FI73654B

FI73654B - Foerfarande foer avlaegsnande av finfoerdelade, suspenderade fasta aemnen fraon avloppsvatten.

Info

Publication number: FI73654B
Application number: FI811611A
Authority: FI
Inventors: Henry A Fremont
Original assignee: Champion Int Corp
Priority date: 1980-05-30
Filing date: 1981-05-26
Publication date: 1987-07-31
Also published as: FI73654C; BR8103429A; US4303533A; DE3167046D1; CA1165698A; EP0041251A1; EP0041251B1; JPH025128B2; FI811611L; JPS5712811A

Description

1 73654

Menetelmä hienojakoisten, suspendoituneiden kiinteiden aineiden poistamiseksi jätevedestä

Keksinnön kohteena on menetelmä suspendoituneen kiin-5 toaineen poistamiseksi jätevesivirroista, erityisesti pää-ja sivupoistovirroista kaupunkilähteistä tai teollisuusprosesseista, kuten paperitehtailta ja kasvissäilykkeitä valmistavilta tehtailta. Erityisesti sen kohteena on suspendoituneen hienojakoisen kiintoaineen suodattaminen poisto-10 virroista, joita tulee paperinvalmistuksesta, erikoisesti poistokiertovesistä ja sivupoistovirroista tällaisista prosesseista .

Suodattaminen on kauan ollut päämenetelmä kiintoaineen poistamiseksi nestevirroista. Jäteveden käsittelyssä 15 suspendoituneen kiintoaineen poistaminen on vaikea tehtävä ja monia suodatuskeinoja on käytetty näiden kiinteän aineen poistoon liittyvien ongelmien selvittämiseksi. Joitakin käyttötarkoituksia varten on laajalti käytetty hiekka-suodattimia ja monikomponenttisuodattimia. Alalla tehty työ 20 on osoittanut näiden suodattimien yleensä olevan tehokkaita ·"1 poistamaan suspendoitunut kiintoaine, mutta ainoastaan vir- roista, joissa suspendoituneen kiintoaineen pitoisuus on al-;: hainen, ja suhteellisen pienillä virtausnopeuksilla suodat timien läpi. Yleensä suodattimelle tulevan nestevirran kiin-25 toainepitoisuuden täytyy olla alle n. 200 mg/1. Tätä suuremmat suspendoituneen kiintoaineen pitoisuusarvot pyrkivät johtamaan suodatuspatjän tukkeutumiseen ja suureen paine-. . häviöön suodatuspatjän poikki. Siten hiekka- tai monikompo- ' nenttisuodattimien käyttö rajoittuu tiettyihin poistovir- : : 30 töihin. Rajoitus alhaisiin virtausnopeuksiin estää myös täl- laisten suodattimien käytön tilavuudeltaan suurille kaupunki- tai teollisuusjätevesivirroille.

Yritykset käyttää muita aineita kuten kiinteitä tai vaahtomaisia polymeerejä suspendoituneen kiintoaineen pois-35 tamiseksi, ovat rajoittuneet epäjatkuvien osasten käyttöön. Tässä käytettiin jälleen kiinteiden tai vaahtopolymeeriosas-ten muodostamia paksuja kerroksia ja suspendoituneen kiin- 2 73654 telineen poistaminen tapahtui pääasiallisesti antamalla sus-psndoituneen kiintoaineen kiinnittyä fysikaalisesti poly-meeriosasiin paksun suodatuspatjän jossakin pisteessä. Näille yrityksille oli myös ominaista suodatuspatjän tukkeutu-5 minen, painehäviöt ja/rai alhaiset virtausnopeudet. Lisäksi ongelmana on vaahto-osasten sinkoutuminen patjasta vasta-virtapesun aikana. Erästä yritystä tämän ongelman voittamiseksi on kuvattu US-patenttijulkaisussa 4 162 216, jossa käytetään mekaanista sekoittamista suspendoituneen kiinto-10 aineen poistamiseksi vaahto-osasista.

Aikaisemmin suodattaminen käyttäen polymeerivaahto-kerroksia, kuten polyuretaanivaahtoa, on rajoittunut pääasiallisesti öljyn erottamiseen vedestä. Vaahdon öljyhakui-nen luonne ja öljyn pyrkimys yhtyä vaahtoon ovat tehneet 15 polyuretaanivaahdot erityisen käyttökelpoisiksi tämäntyyppistä erotusprosessia varten. Tällaisia menetelmiä esitetään esimerkiksi Grutsch'in US-patentissa n:o 3 608 727, Johnson'in et ai.·US-patentissa n:o 3 617 551 ja De Young'in US-patentissa n:o 3 888 766. Teitsma esittää US-patentissa 20 n:o 3 334 042, että hiilihiukkasia voidaan agglomeroida nestemäisten hiilivetyjen kanssa ja sitten erottaa vesifaasis-: ta käyttäen erilaisia polyneerivaahtoja. Julkaisussa, jonka otsikkona on "A Fiiter-Coaiescer Device For Oil-Water Separation" ja joka valmistettiin esittelyä varten konferenssissa 25 "Sixth Annual Offshore Technology Conference" Houstonissa, Texasissa toukokuussa 1974 ja jonka ovat kirjoittaneet Arye Gollan ja Daniel K. Fruman, esitetään systeemi öljyn erottamiseksi vedestä käyttäen polyuretaanivaahtoa. Julkaisussa mainitaan, että yhdessä öljyretention kanssa tapahtuu sa-30 manaikaisesti jonkinverran kiintoaineretentiota. US-paten-tin n:o 3 334 042 ja Gollan'in ja Fruman'in julkaisun esitysten perusteella on kuitenkin selvää, että erottaminen polyuretaanivaahtoja käyttäen on neste-neste-erotus, ei nes-te-kiinteä-erotus.

35 DE-hakemusjulkaisu 2 712 414 käsittelee hydrofiilis- ten polymeerivaahtojen käyttöä suodattimissa. Se, mikä merkitys hvdrofiilisilla polymeerivaahdoilla on ko. julkaisun

II

3 73654 mukaisessa menetelmässä ja laitteistossa, ilmenee sivulta 11, riveiltä 19 - 20, ja sivulta 11, riviltä 29. Tässä on viitattu spesifisesti hydrofiilisen polymeerivaahdon kykyyn absorboida tai pidättää vettä, mikä on välttämätöntä ko. DE-5 julkaisussa kuvatun menetelmän toiminnalle.

