将淤泥脱水的方法
技术领域
本发明涉及通过使用聚合物絮凝剂将淤泥,特别是来自河道和海湾的淤泥脱水的方法。
背景技术
无机和有机沉积物一直被河流向下游输送。这些沉积物在河道和海湾中积聚。
通过挖泥船可将这些沉积物从水中去除。沉积物常包含环境有害的组分,其以例如络合的重金属离子或有害的有机物质的形式,并由此不再允许如过去常做的那样将它们倾倒在更深的水中。相反,它们必须在陆地上在环境安全的条件下被托运至最终储存。
为了能够合适的最终储存,必须适当地预处理沉积物,所述沉积物根据它们的来源而可含有至多20重量%的有机组分。在目前实际使用的方法中,被挖起的沉积物淤泥在驳船中运输至用于淤泥处理的设施,并以1000-6000m3/h的速度通过管线冲洗至合适的脱水场所。通过排干沉积过程中形成的上清水和通过自然干燥,淤泥脱水在沉积过程中通过渗流入排水而进行。在已达到半固体的稠度之后,通过多次机械翻转继续干燥淤泥(DE19726899A1;Heinrich Hirdes GmbH,1998)。除了常规的脱水技术,还可实施新技术,例如Ten-Cate研的新型技术,从而将所谓的“土工管袋(geotube)”用于被挖起的淤泥的脱水。
因气候影响输入额外的水导致淤泥的再度润湿,并且以此方式减慢干燥操作。取决于地区,降雨在一年的多达8个月中可抵消蒸发性干燥。淤泥调节的整个过程需要多达1年,并且通过高含量的尺寸范围为0.06mm及更小的细粒化的淤泥部分可大幅延长至18个月,这是由于其沉淀物形成几乎不透水的沉积层,并通过排水装置封阻渗漏(另参见Fritz Gehbauer教授,Institute for Mechanical Engineering in Construction,FridericianaUniversity,ImbSeries V,No.20,Floating DredgerTechnology,Chapter3.2.Definitions,第29页)。由于细粒化的淤泥的较低密度,对于相同的填充水平,脱水盆容纳较少的干物质,这表示淤泥产量相对于粗粒化淤泥降低。为了实现充分的进一步处理经干燥的淤泥所需的十字板剪切强度,细粒化的淤泥必须干燥至60重量%的含水量,而粗粒化的淤泥已满足65-70重量%的强度需求。
在美国专利3,312,070(Daiichi Kogyo Seiyaku Kabushiki Kaisha,1967)中,建议将具有凝结效果的表面活性助剂用于淤泥的回收,不使用这些助剂易于分成细粒和粗粒部分。这进而造成经回收淤泥的不同物料性质。该专利的其他实施例中使用丙烯酰胺和羧甲基纤维素的反应产物、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺与苯胺-脲-甲醛树脂和磺甲基化的聚丙烯酰胺。该助剂被计量加入将淤泥送至沉降盆的进料线中。
在EP346159A1(Aoki Corp.,1989)中,描述了常规的淤泥脱水的方法,其中用阳离子盐或阳离子聚合物处理带负电荷的淤泥颗粒,在絮凝有效性和成本上不利的。可选地,建议对于淤泥脱水连续加入阴离子和阳离子聚合物凝结剂、以及需要时加入另一阴离子絮凝剂。由于实际情况,絮凝剂在进入淤泥沉降盆之前与含水淤泥的快速料流混合,不能确保连续计量加入彼此相匹配的两种或三种不同的絮凝剂,从而它们将相互作用而形成沉积的淤泥絮凝物。
从DE10333478A1已知一种通过使用阴离子聚合物絮凝剂,用于淤泥处置区域中的淤泥,特别是来自河道和港湾的淤泥加速脱水的方法。
