Abwasser und Schmutzwasser
aus unter anderem Haushalten und industriellen Unternehmen geeignet ist.
Solche Substanzen und Teilchen werden zum Beispiel aus Mineral- und/oder Gesteinsteilchen, Schwermetallen,
Salzen, Phosphorverbindungen, Alkoholen, Lipiden, Aromaten und Zellulose
ausgebildet. Die Verwendung der Fällungschemikalie schafft einen
neuen, einfacheren und effizienteren Weg zur Behandlung von verschmutzten
Flüssigkeiten,
welcher nicht den Nachteilen der bekannten Reinigungsverfahren und
Reinigungstechniken unterliegt.
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Realisierung der Aufgabe(n)
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Die
Aufgabe wird durch die in der nachstehenden Beschreibung und den
folgenden Ansprüchen
spezifizierten Merkmale realisiert.
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Die
Fällungschemikalie
kann gemäß dem folgenden
Verfahren oder der Einheitsrezeptur und bevorzugt in der folgenden
Reihenfolge hergestellt werden:
- 1. 1 Liter
Wasser wird in einen Behälter
gefüllt.
- 2. 40 Gramm Bentonit (Trockensubstanz), bevorzugt Natriummontmorillonit,
wird hinzugegeben und in der Wasserphase gerührt, bis die Mischung homogen
ist.
- 3. 0,5 Gramm des Polymers (Trockensubstanz), bevorzugt vom Polyacrylamidtyp,
werden zu der vorstehenden flüssigen
Mischung hinzugegeben und zusammen verrührt, bevorzugt für mehr als
2 Minuten, und zwar bis die Mischung sich verdickt und bevorzugt
eine teigartige Konsistenz aufweist.
- 4. 15 Gramm Natriumpolyphosphat (Trockensubstanz) werden zu
der vorstehenden Mischung hinzugegeben und zusammen zu einer homogenen und
im Wesentlichen leicht viskosen Mischung verrührt, so dass die Fällungschemikalie
danach flüssig
ist und mit der verschmutzten Flüssigkeit vermischt
werden kann.
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Gemäß dieser
Einheitsrezeptur der Komponenten der Trockensubstanz werden Bentonit
: Natriumpolyphosphat : Polyacrylamid im Gewichtsverhältnis 80
: 30 : 1 vermischt.
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Außerdem wurden
in dieser Zusammenhang Laborexperimente mit dem Zweck durchgeführt, dass
herausgefunden wird, bis zu welchem Ausmaß die Reihenfolge der Komponenten
bei dem Vermischen der Fällungschemikalie
das Reinigungsergebnis oder den Grad der Reinigung beeinflusst.
Der Grad der Reinigung ist eine Messung in Prozent, wie viel einer
anfänglichen
Kontamination, zum Beispiel Kohlenwasserstoffe, mittels des Fällungsverfahrens entfernt
wird, wobei diese Messung in einer Anzahl von Gewichtsteilen der
zum Beispiel entfernten Kohlenwasserstoffe pro 1 Million Gewichtsteile
Wasser ausgedrückt
wird, und wobei die Messung, oder die Konzentration, normalerweise
in ppm (parts per million) ausgedrückt wird.
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Das
Experiment wurde mit kohlenwasserstoffbelastetem Wasser durchgeführt, wobei
die Fällungschemikalie
zu dem Wasser hinzugegeben wurde und eine anschließende chemische
Fällung
gemäß dieser
Erfindung ausgeführt
wurde, aber wobei sieben unterschiedliche Kombinationen der Mischungen
der Komponenten der Fällungschemikalien,
einschließlich
der Mischung gemäß der vorstehend
erwähnten
Einheitsrezeptur, an dem kohlenwasserstoffbelasteten Wasser getestet
worden.
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In
den Experimenten wurde der Grad der Reinigung im Hinblick auf die
Tatsache, wie viel Kohlenwasserstoff aus dem kohlenwasserstoffbelasteten Wasser
gefällt
wurde, gemessen. Im Lichte der Ergebnisse der Experimente hat es
deshalb den Anschein, dass die Reihenfolge der Vermischung der Komponenten
der Fällungschemikalie
einen geringen Effekt auf den Grad der Abtrennung der Kohlenwasserstoffe
aus dem Wasser hat, wobei Reinigungsgrade im Bereich von 89 bis
94 % erzielt wurden.
