КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ДОВЕДЕНИЯ ДО КОНДИЦИИ ГРЯЗЕВЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2014 года по МПК C02F1/52 C02F11/14 C08J3/05 C01F11/02 C08F20/56 

Настоящее изобретение касается композиции для доведения до кондиции грязевых отходов, содержащей минеральное соединение и органическое соединение, при этом указанное минеральное соединение является известью, и указанное органическое соединение выбирают из группы, в которую входят линейные или разветвленные полимеры на основе солей диаллилдиалкиламмония.

Композиции для обработки грязевых отходов известны, в частности, из документа ЕР 0104904 (US 4711727), в котором раскрыты различные минеральные соединения в сочетании с различными органическими полимерами. Однако согласно этому документу органический полимер оказывает диспергирующее действие, позволяющее получать концентрированные суспензии минеральных соединений с приемлемой вязкостью для откачки указанной композиции.

Кроме того, в документе US 4675114 раскрыт способ обработки грязевых отходов посредством последовательного добавления минерального соединения и органического соединения среди множества последовательных этапов.

В процессе своей деятельности города, в частности мегаполисы, и промышленные объекты производят и сбрасывают очень большие объемы сточных вод. Результатом обработки этих вод, производимой до их сброса в природную среду, является образование очень больших количеств грязевых отходов. Как правило, необходим этап механического обезвоживания, чтобы максимально уменьшить объем, занимаемый грязевыми отходами, независимо от их происхождения, и повысить их сухость перед использованием в сельском хозяйстве, или сжиганием, или компостированием, а также перед их вывозом на полигоны для захоронения отходов.

В частности, настоящее изобретение касается доведения до кондиции грязевых отходов при помощи минерального соединения и органического соединения. Под термином «грязевые отходы» следует понимать остаток с содержанием сухого вещества не менее 0,5%, часто превышающим или равным 1%. Грязевые отходы могут быть минеральными, или органическими, или маслянистыми.

Понятие доведения до кондиции, в частности химического доведения до кондиции в рамках настоящего изобретения, следует понимать, как оно определено Дегремоном в «Техническом справочнике воды», издательство Cinquantenaire, 1989, 9-е издание, в главе 19, в частности, на стр.949-959.

Чтобы грязевой отход можно было отфильтровать, необходимо предварительно разрушить коллоидные связи грязевого отхода и искусственно увеличить размер образующих его частиц. Это и является целью доведения до кондиции. Адекватное доведение до кондиции грязевого отхода является основой нормальной работы цеха по обезвоживанию. Следовательно, доведение до кондиции необходимо оптимизировать, чтобы оно одновременно соответствовало природе обрабатываемых грязевых отходов, а также типу средства обезвоживания.

Таким образом, доведение до кондиции в реальности является обработкой, при которой характеристики грязевых отходов изменяют, чтобы облегчить разделение твердой фазы и жидкой фазы.

В отличие от способа обработки воды (см., например, документ US 4711727), принцип которого основан на добавлении флокулянта и/или коагулянта с целью комкования и декантации коллоидных частиц, доведение до кондиции предназначено для подготовки этих грязевых отходов с целью обеспечения нормальной работы аппаратов механического обезвоживания, в частности, за счет решения проблем текучести, забивания фильтрующих элементов и склеивания лепешек на фильтре. Таким образом, доведение до кондиции грязевых отходов состоит в специальном применении коагуляции/флокуляции. Его целью является повышение их сухости (содержание сухого вещества) с одновременным ускорением разделения твердая фаза/жидкая фаза.

Кроме того, в документе US 4,711,727 раскрыто совместное использование минеральных суспензий, которые могут содержать известь и, независимо, флокулянт и/или коагулянт для флокуляции сточных вод с концентрацией приблизительно 300 мг/л (0,03%) вещества, находящегося в состоянии суспензии, и, в частности, указано, что необходимо предварительно производить разбавление вышеуказанных минеральных суспензий.

В качестве системы механического обезвоживания в установках для доведения до кондиции грязевых отходов чаще всего применяют три технологии.

Ленточные фильтры-прессы

На фильтре этого типа обрабатываемую грязь сначала обезвоживают, затем сжимают между двумя фильтрующими сетками. Система перемещения и сжатия сеток содержит валки. Этот тип инструмента требует консистентного и хорошо разделенного флокулята, способствующего быстрому удалению воды во время этапа обезвоживания.

Центробежные декантаторы или центрифуги

Эти системы используют центробежную силу для ускорения декантации. Хорошее разделение предполагает формирование объемного и тяжелого флокулята, обладающего хорошим сопротивлением сдвигу.

Фильтры-прессы (или пластинчатые фильтры)

В отличие от предыдущих систем этот инструмент работает циклично с дозируемой загрузкой. Фильтр-пресс состоит из пластин, покрытых фильтрующими сетками, расположенных в виде батареи и разделенных камерами и/или мембраной. В камеры, образованные между каждой пластиной, загружают предназначенный для обработки грязевой отход при помощи насоса. Этот грязевой насос питает камеры (операция закачки) до достижения высокого давления, как правило, составляющего от 10 до 15 бар. В конце цикла пластины отделяют друг от друга для удаления сформировавшихся лепешек («разборка»). При этом желательно, чтобы сформированные лепешки оставались относительно твердыми и, главное, чтобы они хорошо отставали от пластин и сеток; в противном случае необходимо ручное вмешательство и промывка. В случае фильтра-пресса доведение до кондиции должно быть надежным в условиях сильных воздействий (в частности, давления).

