CN101820988B - 用于使加载有悬浮物的泥浆絮凝的设施及使用该设施的方法 - Google Patents

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Abstract

用于使加载有悬浮物的水或泥浆絮凝的设施，该设施顺次地包括：聚合物存储料斗(1)；聚合物研磨装置(13)，包括聚合物灌在其中的加湿锥体(4)以及包括环(12)和位于锥体的底端处的用于研磨和移出已分散的聚合物的腔室(16)，所述腔室包括转子(7)和定子(10)，所述环由副水回路(13)进给；用于将聚合物溶液输送到待处理的水或泥浆的装置。另外，使用该设施的方法。

Description

用于使加载有悬浮物的泥浆絮凝的设施及使用该设施的方法
技术领域
本发明涉及一种用于使加载有悬浮物的水或泥浆絮凝的设施，如例如来自清淤工程、来自矿物、市政或者纸张和纸浆工业的水或泥浆。本发明还涉及一种使用所述设施的絮凝方法。
背景技术
泥浆可以借助高分子量聚合物来絮凝，尤其是借助聚丙烯酰胺。这些聚合物是一般以粉末形式使用的水溶性聚合物，其主要缺陷在于，它们难以溶解在水中。
在大多数情况下，尤其是对于低中消耗，聚合物使用喷射器或加湿设备而分散在溶解水中，从而避免被称为“鱼眼”的结块的形成。对于高分子量制品，该溶液的浓度保持较低，并且该溶解必须在尺寸足够的槽中进行，以获得完全溶解。
在某些情况下，聚合物粉末在长距离输送管线的头部直接被注射到待处理的泥浆的水中，其尤其呈热悬浮液(30至60℃)的形式。该粉末在输送期间溶解，并絮凝固体。然而，由于湍流，絮状物受到机械破坏，从而导致聚合物高额外消耗。该设施简单，但是产出低。
另一方案是避免聚合物完全溶解。在此情况下，分子链的聚集导致表现出的分子量远高于聚合物的真实分子量。这特别用于市政泥浆在离心机中的絮凝。在此情况下，聚合物溶液的高浓度(例如，5-10克/升的聚合物)，短稀释时间(15至30分钟)，并且与悬浮液非常快的接触时间(聚合物注射到待处理的水中之前或之时)，防止了高分子链的断开，从而导致絮状物的尺寸和强度增大。本领域技术人员已特别发现，所获得的分子聚集具有与已使用完全溶解的更高分子量聚合物相同的特征。
一种可替代的方案是，在将其注射到待处理的悬浮液中之前完全溶解聚合物。在此情况下，通常这样进行溶解，使得用于处理水的聚合物溶液的浓度为1克/升，而用于处理泥浆的聚合物溶液的浓度为3克/升。通常，该溶液具有以下主要必然缺陷：
-大尺寸和高成本设备的使用，特别地且通常是具有两个槽的设备，一个槽用于制备，而一个槽则用于熟化/注射，
-和一般长于1小时的制备(停留)时间。
文献US 4874588和US 4845192描述了一种聚合物分散设备，它将粉末尺寸减小到100-200微米，从而缩短了溶解时间。然而，该设备的缺点在于，由于和水接触而变得特别粘稠并形成聚集体的聚丙烯酰胺的稠度，所以快速阻塞。为了防止发生这种阻塞，必需以非常高的速度(对于200毫米环为(10-13000rpm))转动研磨机，以便通过离心作用对设备进行自清洁。由于设备的技术及其受限的生产量，该方法无法工业推广。实际上，在0.5％浓度和200毫米环的10m3/h的最大水生产量下，只有50公斤/小时的聚合物批量，即会导致网格阻塞和非常短的设备寿命。
发明内容
因此，本发明将要解决的问题在于，开发一种用于使加载有悬浮物的泥浆絮凝的设施，它使用和前述相同类型的分散没备，并允许以高浓度分散大量聚合物，而不具有阻塞研磨装置的风险。
出于此目的，申请人已开发了用于使加载有悬浮物的水或泥浆絮凝的设施，其顺次地包括：
-存储料斗，所述存储料斗用于具有标准粒度分布的水溶性聚合物，
-研磨装置，所述研磨装置用于使聚合物分散，
-用于将聚合物溶液输送到待处理的水或泥浆的装置。
该设施的特征在于，该研磨装置包括：
-加湿锥体，聚合物通常使用计量螺杆而在所述加湿锥体中进行计量，
所述锥体连接到主水进入回路，
-位于所述锥体的底端处的：
