Способ обезвоживания шламов, шламы, полученные этим способом, и их применение

Изобретения относится к обезвоживанию шламов, исходное значение рН которого меньше или равно 8. Такими шламами могут быть шламы, образующиеся на очистных установках для городских стоков, и шламы стоков пищевой отрасли промышленности. Способ обезвоживания шламов включает добавку щелочного реагента в шламы с рН 8 и менее, добавку в шламы, по меньшей мере, одного флокулирующего органического компонента, повышение рН шламов добавкой щелочного реагента до величины менее значения рН, при котором начинается распад, по меньшей мере, одного органического соединения, флокуляцию шламов и разделение флокулированных шламов на обезвоженные шламы и жидкую фазу. При этом щелочной реагент представляет собой известково-магнезиальное соединение формулы: xCaCO₃(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO], где: x, y - мольные доли, 0,45≤x≤0,75 и 0≤y≤1. Обработанные шламы, после разделения, имеют рН, который меньше рН, начиная с которого происходит разложение, по меньшей мере, одного из органических компонентов. Изобретения обеспечивают повышение степени обезвоживания шламов при использовании обычно используемых флокулянтов и получение шламов с оптимальными технологическими свойствами - устойчивостью в насыпном состоянии, способностью к окомковыванию. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу обезвоживания шламов.

В настоящем изобретении под шламами следует понимать любые шламы, исходное значение рН которых меньше или равно 8, такие, например, как шламы, образующиеся на очистных установках для городских стоков и стоков продовольственных отраслей промышленности. Также к шламам можно отнести ил при драгировании и другие виды шламов, являющихся при необходимости более кислыми. В этом случае нейтрализацией целесообразно предварительно привести шламы к значению рН в диапазоне, по меньшей мере, от 6 до не более 8.

Предшествующий уровень техники

Как правило, во время обработки указанных шламов их отстаивают перед сгущением. Затем их подвергают флокуляции с последующим обезвоживанием, проводимым в большинстве случаев посредством ленточного фильтра, фильтр-пресса или центробежного декантатора с нагревом или без него. Помимо снижения объема шламов назначением такой обработки является упрощение обращения с ними, хранения и транспортировки.

Обезвоживание шламов с помощью флокулянтов хорошо известно. Так, например, при обработке шламов рыбных промыслов предусматривается добавлять во флокулянт вещество, способствующее флокуляции и являющееся водорастворимьм соединением кальция (см., например, JP-A-4-40286). В качестве соединения кальция применяются либо сильно щелочные соединения типа извести, либо соли кальция, такие как галогениды, нитрат, ацетат. Конечной целью является очищенная вода, получаемая после обработки шламов.

Также известен способ обезвоживания шламов, в котором после обработки шлама полимерным флокулянтом задают рН в диапазоне 9-12 путем добавки оксида или гидроксида кальция или магния (см. US-A-4675114). При этом способе требуется, кроме того, добавлять в шлам формальдегид, являющийся признанным токсичным продуктом, вызывающим проблемы в связи с загрязнением окружающей среды и подлежащим, следовательно, исключению из употребления.

Все эти ранее известные способы, в которых для повышения флокуляции применяется преимущественно известь, делают необходимым достаточную степень контроля за повышением показателя рН с тем, чтобы исключалось любое, слишком быстрое разложение флокулянта, теряющего свою активность при очень щелочных значениях рН. Некоторыми способами даже предусматривается проведение нейтрализации во время процесса, что влияет на стоимость и количество воды, удаляемой при фильтрации.

Для обеспечения такого контроля предусмотрен указанный в начале способ, в котором в качестве щелочного реагента применяется сильно щелочное соединение кальция, которое подвергают обработке для задержки роста рН среды с момента добавки этого соединения до окончания флокуляции, при этом рН может затем снова возрастать в шламах, предпочтительно даже после обезвоживания обработанных шламов (см. WO-00/4527).

