DK163228B - Praeparater omfattende mineralpartikler i suspension samt en fremgangsmaade til behandling af vandige systemer dermed - Google Patents

Description

i

DK 163228 B

Opfindelsen angår præparater omfattende en vandig suspension of mineralpartikler med stort tørstofindhold .

Den angår også en fremgangsmåde til behandling 5 af et vandigt system med et sådant præparat, eventuelt efter fortynding af det sidstnævnte. Således kan fremgangsmåden f.eks. anvendes til flokkulering/koagulering af kloakvand eller andet spildevand eller til at inkorporere flokkuleret fyldstof i papirmasse.

10 Partikelformige mineraler er anvendelige ved be handling af kloakvand, eftersom de hjælper til ved klaringen af spildevand ved f.eks konventionelle sedimenteringsprocesser, især ved det primære sedimenteringstrin. Således er kalk velkendt som koaguleringsmiddel 15 ved kloakvandssedimentering og ved slambehandling inden filtrering. Kalk anvendes ofte sammen med separat tilsætning af andre flokkulerings-/koaguleringsmidler, f. eks. kationiske polyacrylamider med stor molekylvægt, ferrichlorid, ferrosulfat eller alun.

20 Dette kalk anvendes normalt som pulver eller som en fortyndet (omkring 10% faststof) opslæmning, der f. eks. fremstilles ved læskning på stedet. Dette kræver imidlertid et anlæg til at håndtere pulveriseret kalk eller læsket hurtigkalk; endvidere er pulveriseret kalk 25 et ubehageligt materiale at arbejde med. Derudover skaber den separate tilsætning af kalk og andre additiver til det vandige system problemet på stedet med håndtering, proportionering og udmåling.

Andre partikelformige mineraler, såsom calcium-30 carbonat, er anvendelige ved kloakvandsbehandling, f. eks. som vægtningsmidler. En blanding af tørlæsket kalk og calciumcarbonat kan være særligt anvendelig som beskrevet i UK-patentbeskrivelse nr. 2.095.226.

Ved papirfremstilling anvendes mineralpartikler, 35 såsom calciumcarbonat, som fyldstoffer og pigmenter. Anvendelsen af flokkulerede mineralpartikler er fordel- 2

DK 163228 B

agtig ved, at den muliggør opnåelse af fyldstofindholdsniveauer, der er større end almindeligt, uden tab af papirstyrke (se f.eks. omtalen i UK-patentbeskri-velse nr. 2.016.498). Flokkuleringsmidlet kan tilsæt-5 tes papirmassen separat inden eller efter at fyldstoffet er tilsat som en opslæmning.

Som et alternativ til separat tilsætning både ved behandling af kloakvand eller andet spildevand og ved papirfremstilling, kan flokkuleringsmidlet sættes 10 til en opslæmning af mineralpartiklerne umiddelbart inden anvendelse. Der foreligger imidlertid alvorlige vanskeligheder med at inkorporere konventionelle flok-kuleringsmidler i opslæmninger med større faststofindhold, eftersom de forårsager kraftig flokkulering og 15 fortykning, således at den resulterende opslæmning ikke strømmer let og ikke let er pumpbar, bortset fra med specialudstyr.

Det ville klart være ønskeligt at angive suspensioner af mineralpartikler med stort faststofindhold, 20 der er let og økonomisk transporterbare, især sådanne suspensioner,·der indeholder de andre komponenter, der er nødvendige til at udføre den ønskede koagulerings/ flokkuleringsproces. Sådanne suspensioner kunne fremstilles med ensartet kvalitet, og de ville simplificere 25 dosering og anvendelse på stedet ved at være et "one-pack"produkt. Således kunne de afhjælpe eller reducere behovet for kostbart udstyr på stedet til at håndtere pulvere, væsker eller opslæmninger, til at proportionere og udmåle komponenter, der tilsættes separat, eller 30 til at blande partikelsuspensioner og et flokkulerings-middel med stor hastighed. Endvidere er reduktionen i de omkostninger, der følger af transport af vand, større jo større faststofindhold.

For at være anvendelige bør sådanne suspensioner 35 med stort faststofindhold imidlertid være enkle at håndtere og anvende og må let kunne pumpes/udmåles i 3

DK 163228 B

regulerede mængder. Her må to problemer afhjælpes.

For det første falder viskositetsegenskaberne for opslæmninger med stort faststofindhold hurtigt, efterhånden som deres faststofindhold forøges. For eksempel er 5 der udført de følgende målinger for en kalkopslæmning uden additiver og med et faststof indhold på 50 vægt%: en flydespænding på 1335 dyn/cm2 (133,5 N/m2) og en apparent viskositet ved en forskydningshastighed på 600 s-1 på 264 cP (0,264 Pa.s) (målinger udført på et Haake 10 Rotovisco RV2 viskometer under anvendelse af kop MV St og flåd MVI).

En vis viskositetsreduktion kan opnås ved inkorporering af en lille mængde dispergeringsmiddel eller overfladeaktivt middel, såsom et polyphosphat, et salt 15 af en polyacrylsyre eller et salt af polymethacrylsyre.

De to sidstnævnte foretrækkes ved vand/kloakvandsbe-handling. Anvendelsen af disse materialer alene fører imidlertid generelt til frembringelse af et sejt sediment ved sætning.

20 For det andet forårsager tilsætningen af et flokkuleringsmiddel til en mineralsuspension normalt kraftig flokkulering af partiklerne og resulterer i en tyk pasta, der er vanskelig at håndtere i forarbejdningsanlæg, slamtanke og lignende.

