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Es ist bekannt, zur beschleunigten Klärung von Abwässern einen Zusatz
von Isländischem Moos anzuwenden. Es ist weiterhin bekannt, Schlämmen oder Trüben
im Bereich der Erzaufbereitung eine geringe Menge eines wäßrigen Extrakts von Caraghen-Moos
hinzuzufügen, um einen flüssigen Schlamm aus Bleiglanz, Zinkblende, Tonschiefer
usw. innerhalb kurzer Zeit zu klären. Es genügt, dabei weniger als 0,1 g
des Extrakts auf 11 Aufschlämmung zu verwenden.
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Bekanntlich spielen bei der Klärung von Trüben elektrostatische Umladungsvorgänge
eine wesentliche Rolle. Dabei können die Trüben oder Aufschlämmung in homogene oder
heterogene Stoffsysteme unterteilt werden, deren chemische und elektrochemische
bzw. elektrostatische Gleichgewichte je-
weils mehr oder weniger stabil sind,
wobei sich nach dem Labilitätsgrad die Abscheidung oder Sedimentation der Stoffteilchen
in der Zeiteinheit richtet. Die bei dem bekannten Verfahren in Frage stehenden Trüben
sind anorganische Stoffaufschlämmungen, also ein homogenes Stoffsystem. Auf ein
solches System haben bei ausreichend hoher Konzentration der Aufschlämmung, kolloidale
Pflanzenstoffe, nämlich Isländisch Moos oder Caraghen, spezifische Beschleunigungswirkung
auf die Ausflockung, welche noch bei Zusatz von Salzen, z. B. des Calciums oder
Strontiums, insbesondere der Sulfate dieser Materialien erhöht wird.
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Bei der Flockenbildung oder Sedimentation bei der Milch, welche eine
Ernulsion ist, ist bekannt, den Vorgang auf zweierlei Weise zu unterstützen. Einmal
kann das elektrostatische Gleichgewicht dieses Stoffsystems durch eine Änderung
des pH-Wertes oder durch Anwendung eines nur bei diesem Stoffsystem wirksamen, unter
dem Namen »Lab« bekannten Wirkstoffes geschützt werden.
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Man kann durch praktische Versuche zeigen, daß mit den für anorganische
Systeme bekannten wäßrigen Caraghen- oder Isländisch-Moos-Auszügen die Sedirnentation
bei der Milch kaum beeinflußt werden kann. Auf der anderen Seite läßt sich auch
der Wirkstoff »Lab« für die Beschleunigung der Sedimentation von anorganischen Erzaufschlämmungen
praktisch nicht verwenden.
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Zwar gibt es synthetische Polysaccharide mit ähnlichen Eigenschaften,
wobei jedoch diese Stoffe für eine breite Anwendung zu teuer und im physiologischen
Sinne für die Anwendung bei Trinkwasser nicht unbedenklich sind.
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Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem spezifischen Problem
der Aufbereitung von Trink-, Brauch- und Abwässern. Solche Abwässer können bekanntlich
zwar auch von vornherein Trübungen aufweisen, deren Konzentration jedoch auch nicht
annähernd mit der von anorganischen Erzaufschlämmungen zu vergleichen ist. In der
Regel treten solche Trübungen bei Abwässern auch erst sekundär, d. h. in
einer späteren Stufe des Aufbereitungsverfahrens auf.
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Das Stoffsystem solcher Abwässer ist elektrostatisch heterogen. Es
enthält in der Hauptsache in Form von Kolloidalen gelöste organische Stoffe und
echt gelöste anorganische Verbindungen des Eisens, Mangans usw., die in der Regel
nicht durch Filtration entfernbar sind, es sei denn, daß man sie durch intensive
Belüftung des Wassers zuvor in Trübstoffe überführt, die nach einer angemessenen
Reifezeit filtrationsfähig werden. Es ist aber auch in der Wasseraufbereitungspraxis
bereits bekannt, Hilfsstoffe für die Flockenbildung und Sedimentation zu verwenden.
Hierfür haben sich beispielsweise Eisenchlorid, Aluminiumsulfat oder Kaliumpermanganat
als durchaus brauchbar erwiesen. Diese Stoffe bewirken eine beschleunigte chemische
Umwandlung der im Wasser gelösten Stoffe organischer und anorganischer Art sowie
deren Adsorbtion an die sich bildenden hochaktiven Flocken. Diese Flocken benötigen
aber immer noch eine Reifezeit von etwa 30 bis 60 Minuten, bis die
Stoffe auf dem Wege der Filtrierung entfernt werden können.
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Bei der Aufbereitung von Wässern hat eine Sedimentationsbeschleunigung
aber nur dann einen praktischen Sinn, wenn dabei alle in dem oft sehr kompIexen
Stoffsystem vorhandenen Trübstoffe direkt oder indirekt zum beschleunigten Sedimentieren
gebracht werden können, wobei möglichst alle Flocken etwa in die gleich günstige
Form und in der gleich kurzen Zeit zur Reifung und Absetzung gebracht werden müssen,
da andernfalls die Verwendung von Hilfsstoffen keinen praktischen Wert mehr hat.
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Weiterhin ist darauf zu achten, daß die Flocken-Adsorbtionskraft nicht
beeinträchtigt werden darf und daß die Flocken eine solche Beschaffenheit aufweisen
müssen, daß das darüberstehende Wasser völlig klar bleibt bzw. sofort wieder klar
wird, wenn man die Flocken mechanisch aufgewirbelt hat.
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Eine weitere wichtigere Forderung bei der Aufbereitung von Wässern
liegt darin, daß die verwendeten Wirkstoffe keine physiologisch bedenklichen Bestandteile
enthalten dürfen, welche gegen die Vorschriften des Lebensmittel- oder des Wassergütegesetzes
verstoßen.
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Die Praxis hat gezeigt, daß die weiter oben genannten bekannten kolloidalen
Wirkstoffe für diesen Zweck nicht geeignet sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den eingangs
erwähnten Zweck ein Sedimentationsmittel anzugeben, das große spezifische Wirkung
bei der Aufbereitung von Wässern zeigt, und welches die zuvor genannten Forderungen
in optimaler Weise erfüllt.
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Gegenstand der Erfindungistdaherdiellerstellung eines Sedimentationsmittels
aus kolloiden, pflanzlichen Rohstoffen in Kombination mit anorganischen Flockungsmitteln
zur Reinigung trüber oder verstrahlter Wässer oder Abwässer, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß man Johannisbrot-Kemmehle mit kristallisiertem Natriumsulfat in Wasser
verrührt, zu der gequollenen noch feuchten Masse eine solche Menge kalzinierten
Natriumsulfats zusetzt, daß man ein trockenes Pulver erhält, und schließlich noch
an sich bekannte flockende Salze des Eisens oder Aluminiums beimengt.
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Das erfindungsgemäße Sedimentationsmittel wird nach folgender Vorschrift
hergestellt: 20 g Johannisbrot-Kernmehl, sogenanntes Guarmehl, werden mit
100 g kristallisiertem Natriumsulfat in 200 g destilliertem Wasser
bzw. Kondenswasser verrührt. Diese Mischung wird bis zur vollständigen Quellung,
die je nach Raumtemperatur und Mahlfeinheit des Guarmehles 3 bis 24
Stunden Dauer erfordert, sich selbst überlassen. Die Temperatur, bei der die Quellung
erfolgt, ist nichtkritisch. Eine Erhitzung sollte jedoch zur Vermeidung einer Aufspaltung
der Kolloide unterbleiben. In die homogene
gelartige Quellmasse
wird wasserfreies Natriumsulfat so lange eingearbeitet, bis ein trockenes Pulver
anfällt, das durch ein Feinsieb von 0,3 bis 0,5 mm Maschenweite hindurchgetrieben
werden kann. Hierbei ist es wichtig, das wasserfreie Natriumsulfat in die noch feuchte,
gelartige Quellmasse einzuarbeiten. Für die obengenannten Mengenverhältnisse benötigt
man etwa 68#O g wasserfreies Natriumsulfat. Das so erhaltene Sedimentationsmittel
verliert bei der Lagerung seine Wirkung nicht und kann noch in Mengen von
1,0 bis 0,1 mg pro Liter bei den in Frage stehenden Wässern zum Sedimentieren
eingesetzt werden.
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Ein Vorzug des neuen Wirkstoffes besteht darin, daß er in kleinsten
Mengen von 1,0 mg/1 und weniger wirksam ist und je nach dem pH-Wert
der Trüben in Kombination mit sauren Fällungsbildnern, wie Eisensalzen, auch in
Mischungen mit anderen sauren Salzen für alkalische Trüben, für saure Trüben in
Kombination mit alkalischen Fällungsbildnern, wie Aluminate u. dgl., auch zwecks
automatischer Korrektur der pH-Werte anwendbar ist, wodurch eine zusätzliche, nachträgliche
Korrektur der pH-Werte entfällt.
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Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Sedimentationsmittels werden
bei der Trink-, Brauch-und Abwässeraufbereitung die Kosten für aufwendigen Absetzvorrichtungen
erspart, da der Raumbedarf an Reaktions-, Absetzklärbehältern und Filtern erheblich
- bis zu 75,D/o - herabgesetzt wird. In vielen Anwendungsfällen erübrigt
sich sogar eine Filtration. Dort, wo eine solche sich noch als erforderlich erweist,
erhöht die Verwendung des neuen Sedimentationsmittels die Filterstandzeit um das
Mehrfache, wodurch sich die Leistung vorhandener Anlagen beträchtlich steigert.
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Zum weiteren Verständnis der Erfindung dienen folgende Vergleichsversuche:
Es wurde eine Apparatur zur Durchführung von Sedimentationsversuchen mit Flüssigkeitstrüben
verwendet mit einem Glaszylinder, der mit der Flüssigkeitstrübe bis zu einer vorbestimmten
Marke gefüllt wird. Ein Rührstäbchen eines Magnetrührers wurde dann in den Zylinder
gegeben und der Glaszylinder auf das Rührwerk gestellt und der Magnetrührer gleichzeitig
mit einem Zeitmesser eingeschaltet.
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Nach Ablauf von einer Minute wird der Rührer abgeschaltet und auf
einem Galvanometer der Zeigerstand abgelesen. Die Skala des Galvanometers ist mit
14 Hauptteilstrichen eingeteilt.
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Der Galvanometer zeigt den Fotostrom einer Fotozelle an, der durch
die eine Lichtquelle ausgelöst wird. Der Fotostrom steigt mit wachsender Klarheit
des Versuchsmediums. Völlige Dunkelheit liegt also bei Skalenteil 14 vor. Der 0-Wert
(größte Klarheit) des zum Versuch verwendeten Glaszylinders wird in der Weise ermittelt,
daß eine Messung mit klarem Wasser vorgenommen wird. Er liegt zwischen
0 und 3 Skalenteilen.
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Um in allen Fällen die gleichen Vorbedingungen erfüllen zu können,
ist das Licht durch zwei Abschirmwände, die mit Schlitzblenden versehen sind, reguliert.
Die Schlitze liegen auf gleicher Höhe zu der Fotozelle. Hierdurch wird auch stets
der gleiche Ausschnitt des Glaszylinders erfaßt. Die Schlitzblenden sind nicht verstellbar.,
sie befinden sich mit ihrer Unterkante im zweiten Drittel des Glaszylinders. Es
werden somit nur echte Klär- und Sedimentationsvorgänge erfaßt, d. h. nicht
die sehr häufig in der Praxis auftretenden geringen Scheinklärungen, die sich nur
auf wenigen Zentimetern unter der Oberfläche vollziehen.
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Das zu dem obenerwähnten Versuch verwendete Wasser hatte folgende
Zusammensetzung
| Farbe und Aussehen ........ farblos, klar |
| Temperatur* ................ 141 C |
| pH ........................ 6,2 |
| Gesamt-Eisen .............. 1,95 mg/1 Fe |
| Gesamt-Mangan ............ 0,42 m/1 Mii |
Das Wasser wurde in den Versuchszylinder eingefüllt und auf dem Magnetrührwerk
1 Minute zur Belüftung gerührt, nachdem der 0-Wert des Glaszylinders mit
dem gleichen Wasser vor Einschaltung des Rührwerkes abgelesen worden war.
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Ablesung des Galvanometers direkt: 3 Skalenteile, Ablesung
nach 3 Minuten Rührzeit: 3 Skalenteile (Rührwerk gestoppt),
5 Skalenteile nach 340 Minuten, 8 Skalenteile nach 670 Minuten,
9 Skalenteile nach 12 Stunden.
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Es erfolgte somit auch nach 12 Stunden keine Klärung des Wassers ohne
Filtration. Der pH-Wert des Wassers betrug nach 12 Stunden = 6.4.
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Versuch 1
Versuch mit Zusatz einer Stoffkombination gemäß Patentanmeldung,
wobei die Zusatzmenge 0,5 mg/1 Wirkstoff enthielt.
