Способ вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина посредством прокладки траншей

Изобретение относится к переработке отходов целлюлозно-бумажной промышленности в виде коллоидных осадков шлам-лигнина путем удаления коллоидно-связанной воды. Способ включает естественное вымораживание осадка шлам-лигнина в картах-накопителях в холодное время года с последующим оттаиванием, сопровождающийся разрушением его пастообразной коллоидной структуры и переходом в твердое гранулированное состояние. Способ осуществляют в картах-накопителях посредством прокладки траншей на глубину залегания уплотненного осадка шириной 1 м по всей длине карт с шагом 2 м. Извлеченный из траншей осадок складируют на борт между траншеями. Способ обеспечивает интенсификацию процессов разрушения коллоидной структуры многотоннажных осадков шлам-лигнина за счет значительного увеличения общего объема полезной поверхности вымораживания осадка, что приводит к существенному уменьшению влажности осадка. 1 табл.

 

Изобретение относится к способу интенсификации процессов вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина в картах-накопителях посредством создания условий естественного вымораживания осадка, которые достигаются прокладкой траншей по всему периметру карт.

Изобретение относится к критическим технологиям для России и к приоритетному направлению развития науки и технологий «Рациональное природопользование» (утверждено 21.05.2006 г.) и «Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов», поскольку включает в себя технологию интенсификации естественных процессов вымораживания отходов, которая позволит разрушить коллоидную структуру осадков шлам-лигнина, а также удалить коллоидно-связанную воду, что значительно уменьшит влажность, объем и свойства исходных коллоидных осадков, а значит пропорционально сократятся технико-экономические затраты на его дальнейшую переработку.

Наиболее сложной проблемой, препятствующей утилизации и использованию таких отходов целлюлозно-бумажной промышленности как коллоидные осадки шлам-лигнина, является их коллоидная структура, в состав которой входит до 70% коллоидно-связанной воды, не удаляющейся с использованием известных механических методов деструкции коллоидной структуры осадков, что затрудняет их переработку.

Существуют следующие основные направления решения данной проблемы:

- механическая деструкция коллоидной структуры;

- деструкция коллоидной структуры осадков шлам-лигнина с использованием химических реагентов;

- сжигание осадка.

Данные методы деструкции коллоидной структуры осадков имеют целый ряд различных недостатков:

- большие энергетические и эксплуатационные затраты, идущие на обслуживание оборудования и закупку реагентов;

- большие дозы реагентов для обезвоживания (коагулянты, флокулянты) и большое количество воды для их разведения.

- вторичное загрязнение объектов окружающей среды загрязняющими веществами, входящими в состав реагентов.

- образование отходов.

Из уровня техники известен способ обработки гидрооксидных осадков (RU №2021976, МПК C02F 1/22, C02F 11/20, опубликовано 30.10.1994). Изобретение относится к способам обработки шламов водоочистки и может быть использовано для обработки гидрооксидных осадков, являющихся продуктом очистки природных вод. Сущность данного изобретения: замораживание осадка в мелкодисперсном виде ведут путем непосредственного контакта с газообразным хладагентом, а полученные твердые частицы осадка подвергают оттаиванию. Недостатком данного способа является то, что для создания условий вымораживания осадка, необходимо его диспергировать (например в установке искусственного снега), а также необходим источник замораживающей среды (газообразный хладагент), устройство для оттаивания частиц осадка, что ведет к большим технико-экономическим затратам на эксплуатацию оборудования, а также затраты на электроэнергию. Также данный способ не эффективен для многотоннажных коллоидных осадков, которые расположены в картах-накопителях.

Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом являются два этапа обезвоживания осадков очистки загрязненных вод:

Первый этап - Замораживание коллоидных осадков, вследствие чего происходит количественное перераспределение различных форм связанной воды с твердым веществом и переводом связанной воды в свободное состояние с образование льда;

Второй этап - Оттаивание осадка, в результате которого происходит разрушение коллоидной структуры осадка и льда с образованием твердой и жидкой фаз, при этом твердая фаза представляет собой деструктированный коллоидных осадок с меньшим объемом, влажностью, дзетта-потенциалом и удельным сопротивлением, который легко поддается обработке.

