Способ обработки суспензии

Изобретение относится к области разделения суспензий с выделением осадка в качестве целевого продукта и может быть использовано в угледобывающей, углехимической, горно-рудной, пищевой, химической промышленности, при очистке сточных вод, индустрии строительных материалов. Способ включает обработку суспензии флокулянтами с последующим отделением твердой фазы от жидкой фазы с использованием фильтровального материала. В качестве фильтровального материала используют сетку, сплетенную из полимерных волокон, устойчивых к биологическому и химическому воздействию, с диаметром пор от 0,05 до 1,5 мм. При этом текучесть перпендикулярно плоскости фильтровального материала, определенная по ASTM D 4491, составляет от 150 до 1000 л/мин/м². Изобретение обеспечивает повышение производительности обезвоживающего оборудования по отделению твердой фазы от жидкой фазы при снижении влажности осадка и содержания твердой фазы в жидкой фазе. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области разделения гетерогенных сред, а именно суспензий, с выделением осадка в качестве целевого продукта и может быть использовано в угледобывающей, углехимической, горно-рудной, пищевой, химической промышленности, при очистке сточных вод, индустрии строительных материалов при разделении суспензии на жидкую и твердую фазы.

Частным случаем разделения гетерогенной системы является обезвоживание суспензии, т.е. выделение твердой фазы из гетерогенной системы. Этот процесс лежит в основе большинства промышленных производств, использующих в качестве технологических сред суспензии. При обезвоживании суспензии существенным является перед разделением получить крупные механически устойчивые частицы твердой фазы. Наличие таких частиц обеспечивает получение механически устойчивого осадка, легко отдающего влагу, что особенно важно при использовании ленточных фильтр-прессов.

Известен способ обезвоживания суспензий (RU, патент 2165900), включающий последовательную обработку суспензии анионным и катионным флокулянтами, причем количество полимера в катионной форме, по меньшей мере, не превышает количество полимера в анионной форме с последующим отделением твердой фазы от жидкой с использованием ленточного фильтра.

Недостатком известного способа следует признать неполноту и длительность отделения жидкой фазы от твердой фазы.

Известен способ отделения взвешенных частиц из водного раствора (SU, авторское свидетельство 528039) путем последовательного введения в раствор, находящийся в смесителе, двух флокулянтов: неорганического и полиакриламида с последующим отделением твердой фазы от жидкой с использованием ленточного фильтра.

Недостатком известного способа следует признать неполноту и длительность отделения жидкой фазы от твердой фазы.

Известен способ флокуляции угольных шламов (DE, заявка 3439842), включающий перемешивание суспензии шлама одновременно с флокулянтом в анионной форме и флокулянтом в катионной форме, причем флокулянт в анионной форме имеет сравнительно низкую молекулярную массу и высокую анионную активность, а флокулянт в катионной форме имеет высокую молекулярную массу и низкую катионную активность, с последующим отделением твердой фазы от жидкой с использованием ленточного фильтра.

Недостатком известного способа следует признать неполноту и длительность отделения жидкой фазы от твердой фазы.

Известен способ (RU, патент 2253632) обработки суспензии. При реализации известного способа предварительно определяют содержание твердой фазы суспензии и, если содержание твердой фазы составляет менее 150 г/л, суспензию предварительно сгущают. В предпочтительном варианте суспензию предварительно сгущают с использованием анионактивного флокулянта. Затем суспензию последовательно обрабатывают в аппарате для перемешивания флокулянтом, предпочтительно представляющим собой раствор полиакриламида и/или его сополимеров в катионной форме, имеющим сравнительно низкую молекулярную массу и высокую катионную активность, самотеком или с помощью насоса переводят обрабатываемую суспензию в следующий аппарат для перемешивания и в процессе перевода или во втором аппарате для перемешивания обрабатывают суспензию раствором второго катионного флокулянта, имеющим высокую молекулярную массу и низкую катионную активность. Затем суспензию разделяют на твердую и жидкую фазы с использованием ленточного фильтра. Среднее содержание твердой фазы в жидкой фазе составляет 9%.

Способ может быть реализован при обработке суспензии угольных шламов, суспензии минерального сырья, суспензии отходов производства, а также сточных вод.

