NO830576L - Fremgangsmaate ved filtrering av suspensjoner av organiske materialer. - Google Patents

Description

En organisk suspensjon, såsom slam dannet under rensning

av kloakkvann, blir ofte avvannet ved filtrering gjennom et filterelement for derved å redusere dets volum før det går til avløp, eller for å gjøre det autotermisk og således for^Jsrenn-bart. Filtreringen er ofte trykkfiltrering i en filterpresse. Ved denne avvanning må slammet kondisjoneres med kjemikalier

som fremmer faststoff-væske-separasjon og hindrer tilstopping av filtret. Kjemikalier som anvendes for dette formål, innbefatter uorganiske kondisjoneringsmidler såsom kalk, jern(II)-sulfat, jern(III)-klorid og aluminiumklorhydrat og også organiske vann-oppløselige polyelektrolytt-kondisjoneringsmidler.

Parametere som i praksis er viktige for oppnåelse av et

godt resultat ved prosessen, er den mengde kondisjoneringsmiddel som må anvendes, den endelige tørrhet av den kake som dannes ved filtreringen, og vannfjerningshastigheten. Rutinemessige forsøk er nødvendige for bestemmelse av de optimale kondisjoneringsmidler og filtreringsbetingelser for en gitt organisk suspensjon. I alminnelighet vil det ved anvendelse av uorganiske kondisjo-ner ingsmidler dannes kaker med tilfredsstillende tørrhet, men

to ulemper kan gjøre seg gjeldende. Den mengde av uorganisk kondisjoneringsmiddel som må tilsettes, kan måtte være meget stor, for eksempel opp til 40 eller 50 vekt% av tørrstoffene i suspensjonen, og kaken erholdes således bare på bekostning av nedsatt filtreringskapasitet. Videre blir gjerne filtrerings-hastigheten heller lav, hvilket nedsetter anleggets kapasitet ytterligere.

Høy-molekylære organiske vannoppløselige polyelektrolytt-kondis joneringsmidler anvendes i relativt små mengder og gir

høye filtreringshastigheter, men med mange organiske suspensjoner lider de av den ulempe at de har tendens til å danne kaker som ikke tørkes jevnt over hele overflaten. Ved eksempelvis senter-innmatnings-filterpresser kan kakene vise tilfredsstillende tørrhet.rundt omkretsen, men kan være ganske våte i de sentrale deler. Det er ikke klart hva det er som forårsaker denne virk-ning, og forskjellige teorier er blitt fremsatt som antyder at den kan skyldes nedbrytning av flokkulerte agglomerater, dårlig gjennomtrengelighet hos den dannede kake eller dårlig blanding etter hvert som innmatningshastigheten avtar mot slutten av presse-cyklusen.

Vi har tatt sikte på å utvikle en fremgangsmåte for filtrering av organiske suspensjoner hvilken gir forbedret tørrhet i filterkaken uten uakseptabel nedsettelse av filtrerings-hastigheten.

Ved oppfinnelsen kondisjoneres en organisk suspensjon ved tilsetning av kondisjoneringsmiddel og filtreres deretter gjennom et filterelement under dannelse av en filterkake på elementet, og under dannelsen av i det-minste den første halvdel (beregnet på vekten av faste stoffer) av kaken kondisjoneres suspensjonen med høy-molekylært polyelektrolytt-kondisjoneringsmiddel, og under dannelsen av resten av kaken kondisjoneres suspensjonen med et uorganisk kondisjoneringsmiddel eller et lav-molekylært polyelektrolytt-kondis joneringsmiddel .