Также известен способ обезвоживания коллоидных сапропелевых суспензий (RU №2075459, МПК C02F 11/20, C05F 7/00, опубликовано 20.03.1997), включающий фильтрацию, замораживание, отличающийся тем, что после фильтрации суспензию гомогенизируют, а замораживание ведут при одновременном распылении суспензии и ее обработке охлажденным до температуры ниже 0°С встречным потоком воздуха, подаваемого в центральную и периферийную зоны распыления с разными скоростями. Недостатком данного способа является то, что для создания условий вымораживания осадка, необходимо предусматривать вентиляторно-холодильный агрегат серийного изготовления, оборудование для центробежного способа распыления, что ведет к затратам на обслуживание оборудования и электроэнергию. Также данный способ малоэффективен для многотоннажных коллоидных осадков, которые расположены в картах-накопителях.

Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом являются -воздействие отрицательных температур на коллоидную систему, вследствие чего происходит ее замораживание, что ведет к количественному перераспределению различных форм связанной воды с твердым веществом и переводом связанной воды в свободное состояние с образованием льда, а также дальнейшее разделение коллоидной системы после вымораживания на две фракции - твердой, с меньшим объемом и улучшенной влагоотдачей и жидкой - минерализованная вода.

Также известен способ круглогодичного обезвоживания осадков муниципальных сточных вод на иловых площадках (RU №2393122, МПК C02F 11/14, C02F 11/20, C02F 1/56, B01D 21/01, опубликовано 27.06.2010), включающий послойное замораживание осадка, оттаивание, отвод талой воды и подсушку осадка в естественных условиях, отличающийся тем, что все стадии обезвоживания осадка осуществляют в одной иловой площадке, в которую подают сфлокулированный осадок, при этом используют флокулянт, содержащий полиэтиленоксид с молекулярной массой не менее 1⋅106. Недостатком данного способа является то, что для создания условий вымораживания осадка, необходимо использовать флокулянт, что увеличивает технико-экономические затраты, также данная технология подходит для осадка, загружаемого послойно в течении процесса его образования и не эффективно для многотоннажных накопленных коллоидных осадков, относящихся к накопленным отходам прошлых лет.

Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом являются - воздействие отрицательных температур на коллоидную систему, вследствие чего происходит ее замораживание, что ведет к разрушению коллоидной структуры осадка и переходом коллоидно-связанной воды в свободное состояние с образованием льда, а также дальнейшее разделение коллоидной системы после вымораживания на две фракции - твердой, с меньшим объемом и улучшенной влагоотдачей и жидкой - минерализованная вода.

За прототип принят способ секторального вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина с вертикальной перфорацией (RU №2687907, МПК C02F 11/20, C02F 11/12, C02F 103/28, опубликовано 16.05.2019) отличающийся тем, что его осуществляют в картах-накопителях посредством их деления на квадратные сектора в соотношении: количество секторов n к общей площади карты S (м) - n:S, как 1:4, в которых осуществляется вертикальная перфорация всей толщи осадка, с диаметром отверстий 0,2 м.

Недостатки данного способа:

1) Забивание и замерзание скважин перфорации

2) Меньшая площадь и объем промерзания по сравнению с заявляемым способом.

3) Влажность вымороженных осадков шлам-лигнина на 28% выше, чем в заявляемом способе.

Отличие заявляемого способа от прототипа заключается в том, что вымораживание коллоидного осадка шлам-лигнина в прототипе осуществляется в картах-накопителях посредством их деления на квадратные сектора в соотношении: количество секторов n к общей площади карты S (м2) - n:S, как 1:4, в которых осуществляется вертикальная перфорация всей толщи осадка, с диаметром отверстий 0,2 м, тогда как в предлагаемом способе вымораживание осуществляют в картах-накопителях посредством прокладки траншей на глубину залегания уплотненного осадка шириной 1 м по всей длине карт с шагом 2 м, при этом извлеченный из траншей осадок складируется на борт между траншеями.

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

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение заключается в том, чтобы интенсифицировать процесс вымораживания многотоннажных коллоидных осадков шлам-лигнина с целью разрушения их коллоидной структуры, что позволит снизить влажность, объем, улучшить свойства и пропорционально снизить технико-экономические затраты на их утилизацию.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в интенсификации процессов разрушения коллоидной структуры многотоннажных осадков шлам-лигнина.

Указанный технический результат достигается тем, что способ вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина, включающий естественное вымораживание осадка в холодное время года, с последующим оттаиванием и откачкой талых вод, сопровождающийся разрушением его пастообразной коллоидной структуры и переходом в гранулированное состояние, согласно изобретению, осуществляют в картах-накопителях посредством прокладки траншей на глубину залегания уплотненного осадка шириной 1 м по всей длине карт с шагом 2 м, при этом извлеченный из траншей осадок складируется на борт между траншеями. Для большей эффективности рекомендуется в теплое время года проводить осушение осадка карт посредством слива дождевых вод с их поверхности на локальные модульные очистные сооружения.

