Композиции на основе извести, способ их приготовления и их применение для обработки вод и шламов
Изобретения могут быть использованы для обработки сточных вод и кондиционирования шламов перед их обезвоживанием. Композиция на основе извести для обработки вод и шламов содержит по меньшей мере один минеральный агент, содержащий по меньшей мере известь и по меньшей мере один линейный, разветвленный и/или поперечно сшитый гидрофильный органический полимер неионного, анионного, катионного или амфотерного происхождения. Минеральный агент содержит гашеную известь в твердой фазе, а органический полимер включен на поверхность и внутрь указанной твердой фазы гашеной извести, и указанная композиция на основе извести представляет собой твердую композицию. Способ приготовления композиции для обработки вод и шламов включает введение в контакт минерального агента и водного раствора, дисперсии или обратной эмульсии, содержащей органический полимер и воду. Способ включает осуществление частичной реакции негашеной извести со всей или с частью воды, содержащей органический полимер, получение гашеной извести в твердой фазе, в которую включен органический полимер. Изобретения обеспечивают эффективное кондиционирование обезвоживаемых шламов за счет распределения полимера в меньшем количестве относительно минерального агента. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 табл., 5 пр.
Настоящее изобретение относится к композиции на основе извести, содержащей, по меньшей мере, гашеную известь в твердой фазе и, по меньшей мере, один органический полимер.
В рамках настоящего изобретения под термином «гашеная известь» следует понимать известь, образованную совокупностью твердых частиц, в основном дигидроксида кальция Са(ОН)2, который получают в результате реакции частиц негашеной извести с водой, которую называют гидратацией или гашением. Гашеную известь называют также гидратированной известью. В дальнейшем дигидроксид кальция будет называться просто гидроксидом кальция или Са(ОН)2.
Разумеется, гашеная известь может содержать примеси, в основном остающиеся от негашеной извести. Гашеная известь может быть в виде порошка или в виде водной суспензии, называемой известковым молоком.
Гашеную известь применяют, в частности, при обработке сточных вод и шламов. Например, в документе US 4711727 упомянута обработка сточных вод содержащимися в суспензии гашеной известью и органическим флокулянтом.
При обработке очисткой сточных, бытовых или промышленных вод получают остатки, называемые шламами. Эти шламы сначала отделяют от очищенной воды, затем обрабатывают с целью их стабилизации и их концентрирования.
Обработка шламов, в частности городских и промышленных шламов, содержит, в частности, стадию кондиционирования и разделения твердая фаза/жидкая фаза, называемого также обезвоживанием, в частности, на ленточном фильтре, в центрифуге или на камерном и/или мембранном фильтре-прессе.
Понятие кондиционирование, в частности химическое кондиционирование, 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.
Под термином «шламы» в рамках изобретения следует понимать остаток с содержанием сухого вещества не менее 0,5%, часто превышающим или равным 1%. Шламы могут быть минеральными, или органическими, или маслянистыми.
Включение кальцийсодержащего соединения, как правило, извести, часто сочетают с вышеупомянутой обработкой для кондиционирования, а также для санитарной обработки и/или для стабилизации шламов с целью их долгосрочного хранения (устойчивость при штабелировании и т.д.), или для улучшения их долговременных эксплуатационных свойств (способность к перелопачиванию, разбрасыванию и т.д.), или с целью повышения их агрономического потенциала. Кальцийсодержащее соединение можно добавлять в шлам перед (предварительное известкование) или после (постизвесткование) вышеупомянутой стадии обезвоживания.
Таким образом, кондиционирование представляет собой обработку, при которой характеристики шламов изменяют, чтобы облегчить разделение твердой фазы и жидкой фазы.
Среди различных видов химического кондиционирования, предназначенного для подготовки шламов, различают, в частности, органическое кондиционирование и минеральное кондиционирование.
Органическое кондиционирование: 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 хлопья.
Минеральное кондиционирование: 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 кондиционирования позволяет получать мелкие, но очень стойкие к напряжениям хлопья. Вместе с тем, использование солей железа приводит к эксплуатационным проблемам, таким как коррозия трубопроводов и фильтров из стали или чугуна, риски ожогов у персонала и т.д.
Существуют также смешанные виды кондиционирования (минерального и органического), что позволяет оптимизировать характеристики обезвоживания.
Еще одна возможность смешанного кондиционирования раскрыта в документе ЕР 1154958 (WO 00/47527). Согласно раскрытому в нем способу, в промышленные шламы в качестве минерального агента добавляют известь таким образом, чтобы избежать слишком большого повышения рН шлама, в который добавляют известь.
В документе WO 2008/058973 описан способ обработки шламов известью, согласно которому в шлам 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 шлам известь.