作为现有技术方法的一个缺点,所需的聚合物絮凝剂量的计量不可能是精确的,这导致聚合物絮凝剂过量加入的缺点,并且游离的物剂进入环境并造成对自然,例如湖泊中的静水的重大危险。这些缺点例如因淤泥可包含各种比例的有机物凝土对砂子的比例而出现,而且待处理的淤泥的绝对量可根据拖泥船的操作条件而变化。
需要提供所需的聚合物絮凝剂量的精确计量的方法,从而避免过量加入,并且滤液可进入环境中而无任何由游离聚合物试剂造成的危险。需要为了限制絮凝剂在淤泥滤液中的残余量的方法。当滤液将被直接送入进行处理的水路时,这是特别重要的,这是由于絮凝剂(例如低至中等带电荷的阳离子聚合物)相对高的鱼类毒性。
本发明的目的是提供一种替代方法,与现有技术的方法相比,其具有优点。
发明内容
使用用于将淤泥脱水的方法实现该目的,其中将聚合物絮凝剂的水溶液加入淤泥中,其中所述淤泥包含待被加入淤泥中的絮凝剂去除的组分,其中为了限制絮凝剂在淤泥滤液中的残余量,所述方法包括第一步骤和第二步骤,
其中第一步骤包括
-测量与淤泥中的固体水平相关的第一含量信息(即总(不溶性组分)无机和有机物料部分)和
-测量与淤泥中的砂料含量相关的第二含量信息,其中第一含量信息和第二含量信息用于计算有机物料的量(用于控制向淤泥中加入聚合物絮凝剂的水溶液;因为实际上,只有淤泥中的有机部分需要阳离子聚合物以絮凝和脱水),
其中第二步骤包括测量与滤液的物料性质相关的物料信息,其中物料信息用于控制聚合物絮凝剂在滤液中的含量,其中物料信息包括滤液的pH值,其中在第三步骤中增大滤液的pH值。
此外,该目的通过用于将淤泥脱水的方法实现,其中将聚合物絮凝剂的水溶液加入淤泥中,其中淤泥包含待被加入淤泥中的絮凝剂去除的组分,其中为了限制絮凝剂在淤泥滤液中的残余量,所述方法包括第一步骤和第二步骤,其中第一步骤包括
-测量与淤泥中的固体水平相关的第一含量信息(即总(不溶性组分)无机和有机物料部分)和
-测量与淤泥中的砂料含量相关的第二含量信息,其中第一含量信息和第二含量信息用于计算有机物料的量(用于控制向淤泥中加入聚合物絮凝剂的水溶液;因为实际上,只有淤泥中的有机部分需要阳离子聚合物以絮凝和脱水),
其中第二步骤包括测量与滤液的物料性质相关的物料信息,其中物料信息用于控制聚合物絮凝剂在滤液中的含量。
第一含量信息是与淤泥中的总(不溶性组分)物料含量相关的信息,并且第二含量信息是与砂料含量相关的信息。第一含量信息和第二含量信息通过测量,例如淤泥的总流量、淤泥的密度、淤泥的固体水平而确定。第一含量信息和第二含量信息用于控制将聚合物絮凝剂的水溶液加入淤泥中,即加入到淤泥中的聚合物絮凝剂取决于通过本发明方法的第一步骤中测量得到的第一含量信息和第二含量信息。
物料信息是与滤液有关的信息,例如滤液的pH值。物料信息用于控制滤液中的聚合物絮凝剂的含量。
滤液是淤泥的脱水过程之后的残余水溶液。滤液基本上不含(不溶性)有机物料和砂料。
已出人意料地发现,通过使用为了避免使游离聚合物试剂引入环境中的本发明方法
-可精确计量所需的聚合物絮凝剂的量(取决于根据本发明方法的第一步骤中测量的第一含量信息和第二含量信息),从而避免过量加入。
并且(如果商业上可接受,并且生态学上需要)
-通过增大滤液的pH值(需要本发明方法的第二步骤中的物料信息的测量)可水解过量加入的聚合物絮凝剂(游离的聚合物试剂),
有利效果是,可以将滤液引入环境中而不因游离的聚合物试剂造成任何危险。该优点对于阳离子聚合物絮凝剂是特别重要且有效的。
已出人意料地发现,通过执行本发明的第一步骤或第二步骤以避免将游离絮凝剂引入环境中,
-可精确计量加入所需的聚合物絮凝剂的量(根据本发明方法的第一步骤中测量的第一含量信息和第二含量信息),从而避免过量加入,
或者
-通过增大滤液的pH值(需要本发明方法的第二步骤中的物料信息的测量)可水解过量加入的聚合物絮凝剂(游离的聚合物试剂),
