Способ осветления суспензий Советский патент 1992 года по МПК B01D21/01 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод, а более-конкретно к способам осветления и сгущения шламовых вод углеобогащения, и может быть использовано в горной, металлургической, химической и строительной отраслях промышленности для осветления оборотных вод.

В связи с механизацией угледобычи резко повышается содержание мелочи и зольности углей, поступающих на обогащение, поэтому, как следствие, увеличивается обьем суспензий, подлежащих осветлению, и содержанием в них твердого. В угольной

промышленности проблема осветления суспензий является одной из наиболее актуальных и трудных проблем.

Известен способ осветления суспензий с использованием нескольких флокулянтов. согласно которому для флокуляции необогащенных антрацитовых шламов наиболее эффективными флокулянтами являются сочетаниякатионных и анионных полимеров - полизтиленимина (ПЭИ) и полиакриламида (ПАА)

Предварительная обработка необогащенных антрацитовых суспензий незначительным количеством ПЭИ повышает флокулирующую активность ПАА. Однако катионные полимеры хорошо флокулируют антрацитовые суспензии, а для углей других марок, особенно низкометаморфизованных, применение ПЭИ в качестве флокулянта даже а сочетаими с полиакрмламидом не дает положительных результатов - эффективность осветления не повышается.

Известен также способ осветления суспензий, согласно которому получение чистых сливов целесообразно использовать не на заранее приготовленную смесь фяокулянтоа, а необходимо сначала ввестм катионный полиэлектролят, а затем иеионогенный полимер. Например, первый высокомолекулярный полиэлектролит катионного типа, второй полиэтиленоксид.

Использование этого способа в широком масштабе невозможно из-за деструкции - полиоксиатмяена, эффект получается только за счет одного флокупянта,

Кроме того, известны способ и устройство для флокуляции и осветления шлама, согласно которым суспензия вводится тангенциально в верхниэю камеру и движется в ней в турбулентном режиме, мз верхней камеры переходит в нижнюю, где движется ламинарно, и подается флокулянт. Дозировка флокулянта только Б ламинарный поток не обеспечивает требуемую чисто-л/ осзетления высокодисггерсных глин. Повышенный расход флокулянта связывает твердую фазу во флокулы, но для высокодисперсных глин эти флокулы легкие и оседают крайне медленно. Все возрастающий объем переработки должен сопровождаться ростом производительности оборудования. Наиболее близким к изобретению является способ обезвоживания суспензий, согласно которому подвергают суспензию, предварительно разделенную на два потока в соотношении 1:1 -1:1,5, последующей обработке первого потока флокулянтамм катионного типа, а второго - анионного и смешиванию обработанных потоков.

Однако в указанном способе максимальный эффект наблюдается при больылчх расходах флокулянтов, часть флокулянта не должна бмть связанной твердой фазой обрабатываемого потока с тем, чтобы при смешивании двух потоков за счет избытка флокулянта прошло агрегирование мелких флокул. Кроме того, приведенное в способе сонетание флокулянтов мало Эффективно для угольно-глинистых дисперсий, мз-за низкой эффективности катиоиактивных полиме{жых флокулянтов.

Цель изобретения - повышение скорости процесса осветления.

Поставленная цель достигается тем, что перед делением на два потока суспензию обрабатывают низкомолекулярным флокупйнтом, затем делят на два потока при массевом соотношении 1 :(4 - 9), меньший поток повторно обрабатывают низкомолекулярs-iMN фкокулянтом ш вводят в него осветлекную жидкость при массовом соотношении 1 ;{50 - 100), смешивают его с большим потоком и 8 обидий поток суспензии вводят осветлзиную жидкость при массовом соотношении 1:(100 - 200) и высокомолекулярный флокулянт. Массовое соотношение кмзкомолекулярного для общего потока сусS пенами, кизкомолекулярного для меньшего потока и высокомолекулярного флокулянтов поддерживают 1:1:1-1:1:2.

Применение последовательно дозируемых флокулянтов низкомолекулярного, затем высокомолекулйрного з потоки разл чных гидродинамических характеристик обеспечивает образование в первой стадии мелких м прочных флокул к агрегирование этих флокул в крупные хлопья во вто5 рой стадии флокуляции.