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Andererseits
führten
einige der vorstehend erwähnten
Kombinationen zu Schwierigkeiten dahingehend, dass eine hervorragende
Vermischung der Komponenten der Fällungschemikalie erzielt wird, wobei
die Vermischung zu etwas Koagulation führt, welche unter anderem dazu
führt,
dass eine stärkere Rührvorrichtung
für die
Vermischung der Komponenten eingesetzt werden muss. Auf der Basis
der am Schluss erwähnten
Probleme war das Verfahren gemäß der Reihenfolge
der vorstehend erwähnten
Einheitsrezeptur von Vorteil. Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren,
welches verglichen mit der Verwendung der vorstehenden Einheitsrezeptur
einen entsprechend guten Grad an Reinigung in den Experimenten lieferte,
war zuerst das Vermischen der trockenen Komponenten der Fällungschemikalie
zusammen in einer nicht spezifischen Reihenfolge und dann die Zugabe von
Wasser zu der Mischung der Trockensubstanz.
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Das
Gewichtsverhältnis
der Trockenkomponenten Bentonit, Natriumpolyphosphat und Polyacrylamid
in der Fällungschemikalie
ist zur Erzielung des bestmöglichen
Grads der Reinigung wichtig, welcher gemäß der vorstehenden Einheitsrezeptur
erzielt wird, in der das Gewichtsverhältnis von Bentonit : Natriumpolyphosphat
: Polyacrylamid bei 80 : 30 : 1 liegt.
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Außerdem sollte
erwähnt
werden, dass eine geringe Abweichung von diesem Gewichtsverhältnis den
Grad der Reinigung nicht in einem wesentlichen Ausmaß beeinflusst
und dass jede Trockenkomponente des Gewichtsverhältnisses in einem geringen Ausmaß variieren
kann. In diesem Zusammenhang wurden weitere Experimente mit dem
am Schluss erwähnten
kohlenwasserstoffbelasteten Wasser durchgeführt, wobei entsprechend hervorragende
Reinigungsgrade bezüglich
der Kohlenwasserstoffe durch zuerst Variieren der Menge der Trockensubstanz
des hinzugegebenen Natriumpolyphosphats und dann durch Variieren
der Menge der Trockensubstanz des hinzugegebenen Polyacrylamids
gemessen wurden. Die Experimente zeigten, dass ein hervorragender Reinigungsgrad
durch ein Vermischen von Bentonit: Natriumpolyphosphat : Polyacrylamid
in einem Gewichtsverhältnis
im Bereich von 80 : 20–47
: 0,5–1,7 erzielt
wurde; der optimale Reinigungsgrad durch ein Gewichtsverhältnis von
80 : 30 : 1, das heißt
durch Verwendung der Einheitsrezeptur erzielt wurde.
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Zusätzlich zu
den vorstehend erwähnten
Experimenten wurden Versuche durchgeführt, durch weitere Experimente
und anstelle von Natriumpolyphosphat ein oder mehrere alternative
Chemikalien zu finden, welche den gleichen Reinigungseffekt bei Einsatz
in der Fällungschemikalie liefern.
In diesem Zusammenhang wurden 3 Substanzen oder Chemikalien ausprobiert,
wobei die drei Lignin, Lignit und Lignosulphat waren.
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Chemisch
ausgedrückt
ist Lignin ein Polyphenol in der Form von aromatischen Ringen, wobei Lignin
eine natürliche
Verstärkungskomponente
in den Zellwänden
einer Vielzahl von Pflanzen ausbildet, und wobei Lignin wesentlich
beständiger
gegenüber
einer Zersetzung als zum Beispiel Zellulose ist. Lignin ist ein
chemischer Precursor von Kohle, wobei Lignin in einem natürlichen
Carbonisierungsprozess durch den Verlust von Sauerstoff aus den
aromatischen Ringen als erstes zu Torf und dann zu einer niederwertigen
Kohle, Lignit, umgewandelt wird. Normal ist Lignin ein Nebenprodukt
bei der Herstellung von Zellulose, wohingegen Lignit in Steinbrüchen oder
Minen abgetaut wird. Lignit enthält
viel pflanzliches Material und dadurch ebenso viel Huminsäure. Lignosulphonat
wird chemisch durch Sulphonierung von Lignin erzeugt, wobei oft
Chrom für
reinigungstechnische Zwecke hinzugegeben wird.
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Bei
der Verwendung von entweder Lignin oder Lignit oder Lignosulphonat
in der vorstehend erwähnten
Fällungschemikalie
und zwar als ein Substitut für
Natriumpolyphosphat, sowie für
die Reinigung von kohlenwasserstoffbelastetem Wasser gemäß der vorliegenden
Erfindung weist Lignit einen besseren Reinigungsgrad als die zwei
anderen Substanzen auf. Andererseits war Lignit nicht besser als
Natriumpolyphosphat zur Erzielung eines optimalen Reinigungsgrads
hinsichtlich der Reinigung von kohlenwasserstoffbelastetem Wasser
geeignet.