Päin vastoin kuin edellä mainitussa DE-julkaisussa, esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään spesifisesti hydrofobisia vaahtoja. Hydrofobinen vaahto, pikemminkin kuin hydrofiilinen vaahto, on nimittäin välttämä-10 tön suspendoituneen kiintoaineksen poistamiseksi tehokkaalla tavalla keksinnön mukaisessa menetelmässä. Suodatuspro-sessin aikana hydrofiilisella vaahdolla on vesikalvo pinnallaan, mikä estää veden virtauspotentiaalia polarisoimasta vaahdon soluseinämää ja estää siten myös positiivisen va-15 rauksen syntymisen.

Keksinnön mukaisella menetelmällä alan aikaisemmat ongelmat voitetaan ja suspendoitunut kiintoaine saadaan tehokkaasti poistetuksi käyttäen tietyntyyppistä vaahdotettua polymeeriainesta olevia ohuita kerroksia suhteellisen suu-20 rilla virtausnopeuksilla.

Keksinnön kohteena on täten menetelmä suspendoitu-neen hienojakoisen kiintoaineen poistamiseksi jostakin pois-tovirrasta, jolloin poistovirta johdetaan avosoluisen, puristuvan, hydrofobisen polymeeriaineksen läpi ja tätä mate-25 riaalia puristetaan siihen kiinnittyneen kiintoaineen poistamiseksi aineksen regeneroimiseksi. Menetelmälle on tunnusomaista, että mainittu avosoluinen puristuva hydrofobinen polymeeriaines on muodostettu ainakin kahdesta peräkkäisestä mainittua ainesta olevasta kerroksesta, jolloin 30 kerrokset on sijoitettu niin, että jokaisen kerroksen avo-,· soluiset huokoset ovat umpimähkään suuntautuneet jokaisen viereisen kerroksen huokosten suhteen.

Piirroksista on kuvio 1 kaavamainen esitys esimerkissä 1 käytetystä 35 laitteesta ja kuvio 2 on kaavamainen esitys muissa esimerkeissä käytetystä laitteesta.

4 73654

Mitä avosoluiseen puristuvaan hydrofobiseen poly-meeriainekseen tulee, ovat sopivia vaahdot, jotka on tehty esim. polyuretaanista tai styreeni-butadieenikumista. Sopivimpia ja edullisia ovat polyuretaanivaahdot ja erityi-5 sesti verkkomaiset polyesterityyppiset polyuretaanivaahdot ja keksintöä kuvataan lähemmin näihin sovellettuna.

Samalla tavalla, samalla kun tätä keksintöä voidaan käyttää suspendoituneen hienojakoisen kiintoaineen poistamiseen erilaisista kaupunki- ja teollisuuspoistovirroista, 10 sitä kuvataan seuraavassa sovellettuna suspendoituneen hienojakoisen kiintoaineen poistamiseen paperitehtaan poisto-virroista .

Polyuretaanivaahdon käyttö suodatusaineena antaa lukuisia käyttöetuja verrattuna suodatuspatjoihin, joissa käy-15 tetään hiekka- tai monikomponenttisuodatusaineita. Näitä etuja ovat: kuormittumiskyky suurella määrällä kiintoainet-ta, suuri virtausnopeuskyky, pienet painehäviöt suodatus-patjassa, kestävyys tukkeutumista vastaan (mikä johtuu vaahdon hyvin avoimesta matriisista) ja menetelmän yleinen so-20 veltuvuus hyvin erilaisille poistovirroille. Se on myös parempi kuin vaahto-osasten käyttäminen sikäli, että vasta-virtapesuongelmat poistuvat ja mekaanista sekoitusta ei tarvita. Verrattuna kaikkiin aikaisempiin erotustapoihin se on myös edullisempi siinä mielessä, että suuremmat virtausno-25 peudet mahdollistavat pienemmän suodatuspinnan käytön ja siten saavutetaan merkittäviä kustannussäästöjä.

Suspendoituneen kiintoaineen pitoisuus paperitehtaalta tulevassa sekundäärisessä poistovirrassa on n. 20 - n. 80 ppm (miljoonasosaa) tai suurempi. Keksinnön mukainen 30 menetelmä on käyttökelpoinen poistovirroille, joiden kiin-toainepitoisuus on tällä alueella tai suurempi. Tällainen suspendoitunut kiintoaine sisältää suuren prosentuaalisen osuuden suspendoitunutta kiintoainetta, jonka osaskoko on pituudeltaan, leveydeltään tai paksuudeltaan alle 100 pm.

35 Jotkut osaset ovat niinkin pieniä kuin 0,5 pm tai pienempiä. Tämän menetelmän ainutlaatuinen ominaisuus on, että sillä voidaan poistaa tällaisia hyvin pieniä osasia suurem- 11 5 73654 pikokoisen suspendoituneen kiintoaineen lisäksi. Sanonta "suspendoituneen hienojakoisen kiintoaineen poistaminen", tässä yhteydessä tarkoittaa sekä hyvin pienten osasten että suurempikokoisen suspendoituneen kiintoaineen poistamista.

5 Edullisesti käytetty polyuretaanivaahto on verkko maiseksi tehty polyesterityyppinen polyuretaanivaahto; vaahto, josta jäljelläolevat aukot on poistettu, jolloin tuloksena on pääasiallisesti täysin avoin verkosto. Itse poly-uretaaniaine täyttää ainoastaan 5 % tilavuudesta jättäen 10 95 % tilavuudesta avoimeksi nesteiden virtausta varten. Tä mä johtaa hyvin pieneen painehäviöön suodatuksen aikana. Vaahdossa olevat reiät ovat kooltaan n. 200 - 300 kertaa suurempia kuin poistettavat osaset.

