СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ СУСПЕНЗИИ Российский патент 2009 года по МПК C02F11/14 C02F1/54 B01D21/01 

Изобретение относится к области разделения гетерогенных сред, а именно суспензий, с выделением осадка в качестве целевого продукта, и может быть использовано в угледобывающей, углехимической, горнорудной, пищевой, химической промышленности, при очистке сточных вод, индустрии строительных материалов при разделении суспензии на жидкую и твердую фазы.

Частным случаем разделения гетерогенной системы является обезвоживание суспензии, т.е. выделение твердой фазы из гетерогенной системы. Этот процесс лежит в основе большинства промышленных производств, использующих в качестве технологических сред суспензии. При обезвоживании суспензии существенным является перед разделением выделить из частиц суспензии различным образом связанную частицами воду. Это облегчает в дальнейшем при использовании фильтровального оборудования любого типа процесс отделения воды от твердых частиц суспензии.

Известен способ обезвоживания суспензий (RU, патент 2165900), включающий последовательную обработку суспензии анионным и катионным флокулянтами, причем количество полимера в катионной форме, по меньшей мере, не превышает количество полимера в анионной форме с последующим отделением твердой фазы от жидкой с использованием ленточного фильтра.

Недостатком известного способа следует признать неполноту и длительность отделения жидкой фазы от твердой фазы из-за наличия в отделенной твердой фазе значительного количества физически и химически связанной воды.

Известен способ отделения взвешенных частиц из водного раствора (SU, авторское свидетельство 528039) путем последовательного введения в раствор, находящийся в смесителе, двух флокулянтов: неорганического и полиакриламида с последующим отделением твердой фазы от жидкой с использованием ленточного фильтра.

Недостатком известного способа следует признать неполноту и длительность отделения жидкой фазы от твердой фазы из-за наличия в отделенной твердой фазе значительного количества физически и химически связанной воды.

Известен способ флокуляции угольных шламов (DE, заявка 3439842), включающий перемешивание суспензии шлама одновременно с флокулянтом в анионной форме и флокулянтом в катионной форме, причем флокулянт в анионной форме имеет сравнительно низкую молекулярную массу и высокую анионную активность, а флокулянт в катионной форме имеет высокую молекулярную массу и низкую катионную активность, с последующим отделением твердой фазы от жидкой с использованием ленточного фильтра.

Недостатком известного способа следует признать неполноту и длительность отделения жидкой фазы от твердой фазы из-за наличия в отделенной твердой фазе значительного количества физически и химически связанной воды.

Известен (RU, патент 2253632) обработки суспензии сточных вод. При реализации известного способа предварительно определяют содержание твердой фазы суспензии и, если содержание твердой фазы составляет менее 150 г/л, суспензию предварительно сгущают. В предпочтительном варианте суспензию предварительно сгущают с использованием анионактивного флокулянта. Затем суспензию последовательно обрабатывают в аппарате для перемешивания флокулянтом, предпочтительно представляющим собой раствор полиакриламида и/или его сополимеров в катионной форме, имеющим сравнительно низкую молекулярную массу и высокую катионную активность, самотеком или с помощью насоса переводят обрабатываемую суспензию в следующий аппарат для перемешивания и в процессе перевода или во втором аппарате для перемешивания обрабатывают суспензию раствором второго катионного флокулянта, имеющим высокую молекулярную массу и низкую катионную активность. Затем суспензию разделяют на твердую и жидкую фазы с использованием ленточного фильтра. Среднее содержание твердой фазы в жидкой фазе составляет 9%.

Способ предпочтительно реализован при обработке суспензии сточных вод.

Недостатком известного способа следует признать неполноту и длительность отделения жидкой фазы от твердой фазы из-за наличия в отделенной твердой фазе значительного количества физически и химически связанной воды.

Указанное решение использовано в качестве ближайшего аналога разработанного способа.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в разработке эффективного способа обезвоживания суспензии.

