CN100420644C - 使泥浆脱水的方法和如此脱水的泥浆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使泥浆脱水的方法，包括将碱性试剂加入至pH等于或小于8的泥浆中；向泥浆中加入至少一种絮凝有机成分；通过加入上述碱性试剂，泥浆的pH提高至小于所述至少一种有机成分开始发生降解时的pH的数值；泥浆絮凝；絮凝的泥浆分离为脱水泥浆和液相，其特征在于上述碱性试剂是符合以下化学式的含钙镁的化合物：xCaCO₃.(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO]，其中x和y是摩尔分数，0.45≤x≤0.75，和0≤y≤1，并且经处理的泥浆直至在所述分离之后仍具有小于所述至少一种有机成分开始发生降解时的pH的所述数值。

Description

使泥浆脱水的方法和如此脱水的泥浆

本发明涉及一种使泥浆(boues)脱水的方法，包括

-将碱性试剂加入至pH等于或小于8的泥浆中，

-向泥浆中加入至少一种絮凝有机成分，

-通过加入上述碱性试剂，泥浆的pH提高至小于所述至少一种有机成分开始发生降解时的pH的数值，

-泥浆絮凝，和

-絮凝的泥浆分离为脱水泥浆和液相，

并涉及如此脱水的泥浆。

在本发明的含义中，泥浆是指初始pH值小于或等于8的任何泥浆，例如城市和食品工业废水净化站的泥浆。还可以考虑挖泥得到的泥浆，以及其它可能更加的酸性泥浆。在这种情况下，该泥浆有利地预先通过中和作用使pH值在至少为6并且至多为8的范围内。

通常，该泥浆在其处理期间，在变稠之前首先进行沉降。然后进行絮凝，随后进行脱水，在大多数情况下是利用带式过滤机、压滤机或离心机，在加热或者不加热的情况下进行的。除了体积减小之外，该处理的目的是便于泥浆的处理、储存和运输。

利用絮凝剂使泥浆脱水是已知的。已经提出，例如对于渔业泥浆的处理来说，将絮凝剂与辅助絮凝的试剂结合使用，该辅助絮凝的试剂是水溶性的钙化合物(例如参见JP-A-4-40286)。作为钙化合物的实例，可使用石灰类型的强碱性化合物，或者钙盐例如卤化物、硝酸盐或乙酸盐。所寻求的目标是由处理泥浆得到的净化水。

一种使泥浆脱水的方法也是已知的，其中在用聚合物絮凝剂处理泥浆后，通过加入钙或镁氧化物或氢氧化物来将pH值调节至9至12(参见US-A-4.675.114)。该方法还要求向泥浆中加入甲醛，甲醛被认为是一种有毒物质，其会带来环境问题，因此应该避免使用。

优先使用用于辅助絮凝的石灰的所有这些在前方法要求充分控制pH值提高，以便防止絮凝剂的任何过快降解，该絮凝剂在非常碱性的pH值下变为惰性。某些方法甚至提出在该方法期间进行中和，这对成本和过滤期间要除去的水量产生影响。

为了实现这种控制，已经提出了一种在开始时指出的方法，在该方法中使用强碱性含钙化合物作为碱性试剂，对其进行处理以用于延缓从添加该化合物开始直到絮凝结束为止的介质pH值的提高，随后在泥浆中pH值能够继续这种提高，优选甚至在处理的泥浆脱水之后(参见WO-00/4527)。

然而，为了延缓pH值提高，含钙化合物必须进行预先处理，例如：

-提高含钙添加剂颗粒的平均尺寸，特别是为了避免小于50μm颗粒的存在，这需要除去填料或者附聚的操作，

-加入有机化合物，以延缓含钙化合物的溶解，

-过烧含钙化合物，其因此变得活性较小。

这些预先操作是昂贵的，并且在某些情况下将外来添加剂引入到泥浆中。此外，除了非常短时间内(几分钟)，pH值不管怎样都没有保持在与使用絮凝剂相容的范围内，这使得在该期限结束前的过滤操作难以进行。

此外，一种使泥浆类型的材料中的有害物质惰性和/或固定的方法也是已知的，该方法包括向这些材料中加入至少一种水硬粘结剂，这种混合物中加入了包含镁化合物的无机材料和/或包含铝化合物的无机材料(参见EP-B-0408545)。

