CN104274999A - 一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其利用固体絮凝介质的表面物理与化学性质，促使水相或水体中的胶体或固体微粒或乳化相包覆的固体微粒在水相或水体中失稳，进而与水相或水体分离。所述固体絮凝介质具有一定形状，能中和水相或水体中胶体或固体微粒的表面电荷，降低或消除胶体或固体微粒间的排斥力，也能破坏乳化相，使被乳化相包覆的固体微粒失稳，进而在固体絮凝介质的表面吸附力作用下使胶体或固体微粒发生絮凝作用，促使微细的固体颗粒结合成较大的颗粒或聚集体，从而达到促进沉降分离的效果。本发明在无需使用絮凝剂的条件下，达到不亚于甚至优越于使用絮凝剂的沉降分离的速度、效率和效果。

Description

一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法

技术领域

本发明涉及一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，属于沉降分离技术领域。

背景技术

工业生产或环境工程过程中，普遍存在水相或水体中含有胶体或固体微粒的情况，需将水相中含有的固体微粒与水相分离。通常采用的方法有：①过滤分离的方法；②自然沉降分离的方法；③自然沉降后再将底流过滤分离的方法。方法①工业生产上一般通过过滤设备实现，例如：厢式压滤机，带式过滤机，离心过滤机，圆盘过滤机，转鼓过滤机等，过滤分离对于一般固体微粒(直径大于5微米)的分离效果较好。过滤分离分离出的固体含水份较低，缺点是动力消耗大，固体微粒的直径越小，动力消耗越大，分离效率和效果也随之变差。方法②工业生产设备一般是采用浓密机或沉降槽。对于沉降速度较快的固体颗粒效果显著，对于微粒较小或难于沉淀的颗粒，沉降速度较慢，有些悬浮微粒很难自热沉降分离，需添加絮凝剂，以加快颗粒的沉积速度。沉降分离动力消耗较低，缺点是分离出的泥浆含水份较高。为保证分离效率和效果，对水相或水体中的固体微粒的含量有限制性要求，一般要求含固体量在8％至18％之间。方法③是工业生产中通常采用的方法，可有效减少动力消耗，缺点是需消耗化学试剂以起到絮凝的作用，同样有对料浆的含固体量的限制性要求。

固体微粒在水相中的沉降速度是沉降设备处理能力的决定性因素。加入絮凝剂会加快固体微粒的沉降速度，是因为絮凝剂可中和胶体或固体微粒的表面电荷，降低或消除颗粒间的排斥力，使颗粒结合在一起，组成较大的结合体。絮凝剂的选择和其作用效果受多因素影响，一般是通过试验研究进行筛选确定。研究在不使用絮凝剂的条件下，促使固体微粒在水相或水体中迅速沉降的方法，是本发明的基本思路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效促进胶体或固体微粒或乳化相包覆的固体微粒在水相或水体中沉降分离的方法。主要用于需将水相或水体中的胶体或固体微粒或乳化相包覆的固体微粒与水相分离过程，通过沉降达到固体与水相分离的目的，在无需使用絮凝剂的条件下，达到不亚于甚至优越于使用絮凝剂的沉降分离的速度、效率和效果。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其利用固体絮凝介质的表面物理与化学性质，促使水相或水体中的胶体或固体微粒或乳化相包覆的固体微粒在水相或水体中失稳，进而与水相或水体分离。所述固体絮凝介质具有一定形状，能中和水相或水体中胶体或固体微粒的表面电荷，降低或消除胶体或固体微粒间的排斥力，也能破坏乳化相，使被乳化相包覆的固体微粒失稳，进而在固体絮凝介质的表面吸附力作用下使胶体或固体微粒发生絮凝作用，促使微细的固体颗粒结合成较大的颗粒或聚集体，从而达到促进沉降分离的效果。