Недостатком известного способа следует признать неполноту и длительность отделения жидкой фазы от твердой фазы.

Указанное решение использовано в качестве ближайшего аналога разработанного способа.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в разработке эффективного способа обезвоживания суспензии.

Технический результат, получаемый в результате реализации разработанного технического решения, состоит в повышении производительности обезвоживающего оборудования по отделению твердой фазы при снижении влажности осадка и содержания твердой фазы в жидкой фазе.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ обезвоживания угольных суспензий и осадков первичных отстойников, включающий обработку суспензии флокулянтами с последующим отделением твердой фазы от жидкой фазы с использованием фильтровального материала, причем обработку анионным и/или катионным флокулянтами в количестве 0,35 кг/т суспензии проводят после введения водной добавки, содержащей гидратированные SiO₂ и Al₂О₃ при их массовом соотношении от 1:4 до 4:1, в качестве фильтровального материала используют сетку, выполненную из полиэфирных или полипропиленовых волокон, устойчивых к биологическому и химическому воздействию, с диаметром пор от 0,05 до 1,5 мм, при этом текучесть перпендикулярно плоскости материала, определенная по ASTM D 4491, составляет от 150 до 1000 л/мин/м². Волокна, из которых сплетена сетка, могут иметь развитую поверхность. Поверхность указанных волокон может быть модифицирована с использованием различных видов физической или химической обработки. Указанные волокна могут содержать различные добавки (антиоксиданты, стабилизаторы, красители и т.д.). Способ применим к обработке суспензии угольных шламов, минерального сырья, отходов производства, сточных вод.

Изобретение в дальнейшем будет иллюстрировано с использованием в следующих случаях реализации.

I. При обработке суспензии частиц каменного угля.

При проверке эффективности предложенного способа к суспензии отходов флотации углей с плотностью ρ=185 кг/м³ последовательно добавляли добавку, содержащую гидратированные полиионы SiO₂ и Al₂O₃ с различными свойствами и в различных количествах, а также анионактивный и катионактивный флокулянты. Затем суспензию заливали в воронку, снабженную фильтрующей перегородкой, представляющей собой сетку из полимерных волокон с диаметром пор от 0,05 до 1,5 мм с текучестью перпендикулярно плоскости материала от 150 до 1000 л/мин/м², и определяли скорость дренирования, т.е. объем фильтрата, выделившегося за определенные промежутки времени, а также содержание твердой фазы в жидкой фазе.

Пример 1. В указанную суспензию вводили предложенную водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiO₂ и Al₂O₃ при их соотношении от 1:4, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет 25% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов 2·10^-8 м и удельной поверхности 80 м²/г, причем рН добавки составляет 3,5. Затем вводили анионный и катионный флокулянты в количестве по 0,35 кг/т (оптимальное количество, установленное ранее). В качестве фильтрующей перегородки использовали сетку, сплетенную из полипропиленовых волокон с диаметром пор 0,05 мм, при этом текучесть перпендикулярно плоскости материала, определенная по ASTM D 4491, составляла 170 л/мин/м². Содержание твердой фазы в жидкой фазе составляет 7 мас.%. Производительность составила 136% относительно ближайшего аналога.

Пример 2. В указанную суспензию вводили предложенную водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiO₂ и Al₂О₃ при их соотношении от 1:3, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет 25% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов 2·10^-8 м и удельной поверхности 80 м²/г, причем рН добавки составляет 3,5. Затем вводили анионный и катионный флокулянты в количестве по 0,35 кг/т (оптимальное количество, установленное ранее). В качестве фильтрующей перегородки использовали сетку, сплетенную из полиэфирных волокон, с диаметром пор 0,07 мм, при этом текучесть перпендикулярно плоскости материала, определенная по ASTM D 4491, составила 350 л/мин/м². Содержание твердой фазы в жидкой фазе составляет 4 мас.%. Производительность составила 129% относительно ближайшего аналога.

