採用板式過濾器(壓濾器)使淤泥脫水的方法
2024-04-05 11:47:05 1
專利名稱：採用板式過濾器(壓濾器)使淤泥脫水的方法
技術領域：
本發明涉及一種泥漿脫水的方法，尤其涉及採用壓濾器進行廢水處理時的城鎮淤泥的脫水方法，特別涉及在泥漿調製時採用水溶性多電解質作絮凝助劑並籍助箱式壓濾器和膜式壓濾器使淤泥脫水的方法。
除了農業應用之外，通過淤泥焚燒或脫氣和氣化的熱處理以及主要通過掩埋來達到必要的淤泥處置。
淤泥的組成中水的含量很高，這樣，在掩埋以及在熱處理時，泥漿中的固含量至少應通過一種機械脫水工序，尤宜採用篩式壓帶器、離心機或用壓濾加以提高。特別是為改善壓濾器的脫水，要求將通過增稠預濃縮的泥漿再經另一次處理調製。為此籍助有機聚合物絮凝助劑，尤宜用高分子陽離子多電解質絮凝，然後以間歇方式用箱式壓濾器或膜式壓濾器脫水。
按照EP-B-19176脫水可分兩步進行。絮凝的泥漿首先在篩鼓中或單獨的篩帶上脫水，並收集在中間容器中，然後經活塞膜式泵或偏心螺杆泵送入箱式壓濾器，並在壓力達15bar下過濾。經過這種預脫水，使流程的特徵在於箱式壓濾器的裝料時間短。但是，這個優點卻被第一個工序所需的措施和時間所抵消。
V．Zees，T．Clausdorf和G．Gerardts在gfw-wasser／abwasser126(1985)S．124-130中作了補充陳述，即在泥漿調製和上清液分離之後，絮凝的泥漿在箱式過濾器中只能有限脫水，因為不能達到為此所必需的絮凝穩定性。
根據K．J．Thomé-Kozmiensky，「淤泥脫水」，TK-VerlagK．J．Thomé-K．，Neuruppin，1998，S．266，只存在對剪切強度要求不高的情況下，淤泥用聚合物調製才對壓濾機脫水顯示優點。
EP-A-151747因此公布了一種脫水流程，在這個流程中，按泥漿的密度向送入的泥漿量定量添加絮凝劑，經過這樣處理的泥漿直接送入箱式過濾器。壓濾3小時，從壓濾器的卸料中乾物質含量達30-40％(重量)。
此外，這種操作方式不包含一不利的過程，在壓濾期間難與泥漿絮凝物分離的水基本上未除去，而是絮凝的泥漿混合物中經過形成絮凝已與混濁物分離的水要經形成的並在壓力作用下緻密的有過濾作用的層過濾。因此，這種基於箱式壓濾器的廣泛用於淤泥脫水的方法具有明顯的技術和經濟缺點。
DE-OS-38 20 110敘述了一種方法，其中至少採用兩種具有高分子量和低分子量的有機聚合物絮凝助劑處理淤泥，而且經絮凝的泥漿再用箱式壓濾機部分脫水。
按照WO 88／03048，預脫水用分層排列的篩式傳送帶實現，泥漿以篩式傳送帶而不用泵送入泥漿倉。
美國專利4，861，492提出了另一種方法，其中淤泥用聚合物絮凝助劑絮凝、澄清，然後保持至少2分鐘長的靜置階段，不加機械負荷。然後傾析澄清的廢水，變稠的泥漿再添加絮凝助劑並用壓濾器脫水。這種方法需要為傾析提供附加操作費用以及消耗時間和助劑以穩定絮凝狀態。
另一方法是根據Chem．Ing．Techn．(化學工程技術)66，Nr．9(1994)S 1222，1223，該方法在耐壓的絮凝反應器中實現預先加有浮選煤和灰的淤泥的壓力絮凝，絮凝的泥漿勿需另外的機械推動進入壓濾器，同時應保證整個進料循環的最低過濾阻力。
