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Verfahren zum Klären und Reinigen von feste Schwebstoffe enthaltendem
Oberflächenwasser und Betriebswasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klären
und Reinigen von feste Schwebstoffe enthaltenden Oberflächenwässern und Betriebswässer
durch organische Flockungsmittel in Verbindung mit anorganischen Klärhilfsstoffen.
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In Klärungssystemen senkrechter oder waagerechter Stromrichtung werden
vor der Klärung im allgemeinen Vorreinigungsanlagen angewandt. Als Klärungschemikalien
(Fällmittel, Flockungsmittel) gelangen im allgemeinen Aluminiumsulfat und Eisensulfat
zur Anwendung. Nachteilig ist, daß der Wirkungsgrad dieser Mittel nicht zufriedenstellend
ist, da das gereinigte Wasser noch Stoffteilchen enthält. Außerdem ist der Gleichgewichtszustand
außerordentlich labil, so daß eine äußerst geringe Schwankung in der Wasserbeschaffenheit
die Wirkung der Klärarbeit in Frage stellt. Wegen dieser sich in der Reinigungstechnologie
erweisenden Unsicherheit schwankt stets die Quantität des Reinwassers. Somit kann
festgestellt werden, daß durch Fällungs- oder Flockungsverfahren eine kontinuierliche
Wasseraufbereitung von gewünschter Menge und Güte nur schwer zu verwirklichen ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren vermag Qualitätsschwankungen im Reinwasser
zu beseitigen.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß seine
Anwendung in den vorhandenen Wasserreinigungsanlagen das Mehrfache, ungefähr das
3- bis 4fache, der mit den bekannten Methoden erzielten Wasserreinigungskapazität
gewährleistet.
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Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zum Klären und Reinigen
von feste Schwebstoffe enthaltendein Oberflächenwasser und Betriebswasser durch
organische Flockungsmittel in Verbindung mit anorganischen Klärhilfsmitteln und
anschließendem Regenerieren der anorganischen Klärhilfsmittel, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß man einen an sich bekannten organischen Kettenpolymer-Polyelektrolyten
mit einem Polymerisationsgrad von etwa 500 bis 70000, gegebenenfalls
andere für die Wasserklärung übliche Fällungsmittel und feste, mineralartige körnige
Klärhilfsmittel, vorzugsweise Quarzsand, mit einer Teilchengröße von 10 bis
200 Mikron und einer spezifischen Oberfläche (nach L e a - N u r s e) von
100
bis 500 cm2/g dem aufzubereitenden Wasser zusetzt und die festen,
mineralartigen, körnigen Klärhilfsmittel wieder zur Wasserklärung einsetzt, nachdem
man sie in einer Hydrozyklon-Batterie regeneriert hat.
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Als mineralartiger, fester, körniger Klärhilfsstoff wird vorzugsweise
solcher Quarzsand angewandt, dessen Korngröße 10 bis 200 Mikron und die spezifische
Oberfläche 100 bis 500 cm2/g (nach L e a -N u r s e) beträgt. Als
Kettenpolymer-Polyelektrolyt wird ein Polymer verwendet, dessen funktionelle Gruppen
jeweils ein molkohäsisches Inkrement von 5 bis 20 Kcal/Mol besitzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf folgenden Erkenntnissen:
1. Verschiedene Polyelektrolyte wurden dem feste Schwebestoffe enthaltenden
Wasser zugesetzt und der Wirkungsgrad der Klärung untersucht. Es wurde hierbei festgestellt,
daß unterhalb einer bestimmten Feststoffkonzentration auch der wirksamste Polyelektrolyt
eine vollständige Klärung des Rohwassers nicht mehr durchzuführen vermag.
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2. Wenn aber gleichzeitig mit den Polyelektrolyten feste und kompakte,
eine kleine spezifische Oberfläche aufweisende Stoffe, wie z. B. feiner Quarzsand,
angewandt wird, dann können auch verdünnte Suspensionen binnen kurzer Zeit mit einem
guten Wirkungsgrad geklärt werden.
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3. Der Wirkungsgrad kann weiter erhöht und die Polyelektrolytmenge
vermindert werden, wenn außer dem Polyelektrolyt auch andere sonst übliche, zur
Klärung bekannte Chemikalien (Fällungs- oder Flockungsmittel) angewendet werden.
4.
Der dem Rohwasser zugesetzte Quarzsand wird im Kreislauf geführt, wobei die Regenerierung
desselben durch Anwendung in einer Hydrozyklon-Batterie durchgeführt wird.
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Obige Erkenntnisse beruhen auf folgenden Laboratoriumsversuchen: Als
Suspensionsmodell wurde ein Moorwasser (Ursprung Äszär, Transdanubien) gewählt.
Das Rohwasser wies einen relativen Trübegrad von 210 (gemessen mit einem Pulfrich-Photometer)
auf, der Schwebstoffgehalt betrug 105 mg/1 (g/m3), die Huminsäure bzw. Humatkonzentration
betrug etwa 20 mg/1 und die Farbe des Rohwassers war grünlichgelb.