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Hinsichtlich
eines möglichen
Transports oder einer möglichen
Lagerung der Chemikalie vor dem Einsatz kann es von Vorteil sein,
das Fällungsmaterial
aufzukonzentrieren, wobei dann kleinere Mengen an Wasser als in
der Einheitsrezeptur angegeben zu der Mischung der Trockensubstanz
hinzugegeben werden, aber unter der Bedingung, dass das Gewichtsverhältnis der
Trockenkomponenten konstant bleibt. Bei der anschließenden Anwendung
wird dann Wasser in hinreichenden Mengen für die Fällungschemikalie hinzugegeben,
um in der gewünschten Konzentration
verdünnt
zu sein, und bevorzugt bis zu einer Konzentration gemäß der Einheitsrezeptur.
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Die
Verwendung und der Einsatz der vorstehend erwähnten flüssigen Mischung bevorzugt für die chemische
Fällung
von Kohlenwasserstoffen aus Wasser, aber ebenso zur Abtrennung von
gelösten und/oder
suspendierten organischen und/oder anorganischen Substanzen und
Teilchen in anderen verschmutzten Flüssigkeiten, einschließlich zum
Beispiel Abwasser und Schmutzwasser von unter anderem Haushalten
und industriellen Unternehmen, wobei solche Substanzen und Teilchen
zum Beispiel aus Mineral- und/oder Gesteinsteilchen, Schwermetallen,
Salzen, Phosphorverbindungen, Alkoholen, Lipiden, Aromaten und Zellulose
gebildet werden, wird in der folgenden Reihenfolge und auf die folgende
Art und Weise ausgeführt:
- 1. Die Fällungschemikalie
wird zu der verschmutzten Flüssigkeit
in einer Gewichtskonzentration von bevorzugt 0,07 bis 2 Gramm Trockensubstanz
pro Liter der verschmutzten Flüssigkeit hinzugegeben,
wobei die Gewichtskonzentration der Fällungschemikalie unter anderen
Dingen von den Typen der Kontamination und der Konzentrationen der
Substanzen, aus denen die verschmutzte Flüssigkeit gebildet ist, abhängt.
- 2. Die flüssige
Mischung wird in einer zweckmäßigen Weise
gerührt,
um eine gute Vermischung der Fällungschemikalie
und der verschmutzten Flüssigkeit
zu erzielen, und bevorzugt für
10 bis 15 Minuten oder solange wie es zur Erzielung einer guten
Vermischung von diesen notwendig ist.
- 3. Eine Säure
oder eine Base wird zu der flüssigen Mischung
in einer hinreichenden Menge für
den chemischen Säurewert
der Mischung hinzugegeben, um einen pH-Wert von 4,0 oder niedriger oder
einen pH-Wert von
8,0 oder mehr zu erreichen.
- 4. Die flüssige
Mischung wird gerührt
und in einer zweckmäßigen Weise
und hinreichend lang gemischt, wenigstens 0,5 Minuten bei 190 Umdrehungen
pro Minute in einem sogenannten Rütteltest, um eine gute Vermischung
davon zu erzielen.
- 5. Die flüssige
Mischung kommt zur Ruhe und die chemische Fällung tritt dahingegen ein,
dass die Schmutzsubstanz(en), bevorzugt Kohlenwasserstoffe, ausflockt
(ausflocken) und aus der flüssigen
Phase sich abscheidet (abscheiden) und dann abgeschieden oder von
der flüssigen
Mischung abflotiert wird.
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Für die Zugabe
der Fällungschemikalie
zu einer kontaminierten flüssigen
Mischung ist es schwierig, eine spezielle und optimale Gewichtskonzentration
der Fällungschemikalie
zu spezifizieren, da eine verschmutzte Flüssigkeit aus allen möglichen
Typen und Konzentrationen an Kontaminationen gebildet sein kann,
so dass die optimale Gewichtskonzentration der Fällungschemikalie auf die in
Frage stehende verschmutzte Flüssigkeit
angepasst werden muss.
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Die
Reinigung von verschmutzten Flüssigkeiten
mittels des Verfahrens und der damit verbundenen Fällungschemikalie
findet aufgrund eines Fällungsprozesses
statt, basierend auf unter anderem einer ionischen Bindung, einem
Innenaustausch zwischen den Komponenten der Fällungschemikalie und auf einer
Koagulation der Kontaminationen der verschmutzten Flüssigkeit,
einer sogenannten Ausflockung.