J．T．Shah在44 th Purdue Industrial Waste ConferenceProceedings(工業廢水會議文集)，1990，LewisPublishers，Inc．，Chelsea Michigan 48118，1989(1990)，S．513-518中報導了通過在脫水過程中逐級升高壓力的方式使以箱式壓濾器脫水的流程最優化的可能性，而且可提高濾餅固含量。
DE 93 07712 U1敘述了淤泥脫水壓濾器的一種特殊結構，其中二級加壓所用的壓縮空氣緊接著用於吹卸經脫水的泥漿。採用這種泥漿脫水壓濾器可降低高的壓縮空氣耗量。
DE 9320903U1敘述了一種用於液體，特別是遊泳池排水的過濾裝置，其中要過濾的液體從一個容器吸出，通過有淤積的過濾層的過濾元件。通過這種過濾裝置的結構形式，淨化操作，以及用過的過濾助劑的去除和處置應該得到改善，為此所需的水量亦將減小。
DE 36 17519A1敘術字一種用於從預澄清的飲料液體中去除殘留雜質的方法和設備，其中利用了帶過濾助劑的淤積層的壓濾器。可再生的過濾助劑層結構應視為該發明的實質，而且過濾助劑層的淤積是在一定的流速下進行的。壓濾機的過濾是按通常方式在壓力下實現。
DE 41 19167 A1敘述了一種用於獲得對設計和計算壓濾機具有實質性意義的特性值和參數的方法以及實施這種方法的設備。這裡涉及一種測量方法，其中在過濾室施加與迄今的過濾壓力相當的靜水壓力，連續監測這個靜水壓力以便探測表徵過濾過程終點的壓差。
US-PS5，275，740敘述了一種用於控制壓濾器內泥漿壓力的方法和設備，特別是控制逐步自動進行的過濾循環的終點壓力，其目的在於優化壓濾機的進料過程和保持恆定的泵壓。這裡壓濾器中的過濾亦是按現有技術的已知方式實現的。
JP 0712 4600敘述了一種用於處理有機泥漿的方法和設備，其中有機泥漿首先用一種有機聚合物絮凝劑絮凝，然後在壓濾機上籍助重力過濾，即僅在過濾機的靜水壓力下使送入的泥漿脫水。
城鎮泥漿由於其有機和礦物組分的數量和類型不同以及性質經常波動，這些影響其脫水的行為，特別是在分散的固體物質用有機絮凝助劑絮凝及在過濾時的脫水行為。因此，特別是城鎮泥漿用有箱式壓濾機脫水要求對方法的各個過程進行優化並使其相互匹配。因此，除了選擇合適的絮凝助劑和設備之外，脫水過程要通過計算機控制系統控制，在該系統中將絮凝助劑在加壓面或吸入面配量進入淤泥泵，絮凝物的形成籍助絮凝物監測儀通過調節混合能進行優化。同樣，在進料階段和在延續時間較長的壓濾中泥漿送入箱式壓濾器要以電子控制，通過控制應避免在通常起始進料量為0．15-0．30m3泥漿／m2過濾面積／小時時出現的壓力迅速升高，因為它將引起正在形成的濾餅不可逆的強壓縮，從而影響脫水過程。這時，此方法的泥漿脫水能力最大約為6m3泥漿／m3過濾體積／小時，或者最大約為0．09m3泥漿／m2過濾面積／小時。
因此，已知的脫水方法的特徵在於，在過濾的第一階段泵傳輸的泥漿在系統中已經產生動壓頭，通過與此過程同時引起的所形成的濾餅的壓實，該動壓頭亦由於過濾阻力的增加而升高。
因此，採用箱式壓濾機的脫水方法構成複雜的過程工序或耗費大，因為過程是分開並多級地進行的。
因此本發明的目的在於，提出一種簡單的淤泥或其它類型的泥漿的脫水方法，該方法符合改善技術條件和減小費用的要求。目的具體在於，提出一種方法，用於分離經聚合物調製後淤泥中所含的沒有分散的固體物質的水，該法不影響絮凝淤泥的剪切穩定性和沒有通常由於過程工序分開進行而產生的缺點。該目的還在於同時改進平板過濾器的操作方式，使其適合於實施一種改進型脫水方法，主要是改進平板過濾器的進料過程。
