способ сгущения сапропелевой пульпы

Формула изобретения

СПОСОБ СГУЩЕНИЯ САПРОПЕЛЕВОЙ ПУЛЬПЫ путем введения в пульпу флокулянта, последующего отделения осадка и его сушки до заданной влажности, отличающийся тем, что в качестве флокулянта используют полидиметилдиаллиламмоний хлорид, или полиэтилен в количестве 0,001 - 0,1 % от массы сухого вещества сапропеля, или сополимер метакриламида с диэтиламиноэтилметакрилатом в количестве 0,01 - 1 % от массы сухого вещества сапропеля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии обработки биологических осадков, в частности сапропеля, и может быть использовано при добыче сапропеля с последующим его применением в качестве удобрения.

Сапропель это пресноводный ил, образовавшийся при саморазложении органических (преимущественно растительных) остатков на дне застойных водоемов озер и содержащий более 10% органических веществ (ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация 4). Исходным материалом для образования сапропеля служит планктон, микрофиты, бентос, которые, отмирая, падают на дно водоема, что служит основой для осуществления сложного биохимического процесса. В образовании сапропеля принимают участие также минеральные вещества, присутствующие в воде. В результате сапропель обогащается многими микроэлементами и биологически активными веществами. Состав и свойства, а также широкая распространенность сапропеля, позволяют рассматривать его как ценное органическое сырье для сельского хозяйства, медицины, промышленности. В настоящее время наиболее широко сапропель применяется в качестве комплексного экологически чистого удобрения.

В естественном состоянии сапропель имеет, как правило, жидко- и вязкотекучую консистенцию и характеризуется высоким влагосодержанием (более 90 мас.). Он обладает высокой пластичностью и липкостью, а при высушивании превращается в твердую массу, которая не намокает и с большим трудом поддается размолу. Поэтому актуальной проблемой добычи и переработки сапропеля является способ сгущения и обезвоживания, обеспечивающий технологичность транспортировки и применения продукта.

Известен способ сгущения и обезвоживания сапропеля, при котором сапропель в виде пульпы, полученной в результате гидромеханизированной добычи, транспортируют в отстойник, площадь которого с помощью дамб делится на карты (чеки) с размерами 200 х 200 м, которые обеспечиваются системой сооружений: пульповыпусков, водоспуска осветленных вод, дренажной сети, водоотводящих каналов, затворов, централизованного управления распределением пульпы по картам. В отстойниках происходит сгущение сапропеля: во-первых, за счет осаждения твердого вещества и отвода осветленной воды, во-вторых, за счет фильтрации через дренированное дно и испарение отстойной воды.

Дальнейшее сгущение и обезвоживание сапропеля включает стадию зимнего промораживания с последующим оттаиванием. Такая обработка способствует отделению иммобилизованной осадком воды и к началу следующего весенне-летнего сезона сапропель достигает влажности 82-85% Кроме того, после промораживания и оттаивания изменяется структура осадка он приобретает рыхлую консистенцию, что позволяет проводить его механизированную уборку. После сушки на воздухе до 60% влажности и измельчения сапропелевая крошка складируется или поставляется на поля в качестве удобрения. Описанный способ получил широкое распространение.

Известный способ обладает рядом недостатков. Так, использование больших площадей плодородных приозерных земель для размещения чеков и требование определенных климатических условий для зимнего промораживания обуславливают ограничения по территориально-климатическим признакам. Требование годовых затрат времени для осуществления процесса сгущения и обезвоживания сапропеля существенно снижает интенсивность и экономическую эффективность этого способа.

Известен способ, в котором сапропелевая пульпа после предварительного сгущения в отстойнике или сепараторе направляется на фильтр или в центрифугу. В этом способе не используют промораживание и он не имеет климатических ограничений и не требует больших площадей. Однако образующийся на фильтре или в центрифуге осадок сапропеля при высушивании превращается в плотную массу и для переведения сапропеля в удобную для применения форму необходимо гранулирование осадка. Плотные гранулы плохо намокают, что затрудняет переход органических веществ в почвенные воды при использовании сапропеля в качестве удобрений.

