PL239931B1

PL239931B1 - Preparat bentonitowy oraz sposób wytwarzania preparatu bentonitowego

Info

Publication number: PL239931B1
Application number: PL423497A
Authority: PL
Inventors: Jacek Jaworski; Aneta Czudec; Mateusz Marć
Original assignee: Hekobentonity Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2017-11-18
Filing date: 2017-11-18
Publication date: 2022-01-31
Also published as: PL423497A1

Description

PL 239 931 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest preparat bentonitowy do poprawy sedymentacji osadu czynnego podczas biologicznego oczyszczania ścieków i sposób jego wytwarzania.

Minerały ilaste zaliczają się do grupy glinokrzemianów warstwowych. Ze względu na swoją budowę oraz właściwości stanowią grupę wszechstronnych surowców wykorzystywanych w różnych dziedzinach i technologiach. Jedną z ich istotnych cech jest duża jonowymienność pozwalająca na przyłączanie do swojej struktury zarówno różnych substancji i związków chemicznych. Dzięki temu znalazły szerokie zastosowanie jako znakomity sorbent rozmaitych substancji chemicznych. Wśród wszystkich minerałów ilastych największy potencjał w tym zakresie posiadają minerały grupy smektytu m.in. montmorylonit, saponit, nontronit i beidellit. Petrograficznie najbardziej popularną skałą zawierającą minerały z tej grupy jest bentonit, którego głównym składnikiem jest montmorylonit. Montmorylonit posiada budowę pakietową, co oznacza, że pojedynczy kryształ minerału składa się z wielu warstw krystalicznych płytek, które w środowisku wodnym mogą ulegać rozproszeniu, tworząc dyspersję. Tak rozproszony minerał poprzez swoją zdolność wymiany kationowej CEC (cation exchange capacity) posiada dużą pojemność sorpcyjną. Główny składnik bentonitów tj. montmorylonit należy do grupy glinokrzemianów warstwowych składających się z pakietów trój warstwowych T-O-T charakterystycznych dla krzemianów o strukturze 2:1. Pomiędzy pakietami występuje przestrzeń, w której znajdują się kationy metali elektrododatnich tj. Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺, Li⁺, oraz Al³⁺, które są zdolne do wymiany.

Ogólny wzór chemiczny montmorylonitu to:

AI2[(OH)2Si4O10]-nH2O

Bentonity pochodzące z różnych złóż mogą wykazywać pewne różnice, dotyczące zwłaszcza ich budowy izomorficznej. Surowiec bentonitowy jest naturalną skałą powstałą jako produkt montmorylonityzacji szkliwa magmowego, drobnoziarnistych osadów piroklastycznych tj. tufów. W związku z tym, że złoża bentonitów cechują się dużą zmiennością jakości wydobywanego surowca, w przypadku ich wykorzystywania w procesach przemysłowych kluczowa staje się odpowiednia kontrola jakości na etapie selekcji materiału do produkcji.

Znane są problemy dotyczące funkcjonowania biologicznych oczyszczalni ścieków wynikające z zaburzenia prawidłowej sedymentacji osadu czynnego. W związku z wymaganiami uzyskania wysokich redukcji zanieczyszczeń, zwłaszcza substancji biogennych, wiele oczyszczalni boryka się z problemami technologicznymi, przy czym głównym problemem jest brak sedymentacji, a więc osiadania osadu w osadnikach wtórnych, który dotyczy zarówno oczyszczalni komunalnych jak i przemysłowych. Problem ten występuje okresowo lub przez cały rok. Przyczyną może być puchnięcie nitkowate wywołane nadmiernym wzrostem bakterii nitkowatych, puchnięcie lepkie związane z masowym pojawieniem się bakterii śluzowych czy też przeciążenie ładunkiem zanieczyszczeń. Stosowanie znanych środków chemicznych tj. koagulantów glinowych i żelazowych w celu polepszenia sedymentacji osadu czynnego nie zawsze jest wystarczające.

Dokument US6447686 ujawnia sposób i instalację służącą do szybkiego oczyszczania ścieków poprzez proces koagulacji-flokulacji. Opisana metoda w ogóle nie przewiduje oczyszczania biologicznego poprzez stosowanie osadu czynnego, a dodatek mineralny np. zeolit lub surowy bentonit są wykorzystywane jedynie w celu absorbowania stałych zanieczyszczeń zawartych w ścieku oraz ułatwienia klarowania obrabianego w ostatnim osadniku ścieku i uzyskiwania osadu, który jest następnie wykorzystywany do produkcji porowatej ceramiki w procesie obróbki termicznej.