本发明的目的是改善上述缺陷，并开发一种容易的泥浆脱水方法，该方法使得可以获得具有有利的使用性能的泥浆，这些性能例如是良好的堆积稳定性、可铲性等。得到的泥浆必须优选具有高干物质含量，同时使用常用于使泥浆絮凝的絮凝剂。

为了解决这些问题，根据本发明已经提出一种在开始时描述的方法，其中上述碱性试剂是符合以下化学式的含钙镁的化合物

xCaCO₃.(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO]，

其中

x和y是摩尔分数

0.45≤x≤0.75，和

0≤y≤1，

并且经处理的泥浆直至在所述分离之后仍具有小于所述至少一种有机成分开始发生降解时的pH的所述数值。

这种方法特别的优点是分离(即脱水)步骤没有受到任何时间限制，因为必需的pH值的提高处于控制之下。

显然这是因为，出人意料地，通过加入本发明的含钙镁的化合物，既可以获得脱水泥浆的极其高的干物质含量，同时又可获得平缓且有规律地pH值的提高，直到最大pH值，该最大pH值保持低于泥浆絮凝用的常规絮凝剂失去其活性的pH值，特别是小于或等于10的pH值。沉降、过滤、挤压和/或离心操作可以不必在匆忙的情况下进行，并且不存在达到过高pH的风险。本发明方法的脱水泥浆可以达到高于75重量％，优选80重量％，甚至达到90重量％及更高的干物质含量。还应当指出，泥浆继续具有在分离时存在的pH值。

此外，在测定根据本发明方法获得的脱水泥浆的干度时，出人意料地发现与在处理的泥浆脱水之后加入相同量的本发明含钙镁的化合物所获得的干度相比的明显提高的干度。这种处理后的干度通过下面的公式计算：

${S2}_{\mathrm{cal}}=\frac{S1\×(100+t)}{100+(S1\×(t/100))}$

其中

S1是没有本发明含钙镁的化合物的泥浆饼的干物质含量，以重量百分数表示，

t是本发明含钙镁的化合物的添加比率，以相对于增稠泥浆中所含干物质的重量百分数表示，并且

S2_cal表示在假定含钙镁的化合物对泥浆饼干度没有附加作用时，使用本发明含钙镁的化合物的泥浆饼的计算的干物质含量，以重量百分数表示，

优选地，本发明含钙镁的化合物是化学式CaCO₃.MgO的所谓的半煅烧白云石，其中MgO组分可以部分或完全是Mg(OH)₂形式。可在使得CaO的剩余重量含量小于5％且MgCO₃小于10％的条件下，通过受控煅烧复合碳酸钙镁来获得这种半煅烧白云石。使用的半煅烧白云石的尺寸优选小于或等于5mm。这种化合物在絮凝剂之前、同时或之后与泥浆混合。当然，这种化合物根据其矿物来源可含有一些杂质，例如二氧化硅或氧化铝。

当上面给出的化学式中的x值小于0.45时，得到不能从天然来源的复合碳酸钙镁获得的产物。当x值高于0.75时，含钙镁的化合物的石灰成分变得太大，其不再允许pH值充分提高，并且特别是妨碍了任何令人满意的脱水泥浆干度的提高。

在使用非水合半煅烧白云石的情况下，这种碱性试剂除了加入干物质并有助于泥浆絮凝和过滤性之外，还具有通过MgO成分与水反应导致泥浆部分干燥的优点。

根据本发明向泥浆中加入含钙镁的化合物不仅明显延长碱性试剂与絮凝剂的接触时间而不使絮凝剂变性，而且出人意料地使得可以实现比利用目前已知的溶液所得大得多的干度收率，此外化合物不需附聚或填料除去的操作。在本发明方法中，半煅烧白云石颗粒的尺寸并不是关键因素。