Как следует из вышесказанного, все представленные выше способы кондиционирования имеют свои недостатки. Органическое кондиционирование не лучшим образом адаптировано для некоторых систем обезвоживания, таких как фильтры-прессы; в других упомянутых видах кондиционирования используют, в частности, соли железа, что приводит к вышеупомянутым проблемам, или эти виды кондиционирования ограничены, в частности, выбором извести.
Таким образом, было бы желательно иметь возможность комбинировать преимущества органических полимеров, в частности их эффективность в малых дозах, и минерального агента, который придает, в частности, структуру и прочность, ограничивая вышеуказанные недостатки солей железа или аналогичных соединений. В качестве минерального агента кальцийсодержащее соединение обеспечивает также вышеупомянутые свойства.
Следовательно, существует потребность в получении композиции, которая содержит, в частности, минеральный агент на основе гашеной извести и, по меньшей мере, один органический полимер и которая может сама по себе просто, надежно и эффективно кондиционировать шламы, предпочтительно в ограниченное число стадий. В частности, предпочтительно, чтобы вышеуказанная композиция представляла собой твердое вещество, была легкой в приготовлении и в использовании, предпочтительно стабильной во времени и чтобы ее можно было легко вводить в предназначенные для обработки шламы. Предпочтительно так же, чтобы полимер, находящийся в композиции в меньшем количестве, был хорошо распределен относительно минерального агента. Предпочтительно, чтобы вышеуказанный минеральный агент можно было добавлять только один раз во время обработки шламов и, следовательно, чтобы он сохранял эффективность после обезвоживания (пост-обработка).
Таким образом, настоящее изобретение призвано устранить недостатки известных технических решений и предложить новое решение для достижения вышеуказанного технического результата, не ухудшая при этом физические свойства каждого из двух агентов (минеральное вещество и полимер).
Согласно изобретению, предусмотрена композиция, в которой указанный органический полимер включают в указанную твердую фазу гашеной извести и которая отличается тем, что указанная композиция на основе извести является твердой композицией.
В связи с этим настоящее изобретение относится к композиции на основе извести, в которой существует тесный контакт между органическим полимером и, по меньшей мере, частью минерального агента, в частности гашеной извести, что обеспечивает хорошее распределение полимера в минеральном агенте. За счет того, что указанный органический полимер включают в твердую фазу минерального агента, в частности гашеной извести, органический полимер, который является компонентом, присутствующим в меньшем количестве, в реальности хорошо распределен на поверхности и/или внутри минерального агента в отличие от простой смеси компонентов.
Кроме того, как было неожиданно установлено, органический полимер, включенный в твердую фазу, сохраняет свои физические свойства, в частности, для кондиционирования шламов перед их обезвоживанием.
В альтернативном варианте выполнения композиция в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит количество воды, достаточное, чтобы образовать водную суспензию, которая будет пригодна, например, когда потребуется использовать известковое молоко. В вышеуказанных вариантах выполнения композиция априори имеет вид твердого вещества, как правило, порошка, но, разумеется, в альтернативном варианте изобретения композиция может иметь вид суспензии.
В предпочтительном варианте выполнения указанный минеральный агент дополнительно содержит негашеную известь. Таким образом, в этом частном варианте выполнения минеральный агент композиции в соответствии с настоящим изобретением в основном состоит из негашеной извести и гашеной извести.
Под негашеной известью следует понимать твердое минеральное соединение, в химический состав которого в основном входит оксид кальция СаО. Негашеную известь обычно получают посредством обжига известняка, в основном состоящего из СаСО3, от которого в извести может оставаться несколько процентов. Негашеная известь может также содержать примеси, такие как оксид магния MgO, кремнезем SiO2 или глинозем Al2O3 в количестве нескольких процентов. Разумеется, примеси присутствуют в вышеуказанных формах, но могут в действительности присутствовать в разных фазах.
Композиция в соответствии с настоящим изобретением в основном представляет собой остаточные частицы негашеной извести, покрытые, по меньшей мере, частично слоем твердой фазы, имеющим смешанный состав Са(ОН)2/органический полимер, в котором органический полимер распределен однородно и равномерно.
Разумеется, настоящее изобретение охватывает также композиции, содержащие остаточные частицы негашеной извести, покрытые, по меньшей мере, частично слоем указанного смешанного состава, а также частицы негашеной извести без покрытия.
В предпочтительном варианте выполнения композиции в соответствии с настоящим изобретением гашеная известь присутствует в количестве от 0,5 до 99 8 мас.% по отношению к массе композиции, предпочтительно от 1 до 99% и еще предпочтительнее - от 10 до 70 мас.% по отношению к общей массе композиции.
Кроме того, предпочтительно указанный органический полимер присутствует в количестве от 0,2 до 10 мас.%, предпочтительно от 0,5 до 8 мас.% и еще предпочтительнее - от 1 до 6,5 мас.% по отношению к общей массе композиции.