根據ATV-淤泥手冊，Ernst ＆ Sohn Verlag Berlin，4．Auflage1996，S．357和358，所用的箱式壓濾機現這樣設計，不含固本物質的濾液在過濾終點經平板組件的濾液引出通道或收集通道在下部也可在上部導出。在高的比生產能力下。根據Abwassertechuik(汙水技術)，Heft2，1991，S44-48，以阻力表徵的濾液流出通道的水力學狀況是一種限制，即瓶頸。
此外，根據上面提到的ATV手冊，帶有敞開濾液出口的箱式壓濾器是眾如周知的。在這類壓濾機中，濾液通過側面流出，按慣例是從各個板的一側流出。這類箱式壓濾器特別由於在有時需要石灰調製時而產生的腐爛氣或氨的氣味煩擾而不能在淤泥脫水時應用。
現已發現，淤泥的脫水在很大程度上可用權利要求1表徵的方法加以改進。其中淤泥採用至少一種有機絮凝助劑及有時還採用另一種助劑調製，經處理過的絮凝淤泥被送入板式過濾器，下面將稱為壓濾器，可為箱式壓濾器，或膜式壓濾器或框式壓濾器。在壓濾器內實現流體靜力過濾以分離出處理過的絮凝淤泥中的水，然後部分脫水的淤泥經受壓力過濾。在流體靜力過濾的第一工序中分離出的水至少應為50％(重量)，優選至少60％(重量)，特別優選至少70％(重量)。
本發明的基本原理在於，在絮凝的淤泥的流體靜力過濾時，絮凝淤泥混合物中基本上不含分散固體的水在板式過濾器中易於分離，所以如果將絮凝的固體組分與水一道送入箱式壓濾器就可進行上面提及的無設備壓力負荷的簡單過濾。
此外，本發明證實，在過濾過程的初始階段送入壓濾器的絮凝泥漿的量，即在流體靜力過濾期間可能比常規的壓濾器進料過程的輸入量可提高很多。
為實現本發明方法，採用的壓濾器設置有濾液流出通道，該通道可容許的最大流出流速為1．0m／sec。特別採用一類板式過濾(壓濾器)，其中濾液經大截面的濾液流道流出，或者一類板式過濾器，它具有敞開的濾液出口或敞開的濾液流出系統，該系統由各個流道和／或收集流道，有時還由另外的流道元件組成，這樣濾液流出的流速最大，可為1．0m／sec。暈種板式過濾器已有報導，但迄今用於其它目的。
此外，帶封閉式濾液流道的板式過濾器可加以修改，使其具有全部或部分或附加的敞開式濾液流道，致使濾液的給定流速值不被超過。本發明方法的其它改進，舉例而言可通過下面的措施達到，在板組件中由板的邊角孔組成的濾液收集通道的截面有時加以擴大，和／或補充開孔，宜至少部分過濾平板中靠近現有濾液流道的下側部開孔。濾液有時可通過在流出口組成的敞開式導管或流槽流出。本發明之方法亦採用DE 19707167A1的板式過濾器。
採用壓濾器使淤泥間歇脫水時總的應達到短過濾時間及高的淤泥以及不含固體物的濾液的處理量。根據本發明的方法，在進料階段，絮凝淤泥的初始進料量至少為0．3m3泥漿／m2過濾面積／小時，優選0．35-0．70，特別優選0．40-0．60m3泥漿／m2過濾面積／小時。給出的進料量範圍是淤泥的絮凝行為和過濾性質以及與工藝和設備相關的限定條件的必然結果。
本方法還具有一個優點，即可將帶水的淤泥絮凝物以平緩的方式輸送到壓濾機。在進料階段終結時，絮凝淤泥通過流體靜力過濾在充料的箱中緻密，而且在整個壓濾器系統中出現壓力增高。在下一階段的壓力過濾中進料量將下降到低於0．3m3泥漿／m2過濾面積／小時至某一選定的較低值，所謂的關閉值之間的一個值上，其間板式過濾器內最高壓力調節到10-20bar範圍內，優選10-15bar。
