NO328623B1 - Fremgangsmate og innretning for kontinuerlig behandling av hydrofilt slam eller dynn. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en innretning for kontinuerlig behandling av hydrofilt slam og dynn, for å muliggjøre ny anvendelse innenfor jordforbedring og i bygningsmaterialsystemer.

Oppfinnelsens tekniske område er fremstilling og utstyr for behandling av slam og dynn.

Fra EP 261 822 A2 er det kjent en fremgangsmåte og en anordning for å behandle et vandig materiale, for eksempel slam. Slammet utsettes for turbulens i forbindelse med oksydasjon, hvoretter væsken utsettes for en flottasjon.

US 4 464 257 Al omtaler en anordning som benyttes ved behandling av slam. I forbindelse med dette patentet ble slammet utsatt for lufting, deretter tilsettes additiver og en-delig blir materialet awannet.

De omtalte produktene blir tradisjonelt dehydratisert ved fordamping, ved sentrifugering eller ved filtrering for å separere faststoffandelen fra den flytende andel.

Når det gjelder fordamping blir produktene varmet opp for å trekke av den flytende fase.

Ved filtrering blir væske- og fastfasene separert. Filtrering er den mest benyttede meto-de for behandling. Disse teknikker er vakuumfilfrering, trykksatt filtrering i kammere tettet av fritere, kammerplatepresser, membranplate- eller automatiske presser, og også trykkstrimmelfiltere, friksjonspresser eller sentrifugepresser.

Når de benyttes i praksis har disse teknikker et relativt lavt utbytte på grunn av de fysis-ke karakteristika for vannet i produktene som skal behandles. Vann foreligger i to for-mer, enten fritt eller fanget i den faste struktur. Utbyttene fra disse innretninger forbed-res ofte ved tilsetning av flokkuleirngsmidler eller koaguleringsadditiver.

Effektiviteten for disse fordampingsteknikker og filtreringsteknikker er begrenset på grunn av teksturen for de behandlede produkter. Slam og dynn er produkter med flytende og faste faser og som vanskelig dissosieres på grunn av nærværet av kolloidstoffer. Molekyler med meget liten dimensjon utgjør disse materialer, dimensjonene er mindre enn en tiendedels mikrometer og disse er meget vanskelige å dekantere i vann og samle i hydrofile pakker i faststoffandelen. På grunn av denne høye vannretensjonseffekt for-hindrer disse materialer effektiv dehydratisering av slammet og dynnet som derfor for-blir meget fuktig, tungt og ikke-porøst og med komplisert og delikat kvalitetsforbedring, særlig innenfor landbruksområdet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en innretning for kontinuerlig behandling av et produkt omfattende hydrofilt slam eller dynn, fortrinnsvis inneholdende minst 70 % vann, kjennetegnet ved at den omfatter en avlang kasse som gjennomløpes i longitudi-nell retning av nevnte behandlede produkt mellom minst et innløp og et utløp for det behandlede produktet, hvor innretningen også omfatter minst en åpning for innføring av trykksatt luft og minst en åpning for innføring av kjemisk additiv, og ved at den også omfatter minst en elastisk innretning plassert inne i kassen for å forårsake motstrøm og sterk turbulens i de behandlede produktene.

Formålet med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er å bøte på problem i forbindelse med separering av slam og dynn ved hjelp av en sterk innvirkning på det kolloide materialet. Med basis i dybdestudier hva angår teksturen for dette materialet og å bringe i perspektiv kvalitetsforbedirngspotensialet for disse produkter omfatter fremgangsmåten som beskrevet her serier av mekaniske sjokk, oksydasjon og kjemisk reaksjon gjennom-ført kontinuerlig i et spesielt utstyr.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en fremgangsmåte for kontinuerlig behandling av hydrofilt slam inneholdende minst 70 % vann og organiske og kolloidale materialer ved hjelp av en innretning som omtalt ovenfor, kjennetegnet ved at: i en første fase forårsakes sterk turbulens og motstrømmer i det behandlende slam og dynn ved innføring av trykksatt luft og virkningen av nevnte elastiske

innretninger i nevnte behandlede slam og dynn, og

i en andre fase forårsakes kjemiske reaksjoner på nevnte organiske og kolloidale

materialer ved innføring av kjemisk(e) additiv(er).

Slammet og dynnet som behandles med dette utstyr er sterkt hydratisert og fluid og består som nevnt av minst 70 % vann. Resten består av faste mineral- og organiske materialer der en del er det kolloide materialet. De mekaniske sjokk, oksydasjonen og de kjemiske reaksjoner virker spesielt rettet mot det kolloide materialet ved å bryte opp dette og bringe det til å reagere med en reagens for å modifisere dets form og å trekke av strukturvann. Dette materialet, hydrofilt ved begynnelsen, forenes med resten av den faste, hydrofobe fraksjon, takket være behandlingen som derved letter dissosieringen av de to faser, den flytende og den faste fase.