Vaahdon verkkouttamista varten on olemassa kaksi 15 yleistä menetelmää. Nämä kaksi menetelmää ovat (1) vaahdon sähköinen "tsappaus" (zapping), jolloin saadaan '^"-tyyppinen vaahto ja (2) jäijelläolevien aukkojen kemiallinen syövyttäminen, jolloin saadaan "tukahdutettu" eli "Q"-tyyppi-nen vaahto. "Q"-tyyppinen vaahto antaa keksintöä toteutetta-20 essa käytännössä parempia tuloksia kuin "Z"-tyyppinen vaahto. Erot näiden vaahtotyyppien välillä näyttävät liittyvän osasten pinta-alaan ja tarvittavaan ajoaikaan "steady state" -toiminnan saavuttamiseksi. "Q"-tyyppinen vaahto tarvitsee vähemmän aikaa saavuttaakseen "steady state" -tilan. "Q"-25 tyyppisellä vaahdolla on myös hieman suurempi pinta-ala kuin "Z"-tyyppisellä vaahdolla. Keksinnön mukaisen menetelmän tehokkuuden kannalta on tärkeää, että vaahdolla on suuri pinta-ala. Vaahto-osasten pinta-alan kasvaessa päästään yleensä parempaan suspendoituneen kiintoaineen poistoon. Huokos- 30 ten määrän ollessa 24 kappaletta 1 cm:ä kohti vaahdon pin- 2 3 ta-ala on n. 3,9 m /dm vaahtoa, kun taas huokosmäärällä 2 3 40 huokosta/1 cm vaahdon pinta-ala on n. 7,2 m /dm vaahtoa. Siten vaahto, jossa on 40 huokosta 1 cm:ä kohti, poistaa enemmän suspendoitunutta kiintoainetta kuin saman pak-35 suinen vaahto, jossa on 24 huokosta 1 cm:ä kohti. Edullisia ovat käytännössä vaahdot, joissa on 24 - 40 huokosta 1 cm:ä kohti. Lisääntynyt pinta-ala ei kuitenkaan johda suurempaan 6 73654 kiintoaineen poistotehokkuuteen, jos mikropyörteiden muodostuminen vähenee samanaikaisesti. Mikropyörteet eivät ole ainoastaan seuraus avoimesta huokosverkosta, vaan polyuretaa-nivaahtojen umpimähkäisestä kerrostamisesta, kuten seuraa-5 vassa tarkemmin esitetään.

Vaahtopatjan paksuus voi olla melko alhainen. Patjat, jotka ovat yli 20 cm:n paksuisia, eivät johda mihinkään parannukseen suodatustehokkuudessa. Esimerkiksi 15 ja 20 cm:n paksuisilla vaahdoilla suoritetut testit osoittivat 10 ainoastaan lievää parannusta suodatustehokkuudessa kerrospaksuuden noustessa. Kerrospaksuuden lisääminen edelleen ei johda parannukseen kiintoaineen poistotehokkuudessa.

Ratkaisevaa ja tärkeätä tehokkuudelle on ainakin kahden polyuretaanivaahtokerroksen käyttö, joista yhden keriä roksen soluilla on suurempi huokoskoko kuin toisen kerroksen tai kerrosten soluilla, ja se, että kerrokset ovat umpimähkään suunnattuja niin, että yhden kerroksen huokoset ovat siirtyneet viereisen kerroksen tai kerrosten huokosten suhteen. Tällöin saadaan monimutkaisempi kulkutie kerrosten 20 läpi virtaavalle poistovirralle. Tästä on seurauksena suurempi pyörteenmuodostus, lisääntyneet mikropyörteet ja pa-rempi suodatus. Näissä puitteissa on edullista, että puh- ' distettavan kiintoainevirran sisääntulossa suodatuspatjassa käytetään vaahtokerrosta, jolla on suuri huokoskoko, mitä 25 seuraa vaahtokerros, jolla on pienempi huokoskoko. Parasta on käyttää useampaa kuin kahta vaahtokerrosta ja seuraavat esimerkit kuvaavat useita vaahtokerrosten ja vaahtosuoda-tuspatjapaksuuksien yhdistelmiä. Yksittäiset polyuretaani-vaahtokerrokset voivat laajalti vaihdella paksuudeltaan op-30 timipaksuuden ollessa n. 5 cm.

Poistovirta, josta suspendoitunut kiintoaine on erotettava, saatetaan virtaamaan vaahdon läpi halutulla virtausnopeudella. Tämä tapahtuu erilaisin alalla tunnetuin menetelmin, esimerkiksi, pumppaamalla virta joko ylöspäin tai 35 alaspäin, kun vaahto pidetään reaktorissa, tai upottamalla vaahto nestevirtaan, mikä voi tapahtua tyhjö- tai rumpu-tyvppisellä pesurilla. Neste, josta kiintoaine on poistet- I! 7 73654 tu, kootaan uudelleenkäyttöä varten, tai tapauksessa, jossa suodatetaan sekundääristä poistovirtaa, se voidaan panna suoraan takaisin vesilähteeseen. 99 % kiinnittyneestä kiintoaineesta voidaan ottaa talteen yksinkertaisesti vaahtoa 5 puristamalla.

Vaantosuodatus pystyy alentamaan sekundääriseen pois-tovirtaan suspendoituneen kiintoaineen pitoisuuden arvoon alle 10 ppm yli 17 tunnin ajoaikoina, jona ajankohtana saavutetaan "breakthrough"-piste. Tällaisia tuloksia saavute-10 taan virtausnopeudella 10 - 15 gfm (gallonaa minuutissa patjan poikkileikkauspinnan neliöjalkaa kohti) (n. 410 - 610 3.2 dm /min/m ) tai suuremmallakin. "Breakthrough"-piste määritellään suodokseen suspendoituneen kiintoaineen arvoksi, joka on sama kuin syötettävään materiaaliin suspendoituneen 15 kiintoaineen määrä. Tyypillisesti voidaan paperitehtaan sekundäärisissä poistovirroissa saavuttaa kiintoaineen kuor- 3 3 mitustaso 2 lb/ft vaahtoa (32 kg/m ) ennen tehotonta läpi-laskua. On huomattava, että "breakthrough"-piste ei merkitse suodattimen tukkeutumista; pikemminkin se on piste, ios-20 sa vaahto ei enää poista suspendoitunutta kiintoainetta ja se täytyy regeneroida puristamalla.

