Способ флотационного обезвоживания шлама-лигнина сточных вод целлюлозно-бумажного производства Российский патент 2024 года по МПК C02F1/24 C02F11/15 C02F11/08 

Изобретение относится к флотационному обезвоживанию влажных дисперсных материалов и может быть использовано для обезвоживания шлам-лигнина сточных вод целлюлозно-бумажного производства.

Структура водошламового объема в карте отходов целлюлозно-бумажного производства представляет собой два слоя: верхний, слой надшламовой воды и нижний, коллоидный осадок шлам-лигнина. Шлам-лигнин, имеющий несколько больший удельный вес по сравнению с водой, располагается в нижней части водоема. Отсюда естественным образом вытекает задача, состоящая из двух операций: во-первых, отделение коллоидного осадка шлам-лигнина от надшламовой воды; во-вторых, обезвоживание отделенного коллоидного осадка шлам-лигнина.

Решение вышеуказанной задачи осуществляется двумя способами - флотацией или электроосмосом.

Известен способ электрообезвоживания шлама-лигнина сточных вод сульфатно-целлюлозного производства (Авторское свидетельство СССР № 551263, МПК С02С 5/12, опубликовано 12.23.1981). Данный способ не предусматривает предварительного отделения шлам-лигнина от надшламовой воды. При использовании способа для всего отхода сточных вод целлюлозно-бумажного производства электрообезвоживание представляет собой процесс с большими энергозатратами. Кроме того, плотность тока при данном способе высокая, что также способствует большим энергозатратам.

Известен способ электроосмотического обезвоживания (Авторское свидетельство СССР №1832046, МПК B01D 61/56, опубл. 07.08.1993). Способ производиться на весь объем обезвоживаемого материала, что влечет за собой большие энергозатраты.

Известен целый ряд способов флотационного отделения шлам-лигнина от воды и затем обезвоживания. Приведем наиболее близкие к заявляемому способу.

Известен способ очистки лигниносодержащих сточных вод (Авторское свидетельство СССР №1490090, МПК C02F 1/24, 1/54, опубликовано 30.06.1989), в котором очистка сточных вод от шлам-лигнина производится флотацией с использованием набора реагентов. На реагенты, используемые в способе, необходимы финансовые и трудовые затраты для их покупки и синтеза, и они (реагенты) создают загрязнение очищаемых вод.

За прототип принят способ обработки шлам-лигнина (патент РФ №2 129 533, МПК C02F 11/14 (1995.01), опубл. 27.04.1999). Недостаток данного технического решения, что в способе используются реагенты, на которые требуются существенные затраты и которые загрязняют очищаемые воды.

Технический результат заявляемого способа осуществляется следующим образом:

1. Вместо флотационных реагентов (собирателей) осуществляется гидрофобизация части поверхности шлам-лигнина путем электролиза коллоидного осадка шлам-лигнина с низкой плотностью тока и малым временем обработки.

2. Производиться аэрация коллоидного осадка шлам-лигнина нано/микро размерными монодисперсными пузырьками, Данная аэрация может осуществляться пневмогидравлическим аэратором. Мелкие и близкие по размерам пузырьки, подвержены броуновскому движению и остаются достаточно долго во флотомашине для образования необходимых флотокомплексов. Надо отметить, что близкие по размерам пузырьки меньше подвержены коалесценции с друг другом. Коллоидный осадок шлам-лигнина незначительно меньше по удельному весу по сравнению с водой, т.е. при небольшой по объему аэрации образуются достаточно плавучие флотокомплексы.

3. Особо выделим, что в данном способе флокуляция флотируемых частиц осуществляется за счет образованных аэрофлокул пузырьков с частицами шлам-лигнина.
Поэтому, каких-либо флокулянты кроме воздуха не требуются.

4. Полученный пенный продукт шлам-лигнина, насыщенный мелкими воздушными пузырьками более легко отжимается от влаги и высыхает.

Отличием от прототипа и аналогов является то, что заявляемый способ осуществляется без каких-либо реагентов (собирателей, флокулянтов и др.). Используется для флокуляции только воздух в виде нано/микро размерных монодисперсных пузырьков.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».