有利效果是,可以将滤液可引入环境而不因游离的聚合物试剂造成任何危险。该优点对于阳离子聚合物絮凝剂是特别重要且有效的。
在本发明中,优选使用阳离子聚合物作为絮凝剂。阳离子聚合物的一个优选实例是基于丙烯酰胺和甲基氯季铵化的二甲氨基乙基丙烯酸酯的反相乳液(inverse emulsion)(油包水乳液)。
对于本发明方法,即包括所述方法的第三步骤(增大pH值),另外优选的是在第三步骤过程中,滤液的pH值增大至9.5的水平,优选增大至10.0的水平,更优选增大至10.8的水平,并且甚至更优选增大至11.0的水平。
此外,根据本发明优选的是在本发明第四步骤中,在停留时间之后中和滤液的pH值(即将pH值降低至更中性的水平,例如pH7的水平或对于滤液释放至的生态系统可接受的pH水平),其中在停留时间期间,滤液具有增大的pH值,其中优选的是停留时间取决于增大的pH值。
由此,可有利的是另外避免将游离的聚合物试剂引入环境中。
丙烯酰胺和阳离子单体之间的摩尔比可以为70:30或75:25或80:20或85:15或90:10或95:5,其中丙烯酰胺和阳离子单体之间的一个优选的摩尔比为90:10。
相关的阳离子基料可描述为二烷基氨基烷基丙烯酸酯和二烷基氨基烷基甲基丙烯酸酯的季铵和盐的产物、以及与丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺的共聚物和/或三元共聚物。
该阳离子聚合物的一个实例是Drewfloc2418(即基于丙烯酰胺和阳离子单体之间的摩尔比为90:10的丙烯酰胺和甲基氯季铵化的二甲基氨基乙基丙烯酸酯的阳离子共聚物的反相乳液)。
以下通过其他实施方案示例性地描述以说明本发明。但本领域技术人员将理解本发明的其他修改或变化是可能的,只要不背离本发明更宽泛的主旨。这种修改因此被认为落入本发明的主旨和范围中,并因此如本文所述或示例地形成本发明的部分。因此,示例性的描述被认为是说明性的含义,而非限制性的含义。
根据优选实施方案,所述方法包括根据所测量的第一含量信息和第二含量信息和/或物料信息调节聚合物絮凝剂的水平。如果有机物料的含量增大,则聚合物的进料速率优选增大,如果有机物料的含量降低,则聚合物的进料速率优选降低。更优选的,如果滤液中阳离子聚合物的含量增大,则聚合物的进料速率降低。
根据优选实施方案,确定第一含量信息和第二含量信息包括以下步骤:测量淤泥的总流量,测量淤泥的密度和测量淤泥中的固体水平。由此,可有利的是通过测量以下两者确定第一含量信息(与淤泥中总固体水平(不溶性组分)无机和有机物料部分含量)和第二含量信息(与淤泥中的砂料含量相关):
-淤泥中的固体水平(即淤泥中的固体物,包括有机物料和砂料的总量的指标)和
-淤泥的密度(提供固体物料的密度的指标和由此而来(由于已知有机物料的典型比重和砂料的典型比重或至少差异不大)的淤泥中砂料量的指标)。
根据另一个优选实施方案,所述方法还包括优选在淤泥输送时通过加入水将淤泥的浓度调节至可泵送的浓度,其中优选的是所述方法还包括通过管线将淤泥冲洗至脱水场地。
根据另一个实施方案,所述方法还包括使淤泥在脱水场地沉降而形成沉积物,并部分排除淤泥的上清液和/或排出水,并然后对淤泥进行自然蒸发干燥。
根据另一个优选实施方案,使用程序逻辑控制器确定第一含量信息和第二含量信息。
根据另一个优选实施方案,使用电磁流量计测量淤泥的总流量。
根据另一个优选实施方案,使用放射性密度计测量淤泥的密度。
根据另一个优选实施方案,使用光学浸没式传感器测量淤泥中的固体水平。
