DD292219A5 - Verfahren zur entwaesserung von schlaemmen mit hohem feststoffgehalt - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Entwaesserung von Schlaemmen mit hohem Feststoffgehalt von 10 bis 150 g/l, das sich zur Abwasserbehandlung von kommunalen und industriellen Abwaessern eignet, wobei sowohl biologische als auch sonstige anorganische oder organische Substanzen abgetrennt werden. Dazu wird ein Copolymer aus Dimethyl-diallyl-ammoniumchlorid mit einem Anteil an vernetzendem Comonomer von 0,1 bis 3 Mol-% in Mengen von 0,01 bis * bezogen auf den Feststoffgehalt des Schlammes, bei Temperaturen von 276 bis 310 K zugesetzt und nach Verdichtung des Schlammes das klare Wasser in bekannter Weise abgetrennt.{Schlammentwaesserung; Abwasserbehandlung; hochmolekulares, hochverzweigtes Copolymer; Poly(dimethyl-diallyl-ammoniumchlorid), vernetzendes Comonomer; Feststoffgehalt; Abtrennung; Verdichtung}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sodimentatlonsboschleunigung und Verdichtung von Schlämmen nach bekannten Technologien. Sie kann vorzugsweise in kommunalen und industriellen Abwasserbehandlungsanlagen mit maschineller Schlammentwässerung genutzt werden.

Charakteristik des bekannton Standes der Technik

Moderne Abwasserbehandlungsanlagen sind technische Einrichtungen, in denen u.a. suspendierte Partikel entfernt werden müssen. Diese suspendierten Partikel werden entweder mit dem Abwasser eingetragen, oder sie werden durch Zusatz anorganischer Salze, wie z. B. Eisen- oder Aluminiumsalze, erzeugt. Durch die Abscheidung der suspendierten Partikel werden in allen Stufen der Abwasserbehandlung erhebliche Schlammengen erzeugt, die durchschnittlich 5% Trockenmasse enthalten. Diese Schlämme müssen entwässert werden, um sie dann der Landwirtschaft oder eine Deponie zuzuführen. Zur Beschleunigung des Entwässerungsvorganges und damit zur Verdichtung des Schlammes werden wasserlösliche Polymere als Flockungsmittel eingesetzt. Ihre Anwendung ist insbesondere notvandiy, wenn die Schlammentwässerung maschinell in Dekantern, Zentrifugen, Filterpressen usw. erfolgt.

Als Flockungsmittel für die Schlammentwässerung werden vorwiegend kationaktive wasserlösliche Polymere herangezogen (E.Blitz, W.Czysz, Abwassertechnologio, Springer-Verlag, Berlin 1984, S.899,901), darunter Poly(dimothyl-diallylammoniumchlorid) (ebenda S. 574). Die Einsatzmengen betragen üblicherweise 0,2 bis 2%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Schlammes (Ulimann, Encyclopädie der technischen Chemie, 4.Auflage, Verlag Chemie, Band 6, S.442). Poly(dimethyl-diallylammoniumchlorid (Abkürzung = PoIy-DMDAAC) wird auch in anderen Übersichten (Ullmann, Encyclopädie der technischen Chemie, 4.Auflage, Band 11, S.583-584) neben kationischen Copolymeren des Acrylamide und Polyaminen als allgemein genutztes Flockungsmittel bei der Schlammentwässerung genannt und in der wissenschaftlichen Literatur (L. K. Wang, M. H.Wang, R. C. Ziegler, M. P. Strier, Ind. Engng. Chem. Product Res. Dev. 1977,16,311) für derartige Anwendungen beschrieben. So kann bei der Wasserreinigung mit anorganischen Eisen- oder Aluminiumsalzen mit PoIy-DMDAAC eine verbesserte Abscheidung des Hydroxidschlamms und eine Schlammverdichtung erreicht werden (Ch. Wandrey, W. Jaeger, J. Wotzka, W. Starke, Wasserwirtschaft -Wassertechnik 34,1984, S. 185-187). Neben dem Homopolymeren PoIy-DMDAAC gelangen auch Copolymere des DMDAAC mit Acrylamid als Flockungsmittel bei der Schlammentwässerung zum Einsatz (US-PS 3514398, 3171805).