25 GB-A-l 497 280 (The Associated Portland Cement

Manufacturers Limited) beskriver fremstilling af en vandig suspension af mineralpartikler, specielt fyldstoffer til papirindustrien, såsom ler, titandioxid eller navnlig calciumcarbonat, hvilken suspension omfat-30 ter et anionisk deflokkuleringsmiddel, f.eks. et polya-crylat, samt et anionisk polymert flokkuleringsmiddel, f.eks. et polyacrylamid. Funktionen af deflokkule-ringsmidlet er at muliggøre, at flokkuleringsmidlet kan blandes ensartet med partikelsuspensionen uden frem-35 komst af klumpede flokkuleringer. Efter at den ensartede blanding er fremstillet, neutraliseres deflokkule- 4

DK 163228 B

ringsmidlets aktivitet ved tilsætning af en vandig opløsning, som indeholder kationer med en valens større end en, hvorefter flokkuleringsmidlet kan udøve sin flokkulerende virkning uden problemer. De polyvalente 5 kationer tilføres fortrinsvis i form af en opløsning af alun, dvs. aluminiumsulfat, omend der dog også kan anvendes en opløsning af et calciumsalt.

Ved den omhandlede opfindelse tilvejebringes et præparat til behandling af et vandigt system, hvilket 10 præparat omfatter (a) en vandig opslæmning af mineralpartikler med mindst 40% w/w miner al tør stof-koncent ration og (b) et middel eller en blanding af midler, som i det mindste i det væsentlige bevarer mobiliteten af opslæmningen og som udøver en flokkulerende virkning 15 ved fortynding af præparatet med vand eller ved tilsæt ning til vand i et fortyndings forhold på mindst 20:1 (w/w), hvilket middel eller hvilke midler er valgt blandt kationiske polyelektrolytter, der har nitrogen-holdige grupper, amphotere polyelektrolytter, der har 20 nitrogenholdige grupper, og, under forudsætning af at mineralpartiklerne omfatter calciumhydroxidpartikler, anioniske polyacrylamider.

Opfindelsen angår endvidere en fremgangsmåde til behandling af et vandigt system, ved hvilken der til 25 dette system sættes et præparat ifølge opfindelsen, hvilket præparat anvendes som sådant eller efter fortynding.

Opslæmningens mobilitet skønnes at være bevaret, såfremt opslæmningens apparente viskositet (målt på et 30 Haake Rotovisco RV2 viskometer med en forskydningshastighed på 600 s-1) ikke er større end 500 cP (0,5 Pa.s). i tilfældet med kalkholdige opslæmninger er det ønskeligt, at den apparente viskositet ikke skulle overskride 300 cP (0,3 Pa.s). For alle præparater 35 ifølge opfindelsen er den apparente viskositet for trinsvis under 200 cP (0,2 Pa.s). For at opnå accep- 5

DK 163228 B

tabel pumpbarhed har opslæmningen fortrinsvis en plastisk viskositet på ikke mere end 150 cP (0,15 Pa.s), især ikke mere end 100 cP (0,1 Pa.s) og en flydespæn-ding på ikke mere end 600 dyn/cm2 (60N/m2). Normalt 5 vil flydespændingen ikke ligge under 50 dyn/cnr (5N/m ) og er fortrinsvis fra 50 til 300 dyn/cm2 (5 til 30 N/m*).

Opfindelsen muliggør fremstilling af selvflokku-lerende, ikke-sættende, pumpelige, transportable 10 "total"-opslæmninger, dvs. opslæmninger som indeholder alle de komponenter, som er nødvendige for at opnå den krævede koagulation/flokkuleringsproces.

Ved "selvflokkulerende" menes, at præparatet danner flokkulater af partikelformigt materiale ved 15 fortynding med eller i vand (mindst 20:1 (w/w) fortynding) ved anvendelsen. Med andre ord vil komponent (b) aktiveres ved fortynding af præparatet til et lavt tørstofindhold, hvilket bevirker en forøgelse af flokkule-ringen af de mineralske partikler og fremmende på den 20 flokkulerende virkning, som udøves af disse. Vandet kan være blødt vand, hårdt vand eller vand, der er blevet gjort hårdt ved tilsætning af et eller flere salte af multivalente kationer (f.eks. Ca2+, Mg2+ eller Al3+), skønt virkningerne er bedre i hårdt eller hård-25 gjort vand. I almindelighed vil vandet indeholde opløste salte svarende til mindst 50 ppm calciumhårdhed og typisk op til 500 ppm. Vandet kan også være den vandige komponent i et system, der skal behandles, såsom kloakvand eller papirmasse, hvilke to systemer i almin-30 delighed indeholder suspenderet partikelformigt materiale af anionisk karakter. I sådanne tilfælde kan der dannes co-flokkulater af mineralpartikler fra opslæmningen og partikelformigt materiale fra det vandige system.

35 En "ikke-sættende" opslæmning er en, der har acceptabel stabilitet og derfor en rimelig lagerleve- 6

DK 163228 B

tid. For at være praktisk i brug skal en opslæmning have en acceptabel lagerlevetid, der for disse opslæmninger er en modstandsdygtighed mod dannelsen af hårdt sediment ved henstand. En acceptabel opslæmning kan 5 langsomt udfælde sig til dannelse af en ovenstående væskes og et sediment, men sedimentet skal let kunne gen-dispergeres ved omrøring (f.eks. en omrøring ved langsom hastighed) efter mindst -3, og fortrinsvis efter mindst 7 dages udfældning.

10 Mineralpartiklerne kan være af et enkelt mate riale eller en blanding af materialer. Foretrukne materialer er oxiderne, hydroxiderne, sulfaterne, carbo-naterne og hydrogencarbonaterne af jordalkalimetaller-ne; særligt foretrukne er calciumcarbonat (i vilkårlig 15 form, f.eks. kalksten, hvidtekalk eller udfældet

CaCOg), calciumhydroxid og blandinger af disse to (fortrinsvis blandinger med et vægtforhold på fra 19:1 til 1:19 og særligt fra 5:2 til 2:5). Andre mineralske fyldstoffer er også mulige, såsom calciumsulfat (f.eks.