De behandlede produkter er organiske, hydrofile produkter med en mengde av organisk materiale som ofte er større enn 40 % av den totale andel av tørrstoffet, for eksempel slam fra rensestasjoner og avløp fra næringsmiddelindustrien, bryggerier, slaktehus, meierier, tapperter, klekkerier, men også hydrofile mineralprodukt der det organiske materialet også kan gå over 40 %, for eksempel dreneringsslam og -dynn fra elver, kanaler, dammer, sjøer, holdebasseng, havner eller sogar fibrøst slam fra papirfremstil-lingsindustrien.

Den følgende beskrivelse henviser til de vedlagte diagram som illustrerer en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen. Figur 1 er en tegning av utstyr for å gjennomføre fremgangsmåten; og

Figur 2 er et snitt av utstyret som vist i figur 1 langs linjen A-A.

Utstyret er en kasse med parallellepipedisk form, delt i hule rom 6 som er adskilt av vegger som tillater overføring 9 av materialet fra ett rom til det neste og som også på minst en av flatene er utstyrt med elastiske midler 7 i stand til å forårsake sterk turbulens ved motstrømmer inne i hvert rom.

Hvert hule rom er åpent mot det ytre ved hjelp av minst en sirkulær åpning 2 og 3 for forbindelse med en kompressor, en pumpe eller annet tilsvarende utstyr. Kassen har langstrakt form. Endedelene er utstyrt med innløp 1 for produkt for behandling samt utløp 4 for behandlede produkter.

I den nedre del er utstyret utstyrt med filtreringsmidler for å trekke av en del av den flytende fase under dens løp i kassen. Filtreringen gjennomføres ved hjelp av en tekstil-struktur 8 som opptar overflaten av minst ett rom. Evakuering gjennomføres ved tyng-dekraft under utstyret. Avhengig av de behandlede produkter er denne tyngdekraftsav-trekking 5 åpen eller lukket mot avløp. Utstyret består av rustfritt stål for derved å trekke fordel av den katalytiske virkning av Fe<3+> ioner. Utstyret arbeider uten begrensning på strømningshastigheten ved tilpasning av dimensjonene. Utstyret består for eksempel av en hul kasse med parallellepipedisk form som karakteriseres ved et lite overflate-tverrsnitt på tvers av strømningsretningen og en betydelig lengde parallelt med strøm-ningsretningen, fortrinnsvis minst 3 ganger lengden av den lengste side av snittet på tvers av strømningsretningen.

Metoden omfatter to faser: en fase der mekaniske sjokk og oksydasjon forårsakes på materialet, og en fase der kjemiske reaksjoner utløses ved tilsetning av additiver. De to faser er konsekutive. Fremgangsmåten virker kontinuerlig uten noen oppholdsfase.

Produktene som skal behandles innføres i utstyret ved den ene enden. De underkastes en fase med sterk turbulens, forårsaket av innføring av trykkluft og videre ved nærværet av elastiske midler som er festet til veggene (eller integrert i veggene) av rommene som utgjør utstyret. Vegger posisjonert loddrett på strømningsretningen definerer disse hule rom. Disse vegger som sikrer strømmen av produktene er også gjennomhullet og utstyrt med elastiske midler som forårsaker motsattrettede strømmer av materiale og som en konsekvens de ønskede sjokk. Motstrømmene som forårsaker sjokk på bestanddelene i materialene bryter således opp den kolloide masse og gjennomfører autofiltrering av produktet mellom de forskjellige fraksjoner ved å indusere en screening mellom væske-og faststoff-fraksjoner. Disse effekter letter således separering av den faste og den flytende fase. Den tvungne og turbulente beluftning bidrar til sterk oksydasjon av materialet. Virkningen av beluftningen på produktene er å ødelegge de anaerobe mikroorga-nismer som kan ha dannet seg i produktene.

Produktet passerer fra ett rom til det andre og mister energi og vann.

Vannfasen passerer over en filtreringstekstilsrruktur som befinner seg i bunnen av hvert rom. Disse filtreringsstrukturer kommuniserer for å tillate at vann tappes ut via en mun-ning som befinner seg ved bunnen av utstyret. Produktet fortsetter sin vei i utstyret, om-rørt ved turbulens og trykket blir svakere og svakere. Flytende eller faste additiver inn-føres og trekker fordel av et relativt fall i trykk inne i utstyret. Disse additiver med koa-gulerende egenskaper består av jernklorid, jernsulfat, jern III sulfat, aluminiumsulfat, klorjernsulfat, polymerflokkulanter, natriumsilikat, natriumaluminat og sterke baser, pulverformig lime, magnesiumlime, ulesket kalk, kaustisk natriumhydroksyd og magne-siumoksyd, eller en blanding av minst to av disse produkter.