Технический результат, получаемый в результате реализации разработанного технического решения, состоит в повышении эффективности отделения воды от твердой фазы суспензии.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать способ обезвоживания суспензий, включающий обработку суспензии флокулянтами с последующим отделением твердой фазы от жидкой фазы, причем предварительно суспензию гомогенизируют в смесителе при скорости вращения суспензии не менее 2900 об/мин, а затем осуществляют смешение с флокулянтом в смесителе при скорости вращения не менее 2900 об/мин. Экспериментально было установлено, что при такой скорости гомогенизации суспензии происходит значительное высвобождение связанной воды твердыми частицами суспензии. При реализации способа может быть использован гомогенизатор любой конструкции, обеспечивающий перемешивание суспензии при скорости не менее 2900 об/мин. При необходимости для более эффективного отделения связанной воды от твердых частиц суспензии на стадии гомогенизации суспензии в нее добавляют щелочную форму диэтилдитиокарбамата и/или диметилдитиокарбамата, отвечающего требованиям ТУ 2491-299-00204197-2004. В предпочтительном варианте реализации способа щелочную форму диэтилдитиокарбамата и/или диметилдитиокарбамата добавляют в количестве 0,01 до 0,1% от массы твердой фазы суспензии.

Для очистки водной фазы сточных вод от ионов тяжелых металлов при гомогенизации в сточные воды добавляют в качестве осадителя тяжелых металлов трикапто-s-триазин в виде соли натрия (торговое название ТМТ 15) в количестве от 4 до 16 г/м³ сточных вод. Указанный препарат образует с тяжелыми металлами соединения, значительно менее растворимые в воде, чем гидроксиды указанных металлов. Полученные при действии ТМТ 15 осадки металлов представляют собой крупные хлопья, легко отделяемые от сточных вод и легко подвергающиеся обезвоживанию в стандартных условиях. В ходе разработки предлагаемого способа было установлено, что препарат ТМТ 15 можно вводить раздельно с растворами флокулянтов, причем раствор флокулянта предпочтительно вводить после введения препарата ТМТ 15. Данный препарат высоко эффективен при отделении от жидкой фазы сточных вод ионов таких металлов как кадмий, медь, ртуть, никель, свинец.

Поскольку сточные воды при обработке и хранении подвергаются самопроизвольному микробиологическому разложению, то им практически всегда присущ неприятный запах, обусловленный наличием аммиака, аминов, меркаптанов и сероводорода - основных газообразных выделений полигонов отходов, свалок и полей орошения.

Для удаления неприятного запаха на стадии гомогенизации предложено в качестве поглотителя запахов добавлять 0,3% водную эмульсию типа «вода - масло», содержащую 2,7,7-триметилбицикло[3,1,1] гептен -2 и транс-3,7-диметилоктадиен-2,6-ол-1 при следующем соотношении компонентов (мас.%):

2,7,7-триметилбицикло[3,1,1] гептен-2 0,05-0,25 транс-3,7-диметилоктадиен-2,6-ол-1 0,6-1,5 вода остальное

Также для удаления неприятного запаха при гомогенизации в качестве поглотителя запахов предложено добавлять в сточные воды 0,25% водную эмульсию типа «вода - масло», содержащую 2,7,7-триметилбицикло[3,1,1] гептен-2, α-гексилкоричный альдегид, 3-метокси-4-оксиаллилбензол, транс-3,7-диметилоктадиен-2,6-ол-1 и хлорид алкилдиметилбензиламмония при следующем соотношении компонентов (мас.%):

2,7,7-триметилбицикло[3,1,1] гептен-2 0,05-0,25 транс-3,7-диметилоктадиен-2,6-ол-1 0,5-1,7 α-гексилкоричный альдегид 0,6-1,7 3-метокси-4-оксиаллилбензол 0,6-1,7 хлорид алкилдиметилбензиламмония 2,5-6,5 вода остальное

Кроме того, для удаления неприятного запаха при гомогенизации в сточные воды в качестве поглотителя запахов можно добавлять и 0,2% водную эмульсию типа «вода - масло», содержащую метиловый эфир β-нафтола, додеканол 1 и хлорид алкилдиметилбензиламмония при следующем соотношении компонентов (мас.%):

метиловый эфир β-нафтола 0,04-0,3 додеканол 1 7,0-10,0 хлорид алкилдиметилбензиламмония 2,5-7,0 вода остальное

Разработанный способ обезвоживания суспензии, кроме уменьшения влажности получаемого осадка твердой фазы суспензии, позволяет отделить от жидкой фазы растворенные в ней ионы тяжелых металлов, а также устранить запах сточных вод.