Для образования прочных флокул не достаточно ввести в суспензию низкомолекулярнь й флокулянт с Мгх п 10 - п 10 , важно еще создать турбулентный режим,

0 обеспечивающий контакт твердой фазы, с полимером,.равномерно распределить его в объеме, не нарушая при этом конформации мояек/п,сохраняя целостностьп°олимерных цепей. Такой турбулентный режим создает--

5 Си протиаоточным вводом част41 осветленного слиаа в часть потока суспензии, предварительно обработанного заведомо недостаточным количеством флокулянта для образования первичных агрегатов- Про0 п воточный ввод части слива в точку повторной дозировки флокулянта позволяет равномерно транспортировать полимер во все сяои суспензии, обеспечивая равномерное распределение флокулянта в потоке.

5 Улучшение флокулирующего действия при добавлении полимера в две стадии связано с тем, что флокулы, образовавшиеся после первоначального прибавления полимера, флокулируются макромолекулами, внесен0 HbsMH с второй добавкой; полученные втормчиые флокулы превосходят по размерам первичные и оседают с большей скоростью. При соед5лнении потоков, крупные флокулы за сет гравитационных сил

5 объединяются с более мелкими, скорость осзждения суспензии увеличивается при экономии флокулянта примерно в 2 раза.

Экспериментальные исследования предлагаемого способа были проведены в усповиял обогащения углей марки Г, Отходы флотации собираются Б общий сборник, откуда самотеком распределяются на два радиальных сгустителя. Нагрузка на один сгуститель составляет 300 м /ч, содержание твердого в суспензии отходов флотации 100 г/л.

Пример. Суспензия отходов флотации в обьеме 300 м /ч подается в сгуститель трубопроводом диаметром 400 мм. В этот же трубопровод подается раствор низкомолекулярного флокулянта (например, Метас) в количестве 25 г/т (первая стадия флокуляции), затем общий поток суспензии разделяется на два обособленных потока в массовом соотношении 1:(3 - 10).

S трубопровод диаметром 400 мм врезан трубопровод диаметром 100 мм, снабженный запорной арматурой, позволяющей регулировать объем отсекаемого потока.

В обособленную часть потока вводится дополнительно раствор низкомолекулярного флокулянта (Метас) из расчета 25 г/т (вторая стадия флокуляции). Дополнительная добавка низкомолекулярного флокулянта к части потрка необходима для образования в суспензии достаточного количества укрупненных флокул, на которых затем как на центрах агрегирования будут адсорбироваться тонкие частички из первично обработанной флокулянтом суспензии, укрупняющие и упрочняющие структуру флокул. Наряду с дополнительной дозировкой флокулянта в обособленный поток вводится часть слива сгустителя в обьеме, относящемся к обособленному потоку как 1/100, т.е. 0,3 - 1,0 в зависимости от объема обособленного потока. Вода добавляется в поток для создания турбулентного режима перемешивания. При этом подача воды осуществляется противоточно потоку движущейся суспензии перед точкой подачи раствора флокулянта. Такая дозировка воды, необходимая для распределения флокулянта во все слои движущегося потока, способствует образованию флокул и агрегатов, скорость осаждения которых выше е 1,8 2 раза, чем при известном методе. Транспортировка воды (слив сгустителя) осуществляется насосом ЗК6, работающем в режиме с циркуляцией части потока.

Затем оба потока из трубопроводов 400 и 100 мм поступают в смесительный желоб, где обьединяются в единый поток. Для смсшивлния потоков используется желоб со встроенными в него перемешивателями обтекаемой формы, выполненными в виде нескольких прутков, установленных по ширине потока. Далее поток поступает в загрузочное устройство сгустителя. В загрузочное устройство сгустителя подается также высокомолекулярный флокулянт полиакриламид в количестве 50 г/т (третья стадия флокуляции), распределяемый в потоке суспензии потоком воды, подаваемым в соотношении к объему суспензии как 1 /100, что составляет 3 , подаваемым насосом ЗКб противоточно потоку. Насос тот же, что подает воду для перемешивания низкомолекулярного флокулянта с суспензией.