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Anfangsablesung: 3 Skalenteile (nach einer Minute).
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Bei laufendem Rührwerk wurde der Zusatz vorgenornmen und wieder
3 Minuten gerührt, Rührwerk gestoppt.
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12 Galvanometer-Ablesung - 12 Skalenteile: 10 Skalenteile
Galvanometer nach 23 Sekunden, 6 Skalenteile Galvanometer nach
55 Sekunden, 3 Skalenteile (0-Wert) nach 85 Sekunden.
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Das über einen kompakten Bodensatz stehende völlig klare Wasser hatte
einen pH-Wert von 7,2; es war praktisch eisenfrei bei einem Mangangehalt
von unter 0,01 mg/l. Die Erhöhung des pH-Wertes ist in der Hauptsache durch
das in der Wirkstoff-Kombination anwesende Aluminat bedingt, das gleichzeitig eine
gute Adsorbtion kolloidaler oder feinstverteilter Stoffe, wie Atommüll, eine zusätzliche
Flockenbildung mit sich bringt. Durch den Wirkstoffzusatz gemäß der Patentanweldung
wird in rund 11/2+3 = 4'/2 Minuten eine Herausnahme der Trübungsbildner des
Wassers quantitativ erreicht und ohne Fein-Filtration ein sofort einsatzfähiges
Wasser erhalten.
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Versuch 2 Dieser Versuch wurde unter Zusatz von Carraghen (Isländisches
Moos) in gleicher Wirkstoff-Konzentration wie bei Versuch 1, bei dem die
Wirkstoff-Konzentration in Guarmehl von 0,5 mg/1 betragen hat.
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Zuvor ist darauf hinzuweisen, daß sich sowohl das
Carraghen
als Isländisches Moos (Calvaru islandien) in handelsüblicher Form oder nach dem
Versuch zur Herstellung in feinster, mehlförmiger Zerkleinerung mechanisch und physikalisch
ganz anders verhält, als die nach der Erfindung verwendeten Guar-Mehle. Sie lassen
sich auch nicht in so großer Verdünnung auf Trägerstoffe auflagern wie die Guarmehle,
ohne einen wesentlichen Anteil ihres Wirkungseffekts zu verlieren. Außerdem liegt
eine hohe pH-Empfindlichkeit im Bereich über pH
7 vor.
| pH-Wert des Wassers ....... 6,2 |
| Wasser-O-Wert des Versuchs- |
| Meßzylinders ............ 3 Skalenteile |
Versuch 2 a Zusatz von
0,5 mg/1 Wirkstoffsubstanz, ohne die Trägerstoffe
gemäß Patentannieldung:
| Anfangsablesung ............ 3 Skalenteile |
| Zusatz bei laufendem Rührwerk |
| nach 3 Minuten ............ 3 Skalenteile |
| Rührzeit nach 6,0 Minuten ... 4 Skalenteile |
| RUhrzeit ................... ansteigend |
Die Versuche wurden als zwecklos abgebrochen, da die Trübung bestehen blieb.
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Versuch 2
b
Wirkstoffinenge wie bei 2a,
0,5 mgll
Wirkstoff Carraghen.
| Anfangswert ohne Zusatz .... 3 Skalenteile |
Bei laufendem Rührwerk
0,5 mg/1 Wirkstoff
+ 0,5 mgll Aluminat.
Nach
3 Minuten Rührzeit gestoppt. Ablesung:
3 Skalenteile,
5 Skalenteile nach
32 Minuten,
6 Skalenteile nach
38 Minuten,
3 Skalenteile auch nach 2 Stunden nicht wieder erreicht.
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Die Versuchsreihe mit Isländisch Moos der Trockensubstanz einer Symbiose
von Flechten-Pilzen-Algen unterschied sich kaum von der mit mit dem Carraghen-Moos.
Wenn auch ein gewisser Wirkungseffekt beider Stoffe gegenüber der Wasserproben ohne
Nebenzusatz vorliegt, so ist er nicht mit den Ergebnissen der Versuchsreihe
1 mit den Wirkstoff-Kombinationen der Erfindung vergleichbar. Versuch
1 zeig daß mit diesen Stoffen die Flockungszeit und Sedimentationsgeschwindigkeit
bis zur völligen Klärung nur so viel Sekunden erfordert, wie in anderen Fällen Minuten
bzw. Stunden für eine Teilklärung. Hierfür liegen bereis Bestätigungen aus der Praxis
vor.