Среди различных видов химического доведения до кондиции, предназначенного для подготовки грязевого отхода, различают, в частности, органическое доведение до кондиции и минеральное доведение до кондиции.

Органическое доведение до кондиции: использование органического полимера в качестве единственного флокулянта (типовая дозировка 2-20 кг на тонну сущих веществ). Эффективными являются только синтетические полиэлектролиты с длинными цепочками (с большими молекулярными массами, в частности, на основе акриламида); они образуют объемные и хорошо различимые хлопья в осветленной промежуточной воде. Это доведение до кондиции применяют главным образом при обезвоживании в центрифуге и на ленточном фильтре-прессе. Его реже применяют во время механического обезвоживания посредством фильтрации под давлением (механизированный фильтр-пресс), так как оно приводит к удлинению времени прессования по причине повышенного удельного сопротивления, к частым промывкам сеток и к менее хорошему отставанию лепешки.

Минеральное доведение до кондиции: совместное использование соли железа или алюминия, такой как хлорид железа (типовая дозировка: 3-10 мас.% относительно обрабатываемого сухого вещества), и извести (типовая дозировка: 10-40 мас.% относительно обрабатываемого сухого вещества). Этот вариант доведения до кондиции позволяет получать мелкий, но очень стойкий к напряжениям флокулят; поэтому он представляет особый интерес при фильтрации на фильтре-прессе. Вместе с тем, использование солей железа приводит к эксплуатационным проблемам, таким как коррозия трубопроводов и фильтров из стали или чугуна, присутствие больших количеств хлоридов, присутствие железа, которое при сжигании грязевых отходов приводит к образованию шлака и может стать причиной ожогов у персонала.

Существуют также смешанные виды доведения до кондиции (минерального и органического), что позволяет оптимизировать характеристики обезвоживания.

Как следует из вышесказанного, все представленные выше способы доведения до кондиции имеют свои недостатки. Органическое доведение до кондиции не лучшим образом адаптировано для некоторых систем обезвоживания, таких как фильтры-прессы; в других упомянутых видах доведения до кондиции используют, в частности, соли железа, что приводит к вышеупомянутым проблемам.

Еще одна возможность смешанного доведения до кондиции раскрыта в документе ЕР 1154958. Согласно раскрытому в нем способу в промышленные грязевые отходы добавляют известь таким образом, чтобы избежать слишком большого повышения рН грязевого отхода, в который добавляют известь. Способ предусматривает также добавление органических флокулянтов с длинной цепочкой (как анионных, так и катионных или неионных) для облегчения флокуляции обрабатываемой таким образом грязи. Поскольку повышение рН происходит под контролем, органический флокулянт может оказывать свое флоккулирующее действие, ни снижая своих свойств по причине слишком быстрого повышения рН.

В документе WO 2008/058973 описан способ обработки грязевых отходов известью, согласно которому в грязь добавляют анионный органический флокулянт, так как катионные полимеры, как правило, ухудшают свои свойства начиная от рН, равного 9 или 10. Поскольку анионный флокулянт проявляет свое оптимальное действие при рН выше 10-12, предпочтительно производят быстрое повышение рН, что позволяет добавлять в грязевой отход известь.

Независимо от варианта доведения до кондиции и от применяемых реактивов нормальное доведение до кондиции грязевых отходов предполагает овладение механизмами коагуляции/флокуляции, при этом ставится задача обеспечения хорошего диспергирования реактивов в грязевом отходе без разрушения структуры флоккулированного грязевого отхода. Особое внимание следует обратить на введение реактивов (способ и порядок введения), на время контакта и созревания, а также на напряжения, действующие на флоккулированный грязевой отход.

Часто достижение хороших результатов требует, кроме всего прочего:

- подготовки реактивов (растворение полимера или полимеров, приготовление известкового молока) для облегчения их диспергирования и повышения их эффективности в доведении до кондиции грязевого отхода;

- наличия последовательных резервуаров для доведения до кондиции,

- и/или расположенных в линию смесителей.

Критическими могут быть также порядок введения реактивов (хлорид железа следует вводить до извести, а полимер часто вводят в последнюю очередь) и некоторые взаимодействия между реактивами (риск флокуляции извести полимером).

Поэтому при применении всех реактивов, как было указано, следует тщательно соблюдать все условия, например учитывать порядок добавления реактивов, нестабильность компонентов при их совместном добавлении, необходимость изолирования (хранение, раздельная подача) и/или соблюдения предосторожностей при добавлении, а также специфического выбора извести, например для придания грязевому отходу оптимальных свойств, чтобы полимер мог оказывать свое флоккулирующее действие.

Настоящее изобретение призвано устранить вышеуказанные недостатки известных технических решений во время доведения до кондиции грязевых отходов перед обезвоживанием и предложить простое, надежное и эффективное решение вышеуказанных проблем. Оно должно быть простым за счет сокращения числа операций (снижение расходов на складирование соединений, снижение операционных расходов); надежным за счет отсутствия или ограничения применения солей железа и эффективным, в частности, за счет получения прочных флокулятов, совместимых с применением фильтров-прессов, что позволяет повысить производительность фильтрации (повышение сухости (содержания сухого вещества) получаемой лепешки, ускорение этапа механического разделения твердой фазы и жидкой фазы и ограничение проблем текучести, забивания сеток и склеивания лепешек).