根据本发明的一个优选实施方案，该方法包括在所述分离之后的脱水泥浆的焚烧。

本发明方法的其它实施方案在所附的权利要求中指出。

本发明还涉及符合下式的含钙镁的化合物用于处理和脱水pH等于或小于8的泥浆的用途：

xCaCO₃.(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO]，

其中

x和y是摩尔分数

0.45≤x≤0.75，和

0≤y≤1。

本发明还涉及脱水泥浆，其包含一定量的符合化学式xCaCO₃.(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO]的含钙镁的化合物并且其中x和y是摩尔分数，0.45≤x≤0.75和0≤y≤1，并且具有大于8且等于或小于10的pH。与脱水前泥浆的干物质相比，这种泥浆有利地包含至少15重量％的含钙镁的化合物。

现在将借助于以下的非限定性实施例更加详细地解释本发明。

实施例1

利用三种不同的试剂，即两种含钙化合物-通过在100μm筛滤除去填料的生石灰和过烧生石灰-以及本发明的半煅烧白云石(d₅₀＝25-30μm)来处理干物质含量约为3重量％的增稠泥浆的试样。在这三种情况下遵循相同的操作方式。

将对应于5g干物质的增稠泥浆的量引入到一升容器中。

向该样品中加入1.5g添加剂；然后利用磁棒搅拌混合物，并且每五秒记录溶液的pH。附图中示出了在每种情况下pH值的变化。

该附图示出了当泥浆用下述物质调理时，pH随时间的变化：

-除去填料的生石灰(曲线A)

-过烧的生石灰(曲线B)

-本发明的半煅烧白云石(曲线C)。

可以看到，仅使用本发明的半煅烧白云石超过五分钟都没有将pH提高至高于9.5的数值。这个pH值保持恒定至少半小时，这样就允许在加入试剂和脱水操作之间有明显的延缓。

实施例2

通过常规阳离子有机絮凝剂和本发明的半煅烧白云石调理的泥浆的过滤。

在一升容器中引入具有3％干物质的增稠泥浆，其用量对应于5g干物质。然后根据下面的操作步骤处理这种泥浆样品。

调理

根据本发明，向泥浆中相继加入用量对应于泥浆样品中存在的干物质的45％的半煅烧白云石，和10ml絮凝剂含水溶液(5g/l活性物质)。然后利用实验室絮凝器以200转/分钟的速度搅拌混合物十秒钟。

过滤

然后在Büchner过滤器上过滤如此调理的泥浆，该过滤器的过滤部分覆盖有聚酯过滤布(型号NORDIFA Lainyl M14/CH/5Fi)。

然后使泥浆沥水一分钟。接着利用活塞对沥水的泥浆相继施加1、2、3和4巴的压力，每级压力持续一分钟。获得厚度为3至5mm的滤饼。对其中心部分进行取样，以测定其干物质含量，也就是说是25.3％。

为了能够评价根据本发明加入半煅烧白云石对滤饼的干物质含量的影响，在第二个试验中，根据上述操作方案对同样的增稠泥浆进行絮凝，然后过滤，但是这次不加入半煅烧白云石。获得干物质含量为16.4％的泥浆滤饼。

如果煅烧白云石的作用限于将干物质加入至泥浆中，对于度没有附加的影响，那么在半煅烧白云石存在下的计算的泥浆滤饼的干物质含量S2_cal将按照前面给出的公式，由未加入白云石的泥浆滤饼的干物质含量S1来计算。

该本实施例中，

${S2}_{\mathrm{cal}}=\frac{16.4\×(100+45)}{[100+(16.4\×45/100)]}$

即22.1％。此外，具有半煅烧白云石的泥浆滤饼的实际含量S2_eff是25.3％。S2_eff和S2_cal之间的差值，相对于S2_cal，表明根据本发明加入半煅烧白云石使得可以获得干度的相对提高为14.3％，这证明了半煅烧白云石对滤饼干度的出人意料的附加作用。

作为比较，在相同操作条件下使用石灰石代替本发明半煅烧白云石，并且所获得的干物质含量S2_eff是22.7％。如果将这个数值与S2_cal进行比较，则差值在试验误差的数量级内，因此不能断定当使用石灰石时干度提高。

还可以补充说明的是，石灰石不是碱性试剂，并且在将其加入时，泥浆的pH值不提高，并且在本实施例中保持为约7.35。

实施例3

城市净化站泥浆在初步沉降之后具有大约3重量％的干物质含量。这种泥浆在用聚丙烯酰胺类型的阳离子絮凝剂絮凝并在干燥压滤机上脱水之后具有64重量％的干物质含量或处理后干度。