本發明的脫水方法適用於固體物含量在0．5-15％(重量)的城鎮和／或工業泥漿。作為城鎮泥漿可用原始泥漿，超標泥漿和活化泥漿以及含礦物質的泥漿，優選腐爛泥漿及它們的混合物。照例在加稠器中預濃集的泥漿通過有機聚合物絮凝助劑以及還可加入無機的和／或有機的增效添加劑，諸如石灰、鐵鹽、灰燼、濾碴、煤粉和植物碎末如鋸末或剁碎的穀草或其混合物調製。作為有機絮凝助劑可採用水溶性和／或基本水溶性的並部分交聯的聚合物，由水溶性非離子型和／或離子型單體和共聚用單體的共聚物或三聚物呈粉末狀作為水溶液或水包水分散體或油包水分散體的形式採用。這類聚合物是帶酸基的單烯屬不飽合單體的均聚物、共聚物和三聚物，它們至少部分為鹽，或是其與二-C1-C2烷基氨基-C2-C6烷基醇的酯或其與二-C1-C2烷基氨基-C2-C6烷基胺的醯胺，它們呈質子化形式和季銨化形式，例如如EP-A113038和EP-A 13416所述，還可任選其它單烯屬不飽合單體。
作為陰離子多電解擀宜採用單烯屬不飽合羧酸和磺酸的均聚物和／或共聚物，諸如丙烯酸；甲基丙烯酸；馬來酸；亞甲基丁二酸；巴豆酸和／或其鹼金屬鹽，優選鈉鹽、鉀鹽或銨鹽；乙烯磺酸；丙烯醯胺烷基磺酸和甲基丙烯醯胺烷基磺酸，諸如2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸、2-磺基乙基甲基丙烯酸酯和苯乙烯磺酸和／或其鹼金屬鹽，優選其鈉鹽或鉀鹽或銨鹽；還有乙烯基磷酸和苯乙烯磷酸及其鹼金屬鹽，優選其鈉鹽，鉀鹽或銨鹽。
起陽離子作用的絮凝助劑優選採用例如水溶性單烯屬不飽合乙烯基化合物的均聚物和／或共聚物和／或三聚物，諸如呈質子化或季銨化形式的二烷基氨基烷基醇的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，例如二甲基氨基乙基丙烯酸酯；呈質子化或季銨化形式的二烷基氨基烷基胺的丙烯酸醯胺和甲基丙烯酸醯胺，諸如丙烯醯胺丙基三甲基氯化銨和／或丙烯醯胺丙基三甲基銨-甲基-甲磺酸鹽，優選與丙烯醯胺同時使用。本發明採用的共聚物在EP-B-228637中已有敘述。
共聚物可由上述離子型單體和非離子型的水溶性的單烯屬不飽合單體，諸如丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N-C1-C2烷基化(甲基)丙烯醯胺、以及與N-乙烯醯胺、N乙烯甲醯胺、N-乙烯醋酸醯胺、N-乙烯-N-甲基醋酸醯胺、N-乙烯吡咯烷酮形成。此外，適宜的水溶性單體有N-羥甲基丙烯醯胺、N-羥甲基-甲基丙烯酸醯胺以及與一價-C1-C4-醇部分或全部乙基化的N-羥甲基(甲基)丙烯醯胺和二烯丙基二甲基氯化銨。
同樣，該共聚物還可包括有限量的難溶於水和／或不溶於水的烯屬不飽合單體，如(甲基)丙烯酸烷基酯和乙烯酯酸酯，只要這些共聚物在水中的溶解度和可溶脹性能保持。
此外，該聚合物亦可採用交聯的至少雙反應性的單體，優選雙烯屬不飽合單體合成，這樣它們在水中可溶脹或僅有限溶解，或者該聚合物由水溶性和水可溶脹的聚合物組成。
此外，本發明還可採用水溶性或水可溶脹的由陽離子和陰離子單體，有時可由非離子型單體形成的兩親共聚物。
絮凝助劑的選擇是通過實驗室和中間2規模的淤泥絮凝試驗和脫水試驗完成的，所用絮凝助劑以0．05-0．5％的實用水溶液被使用。
本發明方法的總泥漿脫水能力達0．1-0．175m3泥漿／m2過濾面積／小時或大於6m3，優選6-12m3泥漿／m2過濾體積／小時。