20 gips), talkum, ler, titandioxid, zinkoxid, lithopon, bariumsulfat, kaolin eller zinksulfid. Anvendelige kilder for kalkholdig partikelformige mineraler inkluderer spildmaterialer fra cementfabrikker, f.eks. flyveaske og spildmaterialer fra et kalkværk, en kalkblød-25 gørings- eller afsvovlingsproces.

Skønt foretrukne præparater indeholder calciumcarbonat, er det muligt at anvende bariumforbindelser som delvis erstatning for carbonatet. Bariumforbindelserne kan på grund af deres vægt forbedre udfældningen 30 af kloakvandet eller andet partikelformigt spild, der skal behandles.

Nogle calciumcarbonater, der forekommer naturligt med et alumino-silikatholdig overfladelag eller calciumcarbonater, der er modificeret, kan således være 35 af særlig fordel ved opfindelsen.

Komponenten (b), der i det mindste bevarer op- 7

DK 163228 B

slemningens mobilitet, vil bidrage til den fornødne koagulerings-/flokkuleringsproces, når præparatet anvendes i det vandige system, der skal behandles. En klasse foretrukne midler er kationiske polyelektrolyt-5 ter med nitrogenholdige grupper (f.eks. kvaternære ni-trogenholdige grupper), f.eks. polyaminer (inklusiv de kvaternære polyaminer), polyiminer og dimethyldiallyl-ammoniumchloridpolymere.

En gruppe sådanne polyelektrolytter, der er sær-10 ligt egnede til behandling af kloakvand, er dem med lav molekylvægt (især 106 eller mindre) og stor ladnings-tæthed; ved papirfremstilling kan sådanne polyelektrolytter med større molekylvægt også være egnede.

Amphotere polyelektrolytter, f.eks. sådanne med 15 nitrogenholdige grupper (f.eks. kvaternære nitrogenholdige grupper) kan også være anvendelige her.

Særligt foretrukne til kloakvandsbehandling er kvaternære polyaminer, f.eks. de der er tilgængelige under handelsnavnene Magnafloc 1597 (fra Allied 20 Colloids) og Accurac 41, Superfloe C573 og Accostrength 711 (fra American Cyanamid); dimethyldiallylammonium-chlorid (DMDAAC) homopolymere, f.eks. sådanne med molekylvægte på fra 30.000 til 106, såsom de der er tilgængelige under handelsnavnene Catfloc, Catfloc T og 25 Catfloc T-l (fra Chemviron); og særligt foretrukne til papirfremstilling er DMDAAC/acrylamid co-polymere, f. eks. de der er tilgængelige i opløsnings- eller emulsionsform under handelsnavnene WT 2860, WT 2640, WT 2575, WT 2635 og WT 5504 (fra Chemviron).

30 Polyethyleniminer, såsom de der er tilgængelige under handelsnavnet Polymin (fra BASF), kan også anven des.

Generelt har det vist sig, at de kationiske og amphotere midler, der er beskrevet ovenfor for kompo-35 nent (b), ikke blot opretholder opslæmningens mobilitet, men faktisk forøger den ved en vilkårlig given 8

DK 163228 B

koncentration af mineralpartikler.

Forudsat at præparatet indeholder calciumhydroxid, kan komponenten (b) også vælges blandt anioniske polyacrylamider og mere specielt sådanne polyacrylami-5 der med stor molekylvægt, f.eks. de der tilgængelige under handelsnavnene Magnafloc 155 og Magnafloc 156.

Komponent (b) kan foreligge i præparatet i en mængde på i almindelighed fra 0,0075 til 2%, fortrinsvis fra 0,01 til 1,0% på tørvægtbasis.

10 De stoffer, der ovenfor er nævnt som værende eg nede som komponent (b), anses generelt som flokkule-ringsmidler. Det er derfor overraskende, at de kan anvendes til, ifølge opfindelsen, at fremstille mobile opslæmninger eller suspensioner med stort faststofind-15 hold.

De omhandlede præparater kan naturligvis indeholde andre komponenter. For eksempel kan der inkluderes (c) et strukturmodificerende middel (strukturhjælp), hvis det er ønsket. Syntetisk hektorit har 20 vist sig egnet til dette formål.

Det strukturmodificerende middel (c) kan være til stede i præparatet i en mængde på i almindelighed fra 0,005 til 0,5%, fortrinsvis fra 0,01 til 0,1% på tørvægtbasis.

25 Det omhandlede præparat kan fremstilles ved først at danne en vandig opslæmning af mineralpartikler i nærværelse af (d) et dispergeringsmiddel og derefter tilsætte komponenten (b). Andre fremgangsmåder til fremstilling deraf kan naturligvis anvendes, f.eks. kan 30 dispergeringsmidlet inkluderes i det partikelformige mineralske udgangsmateriale, og komponenten (b) kan tilsættes trinvis under opslæmingens dannelse.

Passende dispergeringsmidler er polyphosphorsyrer, polyacrylsyre, polymethacrylsyre samt salte deraf 35 samt lignosulfonater og lignende. Dispergeringsmidlet (d) kan foreligge i det omhandlede præparat i en mængde 9

DK 163228 B

på i almindelighed fra 0,005 til 2%, fortrinsvis fra 0,01 til 0,5% på tørvægtbasis.

Naturligvis kan hver komponent (b), (c) og (d) være en blanding af passende materialer.