Polyuretaanivaahdon suuren tehokkuuden suspendoitu-: : neiden kiintoaineosasten poistossa tämän keksinnön mukai sesti uskotaan johtuvan mekanismista, joka on täysin eri-25 lainen kuin öljy/vesi-erotuksen mekanismi. Suspendoituneen kiintoaineen poisto vaahdolla on sähköstaattisten, inertia- ja hydraulisten voimien funktio. Sitoutumatta mihinkään tiettyyn teoriaan uskotaan, että näiden voimien vuorovaikutus määrää poistotehokkuuden.

20 Sidokset, jotka kiinnittävät suspendoituneen kiinto- aineen vaahtohuokosten seinämään, särkyvät helposti vaahtoa puristamalla, mikä osoittaa ainoastaan heikkoa sitoutumista. Tämä sitoutuminen voi johtua heikosta sähköstaattisesta vetovoimasta, Van der Waals-voimista ja/tai sekundaarisesta 35 vetysidoksesta.

Laskelmat keskimääräisen vapaan kulkutien pituudesta ja osasten keskinäisten törmäysten lukumäärästä osoittavat --- ------ L______ 8 73654 hiukkasten seinääntörmäysten tärkeyden tehokkaalle poistolle. Siten mekanismi on sellainen, että ensin tapahtuu hiukkasten kiinnittyminen vaahtohuokosten seinämään ja sitten aggloir.eroituminen mieluummin kuin päinvastoin. Pyyhkäisy-5 elektronimikroskoopilla otetut kuvat osoittavat vaahdon olevan avointen solujen kolmiulotteinen yhdistynyt verkko. Tämä rakenne johtaa lisääntyneisiin hiukkasten seinääntörmä-yksiin, jotka johtuvat inertia-vaikutuksista mikropyörtei-den muodostumisen kautta.

10 Kiukkaskerroksen paksuuden vaahtohuokosten seinämäs sä uskotaan rajoittuvan n. 5 pm:iin. Tämä viittaa seinämän toimintaan sähköstaattisena kerääjänä samoin kuin myös inertia-erottimena. Vaahdon pinta varautuu positiivisesti, kun vesi virtaa vaahtorakenteen läpi, muodostaen paikkoja 15 negatiivisesti varautuneille osasille. Tämä varaus johtuu todennäköisesti pois 5 jum hiukkaskerroksen läpi, kunnes ulkoreunassa ei enää ole sähköstaattista vetovoimaa.

Polyuretaanivaahdon kaksi tavallista tyyppiä ovat esterityyppi ja eetterityyppi. Suspendoituneen kiintoai-20 neen poistoa varten esterityyppinen vaahto on tehokkaampaa " kuin eetterityyppinen vaahto. Tämä johtuu todennäköisesti n esterin kyvystä varautua positiivisesti enemmän kuin eet- teri. Suurempi varaus edistäisi negatiivisesti varautuneen suspendoituneen kiintoaineen sähköstaattista vetovoimaa.

25 Tehokasta suspendoituneen kiintoaineen poistoa var ten hydrofobinen vaahto on edullisempi kuin hydrofiilinen vaahto. Suodattamisen aikana hydrofiilillä vaahdolla on ve-sikalvo pinnallaan, joka estää vesipitoisen virran virtaus-potentiaalia polarisoimasta vaahdon soluseinämää estäen si-: : 30 ten positiivisen varauksen syntymisen. Siten styreenibutadi- eenivaahdon, joita voidaan käyttää polyuretaanin asemesta, täytyy olla hydrofobinen ja samoin sillä täytyy olla avo-soluominaisuudet sekä sähköstaattinen varauspotentiaali, joita edellä polyuretaanin yhteydessä käsiteltiin.

35 Virtausnopeus, joka on saavutettavissa tämän kek sinnön mukaisella menetelmällä, on melko korkea verrattuna yleisiin suodatusmenetelmiin. Aina virtausnopeuksia 20 gfm 9 73654 3 2 (n. 810 dm /min/m ) ja suurempiakin voidaan saavuttaa hienojakoisten suspendoituneiden kiinteiden osasten poistossa paperinvalmistusprosessien sekundäärisistä poistovirroista.

Tätä keksintöä kuvataan lähemmin seuraavien esimerk-5 kien yhteydessä, jotka on sisällytetty tähän ainoastaan va-laisemistarkoituksessa eikä niitä ole tarkoitettu rajoittaviksi .

Esimerkissä 1 on kuviossa 1 esitetty kaavamaisesti käytetty testisysteemi. Syöttöliuos syötettiin 10 gallonan 10 (n. 38 1) säiliöstä 1, joka oli varustettu uppopumpulla 2 sekoittamista varten. Syötettävä materiaali vedettiin painovoiman avulla johdon 3 kautta, jossa oli venttiili 4, läpimitaltaan 2 3/8 in (n. 60 mm) suodatuskolonnin 5 pohjalle, jolloin tapahtui jonkinverran suspendoituneen kiinto-15 aineen laskeutumista ennenkuin neste varsinaisesti saavutti suodattimet. Tämän laskeutumisen huomioonottamiseksi syöt-tönäytteet otetaan näytteenottoaukosta 6, joka on niin lähellä sisääntuloa vaahtosuodattimille kuin mahdollista. Ko-lonni oli täytetty useilla polyuretaanivaahtokerroksilla 7. 20 Kuviossa 1 on esitetty yksi ainoa karkea kerros (24 huokos-ta 1 cm:ä kohti), mitä seuraa neljä hienompaa vaahtokerros-ta (40 huokosta 1 cm:ä kohti). Tätä järjestelyä käytettiin seuraavassa esimerkissä 1, mutta sitä muunneltiin myöhempiä esimerkkejä varten niissä kuvatulla tavalla. Vaahtokerrok-25 set erotettiin polyetyleeni-seuloilla 8, joissa oli 1/4 in (n. 6,4 mm) aukot. Polyvinyylikloridiputkesta leikattuja renkaita 13 käytettiin pitämään suodatinta paikoillaan.

Suodos juoksutettiin pois putken 9 kautta kolonnin yläpäästä virtausmittarin 10 ja venttiilin 11 läpi ja koot-30 tiin 4 l:n mittalasiin 12. Suodoksen virtausnopeus mitattiin ja sitä säädettiin venttiileillä 4 ja 11.