o腔室，所述腔室用于研磨和排出已分散的聚合物，所述腔室包括：
■转子，所述转子由马达驱动并配置有可选地相对于所述转子的半径倾斜的刀具，
■固定的定子，所述定子包括可选地相对于所述转子的半径倾斜并均匀间隔开的刀片，
■用于对聚合物进行湿研磨的转子/定子组件，
o环，所述环位于所述腔室的全部或一部分周边上，所述环由副水回路供给，所述环与所述腔室连通以便将加压水喷洒在所述定子的刀片上，从而释放所述刀片的表面上的已研磨和膨胀的聚合物，该组件用于减小转速并增加离开研磨腔室的分散体的浓度。
在说明书其余部分和权利要求书中，“标准粒度分布的聚合物”指的是具有在0.15至1毫米之间的粒度分布的粉末
换句话说，本发明体现在，已开发出这样一种设施，在该设施中，研磨装置已被修改成用于增加分散体中的聚合物浓度，而不会必然阻塞所述研磨装置(由于加压副水的注射同时保持低转速)，因而，用于实现高聚合物吞吐量(在实践中高于50公斤/小时)。
在实践中，聚合物的溶解以如下方式完成：
-在管线中完成溶解，该管线将已分散的聚合物运送到待处理的、含有悬浮物的水在其中流动的管线，因而，假设输送管线足够长，以允许足够长的停留时间以进行溶解，
-或者，在与待处理的泥浆的接触中完成溶解。
根据第一特征，聚合物在锥体中通过溢流加湿，该锥体在此情况下配置有双夹套，主水进入回路连接在该双夹套的基部处。可替代地，该加湿也可通过本领域技术人员公知的任何其它装置在锥体中进行，例如喷洒喷嘴或扁平射流。
在实践中，转子配置有2至20个刀具，有利地在4至12个之间。然而，根据转子直径，刀具的数量可以改变。类似地，定子的刀片数量也可根据其直径而改变。在实践中，对于200毫米的转子直径，在50至300之间，有利地在90至200之间。而且，根据另一特征，刀具可选地或多或少地相对于转子的半径倾斜。有利地，该倾斜在0至15°之间，有利地在2至10°之间。
在一个优选实施方式中，转子刀具不倾斜，而定子刀片倾斜。
根据另一特征，定子的刀片之间的距离在50至800微米之间。为了有效地研磨，转子的刀具和定子的刀片之间的距离在50至300微米之间，有利地在100至200微米之间，在实践中大约为100微米。有利地，定子的刀片倾斜，有利地相对于转子的直径以小于10°的角度倾斜。这些刀片组装在壳体中，或者在大块金属中切割或者是高强度复合物。
在实践中，具有0至1000μm之间的粒度分布的聚合物在湿介质中进行研磨，尤其是根据刀具的间隔而被研磨成0-100、0-200、0-300、0-500μm的颗粒，这带来在装置上的最大预定溶解时间。
而且，关于周边环，它经由呈孔、狭缝或等同形式的小孔而与研磨和排出腔室连通，该小孔的尺寸和在环上的分布使得：副水可在压力下被推进在定子的刀片上，从而用于防止因凝胶状聚合物而引起的、刀片之间的空间的阻塞。因此，通过转子泵作用而施加的压力可明显减小，而不会产生阻塞的风险。刀片的间隔越小，连续操作所需压力越高。
显然，存储料斗允许进行连续供给并接收散装(卡车)或各种容量的袋中的聚合物。
本发明的另一主题是一种使用上述设施的、用于使加载有悬浮物的水或泥浆絮凝的方法。
根据该方法，在连续或间歇模式下：
-将具有标准粒度分布的聚合物供给所述研磨装置，
-在所述研磨装置中：
-以一定数量的主水在所述加湿锥体中对聚合物进行预加湿，
-然后，随即在研磨和排出腔室中通过在所述转子的刀具与所述定子的刀片之间对聚合物进行切碎来减小预加湿的聚合物的尺寸，
-然后，使用来自周边环的加压副水来清除位于所述定子的刀片之间的、膨胀的聚合物易于固定在其中的空隙，
-然后，将呈悬浮液形式的聚合物引入到运送水或泥浆的管线中。
在实践中，以重量计，主水占总水(主水+副水)的20至40％，而副水占总水(主水+副水)的60至80％。
由于不加设有溶解槽的该设施，可以通过应用几种技术而获得令人高度感兴趣的结果：