Disse additiver som påvirker det faste materialet, bader i et oksydert medium for å modifisere de makroskopiske og mikroskopiske strukturer. Koagulanter og flokkulanter skaper de nødvendige, elektromagnetiske betingelser for å aggregere de faste, hydrofobe partikler for å øke granuleringen av den faste fraksjon. Sterke baser, koagulanter og flokkulanter opptrer som kjemiske reagenser og ioniske katalysatorer. Disse additiver produserer en reaksjon på de organiske materialer og på det kolloide materialet hvorfra de makroskopiske strukturer er brukket opp i de godt luftede, tidligere gjennomløpte rom. Aksellerert ved gunstige, elektromagnetiske betingelser som tilveiebringes av bi-draget av metallioner inntrer syre-base- og oksydering-reduksjonsreaksjoner med en begunstigelse for oksydasjon og tillater således mineralisering av en del av de ioniserte strukturer av det organiske materialet og av det kolloide materialet. Konsekvensen av å øke hydrogenpotensialet til meget høye verdier, 10 til 12, er å ødelegge de aeroe mikro-organismer som kan ha dannet seg i produktene.

Dannelsen av makroskopiske, hydrofobe konglomerater og mikroskopiske mineral-strukturer fører også til en reduksjon av densiteten i den faste fraksjon ved innføring av et porøst, lakunært vakuum.

Takket være den intense, aerobe omrøring og tilsetning av reagenser, medfører utbyt-tingskapasiteten egnet oksygenabsorpsjon og irreversibel oksydasjon av positive og metalliske ioner som arbeider mot den ønskede stabilitet for materialet.

Molekylene som dannes under en mer eller mindre forlenget tilstand av oksygenmangel overføres således til sin oksyderte form. Ammoniakk NH3 overføres til nitrat NO3, hy-drogensulfid H2S overføres til sulfidisk surt H2SO3. Metan CH4 overføres til karbon-dioksyd CO2 og til vann H2O.

Fremgangsmåten avgir ingen uønsket lukt. Heller ikke gjør sluttproduktet det.

De vanlige og tunge metaller som finnes i produktet som behandles i ionisert form over-føres til sine respektive oksyder.

Produktene trer ut fra utstyret ved enden motsatt innløpet. De strippede gasser CO2 og NO3 slipper ut fra utstyret sammen med det behandlede produkt. Det behandlede produkt er fremdeles blandet med vann der hovedandelen nå foreligger i interstitiell form. I denne form blir vannet lett å trekke av ved fordamping, avhelling, sentrifugering eller ved pressing av produktet.

Produktene som oppnås etter behandling kan selges for forskjellige formål. På land-bruksfeltet blir produktet et porøst område med jord i stand til å forbedre humusleire-kompleksene i jorden på grunn av det lave innhold av tungmetaller, kobber, sink, bly, kadmium, nikkel, kvikksølv eller selen. På området erstatningsmaterialer kan produktet, hvis det stammer fra et i utgangspunktet sterkt mineralisert produkt eller hvis det blir mineralisert ved metoden, anvendes i industrielle produksjonsprosesser for bygnings-sten, byggeblokker og andre konstruksjonsmaterialer.

Eksempel:

Behandlingsutstyret består av en stålbeholder som er 10 m lang og 2 m i diameter i hvilken det er plassert 2 vegger som er skåret ut slik at passasjetverrsnittet for hvert ut-skårne stykke som dannes i veggen beskriver en spiral slik at hver vegg sikrer en over-føringsfunksjon for slammet som skal behandles fra ett rom til naborommet, så vel som elastiske midler som bevirker generering av sjokk og motstrømmer.

Dette utstyr ble utstyrt med to Arkimedes-skruer for avtrekking og overføring av slam etter behandlingen. Hele utstyret veiet 14 tonn i tom tilstand.

Utstyret omfattet en lavtrykkskompressor som leverte en luftstrøm i en mengde av 1.000 m<3>/time ved et trykk på 1,7 bar absolutt, og 2 systemer for dosering og overføring av reagenser til beholderen.

Det hele ble matet av en elektromotorisk gruppe med en energi på 70 kW.

Det ble benyttet to typer reagenser: lesket kalk Ca(OH)2 i en andel på 5 % av mengden organisk stoff i slammet som trer inn i utstyret, og en kationisk polymer i en andel på 0,05 % av mengden av tørrstoff (organisk og mineralmateriale) inneholdt i slammet som trer inn i utstyret.