5 For at forbedre effektiviteten af kloakvandsbe handling med et præparat ifølge opfindelsen, især med et foretrukkent præparat, der indeholder en blanding af kalk og calciumcarbonat som mineralkomponenten, er det muligt at anvende et eller flere hjælpemidler valgt 10 blandt kendte flokkuleringsmidler, såsom natriumalumi-nat, ferrisulfat, ferrosulfat, aluminiumchlorhydrat, polyelektrolytter eller fortrinsvis aluminiumsulfat (papirfremstillingsalun). Skønt det er muligt at inkludere hjælpeflokkuleringsmidlet fuldstændigt i det 15 omhandlede præparat, foretrækkes det at sætte noget af eller fortrinsvis alt hjælpeflokkuleringsmidlet til kloakvandet i et separat tilsætningstrin efter tilsætningen af det omhandlede præparat. En sådan separat tilsætning kan udfælde de lette, løse flokkulater, der 20 til tider bryder bort fra hovedflokkulaterne, eller den kan forbedre egenskaberne af de oprindeligt dannede flokkulater for at forbedre udfældning. Det er imidlertid også muligt at tilsætte det omhandlede præparat (eller "totalopslemning") i trin.

25 Blandingsbetingelserne, især forskydningsniveau et og det tidsrum, hvori additiverne efterlades i kontakt med det behandlede system, kan påvirke effektiviteten af den omhandlede fremgangsmåde. Passende betingelser kan imidlertid fastlægges i en vilkårlig given 30 situation.

Som nævnt i GB-A-2095266 (side 1, linie 49 til side 2, linie 9) anvendes forskellige typer apparatur til udfældnings- og klaringsprocesserne ved behandling af kloakvand, inklusiv statiske udfældningstanke (der 35 kan være koblet til en flokkuleringsenhed), slamtæppe-klarere og "enkeltgennemgangs"-anlægget udviklet af P.

10

DK 163228 B

Stead og B. Winfield til hurtig sedimentering af primært kloakvand. De omhandlede præparater kan anvendes sammen med dette og andet apparatur samt hydraulisk separeringsudstyr, (se f.eks. GB-A-2.082.941).

5 De omhandlede præparater finder særlig anvendel se ved behandling af kloakvand og ved papirfremstilling (skønt de kalkholdige præparater i almindelighed ikke er passende til det sidstnævnte). Yderligere anvendelser for disse opslæmninger inkluderer anvendelse ved 10 vandbehandling (f.eks. blødgøring af vand) ved behandling af spildevand, f.eks. fra svin, slagtehuse og tungmetalindustri og til afsvovling af gasser, f.eks. ved vådskrubning og lignende.

Den optimale mængde af den "totale opslæmning", 15 der skal anvendes ved den omhandlede fremgangsmåde, vil afhænge af arten af det vandige system, der skal behandles, og de betingelser, hvorunder tilsætningen skal udføres. I almindelighed vil det være passende at anvende en doseringsmængde på 100 til 1000 ppm, typisk 20 fra 200 til 500 ppm, på tørmineralbasis i forhold til det totale vandige system, der skal behandles.

I de følgende eksempler valgtes komponenterne blandt de følgende materialer.

25 Partikelformig mineral: Northern eller Southern (Engelsk) hvidtekalk i pulver-, opslemning med stort faststofindhold eller filterkageform. Hydra-30 lime (tørlæsket kalk fra

Blue Circle Industries).

Dispergeringsmiddel: Tetron (tetranatriumpyro- phosphat fra Albright & 35 Wilson) Dispex N40 (natri- umpolyacrylat fra Allied Colloids).

11

DK 163228 B

Strukturmodificeringsmiddel: Laponite RD (syntetisk hektorit fra Laporte) 5 Flokkuleringsmiddel: WT 2575 (DMDAAC/acrylamid- copolymer i opløsningsform; stor molekylvægt, kationisk).

WT 5504 (DMDAAC/acrylamid-10 copolymer i emulsionsform; amphoter).

Magnafloc 1597 (en kvater-nær polyamin; molekylvægt ca. 5 x 105; ca. 50% aktiv 15 som markedsført).

Magnafloc 155 eller 156 (stor molekylvægt (ca. 5 x 1O6) anioniske polyacryla-mider; anionisk karakter 20 20%).

Catfloc T-l (en DMDAAC homopolymer ).

Accurac 41 (en kvaternær polyamin).

25 Superfloe C573 (en kvater nær polyamin).

Farveforbedringsmiddel: Natriumhypochloritopløs- ning (15% tilgængelig 30 chlor).

Alle viskositetsmålinger udførtes under anvendelse af et Haake Rotovisco RV2 viskometer med en forskydningshastighed på 600 s-1. Bortset fra hvor andet 35 er angivet, var de omhandlede opslæmninger, der er be- 12

DK 163228 B

skrevet i eksemplerne, ikke sættende som defineret ovenfor.

Eksemplerne 1 til 4 beskriver præparater, der ville være egnede til anvendelse ved fremstilling af 5 papirfyldstoffer.

Eksempel l

Den følgende præparat fremstilledes: 10 52,6 kg vand 256,8 kg 73,6% W/W Southern hvidtekalkfilterkage 519,7 g Tetron 75,6 g Laponite RD 945 ml natriumhypochloritopløsning 15 4,7 kg WT 2575

Dispergeringsmidlet og strukturmodificeringsmidlet sattes samtidig under kraftig forskydning til en opslæmning af hvidtekalken i vandet. Natriumhypo-20 chloritopløsning tilsattes under kraftig forskydning, efterfulgt af flokkuleringsmiddel under netop tilstrækkelig forskydning til at frembringe en homogen totalopslæmning med 60% W/W faststofindhold. Apparent visko sitet 259 cP (0,259 Pa.s) flydespænding 577 dyn/cm2 25 55,7 N/m2).

