CN104768881B - 用于通过在线絮凝然后在地面上方处理矿质污泥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于通过絮凝处理污泥的改进方法，根据所述方法：在管道中输送待处理的污泥；然后将至少一种絮凝剂注入输送待处理的污泥的管道中；然后将污泥与所述絮凝剂混合；最后将得到的混合物输送并随后排放到天然或人工挖方中，排放处离所述挖方底部的距离小于所述挖方的深度。

Description

用于通过在线絮凝然后在地面上方处理矿质污泥的方法

技术领域

本发明涉及在线处理随后在地面上方处理的方法。

背景技术

从工艺和规范观点来看，在地面上方聚积的矿质污泥的处理已变得必需。

“污泥”具体指所有类型的泥浆，例如城市污泥，钻探泥浆，工业污泥以及所有采矿排放物，由煤矿、金属矿或重油矿(油砂)引起的来自采矿的废物。这些悬浮液通常包含与水混合的粘土、沉淀物、沙粒、金属氧化物等。悬浮固体的浓度致使混合物粘稠。

传统上，该污泥以半流体形式被排放到污水池(lagoon)或堤坝中，并且可达几十米厚。污泥中携带的水不能挥发且该污泥保持永久的半流体形式。

为了成为固体，可以不同的方式处理污泥：

-通过絮凝后借助于过滤板或过滤带的过滤，

-通过絮凝后的离心。

考虑到涉及庞大的体积，采用了以相对薄且连续的层来在地面上方絮凝的方法，允许通过絮凝使流体即时分离，以及随后蒸发以便有助于获得能够易于输送的固体形式。该方法开发于70年代。在大多数情况下，这些固体被输送至采矿挖掘工地用于回填。

与起初的两种方法相比，该方法更加有利，起初的方法不允许自然干燥且提供差的污泥稠度。它们的热力干燥过于昂贵而不被使用。

现今，这些方法或被应用于源自浓缩池(thickener)的污泥或源自污水池或通过挖泥机取出的污泥。

该方法如今已过时：第一件美国专利3,312,070递交于1960年3月9日。

作为其他文献可提及以下专利：1981年的US 4,347,140、1986年的CA 1,273,888、1994年的WO 96/05146、2000年的CA 2,407,869和2004年的CA 1,515,581。

文献US 3 908 387描述了加固地面以便随后施工的方法。为此，将稳定剂与从地面采掘的土壤混合。由此形成的混合物被重新混入土壤中并随后再度除去，此时只有再次与稳定化剂混合。在该方法中，土壤永久性地包含稳定化剂。此外，没有参考文献提及絮凝方法。

文献FR 2 922 123A1公开了用于处理污泥的步骤，根据该步骤将污泥排放到事先用聚合物处理的泥浆凹坑中。污泥从挖方上方的管的末端卸载。

这些文献中描述的所有方法使用在输送管中的在线絮凝，其在距出口端的给定距离处有一次或多次的絮凝剂加入。

在所有情况中，絮凝的污泥以在地面上方原样或以连续的层的形式，并且在排出污泥的管道的末端位于污泥最高水平上方这样的条件下被泵出并卸载。

通过使污泥结构化以避免使污泥变稠是重要的，这赋予污泥固体或半固体形式；例如，其可变为可能不会完全干透或可能不充分脱水的凝胶状泥浆。由于絮凝剂而在颗粒之间形成独特的网络的污泥的形成不产生干燥方面良好的结果。然而，污泥的最终处理包括将其彻底干燥，这将有助于使用推土机将其采掘或将所述区域重新造林。

具有分离良好的细粒状絮凝物的絮凝需要很好的干燥。当处理的污泥为多重絮凝物并且为大尺寸的形式时获得污泥脱水和干燥之间的最佳平衡。

以约10cm至50cm的层布置的污泥在几天内或约十天干透，根据污泥的类型而赋予它们不同程度的固体形式。

絮凝标准是可目测的。在每一情况中，添加一定量的絮凝剂以使流水或者清澈透明或者当其包含溶液物质时尽可能地澄清。絮凝的粒度和薄度越高，则其凝胶状越少，通过蒸发将其干燥越有效。