Пример 3. В указанную суспензию вводили предложенную водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiO₂ и Al₂О₃ при их соотношении от 1:1, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет 30% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов 3·10^-8 м и удельной поверхности 120 м²/г, причем рН добавки составляет 4,5. Затем вводили анионный и катионный флокулянты в количестве по 0,35 кг/т (оптимальное количество, установленное ранее). В качестве фильтрующей перегородки использовали сетку, сплетенную из полипропиленовых волокон с механически развитой поверхностью волокон. Диаметр пор составил 0,8 мм, при этом текучесть перпендикулярно плоскости материала, определенная по ASTM D 4491, составила 800 л/мин/м². Содержание твердой фазы в жидкой фазе составляет 2 мас.%. Производительность составила 162% относительно ближайшего аналога.

Пример 4. В указанную суспензию вводили предложенную водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiO₂ и Al₂O₃ при их соотношении от 4:1, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет 35% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов 4·10^-8 м и удельной поверхности 140 м²/г, причем рН добавки составляет 3,8. Затем вводили анионный и катионный флокулянты в количестве по 0,35 кг/т (оптимальное количество, установленное ранее). В качестве фильтрующей перегородки использовали сетку, сплетенную из полипропиленовых волокон с диаметром пор 1,0 мм, при этом текучесть перпендикулярно плоскости материала, определенная по ASTM D 4491, составила 900 л/мин/м². Содержание твердой фазы в жидкой фазе составляет 3 мас.%. Производительность составила 173% относительно ближайшего аналога.

Пример 5. Условия соответствуют примеру 3, но концентрация полиионов составляет 35 мас.%. В качестве фильтрующей перегородки использовали сетку, сплетенную из полиэфирных волокон с диаметром пор 1,5 мм, при этом текучесть перпендикулярно плоскости материала, определенная по ASTM D 4491, составляла 1000 л/мин/м². Содержание твердой фазы в жидкой фазе составляет 2 мас.%. Производительность составила 194% относительно ближайшего аналога.

Пример 6. Условия соответствуют примеру 3, но концентрация полиионов составляет 34 мас.%. В качестве фильтрующей перегородки использовали сетку, сплетенную из полиэфирных волокон с диаметром пор 1,6 мм, при этом текучесть перпендикулярно плоскости материала, определенная по ASTM D 4491, составляла 1200 л/мин/м². Содержание твердой фазы в жидкой фазе составляет 12 мас.%. Производительность составила 216% относительно ближайшего аналога.

Пример 7. Условия соответствуют примеру 3, но концентрация полиионов составляет 40 мас.%. В качестве фильтрующей перегородки использовали сетку, сплетенную из полиэфирных волокон с диаметром пор 0,04 мм, при этом текучесть перпендикулярно плоскости материала, определенная по ASTM D 4491, составляла 140 л/мин/м². Содержание твердой фазы в жидкой фазе составляет 1,1 мас.%. Производительность составила 82% относительно ближайшего аналога.

II. При реализации разработанного способа могут быть использованы практически любые катионные и неионогенные флокулянты, но предпочтительно использовать катионный флокулянт, представляющий собой сополимер акриламида с мономером, содержащим четвертичный атом азота (в частности, флокулянт «Праестол-650 ВС») и неионогенный флокулянт, представляющий собой полимер на основе амида акриловой кислоты (в частности, флокулянт «Праестол-2500). Для отделения твердой фазы от жидкой фазы обычно используют камерный фильтр-пресс, причем в качестве фильтрующего материала использована сетка, сплетенная из полимерных волокон с диаметром пор от 0,05 до 1,5 мм, при этом текучесть перпендикулярно плоскости материала, определенная по ASTM D 4491, составляет от 150 до 1000 л/мин/м².

Упомянутый катионный флокулянт «Праестол-650 ВС» представляет собой сополимер акриламида с 2-акриламидопропил-3-метиламмонийхлоридом с массовой долей остаточного акриламида не более 0,1 мас.%, динамической вязкостью 1% раствора полимера в 10% растворе хлорида натрия примерно 400 мПа·с и характеристической вязкостью 0,2% раствора полимера в 1 N растворе нитрита натрия примерно 14 дл/г.