Filtreringen må utføres ved en fremgangsmåte ved hvilken

det er mulig å endre, under filtreringen, det kondisjoneringsmiddel som tilsettes suspensjonen. Filtreringen utføres normalt ved trykkfiltrering, og fortrinnsvis er filtreringen en chargevis prosess utført på en slik måte at kondisjoneringsmidlet kan for-andres innenfor hver charge. Fortrinnsvis utføres filtreringen i en filterpresse i hvilken elementet skiller et filterkammer, til hvilket suspensjonen innmates gjennom et innløp, fra et filtrat-utløp. I praksis består filterpressen normalt av en rekke grunne filterkamre som på en eller begge sider begrenses av en filterduk eller annet filterelement, og den organiske suspensjon innmates i hvert kammer, ofte sentralt, og filtratet uttas fra pressen, i alminnelighet fra siden når suspensjonen innmates i kammeret sentralt. Filtreringen utføres i alminnelighet inntil kamrene alle er praktisk talt fulle av tørr kake, hvoretter filtreringen stanses og den tørre kake fjernes. Hensikts-messig kondisjoneres suspensjonen méd det høy-molekylære polyelektrolytt-kondis joneringsmiddel under en første del av cyklusen utført ved et trykk på opp til 2 til 6 bar, og suspensjonen kondisjoneres under.anvendelse av den lav-molekylære polyelektrolytt eller .det uorganiske kondisjoneringsmiddel under resten av cyklusen, som utføres ved et høyere trykk, vanligvis opp til et trykk på 4-10 bar. Noen ganger er den pumpe som anvendes for den annen del av cyklusen, forskjellig fra den pumpe som anvendes for den første del av cyklusen. I alminnelighet blir det høy-molekylære polyelektrolytt-kondisjoneringsmiddel anvendt under

dannelsen av fra 60 til 90 vekt% av kaken. Det kan være mulig å danne en mindre mengde av kaken uten tilsetning av noe kondisjoneringsmiddel.

Den høy-molekylære polyelektrolytt kan være hvilken som helst høy-molekylær vannoppløselig polyelektrolytt som er egnet for kondisjonering av den organiske suspensjon før filtrering,

og vil i alminnelighet være et materiale som kan klassifiseres som et flokkuleringsmiddel. Det vil normalt være kationisk.

Dets molekylvekt er normalt over 100 000, vanligvis 500 000 til

30 000 000. Foretrukne materialer er kationiske polyakrylamider og polyakrylater og spesielt polymerer som innbefatter enheter av dialkylaminoalkyl(met)-akrylamid eller dialkylaminoalkyl(met)-akrylat, og foretrukne materialer er Mannich-reaksjonsprodukter av polyakrylamid, for eksempel dialkylaminometyl-polyakrylamid hvor alkylgruppene er metyl eller etyl. Kvaternære versjoner av disse polymerer foretrekkes, for eksempel derivatene med metyl-halogenid eller dimetylsulfat. Et annet egnet flokkuleringsmiddel er diallylmetylammoniumklorid-akrylamid-kopolymer.

Det uorganiske kondisjoneringsmiddel kan være hvilket som helst av de uorganiske materialer som er kjent å kunne anvendes som koaguleringsmidler og å kunne anvendes for kondisjonering av organiske suspensjoner før filtrering. De innbefatter uorganiske salter av flerverdige metaller, for eksempel derivater av aluminium, kalsium og jern. Aluminiumsalter foretrekkes. Egnede lav-molekylære polyelektrolytter er vannoppløselige kationiske polymerer som er kjent som koaguleringsmidler, og som er egnet for kondisjonering av organiske suspensjoner før filtrering. Deres molekylvekt er i alminnelighet under 100 000, typisk 20 000 til 8 0 000. De kan dannes av de samme monomerer som de som er diskutert ovenfor for de høy-molekylære flokkuleringsmidler. En annen egnet polyelektrolytt er det lav-molekylære kondensasjons-produkt av epiklorhydrin med et amin.

Kondisjoneringen utføres ved tilsetning av den ønskede mengde av flokkuleringsmidlet i det første trinn av filtreringen og deretter den ønskede mengde av koaguleringsmiddel.' Mengdene kan være de som vanligvis anvendes for kondisjonering av organiske suspensjoner før filtrering. Mengden av høy-molekylært flokkuler-ihgsmiddel kan således være 0,1-3 %. Mengden av uorganisk koa-guler ingsmiddel kan være 0,5-50 %, fortrinnsvis 1-10 vekt%. Mengden av lav-molekylært polyelektrolytt-koaguleringsmiddel kan være 0,1-5 vekt%. Disse prosentangivelser er på vektbasis beregnet på vekten av tørre faste stoffer i suspensjonen som skal behandles.