Однако для задержки роста рН соединение кальция необходимо подвергнуть предварительным видам обработки, таким, как, например:

- обработка для увеличения среднего размера зерен кальциевой добавки, в частности для исключения содержания частиц размером менее 50 мкм, что делает необходимым агломерацию и удаление порошковой доли,

- добавка органического соединения для задержки растворения соединения кальция,

- пережог соединения кальция для снижения его реакционной способности.

Такие предварительные операции являются дорогостоящими и в некоторых случаях сопровождаются поступлением посторонних примесей в шламы. Кроме того, рН, несмотря на любые меры, выдерживается в совместимом с применяемым флокулянтом интервале только в течение короткого отрезка времени (несколько минут), что усложняет фильтрование до истечения этого времени.

Известен также способ приведения в инертное состояние и/или фиксации вредных компонентов в веществах типа шламов, включающий в себя добавку в эти вещества, по меньшей мере, одного гидравлического вяжущего, при этом в данную смесь добавляют неорганическое вещество, содержащее соединения магния, и/или неорганическое вещество, содержащее соединения алюминия (см. ЕР-В-0408545).

Раскрытие сущности изобретения

Целью настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков и создание простого способа обезвоживания шламов, позволяющего получать шламы с оптимальными технологическими свойствами, такими как устойчивость в насыпном состоянии, способность к окомкованию и пр. Полученные шламы должны содержать в себе преимущественно сухое вещество в повышенных количествах, при этом применяются флокулянты, являющиеся обычными при флокуляции шламов.

Способ обезвоживания шламов включает следующие стадии:

- добавку щелочного реагента в шламы с рН 8 или менее,

- добавку в шламы, по меньшей мере, одного органического, флокулирующего компонента,

- повышение рН шламов добавкой упомянутого щелочного реагента до величины менее значения рН, при котором начинается распад, по меньшей мере, одного упомянутого выше органического соединения,

- флокуляцию шламов и

- разделение флокулированных шламов на обезвоженные шламы и жидкую фазу.

При этом щелочным реагентом служит известково-магнезиальное соединение формулы:

xCaCO₃(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO],

где х, y - мольные доли,

0,45≤х≤0,75 и

0≤y≤1,

при этом обработанные шламы, после указанного разделения, имеют рН, который меньше рН, начиная с которого происходит разложение, по меньшей мере, одного из указанных органических компонентов.

Особое преимущество данного способа заключается в том, что этап разделения, т.е. этап обезвоживания, не ограничивается временем, так как требуемое повышение рН сохраняется управляемым.

Неожиданно было установлено, что в результате добавки известково-магнезиального соединения согласно изобретению стало возможным обеспечивать в обезвоженных шламах одновременно чрезвычайно большое содержание сухих веществ и постепенное, равномерное повышение рН до максимальной величины, превышающей значение рН, при котором традиционные флокулянты шламов теряют свою активность, в частности рН менее или равное 10. Операции по отстаиванию, фильтрации, прессованию и/или центрифугированию могут проводиться без спешки и риска получения слишком высокого значения рН. Шламы, обезвоженные способом согласно изобретению, могут содержать в себе сухое вещество в количестве более 75 вес.%, преимущественно 80 вес.% и даже до 90 вес.% и более. Кроме того, следует отметить, что шламы сохраняют значение рН, которое они имели в момент разделения.

Однако в том случае, когда определяли степень сухости обезвоженных шламов, полученных способом согласно изобретению, неожиданно установили существенное увеличение степени сухости по сравнению со степенью сухости, которую можно было бы получить при условии, если бы то же количество известково-магнезиального соединения согласно изобретению было бы добавлено после обезвоживания обработанного шлама. Эта степень сухости после обработки рассчитывается по формуле:

где S1 - содержание сухого вещества в шламовом кеке без известково-магнезиального соединения согласно изобретению в массовых процентах, t - величина добавки известково-магнезиального соединения согласно изобретению в массовых процентах от сухого вещества в сгущенном шламе, S2_cal - расчетное содержание сухого вещества в шламовом кеке с известково-магнезиальным соединением согласно изобретению в массовых процентах, в том случае, когда не учитывается дополнительное влияние известково-магнезиального соединения на сухость кека.