Преимущества перед прототипом заключаются в том, что заявляемый способ увеличивает площадь и объем промерзания осадка, что повышает эффективность его промерзания, при этом влажность вымороженного осадка шлам-лигнина по заявляемому способу на 28% ниже, чем по прототипу, что приводит к пропорциональному снижению технико-экономических затрат на переработку вымороженного осадка.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что при предлагаемом способе вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина создаются условия процессов его естественного вымораживания в холодное время года посредством прокладки траншей на глубину залегания уплотненного осадка шириной 1 м по всей длине карт с шагом 2 м, при этом извлеченный из траншей осадок складируется на борт между траншеями. Прокладка траншей позволяет увеличить полезную площадь и объем промерзания всей толщи осадка, выгрузка извлеченного из траншей осадка и его складирование на борт между траншеями дополнительно способствует эффективному и равномерному промерзанию всей массы осадка. Поскольку влажность вымороженного твердого гранулированного осадка менее 50%, то его обратный переход в исходное агрегатное текучее пастообразное коллоидное состояние не происходит.

Осуществляют данный способ вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина следующим образом:

Первый этап (подготовка карт к вымораживанию): проводят осушение карт-накопителей посредством слива дождевых вод с их поверхности на локальные модульные очистные сооружения в теплый период времени года;

Второй этап (вымораживание): после наступления устойчивых отрицательных температур ниже -10°С проводить расчистку поверхности карт от снежного покрова, при промерзании осадка от 20-40 см начать проводить прокладку траншей по всей длине карт с шагом 2 м до максимально уплотненных слоев осадка. Извлеченный из траншей осадок складировать на борт между траншеями. Так как коллоидный осадок шлам-лигнина по показателю текучести (IL=0,63 д.е.) близок к мягкопластинчатым глинам, то полученные траншеи сохраняют свою форму до полного промерзания всей толщи осадка, при этом траншеи с вертикальными стенками не требуют крепления в картах. Во избежание обвала извлеченного осадка шлам-лигнина обратно в траншею, а также обрушения стенок траншеи края отвала вынутого осадка следует располагать не ближе 0,3 м от бровки траншеи.

Третий этап (подсушивание и отвод талых вод): при наступлении устойчивых положительных температур и далее в течение лета проводить естественное подсушивание осадка с отводом из траншей талых и дождевых вод через локальные очистные сооружение.

Четвертый этап (повторное вымораживание): при наступлении устойчивых отрицательных температур вымороженный осадок до установления снежного покрова перекладывать обратно в траншеи, в дальнейшем технологический процесс повторяется со второго этапа, только траншеи выбираются на месте ранее складированного вымороженного осадка.

Были проведены опытно-промышленные исследования, в ходе которых проводилось вымораживание осадка шлам-лигнина на опытном участке карты-накопителя площадью 0,5 Га в холодный период времени года. Для того, чтобы определится с шагом между траншеями исследовалась первоначальная глубина промерзания осадка, которая составила 1 м, поэтому для промерзания всей толщи его борта с двух сторон шаг между траншеями был выбран 2 м, В ходе проведения исследований было зафиксировано полное промерзание всей толщи массы осадка. В теплый период времени года изучались физико-химические свойства осадка. Было выявлено, что влажность вымороженного осадка составила 32%. Поскольку влажность вымороженного твердого гранулированного осадка менее 50%, то его обратный переход в исходное агрегатное текучее пастообразное коллоидное состояние не происходит.

Сравнение технических характеристик заявленного способа обезвоживания и уже известных ранее приведено в таблице 1

Как видно из таблицы, в отличие от прототипа, заявляемый способ позволяет интенсифицировать процесс вымораживание коллоидных осадков шлам-лигнина, при этом значительно увеличивается общий объем полезной поверхности вымораживания осадка на 100 м2 карты (в 19 раз), за счет чего осуществляется более полное промерзание осадка, также значительно уменьшается влажность вымороженного осадка (на 28%), при этом поскольку влажность вымороженного твердого гранулированного осадка менее 50%, то его обратный переход в исходное агрегатное текучее пастообразное коллоидное состояние не происходит. В отличие от аналогов, заявляемый способ позволяет не использовать различные реагенты, что снижает нагрузку на окружающую среду вследствие предупреждения вторичного загрязнения объектов окружающей среды веществами, входящими в состав реагентов, при этом снижаются и технико-экономические затраты, так как заявляемый способ не требует дополнительных энергетических и эксплуатационных затрат, идущих на обслуживание оборудования для смешивания и подготовки реактивов и закупку реагентов. Также, в отличие от аналогов заявляемый способ позволяет обезвоживать ранее накопленные многотоннажные коллоидные осадки шлам-лигнина, а не только в течение процесса его периодического образования.

