专利名称：一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法
技术领域：
本发明涉及疏浚海泥快速处理领域，具体说是一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法。
背景技术：
我国土地资源严重匮乏，特别在沿海发达地区，显得更为明显。围海造地无疑成为沿海地区获取土地资源的重要途径，是沿海地区为缓解用地紧张而采取的一项开发举措。 国内一般采用疏浚海泥直接作为填方材料，含水率高的海泥通过自然脱水晾晒，降低海泥的含水率，提高可作业强度，所需时间长达I一3年，经济收益缓慢。
在发达国家，有许多成功的围海造地工程都是通过在管道中直接添加快速脱水剂，进行充分混合后，在管道中直接实现快速固液分离；分离后的泥水在围填区域进行自然排水，泥土自然干燥，强度满足可上机作业要求仅需要6个月，大大缩短了工程时间，创造了客观的经济效益。
浙江围海集团与我公司就针对疏浚海泥的快速脱水项目展开了合作研究，研究结果采用分子量高达1000万以上的阴离子高分子脱水剂作为高电解质淤泥的的快速脱水剂。依据现场使用情况分析，对于处理量大的疏浚工程药剂配制主要存在以下几个问题
I)当药剂浓度达到3%。，就易结块，造成了药剂的浪费、添加量大、配制浓度不稳定，进而影响处理效果；
2)配制溶解是采用搅拌方式，高分子完全溶解所需时间长达3小时以上，需要的时间长；
3)药剂溶解设备占地面积及运行费用大。
基于以上问题，寻找开发一种集高浓度不结块、快速、连续、高效、节能的药剂配制方法具有非常重大的现实意义。发明内容
发明目的本发明针对目前国内疏浚海泥快速脱水剂配制方法存在的上述技术瓶颈，提供一种不结块、添加量少、无浪费、时间短，设备占地面积小的的一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案
一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，它包括以下步骤
(I)向粉末状的阴离子高分子脱水剂中添加碳酸钠和氯化钠化合物颗粒，通过搅拌使脱水剂与碳酸钠、氯化钠化合物颗粒充分混合；所述碳酸钠与脱水剂的质量比为6 20%,氯化钠与脱水剂的质量比为6 30% ；
(2)将步骤(I)混入碳酸钠和氯化钠化合物颗粒的脱水剂与水混合，并进行搅拌； 其中脱水剂与水的质量比为5%。 2%，搅拌速度为250 300转/min，搅拌时间为5 8min，得到粘度为5000 lOOOOcP、颗粒粒径小于O. 5cm的脱水剂混合液；
(3)将步骤(2)得到的脱水剂混合液通过高速分散乳化设备进行溶解，溶解时间小于2min，溶解后即制成脱水剂溶液。
其中，步骤(I)中，所述的碳酸钠、氯化钠混合化合物的颗粒粒径均在10目以下， 且碳酸钠、氯化钠的含水率在10%以下；所述粉末状的阴离子高分子脱水剂是分子量大于 1000万的粉末状阴离子脱水剂。
其中，步骤(2)中，混入碳酸钠和氯化钠化合物颗粒的脱水剂与水雾边接触边搅拌。
其中，步骤(3)中，所述的高速分散乳化设备包括储料斗，所述储料斗通过投粉输送机连接药剂湿润箱，所述药剂湿润箱通过转子泵连接双层定转子头高速分散乳化机；在药剂湿润箱内设置搅拌机、进水主管和分流管，所述进水主管和分流管均通过单向阀连接水管，在进水主管上设置雾化喷头，在分流管上设置第一开关阀，在水管上设置第二开关阀、Y型过滤器和进水电动流量控制阀。