Denne totalopslæinning anvendtes ved fremstilling af laboratoriehåndpapir, hvorved den ufortyndede totalopslæmning pumpedes over i tynd papirfremstillingspulpmasse, hvorved opslæmningen fortyndedes med en faktor 30 fra 120:1 til 270:1, afhængigt af fyldstoffindholdet, hvorefter faststofferne i opslæmningen flokkulerede. En hvidtekalkopslæmning med stort faststofindhold anvendtes ved fremstilling af laboratoriehåndpapir under identiske betingelser til at give en sammenligning til 35 totalopslæmningensydeevne. Fordele ved anvendelsen af totalopslæmning udtrykt ved fyldstof, tilbageholdelse 13

DK 163228 B

og papirstyrke fremgik klart af resultaterne: TABEL 1 5 % hvidtekalk be- Brudstyrke Trækstyrke varet på håndark (brudforhold)_(brudlænqde) kalkop- total- kalkop- total- kalkop- totalslæmning opslæm- slæmning opslæm- slæmning opslæm- _ning_ning_ning 10 5,7 9,1 3,96 4,17 6525 6969 8,0 12,3 3,56 4,07 6135 6582 11,8 15,9 3,07 3,72 5579 6264 15 Eksempel 2

Præparat: 1042,5 g 70% W/W faststof, farveforbedret hvidte-kalkopslemning 1,569 g Tetron 20 157,8 g vand 18,25 g WT 2575

Dispergeringsmidlet sattes til hvidtekalkopslæmningen (der indeholdt en lille mængde Laponite RD) under stor forskydning, efterfulgt af vandet og flokkule-

25 ringsmidlet under lille forskydning til opnåelse af en 60% W/W totalopslemning. Denne tilsætningsrækkefølge sikrede maksimal anvendelseseffektivitet af dispergeringsmidlet ved opløsning i den maksimale faststofhol-dige hvidtekalkopslemning. Apparent viskositet 350 cP

30 (0,35 Pa.s) flydespænding 440 dyn/cm2 (44 N/m2).

Den pumpbare totalopslæmning kunne anvendes til at fremstille flokkuleret fyldstof ved fortynding i tynd papirmasse som beskrevet i Eksempel 1.

35

DK 163228 B

14

Eksempel 3

Præparat: 500 g 73,6% hvidtekalkfilterkage 64,2 ml vand 5 0,29 g Tetron

0,15 g Laponite RD

1,84 ml natriumhypochloritopløsning 0,92 g WT 5504

Der anvendtes en fremstillingsmåde svarende til 10 den i Eksempel 1 til opnåelse af en 65% totalopslæmning, der var stabil overfor hård sedimentdannelse i li dage og mere. Apparent viskositet 129,6 cP (0,1296 Pa.s) flydespænding 176 dyn/cm2 (17,6 N/m2).

Den pumpbare totalopslæmning kunne anvendes til 15 at fremstille flokkuleret fyldstof ved fortynding i tynd papirmasse som beskrevet i Eksempel 1.

Eksempel 4 20 Der fremstilledes det følgende præparat:

Deioniseret vand 100 g

Snowcal 6ML, naturlig hvidtekalk (fra Blue Circle Industries) 194 . g 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Hvidtekalken sattes i portioner 2 til vandet under omrøring med en labora- 3 torieomrører. Blandingen var tyk, "kort" 4 og cirkuleredes ikke af omrøreren og danne 5 de ved fortynding med deioniseret vand for- 6 skydningsreversible flokkulater. Derefter 7 tilsattes 8

Accurac 41 0,67 g 9

Blandingen blev med det samme tyndere 10 og cirkuleredes af omrøreren, hvilket angav 11 i det mindste delvis deflokkulering af partiklerne. Det var nu muligt at tilsætte: 15

DK 163228 B

Snowcal 6ML 40,0 g

Der forekom en vis fortykkelse og dertilsattes yderligere:

Accurac 41 0,5 g 5 335,17 g

Der resulterende præparat havde et hvidtekalkindhold på 69,8% w/w. Det havde en pumpbar viskositet. Flokkulering ville forekomme ved tilsætning til anion-10 isk papirmasse. Suspensionen viste ingen hård sedimentering efter 1 måneds opbevaring. Under dette tidsrum var der er let fortykkelse og en forøgelse i den oprindeligt tilstedeværende gelstruktur; denne struktur var formodentlig ansvarlig for modstandsevnen mod hård se-15 dimentering.

Det kan lige nævnes, at flokkuleringsgraden af fortyndede partikelsuspensioner semikvantitativt kan bedømmes ved at observere sedimenteringshastigheden i et bæger og klarheden af den ovenstående væske. Det er 20 også værdifuldt at observere en sø af en suspension af hvide partikler, der holdes i mild bevægelse på en sort overflade. Flokkulatdannelse kan på denne måde observeres med øjet. Flokkulaterne kan nedbrydes til en vis grad ved gnidning med en finger og genflokkulering kan, 25 såfremt den finder sted, observeres.

De følgende Eksempler 5 til 12 beskriver præparater, der ville være egnede som koagulerings-/flokku-leringsadditiver ved kloakvandsbehandling.

3° Eksempel 5 (a) En kalk/carbonatopslæmning fremstilledes som følger under anvendelse af calciumcarbonat i opslæmningsform: 35 16

DK 163228 B

42,5% m/m faststof hvidtekalkopslemning (Snowcal 20SW; fra Blue Circle Industries) 300 g Hydralime 127,5 g vand (hanevand) 82,5 g 5

Denne opslæmning havde de følgende viskositetstal: flydespænding 484 dyn/cm2 (48,4 N/m2), apparent viskositet 120 cP (0,12 Pa.s).

10

Magnafloc 1597 (0,05% på tørvægtbasis) sattes derefter til den ovennævnte opslæmning og blandedes i et højhastighedsdispergeringsapparat. Den resulterende opslæmning havde de følgende viskositetstal: flydespæn-15 ding 161 dyn/cm2 (16,1 N/m2), apparent viskositet 54 cP (0,054 Pa.s).

Klaringen af kloakspildevand ved udfældning kunne forbedres ved flokkuleringen af det grove og kolloi-de suspenderede stof under anvendelse af opslæmningen.

