Способ разделения твердой и жидкой фаз водонасыщенного техногенного шлама
Владельцы патента RU 2247082:
Кнатько Василий Михайлович (RU)
Кнатько Михаил Васильевич (RU)
Изобретение относится к технологии разделения твердой и жидкой фаз и может быть использовано преимущественно для обезвоживания различных видов техногенных шламов: отработанных буровых растворов, содержащих буровой шлам, а также водонасыщенных осадков, нефтесодержащих шламов, илов и т.п. В способе разделения твердой и жидкой фаз водонасыщенного техногенного шлама путем внесения гидролизованных алюмосиликатов предварительно определяют исходное значение рНш шлама и при 7<рНш<10 вносят гидролизованные алюмосиликаты с 2<рН<5 в количестве, достаточном для уменьшения значения рНш на 1-3 единицы, а при 4<рНш<7 вносят гидролизованные алюмосиликаты с 9<рН<12 в количестве, достаточном для увеличения значения рНш на 1-3 единицы; при этом гидролизированные алюмосиликаты вносят в виде водной суспензии с 10-15% концентрацией твердой фазы путем подачи ее под давлением 2-5 ати, а через 10-50 часов после внесения гидролизованных алюмосиликатов вносят утяжелитель в виде водной суспензии супеси и/или суглинка, содержащей твердую фазу в количестве 10-50 г на 1 литр шлама. В предпочтительном варианте в суспензию утяжелителя дополнительно вводят 0,5-3 мас.% хлоридов двух- или трехвалентных металлов или 1-3 мас.% сульфатов железа и/или алюминия. Для приготовления водных суспензий гидролизованных алюмосиликатов и утяжелителя используют выделенную жидкую фазу шлама. Способ обеспечивает повышение скорости разделение фаз, а также возможность получения реакции рН разделенных фаз в требуемых согласно экологическим нормам пределах: 6,5<рН<8,5. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к технологии разделения твердой и жидкой фаз и может быть использовано преимущественно для обезвоживания различных видов техногенных шламов: отработанных буровых растворов, содержащих буровой шлам, а также водонасыщенных осадков, нефтесодержащих шламов, илов и т.п.
Известен способ разделения твердой и жидкой фаз нефтешламов. Нефтешлам обрабатывают в переменном магнитном поле, орошают соленой водой с одновременным подогревом и перемешиванием его паром до инверсии фаз “нефть в воде”. Нефтяную и водную фазу разделяют путем отстаивания в тонком слое. Соленую воду из отстойника возвращают для повторного использования, RU 2148035.
Этот способ сопряжен с большими энергозатратами, требует довольно сложного специального оборудования для создания магнитного поля и осуществления рециркуляции соленой воды.
Известен способ сгущения суспензии активного ила путем естественного отстаивания; перед отстаиванием суспензию подвергают контактной обработке золой ТЭС в динамических условиях; в суспензию активного ила перед стадией обработки золой вводят флокулянт, RU 2000119328.
Контактная обработка золой в динамических условиях требует применения сложного оборудования для создания этих условий: вибраторы, турбуляторы и т.п.
Известен способ, включающий разделение твердой и жидкой фаз водонасыщенного техногенного шлама путем внесения алюмосиликатов, гидролизованных до значений рН 9-12, RU 2198142.
Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.
Недостатком этого способа является отсутствие учета исходного значения рН обрабатываемого шлама и соответственно отсутствие определенной связи между этим значением и значением рН вносимых гидролизованных алюмосиликатов. Это обусловливает существенное замедление процесса седиментации осадка в условиях щелочной реакции шлама, что встречается в 70-80% случаев и может приводить к его пептизации, а также недостаточную степень отделения жидкой фазы; кроме того, отсутствует возможность получения значений рН разделенных фаз в требуемых пределах при любой исходной реакции шлама.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения скорости разделения фаз (седиментации осадка и выделения жидкой фазы), а также обеспечение возможности получения реакции рН разделенных фаз в требуемых согласно экологическим нормам пределах (6,5≤рН≤8,5).