Dokument CN104326635 ujawnia kompozycję składającą się z 10-15% szczepu mikroorganizmu, 35-45% związku potasu, 30-40% pyłu zeolitowego o 5-15% bentonitu przeznaczonego do poprawy jakości wody w stawach hodowlanych, zwłaszcza poprzez absorbowanie zanieczyszczeń jonami metali ciężkich, co wpływa korzystnie na dobrostan zwierząt hodowanych w stawie. Dokument ten nie dotyczy jednak preparatu bentonitowego służącego do ograniczania puchnięcia osadu czynnego stosowanego w biologicznej metodzie oczyszczania ścieków, ani sposobu uzyskiwania takiego preparatu z surowego bentonitu.

Dokument WO2013012395 dotyczy co prawda biologicznego sposobu oczyszczania ścieków obejmującego stosowanie osadu czynnego jednak istotą opisanego w nim rozwiązania jest stosowanie osadu czynnego o podwyższonej gęstości i o specjalnej strukturze, składającego się z drobin mineralnego porowatego podłoża, na którym wzrastają bakterie osadu czynnego. W jedynym opisanym przykładzie wykonania do uzyskania takiego osadu czynnego wykorzystano wermikulit, natomiast

PL 239 931 B1 w treści tego dokumentu wymieniono szereg innych minerałów, które zdaniem autorów mogłyby być teoretycznie również wykorzystane do uzyskania zmodyfikowanego osadu czynnego, w tym między innymi bentonit. Dokument WO2013012395 odnosi się wyłącznie do ograniczania puchnięcia osadu czynnego stosowanego w biologicznej metodzie oczyszczania ścieków opartej na tradycyjnym osadzie czynnym. Całkowicie nieoczywiste pozostają również kluczowe parametry preparatu bentonitowego, które są istotne podczas stosowania tego preparatu do tłumienia puchnięcia osadu czynnego i zapewniają uzyskanie pożądanego efektu technicznego tj. uzyskane bezpośrednio w wyniku zastosowania preparatu: obniżenie objętości w teście sedymentacyjnym w zakresie min. 150 ml/l osadu czynnego w stosunku do próby kontrolnej oraz obniżenie wartości indeksu IOO o minimum 40 cm ³/g w stosunku do próby kontrolnej. Cechy preparatu bentonitowego gwarantujące uzyskanie takiego efektu zostały ustalone dopiero w wynalazku ujawnionym w niniejszym zgłoszeniu.

Dokument CA2908947 ujawnia natomiast udoskonalony proces oczyszczania ścieków w którym stosuje się kompozycję składającą się z węglanu wapnia i glinokrzemianu warstwowego, zwłaszcza bentonitu. Kompozycja ta jest dodawana do ścieków w celu poprawy ich czystości chemicznej i działają jako łatwe do oddzielenia w dalszej obróbce substancje dobrze absorbujące zanieczyszczenia chemiczne. Zatem dokument ten nie sugeruje jednak cech preparatu bentonitowego służącego do ograniczania puchnięcia osadu czynnego, ani sposobu uzyskiwania takiego preparatu z surowego bentonitu.

Celem wynalazku jest dostarczenie preparatu, który w efektywny sposób wpłynie na ograniczenie puchnięcia osadu czynnego, zwłaszcza poprzez poprawę właściwości sedymentacyjnych, zarówno w oczyszczalniach ścieków komunalnych jak i przemysłowych. Pożądane jest również, aby preparat taki, po wprowadzaniu go do systemu oczyszczania nie stanowił zagrożenia dla biocenozy osadu czynnego.

Szczególnym celem wynalazku jest dostarczenie preparatu, którego stosowanie pozwoli na uzyskanie poprawy sedymentacji osadu czynnego obserwowanej jako zmniejszenie objętości osadu czynnego w teście sedymentacyjnym o co najmniej 150 ml/I osadu czynnego (tj. o co najmniej 15%) w stosunku do próby kontrolnej.

Jednocześnie pożądane jest obniżenie wartości indeksu objętościowego osadu (IOO) o minimum 40 cm³/g w stosunku do próby kontrolnej.

Nieoczekiwanie określony powyżej problem techniczny został rozwiązany w niniejszym wynalazku.