-在将聚合物从研磨装置排出之后聚合物完全在管道中溶解。在此情况下，在微细研磨之后，例如对于具有1.8千万分子量的阴离子聚合物(30％阴离子率)而言被研磨到100微米，将含有15克/升的悬浮液用moyno泵泵送到管中，在该管中其停留2分钟。在该管的出口处获得完全溶解。然后，该溶液经由静态混合器而被稀释到絮凝浓度。
-直接注射：聚合物以悬浮液形式放置在研磨机中，其中粒度分布为300微米，随后将悬浮液直接注射到用于输送待处理的泥浆的管线中，在该处停留时间为10分钟。在该管线的出口处获得非常令人满意的絮凝。该技术对于清淤工程或矿物泥浆的输送特别有利，该这些情形中需要使用容量非常大的简单设施。
-具有管线内稀释的、在预定时间中以高浓度进行的溶解。该技术对于在离心机上的市政泥浆的絮凝特别有利。
在实践中，根据该方法的一个特征，对于200毫米的切割直径，转子的转速在2000至5000rpm之间，平均大约为3000rpm。对于10厘米的切割直径，转速在3000至6000rpm之间，并且对于40厘米的切割直径，在1500至3000rpm之间。更通常地，根据也被称为切割直径的转子的直径，转子圆周速度在20至40m/s之间。
而且，为了避免因已研磨的聚合物而阻塞定子刀片之间的空间，副水通过环的小孔在至少1巴的压力下被推进，所述压力通常为主水压力，或者3至6巴或以上，对于非常微细的间距，则通常在1至10巴之间。
有利地，聚合物是高分子量的丙烯酰胺的同聚物或共聚体。优选地，该丙烯酰胺共聚物是阳离子的，它使用结合有例如丙烯酸或AMPS的一个或多个阳离子或阴离子共聚单体。
从下面结合本发明所附的附图而描述的示例中，本发明及其优点将变得清楚。
图1是研磨装置的示意性侧视图。
图2是沿着图1的AA’的剖视图。
图3是专用于含有悬浮物的水的处理的本发明的设施的示意图。
图4是专用于矿物泥浆的处理的本发明的设施的示意图。
图5是专用于市政泥浆的处理的本发明的设施的再现。
具体实施方式
示例1：设施
根据本发明，该设施包括用于呈粉末形式的聚合物的存储仓(未示出)，它在其基部处具有用于在氮气下将聚合物输送到研磨装置(1)的计量螺杆(未示出)。
该研磨装置在图1和2中更具体地示出。
该研磨装置包括：
-加湿锥体(1)，它在其顶端处连接到通常经由计量螺杆而对标准粒度分布的聚合物进行批量配给的柱筒(2)，锥体(1)在其底部处连接到供给溢流(4，4’)的主水进入回路(3)，
-在锥体的底端处，组件(5)包括：
o用于研磨和排出已分散的聚合物的腔室(6)(图2)，包括：
■装配有刀具(9)的由马达(8)驱动的转子(7)，
■固定的定子(10)，包括均匀间隔并相对于转子的半径略微倾斜的刀片(11)，
o在腔室周边的全部或一部分上，由副水回路(13)供给的环(12)，环(12)经由狭缝(14)而与腔室(6)连通，以便将加压水喷洒在定子(10)的刀片(11)上。
图3示出了用于根据第一实施方式处理泥浆的本发明所述的设施。在本实施方式中，悬浮液中的聚合物通过以总标记(15)表示的研磨机而移出，然后经由位于凹坑(17)正上方的管线(16)输送，待处理并在管道(18)中循环的泥浆在该凹坑处被盆绕。管线(16)足够长并且体积大，以允许聚合物在与泥浆接触之前完全溶解。取决于聚合物流率，可以借助于管线(19)经由水的添加来将所述聚合物在其与泥浆接触之前稀释，该管线由处理完成时再生的水(20)部分地供给。
图4示出了同类的设施，但是其差别在于，聚合物不直接注射到凹坑中，而是注射到输送已稀释的泥浆的管道(18)中。
图5是更加特别地适于处理市政泥浆的另一实施方式。在该系统中，聚合物经由管线(16)注射到泥浆在其中流动的管线(18)中，然后泥浆在装置(21)中进行离心处理。然后，从装置(21)移出经过离心处理的泥浆(22)和上层清液(23)。
示例2：应用
在磷酸盐矿中，分离之后的废物含有浓度为130克/升的粘土和沙子的混合物。待处理的泥浆的生产量为900m3/h。该悬浮液被送到距离清洗工厂大约2500米的、在三侧由泥土堤坝形成的盆坑(尺寸为1840*850米、高度为5米)。