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Bentonit
ist ein Tonmaterial, und in diesem Zusammenhang bevorzugt vom Natriummontmorillonittyp,
wie die meisten anderen Tonmineralien gekennzeichnet durch eine
Kristallstruktur in Plättchengestalt,
welches Gruppen von parallelen und schwach verbundenen Plättchen ausbildet.
Solche strukturellen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung
des Tonminerals verleiht dem Mineral eine sehr große und chemisch
reaktive Oberfläche,
relativ zu dem gegebenen mineralischen Volumen, was unter anderem
den Effekt hat, dass Wasser leicht auf den Tonplättchen adsorbiert wird und
dass der Ton dadurch aufquillt. Ohne jegliche weitere Erklärung weisen
die Tonplättchen
alternierende positive und negative elektrische Ladungen auf.
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Andererseits
wird ein Polymer aus einer oder mehreren basischen chemischen Einheiten,
sogenannter Monomere, die in langen Ketten gebunden vorliegen und
negative elektrische Ladungen aufweisen, aufgebaut. Durch Zugabe
und Zumischung eines Polymers, in diesem Zusammenhang bevorzugt vom
Polyacrylamidtyp, in Wasser zusammen mit Bentonit, binden die Polymerketten
an einige der positiven Ladungen der Tonplättchen, was eine Bindung zwischen
Tonteilchen, Polymer und Wasser verursacht. Dadurch wird die Mischung
viskoser oder wie bei der Herstellung der hier betrachteten Fällungschemikalie,
wird die Mischung in einen Klumpen mit einer teigartigen Konsistenz
umgewandelt.
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Wenn
ein solcher teigartiger Klumpen eingesetzt wird, zum Beispiel zur
Reinigung von Wasser, das Öl
enthält,
wobei Ölteilchen
an die äußere Oberfläche des
Klumpens gebunden vorliegen, wird der Reinigungsgrad sehr schlecht
sein, da die reaktive Oberfläche
des Klumpens relativ zu dem Volumen des Klumpens sehr klein ist.
Zur Steigerung der Oberfläche
des Klumpens und um dadurch in diesem Zusammenhang dramatisch den
Reinigungsgrad zu verbessern, ist es deshalb notwendig, die Mischung zu
verdünnen.
Erfindungsgemäß wird dies
durch Zugabe und Einrühren
in die Mischung einer viskositätsreduzierenden
Chemikalie, bevorzugt Natriumpolyphosphat, durchgeführt. Dadurch
wird der Klumpen in eine Vielzahl von kleineren Aggregaten gebrochen und
Wasser wird aus der Mischung freigesetzt, so dass die Mischung weniger
viskos wird und zum Vermischen mit zum Beispiel öligem Wasser zweckmäßig ist.
Falls Natriumpolyphosphat hinzugegeben wird, nimmt die Mischung
Phosphationen mit einer negativen elektrischen Ladung auf, wobei
die Ionen wie die Polymerketten angezogen werden und an einige der
positiven elektrischen Ladungen der Tonplättchen binden. Solche elektrischen
Bindungen führen
dazu, dass assoziierte Ladungen neutralisiert werden und dass die
Tonplättchen,
oder in der Praxis Aggregate, bestehend aus Tonteilchen, Polymer
und Wasser, negative elektrische Ladungen aufweisen. Solche Aggregate
mit negativen elektrischen Ladungen haben einen sich gegenseitig
abstoßenden
Effekt, so dass die Aggregate nicht aneinander anhaften.
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Wenn
die verdünnte
und ausgeflockte Mischung, im Folgenden als die Fällungschemikalie
bezeichnet, zum Beispiel zu einer aus öligem Wasser bestehenden Emulsion
hinzugegeben wird, hat die Erfahrung gezeigt, dass in der Emulsion
dispergierte Öltropfen
an die Oberfläche
der Aggregate der Fällungschemikalie
angezogen werden und sich auf der Oberfläche sammeln. Im Prinzip weisen
dispergierte Öltropfen
in einer Emulsion keine elektrische Ladung auf und sollten gemäß der elektrischen
ionischen Bindungstheorie keine Anziehung an die beteiligten negativ
geladenen Fällungschemikalienaggregate erlauben.