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Die Proben wurden in vier mit Glasstopfen versehene 1-Liter-Meßzylinder
eingefüllt, worauf den Meßzylindern die nachstehend angegebenen Stoffe bzw. Zusatzstoffe
zugesetzt wurden. Schließlich wurde der Inhalt der Meßzylinder nach Zugabe dieser
Stoffe 6 Minuten durchgemischt. Der Vorgang der Wasserklärung wurde als Funktion
der Zeit untersucht, derart, daß der Feststoffgehalt der in die Zylinder eingeführten
Lösungen durch Einengen bestimmt wurde. Die zu bestimmenden Proben wurden
5 cm unter dem Flüssigkeitsniveau entnommen.
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Zylinder 1:
Rohwasser Zylinder 2: Rohwasser + eine Zusammensetzung
entsprechend der USA.-Patentschrift 3 130 167, Spalte 3, Composition
C, und zwar 20 ppm organische Flokkungsmittel, enthaltend 4 ppm Polyacrylamid
und 16 ppm Bentonit (die Mischung wurde in 10 ml Wasser suspendiert
bzw. gelöst und dosiert); Zylinder 3:
Rohwasser + eine Mischung von
16 ppm gemahlenem Serpentin (entsprechend der deutschen Patentschrift
156 578) und 4 ppm Polyacrylamid; Zylinder 4: Erfindungsgemäße Mischung,
enthaltend 30 ppm AI2(SO4)3, 4 ppm Polyacrylamid und 4 g/1 körnigen
Quarzsand.
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NacheinerAbsitzdauervon1,2,4,6,8 und 12Minuten wurde der Schwebestoffgehalt
der entnommenen Proben bestimmt. Er ist in der folgenden Tabelle angegeben.
| Tabelle I |
| Feststoffgehalt ing/1 |
| Reihenfolge |
| Klärzeit, Minuten der Meßzylinder |
| 1 1 2 3 1 4 |
| 1 105 100 102 65 |
| 2 100 90 95 46 |
| 4 100 82 95 35 |
| 6 90 74 87 23 |
| 8 90 70 85 19 |
| 12 85 62 80 12 |
Hieraus kann festgestellt werden, daß erfindungsgemäß die Klärung der Schwebstoffe
-und kolloidal gelösten Verunreinigungen rasch vor sich geht. Ein gewisser Kläreffekt
kann auch bei einer Bentonit enthaltenden Probe (Zylinder 2) wahrgenommen werden.
Der Kläreffekt ist jedoch auch nach 12 Minuten äußerst gering. Das angewandte Serpentin
(Zylinder
3)
ist demgegenüber vollkommen wirkungslos.
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Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren sich in erster Reihe auf die
Klärung von festen anorganischen Schwebstoffen bezieht, ergibt es jedoch ein befriedigendes
Resultat auch bei der Klärung von Hunünstoffen. Das erfindungsgemäß geklärte Moorwasser
wird klar, und die ursprüngliche grünlichgelbe Farbe war verschwunden. Der Humatgehalt
des geklärten Wassers betrug höchstens etwa 1 bis 2 mg/l.
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Der durchgeführte Versuch ist ein überzeugender Beweis dafür, daß
das vorliegende Verfahren einen bedeutenden technischen Fortschritt gegenüber dem
Stand der Technik aufweist.
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Gegenüber dem aus der deutschen Patentschrift 156 578 und der
USA.-Patentschrift 3 130 167 bekannten Stand der Technik ist das erfindungsgemäße
Verfahren erfinderisch, da nicht angenommen werden konnte, daß ein Stoff ohne aktive
Oberfläche, wie z. B. Quarz, eine solche Klärwirkung hervorbringen kann.
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Die Erfindung beruht somit darauf, daß zugleich mit einem Polyelektrolyt
solche Kristallkeime dem Rohwasser zugeführt werden, daß sie infolge ihres Gewichtes
die Absetzgeschwindigkeit der Polyelektrolytflocken erhöhen.
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Vermutlich knüpfen sich die Kettenmoleküle des Polyelektrolyten mit
ihren funktionellen Gruppen einerseits an die sich schwer absetzenden, einen großen
Dispersitätsgrad aufweisenden Feststoffteilchen, andererseits an den künstlich eingeführten
festen, mineralartigen, kömigen Klärhilfsstoff.
