187987. lajstromszámú szabadalom • Eljárás iszapok és szerves anyagok víztelenítésére
1 187 987 2 A találmány tárgya eljárás iszapok és/vagy szerves anyagok, különösen derítőiszap vízmentesítésére a vízmentesítésre kerülő anyag mechanikai igénybevételével, különösen nyomóerők és/vagy gyorsítóerők révén. Hasonló ismert eljárásoknál, amelyeket például szalag-szűrőprésekben vagy centrifugákban folytatnak le, az iszapot és/vagy szerves anyagot a vízmentesítés előtt kondicionálják. Ezeknél az eljárásoknál flokkulálószereket alkalmaznak és nyomás nélkül, vízgőzzel dolgoznak. A leírtak szerint előkezelt anyagot ezután sajtolják vagy centrifugálják, majd tovább vízmentesítik illetve szárítják. A találmány célja, hogy a vízmentesítésre kerülő iszapnak az átmeneti teljesítmény és a visszamaradó nedvesség által meghatározott vízmentesítési teljesítményét mechanikai sajtolással (például szalag-szűrőpréseken) vagy centrifugálással olyan mértékben növeljük, hogy a további vízmenlesítés illetve szárítás feleslegessé váljon és például az így vízmentesített iszapot fluidizációs tüzelőberendezésekben olaj beadagolása vagy segédtüzelés alkalmazása nélkül lehessen elégetni. Az iszapokban a víz különbözőképpen van a szilárd anyaghoz kötve, a víztartalom nagymértékben függ a szilárd anyag minőségétől és méretétől. Általánosságban azt mondhatjuk, hogy egy iszap víztartalma annál nagyobb, minél kisebb méretű szilárd anyagot és minél több szerves anyagot tartalmaz. A víznek a szilárd anyagon való kötöttsége szempontjából például egy városi derítőberendezésből származó, rothasztott, 95 %-os víztartalmú iszapnál a következő típusú vizek lehetnek jelen: közti- és üregvizek mintegy 70 % tapadó és adhéziós vizek, kapillárisvíz, többek között köztikapilláris-, póruskapilláris- és durvakapillárisvíz mintegy 20 % adszorpciós víz, belsővíz, többek között cellafolyadék, hidrát- és belső kapillárisvíz mintegy 10% A különböző típusú vizeknek a mennyisége nagyon nagy mértékben ingadozhat és ez döntően meghatározza az alkalmazható elválasztási módszert és annak teljesítményét. A szilárd anyag és a viz közötti kötőerők a köztivagy üregvizektöl kiindulva az adhéziós és kapillárisvizeken keresztül az adszorpciós illetve belső vizekig egyre erősebbek. Ennek megfelelően a víz eltávolításához szükséges energiamennyiség is nő. A vízmentesítés során az említett kötőerőket kell megszüntetni. A közti- és üregesvizeket, azaz a szilárd anyaghoz közvetlenül nem kötődő, a szilárd anyagok között lévő szabad vizet, besűrítéssel - tehát a nehézségi erő hatására — rendkívül jól el lehet választani. A tapadó vagy adhéziós vizek és a kapillárisvíz csökkentett nyomáson, a folyadék kohéziós erői és a szilárd anyag adhéziós erői révén kötődnek a szilárd anyaghoz. Ezeket mechanikai behatásra, például centrifugálással, sajtolással vagy vákuum alkalmazásával nagymértékben el lehet távolítani. A felületen kötött vizet (adszorpciós vizet) a szilárd anyag felületi vagy határfelületi erői nagyon erősen kötik. Adszorpciós erők a Coulomb-i erők (ionok vonzása), a van der Waal-i erők (elektrosztatikus erők) és a diszperziós erők (az atomok és a molekulák közötti vonzóerők). Az adszorpciós víz nagymértékben összenyomott. Az irodalomban 10 000 -25 000kp/cm2 értékű nyomásokat említenek. Ilyen nagy nyomáson a kötött víz szilárd anyagként (..jégként”) viselkedik. Az adszorpciós vízburok szilárdsága kicsi, mindössze 1-10 molekulából áll, vastagsága 0,1—0,15 jam. A felületi erők annak következében alakulnak ki, hogy a szilárd anyag felületi molekuláinak a kötőerői kívülről nincsenek teljesen lekötve és így gáz- vagy folydékmolekulekulákat vagy kationokat képesek megkötni. Az irodalomban arra is utalnak, hogy a felületi erőket az adszorpciós vízréteg nem köti le teljesen és így a maradék erők további víz dipólusokat és ionokat kötnek meg. Ezt a túlnyomás alatt lévő, alig vagy egyáltalán nem összenyomott, de még mozgó vizet szolvációs víz szóivá! rétegnek vagy lioszorbizált víznek nevezik. Egy további vízmegkötési mód adódik a szilárd anyagon lévő pozitív ionok (kationok) révén, melyek szintén víz-dipólusokat kötnek meg. Ezt az ionok hidralációjának nevezik. Az előzőekben leírt, különböző erősségű vízmegkötéseknek megfelelően az iszapok vízmentesítésére ismert eljárások során, például a sajtolásnál vagy centrifugálásnál a víznek csak egy része választható el a vízmentesített iszap víztartalma mintegy 60- 75 %. Az ilyen iszapok 60 — 75 % víztartalomnál morzsalékszilárdak, 70-75 % víztartalomnál tüszilárdak vagy kásásak. A derítőiszapok vízmentesítése gazdasági megfontolások alapján a következő lépéseket foglalja magában: 1. Flokkulálószerek alkalmazásával történő besűrítés, amelynek célja, hogy nagyobb szilárdanyag-részecskék legyenek jelen és így elősegítsék a szcdimentációt (nehézségi erő hatására). 2. Nyomáskülönbség állal (sajtolás, leszívatás, centrifugálás) történő vízmentesítés, amelyet adott esetben az iszap hőcserélőben történő hevítése révén végrehajtott előkondicionálás előz meg. 3. Hőenergiával történő szárítás. A találmányunk célja a mechanikai sajtolás vagy a centrifugálás vízmentesílési hatásfokának növelése. Ezt a célt a találmányunk szerint úgy érjük el, hogy a besűrítéssel és az ezt megelőző vízmentesííéssel elővízmentesített iszapot egyidejűleg mechanikai igénybevételnek és termikus hevítésnek vetjük elá, amikoris az elővízmentesített iszapot közvetlenül vezetjük be 1 - 15 bar nyomású és 100-200 °C hőmérsékletű, előnyösen 10 bar nyomású és 180 °C hőmérsékletű telített gőzzel. Az atmoszferikusnál nagyobb nyomású telített gőznek nyomóerőkkel vagy centrifugális erőkkel egyidőben történő alkalmazásával a víznek a kötöttsége mind kémiai, mind fizikai szempontból olyan mértékben megváltozik, hogy ezáltal a szokásos szalag-szüröprésekkel, szűrőprésekkel vagy 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