Использование заявляемого изобретения позволит деструктировать коллоидную структуру осадков шлам-лигнина, что приведет к сокращению объемов, влажности, улучшению свойств многотоннажных отходов, и, как следствие, позволит сократить технико-экономические затраты на их дальнейшую переработку, а также расширить область их использования.

Способ интенсификации процесса вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина в картах-накопителях посредством создания условий их естественного вымораживания, отличающийся тем, что способ осуществляют в картах-накопителях посредством прокладки траншей на глубину залегания уплотненного осадка шириной 1 м по всей длине карт с шагом 2 м, при этом извлеченный из траншей осадок складируют на борт между траншеями.



 

Похожие патенты:

Группа изобретение относится к системе очистки загрязненной и морской воды методом перекристаллизации и к теплообменному устройству, а также может использоваться в быту, пищевой промышленности, на предприятиях общественного питания и в медицине.

Изобретение относится к установкам для обработки осадка сточных вод замораживанием и может быть использовано в водоочистке. Установка для обезвоживания осадка сточных вод содержит передвижной резервуар, внутри которого размещена полуцилиндрическая рабочая камера, образующая с боковыми стенками резервуара гидроотсеки.

Изобретение относится к способу интенсификации процессов вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина в картах-накопителях посредством создания условий естественного секторального вымораживания осадка с его вертикальной перфорацией.
Изобретение относится к обработке сточных вод, в частности к способам обработки осадков сточных вод на иловых площадках. .

Изобретение относится к способам обезвоживания органо-минеральных суспензий, растворов, паст и может быть использовано во многих отраслях промышленности: в сельском хозяйстве, фармацевтической промышленности, микробиологии, тонкой химической технологии, животноводстве, рыбоводстве, строительстве, топливно-перерабатывающей промышленности, геолого-разведочной, нефтяной, газовой промышленности.

Изобретение относится к способам обработки шламов водоочистки и может быть использовано для обработки гидрооксидных осадков, являющихся продуктом очистки природных вод.

Изобретение относится к теплотехнике и холодильной технике, в частности к системам концентрирования растворов (шламов) и получения чистого растворителя косвенным вымораживанием.

Изобретение относится к устройствам для обработки осадков сточных вод путем замораживания в естественных условиях для улучшения их водоотдающей способности и мэжет быть использовано в металлургической , машиностроительной и других областях промышленности.

Изобретение относится к устойчивым к хлору фильтрационным мембранам, содержащим N-алкилзамещенные производные полианилина, для применения, например, для очистки воды и к способам их получения и применения.

Изобретение предназначено для очистки жидкости. Картридж для обработки жидкости содержит корпус, по меньшей мере часть которого выполнена с возможностью вставки в посадочное гнездо для картриджа через горловину посадочного гнезда.

Изобретение может быть использовано в водоочистке. Способ фильтрации морской воды на борту судна с помощью устройства (2) фильтрации, содержащего цилиндрический фильтрующий элемент (6), расположенный в резервуаре (5), и устройство (11) очистки, включает этапы: a) закачивания морской воды в устройство (2) фильтрации; b) направления морской воды с входным давлением P_вх в устройство (2) фильтрации с обеспечением выходного давления P_вых в виде фильтрованной морской воды или фильтрата; c) осуществления отведения фазы концентрата или концентрата, удаленного с фильтрующего элемента (6) с помощью устройства (11) очистки, с давлением концентрата P_конц; d) измерения входного давления P_вх, выходного давления P_вых и давления концентрата P_конц предпочтительно с помощью датчиков (22, 23, 24) и передачи их в устройство (21) управления; e) распознания изменения эффективности фильтрации фильтрующего элемента (6) путем определения изменения разности давлений загрязнения ∆PF = P_вх - P_вых между входным давлением P_вх и выходным давлением P_вых и регулирования разности давлений отсасывания ∆PK = P_вых - P_конц, определенную как разность между выходным давлением и давлением концентрата, в зависимости от разности давлений загрязнения ∆PF = P_вх - P_вых.