Esimerkeissä 2-10 käytetty laitteisto on kuvattu kaavamaisesti kuvassa 2. Pumpulla 20 otettiin vettä joesta sekundaarisen selkeytysaltaan poistoputken kohdalta. Vent-35 tiiliä 21 ja virtausmittaria 22 käytettiin säätämään tämän poistovirran virtausta johdon 23 kautta erotuskolonnin 24 yläosaan. Erotuskolonni 24 oli läpimitaltaan 11 in (n. 28 10 73654 CT.) ja varustettu painemittarilla 25, manometrillä 26, suo-äatusmatriisiila 27 ja sucdatusaineen kannattimella 28. Ma-nometri 26 oli varustettu painetta inittaavilla osilla 29 ja 30, jotka sijaitsivat, vastaavasti, suodatinmatriisin 27 5 yläpuolella ja alapuolella painehäviön mittaamiseksi matriisin poikki. Kannatin 28, jota käytettiin tukemaan suo-datusmatriisia 27, oli leveäksi valssattu metallikiekko 28 ja matriisi 27 koostui vaahtokerroksista 31. Venttiilillä 33 säädeltiin käsitellyn poistovirran virtausta kolonnista 10 23 takaisin jokeen johdon 34 avulla. Matriisin 27 yksittäi set kerrokset 32 on selostettu esimerkeissä 2-10.

Samalla kun edellä kuvattua laitteistoa käytettiin tämän keksinnön edelleen kuvaamiseksi, voidaan tässä keksinnössä kuvattua monikerrossuoöatusainetta käyttää muiden 15 suodatusaineiden asemesta tavanomaisessa erotuslaitteistos-sa kuten tyhjörampusuodattimissa, hihnasuodattimissa, kiek-kosuodattimissa sekä levy- ja kehyssuodattimissa, jotka voidaan varustaa välinein, joilla kuormittunut suodatusaine puristetaan suspendoituneen kiintoaineen poistamiseksi siitä.

: - 2 0 Esimerkki 1

Paperitehtaalta tulevalla sekundaari-poistovirralla **: tehtiin joukko testejä. Kaikkien näiden testien aikana kä- siteltiin samat 10 gallonaa (n. 38 1) syöttöliuos ta. Syötön ja suodoksen näytteet otettiin 6000 ml:n välein. Kun yli 30 25 litraa syöttöä oli käsitelty, annettiin syöttösäiliön 1 tyhjentyä, se täytettiin sitten uudelleen käsitellyllä suodok-sella ja ajoa jatkettiin. Näytteiden sameusanalyysi suoritettiin välittömästi. Suspendoitu kiintoaine määritettiin suodattamalla näyte 0,45 jum suodatuspaperin läpi.

: : 30 Aluksi tehtiin kolmen kokeen sarja. Näytteenotosta ja käsittelystä aiheutuva suspendoituneen kiintoaineen häviö on syynä myöhemmissä testeissä havaittuun syötön pienempään kuormitukseen suspendoidulla kiintoaineella.

Syötön ja suodoksen suspendoituneen kiintoaineen pi-35 toisuus käytetyn syöttötilavuuden funktiona mitattiin testiajoille 1, 2 ja 3. Nämä testit suoritettiin kaikki 6 in (n. 15 cm) kokouaissuodatinpituudella.

Il: u 73654

Testin n:o 1 aikana syötön suspendoituneen kiintoaineen pitoisuus oli suurimmillaan keskimääräisen kuormituksen ollessa 382 mg/1. Suspendoidun kiintoaineen pitoisuus suodoksessa pysyi suhteellisen muuttumattomana kautta koko 5 testin suorituksen ennen nousua 110 mg/1 maksimiarvoon sen-jälkeen kun 30 1 oli käsitelty.

Kuormittuminen suspendoidulla kiintoaineella vaahto-suodatinkerroksissa suodattimen korkeuden funktiona testeissä 1, 2 ja 3 merkittiin myös muistiin ja on esitetty seulo raavassa taulukossa I. Lukuarvot osoittavat, että vaahdon kuormitus väheni suodattimen korkeuden kasvaessa. Uskotaan, että suurempi kiintoainekuormitus, joka saatiin alemmilla virtauksilla, on yhteydessä suurempaan kiintoainepitoisuu-teen syötössä.

15 Kolmen ensimmäisen testin jälkeen suodatuskiekot pu ristettiin kuudesta tuumasta (n. 15 cm) kolmen tuuman (n.

7,5 cm) korkeuteen ja samalla syöttöliuoksella suoritettiin neljäs testi. Suspendoidun kiintoaineen pitoisuus syötös-sä ja suodoksessa ajan funktiona tässä kokeessa mitattiin 20 myös. Suodoksen laatu pysyy itseasiassa muuttumattomana koko 75 minuutin testin aikana. Pois heitetyn suspendoituneen kiintoaineen keskimäärä oli 87 % suspendoituneen kiintoaineen määrän syötössä ollessa keskimäärin 88 mg/1. Suspendoituneen kiintoaineen määrä vaahtokerroksessa suodattimen 25 korkeuden funktiona tälle testille merkittiin myös muistiin. Samoin kuin 6 tuuman (n. 15 cm) vaahdon korkeudella muissa kolmessa testissä karkea suodatinkerros pidätti n.

50 % kiintoaineesta.

Tässä testisarjassa saadut lukuarvot on koottu seu-30 raavaan taulukkoon I.

12 7365 4 #> ο'·° C\° lq o ' co \c i—i 2 ,s' (X) Γ'· co

Zj ro ί 6'° o'»0 c\° c''° *r^ ^ <-n σ\ co (N j co r- r- co r-1 ί :0 # # # dvo 4-) :0 oo in m (n σι >, t-ι oo co r~ oo (Λ

G i dP dP dP dP

i—i -—. rs: ' m r-~ co

rH Id H i CO CO VD CO

01 Id 1

G

•H -4 j dP dc <#P dP

00 -r~, I

rid i "d1 sd o p' L4 — oi CO O O 00 j

λ I

CN ! ε | _ o

!—i I ! Os G j Cl "S· 00 CT

I «to O -H O rH rs] o 01 = G tfi un £ j 44 . -H ΐ D ^ ; 44 44 4-i 0) £cn i 0 a Ή a i E n-^rooi^ rW O O j ·.«.·,%

d ^ > C, '—' N— ! '—i ΓΟ *s£) i—I

S I

t :··; -hi :rC co . d td ‘S'* :c3 0 O ’

..... S CO i—li—I

•H Cd rH i-!