Как неожиданно выяснилось в рамках настоящего изобретения, композиция, которая характеризуется тем, что указанное органическое соединение, выбранное из группы, в которую входят линейные или разветвленные полимеры на основе солей диаллилдиалкиламмония, является органическим катионным коагулянтом, имеющим средний молекулярный вес, меньший или равный 5 миллионам г/моль и превышающий или равный 20000 г/моль, присутствующим в количестве от 3 г на 100 г на 1 кг извести (выраженной в эквиваленте гашеной извести Ca(OH)₂), при этом композиция находится в виде однородной и стабильной смеси извести и указанного коагулянта перед введением для доведения до кондиции грязевых отходов, и тем, что указанная композиция находится

a) в твердой форме, в которой указанная известь является гашеной известью и/или негашеной известью, причем и та, и другая в виде порошка, и в которой указанный органический катионный коагулянт находится тоже в твердом виде, или

b) в виде стабильной суспензии, в которой указанная известь является гашеной известью в виде известкового молока и образует с указанным органическим коагулянтом указанную суспензию,

позволяет осуществлять оптимальное доведение до кондиции грязевых отходов перед операцией их механического обезвоживания. Это доведение до кондиции отличается простотой применения и одновременно позволяет повысить эффективность фильтрации.

Действительно, согласно изобретению сочетание специального минерального соединения со специальным органическим полимером в композиции обеспечивает использование для обработки грязевых отходов, в частности для доведения до кондиции грязевых отходов, в частности городских и промышленных грязевых отходов до операции их механического обезвоживания, то есть позволяет получить композицию, которая, с одной стороны, является стабильной и однородной, что облегчает ее хранение и ее использование, и с другой стороны, позволяет сократить операционные расходы с одновременным повышением производительности фильтрации. В частности, композиция в соответствии с настоящим изобретением позволяет повысить сухость (содержание сухого вещества) лепешки, получаемой на этапе механического разделения твердая фаза/жидкая фаза.

В рамках изобретения коагулянт является соединением, которое позволяет дестабилизировать компоненты, присутствующие в воде или данном грязевом отходе, и обеспечивает образование микрохлопьев в отличие от флокулянта, который позволяет объединять в агрегаты частицы, образующиеся во время дестабилизации.

Во время коагуляции при помощи катионного коагулянта, то есть положительно заряженного коагулянта, происходит явление уравновешивания зарядов частиц в грязевом отходе (который заряжен отрицательно). Действительно, как правило, отрицательные заряды частиц в грязевом отходе уравновешиваются положительными зарядами катионных коагулянтов. Катионные коагулянты реагируют с частицами грязевого отхода и образуют, таким образом, микрохлопья.

Таким образом, объектом настоящего изобретения являются композиции, одновременно содержащие известь и, по меньшей мере, один органический катионный полимер на основе солей диаллилдиалкиламмония, называемый коагулянтом, предназначенные для доведения до кондиции грязевых отходов перед их обезвоживанием.

Предпочтительно композиции в соответствии с настоящим изобретением предварительно производят и поставляют в виде однородной и стабильной смеси указанного, по меньшей мере, одного коагулянта и извести, после чего их вводят одновременно для доведения до кондиции грязевых отходов.

Такое предварительное промышленное производство композиций в соответствии с настоящим изобретением стало возможным благодаря хорошей стабильности во времени смеси в виде порошка или жидкости; композиции можно хранить в течение нескольких недель до использования без риска ухудшения их эффективности для доведения до кондиции грязевых отходов, что будет показано на примерах 3, 4 и 6 ниже.

Как было указано выше, добавление извести приводит к повышению рН, что в большинстве случаев сопровождается деактивацией или разрушением органических полимеров щелочным гидролизом во время смешанного использования. Кроме того, одновременное присутствие извести и органического полимера может привести к расходованию последнего при флокуляции извести, что не является искомой целью и выводит полимер из поля деятельности (см. пример 1). По этой причине специалист не станет использовать полимер этого типа совместно с известью, в частности, в виде реальной композиции (смеси) для устранения недостатков известных решений при доведении до кондиции грязевых отходов.

Кроме того, нет оснований думать, что простое объединение извести и, по меньшей мере, одного органического коагулянта для доведения до кондиции грязевых отходов может быть достаточным на выходе этапа механического обезвоживания для получения прочных флокулятов и степени сухости, превышающей сухость, достигаемую путем применения классических способов, и для экономии энергии и/или реагентов доведения до кондиции (коагулянт, известь), как показано в примере 5.

Предпочтительно указанный органический катионный коагулянт имеет катионный заряд, превышающий или равный 4, предпочтительно превышающий или равный 4,5, в частности превышающий или равный 5 мэкв/г, при этом катионный заряд предпочтительно меньше или равен 10, предпочтительно меньше или равен 9 мэкв/г, в частности меньше или равен 7,5 мэкв/г.

Предпочтительно указанный полимер на основе солей диаллилдиалкиламмония является полимером на основе соединений общей формулы:

(CH₂=CH-CH₂)₂N⁺R₁R₂,X^-

в которой

X^- является галогенидом или другим противоионом с отрицательным зарядом,

R₁ и R₂ представляют собой, независимо друг от друга, атом водорода или алкильную цепочку с C₁-С₁₀.

В предпочтительном варианте выполнения указанный полимер является полимером на основе диаллилдиметиламмония хлорида, называемого также DADMAC.

Указанный линейный или разветвленный полимер на основе солей диаллилдиалкиламмония может быть сополимером и содержать один или несколько других мономеров, выбранных из группы, в которую входят неионные мономеры, такие как акриламид, метакриламид, N-винилпирролидон, винилацетат, виниловый спирт, сложные эфиры акриловой кислоты, аллиловый спирт, N-винилацетамид или N-винилформамид, и катионные мономеры, такие как диалкиламиноалкил(мет)акрилат, диалкиламиноалкил(мет)акриламид, их четвертичные аммониевые соли или их кислотные соли, например диметиламиноэтилакрилат (ADAME), диметиламиноэтилметакрилат (MADAME), кватернизированные или превращенные в соли, акриламидопропилтриметиламмонии хлорид (АРТАС) или метакриламидопропилтриметиламмоний хлорид (МАРТАС).