Из уровня техники не известно очистка сточных вод от шлам-лигнина флотацией без использования флокулянтов (кроме воздуха) и других флотореагентов и с одновременной гидрофобизацией электроосмосом при низкой плотности тока и малым временем обработки. Следовательно, заявляемый способ создает новой технический результат. Таким образом, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Реализация заявляемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1

В лабораторную флотомашину объемом 65 литров заливался коллоидный шлам-лигнин (15 литров) и 45 литров надшламовой воды, в качестве которой использовалась водопроводная вода. В объёме флотомашины были образованы два четко разделенных слоя: верхний - надшламовая вода и нижний - коллоидный шлам-лигнин. В слой шлам-лигнина погружались медные электроды (10×10 см), к которым подавался ток с плотностью меньше или равной 0,01 А/см². В течение 25 минут произошла гидрофобизации части поверхности шлам-лигнина и произошла электрофлотация шлам-лигнина с образованием двух слоев: верхнего (шлам-лигнин, насыщенный пузырьками) и нижнего водного без шлам-лигнина.

Пример 2

При аналогичных условиях, что и в примере 1 в лабораторную флотомашину объемом 65 литров заливался коллоидный шлам-лигнин (15 литров) и 45 литров надшламовой воды, в качестве которой использовалась водопроводная вода. В объёме флотомашины были образованы два четко разделенных слоя: верхний - надшламовая вода и нижний - коллоидный шлам-лигнин. В слой шлам-лигнина погружались медные электроды (10×10 см), к которым подавался ток с плотностью меньше или равной 0,01 А/см². Надшламовая вода пропускалась через сатуратор, в котором насыщалась воздухом под избыточным давлением 0,4 МПа, и затем вводилась в объем слоя шлам-лигнина. Через 12 минут материал во флотомашине расслоился два слоя: верхний - шлам-лигнин, насыщенный пузырьками воздуха и нижний из воды без шлам-лигнина.

Пример 3

При аналогичных условиях, что и в примерах 1, 2 в лабораторную флотомашину объемом 65 литров заливался коллоидный шлам-лигнин (15 литров) и 45 литров надшламовой воды, в качестве которой использовалась водопроводная вода. В объёме флотомашины были образованы два четко разделенных слоя: верхний - надшламовая вода и нижний - коллоидный шлам-лигнин. В слой шлам-лигнина погружались медные электроды (10×10 см), к которым подавался ток с плотностью меньше или равной 0,01 А/см². В объем шлам-лигнина вводилась туманообразная система близких по крупности микро-размерных пузырьков с помощью пневмогидравлического аэратора. В течение 12 минут материал во флотомашине расслоился на слои: верхний - шлам-лигнин, насыщенный пузырьками воздуха и нижний - вода без шлам-лигнина.

Изобретение относится к области обработки осадков сточных вод, в частности шлам-лигнина целлюлозно-бумажной промышленности. Обезвоживание шлам-лигнина осуществляют флотацией. На шлам-лигнин подают ток с плотностью, меньшей или равной 0,01 А/см², достаточной для разрушения части гидратных слоев на поверхности шлам-лигнина и образования на них гидрофобных участков. Затем осуществляется аэрация надшламовой водой, насыщенной воздухом, или воздухом. Технический результат: обезвоживание шлам-лигнина без использования реагентов при снижении энергозатрат. 3 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ флотационного обезвоживания шлам-лигнина сточных вод целлюлозно-бумажного производства, отличающийся тем, что на шлам-лигнин подают ток с плотностью, меньшей или равной 0,01 А/см², достаточной для разрушения части гидратных слоев на поверхности шлам-лигнина и образования на них гидрофобных участков, затем осуществляется аэрация надшламовой водой, насыщенной воздухом, или воздухом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что флотация является напорной флотацией.

3. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что аэрацию осуществляют нано- или микроразмерными пузырьками воздуха.

4. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что аэрацию осуществляют пневмогидравлическими аэраторами.