Veggene lokalisert i beholderen ble plassert loddrett på slamstrømmen (og på beholde-rens lengdeakse).

Disse avgrenset tre suksessive rom. I det første, anbragt i strømningsretningen for slammet, ble det, adskilt fra slammet, innført trykkluft og kalk i vandig oppløsning. Po-lymeren i vandig oppløsning ble innført i det andre rom. Dekantering av tunge stoffer, trukket av ved hjelp av Arkimedes skruene ved bunnen av beholderen, var anordnet i det tredje. Vannet som ble separert fra den faste fraksjon ble trukket av fra det tredje rom ved overløp.

Slammet med en densitet på 1,15 trådte inn i en mengde av 407 nrVtime eller 450 tonn/time. Det hadde en faststoffandel (densitet 2,5) på 10 masse-% av det innkommen-de slam eller 45 tonn/time eller 18 mVtime.

Mengden organisk materiale inneholdt i det faste materiale var en andel på 10 % eller 4,5 tonn/time, resten av fastmaterialet var mineralmaterialer.

Det ble innført 1000 m<3>/time luft under et trykk på 1,7 bar, 225 kg/time lesket kalk og 22,5 kg/time polymer.

Etter dekantering og ekstrahering ved hjelp av Arkimedes-skrue ble det oppnådd et slam med en densitet på 1,7 i en mengde av 40 m<3>/time eller 67 tonn/time. Det behandlede slam som forlot utstyret inneholdt 45 tonn/time eller 18 nrVtime fast materiale eller 22 tonn/time eller 22 n<r>Vtime vann med densitet 1.

Etter hvert som det passerte over overløpet fra beholderen ble det oppnådd vann adskilt fra den faste fraksjon i en mengde av 383 tonn/time eller 383 m<3>/time. Dette vann inneholdt en faststoffandel på 0,02 % eller 77 kg/time.

Claims (13)

1. Innretning for kontinuerlig behandling av et produkt omfattende hydrofilt slam eller dynn, fortrinnsvis inneholdende minst 70 % vann, karakterisert ved at den omfatter en avlang kasse som gjennomløpes i longitudi-nell retning av nevnte behandlede produkt mellom minst et innløp og et utløp for det behandlede produktet, hvor innretningen også omfatter minst en åpning for innføring av trykksatt luft og minst en åpning for innføring av kjemisk additiv, og ved at den også omfatter minst en elastisk innretning plassert inne i kassen for å forårsake motstrøm og sterk turbulens i de behandlede produktene.

2. Innretning ifølge krav 1, hvor innretningen omfatter minst to hule kammere (6) separert av en vegg som tillater overføring (9) av materialet fra ett kammer til det andre.

3. Innretning ifølge krav 2, hvor nevnte elastiske innretning er sammenhengende med nevnte vegg, som separerer de to kammerne for å forårsake mekaniske sjokk og hydrau-lisk turbulens i minst ett av de nevnte kammerne.

4. Innretning ifølge krav 3, hvor nevnte vegg er gjennomhullet og plassert perpendikulært på aksen av kassen og på strømmen av de behandlede produktene.

5. Innretning ifølge krav 1, hvor kassen har en seksjon på tvers av strømmen og en lengde parallell med strømmen som måler 3 ganger lengden av den lengste siden av seksjonen på tvers av strømmen.

6. Innretning ifølge krav 1, hvor kassen også omfatter en filtreringsinnretning.

7. Innretning ifølge krav 6, hvor seksjonen på tvers av strømmen har en liten overflate.

8. Fremgangsmåte for kontinuerlig behandling av hydrofilt slam inneholdende minst 70 % vann og organiske og kolloidale materialer ved hjelp av en innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at: i en første fase forårsakes sterk turbulens og motstrømmer i det behandlende slam og dynn ved innføring av trykksatt luft og virkningen av nevnte elastiske innretninger i nevnte behandlede slam og dynn, og i en andre fase forårsakes kjemiske reaksjoner på nevnte organiske og kolloidale materialer ved innføring av kjemisk(e) additiv(er).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvor det i nevnte første fase forårsakes sterk oksidasjon av materialet og de kolloidale massene inneholdt deri brytes opp.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvori det i den andre fasen innføres koaguleringsmiddel-additiver og flokkuleringsmidler.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvor det under forløpet av nevnte første eller andre fase innføres sterke baser for å mineralisere det organiske materialet og det kolloidale materialet.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor det utføres en økning i pH-verdier varierende fra 10 til 12.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvor vannet og det behandlede slammet eller dynnet se-pareres etter nevnte andre fase ved inndampning, drenering, sentrifugering eller ved pressing av nevnte produkter.