其中，所述雾化喷头朝向搅拌机上的搅拌轴方向，雾化喷头的水流喷射方向与搅拌轴之间的夹角为45 90°。；所述双层定转子头高速分散乳化机的上层的转子与定子之间的间隙孔径为400 500um ;下层的转子与定子之间的间隙孔径为200 300um。
其中，所述药剂湿润箱的内侧壁上设置有挡板；所述药剂湿润箱内设有液位计； 所述药剂湿润箱的顶部设有溢流口，药剂湿润箱的底部设有排空管，所述溢流口和排空管均通过汇总管连接外排。
有益效果(I)本发明在高分子脱水剂中添加一定比例的水溶性碳酸盐和氯化钠化合物进行改性，基于结合进水水流雾带流动状态，使得每个颗粒与水快速充分接触分散， 实现在水中瞬时均匀分散湿润，最终解决高分子脱水剂材料高浓度湿润结块问题。
(2)利用一种由转子、定子组成的高速分散乳化溶解系统，利用转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来的强劲动能，使润湿后的高分子物料在定、转子狭窄的间隙中受到强烈的离心挤压、液层摩擦和踹流等综合作用，瞬间均匀精细的分散乳化，得到稳定的脱水剂溶液。
(3)整个系统可以解决现场处理量大的要求，比起普通配置方法具有药剂配置浓度高、用药量少，能耗低、快速稳定、无劣化浪费等优势。
图I为本发明配置设备的结构图一(主视方向)；
图2为本发明配置设备的结构图二 (侧视方向)；
图3为本发明中药剂湿润箱的结构图。
具体实施例方式
下面结合附图对发明做更进一步的解释。
本发明的高浓度疏浚淤泥快速脱水剂瞬时连续配置的方法包括以下步骤
I)向粉末状的阴离子高分子脱水剂中添加碳酸钠和氯化钠化合物颗粒，通过搅拌使脱水剂与碳酸钠、氯化钠化合物颗粒充分混合；所述碳酸钠与脱水剂的质量比为6 20%,氯化钠与脱水剂的质量比为6 30%。
脱水剂材料选用分子量大于1000万的粉末状阴离子脱水剂；碳酸钠和氯化钠混合化合物的颗粒粒径在10目以下，含水率在10%以下。脱水剂可以是是JCWR-SH型脱水剂 (购自江苏艾特克环境工程设计研究院有限公司)、分子量大于1000万的阴离子聚丙烯酰胺 (PAM)或分子量大于1000万的聚丙烯等。
向脱水剂材料中添加碳酸钠和氯化钠混合化合物可以提高脱水剂材料的表面亲水性。因为碳酸钠粉末与氯化钠粉末在与水同时接触的时候，反应生成大量的二氧化碳气泡，使得被包裹的脱水剂材料在水中被强制快速分散，分散后的脱水剂材料与水接触湿润， 经过快速搅拌使得脱水剂材料的粘度上升。
2)将步骤(I)混入碳酸钠和氯化钠化合物颗粒的脱水剂与水混合，并进行搅拌； 其中脱水剂与水的质量比为2%，搅拌速度为250 300转/min，搅拌时间为5 8min，得到粘度为5000 lOOOOcP、润湿颗粒粒径小于O. 5cm的脱水剂混合液。
搅拌时间小于5min，脱水剂在水中分散不均匀，粘度低，进入高速分散乳化设备会出现低粘度的水被快速过滤出来，最后药剂颗粒残留，溶解不彻底影响效果；搅拌时间大于 8min，能耗增大，粘度过高，输送困难，给泵的运行带来超重负荷。
3)将步骤(2)得到的脱水剂混合液通过高速分散乳化设备进行溶解，溶解时间小于2min，溶解后即制成脱水剂溶液。
为了实施上述配置方法中步骤2)和3)，本发明还提供了一种高速分散乳化设备。
如图I至3所示，本发明的高速分散乳化设备包括储料斗1，储料斗I通过投粉输送机2连接药剂湿润箱3，药剂湿润箱3通过转子泵4连接双层定转子头高速分散乳化机 5。在储料斗I和投粉输送机2之间设置插板阀22。