В варианте изобретения указанный органический катионный полимер содержит, в сочетании с катионными зарядами, анионные заряды на анионных мономерах, например, таких как (мет)акриловая кислота, акриламидометилпропансульфоновая кислота, итаконовая кислота, малеиновый ангидрид, малеиновая кислота, винилсульфоновая кислота, металлилсульфоновая кислота и их соли. Таким образом, указанный органический коагулянт может иметь в очень незначительной степени амфотерную природу.

Этот полимер не требует разработки специального процесса полимеризации. Его можно получать при помощи любых известных специалистам технологий полимеризации: полимеризация в геле, полимеризация осаждением, эмульсионная полимеризация (в водной или обратной эмульсии) с последующим этапом дистилляции, полимеризация в суспензии, полимеризация в растворе, причем за этими полимеризациями может следовать или не следовать этап, позволяющий выделить сухую форму (со)полимера при помощи любых известных специалистам средств.

Предпочтительно указанный органический катионный коагулянт присутствует в композиции в соответствии с настоящим изобретением в количестве от 5 до 80 г (выраженном в активном веществе, а именно в полимере) и предпочтительно от 10 до 65 г на 1 кг извести (выраженной в эквиваленте гашеной извести Ca(OH)₂).

Размер частиц извести не имеет определяющего значения. Как правило, они в основном (более 90%) имеют размер более 0,5 мкм и в основном менее 2 мм и даже 1 мм, предпочтительно менее 500 мкм.

Под негашеной известью следует понимать твердое минеральное вещество, в химический состав которого в основном входит оксид кальция CaO. Как правило, негашеную известь получают посредством обжига известняка, в основном состоящего из CaCO₃, от которого в извести может оставаться несколько процентов. Негашеная известь может также содержать примеси, такие как оксид магния MgO, кремнезем SiO₂ или глинозем Al₂O₃ и даже замедлитель гидратации в количестве нескольких процентов. Разумеется, примеси присутствуют в вышеуказанных формах, но могут в действительности присутствовать в разных фазах.

Под гашеной или гидратированной известью следует понимать совокупность твердых частиц в основном в виде гидроксида кальция Ca(OH)₂, получаемого путем «гашения», иногда называемого «гидратацией», негашеной извести водой. Разумеется, эта гашеная известь может содержать вышеуказанные примеси, остающиеся от негашеной извести.

Гашеная известь может иметь вид порошка или суспензии.

Под известковым молоком следует понимать водную суспензию, получаемую из исходной негашеной извести или гидратированной извести. Жидкие формы при получении композиции в соответствии с настоящим изобретением изначально имеют вид известкового молока.

Как было указано выше, используемый органический катионный коагулянт может быть разветвленным и даже поперечно сшитым во время (или, в случае необходимости, после) полимеризации в присутствии агента разветвления и, в случае необходимости, агента передачи цепи.

Другие варианты выполнения композиции в соответствии с настоящим изобретением представлены в прилагаемой формуле изобретения.

Объектом изобретения является также использование указанной композиции для доведения до кондиции грязевых отходов.

Кроме того, изобретение касается использования указанной композиции для предварительного известкования грязевых отходов.

Под предварительным известкованием следует понимать добавление кальциевого соединения в грязевой отход перед обезвоживанием.

Другие варианты использования в соответствии с настоящим изобретением указаны в прилагаемой формуле изобретения.

Объектом изобретения является также способ обезвоживания грязевых отходов, содержащий следующие этапы:

- описанную выше композицию добавляют в предназначенные для обработки грязевые отходы, в частности городские или промышленные грязевые отходы, перед их обезвоживанием,

- осуществляют доведение до кондиции грязевого отхода, в который добавили указанную композицию,

- осуществляют разделение твердой фазы и жидкой фазы в доведенном до кондиции грязевом отходе,

- собирают твердую фазу, полученную в результате указанного разделения.

В частности, согласно изобретению указанную фильтрацию производят при помощи ленточного фильтра, фильтра-пресса или центробежного декантатора, предпочтительно при помощи фильтра-пресса.

Как правило, сухость твердой фазы, полученной после обезвоживания, находится в пределах от 10 мас.% до 80 мас.%, в частности от 10 мас.% до 50 мас.%, в частности от 20 мас.%) до 50 мас.%.

Как правило, композицию в соответствии с настоящим изобретением добавляют в грязевой отход с дозировкой, которая соответствует количествам для известкования (выраженным в Са(ОН)₂), от 5% до 100%, в частности от 10% до 80%, в частности от 15% до 60% относительно сухого вещества грязевого отхода.

Другие варианты выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением представлены в прилагаемой формуле изобретения.

Другие отличительные признаки, детали и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на неограничительные примеры.

Используемые органические катионные коагулянты в соответствии с настоящим изобретением имеют средний молекулярный вес, меньший или равный 5 миллионам г/моль и превышающий или равный 20000 г/моль, предпочтительно меньший или равный 3 миллионам г/моль и превышающий или равный 50000 г/моль.

Предпочтительно органические катионные коагулянты в рамках изобретения имеют катионный заряд, превышающий или равный 4 мэкв/г, предпочтительно превышающий или равный 4,5 мэкв/г, предпочтительно превышающий или равный 5 мэкв/г и меньший или равный 10, предпочтительно меньший или равный 9 мэкв/г, в частности меньший или равный 7,5 мэкв/г.