20 Opslæmningens effektivitet ved behandling af kloakvand vistes først i laboratoriet under anvendelse af en konventionel "krukkeprøve" (se J. Bratby, "Coagulation and Flocculation", 1980, Uplands Press Limited, kapitel 8, siderne 265-266 og 271-272) med de følgende omrørings-25 betingelser: 30 sekunders hurtig blanding, 5 minutters langsom blanding og 15 minutters udfældningstid inden udtagning af en prøve til undersøgelse for turbiditet, pH og indhold af suspenderede faststoffer. Der opnåedes de følgende resultater: 30 35 17 TABEL 2

DK 163228 B

"Totalopslemning" Suspenderede

dosis mg/1 faststoffer Turbiditet pH

5 _mg/1_NTU_ 0 275 275 7,7 200 94 80 8,5 400 48 32 9,5 600 26 20 9,9 10 800 23 14 10,7 (NTU = nephelometriske turbiditetsenheder).

Virkingen af prefortynding undersøgtes også. P. eks. opnåedes de følgende resultater ved kloakvandsbe-15 handling under anvendelse af en 437 mg/1 dosis af totalopslæmningen fra Eksempel 5(b): TABEL 3 20 Turbiditet (NTU)_ Råt kloakspildevand 200

Ingen prefortynding 57 5:1 prefortynding af opslemningen 54 25 10:1 " " " 53 20:1 " " " 38 50:1 " " " 24 100:1 " " " 14 30 En prefortynding med vand på 20:1 eller mere er gavnlig. Vandet i det vandige kloakspildevand, papirfremstillingen eller et andet system, der doseres, kan imidlertid sørge for et passende fortyndingsniveau til at frembringe flokkulering.

Virkningen af forskellige forskydningsbetingel- 35 18

DK 163228 B

ser undersøgtes også ved prefortynding af totalopslæmningen fra Eksempel 5(b) og efterfølgende tilsætning af det fortyndede præparat til kloakvand i en konventionel krukkeprøve i et tidsrum med hurtig blanding. Det be-5 handlede kloakvand underkastedes derefter et tidsrum med langsom blanding, hvorefter turbiditeten måltes. Resultaterne er sammendraget i den følgende tabel.

TABEL 4 10

Tilsætning TS Hurtig blandings- Langsom NTU

af 2,5% m/m TS (ppm) tid (sek.) blandings- (g)_tid (min.)_ 8 400 5 2,5 71 15 8 400 15 2,5 65 8 400 20 2,5 58 8 400 30 2,5 58 8 400 40 2,5 42 8 400 30 5,0 40/41 20 8 400 30 15,0 33

Noter: TS = totalopslemning NTU = turbiditet = nephelometriske turbiditetsenheder.

25 Ved et konventionelt kloakvandsrenseværk opnåe des de følgende resultater i det primære trin. En 50% W/W totalopslæmning, fremstillet efter Eksempel 5(b), forfortyndedes med mindst 20:1 vand (der kunne have været anvendt returvand under tryk) umiddelbart inden 30 tilsætning til halvdelen af det indkommende sigtede kloakvand. Der forekom god blanding, eftersom kloakvandet passerede over en rist ind i det første fordelingskammer på vej til det ene af to primære sedimenteringstanke. Den resterende halvdel af det indgående 35 sigtede kloakvand passerede ubehandlet til den anden primære sedimenteringstank som kontrol.

19 TABEL 5

DK 163228 B

Parametre Råt kloak- Ubehandlet Behandlet 5 · vand (gennem- udfældet udfældet snitsværdier) kloakvand kloakvand (gennemsnits- (gennem-værdier) snitsværdi- . —_:_®£J_ 10 Suspenderede faststoffer fmg/1) 334 159 102

Turbiditet (NTU) 315 168 67 15 E. coli (antal xlO7/ 100 ml) 1,24 1,12 0,16 BOD5 (mg/1) 208 - 97

Phosphat 20 (mg/1) 10,5 10,6 2,0

Eksempel 6 (a) Der fremstilledes en 50% W/W kalk/carbonat-op-25 slæmning som i Eksempel 5(a). Flydespænding 425 dyn/cm2 (42,5 N/m2), apparent viskositet 104 cP (0,104 Pa.s).

(b) Efter tilsætning af 0,05% Catfloc T-l i et høj-hastighedsdispergeringsapparat opnåedes en opslæmning 30 med de følgende tal: flydespænding 161 apparent viskositet 59 cP (0,059' Pa.s). Denne prøve havde passende flokkuleringsegenskaber. Denne opslæmning sattes til kloakvand fra Longreach, Dartford, England, i en konventionel "krukkeprøve". Der opnåedes de følgende re-35 sultater:

DK 163228 B

20 TABEL 6

Totalopslemning Turbiditet pH

5 dosis mq/1_(NTU)_ 0 283 7,8 200 78 8,6 400 43 9,1 600 26 9,4 10 800 20 9,7

Eksempel 7 (a) Der udførtes et antal krukkeprøver, ved hvilke 15 kloakvand behandledes ved tilsætning af en totalopslæmning ifølge opfindelsen og fremstillet, som beskrevet i Eksempel 5(b). Det behandlede kloakvand behandledes derpå yderligere ved tilsætning af enten ferrisulfat eller aluminiumsulfat (alun), idet disse er repræsenta-20 tive for de konventionelle flokkuleringsmidler, der anvendes ved behandling af kloakvand. Det på den ovennævnte måde behandlede kloaksvands turbiditet sammenlignedes med turbiditeten af det kloakvand, der var behandlet med totalopslemningen alene. Resultaterne er 25 angivet i den følgende tabel: 1 35 21 TABEL 7

DK 163228 B

Flokkule- TS NTU (TS NTU (TS Forbedring ringsmiddel ppm + flokku- alene) (%) 5 ppm leringsmid- _del)_

Ferrisulfat 40 200 26 40 +35

Alun 10 40 100 18 79 +77,2 40 200 13 40 +67,5 40 500 11 28 +60,7

Bemærkninger: 15 TS = totalopslemning.