Кроме того, в варианте изобретения указанная негашеная известь присутствует в количестве от 0,1 до 99,3 мас.%, предпочтительно от 20 до 80 мас.% по отношению к общей массе композиции.
В частности, минеральный агент композиции в соответствии с настоящим изобретением в основном состоит из негашеной извести и гашеной извести. Гашеная известь присутствует в количестве от 5 г до 1000 г на 1000 г извести, остальная часть извести присутствует в виде негашеной извести. В варианте выполнения изобретения гашеная известь присутствует в количестве от 10 г до 990 г на 1000 г извести, в частности от 20 г до 900 г, предпочтительно от 50 г до 800 г, в частности от 100 г до 700 г на 1000 г извести.
Предпочтительно композиции в соответствии с настоящим изобретением содержат от 2 г до 100 г органического полимера (выраженного в активном веществе (АВ) на 1 кг извести (выраженной в эквиваленте гашеной извести Са(ОН)2), предпочтительно от 5 г до 80 г вышеуказанного органического полимера на 1 кг извести и еще предпочтительнее - от 10 г до 65 г вышеуказанного органического полимера на 1 кг извести.
В частном варианте изобретения указанный органический полимер является гидрофильным полимером неионного, анионного, катионного или амфотерного происхождения, линейным, разветвленным и/или поперечно сшитым. По своей гидрофильной природе указанный органический полимер обладает сродством с водой и, следовательно, может быть переведен в суспензию или в раствор в водной фазе, которые в дальнейшем можно использовать, по меньшей мере, для частичного гашения негашеной извести с целью получения композиции в соответствии с настоящим изобретением, содержащей заранее определенное количество гашеной извести.
Изобретение относится к технической области гидрофильных органических полимеров. Согласно изобретению, используемые полимеры являются растворимыми в воде и могут иметь неионную, анионную, катионную или амфотерную природу.
На практике в варианте выполнения используемый полимер можно получать из одного или нескольких мономеров, выбираемых из группы, в которую входят:
а) анионные мономеры, содержащие карбоксильную группу (например: акриловая кислота, метакриловая кислота и их соли…) или содержащие сульфогруппу (например: 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота (AMPS) и ее соли…),
b) не ионные мономеры: акриламид, метакриламид, N-винилпирролидон, винилацетат, виниловый спирт, сложные эфиры акриловой кислоты, аллиловый спирт, N-винилацетамид или N-винилформамид,
c) и/или катионные мономеры, в частности, но не ограничительно, такие как диметиламиноэтилакрилат (DMAA), диметиламиноэтилметакрилат (DMAEMA), кватернизированные или превращенные в соли, диметилдиаллиламмоний хлорид (DADMAC), акриламидопропилтриметиламмоний хлорид (АРТАС) и/или метакриламидопропилтриметиламмоний хлорид (МАРТАС),
при необходимости, в сочетании с одним или несколькими гидрофобными мономерами, предпочтительно выбираемыми из группы, в которую входят сложные эфиры (мет)акриловой кислоты с алкильной, арилалкильной и/или этоксилированной цепочкой, производные (мет)акриламида с алкильной, арилалкильной или диалкильной цепочкой, катионные аллильные производные, гидрофобные анионные или катионные (мет)акрилоильные производные или анионные и/или катионные мономеры, производные от (мет)акриламида, содержащие гидрофобную цепочку.
Эти типы полимера не требуют разработки специального способа полимеризации. Его можно получать при помощи любых известных специалистам способов полимеризации: полимеризация в геле, полимеризация осаждением, эмульсионная полимеризация (в водной или обратной эмульсии) с последующей стадией дистилляции, полимеризация в суспензии, полимеризация в растворе.
В предпочтительном варианте выполнения указанный органический полимер является химически модифицированным органическим полимером, то есть полимером, подвергнутым реакции пост-модификации.
Под «пост-модифицированными» в данном случае следует понимать полимеры, которые были подвергнуты модификации их химической структуры посредством реакции с одним или несколькими реагентами после полимеризации. Например, можно указать реакции гидролиза и нейтрализации, прививки групп или цепочек или реакции модификации химических функциональных групп (реакция Манниха, прививка глиоксалевой группы, гидроксаматной группы, гидрофобных или гидрофильных боковых цепочек, реакция разложения Гофмана…), реакции регулирования рН (подкисление, подщелачивание, получение буферной среды…).
Кроме того, как известно, полимер может быть также разветвленным или поперечно сшитым. Как известно, разветвленный полимер является полимером, содержащим на основной цепи боковые цепочки, группы или ответвления. Что касается поперечно сшитого полимера, то он является полимером, некоторые из цепочек которого соединены между собой ковалентными химическими мостиками, образуя, таким образом, сеть. Предпочтительно разветвление или поперечное сшивание можно осуществлять во время (или, при необходимости, после) полимеризации в присутствии агента разветвления/сшивания и, в случае необходимости, агента передачи цепи. Ниже приведен не ограничительный список агентов разветвления: метилен-бисакриламид (МВА), этиленгликольдиакрилат, полиэтиленгликольдиметакрилат, диакриламид, цианометилакрилат, винилоксиэтилакрилат или метакрилат, триаллиламин, формальдегид, глиоксаль, соединения типа глицидилэфира, такие как диглициловый эфир этиленгликоля, или эпоксиды или любое другое известное специалисту средство, обеспечивающее разветвление.