进一步的，所述固体絮凝介质的选择以表面能高、吸附能力强、中和水相或水体中胶体或固体微粒所带电荷能力强、破坏乳化相能力强为选择原则。

进一步的，所述固体絮凝介质加工或筛选出一定的形状，例如球体形状或类球体形状或柱体形状或环状或片状或薄膜状或丝状或纤维状。

进一步的，所述固体絮凝介质可以是陶瓷材料或金属材料或塑料或无机盐或矿石或砂石。

进一步的，所述固体絮凝介质优选为氧化铝陶瓷、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、尼龙、不锈钢、石英砂、鹅卵石、焦炭、煤渣中的任意一种或二种或二种以上。

进一步的，所述固体絮凝介质的添加量与作业方式和絮凝作用时间密切相关，间断作业或连续作业都必须保证固体絮凝介质与待固液分离的料浆的接触时间，即絮凝作用时间，所述絮凝作用时间一般在5分钟至60分钟之间。

进一步的，将所述固体絮凝介质放入沉降分离设备中，将含有胶体或固体微粒或乳化相包覆的固体微粒的料浆加入其中，使料浆与固体絮凝介质充分接触，待固液分离的料浆会在絮凝介质的作用下迅速沉降与水相或水体分离。

进一步的，当待固液分离的料浆含固量较高或粒度分布较大或粒度较细时，为了促进分离，沉降分离设备可以配套辅助机械搅拌装置或空气搅拌装置，机械搅拌速度应缓慢，空气搅拌应控制通气量，机械搅拌装置或空气搅拌装置的搅拌均应设计为间歇式。

进一步的，所述料浆优选从固体絮凝介的下部加入沉降分离设备中，并从固体固体絮凝介的上部流出沉降分离设备。

进一步的，沉降分离设备还可以配套设计一由流量监测系统、底流监测系统和上清监测系统组成的监测系统，其中，流量监测系统用于在线监测和控制待固液分离料浆的流量，底流监测系统用于在线监测和控制底流的液固比，上清监测系统用于在线监测和控制上清液是否满足设计要求。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

①沉降分离效率高，效果好。②无需添加絮凝剂，或其它化学试剂。③对各种物理性质的胶体或悬浮颗粒或固体微粒均具有良好的絮凝作用或促进沉降的效果，适应性强。④运行成本低。⑤对于精细产品，不会造成污染。⑥对水相或水体中的含固量无限制性要求，各种液固比的料浆均具有良好的处理效率和效果。⑦低流料浆含固量高。⑧加入的固体絮凝介质有效抑制了水相或水体的湍流或涌动，有利于沉降分离。

具体实施方式

按照本发明提供的一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其利用固体絮凝介质的表面物理与化学性质，促使水相或水体中的胶体或固体微粒或乳化相包覆的固体微粒在水相或水体中失稳，进而与水相或水体分离。具体来说，固体絮凝介质具有一定形状，能中和水相或水体中胶体或固体微粒的表面电荷，降低或消除胶体或固体微粒间的排斥力，也能破坏乳化相，使被乳化相包覆的固体微粒失稳，进而在固体絮凝介质的表面吸附力作用下使胶体或固体微粒发生絮凝作用，促使微细的固体颗粒结合成较大的颗粒或聚集体，从而达到促进沉降分离的效果。

优选的，固体絮凝介质的选择以表面能高、吸附能力强、中和水相或水体中胶体或固体微粒所带电荷能力强、破坏乳化相能力强为选择原则。固体絮凝介质可以是单一的材质，也可以是二种或二种以上材料的混合体。只要能够起到本发明技术原理的作用效果的材料即可。可以是陶瓷材料或金属材料或塑料或无机盐或矿石或砂石等。如氧化铝陶瓷，聚氯乙烯(PVC)，聚丙烯(PP)，尼龙，不锈钢，石英砂，鹅卵石，焦炭，煤渣等。针对具体工况条件选择合适的固体絮凝介质。固体絮凝介质应具有一定的形状，例如球体形状或类球体形状或柱体形状或环状或片状或薄膜状或丝状或纤维状，固体絮凝介质的形状和尺寸以有利于分离效率和效果为原则。一般球体形状或类球体形状或柱体状的当量直径在1mm至50mm之间。丝状的丝直径在0.1mm至10mm之间。纤维状的纤维直径在0.01mm至0.1mm之间。固体絮凝介质的添加量与作业方式和絮凝作用时间密切相关。间断作业或连续作业都必须保证固体絮凝介质与待固液分离的料浆的接触时间，即絮凝作用时间。絮凝作用时间一般在5分钟至60分钟之间。连续作业时需调整固体絮凝介质在设备中的添加高度及待固液分离的料浆穿流经过固体絮凝介质的流速，以保证必要的絮凝作用时间。