NTU = turbiditet målt i nephelometriske turbiditetsen-heder.

Forbedring beregnedes efter formlen:

Forbedring = ((A - B)/A) x 100%, hvor 20 A = NTU opnået for totalopslemningen alene B = NTU opnået med totalopslemningen og efterfølgende tilsætning af det konventionelle flokkuleringsmid-del.

(b) Der udførtes to yderligere krukkeprøverækker, ved 25 hvilke kloakvand behandledes med en totalopslæmning fremstillet, som beskrevet i Eksempel 5(b), og med alun. I en række tilsattes hele alundosis efter tilsætningen af totaloposlemningen; i den anden række inkluderedes en andel af alunet i selve totalopslemnin-30 gen, idet resten af alunet sattes til kloakvandet efter tilsætningen af den alunholdige totalopslæmning.

Der udførtes kontrolundersøgelser, ved hvilke der kun sattes en alunfri totalopslæmning til kloakvandet. Turbiditeten (i NTU) og pH for det behandlede kloakvand 35 måltes ved hver prøve, og resultaterne er anført nedenfor: 22 TABEL 8

DK 163228 B

Total- Alun tilsat Alun tilsat NTU pH

opslæm- med totalop- separat 5 ning slæmning (ppm)_(ppm)_(ppm)_ 100 5 .35 23 7,9 100 0 40 18 7,9 100 0 0 79 8,0 10 200 10 30 38 8,3 200 0 40 28 8,3 200 0 0 58 8,5 500 25 15 21 8,9 500 0 40 11 9,0 15 500 0 0 28 9,0

Disse og andre undersøgelser har angivet, at der kan opnås forbedringer i kalk/carbonattotalopslæmnings-processens klaringseffektivitet, ved separat at sætte 20 et konventionelt flokkuleringsmiddel til kloakvandet, efter at totalopslæmningen er blevet tilsat. Alun har givet den største effektivitetsforøgelse.

Det optimale niveau for tilsætning af hjælpeflok-kuleringsmidlet vil tydeligvis afhænge af kloakvandets 25 art, og må bestemmes i hvert tilfælde. Omkostningen til den separate aluntilsætning kan der imidlertid ses bort fra på grund af muligheden for at reducere dosisniveauet for totalopslæmningen. Som angivet i Tabel 8, gav f.eks et tilsætningsniveau på 500 ppm totalopslæm-30 ning alene en turbiditet på 28 NTU, hvorimod den samme-turbididtet kunne opnås ved tilsætning af kun 200 ppm totalopslæmning i sammenhæng med en efterfølgende tilsætning af 40 ppm alun.

Skønt det, som angivet ovenfor, ville være gen-35 nemførligt at inkorporere hjælpeflokkuleringmidlet helt eller delvis i totalopslæmningen, har det vist sig, at 23

DK 163228 B

forbedringer i klaringseffektiviteten ikke er omkostningseffektive .

Eksempel 8 5

Opslæmningen fra Eksempel 5(b) anvendtes som flokkuleringsmiddel i en slamtæppeenhed med opadgående strømning under behandling af husspildevand. Flokkule-ringsmiddelopslemningen udmåltes fra forsyningstanken 10 med 400 ppm (tørbasis) på spildevandsstrømningsforhol-det og fortyndedes kontinuerligt med hanevand i forholdet 40:1. Den preflokkulerede opslæmning sattes derefter til det indkommende rå spildevand. Der opnåedes god flokkulering af det suspenderede materiale, og der 15 dannedes let et slam- eller flokkulattæppe i enheden. Kvaliteten af det behandlede spildevand, der udledtes fra enhedens top sammenlignedes med det indkommende spildevand, og god klaring var tydelig, når spildevandsstrømmen gennem slamtæppet med opadgående strøm-20 ning var på et l liter/s/m* overfladebelastningsniveau.

Resultater: Råt spildevand Behandlet spildevand 25 Suspenderede pH Suspenderede pH Turbiditet tørstoffer tørstoffer mg/1_mq/1_(NTU) 350 8,1 58 9,1 50 1 35 24

Eksempel 9

DK 163228 B

Der fremstilledes en opslæmning som følger:

Snowcal 4ML (hvidtekalk 5 fra Blue Circle Industries) 50 g

Deioniseret vand 50 g Tørlæsket kalk 50 g

Deioniseret vand 20 g (Den resulterende blanding var en 10 Slikkervælling med 59% tørstofindhol

Accurac 41 0,5 g (Der opstod en forøgelse i strømningen antydende en vis deflokkulering)

Superfloe C573 flokkuleringsmiddel 1,0 g 15 171,5 g

Der opnåedes et præparat med acceptable strømnings- og stabilitetsegenskaber.

20 Sammenligninqseksempel A

Når kationiske polyacrylamider, der typisk anvendes ved kloakvandsbehandling (f. eks. Zetag 92,

Zetag 51 fra Allied Colloids), sættes til en kalk-/car-25 bonatopslemning, opstår der kraftig flokkulering således, at opslæmningerne bliver for tykke til at pumpe.

Der fremstilledes det følgende præparat.

Snowcal 20SW (42,5% W/W) 300 g

Hydralime 127,5 g 30 Vand 82,5 g

Zetag 92 (0,04% efter tørstof) 0,1 g

Den resulterende opslæmning havde de følgende viskositetsegenskaber: Ingen flydespænding som sådan (pseudoplastisk), apparant viskositet (ved 600 s-1) 386 35 CP (0,386 Pa.S).