В варианте композиция содержит полимер, представляющий собой смолу типа полиамина на основе эпихлоргидрина, типа дициандиамида, типа меламинформальдегида, типа полиалкиленимина или их аналогов.
Действительно, указанный используемый полимер можно получить посредством реакции поликонденсации. Под «поликонденсатом» в данном случае следует понимать водорастворимые полимеры, полученные в результате поликонденсации, то есть в результате способа полимеризации посредством повторяющихся конденсаций с удалением простых молекул или без него (в этом случае речь будет идти скорее о полиприсоединении). Рост полимерных цепей происходит за счет расходования реакционноспособных групп, тогда как в радикальных реакциях реакционноспособные группы непрерывно образуются во время роста цепей. В качестве поликонденсатов можно, например, указать полиамины на основе эпихлоргидрина, дициандиамидные смолы, меламинформальдегидные смолы, полиалкиленимины…
В частном варианте изобретения указанный органический полимер является неионным, анионным, катионным или амфотерным флокулянтом со средним молекулярным весом от 5·106 г/моль до 40·106 г/моль.
В предпочтительном варианте изобретения указанный органический полимер является катионным или амфотерным коагулянтом со средним молекулярным весом от 20000 до 5·106 г/моль. Предпочтительно средний молекулярный вес превышает или равен 50.000 г/моль, в частности превышает или равен 200.000 г/моль и предпочтительно превышает или равен 500.000 г/моль. Кроме того, предпочтительно средний молекулярный вес меньше или равен 3·106 г/моль.
В предпочтительном варианте выполнения указанный катионный или амфотерный коагулянт является коагулянтом на основе соли диаллилдиалкиламмония.
Предпочтительно композиции в соответствии с настоящим изобретением являются стабильными, то есть их можно приготовить за несколько дней и даже за несколько недель до использования.
Преимуществом порошкообразных композиций в соответствии с настоящим изобретением является легкость использования порошка без применения вспомогательных полимеров в твердой форме, которые являются иногда более сложными и более дорогими в получении по сравнению с растворами или эмульсиями.
Другие варианты выполнения композиций в соответствии с настоящим изобретением указаны в прилагаемой формуле изобретения.
Объектом настоящего изобретения является также способ получения композиции на основе извести в соответствии с настоящим изобретением, содержащий введение в контакт минерального агента и водного раствора, дисперсии или обратной эмульсии, содержащей, по меньшей мере, один органический полимер и воду. Такой способ известен, например, из документа US 4711727, в котором раскрыто приготовление суспензии гашеной извести (Hydralime) и карбоната кальция (Snowcal), с которой затем смешивают органический полимер для обработки сточных вод. К сожалению, такой способ не позволяет получить готовую к использованию стабильную композицию, в которой существует тесный контакт между органическим полимером и, по меньшей мере, частью минерального агента.
Для решения этой проблемы изобретение предлагает способ, отличающийся тем, что указанный минеральный агент является агентом на основе негашеной извести, который, по меньшей мере, частично реагирует с указанной водой или частью указанной воды, содержащей указанный органический полимер, и образует гашеную известь в твердой фазе, в которую включен указанный органический полимер.
Размер частиц минерального агента на основе негашеной извести не имеет определяющего значения; некоторые из них могут, в частности, достигать нескольких миллиметров. В некоторых вариантах выполнения изобретения размер частиц в основном меньше 2 мм, предпочтительно меньше 1 мм, предпочтительно меньше 500 мкм, в частности меньше 200 мкм. Кроме того, 90% частиц имеют размер более 0,5 мкм и даже более 1 мкм.
В способе согласно изобретению вода раствора, дисперсии или обратной эмульсии, содержащей полимер, будет реагировать с негашеной известью и/или испаряться от экзотермического действия реакции, что позволяет получить сухое порошкообразное твердое вещество (не содержащее или содержащее очень мало воды в свободном состоянии), которым легко манипулировать, во всех случаях, когда количество вводимой воды не является избыточным по отношению к количеству присутствующего оксида кальция. Таким образом, эту порошкообразную композицию можно получать, не прибегая к какому-либо разделению воды и твердых веществ посредством фильтрации и/или сушки или любого другого средства разделения твердая фаза/жидкая фаза. В этом случае композиция предпочтительно представляет собой остаточную негашеную известь, по меньшей мере, частично покрытую гашеной известью, в которой равномерно и однородно распределен органический полимер.