实验室测试表明，快速沉淀(＞10米/小时)以便使水再循环所需的聚合物的量为大约70ppm。
设施(参见图3)：
所使用的设备包括：
1)含有聚合物并由散装物载重汽车供给的60m3仓。
2)本发明所述的研磨装置，其技术特性和溶解条件在下表中给出。
  研磨单元的技术特征   “PSU300”
  以毫米为单位的切割直径(转子尺寸)   200
  固定刀具的数量   90
  以毫米为单位的固定刀具的高度   16.6
  刀具之间的间隔   300微米
  固定刀具/活动刀具之间的间隔   100微米
  切割角度   3°
  活动刀具的数量(即：转子上的)   6
  转子速度   3000rpm
  转子功率   7.5kW
  分散特性
  主水流率   10m3/h
  阴离子聚丙烯酰胺流率(阴离子率30％；分子量1.9千万；粒度分布0-1000)   84kg/h
  环绕定子的同心环中的副水流率(压力为2巴)   20m3/h
  最终分散体浓度   2.8g/l
  最终压力   1.5巴
Moyno泵的泵送距离：2500米
Moyno泵的压力：9巴
泵的引入点：盆坑前10米
絮凝剂(聚合物)和泥浆通过两根单独管道在到达存储盆坑时混合。
在凹盆点处，形成凹坑，在该处非常大的絮凝物与清水流动，这些清水在盆坑的末端处被重新泵送，以在清洗工厂中使用。未使用中间溶解槽。然而，在即将与泥浆混合之前，可以通过后稀释来优化絮凝浓度，通过由通向清洗工厂的再循环泵之后的旁路而收回经过处理的水来进行这种溶解。
为了通过聚合物的溶解获得与粉末的直接注射等同的结果，观察到的消耗为大约180公斤/小时，或者与本发明相比，超过100％的额外消耗。
示例3
已通过具有600m3/h容量的抽吸挖泥机进行挖泥清淤。所泵送的悬浮液具有150克/升的平均固体物质浓度，含有85％的沙子和15％的淤泥。在实验室中，对于35米/小时的沉淀速度，以50ppm聚合物获得絮凝。
该悬浮液送到不确定形状的盆坑，其具有6米的泥土堤坝，并且水在地平面在相对侧至供给侧流动。两者之间的距离为大约500米。
设施：
所使用的设备包括本发明所述的研磨装置(PSU)，其技术特性和溶解条件在下表中给出。
 研磨单元的技术特征   “PSU100”
 以毫米为单位的切割直径(转子尺寸)   100
 固定刀具的数量   50
 以毫米为单位的固定刀具的高度   16.6
 刀具之间的间隔   300微米
 固定刀具/活动刀具之间的间隔   100微米
 切割角度   2°
 活动刀具的数量(即：转子上的)   4
 转子速度   5000rpm
 转子功率   3kW
 分散特性
 主水流率   3m3/h
 阴离子聚丙烯酰胺流率(阴离子率25％；分子量1.7千万)   41kg/h
 环绕定子的同心环中的副水流率(压力为2巴)   8m3/h
 最终分散体浓度   3.7g/l
 最终压力   0.9巴
Moyno型泵的输送：距离为800米、传送为11m3/h
Moyno泵的压力：5巴
泵的引入点：直接在悬浮液到达的盆坑中
泥浆的到达形成了大直径的凹坑，并且聚合物溶液直接引入到凹坑中，其由于絮凝而高度上升。如此形成的凹坑起到了天然“絮凝器”的作用。
一种可能的替代方案在于，当悬浮液主要含有胶质类型的悬浮物时，将悬浮液和从研磨单元流出的聚合物灌入开放槽中，在该处发生絮凝，从而通过溢流对盆坑进行供应。
根据本发明的设施，可以泵送聚合物分散体，然后该聚合物分散体在注射之前在管线中完全溶解，或者直接进入待处理的悬浮液中。
示例4
含有25％主泥浆和75％生物泥浆以及含有59.4％挥发物质的市政泥浆供给到70厘米直径的离心机中。
在第一种情况下，具有1.4千万分子量和55摩尔百分比的阳离子电荷的阳离子聚丙烯酰胺在标准溶解槽中在一个小时的溶解时间中溶解成3克/升的浓度。该槽的使用时间是8小时。在调节和优化之后，获得下述参数：
-泥浆浓度4.2％
-机器生产量：59.5m3/h
-聚合物的量：8.9公斤/公吨干泥浆
