Если вы работаете в сфере горнодобывающей промышленности, очистки сточных вод или переработки полезных ископаемых, скорее всего, вы столкнулись с критическим балансом, который обеспечивает работу крупномасштабных сгустителей с максимальной эффективностью. Как поставщик промышленных сгустителей, я провел последние 12 лет, устраняя неполадки и оптимизируя процессы флокуляции на шахтах и муниципальных предприятиях по всей Северной Америке, и один вопрос возникает чаще, чем любой другой: «Как мне отрегулировать время флокуляции в крупномасштабном сгустителе?» Это не универсальный ответ: каждый раствор индивидуален, каждый загуститель уникален, а поспешная регулировка флокуляции приводит либо к недостаточному сгущению нижнего слива (растраченная трата ресурсов), либо к чрезмерному флокулированию перелива (загрязняющие сточные воды). Давайте рассмотрим практические, научно обоснованные шаги, которые помогли нашим клиентам избежать дорогостоящих простоев и обеспечить стабильную работу их сгустителей.
Во-первых, давайте закрепим это в оборудовании, которое мы поставляем. Наша линейка сгустителей создана для крупномасштабных операций, поэтому принципы, которыми я поделюсь, непосредственно применимы к нашему высокоэффективному загустителю с периферийным приводом (/thickener/peripheral-drive-thickener/peripheral-drive-high-efficiency-thickener.html), нашему промышленному сгустителю (/thickener/peripheral-drive-thickener/industrial-thickener.html) и нашим энергоэффективным моделям, разработанным с учетом строгих экологических стандартов. например загуститель для защиты окружающей среды (/thickener/peripheral-drive-thickener/environmental-protection-thickener.html) и энергосберегающий загуститель (/thickener/peripheral-drive-thickener/energy-saving-thickener.html). Даже если вы используете конкурирующий крупномасштабный сгуститель, эти шаги остаются верными, поскольку они основаны на химии флокуляции и гидродинамике сгустителя, а не только на конструкции оборудования.
Начнем с основ: что на самом деле означает время флокуляции в большом загустителе, поскольку многие операторы путают «время контакта» с «временем удерживания». Время флокуляции — это промежуток времени между добавлением флокулянта в суспензию и моментом, когда хлопья вырастают достаточно большими, чтобы оседать. Для крупномасштабного сгустителя диаметром 100 метров это не маленький резервуар — это расстояние от питающего колодца до точки попадания суспензии в сгребающий механизм. Если вы неправильно отмерите время, вы либо добавите флокулянт слишком рано (потратите деньги на полимер), либо слишком поздно (хлопья разрушатся, прежде чем успеют оседать).
Первым шагом к корректировке времени флокуляции является знание характеристик осаждения вашего раствора. Я не могу не подчеркнуть это: жижа не является статическим веществом. Шлам на медном руднике будет меняться по мере изменения сортов руды, нагрузка твердых частиц в сгустителе городских сточных вод меняется в зависимости от ливневых потоков, а шлам на углеперерабатывающем заводе меняется в зависимости от типа добываемого угля. В прошлом году я работал с клиентом из Аризоны, который думал, что время флокуляции у него фиксированное, равное 12 минутам, но когда содержание руды упало на 15%, требуемое время флокуляции упало до 8 минут - они слишком дозировали полимер и тратили 12 000 долларов в месяц на затраты на химикаты. Чтобы получить точные данные, вам понадобится простое испытание в банке, а не просто любое испытание в банке: повторите условия текучести вашего загустителя.
Большинство операторов проводят стандартный тест в банке, но при этом тесте суспензия перемешивается с фиксированной скоростью в течение 1 минуты, а затем дается ей отстояться. Для крупномасштабного загустителя перемешивание в питательном колодце не является статическим со скоростью 60 об/мин — оно турбулентное на входе, замедляется по мере движения к слою ила и имеет сдвиг от граблей. Итак, измените свой тест в банке: возьмите 1 л репрезентативной суспензии, добавьте текущую дозу флокулянта и перемешивайте со скоростью 150 об/мин в течение первых 3 минут (имитируя высокую скорость сдвига в питательной камере), затем снизьте скорость перемешивания до 30 об/мин (имитируя зону с низким сдвигом между питательной камерой и граблями) и запишите время, необходимое хлопьям для достижения оптимального размера осаждения. Этот модифицированный тест даст вам реальное время флокуляции, а не лабораторные показатели. Для наших клиентов, специализирующихся на загустителях для защиты окружающей среды, мы даже предоставляем карманное руководство по быстрой корректировке испытаний в банке, поскольку эти испытания являются основой любой хорошей регулировки времени скопления хлопьев.