根据另一个优选实施方案,物料信息包括滤液的pH值,其中在本发明方法的第三步骤中,将滤液的pH值增大至优选增大至9.5的水平,更优选增大至10.0的水平,甚至更优选增大至10.8的水平,并且最优选增大至11.0的水平。
根据另一个优选实施方案,在本发明方法的第四步骤中,在停留时间之后中和滤液的pH值,其中在停留时间期间,滤液具有增大的pH值,其中优选地,停留时间取决于增大的pH值。
本发明的另一目的涉及用于将淤泥脱水的设备,所述设备包括测量单元、控制单元和定量加料单元,其中测量单元设置用于确定与污泥中的固体水平相关(即与有机和无机物料含量相关)的第一含量信息和用于确定与淤泥中的砂料含量相关的第二含量信息,其中控制单元设置为根据第一含量信息和第二含量信息控制定量加料单元,其中定量加料单元设置为将聚合物絮凝剂的水溶液加入淤泥中,其中测量单元还设置用于测量与滤液的物料性质相关的物料性质,其中所述设备设置用于根据物料信息控制滤液中的聚合物絮凝剂的含量,其中物料信息包括滤液的pH值,其中所述设备另外设置用于增大过滤后滤液的pH值。
本发明的又一目的涉及用于将淤泥脱水的设备,所述设备包括测量单元、控制单元和定量加料单元,其中测量单元设置用于确定与淤泥中的固体水平相关(即与有机和无机物料含量相关)的第一含量信息和用于确定与淤泥中的砂料含量相关的第二含量信息,其中控制单元设置用于根据第一含量信息和第二含量信息控制定量加料单元,其中定量加料单元设置为将聚合物絮凝剂的水溶液加入淤泥中。
根据另一个优选实施方案,测量单元包括用于测量淤泥的总流量的电磁流量计。
根据另一个优选实施方案,测量单元包括用于测量淤泥密度的放射性密度计。
根据另一个优选实施方案,所述测量单元包括用于测量淤泥的固体水平的光学浸没式传感器或其他可商购的技术。
根据另一个优选实施方案,定量加料单元设置用于在淤泥的输送过程中,优选在管线中输送淤泥的过程中将聚合物絮凝剂的水溶液加入淤泥中。
附图说明
图1示意性地显示了本发明设备的一个实施方案。
具体实施方式
通过本发明可根据挖起的淤泥中存在的有机物料的量计量加入聚合物,优选计量加入与有机物料量成比例的聚合物。不但能够有效使用聚合物,而且避免聚合物的过量加入。聚合物过量加入将导致释放入环境中的游离(阳离子)聚合物并伴随杀死鱼类的危险。根据本发明,有利的是,在任何淤泥料流(通过挖泥操作提供)中测量有机物的实际量,并且使用该值以计量加入与其成正比的阳离子聚合物。
当挖(海湾的)淤泥时,物料(水、砂子、粘土、有机物)的流动将较大地取决于挖泥船如何操作和被挖起的物料的性质如何。送至用于脱水的土工管袋的物料的量和/或类型包含水砂子和有机物料的混合物。为了最优的脱水结果,必须计量加入足够的聚合物,但较大的危险是大部分时间聚合物供料不足(造成不完全脱水)或供料过多(造成游离聚合物释放入环境)。特别地,后一情况造成自然,例如湖泊、河流和/或海洋较大的危险。
挖起的淤泥中的固体物含有砂子(其不会与阳离子聚合物反应或仅略微与阳离子聚合物反应)和有机物料(其将与阳离子絮凝剂反应)。总体淤泥流通常是稳定的。图1显示了根据本发明的示例性实施方案的设备100。管线102中的总淤泥流可使用电磁流量计105可靠地测量,由此流量计优选由橡胶衬里保护。淤泥的密度可使用放射性密度计103可靠地测量。优选使用光学浸没式传感器104的测量可靠地测量淤泥中的固体水平。淤泥中的砂子比例是最重要地影响淤泥密度的因素。
根据本发明,有利的是,当按比例计量加入时,聚合物的量将完全与有机物料和粘土颗粒反应。连续监控淤泥流(例如以每秒立方米(m3/s)或其倍数或分数计)、淤泥的密度(例如以每立方米公斤(kg/m3)或其倍数或分数计)和淤泥中的固体水平(例如由相对于淤泥总体积的固体物体积百分比或由相对于淤泥总重量的固体物重量百分比计)。由淤泥的密度计算砂子的量(即百分比)(第二含量信息)。该百分比由淤泥中的总固体物的测量量(第一含量信息)推导。其结果等于(或至少大致相当于)淤泥中的有机物料比例。淤泥流量乘以该百分比(即淤泥中的有机物料的百分比)等于单位时间的有机物料量。