另外本發明的方法的進程具有裝料時間較短的優點。壓濾機充料階段時間短就使與常規方法相比大大縮短了壓濾階段的時間，其時間與迄今的壓濾時間相比，在濾餅乾固物質含量相當時減少50-20％，優選35-25％，在本發明的方法專門利用有機聚合物絮凝助劑條件下，幹固物含量值在30-42％(重量)範圍內。
本發明的方法優選採用箱式壓濾器或膜式壓濾器實施，其中採用膜式壓濾器還帶來一些優點，特別是裝料時間更為縮短，幹固體物質含量更為提高。本發明的方法採用的壓濾機板的尺寸以每板平面的過濾面計最少為1m2，優選1-6m2，特別優選1-4m2，例如，相應過濾板的尺寸為1．0×1．0m-2．0×2．0m。
此外，本發明的脫水方法，其特徵在於，淤泥通過調製絮凝，並在流體靜力過濾中部分脫水，其方法是以現在基本可控的方式使板式過濾器的泥漿進料受到限制或者有時取消，因為主要的泥漿量在流體靜水力過濾期間是加到過濾箱中。
本發明將經下面的實施例進一步闡述。對比實施例1固體物質含量(乾物質)約為4％(重量)的城市腐爛泥漿採用Rittershaus ＆ B1echer公司的AEHIS型箱式壓濾機，建造年代1979，其特徵數據如下
泥漿調製和箱式壓濾器的進料採用Stockhausen GmbH和Co．KG．公司的計算機控制F1octronic_-系統實現。腐爛泥漿經流量測量之後籍助壓力值測量儀控制的進料泵泵入壓濾器。陽離子型絮凝助劑Praestol_853BC以0．％(重量)實用水溶液從壓力面加入，以後的混合能調節亦通過絮凝監測儀調節。壓濾器在開始以50m3泥漿／小時的初始進料量充料，相當於0．2m3泥漿／m2小時過濾面積／小時。在壓力逐步升至最大值15bar時，進料量用計算機控制到10m3泥漿／小時，在這個壓力下經88分鐘的過濾時間後結束過濾。其中壓力過濾從1bar起需要75分鐘的時間。總計28m3泥漿經4．5kg Praestol_853 BC處理並送入箱式壓濾機。泥漿脫水能力為4．2m3泥漿／m3過濾體積／小時，或0．06m3淤泥漿／m2過濾面積／小時。打開壓濾器後泥漿(濾餅)的固體物含量為32．6％(重量)。實施例1固體物含量約為4％(重量)的城鎮腐爛泥漿採用Fa Rittershaus＆ B1echer公司的AEHIS型箱式壓濾器脫水，其特徵數據與對比實施例1所述相同。箱式壓濾器設置敞開式濾液流出系統。為此，打開由過濾器板形成的下濾液流道區內為封閉濾液出口而在板框側面交錯設置的帶有盲塞的孔，使其公稱寬度擴大到DN 25(25mm)。另外，各孔皆裝有30cm長的流出管。
泥漿調製和向過濾器輸送腐爛泥漿採用對比例所述的設備並採用Floctronic_系統完成。調製所用的絮凝助劑為Preastol_853 BC的0．1％(重量)實用水溶液。經過調製的絮凝腐爛泥漿以初始進料量為120m3泥漿／小時，相當於0．48m3泥漿／m2過濾面積／小時送入壓濾器。在流體靜力過濾下，以被處理的絮凝淤泥的總水量計，72％(重量)的不含固體物的主體量的水與泥漿混合物分離，水經系統的敞開式濾液流道流出。同時，繼續用調製過的泥漿充填壓濾器。在部分脫水的泥漿完全充填箱室之後，通過調節並逐步減小的泥漿進料最終到10m3泥漿／小時，使壓濾器內的壓力升高到最大值15bar。經過24分鐘的壓力過濾時間和總計34分鐘的過濾時間之後，總計為30m3的用4．3kg Preastol_853 BC調製過的腐爛泥漿在箱式壓濾器脫水。泥漿脫水能力為10．3m3泥漿／m3過濾體積／小時，或0．144m3淤泥漿／m2過濾面積／小時。壓濾器打開之後，泥漿(濾餅)為含34．2％(重量)固體物的乾物質。