Эти характеристики «коагулянтов» отличают их от органических катионных полимеров, часто называемых «флокулянтами», которые имеют средний молекулярный вес, намного превышающий 5 миллионов г/моль, и которые называют полимерами с длинной цепочкой. Их так называемая длинная цепочка позволяет им образовать мостиковые связи с другими молекулами, что придает им свойства флокуляции.

Эти характеристики «коагулянтов» отличают их от диспергирующих органических полимеров, которые, как правило, имеют анионный заряд (во всяком случае при использовании в сочетании с известью) и которые предназначены для обеспечения диспергирования вещества или частиц внутри жидкости, в которой они не растворяются. Диспергирующий характер в основном связан с взаимным отталкиванием между зарядами (отрицательными) диспергатора и зарядами (тоже отрицательными) грязевого отхода, которое препятствует любой агломерации и поддерживает дисперсию между частицами.

По своей природе коагулянты обеспечивают дестабилизацию частиц (коллоидов) в суспензии, нейтрализуя их заряд (аннуляция потенциала ZETA), по сравнению с флокулянтами, которые образуют реальные мостики между частицами для получения флокулятов, то есть агломератов дестабилизированных частиц.

Пример 1

Получение состава композиции поли-БАВМАС/известь согласно изобретению в сравнении с другими сочетаниями полимеров и извести

Сравнивают три семейства полимеров. В каждом семействе определяют наиболее эффективный полимер для предусмотренного применения. Составы получают путем введения тестируемых полимеров с перемешиванием в известковые суспензии концентрацией 300 г/дм³. Для каждого состава применяли дозировку в 5%, при этом дозировка выражена в процентах активного вещества полимера относительно эквивалента в виде оксида CaO, содержащегося в известковой суспензии.

Таблица 1 Тип полимера Товарное название (форма) Вещество Молекулярный вес (г/моль) Катионность (мэкв/г) Дозировка (в мас.% АВ/CaO) Катионный флокулянт ЕМ 840MBL (эмульсия) сополимер хлорметиловый ADAME акрил амид 8 миллионов 4,73 5% Анионный флокулянт ЕМ 630 (эмульсия) сополимер акрил амид акрилат натрия 20 миллионов NA 5% Катионный коагулянт согласно изобретению FL4820 (эмульсия) гомополимер DADMAC 1 миллион 6,2 5%

Для каждого произведенного испытания отмечали аспект состава. Результаты представлены ниже в таблице 2.

Таблица 2 № испытания 1 2 3 Органический полимер ЕМ 840 MBL EN630 FL4820 Тип Катионный флокулянт Анионный флокулянт Катионный коагулянт Аспект суспензии Свертывание / не пригоден Свертывание / не пригоден Аспект суспензии практически не меняется

Как можно отметить, композиция катионный коагулянт типа поли-DADMAC/ известковое молоко в соответствии с настоящим изобретением является единственной композицией полимер/известковое молоко, которая позволяет получить суспензию (свертывания не происходит).

Пример 2

Преимущество композиции в соответствии с настоящим изобретением, содержащей известь и поли-ОАБМАС/известь, по сравнению с другими сочетаниями полимеров и извести

Испытания были проведены на контрольной установке фильтрования. Установка содержит бак для приготовления с перемешиванием объемом 200 дм³, циркуляционный напорный насос, а также фильтр-пресс типа Netzsch, состоящий из 11 пластин общей фильтрующей площадью 1 м².

Грязевой отход, полученный в результате биологической обработки, подвергли предварительной обработке концентрированием на столе обезвоживания. Концентрация сухого вещества в грязевом отходе составляет 50 г/м³.

Были сравнены три семейства полимеров. В каждом семействе полимеров предварительно определили самый эффективный полимер и предпочтительную дозу для применения; доза выражена в массовых процентах активного вещества (МА) относительно массы сухого вещества (MS) грязевого отхода (см. таблицу 3).

Таблица 3 Тип полимера Товарное название (форма) Вещество Молекулярный вес (г/моль) Катионность (мэкв/г) Дозировка (в мас.% MA/MS) Катионный флокулянт ЕМ 840MBL (эмульсия) сополимер хлорметиловый ADAME акриламид 8 миллионов 4,73 0,7% Анионный флокулянт ЕМ 630 (эмульсия) сополимер акриламид акрилат натрия 20 миллионов NA 0,3% Катионный коагулянт TS45SH (эмульсия) гомополимер DADMAC 1 миллион 6,2 1,5%

Для трех тестируемых полимеров приготовили 20 дм³ раствора полимера с концентрацией 10 г/дм³ в баке с перемешиванием.

В баке с перемешиванием объемом 200 дм³ приготовили 10 дм³ грязевого отхода и в него при перемешивании добавили количество гашеной извести, необходимое для получения степени обработки 34%. Дозировка выражает в % количество реактива в сухом эквиваленте (в Ca(OH₂)) относительно концентрации сухого вещества грязевого отхода. Для 2 первых полимеров (испытания 1 и 2) в грязевой раствор добавили известь в виде известкового молока с концентрацией 160 г/дм³. После диспергирования извести в грязевом отходе добавили заранее определенное количество полимера, исходя из значений концентрации, указанных в таблице 3 для каждого приготовленного раствора полимера. Для последнего полимера (испытание №3) раствор 10 г/дм³ ввели в известковое молоко (концентрация 160 г/дм³, как для испытаний 1 и 2), чтобы получить композицию (суспензию) в соответствии с настоящим изобретением, которую добавили в грязевой отход.