Przedmiotem wynalazku jest preparat bentonitowy do poprawy sedymentacji osadu czynnego wykorzystywanego do biologicznego oczyszczania ścieków, znamienny tym, że stanowi ił bentonitowy o wysokiej dyspersyjności, posiadający następujące cechy:

- wartość jego współczynnika wymiany kationowej wynosi powyżej 40 meq/100g, korzystnie powyżej 60 meq/100 g.,

- wartość jego wilgotności wynosi od 7,5% wag. do 10% wag., korzystnie od 8,8% wag. do 10% wag.,

- zawartość cząstek o wymiarach poniżej 40 μm wynosi co najmniej 87% wag., korzystnie 99% wag., przy czym za preparat o wysokiej dyspersyjności uznaje się preparat, którego wodna zawiesina o stężeniu 200 g/l uzyskana poprzez mieszanie przez 5 minut za pomocą mieszadła obrotowego z prędkością 11000 obr./min posiada lepkość o wartości co najmniej 78 cP, mierzoną reometrem obrotowym o współosiowych cylindrach typu Fann dla 300 obr./min.

Kolejnym przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania preparatu bentonitowego do poprawy sedymentacji osadu czynnego, znamienny tym, że ustala się wilgotność surowego bentonitu, przy czym jako surowy bentonit stosuje się bentonit posiadający wymianę kationową powyżej 40 meq/100 g, korzystnie powyżej 60 meq/100 g, następnie suszy się go wstępnie, korzystnie dwukrotnie, w temperaturze nieprzekraczającej 300°C, do uzyskania wilgotności w zakresie od 14% wag. do 23% wag., a potem dosusza się w temperaturze nieprzekraczającej 100°C, aż do uzyskania poziomu wilgotności od 7,5% wag. do 10% wag., korzystnie od 8,8% wag. do 10% wag., przy czym podczas dosuszania poddaje się go rozdra bnianiu, korzystnie mieleniu, i oddziela się frakcję iłu bentonitowego, w której zawartość cząstek o wymiarach poniżej 40 μm wynosi co najmniej 87% wag., korzystnie 99% wag.

PL 239 931 B1

Korzystnie, w przypadku stosowania różnych partii surowego bentonitu, partie produktu otrzymywane z każdej partii surowca są składowane osobno w silosach homogenizacyjnych, w których uzyskuje się końcowy preparat bentonitowy poprzez dokładne wymieszanie różnych partii produktów.

Równie korzystnie, przed rozpoczęciem suszenia surowy bentonit oczyszcza się z zanieczyszczeń w postaci kamieni, rozdrabnia się na kruszarkach walcowych, a następnie wytłacza się za pomocą przecieraka sitowego.

Równie korzystnie, suszenie wstępne prowadzi się w otaczarkach bębnowych.

Równie korzystnie, dosuszanie prowadzi się za pomocą generatora ciepłego powietrza.

Równie korzystnie, mielenia prowadzi się przy pomocy separatora odśrodkowego.

Równie korzystnie, otrzymywany preparat bentonitowy transportuje się do silosa załadunkowego lub pakowaczki turbinowej, w której prowadzi się pakowanie w worki lub big-bagi.

Szczegółowy opis wynalazku

Sposób poprawy sedymentacji osadu czynnego w procesie oczyszczania ścieków komunalnych i przemysłowych według wynalazku, charakteryzuje się tym, że do osadu czynnego lub ścieku wprowadza się preparat bentonitowy w formie proszku w ilości od 0,1 do 10 kg/m³ korzystnie od 0,25 do 5 kg/m³ będący zmielonym smektytycznym iłem bentonitowym o wysokiej dyspersyjności.

Zgodnie z wynalazkiem preparat bentonitowy uznaje się za posiadający wysoką dyspersyjność jeśli lepkość jego wodnej zawiesiny, o stężeniu 200g/l sporządzonej przy pomocy mieszadła obrotowego 11000 obr/min przez 5 minut, mierzona (w temperaturze pokojowej) reometrem obrotowym o współosiowych cylindrach typu Fann dla 300 obr./min jest większa niż 78 cP (centipoise).

Korzystne jest stosowanie preparatu o:

- wymianie kationowej powyżej 40 meq/100 g, korzystniej powyżej 60 meq/100 g,

- poziomie wilgotności od 7,5 do 10%, korzystniej do 8,8%,

- zawartości co najmniej 87% wagowych, korzystniej co najmniej 99% wagowych, cząstek o wymiarach poniżej 40 μm.

Wprowadzony preparat ulega szybkiej dyspersji w ścieku i przyłączając się do osadu czynnego poprawia jego właściwości sedymentacyjne.

Efektem stosowania preparatu jest poprawa właściwości sedymentacyjnyc h osadu czynnego przejawiająca się jako:

- dla testu sedymentacyjnego, obniżenie w zakresie min. 150 ml/l osadu czynnego w stosunku do próby kontrolnej,

- dla indeksu IOO, obniżenie o minimum 40 cm³/g w stosunku do próby kontrolnej.