После ввода высокомолекулярного флокулянта мелкие флокулы, образованные при воздействии низкомолекулярного флокулянта, объединяются в агрегаты, скорость осаждения которых увеличивается ,в 8-10 раз.

Результаты осветления суспензии в зависимости от параметров процесса представлены в таблице.

Так, если от общего потока отсекается 1/10 часть - 30 , скорость осаждения после третьей стадии флокуляции составляет 75 мм/мин, содержание твердого в сгущенном продукте 180 г/л, а высота осветленного слоя 0,9 м. При таком режиме работы величина осветленного слоя недостаточная и при небольшом увеличении нагрузки на сгуститель возможно загрязнение слива (опыт 1).

Увеличение объема отсекаемого потока (опыт 2) до соотношения частей потоков 1 /9 обеспечивает увеличение скорости осаждения после третьей стадии флокулйции до 80 мм/мин, содержания твердого в сгущенном продукте до 200 г/т, высоту осветленного слоя в сгустителе в пределах 1 м, что соответствует требованиям эксплуатации сгустителя. ,

Дальнейшее увеличение объема отсекаемого потока (опыт 3), соотношение частей потоков 1/6 способствует увеличению скорости осаждения до 83 мм/мин, содержание твердого в сгущенном 220 г/л, высота осветленного слоя 1,3 м. Сгуститель работает с запасом зоны осветления, возможно увеличение нагрузки на сгуститель в 1,5 раза.

Увеличение объема отсекаемого потока (опыт 6) до соотношения частей потоков 1/3 приводит к увеличению скорости осаждения суспензии отходов флотации после третьей стадии флокуляции до 117 мм/мин, содержания твердого в сгущенном продукте до 350 г/л, высоты осветленного слоя до 1,8 м. Получены хорошие показатели осветления, указывающие на перерасход флокулянта во второй стадии флокуляции, так как дважды обрабатывалась флокулянтом третья часть потока, большой объем пртока потребовал большой объем флокулянта, необходимый для соблюдения постоянного расхода 25

г/т, что экономически нецелесообразно. Экспериментальными исследованиями установлено, что оптимальное деление потока суспензии на части в соотношении 1/6 обеспечивает максимальное повышение эффективности осветления, а допустимые пределы -1/9-1/4.

Прим8р2. В радиальный сгуститель подается 300 суспензии отходов флотации, расход флокулянтэ в первой стадии 25 г/т, скорость осаждения 3 мм/мми, соотношение отсекаемой части потока и общего потока 1/9, расход флокулянта во второй стадии ф/юкуляции 25 г/т, расход флокулянта в третьей стедии флокуляциы 50 г/т (опыты 2,7м 8). Изменяется соотношение воды, добавляемой к потоку с меньшим дебитом 1;(25 - 125), что соответствует 0,26: 1.3 м. Увеяичение объема воды, добавляемой к обособленному потоку, способствует увеличению скорости осаждения во втором стадии флокуляцми. В нашем случае скорость осаждения изменяется от 7 до 9 мм/мин зз счет разжижения потока, а скорости осаждения в третьей стадии флокуляции снижается от 83 до 78 мм/мин, содержание тбердого в сгущенном изменяется от 180 до 2Ш г/л, а высота осветленного слой - от 1 до 0,9 м.

Увеличение объема воды, добавляемой к обогащенному потоку, более чем соотношение 1/50 улушиает показатели второй стадии флокуляции, но снижает общме показатели работы сгустителя. воды снижает содержание твердого в сг гиденком продукте и взмучивает слив, эффективность процесса осветления снижается. Уменьшение объема воды, добавляемой к обособленному потоку, мзнеечем соотношение 1/100 снижает скорость осаждения во второй стадии флокуляции за счет нехватки обьема воды дпя равномерного распределения раствора фпокулянта в потоке суспензии, а при снижении соотношения до 1/200 снижает общие показатели работы сгустителя, в частности степень осветления (высота осветлённого слоя 0.8 м).

Пример 3. В радиальный сгуститель также подается 300 м /ч суспензи8/1 отходов флотации, расход флокулянта в первой стадии флокуляцми 25 г/т, во второй 25 г/т, в третьей 50 г/т, отсекаемая часть от общего потока 1/9. Изменяется объем воды, добавляемой в третью стадию флокуляции, соотношение частей воды и потока составляет 1 :(75 225), в данном случае от 4 до 1.3 (опыты 2,9 - 11).