Известен способ сгущения и обезвоживания сапропеля, выбранный в качестве прототипа, в котором добытая сапропелевая пульпа поступает в отстойник, при этом в сапропелевую пульпу добавляют флокулянты и коагулянты в виде полиакриламида (ПА), сульфата железа FeSO₄ и их смесей. Добавление этих флокулянтов и коагулянтов способствует интенсификации процесса сгущения сапропеля вследствие ускорения осаждения и влагоотдачи. Однако с увеличением концентрации сухого вещества в пульпе скорость осаждения сапропеля существенно уменьшается, а большой расход флокулянтов и коагулянтов в этом способе снижает экономичность и экологическую чистоту отстойных вод и продукта по сравнению с описанными выше способами без применения химических реагентов.

Нами предлагается способ сгущения сапропелевой пульпы, который позволяет существенно уменьшить количество вводимых химических добавок и при этом получать осадок сапропеля со свойствами, близкими к тем, что дает способ, включающий промораживание.

Цель изобретения повышение эффективности сгущения сапропеля с помощью химических добавок при минимальном количестве последних.

Указанная цель достигается тем, что в способе сгущения сапропелевой пульпы, при котором ее транспортируют в накопительную емкость, добавляют в сапропелевую пульпу флокулянт в виде катионного полимера в заданной концентрации по отношению к предварительно найденному содержанию сухого вещества в сапропелевой пульпе, отделяют фильтрованием или центрифугированием образующийся после флокуляции творожистый осадок и сушат его до необходимой влажности.

Добавление флокулянта к сапропелевой пульпе производят либо в накопительной емкости при перемешивании, либо в процессе транспортировки пульпы от места добычи, например в пульпопроводе, без перемешивания или с перемешиванием потока пульпы в зоне введения флокулянта.

В качестве катионного полимера используют полидиметилдиаллиламмоний хлорид (ВПК-402) в концентрации 0,001-0,1 мас. сухого вещества в сапропелевой пульпе.

Кроме того в качестве катионного полимера используют полиэтиленимин (ПЭИ) в концентрации 0,001-0,1 мас. сухого вещества в сапропелевой пульпе.

Кроме того, в качестве катионного полимера используют сополимер метакриламида с диэтиламиноэтилметакрилатом (амифлок) в концентрации 0,01-1% от массы сухого вещества в сапропелевой пульпе.

Ниже приводятся примеры реализации способа. В них использована сапропелевая пульпа, приготовленная путем пятикратного разбавления водой сапропеля естественного залегания (4 мас.ч. воды на 1 мас.ч. сапропеля), и содержащая 1,5-1,7% сухого вещества (СВ). Такая пульпа соответствует гидромеханизированному способу добычи сапропеля.

П р и м е р 1. 100 г пульпы без добавления флокулянтов отфильтровывали на воронке Бюхнера с водоструйным насосом на бумажном фильтре. Фильтрование происходило медленно, по каплям, фильтрат был мутным, что указывало на наличие в нем коллоидных частиц сапропеля. Влажность осадка на фильтре через 5 мин фильтрования составляла 98% а через 20 мин 94-95% Осадок был вязким и липким, при высыхании превращался в плотную твердую массу.

П р и м е р 2. 100 г пульпы промораживали при -10^оС в течение 5 суток, а затем оттаивали при комнатной температуре. Образовавшийся осадок отфильтровывали на воронке Бюхнера с водоструйным насосом на бумажном фильтре. При этом основное количество жидкости отфильтровывалось за первые 15 с, а через 4-5 мин фильтрование заканчивалось. Фильтрат был прозрачным и бесцветным, на фильтре оставался рыхлый осадок с влажностью 87% После 20 ч сушки осадка при комнатной температуре в условиях помещения получали сапропель рыхлой комковатой консистенции с влажностью 40-60%