В дальнейшем сущность способа будет раскрыта с использованием примеров реализации.

При реализации разработанного способа могут быть использованы практически любые катионные и неионогенные флокулянты, но предпочтительно использовать катионный флокулянт, представляющий собой сополимер акриламида с мономером, содержащим четвертичный атом азота (в частности, флокулянт «Праестол-650 ВС») и/или неионогенный флокулянт, представляющий собой полимер на основе амида акриловой кислоты (в частности, флокулянт «Праестол-2500). Для отделения твердой фазы от жидкой фазы обычно используют камерный фильтр-пресс.

Упомянутый катионный флокулянт «Праестол-650 ВС» представляет собой сополимер акриламида с 2-акриламидопропил-3-метиламмонийхлоридом с массовой долей остаточного акриламида не более 0,1 мас.%, динамической вязкостью 1% раствора полимера в 10% растворе хлорида натрия примерно 400 мПа·с и характеристической вязкостью 0,2% раствора полимера в 1 N растворе нитрита натрия примерно 14 дл/г.

Упомянутый неионогенный флокулянт «Праестол-2500» представляет собой полиакриламид с массовой долей остаточного акриламида не более 0,1 мас.%, динамической вязкостью 1% раствора полимера в 10% растворе хлорида натрия примерно 140 мПа·с и характеристической вязкостью 0,2% раствора полимера в 1N растворе нитрита натрия примерно 15 дл/г.

В дальнейшем сущность способа, а также преимущества его применения будут показаны на следующих примерах реализации с использованием флокулянтов типа «Праестол», а также остальных выше перечисленных реагентов.

Пример 1. Отработку разработанного способа проводили с использованием ранее определенной оптимальной смеси флокулянтов «Праестол-650 ВС» (3 массовые части) и «Праестол-2500» (1 массовая часть), и суспензии смеси термофильно-сброженного осадка первичных отстойников и аэробно-стабилизированного избыточного активного ила. Используемая смесь имела следующие характеристики:

влажность 96,4% зольность 43,1% время капиллярного всасывания 175 с удельное сопротивление 1358

Испытания проводили с использованием фильтр-пресса «Дифенбах», обеспечивающего давление фильтрации 6 бар и давление дожима 15 бар. В качестве контроля использовали стандартный технологический процесс обработки осадка с использованием тех же флокулянтов, взятых в оптимальной дозе.

По результатам испытаний было установлено, что при использовании оптимального количества смеси флокулянтов «Праестол-650 ВС» (3 массовые части) и «Праестол-2500» (1 массовая часть) при скорости гомогенизации суспензии 3000 об/мин и продолжительности процесса 0,6 часа, содержание влаги в осадке составило на 11,6% меньше, чем в контрольном эксперименте.

Пример 2. Условия проведения эксперимента соответствовали примеру 1, но на стадии гомогенизации в нее добавили щелочную форму диэтилдитиокарбамата в количестве 0,05% от массы твердой фазы суспензии. Содержание влаги в осадке составило на 14,8% меньше, чем в контрольном эксперименте.

Пример 3. Условия проведения эксперимента соответствовали примеру 2, но дополнительно на стадии гомогенизации в суспензию добавили трикапто-s-триазин в виде соли натрия в количестве 12 г/м³ сточных вод. Содержание влаги в осадке соответствовало примеру 2, но содержание меди, кадмия, ртути, никеля, кобальта уменьшилось на 2 порядка.