优选的，沉降分离设备的主要作用是承载固体絮凝介质和待固液分离的料浆。在沉降分离设备内，实现固体絮凝介质对待固液分离的料浆的促进沉降分离作用。沉降分离设备可以是浓密机或沉降槽，也可以是专门设计的装置。视具体工况和要求而定。结构设计要有利于絮凝后的固体微粒的低流浓缩料浆的分离。当待固液分离的料浆含固量较高或粒度分布较大或粒度较细时，为了促进分离，沉降分离设备可以配套辅助机械搅拌装置或空气搅拌装置，机械搅拌速度应缓慢，空气搅拌应控制通气量，机械搅拌装置或空气搅拌装置的搅拌均应设计为间歇式。固体絮凝介质可以添加在沉降分离设备，即浓密机或沉降槽或专门设计的装置的底部，中部或上部。待固液分离的料浆可以间断加入也可以连续加入；连续加入时，可以下进上出，也可以上进下出；由浓密机或沉降槽或专门设计的装置的底部或中部即在添加的固体絮凝介质层的下部加入，上部流出为佳。

为保证分离效果和便于操作，沉降分离设备或体系还可以配套设计一由流量监测系统、底流监测系统和上清监测系统组成的监测系统，其中，流量监测系统用于在线监测和控制待固液分离料浆的流量，底流监测系统用于在线监测和控制底流的液固比，上清监测系统用于在线监测和控制上清液是否满足设计要求。

下面结合几个具体实例来对本发明作进一步详细说明。

实例一将河道污泥1000g用水分别调成含固量15％(L1)和25％(L2)的料浆。将氧化铝陶瓷球和聚氯乙烯塑料颗粒子按体积比1∶1混合均匀，组成固体絮凝介质A。将二份等体积的固体絮凝介质A分别加入到有机玻璃(或其它透明材料)加工制作的浓密机或沉降槽C11和C21中，浓密机或沉降槽C12和C22中不加絮凝介质A。然后，分别将上述L1加入到C11和C12中；分别将上述L2加入到C21和C22中；静置，观察可见，C11和C21水相中的固体微粒开始絮凝澄清，上清液清澈时，C12和C22中仍然是混浊的料浆。

实例二将河道污泥5000g用水调成含固量15％(L1)的料浆。将氧化铝陶瓷球和聚氯乙烯塑料颗粒子按体积比1∶1混合均匀，组成固体絮凝介质A。将固体絮凝介质A加入到有机玻璃(或其它透明材料)加工制作的浓密机或沉降槽C1中，添加高度500毫米，添加位置在C1的中上部，然后，按流速1000毫米/小时，从C1下部，即固体絮凝介质A添加层的下部加入L1，由固体絮凝介质A添加层的上部流出至容器V1；浓密机或沉降槽C2中不加固体絮凝介质A。按流速1000毫米/小时，从C2下部加入L1，上部流出至容器V2；观察可见，V1为清澈的水上清液；V2仍然是混浊的料浆。

实例三取锌冶炼厂除铁工序的铁渣1000g，用水调成含固量25％的料浆(L1)。将氧化铝陶瓷球和聚氯乙烯塑料颗粒按体积比1∶1混合均匀，组成固体絮凝介质A。将固体絮凝介质A加入到有机玻璃(或其它透明材料)加工制作的浓密机或沉降槽C11中，浓密机或沉降槽C12中不加固体絮凝介质A。将上述L1加入到C11和C12中。静置，观察可见，C11水相中的固体微粒开始絮凝澄清，上清液清时，C12中仍然是混浊的料浆。