Если количество добавляемой воды намного превышает количество присутствующего СаО, композиция представляет собой водную суспензию гашеной извести, в которой равномерно и однородно распределен органический полимер. В промежуточном случае композиция имеет вид твердой порошкообразной гашеной извести, в которой равномерно и однородно распределен органический полимер.
Согласно изобретению, применяемая вода может непосредственно входить в выпускаемую в продажу форму полимера (водный раствор, эмульсия или дисперсия), она может также полностью или частично присутствовать в результате предварительного получения раствора, суспензии или дисперсии полимера в водной фазе.
В качестве органического полимера можно использовать указанные выше полимеры, в частности катионный или амфотерный коагулянт на основе солей диаллилдиалкиламмония.
В альтернативном варианте выполнения изобретения способ содержит отдельное добавление органического полимера до или после указанного введения в контакт минерального агента на основе негашеной извести и водного раствора, дисперсии или обратной эмульсии. Кроме того, способ в соответствии с настоящим изобретением может содержать отдельное добавление воды до или после введения в контакт минерального агента на основе негашеной извести и водного раствора, дисперсии или обратной эмульсии.
Как можно заметить, способ в соответствии с настоящим изобретением не требует специальной инфраструктуры, кроме оборудования, в котором обычно производят гашение (установка для гидратации). Способ можно осуществлять циклично (путем дозированной загрузки) или непрерывно. В некоторых вариантах выполнения способа введение в контакт негашеной извести и водного раствора или эмульсии не требует инфраструктуры гашения. Введение в контакт можно, в частности, осуществлять путем орошения негашеной извести водным раствором или эмульсией, например, во время высыпания негашеной извести или во время ее транспортировки на ленточном конвейере, или на шнеке, или в дробилке, или в смесителе.
Отмечается, что способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает тесный контакт между минеральным агентом на основе негашеной извести и органическим полимером за счет реакции негашеной извести и водного раствора, дисперсии или эмульсии, содержащей органический полимер, что дает в результате гашеную известь, содержащую полимер. Благодаря этому, этот последний компонент, присутствующий в меньшем количестве, оказывается хорошо распределенным на поверхности и/или внутри твердой фазы минерального агента в отличие от простого смешивания компонентов. Кроме того, несмотря на условия реакции, которые являются очень агрессивными (сильно экзотермическая реакция и очень едкая среда), как неожиданно выяснилось, применяемый полимер сохраняет свои физические свойства.
Другие варианты выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением указаны в прилагаемой формуле изобретения.
Объектом изобретения является также применение описанной выше композиции для обработки сточных вод и шламов, в частности для кондиционирования шламов перед их обезвоживанием.
Применение композиции в соответствии с настоящим изобретением для обработки шламов позволяет ограничить число агентов, в частности агентов кондиционирования, и позволяет производить обработку при помощи ограниченного числа стадий и даже производить кондиционирование в одну стадию.
Преимуществом композиций в соответствии с настоящим изобретением для обработки шламов является присутствие на поверхности, то есть в условиях прямого доступа, органического полимера и извести в виде Са(ОН)2, которые участвуют в кондиционировании сточных вод и шламов. В вариантах выполнения композиций в соответствии с настоящим изобретением, в которых остается негашеная известь, она остается частично доступной для обеспечения эффекта после разделения твердая фаза/жидкая фаза (при пост-обработке).
Предпочтительно композицию в соответствии с настоящим изобретением применяют в качестве единственного агента кондиционирования шламов, которое осуществляют, в частности, в одну стадию. Вышеуказанные варианты применения упрощены по сравнению с известными решениями, которые часто требуют нескольких последовательных операций введения агентов кондиционирования.
Применение композиций в соответствии с настоящим изобретением позволяет отказаться от использования солей железа для кондиционирования шламов и в то же время обеспечивает эффективность, в частности, за счет получения прочных хлопьев, в частности, совместимых с использованием фильтров-прессов. При этом кондиционирование шламов стало более надежным, производительным и легким в осуществлении и не имеет недостатков, характерных для применения солей железа или алюминия.
Применение композиции в соответствии с настоящим изобретением для обработки шламов позволяет экономить энергетические ресурсы и/или агенты кондиционирования (коагулянты, известь).
Другие варианты применения изобретения упомянуты в прилагаемой формуле изобретения.
Другие отличительные признаки, детали и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на неограничительные примеры.
Далее следует более подробное описание изобретения на неограничительных примерах.
ПРИМЕР 1
Состав композиции в соответствии с настоящим изобретением
Используют промышленную негашеную известь с гранулометрическим размером в основном менее 90 микрометров и, в качестве органического полимера, коагулянт, содержащий соли диаллилдиалкиламмония (поли-DADMAC-FL4820 в виде жидкости, содержащей 20% активного вещества).