Предпочтительно, чтобы в качестве известково-магнезиального соединения согласно изобретению применялся полуобоженный доломит формулы CaCO₃MgO, в котором компонент MgO может присутствовать частично или полностью в виде Mg(OH)₂. Такой полуобоженный доломит может быть получен щадящим обжигом двойного карбоната кальция и магния в условиях, при которых остаточное содержание СаО составляет менее 5 вес.%, остаточное содержание MgCO₃ - менее 10 вес.%. Размер частиц применяемого полуобоженного доломита составляет преимущественно 5 мм или менее. Это соединение перемешивают со шламом до, одновременно или после внесения флокулянта. Само собой разумеется, что в таком соединении могут содержаться - в связи с его минеральным происхождением - некоторые примеси, например, такие, как кремнезем или глинозем.

В том случае, когда значение х в приведенной выше формуле составляет менее 0,45, то приходится иметь дело с продуктом, который не может быть получен на основе двойного карбоната кальция и магния природного происхождения. Если значение х превышает 0,75, то известковая составляющая в известково-магнезиальном соединении становится слишком большой, и она более не позволяет увеличивать рН в достаточной степени, главным образом она препятствует достижению достаточной сухости обезвоженных шламов.

В случае применения не гидратированного полуобоженного доломита щелочной реагент, являющийся, кроме того, добавкой сухого вещества и способствующий флокуляции и фильтрационной способности шламов, обеспечивает преимущество, заключающееся в частичном осушении шламов в результате реакции между компонентом MgO и водой.

Добавка известково-магнезиального соединения в шлам согласно изобретению позволяет не только весьма значительно продлить время контактирования щелочного реагента с флокулянтом без разложения последнего, но и неожиданно достигнуть степень сухости, существенно превосходящую сухость, обеспечиваемую известными в настоящее время техническими решениями, при этом такое увеличение достигается соединением, для которого не требуется агломерация или удаление порошковой доли. Размер зерен полуобоженного доломита ни в коем случае не является критическим в способе согласно изобретению.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения способ включает в себя озоление обезвоженных шламов после разделения.

Другие варианты осуществления способа согласно изобретению представлены в приложенной формуле изобретения.

Также настоящее изобретение относится к применению известково-магнезиального соединения формулы:

xCaCO₃(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO],

где х, y - мольные доли,

0,45≤х≤0,75 и

0≤y≤1,

предназначенного для обработки и обезвоживания шламов с рН 8 или менее.

Кроме того, изобретение относится к обезвоженным шламам с содержанием известково-магнезиального соединения формулы:

ХСаСО₃(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO],

где х, y - мольные доли, 0,45≤х≤0,75 и 0≤y≤1, рН составляет более 8, равно 10 или менее. Предпочтительно, чтобы в этих шламах содержалось, по меньшей мере, 15 вес.% известково-магнезиального соединения от количества сухого вещества шлама до обезвоживания.

Подробнее изобретение поясняется ниже с помощью не ограничивающих его примеров осуществления.

Пример 1

Пробу сгущенного шлама с содержанием сухого вещества в количестве около 3 вес.% обработали тремя разными реагентами согласно изобретению, а именно двумя соединениями кальция, из которых одно соединение - негашеная известь, в которой порошковая часть удалена грохочением с размером ячейки сита 100 мкм, и второе соединение - негашеная, пережженная известь, и полуобоженным доломитом (d₅₀=25-30 мкм). Во всех трех случаях применялась одна и та же методика.

В емкость объемом 1 литр ввели сгущенный шлам в количестве, соответствующем 5 г сухого вещества. В эту пробу внесли 1,5 г добавки; затем смесь перемешали в магнитной мешалке, при этом рН раствора регистрировали каждые 5 секунд. Изменение рН в каждом случае представлено на чертеже.

На чертеже приведен график, показывающий изменение значения рН в зависимости от времени обработки шламов с применением:

- негашеной извести, из которой была удалена порошковая доля (кривая А),

- негашеной пережженной извести (кривая В),

- полуобоженного доломита согласно изобретению (кривая С).