例如测量淤泥的流量F、淤泥的密度D和淤泥中的固体水平S。水密度w、有机物料密度o和砂子密度s是为人熟知的。总固体物包含一定百分比的有机物料和一定百分比的砂子/粘土。因此,存在三个公式和三个未知变量:淤泥中的砂子含量、淤泥中有机物料的含量和淤泥中的含水量,其导致可解的问题。
优选地,使用程序逻辑控制器(PLC),更优选具有触摸屏的程序逻辑控制器进行计算。根据本发明,有利的是以定量加料单元101中的计算值成比例地计量加入聚合物,并通过精确计量加入避免计量加入不足和过度计量加入聚合物。优选地,设备100还包括聚合物溶解单元106。优选地,定量加料单元101包括任选安装在聚合物注射线中的电磁流量计。有利的是,可以监控计量加入淤泥的聚合物溶液的实际量,已知淤泥流量和固体水平。然后可精确地计算每MT干淤泥所计量加入的聚合物量(kg)。从PLC输出值控制聚合物溶液泵的速度,而聚合物溶液泵的速度决定加入的聚合物所需量。
本发明的可选或任选的实施方案是用于将淤泥脱水的方法,所述方法包括向淤泥加入聚合物絮凝剂的水溶液的步骤,其中确定与滤液的物料性质相关的物料信息,其中物料信息用于控制滤液中的聚合物絮凝剂的含量。因此,可有利地避免将含有游离聚合物试剂的滤液引入环境中。
以下给出实施例。这些实施例涉及第二步骤,其中第二步骤包括测量与确定的滤液的物料性质相关的物料信息,其中物料信息用于控制滤液中聚合物絮凝剂的含量。物料信息包括以下实施例中的滤液的pH值,其中滤液的pH值在停留时间之后中和(即pH值降低至更中性的水平,例如pH7的水平或降低至滤液释放入的生态系统将可接受的pH水平),其中停留时间期间滤液包含增大的pH值。
实施例1-3:
在以下实施例中,使用阳离子聚合物Drewfloc2418。
使用絮凝剂(Drewfloc2418,10mol/22重量%的基于Adame-Quat(甲基氯季铵化的二甲基氨基乙基丙烯酸酯)和丙烯酰胺的阳离子乳液聚合物)以提供0.1%的Drewfloc2418在去离子水中的水溶液。然后通过使用975g自来水和25g的0.1%的Drewfloc2418水溶液将该溶液用于提供25ppmDrewfloc2418聚合物测试溶液。提供该测试溶液三次。
对于实施例1,向测试溶液中加入3.2g NaOH(20%)以得到11.5的pH值。
对于实施例2,向测试溶液中加入2.0g NaOH(20%)以得到11.0的pH值。
对于实施例3,不改变测试溶液的pH值。
在存放3小时之后,利用粘土悬浮液进行试验。三个测试溶液样品的溶液显示出强烈的粘土悬浮液絮凝性。
在进一步存放3天之后,使用三个测试溶液进行利用由Mütek公司生产的颗粒电荷检测器的试验,并发现溶液的离子性是强阴离子性。
实施例4-12:
使用包含25ppm Drewfloc2418的a.m.聚合物测试溶液以提供利用不同量的NaOH(20%溶液)或Ca(OH)2(100g/l)的不同pH值的溶液。这些具有不同pH值的溶液使用Mütek颗粒电荷检测器测试。下表给出有关离子性的结果。
第一栏给出实施例号。在第二栏中,给出所得pH值。第三栏给出了加入的NaOH(20%溶液)或Ca(OH)2(100g/l)的量,第四栏给出了存放时间(分钟)。第五栏给出离子性。
4 |
8.0 |
0.2g NaOH(20%) |
50 |
阳离子性 |
5 |
9.0 |