П р и м е р 3. К 100 г пульпы добавляли при перемешивании 1,2 г 2%-ного водного раствора полиакриламида АК-618-415. При этом концентрация флокулянта в пульпе составляла 1,5 мас. сухого вещества сапропеля. После выдержки в течение суток пульпу отфильтровывали на воронке Бюхнера с водоструйным насосом на бумажном фильтре. Фильтрование происходило медленно, по каплям, фильтрат был мутным, что указывало на наличие в нем коллоидных частиц сапропеля. Влажность осадка на фильтре через 5 мин фильтрования составляла 95% а через 20 мин 92-93% Осадок был вязким и липким, при высыхании превращался в плотную твердую массу, как в примере 1.

П р и м е р 4. К 100 г пульпы при перемешивании добавляли 1 г 0,056%-ного водного раствора ВПК-402. При этом концентрация флокулянта в пульпе составляла 0,04 мас. сухого вещества сапропеля. Через 2-3 мин образовавшуюся творожистую массу отфильтровывали на воронке Бюхнера с водоструйным насосом на бумажном фильтре. При этом основное количество жидкости отфильтровывалось за первые 15 с, а через 4-5 мин фильтрование заканчивалось. Фильтрат был прозрачным и бесцветным, на фильтре оставался рыхлый осадок с влажностью 85-88% После 20 ч сушки осадка при комнатной температуре в условиях помещения получали сапропель рыхлой комковатой консистенции с влажностью 40-60% аналогичный тому, который получали в примере 2.

П р и м е р 5. К 100 г пульпы при перемешивании добавляли 1 г 0,024%-ного водного раствора ПЭИ. При этом концентрация флокулянта в пульпе составляла 0,02% от массы сухого вещества сапропеля. Дальнейший порядок обработки, поведение системы и свойства конечного продукта были аналогичны изложенным в примере 4.

П р и м е р 6. К 100 г пульпы при перемешивании добавляли 2 г 0,23%-ного водного раствора амифлока. При этом концентрация флокулянта в пульпе составляла 0,2 мас. сухого вещества сапропеля. Дальнейший порядок обработки и поведение системы, а также свойства конечного продукта были аналогичны изложенным в примере 4.

Анализ примеров позволяет сделать следующие выводы. Обработка пульпы рекомендуемыми в патентуемом способе флокулянтами (примеры 4-6), как и промораживание (пример 2), приводят к существенному увеличению скорости фильтрования. Фильтрат после такой обработки прозрачен и бесцветен, то есть не содержит частиц сапропеля. Экологическая экспертиза осадка и фильтрата показывает, что содержание вредных примесей в них не превышает ПДК, осадок может быть рекомендован в качестве удобрения, а фильтрат возвращен в водоем.

Обработка сапропелевой пульпы полиакриламидом (пример 3), несмотря на существенно большую концентрацию флокулянта, практически не влияет на скорость фильтрования по сравнению с необработанной пульпой. Мутный фильтрат содержит большое количество взвешенных коллоидных частиц сапропеля, которые практически не оседают. Это приводит к частичной потере органического вещества сапропеля с фильтратом. Сброс такого фильтрата в водоем будет влиять на экологическое состояние последнего.

Из примеров также видно, что предлагаемый способ позволяет получить рыхлый сапропель с влажностью менее 90% близкий по свойствам к сапропелю, полученному после промораживания пульпы. Такой сапропель легко отдает воду и после сушки в естественных условиях имеет рыхлую комковатую консистенцию, удобную для упаковки и последующего использования в качестве удобрения. В отсутствие флокулянтов, а также в присутствии ПАА, из сапропелевой пульпы получаются липкие осадки с влажностью более 90% которые при высушивании превращаются в твердую монолитную массу.

Для промышленной реализации предлагаемого способа сгущения и обезвоживания сапропеля могут быть использованы известные технологические схемы, включающие в себя оборудование для забора сапропелевой пульпы из водоема, подачи пульпы в накопительную емкость, смешения пульпы с раствором флокулянта, отделения осадка (фильтрование, центрифугирование) и его сушки до необходимой влажности.