实例四取平均粒径4微米草酸钴300g，平均粒径0.5微米草酸钴300g，平均粒径0.1微米碳酸钴300g，混合后用水调成含固量15％的料浆(L1)。将电炉冶炼渣、热电厂的煤灰渣按体积比1∶1混合均匀，组成固体絮凝介质A。将固体絮凝介质A加入到有机玻璃(或其它透明材料)加工制作的浓密机或沉降槽C11中，浓密机或沉降槽C12中不加固体絮凝介质A。将上述L1加入到C11和C12中。静置，观察可见，C11水相中的固体微粒开始絮凝澄清，上清液清时，C12中仍然是混浊的料浆。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其特征是：

利用固体絮凝介质的表面物理与化学性质，促使水相或水体中的胶体或固体微粒或乳化相包覆的固体微粒在水相或水体中失稳，进而与水相或水体分离；

所述固体絮凝介质具有一定形状，能中和水相或水体中胶体或固体微粒的表面电荷，降低或消除胶体或固体微粒间的排斥力，也能破坏乳化相，使被乳化相包覆的固体微粒失稳，进而在固体絮凝介质的表面吸附力作用下使胶体或固体微粒发生絮凝作用，促使微细的固体颗粒结合成较大的颗粒或聚集体，从而达到促进沉降分离的效果。

2.根据权利要求1所述一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其特征是，所述固体絮凝介质的选择以表面能高、吸附能力强、中和水相或水体中胶体或固体微粒所带电荷能力强、破坏乳化相能力强为选择原则。

3.根据权利要求1所述一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其特征是，所述固体絮凝介质加工或筛选出一定的形状，例如球体形状或类球体形状或柱体形状或环状或片状或薄膜状或丝状或纤维状。

4.根据权利要求1所述一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其特征是，所述固体絮凝介质可以是陶瓷材料或金属材料或塑料或无机盐或矿石或砂石。

5.根据权利要求1所述一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其特征是，所述固体絮凝介质优选为氧化铝陶瓷、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、尼龙、不锈钢、石英砂、鹅卵石、焦炭、煤渣中的任意一种或二种或二种以上。

6.根据权利要求1所述一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其特征是，所述固体絮凝介质的添加量与作业方式和絮凝作用时间密切相关，间断作业或连续作业都必须保证固体絮凝介质与待固液分离的料浆的接触时间，即絮凝作用时间，所述絮凝作用时间一般在5分钟至60分钟之间。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其特征是，将所述固体絮凝介质放入沉降分离设备中，将含有胶体或固体微粒或乳化相包覆的固体微粒的料浆加入其中，使料浆与固体絮凝介质充分接触，待固液分离的料浆会在絮凝介质的作用下迅速沉降与水相或水体分离。

8.根据权利要求7所述一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其特征是，当待固液分离的料浆含固量较高或粒度分布较大或粒度较细时，为了促进分离，沉降分离设备可以配套辅助机械搅拌装置或空气搅拌装置，机械搅拌速度应缓慢，空气搅拌应控制通气量，机械搅拌装置或空气搅拌装置的搅拌均应设计为间歇式。

9.根据权利要求7所述一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其特征是，所述料浆优选从固体絮凝介的下部加入沉降分离设备中，并从固体固体絮凝介的上部流出沉降分离设备。

10.根据权利要求7所述一种有效促进水相中固体微粒沉积的方法，其特征是，沉降分离设备还可以配套设计一由流量监测系统、底流监测系统和上清监测系统组成的监测系统，其中，流量监测系统用于在线监测和控制待固液分离料浆的流量，底流监测系统用于在线监测和控制底流的液固比，上清监测系统用于在线监测和控制上清液是否满足设计要求。