0.61g NaOH(20%) |
50 |
阳离子性 |
67 |
9.09.0 |
0.61g NaOH(20%)0.61g NaOH(20%) |
3001440 |
阳离子性阴离子性 |
8 |
10.0 |
1.65g NaOH(20%) |
50 |
阴离子性 |
9 |
9.0 |
2.4Ca(OH)2(100g/l) |
60 |
阳离子性 |
10 |
9.0 |
2.4Ca(OH)2(100g/l) |
120 |
阳离子性 |
11 |
9.5 |
3.75Ca(OH)2(100g/l) |
80 |
阴离子性 |
12 |
11.0 |
5.4Ca(OH)2(100g/l) |
10 |
阴离子性 |
实施例13-16:
使用来自Herzogenrath,Germany的土工管袋装置对滤液进行阳离子活性降解测试的实施例。使用交联聚合物Zetag8848FS(BASF,CIBA)。滤液水包含约20ppm的该产物。该滤液水用于以下实施例(在实施例中使用1500g滤液水)。下表中给出涉及离子性的结果。
第一栏给出实施例号。在第二栏中,给出所得pH值。第三栏给出了加入的NaOH(20%溶液)或Ca(OH)2(100g/l)的量(如适用),第四栏给出了存放时间(小时)。第五栏给出离子性。
13 |
9.0 |
0.67g Ca(OH)2(100g/l) |
18 |
阳离子性 |
14 |
9.5 |
0.61g Ca(OH)2(100g/l) |
18 |
阴离子性 |
15 |
10.0 |
0.61g Ca(OH)2(100g/l) |
18 |
阴离子性 |
16 |
7.5 |
原始滤液水 |
18 |
阳离子性 |
实施例17-22:
进行其他试验以寻找将存放时间减少至约1分钟(60秒),并且还省去Mütek公司生产的颗粒电荷检测仪测量的阳离子性变化的解决方法。
对于实施例17-22,再次使用絮凝剂(Drewfloc2418,10mol/22重量%的基于Adame-Quat(甲基氯季铵化的二甲基氨基乙基丙烯酸酯)和丙烯酰胺)的阳离子乳液聚合物以提供0.1%的Drewfloc2418在去离子水中的水溶液。然后通过使用975g自来水和25g的0.1%的Drewfloc2418水溶液将该溶液用于提供25ppm Drewfloc2418聚合物测试溶液。提供该测试溶液用于全部的实施例17-22。
使用包含25ppm Drewfloc2418的这些不同的聚合物测量溶液以提供利用不同量的NaOH(20%溶液)或Ca(OH)2(100g/l)的不同pH值的溶液。这些具有不同pH值的溶液使用Mütek颗粒电荷检测器测量。下表给出有关离子性的结果:
第一栏给出实施例号。在第二栏中,给出所得pH值。第三栏给出了加入的NaOH(20%溶液)或Ca(OH)2(100g/l)的量,第四栏给出了存放时间(分钟)。第五栏给出离子性。
17 |
11.6 |
3.2g NaOH(20%) |
60 |
阴离子性 |
18 |
11.4 |
2.45g NaOH(20%) |
60 |
阴离子性 |
19 |
11.2 |
2.0g NaOH(20%) |
60 |
阴离子性 |
20 |
11.0 |
1.7g NaOH(20%) |
60 |
阴离子性 |
21 |
10.4 |
1.35g NaOH(20%) |
60 |
阳离子性 |
22 |
10.4 |
1.35g NaOH(20%) |
300 |
阴离子性 |
参考标记列表
100 设备
101 定量加料单元
102 管线
103 放射性密度计
104 光学浸没式传感器
105 电磁流量计
106 聚合物溶解单元