После этого начали цикл фильтрации. Этот цикл считается завершенным, когда удельный расход становится меньше 10 дм³/час/м² фильтрующей площади. Цикл фильтрации останавливают после 2 часов фильтрации во всех случаях, если минимальный удельный расход не достигнут. Для каждого из тестируемых полимеров отмечают способность к разборке сформированных лепешек. Осуществляют также измерение сухости (% сухого вещества) на отобранных лепешках после 24 часов выдержки в сушильном шкафу при 105°C.

Результаты представлены ниже в таблице 4.

Таблица 4 № испытания 1 2 3 Органический полимер ЕМ 840 MBL EN630         Композиция известковое молоко - TS 45SH Тип Катионный флокулянт Анионный флокулянт Катионный коагулянт Сухость лепешки (% MS) 27% 28% 31% Разборка Склеивание лепешки Склеивание лепешки Нормальная

Как можно отметить, композиция катионный коагулянт типа поли-DADMAC/ известковое молоко в соответствии с настоящим изобретением (испытание 3) является единственной композицией полимер/известковое молоко, которая позволяет получить оптимальную сухость фильтрационной лепешки, а также хорошие свойства разборки.

Пример 3

Получение порошкообразной композиции и краткосрочная стабильность

Были воспроизведены рабочие условия примера 2, но использовали при этом только катионный коагулянт (TS45SH типа поли-DADMAC) с дозировкой 2% в этом примере (вместо 1,5% в примере 2).

Для 2-х испытаний этого примера в качестве минерального компонента использовали мелкую негашеную известь (<90 мкм) с частичным гашением, как раскрыто в патенте ЕР 1154958, которую добавили в виде порошка с дозировкой 26% (CaO относительно MS грязевого отхода, то есть с такой же дозировкой в эквиваленте (CaO), что и в примере 2).

Были протестированы следующие переменные величины приготовления и введения:

- Испытание 1: Смешивание коагулянта в сухом виде с известью в виде порошка, затем введение смеси в бак для созревания.

- Испытание 2: Смешивание коагулянта в сухом виде с известью в виде порошка, выдержка смеси в течение 48 часов, затем введение смеси в бак для созревания.

Результаты представлены в таблице 5.

Таблица 5 № испытания 1 2 Сухость лепешки (% MS) 35% 36% Разборка Норма Норма

Как можно отметить, оба испытания позволяют получить очень высокую сухость лепешек и добиться легкой разборки. Кроме того, испытание 2 показало, что готовая к употреблению порошкообразная композиция остается стабильной в течение, по меньшей мере, 48 часов и сохраняет свою эффективность для доведения до кондиции.

Пример 4

Долгосрочная стабильность композиции

Грязевой отход, аналогичный отходу из примера 2, довели до кондиции в лабораторных условиях при помощи порошкообразной композиции в соответствии с настоящим изобретением, содержащей органический катионный коагулянт (поли-DADMAC) и известь, при этом композицию либо готовили на месте, либо использовали после 2-месячного периода хранения в зависимости от ее состава.

Грязевой отход обработали в фильтрационном устройстве Faure, которое моделирует промышленную фильтрацию на фильтре-прессе. Доведение до кондиции производили посредством загрузки 2,5 дм³ грязевого отхода в фильтрационное устройство, и фильтрация продолжалась 2 часа с соблюдением постепенного повышения давления до 15 бар в течение 30 минут, затем поддержание давления в течение 1 часа в значении 15 бар. После этого измерили сухое вещество на сформированных лепешках после выдержки в сушильном шкафу в течение 24 часов при 105°C.

Порошкообразную композицию в соответствии с настоящим изобретением готовили следующим образом. В асинхронный смеситель (типа Hobart) ввели 1 кг порошка извести типа извести из примера 3, затем 50 г порошкообразного коагулянта TS45SH. Перемешивание осуществляли в течение 10 минут. Результаты обработки представлены в таблице 6.

Таблица 6 № испытания 1 2 Форма композиции Порошок Порошок Хранение композиции в соответствии с настоящим изобретением Нет 2 месяца Сухость лепешки (% MS) 33% 32% Разборка Норма Норма

Из таблицы 6 видно, что даже после 2 месяцев хранения приготовленный реактив сохраняет очень высокую эффективность.

Пример 5

Сравнение характеристик композиций в соответствии с настоящим изобретением относительно сочетания FeCl₃ и извести

Три типа грязевых отходов:

- биологический грязевой отход,

- промышленный грязевой отход и

- разложившийся биологический отход

довели до кондиции в лабораторных условиях при помощи

- с одной стороны, оптимизированных комбинаций FeCh и извести и

- с другой стороны, комбинаций поли-DADMAC и извести в соответствии с настоящим изобретением.

Грязевые отходы довели до кондиции, затем отфильтровали в фильтрационном устройстве Faure согласно рабочему протоколу, описанному в примере 4.

После этого вычислили полученные количества грязевых отходов. Действительно, ограничение эксплуатационных расходов и расходов на вывоз грязевых отходов заставляет производить как можно меньше грязевых отходов и находить наилучший компромисс между конечной сухостью и количествами реактивов, применяемых для доведения до кондиции.

В обезвоженном грязевом отходе остаются сухое вещество обрабатываемого продукта, остаточная вода и агенты доведения до кондиции.

Чтобы сравнить характеристики различных видов доведения до кондиции, за исключением сухости, необходимо рассчитать количество произведенных грязевых отходов. Таким образом, определяют следующее отношение:

Q=количество обезвоженного грязевого отхода/количество сухого вещества, изначально присутствующего в предназначенном для обработки грязевом отходе.