因此目的是在具有最高可能的休止角的絮凝的末端得到均匀尺寸的絮凝物。这有助于处理的污泥在更陡斜率上扩散，并因此将最大体积的污泥卸载到最小面积上。

考虑到在管出口处絮凝的悬浮液的速度，污泥不能立即沉积。相反，污泥被流体流所引导并且只有当絮凝物的重量(施加在絮凝物上的力的垂直分量)大于流动的力(施加在絮凝物上的力的水平分量)时才淀积。

为了更加准确，重要的是处理的污泥在管出口处不以固体或半固体形式出现。

根据形成期间的污泥构成和斜率，相对于管出口的污泥沉积的距离可以是非常重要的，并且可达到数十乃至数百米。最终的标准是在该废物处理后获得澄清的水，这意味着整体(entire mass)已被很好地絮凝并进而将导致快速干燥。因此极限是处理实例的长度，其根据形成的角度来确定废物沉积的高度。

在进入管中的絮凝由于其并非单一操作而互相碰撞。为了适当絮凝：

-重要的是将污泥与絮凝剂迅速混合，这可在雷诺数非常高的湍流条件下于管中完成

-然后絮凝本身要求低剪切，其中雷诺数低于由管中流体的速度赋予的雷诺数(流线条件)。

然而，泵送速度也是重要的，即在200mm和600mm之间的直径的管道中约每秒1至3米。

尽管混合是满意的，但为了获得完全絮凝，需要过度絮凝，这可偏离在实验室测量的量的20％至200％。在湍流环境中，过度絮凝有助于被剪切破坏的絮凝物的再絮凝。

在线絮凝需要额外量的絮凝剂来使通过由流体的速度引起的剪切而形成的微小絮凝物絮凝。当过量聚合物以自由颗粒的形式保持时是不方便的，这导致在水中粘稠絮凝从而降低干燥速度。

因此，存在通过絮凝改善处理污泥的方法的需要。

发明内容

由于不可能获得絮凝剂消耗非常低的在线絮凝，因此似乎有必要以可能的最有效方式将混合工艺从絮凝工艺中分离。

因此，本发明的目的是通过絮凝改善处理污泥的方法，根据该方法：

-在管道中输送待处理的污泥，

-将至少一种絮凝剂加入输送上述污泥的管道中，

-然后将污泥与所述絮凝剂混合，

-最后，将混合物输送并随后排放到天然或人工挖方中，排放处离所述挖方底部的距离小于所述挖方的深度。

因此根据本发明的方法有助于使在线处理方法中的混合阶段和絮凝阶段分离。在输送期间优化混合阶段并限制絮凝阶段。由于管道中的湍流而自然地形成絮凝剂与污泥的混合物。

当挖方充满时由于与污泥的加入相关的天然或涡流运动而在挖方中进行絮凝。剪切低并有利于良好絮凝。这可通过在比挖方高水平更低的水平上加入混合物来完成。形成其中絮凝效率高的鼓泡(boiling)凹坑。

如前面所述，挖方可天然或人工完成。当新的设施建立时，在污泥未扩散的地面上直接形成挖方。

当改进现有设施时，在天然地面上，当污泥层已经存在时，在整个或部分污泥层的厚度上进行挖方，从而提供许多优点。

根据第一特征，在输送待处理的污泥的管道中的聚合物的加入点优选接近输送污泥到卸载区的管的出口。加入点必须以这样的方式来选择，即在线制备混合物并且在脱离管后部分地完成絮凝。加入点和管道出口之间的距离通常通过连续测试获得；通常，其比管道内径大约10至200倍。