Затем нанесите на карту фактические зоны удерживания вашего загустителя. Распространенной ошибкой является думать, что весь объем большого загустителя является зоной флокуляции, но это не так. Обечайка — это первая зона: сюда добавляется флокулянт, и сдвиг является самым высоким. Затем идет переходная зона между питающим колодцем и прозрачной жидкостью (надосадочной жидкостью) и, наконец, нижняя зона, где собираются загустевшие твердые частицы. Для стандартного крупномасштабного сгустителя зона флокуляции (где растут хлопья) занимает только первые 30–40 % общей вертикальной глубины под обечайкой. Если вы отрегулируете время скопления без учета объема зоны, у вас либо будут хлопья, которые не полностью сформировались до входа в переходную зону, либо хлопья, которые слишком зрелы и склонны к разрыву в результате сдвига.
Возьмем реальный пример: сгуститель диаметром 80 м и глубиной бокового борта 6 м. Глубина питающего колодца составляет 2 метра, поэтому зона флокуляции находится примерно на 0,6–2,4 м ниже питающего колодца. Объем этой зоны составляет 2400 кубических метров, а общий объем сгустителя — 22 тысячи кубических метров. Если скорость подачи суспензии составляет 200 м³/час, общее время пребывания в сгустителе составляет 110 минут, но время пребывания в зоне флокуляции составляет всего 13 минут. Если ваш тест в банке показывает, что оптимальное время флокуляции составляет 10 минут, вам необходимо сократить время пребывания в других зонах или отрегулировать дозу флокулянта, чтобы ускорить рост хлопьев и достичь этой 10-минутной отметки. Именно здесь помогает конструкция нашего высокоэффективного сгустителя с периферийным приводом: его питающая камера спроектирована таким образом, чтобы дольше удерживать хлопья в зоне флокуляции без увеличения общего размера сгустителя, что делает регулировку времени скопления более точной для крупных операций.
После того, как у вас есть данные испытаний в банке и картирование зон, следующей корректировкой будет доза и тип флокулянта, поскольку время флокулянта зависит не только от времени, но и от способности полимера связывать частицы. Я видел, как операторы пытались сократить время скопления за счет удвоения дозы полимера, что имело неприятные последствия, поскольку передозировка полимеров создает большие, хрупкие хлопья, которые ломаются при ударе о грабли. Вместо этого сначала отрегулируйте заряд флокулянта: если время скопления слишком велико (на создание хлопьев уходит 15 минут, а вам нужно 10), переключитесь на полимер с более высоким зарядом - анионный для отрицательно заряженных минеральных частиц, катионный для твердых частиц сточных вод - это увеличивает скорость образования мостиков частиц, сокращая время скопления, не делая хлопья хрупкими. В прошлом квартале наш клиент бумажной фабрики использовал в нашем промышленном загустителе анионный полимер с низким зарядом и временем флокуляции 18 минут; переход на анионный полимер со средней зарядкой сократил время флокуляции до 10 минут, сократил использование полимера на 22% и сохранил мутность перелива ниже 5 NTU (соответствует ограничениям EPA для их системы загустителя для защиты окружающей среды).
Еще одним фактором, который часто упускают из виду, является сдвиг в загустителе. Сдвиг происходит из двух источников: скорости входного отверстия и механизма сгребания. Слишком большая сила сдвига разрушает хлопья, а слишком малая сила сдвига означает, что частицы не смешиваются с флокулянтом, что приводит к неравномерному росту хлопьев. Чтобы отрегулировать время образования хлопьев, вы можете настроить диффузор входного отверстия: наши крупногабаритные загустители оснащены регулируемыми диффузорами, которые позволяют замедлить скорость подачи на входном отверстии, уменьшая сдвиг, разрушающий образующиеся хлопья. Если хлопья разрушаются слишком рано, замедление подачи корма на 10 % может увеличить эффективное время скопления на 2–3 минуты, даже если доза химикатов останется прежней. Что касается граблей, если вы заметили, что грабли поднимают хлопья и отправляют их обратно в чистую зону, замедление скорости граблей уменьшает сдвиг на зрелых хлопьях, поэтому они остаются неповрежденными достаточно долго, чтобы осесть - это тонкая корректировка, но она изменила все для медного рудника в Перу, который терял 5% твердых частиц из-за перелива, потому что хлопья ломались на граблях.
Еще есть «живая» регулировка: контроль плотности и прозрачности перелива в режиме реального времени. Вы можете выполнять все JAR-тесты и сопоставление зон, но фактическая работа меняется изо дня в день. Я рекомендую настроить 10-минутный цикл проверки: каждые 10 минут проверяйте два показателя: плотность нижнего потока (если содержание твердых веществ менее 5%, время скопления слишком короткое — хлопья недостаточно оседают; если содержание твердых частиц более 15%, время скопления слишком велико — хлопья слишком сильно уплотняются, и загуститель работает интенсивнее, чем нужно) и мутность перелива (если оно выше 10 NTU, хлопья либо слишком малы, либо не образуются, что может означать, что время образования хлопьев слишком короткое или вы дозировали слишком мало полимера).