本發明過濾過程的特點在於裝料時間大大縮短，特別是壓濾階段縮短。實施例2固體物含量約為4．6％(重量)的城鎮腐爛泥漿的脫水採用FaRitterbaus ＆ Blecher公司的AEHIS型箱式壓濾器，其修改與實施例1所述相同。除敞開式側面過濾流道系統外，在各板濾液通道上面的流道系統各開通直徑為DN80(80mm)的濾液流道，而在箱式過濾器的外部與直徑為DN300(300mm)的濾液流出管道系統相連。
泥漿處理和進料情況與實施例1所述相同，絮凝的淤泥漿以初始進料量為120m3／小時送入箱式壓濾器。在21分鐘壓力過濾時間和總計31分鐘過濾時間之後，總計有30m3用4．3kg Praestol_853 BC調製的腐爛泥漿在箱式壓濾器中脫水。
權利要求
1．一種用於使以至少一種有機聚合物絮凝助劑，有時還用另一種助劑處理過的絮凝淤泥用在板式過濾器中脫水的方法，其特徵在於，將絮凝的淤泥送入板式過濾器，在板式過濾器中通過流體靜力過濾分離掉經處理的絮凝淤泥中的主體量的水，然後使部分脫水的淤泥再經壓力過濾。
2．權利要求1的方法，其特徵在於，在經處理的絮凝淤泥中的至少50％(重量)，優選至少60％(重量)，特別優選至少70％(重量)的水經流體靜力過濾分離。
3．權利要求1-2之一的方法，其特徵在於，絮凝遊泥以至少0．3m3泥漿／m2過濾面積／小時的初始進料量送入板式過濾器。
4．權利要求1-3之一的方法，其特徵在於，板式過濾器裝有濾液流道系統，該系統容許濾液流出的最大流速為1．0m／sec。
5．權利要求1-4之一的方法，其特徵在於，板式過濾器的濾液流道系統是封閉的。
6．權利要求1-4之一的方法，其特徵在於，濾液經敞開式濾液流道系統從板式過濾器流出。
7．權利要求6的方法，其特徵在於，敞開式濾液流道系統由各個板的側面單個流道和／或至少一個收集通道組成。
8．權利要求1-7之一的方法，其特徵在於，板式過濾器為一種箱式壓濾器。
9．權利要求1-7之一的方法，其特徵在於，板式過濾器為一種膜式壓濾器。
10．權利要求1-9之一的方法，其特徵在於，壓力過濾過程中板式過濾器的進料量低於0．3m3泥漿／m2過濾面積／小時，其間最大壓力在10-20bar範圍內。
11．權利要求1-10之一的方法，其特徵在於，板式過濾器的過濾板的面積至少為1m2。
12．權利要求1-11之一的方法，其特徵在於，適用於固體物含量為0．5-15％(重量)的城鎮泥漿和／或工業泥漿。
全文摘要
本發明涉及一種用於以板式過濾器使淤泥脫水的方法,其中藉助有機聚合物絮凝助劑及有時再加一種助劑處理過的絮凝淤泥首先在板式過濾器中通過流體靜力過濾以分離出絮凝淤泥中的主體量的水,然後使部分脫水的淤泥在該過濾器上經受壓濾。所採用的板式過濾器裝有濾液流道系統,該系統容許的濾液流道流速最大為1.0m/sec。通過這種實施方式脫水率將大為提高。
文檔編號C02F11/14GK1292769SQ99803744
公開日2001年4月25日 申請日期1999年12月15日 優先權日1999年1月6日
發明者J·巴特舍雷爾, H·G·哈坦, W·赫爾德, F·I·羅巴諾夫, S·V·克拉門科夫, V·A·薩戈爾斯基 申請人:施託克豪森公司