换言之，根据本发明，在接近于管道游离端，优选在距管道游离端的距离为管道内径的约10至200倍的位置处加入絮凝剂。

根据另一特征，垂直放置被浸没的管。

为了更加准确，至少在终端部，垂直放置在其中输送并从其中排出混合物的管道。在这些条件下，随着挖方填满和当挖方填满时，垂直管道被逐渐地浸没。

在人工挖方的情况中，借助于铲土机在卸载的管出口处形成絮凝凹坑。

在一些情况中，在任何挖方的存在之外天然地形成凹坑并在地面上逐渐地卸载混合物，其可能被之前干燥的污泥覆盖或者可能没有被之前干燥的污泥覆盖。

在实践中，所有程序上的构造都有助于显著地降低絮凝剂消耗。

此外，似乎在输送期间在管道中部分地添加絮凝剂，而且同时将絮凝剂直接加入絮凝凹坑的方法是消耗最低的方法。当在输送期间将大部分絮凝剂添加到管道中并将一些添加入絮凝凹坑中时尤其获得良好的结果。

一般而言，在低于污泥一度扩散时的高度处(指在污泥层以下，取决于其卸载时流体的速度)，接近于出口处的在管中形成的污泥-絮凝剂混合物的加入能够形成其中速度急剧降低的凹坑，这使其可得到在轻柔湍流条件下(优选流线(低雷诺数)下)的优化的絮凝。

在加入时，在表面上的鼓泡流体使得良好形成的絮凝物逃离到凹坑边缘上并在絮凝剂的量小于在线絮凝的情况下迅速地使其沉淀。

可通过借助于铲土机在进入管中挖洞来启动该方法，或者等到层的厚度足以形成凹坑时启动该方法。

很明显，聚合物的加入点是关键，并且进入管具有若干加入点。将在连续测试后选择适当的加入点。

在输送期间可以加入一种或多种絮凝剂。

可使用所有天然化学品，即，天然絮凝剂(如多糖)或合成絮凝剂。

通常优选丙烯酰胺类絮凝剂。在这些聚合物之中，由以下单体制备的共聚物是特别令人感兴趣的：丙烯酸、ATBS(2-丙烯酰胺基2-甲基丙烷磺酸)、二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)、丙烯酸二烷基氨基乙酯(ADAME)和甲基丙烯酸二烷基氨基乙酯(MADAME)以及它们的酸化或季胺盐和N-乙烯基吡硌烷酮。在这些聚合物中还可使用聚氧乙烯和聚乙烯胺。

由下面给出的实施例并借助于附图将更好的理解本发明以及由其产生的优点。

附图说明

图1为根据现有技术的方法的图示。

图2、3和5为根据本发明的程序改型的图示。

图4为离线絮凝方法的图示。

具体实施方式

实施例

对比例1(图1)

目的是处理来自沥青砂的沥青提取工艺的污水池污泥(MFT或成熟细尾矿)。为此，使用吸泥机泵出污泥，将其输送升至卸载场。污泥包含33％至35％的悬浮固体。在地面高度(2)放置卸载管(1)，该高度(2)高于污泥在处理后预期到达的高度(3)。

以3克/升的浓度使用来自于文献US 2010/0105976中描述的实施例3的聚合物。实验室测试表明为了得到良好絮凝而不以粘稠质(固体或半固体)的形式增稠，对于干燥材料需要每吨420克絮凝剂。

工业上，在具有300mm尺寸直径的管(1)中，当污泥以1.4m/sec的速度循环时，在距出口端30米处加入絮凝剂(4)并目测调节其体积使得在管出口处获得清澈透明的水以及大量良好形成的絮凝物。