Пример 4. Условия проведения эксперимента соответствовали примеру 2, но дополнительно на стадии гомогенизации в суспензию добавили в качестве поглотителя запахов 0,3% водную эмульсию типа «вода - масло», содержащую 2,7,7-триметилбицикло[3,1,1] гептен -2 и транс-3,7-диметилоктадиен-2,6-ол-1 при следующем соотношении компонентов (мас.%):

2,7,7-триметилбицикло[3,1,1] гептен-2 0,05-0,25 транс-3,7-диметилоктадиен-2,6-ол-1 0,6-1,5 вода остальное

при содержании эмульсии 0,05% на 1 м³ суспензии. Содержание влаги в осадке осталось соответствующим примеру 2, но полностью исчез запах сточных вод.

Применение разработанного способа позволяет уменьшить содержание влаги в осадке примерно на 15% по сравнению со стандартной технологией отделения жидкой фазы от суспензии.

Изобретение относится к области разделения суспензий с выделением осадка и может быть использовано в угледобывающей, углехимической, горнорудной, пищевой, химической промышленности, при очистке сточных вод, индустрии строительных материалов при разделении суспензии на жидкую и твердую фазы. Способ включает обработку суспензии флокулянтами с последующим отделением твердой фазы от жидкой фазы. При осуществлении способа предварительно суспензию гомогенизируют в смесителе при скорости вращения суспензии не менее 2900 об/мин. Затем осуществляют смешение с флокулянтом в смесителе при скорости вращения не менее 2900 об/мин. В предпочтительном варианте осуществления способа на стадии гомогенизации суспензии в нее вводят щелочную форму диэтилдитиокарбамата и/или диметилдитиокарбамата. Способ обеспечивает повышение эффективности отделения воды от твердой фазы суспензии. 6 з.п. ф-лы.

1. Способ обезвоживания суспензий, включающий обработку суспензии флокулянтами с последующим отделением твердой фазы от жидкой фазы, отличающийся тем, что предварительно суспензию гомогенизируют в смесителе при скорости вращения суспензии не менее 2900 об/мин, а затем осуществляют смешение с флокулянтом в смесителе при скорости вращения не менее 2900 об/мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при гомогенизации суспензии в нее добавляют щелочную форму диэтилдитиокарбамата и/или диметилдитиокарбамата.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что щелочную форму диэтилдитиокарбамата и/или диметилдитиокарбамата добавляют в количестве 0,01 до 0,1% от массы твердой фазы суспензии.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при гомогенизации добавляют в качестве осадителя тяжелых металлов трикапто-s-триазин в виде соли натрия в количестве от 4 до 16 г/м³ сточных вод.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при гомогенизации в качестве поглотителя запахов добавляют 0,3%-ную водную эмульсию типа "вода - масло", содержащую 2,7,7-триметилбицикло[3,1,1] гептен -2 и транс-3,7-диметилоктадиен-2,6-ол-1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2,7,7-триметилбицикло[3,1,1] гептен-2 0,05-0,25 транс-3,7-диметилоктадиен-2,6-ол-1 0,6-1,5 вода остальное

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что при гомогенизации в качестве поглотителя запахов добавляют 0,25%-ную водную эмульсию типа "вода -масло", содержащую 2,7,7-триметилбицикло[3,1,1]гептен-2, α-гексилкоричный альдегид, 3-метокси-4-оксиаллил бензол, транс-3,7-диметилоктадиен-2,6-ол-1 и хлорид алкилдиметилбензиламмония при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2,7,7-триметилбицикло[3,1,1] гептен-2 0,05-0,25 транс-3,7-диметилоктадиен-2,6-ол-1 0,5-1,7 α-гексилкоричный альдегид 0,6-1,7 3-метокси-4-оксиаллилбензол 0,6-1,7 хлорид алкилдиметилбензиламмония 2,5-6,5 вода остальное

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при гомогенизации в качестве поглотителя запахов добавляют 0,2%-ную водную эмульсию типа "вода - масло", содержащую метиловый эфир β-нафтола, додеканол - 1 и хлорид алкилдиметилбензиламмония при следующем соотношении компонентов, мас.%:
метиловый эфир β-нафтола 0,04-0,3 додеканол-1 7,0-10,0 хлорид алкилдиметилбензиламмония 2,5-7,0 вода остальное