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе разделения твердой и жидкой фаз водонасыщенного техногенного шлама путем внесения гидролизованных алюмосиликатов предварительно определяют исходное значение рНш шлама и при 7<рНш<10 вносят гидролизованные алюмосиликаты с 2<рН<5 в количестве, достаточном для уменьшения значения рНш на 1-3 единицы, а при 4<рНш<7 вносят гидролизованные алюмосиликаты с 9<рН<12 в количестве, достаточном для увеличения значения рНш на 1-3 единицы; через 10-50 часов после внесения гидролизованных алюмосиликатов вносят утяжелитель в виде водной суспензии супеси и/или суглинка, содержащей твердую фазу в количестве 10-50 г на 1 литр шлама; для приготовления водных суспензий гидролизованных алюмосиликатов и утяжелителя используют выделенную жидкую фазу шлама; гидролизованные алюмосиликаты вносят в виде водной суспензии с 10-15% концентрацией твердой фазы путем подачи ее под давлением 2-5 ати посредством высоконапорного насоса; суспензию утяжелителя вносят путем подачи ее под давлением 2-5 ати посредством высоконапорного насоса; в суспензию утяжелителя дополнительно вводят 0,5-3 мас.% хлоридов двух- или трехвалентных металлов или 1,0-3 мас.% сульфатов железа и/или алюминия.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".
Благодаря реализации отличительных признаков изобретения обеспечивается важное новое свойство способа, которое заключается в том, что гидролизованные алюмосиликаты, вносимые в шлам, имеют определенное значение рН, связанное со значением рНш шлама, что позволяет повысить эффективность разделения фаз, в несколько раз уменьшить объем и массу получаемого в результате отделения жидкой фазы осадка; это упрощает и удешевляет обезвреживание и утилизацию осадка. Кроме того, значения рН осадка и жидкой фазы, находящиеся в пределах экологических норм, обеспечивают возможность экологической адаптации получаемых материалов.
Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию “изобретательский уровень”.
Реализация способа поясняется примерами; полученные результаты приведены в таблице.
Пример 1а.
Водонасыщенный техногенный шлам представлял собой отработанный буровой раствор (ОБР), содержащий буровой шлам с влагосодержанием Wс=93,3 мас.%; предварительно определяли исходное значение рНш шлама - 7,2. Самопроизвольного отделения воды из шлама в течение 1 суток не наблюдалось.
Для разделения твердой и жидкой фаз внесли гидролизованные алюмосиликаты на основе кембрийской глины с рН 3,3.
Гидролизованные алюмосиликаты ввели в виде водной суспензии с 10% концентрацией твердой фазы. Осуществляли равномерное перемешивание суспензии с ОБР в течение 5 минут посредством рециркуляции с помощью насоса. Наблюдалось интенсивное сворачивание коллоидно-дисперсной и золь-гелевой фазы ОБР в характерные хлопья, а также отделение осветленной воды.
Суточный отстой осветленной воды составил 17,3% от исходного объема ОБР; остаточный объем воды и твердой фазы ОБР составил Vo=100-17,3=82,7%, а влагосодержание в полученном осадке Wс=93,3-17,3=76,0. После 2-х и 3-х суток отстаивания полученного осадка ОБР соответственно дополнительно отделилось осветленной воды 5,1 и 2,1%, всего 7,2%. Тогда остаточное влагосодержание в осадке составило 76,0-7,2=68,8% от исходного. Объем осадка уменьшился примерно в 1,5 раза.
Пример 1б.
После удаления отделившейся в течение 10 часов осветленной воды была внесена водная суспензия утяжелителя, содержащая супесь в количестве 30 ч. на 1 л шлама. При этом в суспензию утяжелителя был введен дополнительно MgCl2 в количестве 0,5 мас.%. Для приготовления водной суспензии была использована выделенная жидкая фаза шлама. После внесения суспензии утяжелителя, которая осуществлялась с помощью высоконапорного насоса путем подачи струи под давлением 3,3 ати, через 24 часа отделение осветленной жидкой фазы существенно увеличилось по сравнению с вариантом по примеру 1а и составило 29,4 мас.% (от массы шлама). Водосодержание шлама составило 93,3-29,4=63,9 мас.%. Затем после отстаивания в течение двух и трех суток соответственно отделилось 8,3 и 4,1 мас.% жидкой фазы; содержание воды в шламе снизилось примерно до 52 мас.%.