Andererseits gibt es aus thermodynamischen Überlegungen in Verbindung mit
der Theorie der Emulsionsstabilität und insbesondere im Zusammenhang
mit den Emulsionseigenschaften von atomisierten oder kolloidalen
Teilchen mehrere Beweise der Anziehung zwischen Teilchen einer Emulsion, einschließlich von
sogenannten London-van-der-Waals-Anziehungskräften. Ohne weitere Beschreibung
von solchen Kräften
ist es experimentell offensichtlich, dass zum Beispiel Ölteilchen
in öligem
Wasser an die Oberfläche
der Fällungschemikalienaggregate
angezogen und gebunden werden.
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Nach
dem Vermischen der Fällungschemikalie
in zum Beispiel öligem
Wasser wird bevorzugt zu der Mischung eines Säure in Mengen hinzugegeben, die
für einen
pH-Wert der Mischung von 4,0 oder geringer ausreichen. Alternativ
kann eine Base zu der Mischung in Mengen hinzugegeben werden, die
für einen
pH-Wert der Mischung von 8,0 oder mehr ausreichen. Die Zugabe einer
Säure oder
einer Base verursacht, dass die Polymerketten der Aggregate der Fällungschemikalie
sich gegenseitig anziehen und ausflocken. Dadurch flocken die Aggregate
und auf der Oberfläche
der Aggregate adsorbierte Öltropfen ebenso
aus, so dass größere Akkumulationen
von solchen Aggregaten gebildet werden. Solche Akkumulationen von
Aggregaten sind physikalisch viel größer als einzelne und dispergierte
Aggregate, was in einer leichten Sedimentation, möglicherweise
Flotation, von solchen Akkumulationen aus der Mischung führt. Die
Gegenwart von Bentonit in solchen Aggregaten und insbesondere in
größeren Akkumulationen
von solchen Aggregaten ist ebenso ein Faktor, der für eine schnelle
Sedimentation der Akkumulationen verantwortlich ist, wobei Bentonit
ebenso als ein Gewichtsmaterial in den Akkumulationen wirkt und
verhindert, dass Ölteilchen,
welche normalerweise leichter als das Wasser, in welchem sie emulgiert vorliegen,
sind, als Konsequenz der Auftriebskräfte aufsteigen.
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Im
Zusammenhang mit der Fällung
ist es wichtig, hervorzuheben, dass ein Polymer, bevorzugt Polyacrylamid,
gegenüber
Säurewerten
eines pH-Werts von 4,0 oder geringer oder eines pH-Werts von 8,0
oder höher
empfindlich ist. Somit ist es aus diesem Grund wichtig, dass die
Fällungschemikalie in
zum Beispiel öligem
Wasser mit einem pH-Wert von zwischen 4,0 und 8,0 vermischt wird,
in welchem der Säurebereich
das Polymer nicht ausflockt. In solchen Fällen, in denen zum Beispiel öliges Wasser
anfänglich
einen pH-Wert außerhalb
des bevorzugten Säurewertbereichs
hat, ist es bevorzugt, vor Zugabe der Fällungschemikalie den Säurewert
der Mischung auf einen pH-Wert innerhalb des bevorzugten Säurewertbereichs
einzustellen. Dies stellt sicher, dass bei Zugabe der Fällungschemikalie
zu zum Beispiel öligem
Wasser eine gute Vermischung der Ölkontamination der Mischung
und der Fällungschemikalie
bewirkt wird, so dass Öltropfen
auf den Oberflächen
der Fällungschemikalienaggregate
adsorbiert werden, bevor der Fällungsprozess
gestartet ist.
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Durch die
Erfindung erzählte
Vorteile
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Verglichen
mit der am meisten bekannten Technik ist die Fällungschemikalie leicht zu
erzeugen und der Einsatz der Chemikalie erfordert eine geringe und
einfache Anpassung des Apparates. Dies führt zu einer gesteigerten Anwenderfreundlichkeit
und Zweckmäßigkeit,
unter anderem in Reinigungsanlagen für Abwasser und Schmutzwasser,
Anlagen für die
Reinigung von kohlenwasserstoffbelastetem Wasser auf und von Booten, Ölbohranlagen,
festen und schwimmenden Installationen für die Erzeugung von Öl sowie
für die
Reinigung von kohlenwasserstoffbelasteten Schnitten. Die Fällungschemikalie kann
möglicherweise
ebenso in Kombination mit der bekannten Reinigungstechnik vorteilhaft
eingesetzt werden.