Когда соотношение воды и потока составляет 1/76, скорость осаждения суспензии в третьей стадии увеличивается с 80 до

95 мм/мин, причиной увеличения скорости осаждения является увеличение объема суспензии - разжижение, приводящее к увеличению потока восходящей жидкости в аппарате и выносу в зону осветления легких частичек, снижения содержания твердого в сп/1ценном до 130 г/л и высоту осветленного СЛОЙ до 0,9 м - показатели осветления неудоалетворительные. Оптимальные показатели - содержание твердого в сгущенном 200 г/я м высота осветленного слоя 1 м получены при содержании воды м потока 1/100 {3 н /ч). Снижение этого соотношения до 1 /25 (1,3 ) приводит к снижению скорости осаждения суспензии в третьей стадмм флокуляции с 80 мм/мин (опыт 2) до 65 мм/мин (опыт 10), недостаточен объем воды для равномерного распределения раствора флокулянта в объеме суспензии, снижение скорости осаждения вызывает снижение содержания твердого в сгущенном продукте до 170 г/л м снижение степени осветления - высота осветленного слоя 0,8 м,

ff р и м е р 4, В радиальный сгуститель подается 300 м /ч суспензии отходов флотации, отношение отсекаемого потока к общему 1/6, соотношение частей добавляемой воды и потока с меньшим дебитом 1/75, соотношение частей воды и потока в третьей стадии флокуляции 1/150, общий расход флокулянтов не более 150т/т. 8 экспермменте изменяется соотноше1ше флокулянтов, добавляемых в первой, второй и третьей стадиях флокуляции (опыты 4,5,12 15). Так, при соотношении флокулянтов 1:1:2 м 1:1:1, где расход флокулянта в первую стадию составляет 37 г/т, во вторую 37 г/т, и третью стадии по 50 г/т (опыт 5) получено увеличение скорости осаждения суспензии в третьей стадии флокуляции до 95 - 100 мм/мин, содержание твердого в сгущенном продукте уоеличивается до 300, 260 г/л м высота осветленного слоя 1,3 - 1,5 м.

Сгуститель работает с запасом зоны осветления и возможно увеличение нагрузки на сгуститель в 1,5 - 1,7 раза благодаря высокой эффективности осветления. При соотношении флокулянтов 1:1;1 и 1:2:1 (опыты 12 и 13), где расход флокулянтов в первую, вторую и третью стадии флокуляции соотзетстваннс- составляет 45, 45, 45 г/т и 37, 75 и 37 г/т. Получаем при соотношении флокулянтов 1:1:1 увеличение скорости осажления в третьей стадии флокуляцим до 90 .мм/мин, содержание твердого в сгущенном продукте 280 г/л, высоту осветленного слоя 1,4 м, что указывает на явное улучшение Показателей осветления, а при соотношемыл флокулянтов 1:2:1 замечено улучшение

скорости осаждения во второй стадии флокуляции и снижение скорости осаждения по сравнению с предыдущим опытом в третьей стадии флокуляции до 50 мм/мин за счет недостатка высокомолекулярного флокулянта для агрегирования мелких флокул, содержание твердого в сгущенном продукте 150 г/т, высота осветленного слоя 0,5 м, т.е. показатели работы сгустителя неудовлетворительные. Такой же неудовлетворительный результат получен при соотношении флокулянтов 2:1:1, когда их расходы составили 75 г/т, 37 г/т и 37 г/т (опыт 14). Скорость осаждения в последней стадии флокуляции 45 мм/мин, содержание твердого в сгущенном 120 г/л, высота осветпенного слоя 0,5 м. Резкое повышение эффективности работы сгустителя наблюдается при увеличении расхода высокомолекулярного флокулянта и одновременном снижении расхода низкомолекулярного флокулянта (опыт 15), когда соотношение расходов составляет 1: i: 1,5 - 40,40 и 60 г/т, при этом содержание твердого в сгущенном увеличивается до 300 г/л, а высота осветленного слоя до 1,5 м, что указывает на повышение эффективности осветления.