Было установлено, что только в случае применения полуобоженного доломита согласно изобретению не происходит повышения рН свыше 9,5 в течение более 5 минут. Это значение рН поддерживалось постоянным в течение, по меньшей мере, 0,5 часа, что позволяет существенно увеличить период между добавкой реагента и операцией по обезвоживанию.

Пример 2

Фильтрование шлама, обработанного обычным катионньм органическим флокулянтом и полуобоженным доломитом согласно изобретению.

В емкость объемом 1 литр ввели сгущенный шлам с содержанием сухого вещества 3% в количестве, соответствующем 5 г сухого вещества. Эту пробу шлама обработали по следующей методике.

Обработка

В шлам последовательно вводили согласно изобретению полуобоженный доломит в количестве, соответствующем 45% сухого вещества, содержащегося в шламовой пробе, и 10 мл водного раствора фокулянта при концентрации активного вещества 5 г/л. Затем смесь перемешивали в течение 10 секунд при скорости 200 об/мин, в лабораторном флокуляторе.

Фильтрование

Обработанный таким образом шлам фильтровали затем через фильтр Бюхнера, фильтрующая часть которого имела покрытие из фильтрующего полиэфирного полотна CranaNORDIFA Lainyl M14/CH/5 Fi).

Затем в течение одной минуты шлам стекал. После этого шлам последовательно прессовали при давлении 1, 2, 3 и 4 бара с помощью поршня, при этом каждая операция прессования длилась одну минуту. Получили кек толщиной 3-5 мм. Из его центральной части отобрали пробу для определения содержания сухого вещества, составившего 25,3%.

Для определения влияния добавки полуобоженного доломита согласно изобретению на содержание сухого вещества в кеке тот же сгущенный шлам во втором опыте флокулировали и затем фильтровали по описанному выше протоколу, но на этот раз без добавки полуобоженного доломита. Получили шламовый кек с содержанием сухого вещества 16,4%.

Если бы влияние полуобоженного доломита ограничивалось увеличением сухого вещества в шламе без дополнительного влияния на сухость, то расчетное содержание сухого вещества в шламовом кеке S2_cal в присутствии полуобоженного доломита было бы достигнуто при исходном содержании сухого вещества в шламовом кеке без добавки доломита S1 в соответствии с приведенной выше формулой.

В данном примере

т.е. 22,1%. Однако действительное содержание в шламовом кеке при использовании полуобоженного доломита S2_eff составляет 25,3%. Разница между S2_eff и S2_cal показывает, что добавка полуобоженного доломита согласно изобретению позволяет обеспечивать относительное повышение сухости на 14,3%, что свидетельствует о неожиданном дополнительном влиянии полуобоженного доломита на сухость кека.

Для сравнения вместо полуобоженного доломита согласно изобретению применили известняк при тех же технологических условиях, при этом количество полученного сухого вещества S2_eff составило 22,7%. Если сопоставить это количество с S2_cal, то разница будет равна приблизительно экспериментальной ошибке, и, следовательно, нельзя делать вывод относительно увеличения сухости при использовании известняка.

Можно также добавить, что известняк не является щелочным реагентом и что при его добавке показатель рН шламов не возрастает и в данном примере сохраняется равньм порядка 7,35.

Пример 3

Шлам, полученный на очистной установке для городских стоков, после начального отстаивания содержал в себе сухое вещество в количестве около 3 вес.%. После флокуляции этого шлама с применением катионного флокулянта типа полиакриламида и после обезвоживания на фильтр-прессе с сушилкой содержание сухого вещества в шламе или степень сухости после обработки составила 64 вес.%.

Степень сухости того же шлама, обработанного в аналогичных условиях с добавкой 25 вес.% полуобоженного доломита (по отношению к сухому веществу в шламе) и после обезвоживания на фильтр-прессе с сушилкой, составила 80 вес.%.