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Kurzbeschreibung
der Figuren und Tabellen
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Im
folgenden Teil der Beschreibung werden unter Bezugnahme auf Figuren
und Tabellen die Ergebnisse von Labortests aufgezeigt, in welchen
die Fällungschemikalie
zur Reinigung von kohlenwasserstoffbelastetem Wasser eingesetzt
wurde, und wobei:
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1 und
die dazugehörige
Tabelle 1 den Effekt der Rührzeit
der Chemikalie auf den durch den Einsatz der Fällungschemikalie in kohlenwasserstoffbelastetem
Wasser mit einem anfänglichen
pH-Wert von 6,5 erzielten Reinigungsgrad zeigen;
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2 und
die dazugehörige
Tabelle 2 den Effekt der Rührzeit
der Chemikalie auf den erzielten Reinigungsgrad zeigen, wenn die
Fällungschemikalie
in kohlenwasserstoffbelastetem Wasser mit einem anfänglichen
pH-Wert von 9,5 eingesetzt wird;
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3 und
die dazugehörige
Tabelle 3 den erzielten Reinigungsgrad als eine Funktion der chemisch
aktivierten Fällung
mit Variation der pH-Werte durch die Verwendung der Fällungschemikalie
in kohlenwasserstoffbelastetem Wasser zeigen;
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4 und
die dazugehörige
Tabelle 4 den erzielten Reinigungsgrad als eine Funktion der Variation
der Mengen der zu dem kohlenwasserstoffbelasteten Wasser hinzugegebenen
Fällungschemikalie zeigen;
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5 und
die dazugehörige
Tabelle 5 die Ergebnisse aus drei Experimenten summieren, welche den
erzielten Reinigungsgrad als eine Funktion der Variation der Mengen
der zu dem kohlenwasserstoffbelasteten Wasser hinzugegebenen Fällungschemikalie
zeigen, wobei das Sedimentationsverfahren in zwei der Experimente
eingesetzt wurde und das Flotationsverfahren in einem der Experimente
eingesetzt wurde; und
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6 und
die dazugehörige
Tabelle 6 die Ergebnisse aus drei korrespondierenden Experimenten summieren,
in denen das erzielte Schlammvolumen in Prozent als eine Funktion
der Variation der Mengen der zu dem kohlenwasserstoffbelasteten
Wasser hinzugegebenen Fällungschemikalie
zeigen, wobei das Sedimentationsverfahren in zwei der Experimente
eingesetzt wurde und ein Flotationsverfahren in einem der Experimente
eingesetzt wurde.
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Beschreibung
der Experimente
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Durch
den Einsatz der Fällungschemikalie gemäß der vorstehend
erwähnten
Einheitsrezeptur für
die Reinigung von kohlenwasserstoffbelastetem Wasser wurde die Optimierung
des Grads der Reinigung oder des Reinigungsgrads versucht. Es wurde versucht,
dies durch eine Vielzahl von Laborexperimenten im kleinen Maßstab durchzuführen, wobei
jedes in einer standardisierten Art und Weise in einem sogenannten
Rütteltest
durchgeführt
wurde. Zur Herstellung der Fällungschemikalie
für die Experimente wurden
unter anderem Wyoming Bentonit eingesetzt, welcher aus reinem Natriummontmorillonit
im Gegensatz zu anderen eingesetzten Montmorillonittypen, welche
zusätzlich
zu Natriummontmorillonit ebenso größere oder kleinere Mengen an
Calciummontmorillonit enthalten, gebildet ist. In der Fällungschemikalie
wird ebenso ein Polyacrylamid mit mittlerer anionischer Stärke und
mit einem Molekulargewicht im Bereich von 17 bis 18 Millionen Gramm
pro Mol eingesetzt.
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Die
Einstellung des Säurewertes
beziehungsweise der Azidität,
angegeben durch den pH-Wert, wurde durch Zugabe von Salzsäure ausgeführt. In
den Experimenten wurde die Kohlenwasserstoffkonzentration im Wasser
vor und nach der Fällung
gemessen. Die Konzentration ist in ppm (parts per million) angegeben,
welche die Anzahl der Gewichtsteile der Kohlenwasserstoffe je Millionen
Gewichtsteile an Wasser darstellt.
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Experiment 1: Effekt der
Rührzeit;
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Kohlenwasserstoffbelastetes
Wasser aus einem Boot wurde getestet, nachdem das Wasser mittels
bekannter Flotations- und
Koaleszenztechniken grob behandelt worden war. Der pH-Wert des Wassers
betrug 6,5 und das Wasser enthielt eine Vielzahl kleiner Teilchen
und Gase, die zu einer Flotation in der Probe führten. In allen experimentellen
Tests wurden 10 g kompletter Fällungschemikalie,
entsprechend 0,53 g trockener Chemikalie, zu 900 ml des kohlenwasserstoffbelasteten
Wassers hinzugegeben und bei 190 Umdrehungen pro Minute in dem Rütteltest
gerührt.