-进过离心处理的泥浆的浓度：24.4％
-离心完成时含有悬浮物的水的浓度：1.58克/升
在第二种情况中，本发明的装置与允许切割成大约200微米的研磨头结合使用。含有20克/升的悬浮液被送到管线中，其中停留时间为2分钟，然后在管线中被稀释至3克/升的浓度，并被直接注射到离心机中。在调节和优化之后，获得下述参数：
-泥浆浓度：4.4％
-机器生产量：64.2m3/h
-聚合物的量：7.8公斤/公吨干泥浆
-离心浓度：25.7％
因此，该设备允许利用聚合物的性质，也就是，在溶解期间它们组合成分子量非常大的聚集体而不是线性结构。

Claims (11)

1.一种用于使加载有悬浮物的水或泥浆絮凝的设施，所述设施顺次地包括：
-存储料斗(1)，所述存储料斗(1)用于具有标准粒度分布的水溶性聚合物，
-研磨装置(3)，所述研磨装置(3)用于使聚合物分散，
-用于将聚合物溶液输送到待处理的水或泥浆的装置，
其特征在于，所述研磨装置包括：
-加湿锥体(11)，聚合物在所述加湿锥体(11)中进行定量配给，所述锥体连接到主水进入回路(13)，
-位于所述锥体的底端处的：
o腔室(16)，所述腔室(16)用于研磨和排出已分散的聚合物，所述腔室(16)包括：
■转子(17)，所述转子(17)由马达(18)驱动并配置有相对于所述转子(17)的半径倾斜的刀具(19)，
■固定的定子(20)，所述定子(20)包括相对于所述转子(17)的半径倾斜并均匀间隔开的刀片(21)，
o环(22)，所述环(22)位于所述腔室的全部或一部分周边上，所述环(22)由副水回路(23)供给，所述环与所述腔室连通以便将加压水喷洒在所述定子的刀片上，从而释放所述刀片的表面上的已研磨和膨胀的聚合物。
2.如权利要求1所述的设施，其特征在于，所述刀具(19)相对于所述定子(20)的半径以0至15°之间的角度倾斜。
3.如权利要求2所述的设施，其特征在于，所述刀具(19)相对于所述定子(20)的半径以2至10°之间的角度倾斜。
4.如权利要求1或2所述的设施，其特征在于，所述定子(20)的刀 片(21)之间的距离在50至800微米之间，而所述转子(17)的刀具与所述定子(20)的刀片(21)之间的距离在50至300微米之间。
5.如权利要求4所述的设施，其特征在于，所述转子(17)的刀具与所述定子(20)的刀片(21)之间的距离在100至200微米之间。
6.一种使用如权利要求1至5中任一项所述的设施的、用于使加载有悬浮物的水或泥浆絮凝的方法。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，以连续模式：
-将具有标准粒度分布的聚合物供给所述研磨装置(3)，
-在所述研磨装置中：
-以一定数量的主水在所述加湿锥体(11)中对聚合物进行预加湿，
-然后，随即在研磨和排出腔室(16)中通过在所述转子(17)的刀具(19)与所述定子(20)的刀片(21)之间对聚合物进行切碎来减小预加湿的聚合物的尺寸，
-然后，使用来自周边环(22)的加压副水来清除位于所述定子(20)的刀片(21)之间的空隙，其中膨胀的聚合物易于固定在所述空隙中，
-然后，将呈悬浮液形式的聚合物引入到待处理的水或泥浆在其中流动的管线中。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述转子(17)的圆周转速在20至40m/s之间。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，副水在1至10巴之间的压力下推进。 
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，副水在3至6巴之间的压力下推进。
11.如权利要求6至10中任一项所述的方法，其特征在于，聚合物是高分子量的聚丙烯酰胺。 
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