Готовят три композиции в соответствии с настоящим изобретением с исходными реагентами, весовые пропорции которых указаны в таблице 1.
| Таблица 1 | |
| Состав | Соотношение FL4820/известь |
| 1 | 25/100 |
| 2 | 12,5/100 |
| 3 | 6,25/100 |
В асинхронный смеситель вводят 1000 г негашеной извести. Затем добавляют коагулянт в пропорциональных количествах, указанных в таблице 1, с перемешиванием таким образом, чтобы обеспечить хорошее распределение, и перемешивание осуществляют в течение 30 минут. Регулярно производят измерение температуры и регистрируют максимальную температуру.
Результаты примера 1 показаны в таблице 2.
| Таблица 2 | |||
| Составы | 1 | 2 | 3 |
| Масса извести (г) | 1000 | 1000 | 1000 |
| Масса коагулянта (г) | 250 | 125 | 62Ю5 |
| Количество активного вещества (г) (1) | 50 | 25 | 12,5 |
| Количество добавляемой воды (г) (1) | 200 | 100 | 50 |
| Максимальная температура, достигаемая при смешивании | 160°С | 100-120°С | 60°С |
(1) Поскольку поли-DADMAC добавляют в виде жидкого раствора с концентрацией 20%, то, следовательно, 250 г содержат 50 г активного вещества и 200 г воды (состав 1).
Отмечается, что во время приготовления наблюдают существенное повышение температуры, связанное с реакцией гидратации. Чем больше количество добавляемого поли-DADMAC, тем выше отмечаемая максимальная температура. Что касается составов 1 и 2, наблюдается интенсивное испарение воды. С известью реагирует не вся вода, и ее часть испаряется по причине наблюдаемого повышения температуры.
Три состава, представленные в таблице 2, являются композициями из смешанной извести, содержащей негашеную известь и гашеную известь, а также коагулянт поли-DADMAC, включенный в гашеную известь в твердой фазе. Составы 2 и 3 содержат преимущественно негашеную известь, тогда как состав 1 содержит преимущественно гашеную известь.
В таблице 3 представлены композиции в разных составах.
| Таблица 3 | |||
| Составы | 1 | 2 | 3 |
| Количество коагулянта (АВ) | 5% | 2,5% | 1,25% |
| Количество СаО | 45% | 66% | 82% |
| Количество Са(ОН)2 (оценочное) | 50% | 31% | 17% |
Пример 2
Сравнение характеристик композиций в соответствии с настоящим изобретением и композиции, содержащей катионный флокулянт
Для первого испытания шлам кондиционировали и затем профильтровали согласно способу кондиционирования, обычно используемому на промышленном объекте, чтобы получить контрольный образец. Используемым катионным флокулянтом является Zetag 8160, поставляемый компанией CIBA. Для трех других испытаний используют композиции в соответствии с настоящим изобретением, приготовленные в соответствии с примером 1. Дозировка агентов кондиционирования выражена относительно сухого вещества (СВ) шлама.
Сброженный шлам подвергли кондиционированию четырех типов, которые представлены в таблице 4 ниже. Затем этот кондиционированный шлам (200 г) профильтровали при помощи устройства фильтрации/сжатия Faure, которое моделирует промышленную фильтрацию на фильтре-прессе. Фильтрация длится 30 минут, при этом соблюдают постепенное повышение давления до 5 бар в течение 2 минут, затем это давление поддерживают в течение остального времени. После этого замеряют сухое вещество на лепешках, сформировавшихся после 24 часов выдержки в сушильном шкафу при 105°С.
| Таблица 4 | ||||
| JSfo испытания | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Кондиционирование | Органический флокулянт | Композиция №1 | Композиция №2 | Композиция №3 |
| Кол-во флокулянта (мас.%) | 1% | - | - | - |
| Полученная сухость (мас.%) | 19% | 33% | 34% | 21% |
| Разборка | склеивание | норма | норма | склеивание |
| Полученное кол-во шлама (Q) | 5,4 | 3,7 | 3,6 | 6,1 |
Как можно отметить, испытания 2 и 3 (композиции 1 и 2) показали улучшение фильтрации во время использования составов из примера 1. Так, наблюдают улучшение сухости сформированной лепешки, а также ее лучшую разборку и уменьшение количества получаемого шлама. Действительно, при сравнении характеристик различных видов кондиционирования, кроме сухости, необходимо также оценить количество производимого шлама. Таким образом, определяют следующее соотношение: Q= количество обезвоженного шлама/количество сухого вещества, изначально присутствующего в обрабатываемом шламе.
Последнее испытание не показывает хороший результат, это связано со слишком малой дозой коагулянта в композиции известь/полимер в соответствии с настоящим изобретением. С другой стороны, комбинация этой композиции 3 с органическим флокулянтом в небольшом количестве характеризуется преимуществом, проиллюстрированным примером 5.