Пример 5. В радиальный сгусти ель (таблица, опыт 16) подаются 300 суспензии отходов флотации, расход флокулянта (Метас) в первой стадии 37 г/т, скорость соотношения отсекаемой части потока и общего потока 1/6, расход флокулянта во второй стадии 37 г/т, соотношение частей добавляемой воды и потока с меньшим дебитом 1 /75, соотношение частей воды и потока в третьей стадии флокуляции 1/150, общий расход флокулянтов 150 г/т, В третью стадию процесса подают флокулянт Праестол 2750, расход которого 75 г/т. Скорость осаждения в третьей стадии составляет 135 мм/мин, содержание твердого в сгущенном продукте 310 г/л, высота осветленного слоя 1,5 м. Сгуститель работает с запасом зоны осветления и возможно увеличение нагрузки на сгуститель в 1,7 раза благодаря высокой эффективности осветления.

Пример 6. В радиальный сгуститель (таблица, опыт 17) подается 300 суспензии отходов флотации, расход флокулянта (Метас) в первой стадии 37 г/т, соотношение отсекаемой части потока и общего потока 1 /6, расход флокулянта во второй стадии 37 г/т, соотношение частей добавляемой воды и потока с меньшим дебитом 1/75, соотношение частей воды и потока в третьей стадии флокуляции 1/150, общий расход флокулянтов 150 г/т, В третью стадию процесса подают флокулянт Санфлок АН-70р. расход которого 75 г/т. В третьей стадии

получена скорость осаждения. 156 мм/мин, содержание твердого в сгущенном продукте 320 г/л, высота осветленного слоя 1,5 м. Благодаря высокой эффективности осветления возможно увеличение нагрузки на сгуститель в 2 раза.

Как видно из приведенных примеров, эффективность предлагаемого способа высокая, несмотря на то, что на разных стадиях

0 использованы сочетания главным образом одноименно заряженных флокулянтов.

При разделении общего потока суспензии на два в соотношении 1:1 по 160 м /ч каждый и дозировки полиэтиленимина 5 флокулянт катионного типа в количестве 70 г/т к первому потоку и полиакриламида по второму потоку в количестве 80 г/т скорость осаждения суспензии в первом случае 0,3 мм/мин, как и без добавки флокулянта, а

0 после дозировки полакриламида увеличивается до 16 мм/мин, что явно недостаточно для эффективной работы сгустителя, так содержание твердого в сливе 5-10 г/л, а в сгущенном продукте 1200 г/л. Исследованиями установлено, что этот способ обезвоживания суспензии не показал положительных результатов.

Использование предлагаемого способа осветления суспензий позволит стабильно

0 получать чистый слив, направляемый в оборот, а также улучшить показатели работы сгустителя по сравнению с известным.

Экономическая эффективность предложенного способа осветления суспензии

5 достигается за счет повышения эффективности работы сгустителя, отражающегося на улучшении качества продуктов обогащения и снижении расхода флокулянта. Формула изобретения

0 Способ осветления суспензий, включающий деление на два потока, обработку флокулянтом, смешение потоков, отстаивание и отделение осадка от осветленной жидкости, отличающийся тем. что, с целью

5 повышения скорости процесса, перед делением потока суспензию обрабатывают низкомолекулярным флокулянтом, делят на два потока при массовом соотношении 1:(4 - 9), обрабатывают меньший поток повторно низкомолекулярным флокулянтом и вводят в него осветленную жидкость при массовом соотношении 1:(50 - 100), смешивают его с большим потоком и в общий поток суспензии вводят осветленную жидкость при

5 массовом соотношении 1:(100 - 200) и высокомолекулярный флокулянт, а массовое соотношение низкомолекулярного для общего потока суспензии, низкомолекулярного для меньшего потока и высокомолекулярного Флокулянтов поддерживают 1:1:1 - 1:1:2.

Продолжение таблицы

Изобретение относится к способам очистки сточных вод, а более конкретно к способам осветления и сгущения шламовых вод углеобогащения, может быть использовано в горной, металлургической, химической и строительной отрасл-ях промышленности для осветления оборотных вод и позволяет повысить скорость процесса. Для осуществления способа суспензию обрабатывают низкомолекулярным флокулянтом. делят на два потока при соотношении 1: