СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОСАДКОВ ВОДОПРОВОДНЫХ СТАНЦИЙ Российский патент 2008 года по МПК C02F11/04 C02F1/56 C02F103/02 

Изобретение относится к области обработки осадков водопроводных станций, а более конкретно к обработке труднообезвоживаемых гидроксидных осадков процессов очистки поверхностных маломутных и высокоцветных вод.

Известен способ обезвоживания осадков различного состава, в том числе полученных в результате очистки воды путем реагентной обработки с применением в качестве реагента смеси двух флокулянтов - катионного и неионогенного, взятых в количестве от 3:1 до 1:1 по массе, при этом общее количество смеси составляет от 3,0 до 7,2 кг на 1 т твердой фазы осадка. В качестве катионного флокулянта применяют сополимер акриламида с мономером, содержащим четвертичный атом азота, а в качестве неионогенного флокулянта - полимер на основе амида акриловой кислоты. Смешение растворов флокулянтов осуществляется не менее чем за 20 минут перед введением их в осадок. Концентрация растворов флокулянтов должна составлять 0,3-0,2 мас.%. Обезвоживание осадка осуществляется на камерном фильтр-прессе (см. патент RU №2275339С1, МКИ: C02F 11/14, с приоритетом 29.09.2004 г., опубл. 27.04.2006 г.).

Недостатком известного способа является высокая стоимость процесса, обусловленная дороговизной флокулянтов и оборудования.

Известен способ обезвоживания осадков поверхностных вод, характеризующихся большим содержанием гидроксидов, высокой цветностью и малой мутностью, путем обработки их полиэлектролитами - флокулянтами с длинной молекулярной цепочкой (с высокими молекулярными массами на основе полиакриламида). Обработка осадка флокулянтами с введением сухих наполнителей (гипса, СаСО₃, опилок, летучей золы, угля) улучшает когезию осадка, коэффициент его сжимаемости и позволяет снизить дозу реагентов. Отделение твердой фазы осуществляется отстаиванием (см. "DEGREMONT", "Технический справочник по обработке воды", Санкт-Петербург, 2007 г., стр.160, 1193-1195, 1200).

Недостатком известного способа является высокая стоимость процесса, обусловленная дороговизной применяемых реагентов.

Известен способ обработки водонасыщенных осадков, в частности водоочистки ТЭЦ путем обработки их гидролизованными алюмосиликатами с предварительным определением исходного значения pH осадка, и при 7<pH<10 гидролизованные алюмосиликаты с 2<pH<5 вводят в количестве, достаточном для уменьшения значения Ph на 1-3 единицы. При 4<pH<7 гидролизованные алюмосиликаты вводят с 9<рН<12 в количестве, достаточном для увеличения значения pH на 1-3 единицы. Через 10-50 часов после внесения гидролизованных алюмосиликатов в образующуюся смесь вводят утяжелитель в виде водной суспензии супеси и/или суглинка с содержанием твердой фазы в количестве 10-50 г на литр осадка. Для приготовления водных суспензий гидролизованных алюмосиликатов и утяжелителя можно использовать выделенную жидкую фазу осадка. Возможно введение гидролизованных алюмосиликатов в осадок высоконапорным насосом под давлением 2-5 атм в виде водной суспензии с 10-15% концентрацией твердой фазы; аналогичным образом можно вводить и утяжелитель. Предусматривается возможность введения в суспензию водных суспензий гидролизованных алюмосиликатов утяжелителя - 0,5-3,0 мас.% хлоридов двух- или трехвалентных металлов или 1,0-3,0 мас.% сульфатов железа и/или алюминия. Обработанные таким образом осадки подвергают обезвоживанию отстаиванием (см. патент RU №2247082 С2, МПК: C02F 11/14, с приоритетом 14.04.2003 г., опубл. 20.02.2005 г.).

Недостатком известного способа является сложность, обусловленная необходимостью приготовления водных суспензий гидролизованных алюмосиликатов, и тщательный контроль за рН садков и рН гидролизованных алюмосиликатов.

Известен способ обработки осадков водопроводных станций, заключающийся в введении в них флокулянта, гравитационном уплотнении образующейся смеси и последующем смешении со сброженным осадком сточных вод в соотношении 1:6 по сухому веществу. Смесь осадков обезвоживают на иловых площадках при среднесуточной температуре воздуха выше 0°С или на сооружениях механического обезвоживания - фильтр-прессах или центрифугах при среднесуточной температуре воздуха, не превышающей 0°С. Остаточная коагулирующая активность гидроксидного алюминийсодержащего водопроводного осадка, вводимого в качестве присадки в осадок сточных вод, позволяет снизить расход флокулянта, применяемого для химического кондиционирования осадков сточных вод. Совместное обезвоживание осадков позволяет получить продукт, пригодный для рекультивации земель (см. патент RU №2246452 С2, МПК: C02F 11/14, с приоритетом 01.08.2003 г., опубл. 20.02.05 г.).

Недостатком известного способа является невысокая степень обезвоживания осадка, высокий расход флокулянта при обезвоживании осадка и большой объем обезвоженного осадка, что приводит к повышению стоимости процесса.

Известен способ обработки гидроксидных осадков водопроводных станций, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявленному, заключающийся в введении в них таких волокнистых материалов, как волокна искусственного шелка, ацетатное волокно целлюлозы, волокна полипропилена, акриловые волокна и т.д., выполняющие функцию присадки, перемешивании образующейся смеси и обработке ее катионоактивным полимерным коагулянтом, например Accofloc C485 и др. или смесью его с катионоактивным ПАВ; при этом содержание волокон органического материала по отношению к твердой фазе осадка составляет 0,05-20%, а катионоактивный полимерный коагулянт используют в количестве 0,001-3,0% по весу к твердой фазе осадка. Обрабатываемую смесь подвергают перемешиванию и последующему механическому обезвоживанию фильтрованием или центрифугированием (см патент US №4559143, МПК: C02F 11/12, C02F 11/14, B01D 37/02, с приоритетом JP 10.07.79 г., опубл. 17.12.85 г.).

Недостатком известного способа является высокая влажность обезвоженного осадка, большой объем его и высокая стоимость процесса обезвоживания.

По воспроизведенным в сопоставимых условиях данным влажность обезвоженного осадка составляет 70-75%, объем обезвоженного осадка 0,009 м³/м³ исходного осадка.

Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение влажности обезвоженного осадка водопроводных станций очистки поверхностных высокоцветных и маломутных вод, уменьшение объема полученного осадка и снижение стоимости технологического процесса.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки осадков водопроводных станций, включающем их смешение с раствором высокомолекулярного полимерного катионного флокулянта, присадкой, перемешивание и обезвоживание, исходный гидроксидный осадок обрабатывают раствором высокомолекулярного катионного флокулянта с концентрацией 0,1-0,15% и дозой 3,5-4 кг/т сухого вещества осадка, перемешивают образующуюся смесь и в нее в качестве присадки вводят «скоп» - осадок от флотационных ловушек процесса очистки избыточной оборотной воды производства офсетной бумаги дозой 0,25-0,6% от объема исходного осадка, перемешивание образующейся смеси осуществляют со скоростью 90-130 об/мин, последующее уплотнение ведут в течение 3-6 часов, гравитационное обезвоживание осадка осуществляют в присутствии раствора высокомолекулярного катионного флокулянта с концентрацией 0,1-0,15% и дозой 0,33-0,4 кг/т сухого вещества осадка и «скопа» в количестве 1-3% от объема исходного осадка.

Способ обработки осадков водопроводных станций осуществляют следующим образом: исходный гидроксидный осадок высокоцветных маломутных вод (отношение цветности к мутности >10 град·л/мг) с влажностью 99,3-99,8% и плотностью 0,95-0,98 т/м³ направляют в цилиндроконический уплотнитель. Данный осадок представляет собой сложную многокомпонентную систему с сильно развитой поверхностью. Основными компонентами гидроксидных осадков являются продукты гидролиза химических реагентов, гидроокиси железа и алюминия, в сочетании с минеральными веществами (глинистыми частицами, мелким песком и др.) и органическими веществами - илом, фито- и зоопланктоном, микроорганизмами, коллоидами гуминовых кислот и пр. Обезвоживание данного вида осадков представляет собой наиболее сложную проблему. По пути движения гидроксидный осадок маломутных, высокоцветных вод сначала обрабатывают раствором высокомолекулярного катионоактивного флокулянта с концентрацией 0,1-0,15% и дозой 3,4-4 кг/т сухого вещества осадка. В трубопроводе, куда подают флокулянт, происходит его перемешивание с исходным осадком. Полученную смесь подают в уплотнитель, куда в качестве присадки добавляют «скоп» - осадок от флотационных ловушек внутрицеховой очистки избыточной оборотной воды производства офсетной бумаги, следующего состава:

Целлюлозные волокна* (* целлюлоза получена сульфатным методом посредством варки древесины в щелоке) - 11,5-15%;

Мел - 3-4%,

Анилиновые красители - 0,2-0,3%,

Оптическое отбеливающее вещество - 0,003-0,006%,

Соль поваренная - 0,03-0,045%,

Канифольный клей - 0,4-0,55%,

Животный клей - 0,01-0,02%,

Каолин - 0,5-0,8%,

Крахмал - 0,05-0,07%,

Высокомолекулярный катионоактивный флокулянт - 0,001-0,003%,

Глинозем - 0,01-0,05%,

Вода - 80-85%.

При этом зольность «скопа» составляет 15-20%, рН - 6,0-6,5, а доза - 0,25-0,6% от объема исходного осадка.

Волокнистая структура целлюлозы, попадая в неуплотненный гидроксидный осадок высокоцветных маломутных вод, выполняет роль центров хлопьеобразования, что способствует более быстрому и эффективному уплотнению и обезвоживанию осадка. Крахмал, канифольный и животный клей, используемые при производстве офсетной бумаги, помимо промышленного флокулянта и глинозема, выполняет функции дополнительного «мягкого» флокулянта и упрочняющей добавки, за счет чего происходит сокращение дозы используемого при уплотнении и обезвоживании флокулянта.

Содержание канифольного клея в составе «скопа» также способствует снижению водопоглащения хлопьями на 35-40%. Наличие мела способствует проявлению вязкопластических свойств скопа, что приводит к образованию крупных агломератов, благотворно влияющих на уплотнение и гравитационное обезвоживание осадка. Все вышесказанное обеспечивает снижение расхода флокулянта. Сочетание всех этих свойств присадки с полимерным высокомолекулярным катионоактивным флокулянтом вызывает следующие эффекты: стимуляцию сильно выраженной флокуляции благодаря образованию мостов между коллоидными частицами гидроксидного осадка и сильное снижение его удельного сопротивления, увеличение электростатического воздействия между коллоидными частицами, способствующее более интенсивному обмену зарядами, что приводит к увеличению степени дестабилизации поверхностных частиц. Дестабилизация и соединение множества отдельных частиц ведут к образованию объемных легко отделяемых от суспензии макрохлопьев. Все вышесказанное способствует увеличение влагоотдающих свойств осадка, вследствие чего уменьшается его влажность.

Для интенсификации процесса уплотнения поступающую смесь перемешивают с интенсивностью 90-130 об/мин в течение 1-3 минут. Данная скорость обеспечивает оптимизацию процесса уплотнения за счет агрегатирования взвеси, улучшающей осаждение осадка. Скорость менее 90 об/мин не позволяет максимально использовать флокулирующую способность уплотняемой смеси, а скорость более 130 об/мин провоцирует разрушение хлопьев. Далее в течение 3-6 часов производят уплотнение. После уплотнения надосадочная жидкость отводится в дренажную систему станции водоподготовки, а осадок подают в устройство гравитационного обезвоживания. В трубопровод подачи осадка, соединяющий цилиндроконический уплотнитель и устройство гравитационного обезвоживания, подают раствор того же высокомолекулярного катионного флокулянта дозой 0,33-0,4 кг/т сухого вещества осадка и концентрацией 0,1-0,15% и присадку «скоп» дозой 1,0-3,0% от объема исходного осадка. Структура и размер хлопьев осадка обеспечивают возможность его обезвоживания гравитационным способом. Обезвоживание производят в течение 150-200 часов. Вводимые реагенты, воздействуя на обрабатываемый осадок, нейтрализуют поверхностные заряды его частиц. Вследствие этого силы отталкивания значительно уменьшаются и частицы осадка укрупняются и, объединяясь, образуют хлопья. Заявленные дозы «скопа» - 1,0-3,0% от объема исходного осадка, и раствора флокулянта - концентрацией 0,1-0,15% и дозой 0,33-0,4 кг/т сухого вещества осадка, обеспечивают интенсификацию процесса флокуляции и, как следствие, уменьшают влажность обезвоживаемого осадка. Уменьшение заявляемых доз приводит к резкому сокращению водоотдающих свойств осадка и, соответственно, увеличению его влажности, а увеличение доз ведет к неоправданному удорожанию процесса, практически не увеличивая степени обезвоживания, т.е. не уменьшая влажность осадка (см. табл.1).