Пример 3
Сравнение характеристик композиций в соответствии с настоящим изобретением с композицией, содержащей известь в виде известкового молока и хлорид железа
Биологический шлам подвергли обработке тремя композициями в соответствии с настоящим изобретением, использованными в примере 2.
При первом испытании шлам кондиционировали, затем профильтровали в соответствии с условиями кондиционирования, аналогичными применяемым на промышленном объекте, где его получают, с целью получения контрольного образца. При этом применили минеральное кондиционирование с использованием 40% извести в виде известкового молока и 10% хлорида железа относительно сухого вещества СВ шлама.
Результаты кондиционирования биологических шламов представлены в таблице 5.
| Таблица 5 | |||||
| Испытание | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Дозировка СаО | 40% | ||||
| Дозировка коагулянта FeCl3 | 10% | 8% | |||
| Композиция | 1 | 2 | 3 | 3 | |
| Дозировка состава | 40% | 40% | 40% | 30% | |
| Сухость | 33% | 31% | 22% | не фильтруется | 33% |
| Разборка | норма | норма | склеивается | норма | |
| Количество произведенных шламов (Q) | 4,9 | 4,0 | 5,7 | 4,2 |
Как можно отметить, композиция 1 в испытании 2 позволяет получить хорошее обезвоживание биологического шлама. Она обеспечивает хорошую разборку и позволяет уменьшить количество производимых шламов по сравнению с контрольным кондиционированием на промышленном объекте. Кроме того, в испытании 5 композиция 2 в комбинации с хлоридом железа в меньшем количестве обеспечивает также удовлетворительное обезвоживание и легкую разборку.
Другие составы не позволяют добиться удовлетворительных результатов возможно по причине нехватки коагулянта в композиции.
Пример 4
Стабильность композиции
Чтобы определить стабильность различных композиций в соответствии с настоящим изобретением, осуществляют сравнительные тесты кондиционирования шламов с использованием приготовленных на месте композиций в соответствии с настоящим изобретением и составов, прошедших через предварительное хранение в течение 2 недель. После 2 недель хранения ощутимой разницы не наблюдается. Испытаниям подвергли три разных шлама: один сброженный шлам и два несброженных шлама. Для каждого шлама использовали композицию в соответствии с настоящим изобретением, которая позволяет получить наилучшие характеристики кондиционирования, как можно было отметить по примерам 1-3.
Результаты теста на стабильность представлены в таблице 6.
| Таблица 6 | ||||||
| № испытания | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Шламы | сброженный | сброженный | биологический 1 | биологический 1 | биологический 2 | биологический 2 |
| Тестируемый состав | композиция 2 | композиция 2 | композиция 1 | композиция 1 | композиция 1 | композиция 1 |
| Хранение реагентов | нет | 2 недели | нет | 2 недели | нет | 2 недели |
| Дозировка реагентов (% СВ шлама) | 20% | 20% | 40% | 40% | 40% | 40% |
| Сухость лепешки (% СВ) | 34% | 36% | 26% | 27% | 28% | 29% |
Как можно отметить, во всех случаях получили хорошие характеристики фильтрации, в том числе после 2 недель хранения композиций в соответствии с настоящим изобретением.
Наблюдается также небольшое улучшение сухости лепешек для композиций, которые хранились в течение 2 недель.
Пример 5
Преимущество обработки в центрифуге
Биологический шлам подвергли двум видам кондиционирования перед обезвоживанием в центрифуге. Первое кондиционирование содержит добавление катионного флокулянта и мелкой частично погашенной (<90 мкм) негашеной извести, раскрытой в патенте ЕР 1154958, которую добавляют в виде порошка, тогда как второе кондиционирование содержит добавление этого же катионного флокулянта и композиции 3 в соответствии с настоящим изобретением.
Тесты были произведены с использованием центрифуги для обезвоживания шламов, полученных и сконцентрированных после биологической обработки.
Используемый флокулянт является сильно катионным разветвленным флокулянтом в виде эмульсии. Композицию или известь вводили в шлам до введения флокулянта. Для каждого кондиционирования применяли оптимальную дозу флокулянта.
| Таблица 7 | |||
| флокулянт + негашеная известь | флокулянт + композиция 3 | ||
| дозировка флокулянта | кг АВ/тонна СВ шлама | 1,2 | 0,77 |
| дозировка извести или композиции 3 | % СВ шлама | 29% | 29% |
| сухость обезвоженного шлама | % СВ | 26-27% | 26-27% |
Как можно отметить, при использовании флокулянта композиция в соответствии с настоящим изобретением позволяет уменьшить дозу применяемого флокулянта и сохранить при этом конечную сухость обезвоженных шламов, причем при одинаковой дозировке извести.
Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами выполнения, и в него можно вносить изменения, не выходя за рамки прилагаемой формулы изобретения.