Наконец шлам флокулировали в тех же условиях, что и описанные выше, но в присутствии 25 вес.% полуобоженного доломита до обезвоживания. После обезвоживания на фильтр-прессе с сушилкой степень сухости этого шлама составила 97 вес.%.

Таким образом, неожиданно было установлено, что добавка известково-магнезиального соединения согласно изобретению очень заметно повышает степень сухости обработанных шламов по сравнению с добавкой только одного флокулянта. Однако то же количество полуобоженного доломита, добавленного перед обезвоживанием в присутствии флокулянта, весьма существенно повышает степень сухости по сравнению с последующей добавкой при обезвоживании. Также необходимо отметить, что время перемешивания реагентов/флокулянтов в шламе может достигать, как в данном случае, до 1,5 часа, что исключается при использовании извести и даже кальциевых реагентов, таких как указанные выше, используемых для замедления роста рН.

Совместная добавка полуобоженного доломита согласно изобретению и флокулирующего органического компонента перед обезвоживанием шлама не только повышает степень сухости по сравнению со способом добавки после обезвоживания с применением тех же количеств доломита, но и упрощает ведение процесса. В самом деле смесь двух добавок (флокулянта и реагента) можно произвести за один прием, в то время как операция по внесению добавки после обезвоживания делает необходимым второй этап смешивания, который, кроме того, трудно осуществлять, принимая во внимание снижение содержания воды после обезвоживания.

Необходимо иметь в виду, что настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами своего осуществления и что в него может быть внесено множество изменений, не выходя при этом за рамки приведенной формулы изобретении.

1. Способ обезвоживания шламов, включающий в себя:

добавку щелочного реагента в шламы с рН 8 и менее,

добавку в шламы, по меньшей мере, одного флокулирующего органического компонента,

повышение рН шламов добавкой упомянутого щелочного реагента до величины менее значения рН, при котором начинается распад, по меньшей мере, одного, указанного выше органического соединения,

флокуляцию шламов и

разделение флокулированных шламов на обезвоженные шламы и жидкую фазу,

отличающийся тем, что указанный щелочной реагент представляет собой известково-магнезиальное соединение формулы:

xCaCO₃(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO],

где x, y - мольные доли,

0,45≤x≤0,75 и

0≤у≤1,

и обработанные шламы, после указанного разделения, имеют рН, который меньше рН, начиная с которого происходит разложение, по меньшей мере, одного из указанных органических компонентов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что известково-магнезиальное соединение представляет собой полуобоженный доломит, содержащий компонент MgO, присутствующий при необходимости частично или полностью в виде Mg(OH)₂.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что он предусматривает повышение рН до величины не более 10.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что добавка известково-магнезиального соединения осуществляется предварительно, одновременно и/или после добавки, по меньшей мере, одного флокулирующего органического компонента.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что добавка известково-магнезиального соединения осуществляется перед этапом разделения.

6. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он включает в себя озоление обезвоженных шламов после разделения.

7. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что применительно к кислым шламам он дополнительно предусматривает проведение предварительной нейтрализации с доведением их рН, по меньшей мере, до 6.

8. Способ по п.2, отличающийся тем, что полуобоженный доломит получают обжигом двойного карбоната кальция и магния в условиях, при которых содержание СаО в доломите составляет менее 5 вес.%, а содержание MgCO₃ менее 10 вес.%.

9. Применение известково-магнезиального соединения формулы:

xCaCO₃(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)M_gO],

где x, y - мольные доли,

0,45≤x≤0,75 и

0≤у≤1,

для обработки и обезвоживания шламов с рН 8 или менее.

10. Обезвоженные шламы с содержанием известково-магнезиального соединения формулы:

xCaCO₃(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)M_gO],

где x, y - мольные доли,

0,45≤x≤0,75 и

0≤y≤1,

показатель рН которых составляет более 8 или равен 10 или менее.

11. Обезвоженные шламы по п.10, содержащие, по меньшей мере, 15 вес.% известково-магнезиального соединения от сухого вещества в шламе до обезвоживания.