In jedem Test wurde die Fällung
dann durch Einstellung des pH-Werts des Wassers auf 2,5 aktiviert.
Der Zweck des Experiments war der, herauszufinden, wie die Rührzeit bei
der Zumischung der Chemikalie den Reinigungsgrad beeinflusst. Das Experiment
zeigte einen sehr guten Reinigungsgrad in allen Tests des Experiments,
aber ebenso eine marginale Verbesserung des Reinigungsgrades durch
mehr als 8 Minuten Rühren,
vergleiche 1 und Tabelle 1.
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Experiment 2: Effekt der
Rührzeit
durch einen hohen pH-Wert;
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In
diesem Experiment wurde die Fällungschemikalie
zu kohlenwasserstoffbelastetem Wasser aus einer Reinigungsanlage
für Spezialabfall
hinzugegeben und bei 190 Umdrehungen pro Minute in dem Rütteltest
gerührt. Ähnlich wie
in Beispiel 1 wurde versucht, den Reinigungsgrad als eine Funktion der
Rührzeit
bei der Zumischung der Chemikalie zu bestimmen. Das Schmutzwasser
enthielt viel Seife, so dass das Wasser mit einem pH-Wert von 9,5
stark alkalisch war. In allen experimentellen Tests wurden 15 g
der kompletten Fällungschemikalie,
entsprechend 0,79 g der trockenen Chemikalie, zu 900 ml kohlenwasserstoffbelastetem
Wasser hinzugegeben. Unmittelbar nach der Zugabe der Fällungschemikalie begannen
die Kontaminationen auszuflocken, was ohne Zugabe von Säure oder
Base zur Einstellung des Säurewertes
der Mischung passierte. Dies beweist, dass ein anfänglicher
pH-Wert von 9,5 unmittelbar die chemische Fällung in kohlenwasserstoffbelastetem
Wasser aktivierte, wohingegen das Experiment 1 zeigte, dass ein
anfänglicher
pH-Wert von 6,5 nicht unmittelbar die chemische Fällung in
kohlenwasserstoffbelastetem Wasser aktivierte. Außerdem zeigte
Experiment 2, dass die Rührzeit
keinen systematischen Effekt auf den Reinigungsgrad hatte und der
Reinigungsgrad in der Tat durch längeres Rühren etwas schwächer war,
vergleiche 2 und Tabelle 2. Der Reinigungsgrad
in Experiment 2 war generell schlechter als der Reinigungsgrad in
Experiment 1, was auf die Tatsache zurückgeführt wird, dass die chemische
Fällung
aufgrund eines hohen anfänglichen
pH-Werts beginnt, bevor eine hervorragende Flockenbildung in der
Kohlenwasserstoffphase des Schmutzwassers auftrat. Während des
Testens wurde herausgefunden, dass die chemische Fällung durch
Zugabe einer Säure
oder einer Base am besten in Schmutzwasser mit einem anfänglichen pH-Wert
von zwischen 4,0 und 8,0 funktioniert. Bei pH-Werten außerhalb
des vorstehend erwähnten pH-Bereichs
kann das Schmutzwasser vor der Zugabe der Fällungschemikalie auf einen
pH-Wert innerhalb des vorstehenden pH-Bereichs eingestellt werden.
Dadurch wird eine unmittelbare Flockenbildung vermieden und der
Reinigungsgrad wird gesteigert.
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Experiment 3: Effekt der
Variation der pH-Werte;
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Ebenso
wurde in diesem Experiment die Fällungschemikalie
zu dem kohlenwasserstoffbelastetem Wasser aus einer Reinigungsanlage
für Spezialabfall
hinzugegeben und bei 190 Umdrehungen pro Minute für 2 Minuten
in dem Rütteltest
gerührt.
Vor der Zugabe der Fällungschemikalie
hatte das Wasser einen Säurewert
von 6,5 und einen hohen Gehalt an suspendierten Feststoffteilchen.
In allen experimentellen Tests wurden 20 g kompletter Fällungschemikalie,
entsprechend 1,05 g der trockenen Chemikalie, zu 900 ml des kohlenwasserstoffbelasteten
Wassers hinzugegeben. Eine unterschiedliche Menge Salzsäure wurde
in jedem experimentellen Test hinzugegeben, so dass der pH-Wert
der flüssigen
Mischung der variable Faktor des Experiments war. Der Zweck des
Experiments war, herauszufinden, welcher Säurewert den besten Reinigungsgrad
liefert. Das Experiment zeigte den besten Reinigungsgrad bei pH-Werten
von ungefähr
3,5 oder niedriger, vergleiche 3 und Tabelle
3.