Den organiske suspensjon som filtreres ved oppfinnelsen, kan velges fra en lang rekke forskjellige organiske suspensjoner, men er fortrinnsvis kloakkslam. Suspensjonen kan være avledet fra rå og/eller prosessert kloakk etter sedimenteringstrinnet. De faste stoffer i suspensjonen kan være underkastet et biologisk aerobt eller anaerobt behandlingstrinn som resulterer i et gjæret eller nedbrutt slam.

Ved oppfinnelsen unngåes ulempene med anvendelsen av uorganisk koaguleringsmiddel som det eneste kondisjoneringsmiddel (langsom filtrering og stor tilsatt mengde av koaguleringsmiddel basert på vekten av kaken), mens det oppnåes meget tilfredsstillende og ensartet tørrhet med en rekke forskjellige organiske suspensjoner. Vi finner at det er mulig å oppnå kaker som er tørrere enn de som bekvemt kan oppnåes under anvendelse av de flokkuleringsbevirkende eller koaguleringsbevirkende kondisjoneringsmidler alene i en forøvrig identisk prosess.

En spesiell fordel med oppfinnelsen er at den på en pålite-lig måte fører til en mer ensartet tørrhet gjennom hele kaken enn hva som i alminnelighet kan oppnåes for høy-molekylært polyelektrolytt-flokkuleringsmiddel anvendes som det eneste kondisjoneringsmiddel. Skjønt noen suspensjoner således vil gi en tilfredsstillende ensartet tørrhet, gir mange organiske suspensjoner en kake som er betydelig våtere på det sted hvor innløpet til kammeret befinner seg, enn ved de steder som er lengre borte fra innløpet, når de kondisjoneres før filtrering ute-lukkende ved hjelp av et høy-molekylært polyelektrolytt-flokkuleringsmiddel. Oppfinnelsen har således den fordel at den tillater oppnåelse av kaker med ensartet tørrhet ut fra slike suspensjoner og tilveiebringer således en prosess som kan gi ensartet, og høy, kake-tørrhet for forskjellige organiske suspensjoner. Stort sett opprettholder vi ved denne oppfinnelse fordelene med hurtig avvanning og høy faststoff-kapasitet som kan oppnåes ved anvendelse av flokkuleringsbevirkende kondisjonering, uten den variable tørrhet som i alminnelighet følger av dette, og vi oppnår også.ensartet avvanning, slik denne opp nåes med koaguleringsbevirkende kondisjonering, uten den lang-somme filtrering som er forbundet med denne. Kort sagt oppnår vi fordelene med både flokkuleringsbevirkende og koaguleringsbevirkende kondisjonering samtidig som vi unngår ulempene med disse. Dessuten kan vi, som nevnt, oppnå øket tørrhet gjennom hele kaken.

De følgende eksempler vil ytterligere belyse oppfinnelsen.

Eksempler 1 og 2 ble utført under anvendelse av filterpresser av platetypen, hvor filterelementene er dannet av syntetisk vevet filterduk. Hver presseplate hadde en sentral åpning gjennom hvilken slam ble innført i pressen. Tørrstoffvekten av den resulterende pressfilterkake ble observert på tre steder. Det indre sted var kakens sentrum, nær innløpet til filterkammeret. Det ytre sted var kanten av kaken, i avstand fra inn-løpet. Det midtre sted var omtrentlig midt mellom det indre sted og det ytre sted.