25

Eksempel 10

DK 163228 B

Præparat:

Snowcal 20SW 300 g 5 Hydralime 127,5 g

Vand (hane) 82,5 g

Derefter tilsattes Magnafloc 156 (0,0125% på tørvægtbasis). Den resulterende opslæmning havde en apparant viskositet på 114 cP (0,114 Pa.s) og en flyde-10 spændingsværdi på 393 dyn/cm2 (39,3 N/m2) og frembragte meget grove flokkulater ved fortynding.

Eksempel 11 15 Det følgende præparat fremstilledes: Tørlæsket kalk 50,0 g

Deioniseret vand 60,0 g 10% Natriumhydroxidopløsning 2,0 g

Snowcal 3ML (calciumcarbonat) 50,0 g 20 50% Dispex N40, 50% Accurac 41 1,5 g 0,28% Zetag 92 opløsning indeholdende 2,0% natriumhydroxid 10,0 g 173,5 g 25 Denne prøve fremstilledes ved håndomrøring og var fri for sedimentering og uden tendens til at blive tyndere ved henstand. Flokkulering i hårdt vand var ekstremt god. 1 35 26

Eksempel 12

DK 163228 B

Der fremstilledes det følgende præparat: Tørlæsket kalk 100 g 5 Deioniseret vand 90 g 2% Kaustisk sodaopløsning 4 g 5% Dispex N40/Accurac 41 4,7 g 0,28% Zetag 92, 0,28% kaustisk sodaopløsning 10,0 g 10 208,7 g

Denne var netop pumpbar ved 50% faststofindhold, men blev betydeligt tyndere ved henstand. Den apparan-te viskositet var 95 cP, (0,095 Pa.s) og flydespændin-15 gen 88 dyn/cm2 (8,8 N/m*). Flokkulering i hanevand var ekstrem.

Som det fremgår af de to foregående eksempler er det muligt at inkorporere en kationisk polyelektrolyt med stor molekylvægt, såsom et polyacrylamid (normalt 20 et brodannende flokkuleringsmiddel for mineralpartikler), i de omhandlede præparater, især sådanne, der indeholder en kationisk polyelektrolyt med lav molekylvægt , som komponent (b).

De ovenfor anvendte navne "Magnafloc", "Tetron", 25 "Accurac", "Superfloc", "Catfloc", "Polymin", "Hydra-line", "Dispex", "Laponite" og "Snowcal" er registrerede varemærker. 1 35

Claims (12)

1. Præparat til behandling af et vandigt system, hvilket præparat omfatter (a) en vandig opslæmning af 5 mineralpartikler med en koncentration på mindst 40 w/w% mineralfaststof, kendetegnet ved, at det også indeholder (b) et middel eller en blanding af midler, som i det mindste i det væsentlige opretholder opslæmningens mobilitet, således at opslæmningens tilsy-10 neladende viskositet ikke overstiger 0,5 Pa.s, målt ved en forskydningshastighed på 600 s"1, og som udøver en flokkulerende virkning ved fortynding af præparatet med eller i vand til et fortyndingsforhold på mindst 20:1 (w/w), hvilket middel eller hvilke midler er valgt 15 blandt kationiske polyelektrolytter, der har nitrogenhold ige grupper, amphotere polyelektrolytter, der har nitrogenholdige grupper og, under forudsætning af, at mineralpartiklerne omfatter calciumhydroxidpartikler, anioniske polyacrylamider.

2. Præparat ifølge krav l, kendetegnet ved, at mineralpartiklerne vælges blandt jordalkalime-taloxider, -hydroxider, -carbonater, -hydrogencarbona-ter, ler, talkum, titanoxid, zinkoxid, lithopon, jord-alkalimetal, sulfater samt blandinger af vilkårlige af 25 disse.

3. Præparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at mineralpartiklerne vælges blandt calciumcarbo-nat, calciumhydroxid samt blandinger deraf.

4. Præparat ifølge krav 3, kendetegnet 30 ved, at mineralpartiklerne omfatter en blanding af cal- ciumcarbonat og calciumhydroxid med et vægtforhold på 19:1 til 1:19.

5. Præparat ifølge et vilkårligt af kravene 1-4, kendetegnet ved, at komponent (b) vælges 35 blandt polyaminer, polyiminer og dimethyldiallylammoni-umchloridpolymere. DK 163228 B

6. Præparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at komponent (b) vælges blandt kvaternære polyami-ner, dimethyldiallylammoniumchloridhomopolymere, di-methyldiallylammoniumchlorid/acrylamidcopolymere og 5 blandinger af vilkårlige af disse.

7. Præparat ifølge et _ vilkårligt af kravene 1-6, kendetegnet ved, at komponent (b) er til stede i en mængde på fra 0,0075% til 2% på tørvægtba-sis.

8. Præparat ifølge et vilkårligt af kravene 1-7, kendetegnet ved, at det omfatter én eller flere komponenter valgt blandt (c) strukturmodificerende midler og (d) dispergeringsmidler.

9. Fremgangsmåde til behandling af et vandigt 15 system, kendetegnet ved, at systemet tilføres et præparat ifølge et vilkårligt af kravene 1-8, hvilket præparat tilføres som sådant eller efter at være blevet fortyndet.

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kende- 20 tegnet ved, at præparatet tilsættes i en mængde på fra 100 til 1000 ppm på tørminer albas is i forhold til det totale vandige system, der skal behandles.

11. Fremgangsmåde ifølge krav 9 eller 10, kendetegnet ved, det vandige system, der 25 skal behandles, vælges blandt kloakvand eller andet spildevand, der kræver klaring, samt papirmasse.

12. Fremgangsmåde ifølge krav 11, ved hvilken det vandige system er kloakvand, kendetegnet ved, at alun sættes til systemet efter anvendelsen af 30 præparatet ifølge et vilkårligt af kravene 1-8. 35