Пример 2.
Осуществлялось разделение твердой и жидкой фаз амбарного шлама с водосодержанием 91,7 мас.%. и рН 8,5; использовались гидролизованные алюмосиликаты с рН 3,1. Суспензия утяжелителя без добавки коагулянта вносилась и перемешивалась рециркуляционно с помощью насоса. В остальном условия проведения процесса соответствовали указанным в примере 1а. Отделение осветленной воды в течение 1-х суток составило 21,9 мас.%, а в течение последующих 2-х и 3-х суток соответственно 4,7 и 3,1 мас.%. Суммарное отделение осветленной воды в данном примере составило 29,7 мас.%, а водосодержание осадка 62,0 мас.%.
Пример 3.
Производилось разделение твердой и жидкой фаз шлама цеха водоочистки ТЭЦ с водосодержанием 92,7 мас.%. и рН 9,8; использовались гидролизованные алюмосиликаты с рН 2,3. Условия проведения процесса соответствовали приведенным в примере 1б за исключением того, что опыт выполнялся в 2-х вариантах: по варианту 3а суспензия утяжелителя не содержала добавки коагулянта, а по варианту 3б в ее состав была включена добавка FeSО4 в количестве 1 мас.%; давление высоконапорной струи составляло 5 ати. Отделение осветленной воды в течение 1-х суток по варианту 3а составило 31,6 мас.%, а в течение последующих 2-х и 3-х суток соответственно 9,3 и 5,7 мас.%. Суммарное отделение осветленной воды в данном примере составило 46,6 мас.%., а водосодержание осадка 46,1 мас.%.
По варианту 3б отделение осветленной воды в течение 1-х суток составило 35,3 мас.%, а в течение последующих 2-х и 3-х суток соответственно 11,6 и 7,1 мас.%. Суммарное отделение осветленной воды в данном примере составило 54,0 мас.%., а водосодержание осадка уменьшилось до 38,7 мас.%. При этом объем осадка составлял примерно 1/3 исходного объема шлама.
Пример 4.
Производилось разделение твердой и жидкой фаз шлама гидрометаллургического цеха с водосодержанием 95,3 мас.%. и рН 4,1; использовались гидролизованные алюмосиликаты с рН 11,5. Условия проведения процесса соответствовали приведенным в примере 1б за исключением того, что суспензия утяжелителя вносилась и перемешивалась 5 минут циркуляционно с помощью насоса и включала добавку коагулянта MgCl2 в количестве 1 мас.% от массы шлама. Отделение осветленной воды в течение 1-х суток составило 27,2 мас.%, а в течение последующих 2-х и 3-х суток соответственно 7,3 и 4,5 мас.%. Суммарное отделение осветленной воды в данном примере составило 39,0 мас.%, а водосодержание осадка 56,3 мас.%.
Пример 5.
Осуществлялось разделение твердой и жидкой фаз шлама гальванического цеха с водосодержанием 92,5 мас.%. и рН 5,6; использовались гидролизованные алюмосиликаты с рН 10,7. Условия проведения процесса соответствовали приведенным в примере 1а, но без внесения суспензии утяжелителя. Отделение осветленной воды в течение 1-х суток составило 23,8 мас.%, а в течение последующих 2-х и 3-х суток соответственно 6,1 и 2,7 мас.%. Суммарное отделение осветленной воды в данном примере составило 32,6 мас.%, а водосодержание осадка 59,9 мас.%.
Пример 6.