Eksempel 1

Nedbrutt (digested) slam med et tørrstoffinnhold på 4,31 vekt% ble avvannet i 4 filterpresser i hvilke fordypningen mellom naboplater, som begrenset filterkammeret og bestemte

. tykkelsen av kakene, var 3 cm dyp. Ifyllingen og det innledende avvanningstrinn i hver pressecyklus, opp til det tidspunkt ved hvilket i det minste halvparten av filterkakens sluttvekt var oppsamlet, ble utført under anvendelse av en ekssenter-rotor-pumpe som ga et trykk på opp til 4 bar, og kondisjoneringsmidlet ble innført direkte til utløpet av denne pumpe. Resten av cyklusen ble utført under anvendelse av en stempelpumpe med positiv fortrengning, hvilken ga et trykk opp til 7 bar, og kondisjoneringsmidlet ble innført via en automatisk doserings-anordning som beskrevet i britisk patent nr. 1 509 969 til inn-løpet av stempelpumpen. Fire forskjellige kondisjonerings-behandlinger ble.anvendt, som følger: (a) Aluminiumklorhydrat ved en dosering på 3,5 % A^O^,

beregnet på tørre faste stoffer, i en samlet pressetid på

6 timer.

(b) En høy-molekylær kationisk polyelektrolytt, ved 1,4 % polymer beregnet på tørre faste stoffer, i en samlet pressetid på 6 timer. Den kationiske polyelektrolytt var et kvaternisert dimetylaminometyl-polyakrylamid med en molekylvekt på

ca. 1 000 0 00.

(c) Som (b), men i en samlet pressetid på 5 timer.

(d) Den kationiske polyelektrolytt under (b), ved 1,4 % polymer beregnet på tørre faste stoffer, i 4 timer, med dosering etter ekssenter-rotor-pumpe, fulgt av aluminiumklorhydrat dosert ved 3,5 % A^O^ i 1 time.

Resultatene er angitt i tabell 1.

Det vil sees at polyelektrolytten alene ga lavt innhold av tørre faste stoffer på de indre og midtre steder eller posi-sjoner, sammenlignet med det uorganiske koaguleringsmiddel (a),

men at kombinasjonen ifølge oppfinnelsen (d) ga hovedsakelig ensartet faststoffinnhold gjennom kaken og en tørrhet som var høyere enn den som ble oppnådd i forsøk (a), (b) eller (c).

Eksempel 2

I et kloakkslam-behandlingsanlegg ble en komplett rekke av filterpresser anvendt for filtrering av kloakkslam inneholdende 4,23 % tørre faste stoffer. Den første del av filtrerings-cyklusen varte i 1,5 time og ble utført under anvendelse av en Mono-pumpe som ga et maksimaltrykk på 4 bar. Den siste del av cyklusen varte i 4,5 timer og ble utført under anvendelse av en Willett-pumpe som ga et maksirnal-trykk på 7 bar.

I forsøk A ble kvaternisert dimetylaminometyl-polyakrylamid som flokkuleringsmiddel dosert ved 0,86 % aktiv polymer, beregnet på vekten av tørre faste stoffer, inn i Mono-pumpen, og aluminiumklorhydrat ble dosert ved 4,2 % Al-jO^, beregnet på vekten av tørre faste stoffer, inn i Willett-pumpen. I et annet forsøk, B, ble flokkuleringsmidlet dosert inn i begge pumper ved 0,8 6 %, basert på tørre faste stoffer. I et tredje forsøk, forsøk C, ble aluminiumklorhydratet dosert ved 4,2 % A120^beregnet- på vekten av førre faste stoffer. Innholdet av tørre faste stoffer i to filterkaker ble i hvert forsøk bestemt på det indre sted, det midtre sted og det ytre sted. Resultatene er angitt i tabell 2.

Det vil sees at det i tillegg til et mer ensartet faststoffinnhold ble oppnådd en bedre samlet avvanning under anvendelse av kombinasjonen av polyelektrolytt og uorganisk koaguleringsmiddel.

Eksempel 3

Et kloakkslam-utgangsmateriale med ca. 4 % faste stoffer ble kondisjonert og presset ved lavt trykk (4 bar) i 15 minutter og deretter ved høyt trykk (7 bar) i 45 minutter under anvendelse av en rammefilterpresse i forsøksmålestokk, hvilken hadde et hjørne-innmatningsinnløp og et filtrat-utløp ved det motstående hjørne i hvert kammer. I de første 15 minutter ble den samme polyelektrolytt tilsatt som i eksempel 1, ved en hastighet på 0,73 vekti aktivt produkt basert på tørre faste stoffer.