Упомянутый неионогенный флокулянт «Праестол-2500» представляет собой полиакриламид с массовой долей остаточного акриламида не более 0,1 мас.%, динамической вязкостью 1% раствора полимера в 10% растворе хлорида натрия примерно 140 мПа·с и характеристической вязкостью 0,2% раствора полимера в 1 N растворе нитрита натрия примерно 15 дл/г.

В дальнейшем сущность способа, а также преимущества его применения будут показаны на следующих примерах реализации с использованием флокулянтов типа «Праестол».

Пример 8. В указанную суспензию осадков первичных отстойников сточных вод вводили водную добавку, содержащую гидратированные полиионы SiO₂ и Al₂О₃ при их соотношении от 1:4, при этом суммарная концентрация указанных полиионов составляет 25% от массы обрабатываемой суспензии при среднем размере гидратированных полиионов 2·10^-8 м и удельной поверхности 80 м²/г, причем рН добавки составляет 3,5. Отработку разработанного способа проводили с использованием ранее определенной оптимальной смеси флокулянтов «Праестол-650 ВС» (3 массовые части) и «Праестол-2500» (1 массовая часть) и суспензии смеси термофильно-сброженного осадка первичных отстойников и аэробно-стабилизированного избыточного активного ила. Используемая смесь имела следующие характеристики:

влажность	96,4%
зольность	43,1%
время капиллярного всасывания	175 сек
удельное сопротивление	1358.

Испытания проводили с использованием фильтр-пресса «Дифенбах», обеспечивающего давление фильтрации 6 бар и давление дожима 15 бар с использованием в качестве фильтровального материала сетки, сплетенной из полимерных волокон с диаметром пор 0,06 мм, при этом текучесть перпендикулярно плоскости материала, определенная по ASTM D 4491, составляет 170 л/мин/м². Время дожима составляло от 20 до 35 минут. В качестве контроля использовали стандартный технологический процесс обработки осадка с использованием тех же флокулянтов, взятых в оптимальной дозе штатного фильтровального материала.

По результатам испытаний было установлено, что при использовании оптимального количества смеси флокулянтов «Праестол-650 ВС» (3 массовые части) и «Праестол-2500» (1 массовая часть) и в качестве фильтровального материала сетки, выполненной из полимерных волокон с размером пор 0,06 мм, и текучести перпендикулярно плоскости материала, определенной по ASTM D 4491, составляющей от 170 л/мин/м², содержание твердой фазы в жидкой фазе не превышает 1,1%. Производительность составила 132% относительно ближайшего аналога.

Пример 9. Эксперимент проводили в условиях примера 8, но была использована фильтровальная сетка из полиэфирных волокон, содержащих 6 мас.% сажи, размер пор составлял 0,04 мм, а текучесть - 120 л/мин/м². Скорость дренирования составила 5 дм³/м²·мин, что не позволяет достичь указанного технического результата, ходя содержание твердой фазы в жидкой фазе составляло менее 1%.

Пример 10. Эксперимент проводили в условиях примера 8, но была использована фильтровальная сетка из полипропиленовых волокон, размер пор составлял 0,4 мм, а текучесть - 740 л/мин/м². Содержание твердой фазы в жидкой фазе не превышает 1,0%. Производительность составила 142% относительно ближайшего аналога.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить эффективность работы ленточных фильтров-прессов при обезвоживании суспензий за счет получения кондиционного осадка.

1. Способ обезвоживания угольных суспензий и осадков первичных отстойников, включающий обработку суспензии флокулянтами с последующим отделением твердой фазы от жидкой фазы с использованием фильтровального материала, отличающийся тем, что обработку анионным и/или катионным флокулянтами в количестве 0,35 кг/т суспензии проводят после введения водной добавки, содержащей гидратированные
SiO₂ и Al₂O₃ при их массовом соотношении от 1:4 до 4:1, в качестве фильтровального материала используют сетку, выполненную из полиэфирных или полипропиленовых волокон, устойчивых к биологическому и химическому воздействию, с диаметром пор от 0,05 до 1,5 мм, при этом текучесть перпендикулярно плоскости материала, определенная по ASTM D 4491, составляет от 150 до 1000 л/мин/м².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что волокна, из которых сплетена сетка, имеют развитую поверхность.