44 -t-i CD O I

..... CO - —I d! CL ; (N n- CT O

Ο Ξ G G ; cocroos 44 G G -H | ro i—I i—i : : ; o +-> G 1 G G Ή O ·—> j

:0 -4 0 4 H

4-> Oj 4 N I

:θ G G Ή CT

CO G Gjnc — ! - - g S ; — . - - -g g ; in m m «.

4-1 O j rH rH i-H t"r

G G

• · - Ό 7 — 04 C | G -G -H ; SO SO CD ΓΟ : CO ou — j ‘ ·Η

-P

m O O «H cn m «a·

CD 0 G

H 44 G

II

13 7365 4 Nämä lukuarvot osoittavat, että polyuretaanivaahto-suodattimien poistotehokkuus paperitehtaan sekundaari-pois-tovirroille on aina 85 %.

Esimerkki 2 5 Suoritettiin testejä paperitehtaalta tulevilla se- kundaari-poistovirroilla, joissa suspendoituneen kiintoaineen määrä vaihteli. Saadut tulokset on esitetty seuraavas-sa taulukossa II.

Taulukko II

10

Vaahto- Virta- Suspen- Suspen- Keskimää- matriisi usnopeus doitua doitua räinen (g fm) kiinto- kiinto- poisto-% (dnv/min/irr) ainetta ainetta syötössä suodok-keskim. sessa 15 keskim.

5.1 cm kutakin seuraavista: 24/40/40/40 huokosta/1 cm (Z-tyyppi) 10 (410) 30 ppm 7 ppm 77 % 20 5.1 cm kutakin seuraavista: 24/40/40/40 huokosta/1 cm (Z-tyyppiä) 10 (410) 59 ppm 16 ppm 73 % 25 Nämä lukuarvot osoittavat, että käsiteltävän poisto- virtauksen kiintoainepitoisuus voi vaihdella laajalla alueella vain vähäisin vaikutuksin poistotehokkuuteen. Esimerkki 3

Vaikka sekä Q-tyyppiset että Z-tyyppiset verkkoute-30 tut polyesteripolyuretaanivaahdot ovat tehokkaita kiintoaineen poistoon, saadaan Q-tyyppisellä vaahdolla parempi poisto. Tämä ilmenee seuraavassa taulukossa III esitetyistä tuloksista:

Taulukko III

73654

Vaahto- Virtaus- Suspen- Suspen- Keski- matriisi nopeus doitua doitua määräi- (<?fw) 2 kiinto- kiinto- nen 5 (dmJ/min/m^) ainetta ainetta poisto-% syötössä suodok- keskim. sessa keskim.

15.2 cm x 32 huo- kosta/1 cm (Q) 10 (410) 52 ppm 7 ppm 87 % 10 15.2 cm x 32 huo- kosta/1 cm (Z) 10 (410) 52 ppm 32 ppm 38 %

Parempien tulosten Q-tyyppisellä vaahdolla uskotaan johtuvan Q-vaahdon lisääntyneestä pinta-alasta.

15 Esimerkki 4

Kuten edellä esitettiin, ovat vaahdon huokosten pinta-ala ja mikropyörteiden lukumäärä polyuretaanivaahdossa kumpikin tärkeitä tekijöitä kiintoaineen poiston tehokkuuden suhteen. Muiden muuttujien ollessa samat poistaa esi-20 merkiksi vaahto, jossa on 40 huokosta/1 cm, enemmän suspen-doitua kiintoainetta kuin samanpaksuinen vaahtokerros, jos-sa on 24 huokosta/1 cm, kuten seuraavassa taulukossa IV on osoitettu.

Taulukko IV 25

Vaahto- Virtaus- Suspen- Suspen- Keski- matriisi nopeus doitua doitua määräi- (gfm) kiinto- kiinto- nen (dm'Vmin/irr) ainetta ainetta poisto-% syötössä suodok-keskim. sessa 30 keskim.

10.2 cm x 24 huokosta/1 cm (Z-tyyppi) 10 (410) 26 ppm 22 ppm 15 % 35 10,2 cm x 40 huo kosta/1 cm (Z-tyyppiä) 10 (410) 26 ppm 11 ppm 58 % t! 73654

Lisääntynyt pmta-aia yksinään ei kuitenkaan johda suurempaan poistotehokkuuteen, jos mikropyörteiden muodostuminen samanaikaisesti vähenee. Tämä on osoitettu kokeilla, joiden tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa V.

5 Taulukko V

Vaahto- Virtaus- Suspen- Suspen- Keskimää- matriisi nopeus doitua doitua räinen (gf®) „ kiinto- kiinto- poisto-% (dmJ/min/irr) ainetta ainetta syötössä suodok-keskim. sessa keskim.

5.1 cm kutakin seuraavista: 40/32/40/40 huokosta/1 cm 15 (Z-tyyppiä) 10 (410) 30 ppm 6 ppm 80 % 5.1 cm kutakin seuraavista: 32/40/40/40 huokosta/1 cm 20 (Z-tyyppiä) 10 (410) 30 ppm 7 ppm 77 % :.· 5,1 cm kutakin seuraavista: 40/40/40/40 huokosta/1 cm (Z-tyyppiä) 10 (410) 22 ppm 8 ppm 64 % 25

Kolmannella vaahtomatriisilla on suurempi pinta-ala kuin kahdella muulia systeemillä, mutta sen kiintoaineen poistotehokkuus on myös alempi kuin kahdella muulla, mikä johtuu vähentyneestä mikropyörteiden muodostuksesta. Esi-‘ 30 tetyt lukuarvot osoittavat myös, että muutos peräkkäisten kerrosten huokoskoossa on toivottava tehokasta kiintoaineen poistoa varten. Tämän arvellaan lisäävän mikropyörteiden muodostuksessa vaahtohuokosten seinämällä. Kaikissa tapauksissa yksittäiset vaahtokerrokset sijoitettiin siten, että 35 huokoset olivat umpimähkään suuntautuneita edellä selostetulla tavalla.

73654 16

Esimerkki 5 Tämän keksinnön mukaisen menetelmän mekanismiin liittyvistä tärkeistä tekijöistä uskotaan yhden olevan sähköstaattinen vetovoima. Jos kiinteiden hiukkasten varaus muut-5 tuu negatiivisesta nollaksi tai lievästi positiiviseksi, tällaisia kiintoaineita ei voida poistaa keksinnön mukaisella menetelmällä. Tämä osoitetaan lisäämällä suuri annos "Reten 304":ää, kationista retentioapuainetta, sekundaari-poistovirtaan, joka sisältää keskimäärin 32 ppm suspendoi-10 tunutta kiintoainetta syötössä. Lisätyn "Reten 304":n määrä oli 13,3 ppm. Käytetty vaahtomatriisi käsitti 5,1 cm kulloinkin Z-tyyppistä polyuretaani-vaahtokerrosta, joissa oli 32/40/40/40 huokosta/1 cm. Suspendoituneen kiintoaineen poistoa ei tapahtunut.

15 Esimerkki 6

Sen osoittamiseksi, että n. 15,2 cm suurempi vaah-topatjan paksuus ei ole tarpeen, suoritettiin testi muuten samoissa olosuhteissa, paitsi että vaahtokerroksen paksuus vaihteli. Saadut tulokset on esitetty seuraavassa taulukos-20 sa VI.

Taulukko VI

Vaahto- Virtaus- Suspen- Suspen- Keski- ·; matriisi nopeus doitua doitua määräi- . (gfm) kiinto- kiinto- nen 25 (dnu/min/m^) ainetta ainetta poisto-% syötössä seok-keskim. sessa keskim.

15.2 cm x 32 huokosta/ 1 cm 30 (Z-tyyppiä) 8 (330) 68 ppm 45 ppm 34 % 20.3 cm x 32 huokosta/ 1 cm (Z-tyyppiä) 8 (330) 68 ppm 44 ppm 35 % 35 Toisin kuin hiekkasuodattimilla tai monikomponentti- suodattimilla, joissa poistotehokkuus lisääntyy kerrospaksuuden mukana, on havaittu, että tämän keksinnön mukaisesti 11 17 7265^ ei ole tarpeen käyttää suurempaa suodatuspatjän paksuutta kuin n. 15,2 cm.

Esimerkki 7

Virtausnopeus, joka on saavutettavissa keksinnön mu-5 kaisella menetelmällä, on melko suuri verrattuna tavallisiin suodatusmenetelmiin. Seuraavat lukuarvot, jotka on esitetty taulukossa VII, osoittavat, että virtausnopeutta voi- 3 2 daan lisätä 2 gfm:sta (n. 80 dm /min/m ) 10 gfm:ään (n. 410 3 2

dm /min/m ) ilman havaittavaa muutosta poistotehokkuudessa. 10 Taulukko VII

Vaahto- Virtaus- Suspen- Suspen- Keskimää- matriisi nopeus doitua doitua räinen (gfm) kiinto- kiinto- poisto-% (dmJ/min/nr) ainetta ainetta 25 syötössä suodok- keskim. sessa keskim.

5.1 cm kutakin seuraavista: 32/40/40 huo- 't kosta/1 cm 2 (80) 54 ppm 22 opm 59 % 20 5.1 cm kutakin seuraavista: 32/40/40 huo- kosta/1 cm 4 (160) 54 ppm 24 ppm 56 % 25 5,1 cm kutakin seuraavista: 32/40/40 huokosta/! cm 6 (240) 54 ppm 22 ppm 59 % 5.1 cm kutakin 30 seuraavista: 32/40/40 huo- kosta/1 cm 8 (330) 65 ppm 23 ppm 57 % 5.1 cm kutakin seuraavista: 32/40/40 huo- 35 kosta/1 cm 10 (410) 54 ppm 21 ppm 61 % 18 7 3654

Esimerkki 3

Seuraavat lukuarvot kuvaavat suhteellisen pitkiä "breakthrough"-pisteen saavuttamiseen kuluvia aikoja, jotka ovat saavutettavissa keksinnön mukaisessa menetelmässä.

5 Paperitehtaalta tulevan sekundaari-poistovirran, jos sa oli vapaata suspendoitunutta kiintoainetta keskimäärin 3 36 ppm, annettiin virrata nopeudella 10 gfm (410 dm /min/ 2 m ) vaahtomatriisin läpi, joka käsitti 5,1 cm kutakin seu- raavista Z-tyyppisistä polyuretaani-vaahdoista 40/32/40/40 10 huokosta/1 cm. Testiä kesti 12 tuntia ennen "breakthrough"- pistettä. Suodoksessa oli suspendoitunutta kiintoainetta keskimäärin 8 ppm ja keskimääräinen poistoprosentti oli 78 %.

Paperitehtaan prosessista tulevan sekundaari-poisto- virran, joka sisälsi syötössä keskimäärin 52 ppm suspendoi- 15 tunutta kiintoainetta, annettiin virrata nopeudella 10 gfm 3 2 (410 dm /min/m ) vaahtomatriisin läpi, joka käsitti 15,2 cm x 32 huokosta/1 cm Q-tyyppistä polyuretaanivaahtoa. Pois-tovirta juoksi 17 tuntia ennen "breakthrough"-pistettä. Suo-doksessa oli suspendoitunutta kiintoainetta keskimäärin 7 . 20 ppm keskimääräisellä 87 %:n poistoasteella.

Esimerkki 9

Koska useimmissa jäteveden käsittelyjärjestelmissä lisätään polymeerejä edistämään suspendoituneen kiintoaineen koaguloitumista ja laskeutumista, tutkittiin polymee-·.· 25 rilisäyksen vaikutus. Kuten seuraavassa taulukossa IX on esitetty, ei kitosaanin lisääminen yhden tai kahden ppm:n määränä vaikuttanut suodatustehokkuuteen.