Изобретение может быть использовано в водоочистке. Автоматическая станция для очистки воды включает камеру-реактор 9 с датчиками нижнего 8 и верхнего 7 уровня воды, емкость для очищенной воды 17, систему подачи исходной воды, включающую трубку 6, систему подачи озона, включающую генератор озона 1 с подключенным к нему осушителем воздуха 23, распылитель 12, расположенный в камере-реакторе 9, фильтр-деструктуризатор озона 10, закрепленный в верхней части камеры-реактора 9, систему подачи очищенной воды, фильтры тонкой очистки воды 19 и деструктуризатор 20, расположенные в трубопроводе системы подачи очищенной воды, центральный блок управления, функционально подключенный к генератору озона 1 и выполненный с возможностью управления средством контроля подачи исходной воды и с возможностью ручной регулировки времени генерирования озона, насосную станцию 18, фильтр 13, расположенный на дне камеры-реактора 9, систему промывки камеры-реактора 9 с трубопроводом подачи очищенной воды в камеру-реактор 9, таймер начала и окончания промывки.
Изобретение может быть использовано для очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности. Удаление гуминовых веществ, содержащих лигнин и другие соединения лигнинового типа и продукты их распада, из водной щелочной сточной воды от отбеливания химической пульпы осуществляют осаждением с использованием высококатионного крахмала.
Изобретение относится к области пищевой промышленности, в частности к способу получения питьевой воды, которая может использоваться как продукт повышенной биологической ценности, выступая в качестве дополнительного источника кремния, янтарной кислоты и калия.

Изобретение относится к технологии очистки воды, в частности к очистке сточных вод от ионов меди сорбцией. Способ очистки сточных вод от ионов меди включает обработку сорбентом, в качестве которого используют доменный гранулированный шлак, предварительно обработанный 10% раствором кремнезоля, а очистку осуществляют фильтрацией через сорбент толщиной слоя 0,04-0,05 м и размером зерен 2,5-5 мм.

Изобретение относится к области очистки и обеззараживания хозяйственно-бытовых сточных вод и может быть использовано для очистки сточных вод малых населенных пунктов, коттеджных поселков, вахтовых поселков, образовательных и лечебных учреждений, в том числе инфекционных и туберкулезных больниц.

Изобретение относится к системам получения электрохимически активированных растворов для одновременного получения щелочной электролизованной воды и кислой электролизованной воды.

Изобретение относится к способу обработки первичного осадка, который образуется на водоочистных сооружениях, таких как включенных в целлюлозный завод или целлюлозно-бумажный завод.

Изобретение может быть использовано для очистки природных вод. Способ очистки подземных вод для сельскохозяйственного использования включает обработку воды окислителем, фильтрацию через загрузку, дезинфекцию воды ультрафиолетовым излучением и подачу потребителю. В качестве окислителя используют кислород. Фильтрацию осуществляют в напорном фильтре со скоростью до 5 м/ч, заполненном фильтрационно-сорбционной загрузкой с высотой до 0,8 м, представляющей собой смесь кварцевого песка фракции 0,8-2 мм и активированного угля на каменноугольной основе фракции 1,5-2,8 мм в соотношении компонентов 3:1. Изобретение позволяет снизить мутность до 96%, содержание железа общего до 99%, марганца до 96%, солей жесткости до 95%, а также сократить количество технологических операций и повысить экологичность предлагаемого способа. 3 табл., 3 пр.

Изобретение относится к переработке отходов целлюлозно-бумажной промышленности в виде коллоидных осадков шлам-лигнина путем удаления коллоидно-связанной воды. Способ включает естественное вымораживание осадка шлам-лигнина в картах-накопителях в холодное время года с последующим оттаиванием, сопровождающийся разрушением его пастообразной коллоидной структуры и переходом в твердое гранулированное состояние. Способ осуществляют в картах-накопителях посредством прокладки траншей на глубину залегания уплотненного осадка шириной 1 м по всей длине карт с шагом 2 м. Извлеченный из траншей осадок складируют на борт между траншеями. Способ обеспечивает интенсификацию процессов разрушения коллоидной структуры многотоннажных осадков шлам-лигнина за счет значительного увеличения общего объема полезной поверхности вымораживания осадка, что приводит к существенному уменьшению влажности осадка. 1 табл.

Наверх