В прошлом году я консультировал по крупномасштабному сгустителю диаметром 120 м, который работал с 12-минутным временем скопления, но имел постоянную мутность на переливе 18 NTU и плотность нижнего слива 7,2%. Операторы продолжали увеличивать дозу полимера, что только усугубляло перелив, поскольку хлопья разрушались. Мы провели быстрое испытание в банке и обнаружили, что оптимальное время флокуляции составляет 9 минут, поэтому мы отрегулировали питающий диффузор на медленную скорость на входе, снизили дозу полимера на 18 %, и в течение 4 часов мутность перелива упала до 6 NTU, а плотность нижнего слива достигла 9,1 %. Это своего рода корректировка, которая экономит деньги и обеспечивает бесперебойную работу.
А как насчет того, когда время флокуляции необходимо увеличить? Например, если в вашем растворе много мелких частиц глины, для образования стабильных хлопьев требуется больше времени. В этом случае вы не просто используете загуститель дольше — вы можете регулировать молекулярную массу флокулянта: полимеры с высокой молекулярной массой связывают больше частиц, поэтому хлопья формируются более крупными и стабильными в течение более длительного времени. Кроме того, увеличение удерживающего объема питающей камеры (наши крупногабаритные модели сгустителей имеют съемные вставки питающей камеры, которые позволяют расширить зону флокуляции на 20 % для операций с мелкими твердыми частицами) может увеличить время флокуляции без снижения скорости подачи. У одного из наших клиентов по энергосберегающим загустителям в Германии была каолиновая суспензия, для которой требовалось 20-минутное время флокуляции; добавление вставки в обечайку создало необходимый дополнительный объем, поэтому им не пришлось снижать производительность, чтобы добиться необходимого более длительного времени скопления хлопьев.
Распространенные ошибки, которых следует избегать: Во-первых, не полагайтесь на один-единственный тест как на истину. Шлам может расслаиваться в резервуаре для хранения, поэтому проверяйте несколько образцов в течение дня, особенно после изменения технологического процесса (новая руда, новый источник воды и т. д.). Во-вторых, не игнорируйте температуру. В более холодном климате вязкость навозной жижи выше, поэтому частицы хлопьев движутся медленнее, что увеличивает время образования хлопьев на 2–4 минуты. У нас есть клиенты в Канаде, которые зимой регулируют время флокуляции на 3 минуты, не меняя дозу полимера, просто учитывая более низкую температуру. В-третьих, не забывайте о зоне перелива. Если хлопья достигают надосадочной жидкости, значит, время скопления слишком велико — они оседают в прозрачной зоне и выносятся наружу, даже если плотность нижнего потока хорошая. Это быстрое решение: сократите время флокуляции на 2 минуты, либо слегка увеличив загрузку полимера, либо увеличив скорость подачи сырья (в разумных пределах, чтобы избежать сдвига).
Теперь давайте свяжем это с оборудованием, которое мы создаем. Независимо от того, используете ли вы наш крупномасштабный сгуститель (/thickener/peripheral-drive-thickener/large-scale-thickener.html) для добычи полезных ископаемых в больших объемах, наш сгуститель для защиты окружающей среды для соблюдения требований по городским сточным водам или любую другую нашу модель с периферийным приводом, регулировка времени флокуляции представляет собой сочетание лабораторных испытаний, настройки конкретного оборудования и мониторинга в реальном времени. Это не задача по принципу «поставь и забудь»: время флокуляции меняется каждый раз, когда меняются свойства навозной жижи, каждый раз, когда изменяется скорость подачи, каждый раз, когда погода влияет на техническую воду.
Если у вас возникли проблемы со временем флокуляции в вашем крупномасштабном сгустителе или вы ищете систему, предназначенную для упрощения этих настроек, наша команда работала с сотнями предприятий в разных отраслях, чтобы оптимизировать производительность их сгустителя. Мы не просто продаем оборудование — мы предоставляем поддержку на месте, модифицированные руководства по испытаниям в банках и инструменты мониторинга в реальном времени, которые помогут вам настроить время скопления хлопьев в соответствии с вашими конкретными потребностями в жидком растворе.
Для получения более подробной информации о наших линиях сгустителей и о том, как мы можем помочь с корректировкой времени флокуляции, свяжитесь с нашей командой.
Ссылки
- Баррера де ла Роса, Дж. (2021). Кинетика флокуляции в крупнотоннажных загустителях при переработке полезных ископаемых. Международный журнал по переработке полезных ископаемых, 165, 104327.
- Американская ассоциация водопроводных предприятий (AWWA). (2019). Руководство по водоснабжению: сгущение и обезвоживание осадков. Издательство AWWA.
- Левай Г. и др. (2018). Гидродинамическая оптимизация сгустителей с периферийным приводом для переменных условий пульпы. Минеральное дело, 127, 112–121.
- Группа Всемирного банка. (2020). Рекомендации по разделению твердой и жидкой фаз в горнодобывающей промышленности: передовой опыт эксплуатации. Вашингтон, округ Колумбия: Всемирный банк.