Осуществлялось разделение твердой и жидкой фаз активного ила с водосодержанием 94,1 мас.%. и рН 6,8; использовались гидролизованные алюмосиликаты с рН 9,9. Условия проведения процесса соответствовали приведенным в примере 3б за исключением того, что в качестве коагулянта применялся MgCl2 в количестве 1%. Отделение осветленной воды в течение 1-х суток составило 29,7 мас.%, а в течение последующих 2-х и 3-х суток соответственно 3,5 и 1,3 мас.%. Суммарное отделение осветленной воды в данном примере составило 34,5 мас.%., а водосодержание осадка 59,6 мас.%.
| Таблица | ||||||||||
| № п/п | Характеристика обрабатываемых шламов | | Режим внесения суспензий (ГАС и утяжелителя) | Удаленная вода, мас.% | Обезвож. осадок | |||||
| Безнапорный; время рециркуля-ции | Напорный | Время отстоя, сутки | рН | Wс, мас. % | ||||||
| 1 | 2 | 3 | ||||||||
| 1 | Отработанный шламосодержащий буровой раствор Влагосодержание Wc=93,3 мас.%; рН 7,2 | 3,3/5,1 | 1а | 5 мин (без утяжелит.) | - | 17,3 | 5,1 | 2,1 | 6,6 | 68,8 |
| 1б | - | С утяжел. +0,5 мас. % MgCl2 | 29,4 | 8,3 | 4,1 | 6,7 | 52,0 | |||
| 2 | Шлам амбарный Wc=91,7 мac. %; рН 8,5 | 3,1/4,8 | 5 мин. (с утяжелителем) | - | 21,9 | 4,7 | 3,1 | 7,8 | 62,0 | |
| 3 | Шлам цеха водоочистки ТЭЦ Wc=92,7 мас. %; рН 9,8 | 2,3/3,5 | 3а | - | С утяжел. | 31,6 | 9,3 | 5,7 | 8,3 | 46,1 |
| 3б | - | С утяжел.+1 мас.% FeSО4 | 35,3 | 11,6 | 7,1 | 8,2 | 38,7 | |||
| 4 | Шлам гидрометаллургического цеха Wc=95,3 мас.%. рН 4,1 | 11,5/10,7 | 5 мин. с утяж.+1% MgCl2 | - | 27,2 | 7,3 | 4,5 | 8,4 | 56,3 | |
| 5 | Шлам гальванического цеха Wc=92,5 мас. %. рН 5,6 | 10,7/10,1 | - | Без утяжел. | 23,8 | 6,1 | 2,7 | 6,9 | 59,9 | |
| 6 | Активный ил Wc=94,l мас. %. рН 6,8 | 9,9/9,5 | - | С утяж. +1 мас.% MgCl2 | 29,7 | 3,5 | 1,3 | 7,7 | 59,6 | |
| Сокращения в таблице: рНГАС- реакция гидролизированных алюмосиликатов; рНсусп. - реакция суспензии гидролизированных алюмосиликатов. |
1. Способ разделения твердой и жидкой фаз водонасыщенного техногенного шлама путем внесения гидролизованных алюмосиликатов, отличающийся тем, что предварительно определяют исходное значение рНш шлама и при 7<рНш<10 вносят гидролизованные алюмосиликаты с 2<рН<5 в количестве, достаточном для уменьшения значения рНш на 1-3 единицы, а при 4<рНш<7 вносят гидролизованные алюмосиликаты с 9<рН<12 в количестве, достаточном для увеличения значения рНш на 1-3 единицы, при этом гидролизированные алюмосиликаты вносят в виде водной суспензии с 10-15% концентрацией твердой фазы путем подачи ее под давлением 2-5 ати, а через 10-50 ч после внесения гидролизованных алюмосиликатов вносят утяжелитель в виде водной суспензии супеси и/или суглинка, содержащей твердую фазу в количестве 10-50 г на 1 л шлама.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в суспензию утяжелителя дополнительно вводят 0,5-3 мас.% хлоридов двух- или трехвалентных металлов или 1-3 мас.% сульфатов железа и/или алюминия.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для приготовления водных суспензий гидролизованных алюмосиликатов и утяжелителя используют выделенную жидкую фазу шлама.