Tworzenie wodnej zawiesiny preparatu bentonitowego polega na rozpadzie zmielonych cząstek bentonitu na mniejsze części pod wpływem wody, docelowo na pojedyncze płytki odpowiadające pojedynczym warstwom kryształu montmorylonitu. Testy, które doprowadziły do prezentowanego wynalazku, nieoczekiwanie dowiodły, że zdolność do szybkiego tworzenia dyspersji w środowisku wodnym (czyli wysoka dyspersyjność) warunkuje wysoką skuteczność preparatu bentonitowego w poprawie sedymentacji osadu czynnego.

Należy przypuszczać, że wysoka dyspersyjność preparatu bentonitowego pozwala łatwo przejść ze struktury ziarna mineralnego do frakcji koloidalnej, uniemożliwiając sedymentację bentonitu na dnie. Wiązanie tak rozproszonego minerału z ładunkiem zanieczyszczeń występującym w osadzie czynnym powoduje w efekcie poprawę sedymentacji tego osadu w sposób szybki i efektywny. Dodatkowym korzystnym efektem działania preparatu oprócz poprawy sedymentacji osadu jest redukcja zanieczyszczeń ścieku, azotu ogólnego Nog i azotu amonowego NNH4, fosforu Pog, obniżenie wskaźnika chemicznego zapotrzebowania tlenu ChZT.

P r z y k ł a d 1

Wpływ dyspersyjności preparatu bentonitowego na uzyskanie poprawy sedymentacji osadu czynnego, określenie parametrów preparatu skorelowanych z dyspersyjnością.

Zauważono, że szybkość tworzenia dyspersji i uzyskiwane rozproszenie pojedynczych pakietów preparatu bentonitowego w komorze napowietrzania, bądź innym miejscu oczyszczalni, wpływa na jego skuteczność w procesie poprawy sedymentacji osadu czynnego. Założono, że rozwijanie struktury pakietów minerału w pojedyncze warstwy (faza rozproszona) w rozpuszczalniku jaki stanowi woda (faza ciągła), a następnie oddziaływania elektryczne pomiędzy rozproszonymi pakietami powodują wzrost lepkości uzyskiwanej zawiesiny. Zatem, im wyższa lepkość zawiesiny osiągnięta w okre

PL 239 931 B1 ślonym, stosunkowo krótkim czasie jej przyrządzania, tym wyższa jest dyspersyjność preparatu bentonitowego (tj. jego zdolność do szybkiego tworzenia zawiesiny).

Dlatego, w niniejszym opisie przyjęto, że miarą dyspersyjności jest lepkość zawiesiny preparatu bentonitowego mierzona opracowanym testem.

W badaniach, które doprowadziły do uzyskania wynalazku nieoczekiwanie potwierdzono związek pomiędzy dyspersyjnością preparatu bentonitowego, a jego skutecznością w procesie poprawy sedymentacji osadu czynnego. Ponadto określono pożądaną wartość dyspersyjności preparatu zapewniającą uzyskanie tego efektu technicznego.

Jednocześnie udało się zidentyfikować korelację dyspersyjności preparatu bentonitowego z jego innymi parametrami fizykochemicznymi łatwymi do kontrolowania i pomiaru. Poniżej opisano szczegółową metodykę wykonywanych testów.

Test dyspersyjności

Zawiesina preparatu bentonitowego nie jest płynem newtonowskim i jej lepkość jest zależna od prędkości ścinania. Wytypowano kluczowe prędkości ścinania pozwalające określić wystarczający dla skuteczności procesu poprawy sedymentacji poziom lepkości zawiesiny.

Dla ograniczenia wpływu energii mieszania na proces tworzenia wodnej dyspersji bentonitu zastosowano krótki czas przygotowania zawiesiny wynoszący 5 minut. Opracowany test dyspersyjności polega na badaniu lepkości wodnej zawiesiny testowanego preparatu o stężeniu 200 kg/m³, przy czym testowana zawiesina była każdorazowo uzyskiwana poprzez mieszanie wody i próbki preparatu przez 5 minut przy użyciu mieszadła o prędkości obrotowej 11000 obr./min. Pomiar lepkości wykonywano w temperaturze pokojowej przy pomocy reometru obrotowego o współosiowych cylindrach typu Fann.

Badanie zawartości części aktywnych

Badanie było wykonywane metodą adsorpcji błękitu metylenowego (MBT Methylene Blue Test) wg Normy API 13 B-1/ISO 10414-1 Test Methylene Blue Capacity.