Il

Taulukko IX

19 7365 4 Vääntö- Virtaus- Suspen- Suspen- Keskimääriä tr nsi nopeus doitua doitua räinen ? kiinto- kiinto- poisto-% 5 icin', /min/n>3) ainetta ainetta syötössä suodok-keskim. sessa keskim.

5.1 cm kutakin seuraavista: 24/40/40 huo- 10 kosta/1 cm (Z-tyyppiä) 7,6 >310) 50 ppm 31 ppm 38 % 5.1 cm kutakin seuraavista: 24/40/40 huo- 15 kcsta/i cm (Z-tyyppiä) 7,6 (310) 50 ppm 29 ppm 42 %

Sekundaari-poistovirtaan lisätty 1 ppm kitosaania ennen suodatusta 20 5,1 cm kutakin seuraavista: 24/40/40 huo-kosta/1 cm (Z-tyyppiä) 7,6 (310) 60 ppm 30 ppm 40 %

Sekundaari-poistovirtaan lisätty 2 ppm kitosaania ennen suodatusta 25

Esimerkki 10 Tämän keksinnön mukaisen menetelmän on havaittu myös alentavan sekundaaripoistovirran kemiallista hapen tarvetta (COD) 10 - 20 %:lla ja biokemiallista hapen tarvetta (BOD) : 30 40 - 60 %:lla. Koetulokset, joista tämä ilmenee, on esitet ty seuraavassa taulukossa X.

2 0 7 3 6 5 4

Taulukko X

Näytelaji BOD^ Alenema COD Alenema BOD^rssä COD:ssä 5 sekunöaari-lasku- virta 10,6 - 260 - suodos 15,2 cm:n (32 huokosta/1 cm) jälkeen 10 (Q-tyyppiä) 6,4 40 % 240 8 % sekundaari-lasku- virta 10,5 - 325 - suodos 15,2 cm:n 15 (32 huokosta/1 cm} jälkeen (Q-tyyppiä) 4,0 62 % 270 17 %

Samalla kun keksintöä on selostettu erään edullisen suoritusmuodon yhteydessä, ei ole ollut tarkoitus rajoit-20 taa keksinnön piiriä tähän nimenomaiseen esitettyyn muo-toon, vaan, päinvastoin, se on tarkoitettu kattamaan täl-lauset vaihtoehdot, muunnokset ja samanarvoiset menetelmät, '*r jotka voidaan sisällyttää keksinnön henkeen ja piiriin ku- ten oheisissa patenttivaatimuksissa on määritelty.

11-

Claims

7 3 6 5 4
1. Menetelmä suspendoituneen hienojakoisen kiintoaineen poistamiseksi jostakin poistovirrasta, jolloin pois-5 tovirta johdetaan avosoluisen, puristuvan, hydrofobisen polymeeriaineksen läpi ja tätä materiaalia puristetaan siihen kiinnittyneen kiintoaineen poistamiseksi aineksen rege-neroimiseksi, tunnettu siitä, että mainittu avoso-luinen puristuva hydrofobinen polymeeriaines on muodostet-10 tu ainakin kahdesta peräkkäisestä mainittua ainesta olevasta kerroksesta, jolloin kerrokset on sijoitettu niin, että jokaisen kerroksen avosoluiset huokoset ovat umpimähkään suuntautuneet jokaisen viereisen kerroksen huokosten suhteen.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siinä, että polymeeriaines on polyuretaania, tai styreeni-butadieeni-kumia, jossa 1 cm:n matkalla on n. 24-40 huokosta.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n -20 n e t t u siitä, että polymeeriaines on verkkomainen poly-esteripolyuretaani-vaahto, joka on Q-tyyppiä tai Z-tyyppiä ja jossa 1 cm:n matkalla on n. 24-40 huokosta. --· 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeriainesker-25 roksessa, jonka läpi poistovirta ensin johdetaan, on suurempi määrä huokosia 1 cm:ä kohti kuin seuraavassa myötävirtaan olevassa kerroksessa.
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että poistovirta on pa- 30 peritehtaan sekundaari-poistovirta ja polymeeriaines pu-- ristetään "breakthrough"-pisteessä vaahdon regeneroimiseksi.
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polymeeriaineksen peräkkäisten kerrosten yhteinen paksuus on n. 10-20 cm, 35 jolloin jokaisen kerroksen paksuus on n. 2,5-5 cm.
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä suspendoituneen hienojakoisen kiintoaineen poistamiseksi paperi- o n 73654 tehtaan sekundaari-poistcvirrasta, tunnettu siitä, että ooistovifta johdetaan usean peräkkäisen verkkomaista polvesteriooiyuretaani-vaahtoa olevan kerroksen läpi, jolloin oolyestaripolyuretaani-vaahto on Q-tyyppiä ja siinä 5 on n. 24-40 huokosta 1 cm:n matkalla, ja nämä kerrokset puristetaan, kun ne eivät enää pysty poistamaan kiintoainetta poistovirrasta niihin kiinnittyneen kiintoaineen poistamiseksi kerrosten regeneroimiseksi, jolloin kerrokset on sijoitettu niin, että jokaisen kerroksen avosoluiset 10 huokoset ovat umpimähkään suuntautuneet kummankin viereisen kerroksen huokosiin nähden. S. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin kahdessa kerroksessa en eri määrä huokosia 1 cm:ä kohti.
9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että peräkkäisten polyuretaanivaah-tokerrosten yhteinen paksuus on n. 10-20 cm, jolloin jokaisen kerroksen paksuus on n. 2,5-5 cm.
10. Patenttivaatimuksen 7, 8 tai 9 mukainen menetel-20 mä, tunnettu siitä, että polyuretaani-vaahtoker-roksessa, jonka läpi sekundaari-poistovirta ensin johdetaan, on 24-40 huokosta 1 cm:ä kohti ja myötävirtaan seu-raavassa kerroksessa on suurempi määrä huokosia 1 cm:ä kohti.
11. Patenttivaatimuksen 7, 8 tai 9 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että peräkkäisiä polyuretaani-vaahtokerroksia on kolme, joista jokainen on yhtä paksu, jolloin keskikerroksessa on pienempi lukumäärä huokosia 1 cm:ä kohti kuin ulkokerroksissa. 30 i< 73654