Влажность обезвоженного осадка составляет 28-35%, плотность - 1,16-1,25 т/м³.

Предлагаемый способ позволяет уменьшить объем обезвоженного осадка, который составляет 0,0028-0,003 м³/м³ исходного осадка, не ухудшая экологических характеристик осадка; последний относится к IV классу и может использоваться для рекультивации земель.

Обезвоженный осадок является нетекучим и удобен для транспортировки на грузовом транспорте.

Пример №1

Исходный гидроксидный осадок от водопроводных очистных сооружений высокоцветных маломутных поверхностных вод (исходная цветность воды 50 град, мутность - 4 мг/л) объемом 1 м³,^{влажностью - 99,5%, плотностью - 0,95 т/м3 по трубопроводу направляют в цилиндроконический уплотнитель. По пути движения осадка в трубопровод подают раствор катионного флокулянта «Праестол 650ВС» концентрацией 0,1% и дозой 3,5 кг/т сухого вещества осадка. В трубопроводе происходит смешение флокулянта с исходным осадком. После подачи гидроксидного осадка в уплотнитель в него подается присадка «скоп» дозой 0,25% от объема исходного осадка. Для интенсификации процесса в уплотнителе перемешивание смеси рамной мешалкой происходит со скоростью 90 об/мин в течение 2 минут, после чего происходит уплотнение данной смеси в течение 3 часов. Надосадочную воду после уплотнения сбрасывают в дренажную систему, а уплотненный осадок (влажность уплотненного осадка составляет 98%) направляют в устройство для гравитационного обезвоживания. По пути движения в трубопроводе в осадок подают флокулянт «Праестол 650ВС» концентрацией 0,1% и дозой 0,33 кг/т и присадку "скоп" дозой 1,0% от объема исходного осадка. Гравитационное обезвоживание осуществляется в течение 150 часов. По истечении данного времени влажность обезвоженного осадка составляет 35%, плотность осадка - 1,16 т/м3. Объем обезвоженного осадка - 0,003 м3.}

Пример №2

Способ осуществляют аналогично примеру №1 при следующих значениях исходных параметров:

При уплотнении используется раствор катионного флокулянта «Праестол 650ВС» концентрацией 0,12% и дозой 3,7 кг/т сухого вещества осадка и присадку «скоп» дозой 0,45% от объема исходного осадка. Уплотнение проводят в течение 4,5 часов (влажность уплотненного осадка составляет 97,7%). При обезвоживании используется флокулянт «Праестол 650ВС» концентрацией 0,12% и дозой 0,37 кг/т и присадку «скоп» концентрацией 2,0% от объема исходного осадка. Осадок обезвоживается в течение 170 часов. По истечении данного времени влажность обезвоженного осадка составляет 32%, плотность осадка - 1,21 т/м³. Объем обезвоженного осадка - 0,0029 м³.

Пример №3

Способ осуществляется аналогично примеру №1 при максимальных значениях исходных параметров:

При уплотнении используется раствор катионного флокулянта «Праестол 650ВС» концентрацией 0,15% и дозой 4 кг/т сухого вещества осадка и присадку «скоп» дозой 0,6% от объема исходного осадка. Уплотнение проводится в течение 6 часов (влажность уплотненного осадка составляет 97,5%). При обезвоживании используется флокулянт «Праестол 650ВС» концентрацией 0,15% и дозой 0,4 кг/т и присадка «скоп» дозой 3,0% от объема исходного осадка. Осадок обезвоживается в течение 200 часов. По истечении данного срока влажность обезвоженного осадка составляет 28%, плотность осадка- 1,25 т/м³. Объем обезвоженного осадка - 0,0028 м³.

Данные, свидетельствующие о целесообразности заявляемых параметров процесса обезвоживания гидроксидных осадков водопроводных станций, представлены в таблице 1.

Таблица 1№ п/пПараметрыУплотнениеОбезвоживаниеВлажность обезножив. осадкаОбъем обезвоженного осадка, м³/м³ исходного осадкаСебестоимость обезвоженного осадка, руб./тконцентр. p-pa флок., %доза флокулянта, кг/тдоза присадки «скоп», %концентр. p-pa флок-та, %доза флок-та, кг/тдоза присадки «скоп», %1заявляемыеmin0,13,50,250,10,331,0%35%0,0033002среднее0,123,70,40,120,372,0%32%0,00293153max0,1540,60,150,43,0%28%0,00283284Запредельные<min0,0830,20,080,30,5%70%0,00652805>max0,24,50,70,20,454,0%33%0,003350

Данные, свидетельствующие о преимуществах предлагаемого способа по сравнению с известным, приведены в таблице 2.