同样的泥浆在干燥压滤机上脱水后在相同条件下加入25重量％半煅烧白云石(相对于泥浆的干物质)进行处理后具有80重量％的干度。

最后，在脱水之前，泥浆在如上所述的相同条件下絮凝，但是存在25重量％半煅烧白云石。这种泥浆在干燥压滤机上脱水之后获得97重量％的干度。

因此出人意料地发现，与简单加入絮凝剂相比，加入本发明的含钙镁的化合物非常可观地提高了处理泥浆的干度收率。而且，与在脱水之后添加相比，在存在絮凝剂的情况下在脱水之前添加相同量的半煅烧白云石非常显著地提高了干度水平。还必须指出的是，在目前的情况下，试剂混合/泥浆絮凝步骤可以达到一个半小时，当使用石灰，甚至用于延缓pH提高的含钙试剂(如以上使用的那些)时，情况却并不是如此。

在泥浆脱水之前共同加入本发明的半煅烧白云石和絮凝有机化合物不仅具有与在脱水之后以相同量白云石添加的方法相比提高干度的优点，而且还简化了该方法的实施。这是因为两种添加剂(絮凝剂和试剂)的混合可以在单一步骤中进行，而在脱水后的加入操作需要第二混合步骤，另外，考虑到脱水后水含量降低，这个第二混合步骤更加难以进行。

应当理解，本发明并不限于上述实施方案，而是可以进行许多变化而不脱离所附权利要求的范围。

Claims (11)

1. 一种使泥浆脱水的方法，包括

-将碱性试剂加入至pH等于或小于8的泥浆中，

-向泥浆中加入至少一种絮凝有机成分，

-通过加入上述碱性试剂，泥浆的pH提高至小于所述至少一种絮凝有机成分开始发生降解时的pH的数值，

-泥浆絮凝，和

-絮凝的泥浆分离为脱水泥浆和液相，

其特征在于上述碱性试剂是符合以下化学式的含钙镁的化合物

xCaCO₃.(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO]，

其中

x和y是摩尔分数，

0.45≤x≤0.75，和

0≤y≤1，

并且经处理的泥浆直至在所述分离之后仍具有小于所述至少一种絮凝有机成分开始发生降解时的pH的所述数值。

2. 权利要求1的方法，其特征在于含钙镁的化合物是半煅烧白云石，其包含MgO成分，非必要地部分或完全是以Mg(OH)₂的形式存在。

3. 权利要求1或2的方法，其特征在于该方法包括所述泥浆的pH提高至最大等于10的数值。

4. 权利要求1或2的方法，其特征在于含钙镁的化合物的加入发生在加入所述至少一种絮凝有机成分之前、同时和/或之后。

5. 权利要求4的方法，其特征在于含钙镁的化合物的加入发生在上述分离步骤之前。

6. 权利要求1或2的方法，其特征在于该方法包括在所述分离之后的对脱水泥浆的焚烧。

7. 权利要求1或2的方法，其特征在于，当待处理泥浆为酸性泥浆时，该方法还包括预先中和该酸性泥浆，以使泥浆具有至少为6的pH。

8. 权利要求2的方法，其特征在于半煅烧白云石通过在使得其具有小于5重量％CaO含量和小于10重量％MgCO₃含量的条件下，煅烧复合碳酸钙镁来获得。

9. 符合式xCaCO₃.(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO]的含钙镁的化合物用于处理和脱水pH等于或小于8的泥浆的用途，其中x和y是摩尔分数，0.45≤x≤0.75且0≤y≤1。

10. 脱水泥浆，其包含一定量的符合式xCaCO₃.(1-x)[yMg(OH)₂+(1-y)MgO]的含钙镁的化合物并且其中x和y是摩尔分数，0.45≤x≤0.75和0≤y≤1，并且具有大于8且等于或小于10的pH。

11. 权利要求10的脱水泥浆，相对于脱水之前泥浆的干物质，该脱水泥浆包含至少15重量％的含钙镁的化合物。