1. Композиция на основе извести для обработки вод и шламов, содержащая по меньшей мере один минеральный агент, содержащий по меньшей мере известь и по меньшей мере один линейный, разветвленный и/или поперечно сшитый гидрофильный органический полимер неионного, анионного, катионного или амфотерного происхождения, отличающаяся тем, что указанный минеральный агент содержит гашеную известь в твердой фазе, указанный по меньшей мере один органический полимер включен на поверхность и внутрь указанной твердой фазы гашеной извести, и указанная композиция на основе извести представляет собой твердую композицию.
2. Композиция по п. 1, в которой указанный минеральный агент дополнительно содержит негашеную известь.
3. Композиция по п. 2, которая представляет собой частицы негашеной извести, по меньшей мере частично покрытые слоем твердой фазы, содержащей смесь гашеной извести и органического полимера.
4. Композиция по п. 2, в которой гашеная известь присутствует в количестве от 0,5 до 99,8 мас.%, предпочтительно от 1 до 99% и еще предпочтительнее - от 10 до 70 мас.% по отношению к массе композиции.
5. Композиция по п. 1, в которой указанный органический полимер присутствует в количестве от 0,2 до 10 мас.%, предпочтительно от 0,5 до 8 мас.% и еще предпочтительнее - от 1 до 6,5 мас.% по отношению к массе композиции.
6. Композиция по п. 2, в которой указанная негашеная известь присутствует в количестве от 0,1 до 99,3 мас.%, предпочтительно от 20 до 80 мас.% по отношению к массе композиции.
7. Композиция по п. 1, в которой указанный органический полимер выбран из группы органических полимеров и органических сополимеров и содержит один или несколько мономеров, выбранных из группы, в которую входят анионные мономеры, содержащие карбоксильную или сульфогруппу, в частности акриловая кислота, метакриловая кислота, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота (AMPS) и их соли, неионные мономеры, такие как акриламид, метакриламид, N-винилпирролидон, винилацетат, виниловый спирт, сложные эфиры акриловой кислоты, аллиловый спирт, N-винилацетамид или N-винилформамид, катионные мономеры, такие как диметиламиноэтилакрилат (DMAA), диметиламиноэтилметакрилат (DMAEMA), кватернизированные или превращенные в соли, диметилдиаллиламмоний хлорид (DADMAC), акриламидопропилтриметиламмоний хлорид (АРТАС) и метакриламидопропилтриметиламмоний хлорид (МАРТАС), при необходимости, в сочетании с одним или несколькими гидрофобными мономерами, предпочтительно выбранными из группы, в которую входят сложные эфиры (мет)акриловой кислоты с алкильной, арилалкильной и/или этоксилированной цепочкой, производные (мет)акриламида с алкильной, арилалкильной или диалкильной цепочкой, катионные аллильные производные, гидрофобные анионные или катионные (мет)акрилоильные производные или анионные и/или катионные мономеры, производные от (мет)акриламида и содержащие гидрофобную цепочку.
8. Композиция по п. 1, в которой полимер представляет собой смолу типа полиамина на основе эпихлоргидрина, типа дициандиамида, типа меламинформальдегида, типа полиалкиленимина или их аналогов.
9. Композиция по п. 1, в которой указанный органический полимер имеет средний молекулярный вес от 5·106 г/моль до 40·106 г/моль.
10. Композиция по п. 1, в которой указанный органический полимер имеет средний молекулярный вес от 20000 до 5·106 г/моль.
11. Композиция по п. 10, в которой указанный органический полимер является коагулянтом на основе соли диаллилдиалкиламмония.
12. Способ приготовления композиции для обработки вод и шламов, включающий:
- введение в контакт минерального агента и водного раствора, дисперсии или обратной эмульсии, содержащей по меньшей мере один линейный, разветвленный и/или поперечно сшитый гидрофильный органический полимер неионного, анионного, катионного или амфотерного происхождения и воду,
отличающийся тем, что указанный минеральный агент является агентом на основе негашеной извести, и тем, что способ включает следующие стадии:
- осуществление по меньшей мере частичной реакции негашеной извести со всей или с частью указанной воды, содержащей указанный органический полимер, и
- получение гашеной извести в твердой фазе, в которую включен указанный органический полимер.
13. Способ по п. 12, дополнительно включающий отдельное добавление органического полимера до или после указанного введения в контакт минерального агента на основе негашеной извести и водного раствора, дисперсии или обратной эмульсии.
14. Способ по п. 12 или 13, дополнительно включающий отдельное добавление воды до или после указанного введения в контакт минерального агента на основе негашеной извести и водного раствора, дисперсии или обратной эмульсии.
15. Применение композиции по любому из пп. 1-11 для обработки вод и шламов, в частности для кондиционирования шламов перед их обезвоживанием.