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Eine zweite Versuchsreihe wurde ausgeführt, um festzustellen, welche
Faktoren bezüglich der Wirksamkeit des Klärhilfsstoffes in Betracht gezogen werden
sollen. Bei diesen Versuchen wurden grobe, feine und Mikro-Bimssteine und Fraktionen
von Quarzsand verschiedener Korngröße und spezifischer Oberfläche angewandt. Die
Klassierung der angewandten Stoffe wurde mit Hilfe von Sieben bzw. durch Klassierung
mit Hydrozyklonen ausgeführt. Die Korngröße und spezifischen Angaben der angewandten
Stoffe befinden sich in der nachstehenden Zusammenstellung.
| Klassierungstabelle |
| Korn- Spezifische |
| Produkt größe in Oberfläche etwa |
| Mikron ein2/9 |
| CL e a-N u r s 6) |
| I. roher Bimsstein 30bis200 1500 |
| II. feiner Bimsstein 30bis100 2000 |
| Ill. Mikro-Bimsstein 15bis100 7000 |
| IV. Quarzsand 30bis100 220 |
| V. Quarzsand 15bis 30 500 |
| VI. Quarzsand Obis 20 900 |
Als Flockungsmittel wurde ein Kettenpolymer-Polyelektrolyt von
10000 bis
70000 Polymerisationsgrad und einem molkohäsischen Inkrement von
5 bis 14 Kcal/Mol angewendet: z. B. ein Copolymer von Polyacrylamid- und
Polyacrylsäure, wasserlöslicher Teil
50 11/0. Die untersuchten Suspensionssysteme
waren Flußwasser mit einer Feststoffkonzentration von
300 g/m3,
50 g/ms und Flußschlämme mit einer Feststoffkonzentration von
1300
g/m3.
Es wurde ein Polyelektrolyt und ein fester mineralartiger
Klärhilfsstoff in gleicher Menge einzeln und zusammen dem zu klärenden Wasser zugegeben.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle
11 angegeben.
| Tabelle II |
| Klären durch gleichzeitigen Zusatz von Klärhilfsstoff und Polyelektrolyt |
| Trübstoffgehalt: 0,36 g/1 |
| Feststoffgehalt |
| Polyelektrolytzusatz Klärhilfsstoffzusatz 9/1 Bemerkung |
| Klärungszeit |
| g/M3 kg/m3 30' 60' |
| Rohschlamm 0,34 0,254 nach 10 Stunden trüb |
| AI,(S0,), 60 0,36 0,25 nach 10 Stunden trilb |
| Polyacrylamid 10 0,234 0,19 nach 2 Stunden klar |
| Mischpolymerisat aus |
| Polyacrylamid und |
| Polyacrylsäure |
| (bzw. Na-Salz) 20 0,24 0,19 nach 2 Stunden klar |
| Bimsstein 11 2 0,262 0,238 nach 10 Stunden trüb |
| Bimsstein 111 2 0,246 0,224 nach 10 Stunden trüb |
| Quarzsand IV 2 0,25 0,22 nach 10 Stunden trüb |
| A12(SOI)1 60 Bimsstein 11 2 0,266 0,246
nach 10 Stunden trüb |
| A12(SO4)3 60 Bimsstein 111 2 0,33 0,278 nach
10 Stunden trüb |
| A12(SO4)3 60 Quarzsand IV 2 0,29 0,242 nach
10 Stunden trüb |
| Polyacrylamid 10 Bimsstein Il 2 0,214 0,13 nach
30 Minuten klar |
| Polyacrylamid 10 Bimsstein 111 2 0,158 0,114
nach 30 Minuten klar |
| Polyacrylamid 10 Quarzsand IV 2 0,134 0,09 nach
30 Minuten klar |
| Mischpolymerisat aus |
| Polyacrylamid und |
| Polyacrylsäure |
| (bzw. Na-Salz) 20 Quarzsand IV 2 0,142 0,10 nach
30 Minuten klar |
| AI2(SO4)3 30 Bimsstein 11 2 0,262 0,19 nach
10 Stunden trüb |
| AI2(SO4), 30 Bimsstein 111 2 0,27 0,21 nach
10 Stunden trüb |
| AI,(SO4)3 30 Quarzsand IV 2 0,26 0,19 nach
10 Stunden trüb |
| AI,(SO4), 60 Quarzsand V 2 0,274 0,218 nach
10 Stunden trüb |
| AI2(SOJ, 60 Quarzsand VI 2 0,36 0,33 nach
10 Stunden trüb |
| Polyacrylamid 10 Quarzsand V 4 0,42 0,30 Klärung
nach 5 Stunden |
| Polyacrylamid 10 Quarzsand VI 4 0,50 0,38
Klärung nach 5 Stunden |
Diese Zusammenstellung zeigt, daß Quarzsand IV in Mengen von 2 kg/m3 in Verbindung
mit
10 g Polyelektrolyt/m3 den besten Klärerfolg gibt.
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Vergleicht man in Tabelle II die Wirkung von Quarz und Bimsstein,
so ergibt sich, daß Klärhilfsmittel mit einer großen aktiven Oberfläche denen mit
einer weniger aktiven Oberfläche an Klärwirkung nachstehen.
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Der Erfindung gemäß ist das bestgefundene Klärhilfsmittel daher ein
Quarzsand von geringer aktiver Oberfläche mit einer Korngröße von ungefähr
30 bis 100 Mikron (vgl. die Klassierungstabelle). Ein besonderer Vorteil
der Anwendung von Quarzsand besteht darin, daß dieser verschleißfest ist und deshalb
der mechanischen Beanspruchung während der Regenerierung gut widersteht.