Alle bisher genannten Homo- und Copolymeren des DMDAAC haben eine lineare Struktur. In einer Publikation von J. E. Morgan, M. A. Yorke und J.E. Boothe („Ions in Polymers", Advances in Chemistry Ser. 187, S.235ff.) wird darauf hingewiesen, daß Copolymere des DMDAAC mit verzweigter Struktur, die durch Copolymerisation mit sehr geringen Anteilen eines vernetzenden Comonomeren hergestellt werden, zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit bei der Schlammentwässerung führen können. Dieser Effekt ist jedoch ausschließlich auf Bioschlämme (Belebtschlämme der Belüftungsbecken von Abwasseranlagen) beschränkt. Bd anderen Schlämmen, z.B. den Rohschlämmen aus Vorklärbecken, wurde keine Erhöhung der Entwässerungsgeschwindigkeit beobachtet. Außerdem wird in derselben Publikation mitgeteilt, daß eine Korrelation zwischen Entwässerungsgeschwindigkeit des Bioschlammes und dem Anteil an vernetzendem Comonomer in dem Copolymer des DMDAAC besteht. Die Entwässerungsgeschwindigkeit steigt mit steigendem Comonomergehalt zunächst an. Sie erreicht ein Optimum bei Comonomergehalten <0,5%; für Copolymere, die durch Lösungspolymerisation von DMDAAC mit Methyltriallylammoniumchlorid hergestellt werden, liegt das Optimum bei 0,035 Mol-% des Comonomeren. Höhere Anteile an vernetzendem Comonomer im Copolymer führen bei gleicher Einsatzmenge an Polymer dann zu einer erheblichen Abnahme der Entwässerungsgeschwindigkeit.

Dio genannten Verfahren haben den Naqhteil, daß die Trennoffektivltät nicht ausreichend ist. Insbesondere für die Schlammentwässorung bei maschinellen Verfahren sind hohe Verdichtungen des Schlammes unter Ausbildung klarer Wasserphasen ohne nennenswerte Restgehalte an Feststoffen erforderlich. Außerdem sind die Einsatzmengen an Flockungsmittel, dessen Kosten den Trennprozeß ökonomisch stark belasten, zu hoch. Das zwar schon in etwas geringeren Mengen einseübare Copolymer aus DMDAAC und geringem Anteil an vernetzendem Comonomer hat den Nachteil, daß es nur auf Bioschlömmo anwendbar Ist und auch bei größeren Vernotzungsantellen keine höhere Verdichtung eintritt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Vordichtung von kommunalen und industriellen Schlämmen mit hohen Feststoffgehalten bei geringem Einsatz von polymerem organischen Flockungsmittel und hoher Entwässerungsgeschwindigkeit.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Einsatz eines geeigneten wasserlöslichen organischen Polymeren eine hohe Schlammverdichtung und damit hohe Trennloistung unter Ausbildung einer klaren Wasserphase zu erzielen und dabei die Einsatzmengen an wasserlöslichem organischem Polymer zu senken. Das Verfahren soll für alle Schlämme mit Feststoffgohalten von 1ObIs 150g/l anwendbar sein,

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem für die Entwässerung des Schlammes ein wasserlösliches, hochverzweigtos Copolymer aus DMDAAC und 0,1 bis 3,0 Mol-% eines vernetzenden Comonomer mit einer Molmasse >80000g/Mol in Mengen von 0,01 bis 0,5%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Schlammos, eingesetzt wird. Es zeigte sich, daß trotz des hohen Anteils der vornetzenden Comonomeren überraschend in kurzer Zeit eine hohe Schlammverdichturig eintritt, wobei der Anteil an Flockungsmittel gering gehalten wird.

Als vernetzende Comonomere für die Herstellung des hochverzweigten PoIy-DMDAAC eignen sich z.B. Amin- oder Ammoniumsalze mit mehr alszweiAllylgruppen, u.a.Methyl-triallyl-ammoniumchlorid (MTAAC),Tetraallyl-ammoniumchlorid (TAAC), Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetraallyl-ethylen-diaminhydrochlorid (TAEDC) und/oder Triallyl-aminhydrochlorid (TAC) sowie Methylenbisacrylamid (MBA). Die Herstellung des hochverzweigten PoIy(DMDAAC) erfolgt durch Copolymerisation von DMDAAC mit dem vernetzenden Comonomer in wäßriger Lösung unter Dosierung des Vernetzers, wobei die Zudosierung während der fortschreitenden Homopolymerisation oder Copolymeristion des DMDAAC nach Umsätzen zwischen 25 und 90% erfolgt.

Die Schlammentwässerung wird so durchgeführt, daß dem Schlamm die gewünschte Menge an Flockungsmittel, die sich mit steigendem Anteil der Feststoffe im Schlamm ebenfalls erhöht, bei Umgebungstemperatur des Schlamms, die zwischen 276K und 310K liegen kann, als wäßrige Lösung zudosiert und anschließend mit üblichen technischen Vorrichtungen intensiv durchmischt wird. Nach Verdichtung des Schlammes, die innerhalb kurzer Zeit erfolgt, kann das geklärte Wasser mittels geeigneter Vorrichtungen abgezogen werden.

Nach diesem Verfahren können beliebige organische oder anorganische Schlämme entwässert werden, z.B. Rohschlämme aus den Vorklärbecken und Bioschlämme oder Belebtschlämme aus den Belüftungsbecken kommunaler oder industrieller Abwasseranlagen, spezielle Industrieschlämme sowie Schlämme rein anorganischer Materialien. Dabei kann der Feststoffgehalt der Schlämme zwischen 10und150g/l liegen.

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1

Einer Lehmaufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 100g/l wurde bei 293 K die gewünschte Menge an Polymer als 0,1%ige wäßrige Lösung zugesetzt, die Aufschlämmung durch 5min Schütteln durchmischt und anschließend nach einer Standzeit von 45min in einein 50-ml-Schüttelzylinder die Schlammverdichtung gemessen und die Wasserphase beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Tabelle 1:

Nr.	Polymer	Art	Menge	Schlammverdichtung auf	Überstand
	_	_	ml
1	PoIy-DMDAAC (Homopoly-	100mg/l	48	trübe
2	mer)-Vergleichsbeispiel		45	klar
	Copolymer aus DMDAAC und	100mg/l
3	1,035 Mol-% MTAAC-Vergleichsbeispiel		43	klar
	Copolymer aus DMDAAC und	100mg/l
4	0,1 Mol-% MTAAC		30	klar
	Copolymer aus DMDAAC und	20mg/l
5	0,1 Mol-% MTAAC		39	klar
	Copolymer aus DMDAAC und	10mg/l
6	1,5 Mol-% MTAAC		30	sehr klar
	Copolymer aus DMDAAC und	10mg/l
7	3,0 Mol-% MTAAC		29	sehr klar

Retspiel 2 Entsprechend der Verfahrenswelse in Beispiel 1 wurden Copolymere des DMDAAC, hergestellt mit jeweils 1,5 Mol-% eines vernetzenden Comonomeren, untersucht. Die Zusatzmonge betrug 10mg/l. Die Ergebnisse enthält Tabelle

Tabelle 2:	Comonomer	Schlammverdichtung auf ml	Überstand
Nr.	TAAC TAC TAEDC MBA	28 34 30 33	sehr klar klar klar klar
1 2 3 4