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Experiment 4: Effekt der
Variation der Mengen an Fällungschemikalie;
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In
Experiment 3 wurde gezeigt, dass ein pH-Wert von 3,5 optimal zur
Reinigung von kohlenwasserstoffbelastetem Wasser war. Der Zweck
des Experiments 4 war, die Menge an zugegebener Fällungschemikalie
zu variieren und herauszufinden, wie dies die Reinigung beeinflusst.
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In
diesem Experiment wurde ebenso die Fällungschemikalie zu 900 ml
Wasser mit viel Kohlenwasserstoffen aus einer Reinigungsanlage für Spezialabfall
hinzugegeben und bei 190 Umdrehungen pro Minute für 2 Minuten
in dem Rütteltest
gerührt.
In allen Tests wurde Salzsäure
zu der Mischung hinzugegeben, um einen konstanten pH-Wert von 3,5
zu erzielen. Bis zu einem bestimmten Niveau zeigten die Ergebnisse,
dass der Reinigungsgrad mit der Menge an zugegebener Fällungschemikalie
ansteigt, vergleiche 4 und Tabelle 4.
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Experiment 5: Reinigungsgrad
als Funktion der Variation der Mengen an Fällungschemikalie in der Sedimentation
oder Flotation;
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Der
Zweck des Experiments war, die Menge der in dem betrachteten Sedimentationsverfahren
in einem Flotationsverfahren zugegebenen Fällungschemikalie zu variieren,
und zwar für
den anschließenden
Vergleich des durch die zwei Verfahren der Reinigung erzielten Reinigungsgrades,
vergleiche 5 und Tabelle 5. In allen Tests
wurde die Fällungschemikalie
zu 800 ml kohlenwasserstoffbelastetem Wasser aus einer Reinigungsanlage
für Spezialabfall
hinzugegeben und bei 190 Umdrehungen pro Minute für 2 Minuten
in dem Rütteltest
gerührt.
In allen Test wurde die chemische Fällung durch Konstanthalten
des pH-Werts der Mischung auf 2,8 ausgeführt. Für beide Reinigungsverfahren
zeigten die Ergebnisse, dass bis zu einem bestimmten Niveau der Reinigungsgrad
mit der Menge der zugegebenen Fällungschemikalie
anstieg. Der optimale Reinigungsgrad war ebenso bei der Sedimentation
etwas besser, vergleiche 5 und Tabelle 5.
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Experiment 6: Schlammvolumen
in Prozent als Funktion der Variation der Mengen an Fällungschemikalie in
der Sedimentation oder Flotation;
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Der
Zweck des Experiments war, die Menge der in dem betrachteten Sedimentationsverfahren und
in einem Flotationsverfahren zugegebenen Fällungschemikalie zu variieren,
und zwar für
einen anschließenden
Vergleich des ausgefällten
Schlammvolumens für
die zwei Reinigungsverfahren, vergleiche 6 in Tabelle
6. In allen Tests wurde die Fällungschemikalie
zu 800 ml kohlenwasserstoffbelastetem Wasser aus einer Reinigungsanlage
für Spezialabfall
hinzugegeben und bei 190 Umdrehungen pro Minute für 2 Minuten
in dem Rütteltest
gerührt.
In allen Tests wurde die chemische Fällung durch Konstanthalten
des pH-Werts der Mischung auf 2,8 ausgeführt. Das Experiment zeigte
eine Tendenz des Absinkens des ausgefällten Schlammvolumens mit steigender
Zugabe der Fällungschemikalie.
Außerdem zeigten
die Ergebnisse, dass das durch Flotation ausgefällte Schlammvolumen wesentlich
kleiner als das mittels Sedimentation ausgefällte Schlammvolumen war, vor
allem durch Steigerung der Zugabe der Fällungschemikalie, während gleichzeitig
der Reinigungsgrad sehr gut war. Dies belegt, dass die Flotation
verglichen mit der Sedimentation eine gesteigerte Verdickung des
Schlamms verursacht, so dass durch Flotation eine gegebene Gewichtsmenge
an Schlamm ein kleineres Schlammvolumen als das entsprechende Volumen
durch Sedimentation aufweist. Industriell kann dies zum Beispiel
derart verwendet werden, dass kohlenwasserstoffbelastetes Schmutzwasser
als erstes mittels dem Sedimentationsverfahren behandelt wird, welches
den optimalen Reinigungsgrad liefert. Dann wird der ausgefällte Schlamm
mittels des Flotationsverfahrens behandelt, welches ein minimales
Schlammvolumen der Kontaminationen ergibt.