Zasada metody polega na miareczkowaniu zawiesiny bentonitu przy pomocy roztworu błękitu metylenowego. Wymiana kationowa jest naturalną cechą glinokrzemianów warstwowych. Pojemność wymiany kationowej (CEC) jest definiowana jako zdolność minerałów ilastych do zaadsorbowania kationów w takiej formie, aby mogły zostać łatwo wymienione na inne kationy występujące w roztworze wodnym. Parametr ten określa ilość kationów zdolnych do wymiany, wyrażany jest najczęściej w miligram równoważnikach na 100 g minerału [meq/100 g] lub m.in. [mval/100 g].

Wilgotność

Badanie jest dokonywane przy pomocy wagosuszarki Typ Radwag MA 50.R. Pomiar wykonywany jest temperaturze do 105 stopni Celsjusza. Należy odważyć odpowiednią ilość minerału, następnie suszyć próbkę w urządzeniu aż do uzyskania stabilizacji.

Dla określenia bezpośredniego wpływu dyspersyjności na efektywność oddziaływania na osad czynny tj. ograniczenie puchnięcia osadu czynnego poprzez poprawę właściwości sedymentacyjnych, wykonano następujące testy:

Test sedymentacyjny

Badanie ma na celu określenie wpływu testowanych preparatów bentonitowych na ograniczenie puchnięcia osadu czynnego poprzez poprawę właściwości sedymentacyjnych. Właściwości sedymentacyjne oraz klarowność ścieków oczyszczonych ocenia się wykorzystując 30 minutowy test opadalności, przeprowadzany w cylindrach pojemności 1000 ml. Przed wprowadzeniem preparatów do osadów czynnych wyznacza się określoną dawkę: np. 1-2 g/dm³. Następnie po aplikacji określonej dawki osad miesza się za pomocą mieszadła magnetycznego i wykonywany jest 30 minutowy test opadalności. Równolegle z próbami wzbogaconymi o testowane preparaty bentonitowe wykonuje się badania tzw. prób kontrolnych tj. osadów bez aplikacji preparatów. Stopień poprawy właściwości sedymentacyjnych wyraża się poprzez wartość wyrażoną w ml/l.

Indeks Objętościowy Osadu (IOO)

Indeks objętościowy osadu jest odwrotnością indeksu gęstości osadu i oznacza objętość w ml, zajmowaną przez 1,0 g osadu czynnego, po 30-minutowym osiadaniu mieszaniny ścieków z osadem czynnym pobranej z komory napowietrzania.

Polega to na określeniu stosunku objętości zawiesin osadu do ich masy po 30-minutowym teście opadalności.

W celu oznaczenia wartości IOO należy odmierzyć 1000 ml badanej zawartości z komory napowietrzania do cylindra miarowego. Po upływie 30 minut odczytać objętość zajmowaną przez osad i określić ją w ml. Wymieszać dokładnie zawartość cylindra i oznaczyć stężenie osadu w następujący sposób.

PL 239 931 B1 ml zawartości cylindra przesączyć przez uprzednio przygotowany (wysuszony w temp. 105°C przez pól godziny) i zważony sączek. Sączek wraz z zawiesiną suszyć w temp. 105°C przez 20 minut, oziębić w eksykatorze i zważyć.

Indeks osadu obliczyć wg wzoru:

IOO ml/g = V/x gdzie: V - objętość osadu po 30 minutowym zagęszczeniu w cylindrze ml/L, x - stężenie suchej masy g/L

Rozmiar cząstek

Rozmiar cząstek badano przy pomocy analizy sitowej. Początkowo badane próbki były mielone w laboratorium zakładowym za pomocą młynka udarowego, następnie dokonywano przesiewania na sitach laboratoryjnych o odpowiedniej średnicy oczek sita, aż do uzyskania wymaganego procentowego udziału wagowego poniżej 40 μm. Docelowo kontrola parametru tj. analiza rozmiaru cząstek będzie dokonywana przy pomocy metody pomiaru laserowego np. laserowy analizator wielkości cząstek lub optyczny analizator wielkości i kształtu cząstek.

Wyniki uzyskane dla różnych próbek testowanych preparatów bentonitowych zostały przedstawione w Tabeli 1.

PL 239 931 Β1

Tabela 1

Nazwa próbki	Wilgotność [%]	Pozostałość na sicie 40 pm [%]	Zawartość części aktywnych ÓEC [meq/100g]	Parametry Teologiczne zawiesiny 200 kg/m³ Odczyt z lepkościomierza OFITE 900 dla 300 obr/min [cP]	Poprawa sedymentacji osadu czynnego w ml/l. Test sedymentacyjny po 30’	Wartość IOO
Preparat bentonitowy PRÓBKA Χ1.2	9,70%	38,5 %	42,2	58	Brak poprawy	Bez zmian
Preparat bentonitowy PRÓBKA Χ1.4	9,4%	32,1 %	44,4	63	210 200	70 67
Preparat bentonitowy PRÓBKA Χ1.1	9,10%	24,5 %	55,3	69	450 450	Bez zmian
Preparat bentonitowy PRÓBKA Χ1.8	7,5%	12,6%	56,7	78	970 650	313 210
Preparat bentonitowy PRÓBKA Χ1.9	7,8%	8,9%	58,4	82	970 620	313 204
Preparat bentonitowy PRÓBKA X1	8,80%	0,5%	62,3	87	970 360	440 163
Preparat bentonitowy PRÓBKA Χ1.3	9,0%	6,8%	60,1	84	700 410	195 108
Preparat bentonitowy PRÓBKA Χ1.5	6,90%	0,5%	52,9	65	1000 1000	Bez zmian
Preparat bentonitowy PRÓBKA Χ1.6	7,1%	7,3%	55,3	59	850 770	250 198
Preparat bentonitowy PRÓBKA Χ1.7	7,3%	17,1 %	48,7	54	910 900	Bez zmian

iadanie wilgotności wykonano: wagosuszarka Radwag MA 50.R

Badanie zawartości części aktywnych wykonano wg. Normy AP113 B-1/IS010414-1 Test Methylene

Blue Capacity

Pomiary Teologiczne: Lepkościomierz 12 speed viscometer OFITE MODEL 900

Badanie wilgotności wykonano: wagosuszarka Radwag MA 50.R

Wyniki:

Jak przedstawiono w tabeli 1, pożądaną poprawę właściwości sedymentacyjnych tj. o minimum 150 ml/l oraz obniżenie indeksu IOO o min. 40 cm³/g, uzyskano tylko dla 4 badanych preparatów: próba X1.8, Χ1.9, X1, Χ1.3.

W przypadku tych próbek zmierzona w ustalonym teście wartość dyspersyjności wynosiła co najmniej 78 cP.

PL 239 931 B1

Próbki te wykazywały się odpowiednią korelacją parametrów fizykochemicznych tj. wartość współczynnika wymiany kationowej powyżej 40 meq/100g, wilgotność w zakresie od 7,5% wag. do 10% wag. oraz zawartość cząstek o wymiarach poniżej 40 μm wynosi co najmniej 87% wag.

Pozostałe próbki preparatów, pomimo uzyskania pożądanej wartości pojedynczego parametru np. rozmiar cząstki o wymiarach poniżej 40 μm, ale bez zachowania odpowiedniego zakresu wilgotności (przesuszony minerał), nie uzyskały pożądanej wartości dyspersyjności, co bezpośrednio przełożyło się na brak poprawy właściwości sedymentacyjnych.

Otrzymane wyniki dowodzą, że odpowiednią dyspersyjność konieczną dla uzyskania poprawy właściwości sedymentacyjnych osadu czynnego oraz klarowności ścieków oczyszczonych można uzyskać tylko przy utrzymaniu wszystkich wskazanych parametrów fizykochemicznych minerału w pożądanych zakresach. Ponadto wykazano, że najefektywniej proces oczyszczania ścieków wspomaga preparat bentonitowy próbka X1, który wykazuje najwyższą przydatność zarówno w przypadku stężonych zanieczyszczeń przemysłowych, jak również w układach komunalnych.

P r z y k ł a d 2

Produkcja preparatu bentonitowego.

Wstępne przygotowanie surowca

Surowce bentonitowe do produkcji dostarczane są do zakładu pod kilkoma postaciami. Podstawową formą jest glina bentonitowa o zawartości wody 24-40%. Z dostarczonego surowca pobiera się próby celem wykonania kontroli jakości, polegającej na określeniu parametrów: m.in. wilgotność, badanie zawartości części aktywnych (CEC) oraz ustalenie wartości współczynnika wymiany kationowej. Do dalszej obroki wybiera się tylko taki surowiec, którego wartość współczynnika wymiany kationowej wynosi powyżej 40 meq/100g, korzystnie powyżej 60 meq/100g. Ciągła kontrola pozwala na wytypowanie odpowiedniego surowca oraz dodatkowo określenia parametrów procesu wstępnego suszenia bentonitu.