絮凝剂的最佳量(或消耗)为每吨830克。

当添加更高量的絮凝剂时观察到过度絮凝，这使得污泥成为固体，类似凝胶，并且降低了从污泥提取的水的量。

对比例2：

在该情况中，将絮凝剂的量分成2个等份并在距出口端60米和20米处加入。切记相同的标准，絮凝剂的最佳量为每吨760克。

实施例3(图2)：

在该情况中，借助于铲土机挖掘1×1平方米和1.5米深的洞穴(5)。借助于垂直放置的管道(6)，在接近于洞穴底部加入混合的污泥，其中距底部的距离小于其深度的距离。在距出口端10米处加入絮凝剂。

污泥在挖方中逐渐形成凹坑，其中在伴随清澈透明的水以及以最佳量絮凝剂(每吨540克)的情况下，其经由鼓泡以低速絮凝并在凹坑出口处扩散。

实施例4(图3)：

除了50％的絮凝剂在距出口端10米处配给，以及50％絮凝剂通过固定到主管的管在凹坑底部处配给以外，其余与实施例3相同。将絮凝剂的最佳量降低至每吨490克。当在距出口端10米处加入70％的絮凝剂和在凹坑底部加入30％絮凝剂时，絮凝剂的最佳量降低至每吨460克。

实施例5(图4)：

絮凝剂完全通过独立管道地输送至凹坑底部。观察到的消耗为650克/吨。虽然在该混合物中已良好地形成絮凝物，似乎部分絮凝剂已良好地混合并包含部分过量。然而，与在线混合随后在凹坑中絮凝相比，该方法的有效性较差。而且，观察到通过使固体沉淀而迅速阻塞洞穴的趋势。

实施例6(图5)：

在该情况中，将混合的污泥直接加入地面上，迅速形成或深或浅的凹坑，这取决于污泥的类型和凹坑的深度；目测监控的消耗随着时间并伴随凹坑的深度而降低。当凹坑高度为约1米时，消耗由810克/吨开始降低至每吨550克，并且当引入连续层时进一步降低。

还注意到，即使引入的层是干燥的，材料的回收也可破坏干燥层并且很快形成新的凹坑，产生类似结果。增加凹坑的高度至约3至4米不改变絮凝效果。

絮凝剂的量和性质必须根据使用的污泥的类型而调整。使用的量必须不导致凹坑中污泥的增稠或凝固。

本领域技术人员可在技术上改变以下参数，以优化该工艺。

-流体的速度，

-加入点，

-聚合物浓度，

-凹坑的深度，

-允许良好干燥的层的高度等。

Claims (9)

1.一种用于通过絮凝调节污泥的改进方法，根据所述方法：

-在管道中输送待处理的污泥，

-将至少一种絮凝剂加入输送待处理的污泥的所述管道中，

-然后将所述污泥与所述絮凝剂混合，

-最后，将混合物输送并随后排放到天然或人工挖方中，排放处离所述挖方底部的距离小于所述挖方的深度，

其中，在低于所述污泥一旦扩散时的高度处，接近于出口处的在管中形成的污泥-絮凝剂混合物的排放能够形成凹坑。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挖方在尚未扩散污泥的地面上直接形成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述污泥层已经存在于天然地面上时，在整个或部分所述污泥层的厚度上进行所述挖方，从而提供许多优点。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在其中输送并从中卸载所述混合物的所述管道至少在终端部被优选垂直放置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接近于所述管道的游离端加入所述絮凝剂。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在距所述管道的游离端的距离为所述管道内径的10至200倍的位置处加入所述絮凝剂。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同时将至少一种絮凝剂直接加入到所述挖方中。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将大部分絮凝剂直接加入到所述挖方中。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述絮凝剂选自包括丙烯酸、ATBS(2-丙烯酰胺基2-甲基丙烷磺酸)、二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)、丙烯酸二烷基氨基乙酯(ADAME)和甲基丙烯酸二烷基氨基乙酯(MADAME)以及它们的酸化或季胺盐、N-乙烯基吡硌烷酮、聚氧乙烯和聚乙烯胺的组。