Результаты представлены в таблице 7.

Таблица 7 Тип грязевого отхода Биологический грязевой отход Промышленный грязевой отход Разложившийся грязевой отход № испытания 1 2 3 4 5 6 Доведение до кондиции FeCl₃ и известковое молоко Композиция поли-DADMAC и известь FeCl₃ и известь в порошке Композиция поли-DADMAC и известковое молоко FeCl₃ и известь Композиция поли-DADMAC и известь Форма композиции   Суспензия   Порошок   Суспензия Дозировка извести (мас.%) 8 1,5 8 1,5 5 1,0 Дозировка коагулянта (мас.%) 30 30 20 15 26 26 Полученная сухость (мас.%) 35 36 46 47 35 37 Разборка норма норма норма норма норма норма Произведенное количество грязевого отхода(Q) 3,9 3,7 2,9 2,6 3,7 3,4

Как можно отметить, во всех случаях композиции в соответствии с настоящим изобретением показывают лучшие характеристики (см. испытания 2, 4 и 6) по сравнению с комбинацией FeCl₃ и извести - сравнительные испытания 1, 3 и 5.

Значения сухости лепешек систематически оказываются выше, и количество применяемого коагулянта намного уменьшилось, и иногда также можно уменьшить количество извести (как в виде порошка, так и в виде известкового молока).

Количество производимых грязевых отходов уменьшилось (уменьшение количества реактивов+повышение сухости), что дает существенный выигрыш в использовании и снижает расходы по вывозу грязевых отходов.

Пример 6

Сравнение характеристик композиции в соответствии с настоящим изобретением относительно композиции, содержащей катионный флокулянт

Разложившийся грязевой отход подвергли трем видам доведения до кондиции, которые представлены ниже в таблице 8.

Затем этот грязевой отход отфильтровали при помощи фильтрационного устройства Faure с соблюдением рабочих условий, указанных в примере 4.

Порошкообразную композицию поли-DADMAC и извести в соответствии с настоящим изобретением приготовили согласно рабочему протоколу, идентичному примеру 4. Смесь хранили в течение одной недели до ее использования.

Композицию в соответствии с настоящим изобретением поли-DADMAC и извести в жидком виде получили следующим образом. В смеситель типа Бехера поместили 1 кг известкового молока с концентрацией 40% сухого вещества, затем добавили 76,9 г коагулянта поли-DADMAC в жидком виде с концентрацией 20% активного вещества. Смесь перемешивали в течение 10 минут, затем хранили в течение недели. Полученная суспензия имеет концентрацию 38,6% извести. После 1 недели смесь отстоялась совсем немного и сохранила свойства, необходимые для перекачки.

Результаты представлены в таблице 8.

Таблица 8 № испытания 1 2 3 Доведение до кондиции Катионный флокулянт Коагулянт поли-DADMAC и известь Коагулянт поли-DADMAC и известь       Композиция известковое молоко - TS 45SH Форма Жидкость Порошок Жидкость Дозировка агента доведения до кондиции (мас.%) 1% 20% 26% Полученная сухость (мас.% MS) 19 30 37 Разборка Склеивание Нормальная Нормальная Полученное количество грязевого отхода (Q) 5,4 4,2 3,4

Как можно отметить, испытания, произведенные с композициями в соответствии с настоящим изобретением (поли-DADMAC и известь), позволяют намного повысить эффективность обезвоживания, а также улучшить разборку лепешек. Как порошкообразная смесь, так и жидкая смесь показали хорошую стабильность состава после одной недели хранения. По сравнению со смесью, приготовленной на месте, не отмечается никакого ухудшения характеристик. По сравнению с органическим доведением до кондиции пара поли-ОАОМАС/известь позволяет уменьшить количество производимых грязевых отходов. В испытании 2 количество извести и поли-DADMAC такое же, как и в испытании 3, так как в испытании 3 дозировка выражена в Ca(OH)₂.

Пример 7

Преимущество обработки в центрифуге

Перед обезвоживанием в центрифуге биологический грязевой отход подвергли двум видам доведения до кондиции. Первое доведение до кондиции содержит добавление катионного флокулянта и извести в виде порошка, тогда как второе доведение до кондиции содержит добавление катионного флокулянта и порошкообразной композиции в соответствии с настоящим изобретением, содержащей поли-DADMAC и известь.

При каждом доведении до кондиции оптимизировали дозу флокулянта, и порошкообразная известь была аналогичной примеру 3. Порошкообразная композиция поли-DADMAC и извести является порошкообразной смесью, приготовленной, как указано в примере 5.

В грязевой отход добавляли либо известь (испытание 1), либо композицию в соответствии с настоящим изобретением, содержащую поли-DADMAC и известь (испытание 2), и производили перемешивание до добавления катионного флокулянта. Фдоккулированный грязевой отход подвергли обезвоживанию согласно протоколу, моделирующему обезвоживание в центрифуге. Результаты представлены в таблице 9.

Таблица 9 № испытания 1 2 Дозировка флокулянта (мас.%) 0,55 0,08 Добавляемый реактив Известь (поли-DADMAC и известь) Форма реактива порошок порошок Количество реактива (мас.%) 30 30 Полученная сухость 36 35

Отмечается, что в сочетании с флокулянтом приготовленный реактив позволяет получить характеристики фильтрации, аналогичные доведению до кондиции флокулянт/известь, но композиция в соответствии с настоящим изобретением позволяет уменьшить на 85% дозу применяемого флокулянта. Следовательно, композицию в соответствии с настоящим изобретением можно применять в комбинации с другими минеральными или органическими агентами доведения до кондиции.

Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами выполнения, и в него можно вносить изменения, не выходя за рамки прилагаемой формулы изобретения.

Композиция для доведения до кондиции грязевых отходов содержит минеральное соединение, которое является известью, и органическое соединение, которое является органическим катионным коагулянтом, имеющим средний молекулярный вес, меньший или равный 5 миллионам г/моль и превышающий или равный 20000 г/моль, при этом указанный органический катионный коагулянт выбирают из группы, в которую входят линейные или разветвленные полимеры на основе солей диаллилдиалкиламмония. Изобретение позволяет повысить производительность фильтрации, ускорить этап механического разделения твердой и жидкой фаз, ограничить проблемы текучести. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 пр., 9 табл.

1. Композиция для обработки грязевых отходов, содержащая минеральное соединение и органическое соединение, при этом указанное минеральное соединение является известью, и указанное органическое соединение выбирают из группы, в которую входят линейные или разветвленные полимеры на основе солей диаллилдиалкиламмония, отличающаяся тем, что указанное органическое соединение, выбранное из группы, в которую входят линейные или разветвленные полимеры на основе солей диаллилдиалкиламмония, является органическим катионным коагулянтом, имеющим средний молекулярный вес, меньший или равный 5 миллионам г/моль и превышающий или равный 20 000 г/моль, присутствующим в количестве от 3 г до 100 г на 1 кг извести (выраженной в эквиваленте гашеной извести Ca(OH)₂), при этом композиция находится в виде однородной и стабильной смеси извести и указанного коагулянта перед введением для доведения до кондиции грязевых отходов, и тем, что указанная композиция находится
a) в твердой форме, в которой указанная известь является гашеной известью и/или негашеной известью, причем и та, и другая в виде порошка, и в которой указанный органический катионный коагулянт находится тоже в твердом виде, или
b) в виде стабильной суспензии, в которой указанная известь является гашеной известью в виде известкового молока и образует с указанным органическим коагулянтом указанную суспензию.

2. Композиция по п.1, в которой указанный органический катионный коагулянт имеет катионный заряд, превышающий или равный 4 мэкв/г и меньший или равный 10 мэкв/г, предпочтительно превышающий или равный 4,5 мэкв/г и меньший или равный 9 мэкв/г и еще более предпочтительно превышающий или равный 5 мэкв/г и меньший или равный 7,5 мэкв/г.

3. Композиция по п.1, в которой указанный полимер на основе солей диаллилдиалкиламмония является полимером на основе соединений общей формулы:
(CH2=CH-CH2)₂N⁺R₁R₂,X^-
в которой
X^- является галогенидом или другим противоионом с отрицательным зарядом,
R₁ и R₂ представляют собой, независимо друг от друга, атом водорода или алкильную цепочку с C₁-С₁₀.

4. Композиция по п.3, в которой указанный полимер является полимером диаллилдиметиламмония хлорида.

5. Композиция по п.1, в которой указанный линейный или разветвленный полимер на основе солей диаллилдиалкиламмония является сополимером и содержит один или несколько других мономеров, выбранных из группы, в которую входят неионные мономеры, такие как акриламид, метакриламид, N-винилпирролидон, винилацетат, виниловый спирт, сложные эфиры акриловой кислоты, аллиловый спирт, N-винилацетамид или N-винилформамид, и катионные мономеры, такие как диалкиламиноалкил(мет)акрилат, диалкиламиноалкил(мет)акриламид, их четвертичные аммониевые соли или их кислотные соли, например диметиламиноэтилакрилат (ADAME), диметиламиноэтилметакрилат (MADAME), кватернизированные или превращенные в соли, акриламидопропилтриметиламмоний хлорид (АРТАС) или метакриламидопропилтриметиламмоний хлорид (МАРТАС).

6. Композиция по п.1, в которой указанный органический катионный полимер содержит, в сочетании с катионными зарядами, анионные заряды на анионных мономерах, например, таких как (мет)акриловая кислота, акриламидометилпропансульфоновая кислота, итаконовая кислота, малеиновый ангидрид, малеиновая кислота, винилсульфоновая кислота, металлилсульфоновая кислота и их соли.

7. Композиция по любому из предыдущих пунктов, в которой указанный органический катионный коагулянт присутствует в количестве от 3 г до 100 г, предпочтительно от 5 до 80 г и еще более предпочтительно от 10 до 65 г на 1 кг извести (выраженной в эквиваленте гашеной извести Ca(OH)₂).

8. Применение композиции по любому из пп.1-7 для доведения до кондиции грязевых отходов.

9. Применение композиции по любому из пп.1-7 для предварительного известкования грязевых отходов.

10. Способ обезвоживания грязевых отходов, содержащий следующие этапы:
- композицию по любому из пп.1-7 добавляют в предназначенные для обработки грязевые отходы, в частности городские или промышленные грязевые отходы, перед их обезвоживанием,
- осуществляют доведение до кондиции указанного грязевого отхода, в который добавили указанную композицию,
- осуществляют фильтрацию доведенного до кондиции грязевого отхода и собирают твердую фазу, полученную в результате указанного разделения.

11. Способ по п.10, в котором указанную фильтрацию производят при помощи ленточного фильтра, фильтра-пресса или центробежного декантатора, предпочтительно при помощи фильтра-пресса.

12. Способ по одному из п.10 или 11, в котором композицию по любому из пп.1-7 добавляют в количестве, соответствующем степени известкования (выраженной в Ca(OH)₂) от 5 до 100%, в частности от 10% до 80%, в частности от 15% до 60% относительно сухого вещества грязевого отхода.