Proces suszenia bentonitu

Suszenie bentonitu podlega istotnym ograniczeniom procesowym. Główny składnik czyli montmorylonit zawiera w swojej strukturze wodę międzypakietową, w której cząsteczki wody o strukturze polarnej otaczają pakiety minerału wielowarstwowo. Bezpośrednio na powierzchni pakietów znajduje się woda związana najsilniejszymi wiązaniami chemicznymi, jest ona usuwana w procesie suszenia w różnym zakresie temperatur, zależnie od rodzaju surowca. Całkowite usunięcie wody śródpakie towej powoduje utratę właściwości użytkowych minerału. Z przeprowadzonych badań eksperymentalnych wynika, że dla uzyskania pożądanej jakości końcowego produktu, należy dążyć do takiego doboru temperatur w procesie suszenia, aby woda międzypakietowa nie została całkowicie usunięta, gdyż zaobserwowano, że mechanizm ten odgrywa kluczową rolę w procesie tworzenia się wodnej zawiesiny bentonitu.

Wytypowany i wstępnie przygotowany surowiec jest poddawany procesowi usunięcia dużych zanieczyszczeń w postaci kamieni, rozdrabniany na kruszarkach walcowych, a następnie kierowany jest do przecieraka sitowego. Przecieranie surowca polega na wytłoczeniu bentonitu przez otwory w sicie przecieraka, co pozwala na uzyskanie stałej frakcji, która w dalszym przebiegu procesu jest poddawana suszeniu.

Suszenie jest procesem termodynamicznym odbywającym się w otaczarkach bębnowych. Otaczarki bębnowe posiadają regulację temperatury. Ze względu na wspomnianą powyżej wrażliwość bentonitu na wysoką temperaturę, proces suszenia przebieg a w trzech etapach. Aby nie doprowadzić do zniszczenia struktury bentonitu dwa pierwsze procesy suszenia przeprowadza się na suszarkach w których palniki posiadają dokładną regulację ustawionej t emperatury. Temperatura pracy w pierwszych dwóch etapach nie przekracza 300°C. Po tym etapie wilgotność surowca jest na poziomie 14-23%. Ostatnim procesem suszenia jest generator gorącego p owietrza w procesie mielenia, o korzystnym dla minerału zakresie temperatury nieprzekraczającym 100°C, co umożliwia precyzyjne prowadzenie procesu suszenia. Odpowiednio dobrana temperatura suszenia na każdym z 3 etapów oraz rozmiar granulek surowca pozwala zachować optymalną zawartość wody, co zapewnia pożądaną dyspersyjność produktu końcowego. Te ustawienia technologiczne dostosow ane indywidualnie do każdej partii surowca są istotną częścią technologii produkcji wnioskodawcy. Należy zaznaczyć, że im niższy stopień rozdrobnienia minerału, tym trudniej uzyskać wyższy poziom wilgotności, dlatego koniecznym jest prowadzenie procesu suszenia w celu uzyskania wilgotności od 7,5% wag. do 10% wag., korzystnie od 8,8% wag. do 10% wag., dla pożądanego poziomu uziarnienia poniżej 40 μm.

Claims

PL 239 931 B1

Proces mielenia bentonitu

Wstępnie wysuszony surowiec, jest poddawany procesowi mielenia w młynie rolkowym typu wahadłowego. Konstrukcja i sposób mielenia w młynie wahadłowym powoduje, że czas przebywania ziarna minerału w komorze mielenia jest krótki i po osiągnięciu wymaganego rozmiaru cząstek, ziarno opuszcza strefę mielenia. Pozwala to zachować pożądane właściwości bentonitu, nie niszcząc struktury pakietu minerału. Po dwóch pierwszych etapach suszenia surowiec posiada wilgotność w zakresie 14-23%. Zapewnienie optymalnych parametrów procesu mielenia wymaga dodatkowego dosuszania ziaren bentonitu, w trakcie rozdrabniania, za pomocą generatora ciepłego powietrza w temperaturze nieprzekraczającej 100°C. Przy pomocy separatora odśrodkowego podczas mielenia bentonit jest poddany separacji do określonej granulacji poniżej 40 μm, a następnie transportowany systemem pneumatycznym do filtra workowego, gdzie następuje oddzielenie go od powietrza. Następnie minerał rurociągami przetransportowany jest do sekcji składowania. Całość procesu mielenia jest sterowana komputerowo. W czasie procesu mielenia poddawane są systematycznej kontroli parametry produktu gotowego tj. przemiał, wilgotność preparatu, reologia, pH zawiesiny wodnej oraz kontrolnie zawartość części aktywnych (CEC).