Таблица 2Наименование способаВлажность обезвоженного осадка, %Объем обезвоженного осадка, м³/м³ исходного осадкаСебестоимость обезвоженного осадка, руб./тПредлагаемый28-350,0028-0,003300-328Известный70-750,009530

Предложенный способ обработки осадков водопроводных станций, т.е. труднообезвоживаемых гидроксидных осадков процессов очистки высокоцветных, маломутных вод с отношением цветности к мутности >10 град·л/мг, способствует уменьшению влажности образующегося осадка и его объема и снижению стоимости технологического процесса за счет применения в качестве присадки «скопа» - осадка от флотационных ловушек внутрицеховой очистки избыточной оборотной воды производства офсетной бумаги.

Наличие в «скопе» структурированной целлюлозы процесса сульфатной варки, крахмала, клеев и мела и др., взаимодействующих с труднообезвоживаемым гидроксидным осадком процессов очистки высокоцветных, маломутных вод коллоидной структуры и полимерным, высокомолекулярным, катионоактивным флокулянтом в заявляемых интервалах, способствует проявлению в процессе флокуляции дополнительного «мягкого» флоккулирующего эффекта, который интенсифицирует процесс собственно флокуляции, что при условии соблюдения технологических параметров уплотнения и обезвоживания благотворно влияет на вышеуказанные процессы.

Таким образом, предложенный способ, по сравнению с известным, позволяет уменьшить влажность образующегося осадка на 35-40%, уменьшить объем обезвоженного осадка с 0,009 до 0,0028-0,003 м³/м³ исходного осадка, т.е. в 3 раза снизить стоимость технологического процесса с 530 до 300-328 руб./т за счет сокращения расхода флокулянта, использования в качестве присадки «скопа» - отхода производства офсетной бумаги, возможности использования обезвоженного осадка для рекультивации земель.

Изобретение относится к области обработки гидроксидных осадков процессов очистки высокоцветных и маломутных поверхностных вод. Способ обработки осадков водопроводных станций включает их смешение с раствором высокомолекулярного полимерного катионного флокулянта, присадкой, перемешивание и обезвоживание. Исходный гидроксидный осадок обрабатывают раствором высокомолекулярного катионного флокулянта с концентрацией 0,1-0,15% и дозой 3,5-4 кг/т сухого вещества осадка. Образующуюся смесь перемешивают и в качестве присадки в нее вводят «скоп» - осадок от флотационных ловушек процесса очистки избыточной оборотной воды производства офсетной бумаги дозой 0,25-0,6% от объема исходного осадка. Перемешивание образующейся смеси осуществляют со скоростью 90-130 об/мин, последующее уплотнение ведут в течение 3-6 часов. Гравитационное обезвоживание осадка осуществляют в присутствии раствора высокомолекулярного катионного флокулянта с концентрацией 0,1-0,15% и дозой 0,33-0,4 кг/т сухого вещества осадка и «скопа» в количестве 1-3% от объема исходного осадка. Способ обеспечивает уменьшение влажности обезвоженного осадка, уменьшение объема полученного осадка и снижение стоимости технологического процесса. 2 табл.

Способ обработки осадков водопроводных станций, включающий их смешение с раствором высокомолекулярного полимерного катионного флокулянта, присадкой, перемешивание и обезвоживание, отличающийся тем, что исходный гидроксидный осадок обрабатывают раствором высокомолекулярного катионного флокулянта с концентрацией 0,1-0,15% и дозой 3,5-4 кг/т сухого вещества осадка, перемешивают образующуюся смесь и в нее в качестве присадки вводят «скоп» - осадок от флотационных ловушек процесса очистки избыточной оборотной воды производства офсетной бумаги дозой 0,25-0,6% от объема исходного осадка, перемешивание образующейся смеси осуществляют со скоростью 90-130 об/мин, последующее уплотнение ведут в течение 3-6 ч, гравитационное обезвоживание осадка осуществляют в присутствии раствора высокомолекулярного катионного флокулянта с концентрацией 0,1-0,15% и дозой 0,33-0,4 кг/т сухого вещества осадка и «скопа» в количестве 1-3% от объема исходного осадка.