Beispiel 3

Ein Bioschlamm aus einer biologischen Kläranlage mit einem Feststoffgehalt von 50g/l wurde bei 294K mit jeweils 250mg/l versetzt und entsprechend der Verfahrensweise in Beispiel 1 untersucht. Die Ergebnisse enthält Tabelle

Tabelle 3:

Nr. Polymer Schlammverdichtung auf Überstand

ml

1 Copolymer aus DMDAAC und 45 klar 0,035 Mol-% MTAAC-Vergleichsbeispiel

2 Copolymer aus DMDAAC und 0,5 Mol-MTAAC 35 klar

3 CopolymerausDMDAACund1,5Mol-%MTAAC 28 sehrklar

Beispiel 4

Ein Schlamm aus dem primären Absetzbocken oines Industrieabwassers mit einem Foststoffgehalt von 10g/l wurde entsprechend Beispiel 1 untersucht. Zusatz von 100mg/l des Copolymeren aus DMDAAC und 0,035 Mol-% MTAAC ergab eine Schlammverdichtung auf 46ml bei klarom Überstand. Zusatz von 50mg/l des Copolymeren aus DMDAAC und 1,5 Mol-% MTAAC hingegen ergab eine Schlammverdichtung auf 29 ml bei sehr klarem Überstand.

Beispiels

Ein Rohschlamm aus dem Vorklärbecken einer kommunalen Abwasseranlage mit einem Feststoffgehalt von 48g/l wurde entsprechend Beispiel 1 untersucht. Zusatz von 120 mg/l eines Homopolymeren des DMDAAC ergab eine Schlammverdichtung auf 48 ml bei nicht trübem Überstand. Zusatz von 120 mg/l des Copolymeren aus DMDAAC und 0,035 Mol-% MTAAC eVgab eine Schlammverdichtung auf 47ml bei klarem Überstand. Zusatz von 100mg/l des Copolymeren aus DMDAAC und 1,5 Mol-% MTAAC ergab eine Schlammverdichtung auf 29ml bei sehr klarem Übers.and. Mit 50mg/l desselben Copolymeren war die Schlammverdichtung 35ml bei sehr klarem Überstand.

Beispiel 6

Einem Schlamm aus der Erzaufbereitung mit einem Feststoffgehalt von 150g/l wurde bei 276 K entsprechend der Verfahrensweise in Beispiel 1 untersucht, Bei Zusatz von 100 mg/l PoIy-DMDAAC (Homopolymer) erfolgt Verdichtung auf 46ml.

Mit 10mg/l des Copolymeren aus DMDAAC und 1,5 Mol-% MTAAC erfolgt Verdichtung auf 34ml.

Führt man die Trennung bei 310K durch, so erfolgt Verdichtung auf 42 bzw. 32ml.

Claims (4)

1. Verfahren zur Entwässerung von Schlämmen mit hohen Feststoffgehalten von 10 bis 150g/l, wobei die Schlämme sowohl biologische als auch sonstige anorganische oder organische Substanzen enthalten können, unter Verwendung von hochmolokularem Poly(dimethyl-diallylammoniumchlorid), gekennzeichnet dadurch, daß dem Schlamm ein wasserlösliches, hochmolekulares, hochverzweigtes Copolymer aus Dimethyl-diallyl-ammoniumchlorid und 0,1 bis 3,0 Mol-% eines vernetzendem Comonomeren in Mengen von 0,01 bis 0,5%, bezogen auf den Feststoffgehalt des Schlammes zugesetzt und anschließend das geklärte Wasser in bekannter Weise abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als vernetzende Comonomere Ammoniumsalze mit mehr als zwei Allylgruppen eingesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als vernetzende Comonomere Methyl-triallyl-ammoniumchlorid, Tetraallyl-ammoniumchlorid, Triallyl-aminhydrochlorid, Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetraallyl-ethylendiaminhydrochlorid und/oder Meth'ylenbisacrylamid eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekannzeichnet dadurch, daß die Schlammentwässerung bei 276 bis 310K durchgeführt wird.