Proces homogenizacji

W przypadku korzystania podczas produkcji preparatu bentonitowego z różnych złóż bentonitu, skład chemiczny pozyskiwanego surowca może być nieco inny. Różnice mogą dotyczyć zwłaszcza ilości minerałów akcesorycznych. W takim przypadku, w celu uzyskania dokładnej homogeniczności wytwarzanego preparatu bentonitowego tj. jednolitości parametrów produktu gotowego, po etapie mielenia partie produktu otrzymywane z każdego surowca składowane są osobno w silosach homogenizacyjnych. Końcowy produkt powstaje ostatecznie poprzez dokładne wymieszanie (homogenizację) różnych partii produktów. Proces ten następuje w dwóch silosach homogenizacyjnych przed procesem mieszania, następnie tak ujednolicone różne partie produktów przesyłane są do mieszalnika porcjowego, z którego produkt gotowy zostaje przetransportowany do trzeciego silosa załadunkowego (załadunek luzem) lub pakowaczki turbinowej tj. pakowanie w worki lub big-bagi.

Bateria silosów gwarantuje jednolitość parametrów homogeniczności produktu końcowego dla dużej partii produkcyjnej tj. około 160 ton.

Uzyskanie homogennej mieszanki różnych partii produktu pozwala wytworzyć w ten sposób preparat bentonitowy cechujący się stabilnością parametrów oraz pożądanymi właściwościami poprawy sedymentacji osadu czynnego w procesach optymalizacji oczyszczania ścieków, nawet w przypadku, gdy do jego wytwarzania stosowane są różne partie surowca bentonitowego.

Zastrzeżenia patentowe

1. Preparat bentonitowy do poprawy sedymentacji osadu czynnego wykorzystywanego do biologicznego oczyszczania ścieków, znamienny tym, że stanowi ił bentonitowy o wysokiej dyspersyjności, posiadający następujące cechy:

- wartość jego współczynnika wymiany kationowej wynosi powyżej 40 meq/100 g, korzystnie powyżej 60 meq/100 g.,

- wartość jego wilgotności wynosi od 7,5% wag. do 10% wag., korzystnie od 8,8% wag. do 10% wag.,

- zawartość cząstek o wymiarach poniżej 40 μm wynosi co najmniej 87% wag., korzystnie 99% wag., przy czym za preparat o wysokiej dyspersyjności uznaje się preparat, którego wodna zawiesina o stężeniu 200 g/l uzyskana poprzez mieszanie przez 5 minut za pomocą mieszadła obrotowego z prędkością 11000 obr./min posiada lepkość o wartości co najmniej 78 cP, mierzoną reometrem obrotowym o współosiowych cylindrach typu Fann dla 300 obr/min.
2. Sposób wytwarzania preparatu bentonitowego do poprawy sedymentacji osadu czynnego, znamienny tym, że ustala się wilgotność surowego bentonitu, przy czym jako surowy bentonit stosuje się bentonit posiadający wymianę kationową powyżej 40 meq/100 g, korzystnie powyżej 60 meq/100 g, następnie suszy się go wstępnie, korzystnie dwukrotnie, w temperaturze nieprzekraczającej 300°C, do uzyskania wilgotności w zakresie od 14% wag. do 23% wag., a potem dosusza się w temperaturze nieprzekraczającej 100°C, aż do uzyskania poziomu wilgotności od 7,5% wag. do 10% wag., korzystnie od 8,8% wag. do 10% wag., przy

PL 239 931 B1 czym podczas dosuszania poddaje się go rozdrabnianiu, korzystnie mieleniu, i oddziela się frakcję iłu bentonitowego, w której zawartość cząstek o wymiarach poniżej 40 μm wynosi co najmniej 87% wag., korzystnie 99% wag,
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że w przypadku stosowania różnych partii surowego bentonitu, partie produktu otrzymywane z każdej partii surowca są składowane osobno w silosach homogenizacyjnych, w których uzyskuje się końcowy preparat bentonitowy poprzez dokładne wymieszanie różnych partii produktów.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że przed rozpoczęciem suszenia surowy bentonit oczyszcza się z zanieczyszczeń w postaci kamieni, rozdrabnia się na kruszarkach walcowych, a następnie wytłacza się za pomocą przecieraka sitowego.
5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że suszenie wstępne prowadzi się w otaczarkach bębnowych.
6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dosuszanie prowadzi się za pomocą generatora ciepłego powietrza.
7. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że mielenie prowadzi się przy pomocy separatora odśrodkowego.
8. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że otrzymywany preparat bentonitowy transportuje się do silosa załadunkowego lub pakowaczki turbinowej, w której prowadzi się pakowanie w worki lub big-bagi.