I de gjenværende 4 5 minutter ble koaguleringsmiddel anvendt som.kondisjoneringsmiddel. Når koaguleringsmidlet var aluminiumklorhydrat, ble dette dosert ved 2,73 % A^O^ beregnet på vekten av tørre faste stoffer, og innholdet av tørre faste stoffer i kaken vår 34,8 % (nær innløpet) og 36,0 % (i avstand fra inn-løpet).

Når koaguleringsmidlet var en lav-molekylær epiklorhydrin-amin-kondensasjonspolymer, ble det dosert ved 0,73 vekt% aktiv polymer basert på tørre faste stoffer, og innholdet av tørre faste stoffer i kaken var 33,1 % (nær innløpet) og 32,7 % (i avstand fra innløpet). Dette viser at tilfredsstillende ensartet-het oppnåes når lav-molekylært polyelektrolytt-koaguleringsmiddel anvéndes istedenfor uorganisk koaguleringsmiddel.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte i hvilken en organisk suspensjon kondisjoneres ved tilsetning av et kondisjoneringsmiddel, med påfølgende filtrering av suspensjonen gjennom et filterelement under dannelse av en filterkake på elementet, karakterisert ved at det under dannelsen av i det minste den første halvdel (beregnet på vekten av faste stoffer) av kaken, men ikke hele kaken,• anvendes et kondisjoneringsmiddel som er et høy-molekylært polyelektrolytt-kondisjoneringsmiddel, og at det under dannelsen av resten av kaken som kondisjoneringsmiddel anvendes et uorganisk kondisjoneringsmiddel eller et lav-molekylært polyelektrolytt-kondis joneringsmiddel .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at filtreringen utføres under anvendelse av en filterpresse i hvilken elementet skiller et filterkammer, til hvilket suspensjonen innmates gjennom et innløp, fra et filtrat-utløp.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved åt kaken har en hovedsakelig ensartet tørrhet, og suspensjonen er en som, når den kondisjoneres gjennom hele filtreringen bare med den høy-molekylære polyelektrolytt, gir en kake som er vesentlig våtere på stedet ved innløpet til kammeret enn på steder i avstand fra innløpet.

4. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at suspensjonen er et kloakkslam.

5. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert , ved at den høy-molekylære polyelektrolytt anvendes som kondisjoneringsmiddel under dannelsen av de første 60-90 vekt% av kaken, og det uorganiske eller lav-molekylære polyelektrolytt-kondisjoneringsmiddel anvendes for dannelsen av resten av kaken.

6. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den høy-molekylære polyelektrolytt er et vannoppløselig, kationisk polymert flokkuleringsmiddel med en molekylvekt over 100 000.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert v e d at flokkuleringsmidlet velges blant eventuelt kvaterniserte dialkylaminoalkyl(met)-akrylamid-polymerer og -kopolymerer, eventuelt kvaterniserte dialkylaminoalkyl(met)-akrylat-polymerer og -kopolymerer og diallyl-dimetyl-ammoniumklorid-akrylamid- kopolymerer, fortrinnsvis et kvaternisert dialkylaminometyl-polyakrylamid.^

8. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes et uorganisk kondisjoneringsmiddel som velges blant salter av aluminium, kalsium og jern, fortrinnsvis aluminiumklorhydrat.

9. Fremgangsmåte ifølge ett eller flere av kravene 1-7, hvor det anvendes et lav-molekylært polyelektrolytt-kondisjoneringsmiddel, karakterisert ved at det er et vannopp-løselig, kationisk polymert koaguleringsmiddel med en molekylvekt under 100 000.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at det polymere koaguleringsmiddel velges blant eventuelt kvaterniserte dialkylaminoalkyl(met)-akrylamid-polymerer og -kopolymerer, eventuelt kvaterniserte dialkylaminoalkyl(met)-akrylat-polymérer og -kopolymerer og eventuelt kvaterniserte epiklorhydrin-amin-kondensater.