在药剂湿润箱3内设置搅拌机6、进水主管7、分流管8和液位计18，进水主管7和分流管8均通过单向阀9连接水管10。在进水主管7上设置雾化喷头11，雾化喷头11朝向搅拌机6上的搅拌轴16方向，雾化喷头11对准设置在药剂湿润箱3上方的脱水剂定量加药落下口，雾化喷头11的水流喷射方向与搅拌轴16之间的夹角为45 90°。定量水流通过雾化喷头11的雾化作用形成水膜或者雾带，脱水剂落在水膜或雾带上后，再与中间搅拌轴16撞击，落在药剂湿润箱3中；此时脱水剂在改性物质(碳酸钠、氯化钠)作用下发生反应，产生大量的二氧化碳使得高分子脱水剂颗粒被强制分散于水中，杜绝了高分子脱水剂在中间搅拌轴16缠绕，防止脱水剂在中间搅拌轴16上累积而影响搅拌效率。
在分流管8上设置第一开关阀12，在水管10上沿进水方向依次设置有第二开关阀 13、Y型过滤器14和进水电动流量控制阀15。进水水流通过水管10上的进水电动流量控制阀15控制水量，多余水量由分流管8直接进入药剂湿润箱3内。
药剂湿润箱3的内侧壁上还设置挡板17。药剂湿润箱3的顶部设有溢流口 19，将过高液位液体快速排出；药剂湿润箱3的底部设有排空管20，在系统停止工作时可以将残留润湿混合液清空排出；溢流口 19和排空管20均通过汇总管21连接外排。
双层定转子头高速分散乳化机5为双层转子、定子结构的高剪切混合分散乳化机。双层高剪切混合机有上下两个工作方向相反的定转子装置，上工作腔由圆柱形盖板围绕固定到固定柱上，形成一个封闭的空间作为上端转子配合的移动定子头。上层转子的高速旋转，形成向下的强大离心吸力，将液面颗粒吸入上部工作腔，在腔内经过每几十次的机械剪切及液压剪切。下端的转子高速旋转，又将底部的物料吸入下端的定子头，强烈的离心挤压，物料四处沿长孔横槽喷射形成强烈的机械剪切，液层摩擦、撕裂、细化、均质。高速分散乳化机上层的转子与定子之间的间隙孔径为400 500um ;下层转子与定子之间的间隙孔径为200 300um。
高速分散乳化设备的整个工作流程首先，手动向储料斗I添加步骤(I)混合物颗粒，开启第二开关阀13、插板阀22和进水电动流量控制阀15。水流经过Y型过滤器14、单向阀9、进水主管7进入药剂湿润箱3，在雾化喷头11的作用下形成水膜或水雾带，与经投粉输送机2落料口落下的粉末脱水剂连续充分接触，使脱水剂与搅拌轴16撞击后落入水中。此时可通过分流管8上的第一开关阀12来调节水流雾化水膜带强度；挡板17促使搅拌混合分散效果。
由于碳酸钠和氯化钠混合化合物使得脱水剂被强制分散于水中；同时在搅拌轴 16的带动下，润湿后的脱水剂与水进行搅拌润湿。整个搅拌润湿过程中，脱水剂与水的质量百分比为5%。 2%,搅拌轴16的搅拌速度控制在250 300转/min,搅拌润湿时间5min 8min,脱水剂材料混合液的粘度上升至5000 IOOOOcP,润湿颗粒粒径到达O. 5cm以下。
脱水剂在水中均匀分散润湿后，利用转子泵4直接将润湿的脱水剂混合液打入双层定转子头高速分散乳化机5，经过上层的定子、转子工作区，完成初步分散、乳化、均质，此时经处理后的溶液中有可能还将残存微小部分润湿颗粒；再进入下层的定子、转子工作区进行精细化分散均质。经过两组定子、转子处理后，使得脱水剂润湿物料在短时间内得到均匀的处理，最终完成精细分散、乳化、均质溶解，整个过程在2min以内完成，对高分子脱水剂分子键不存在长时间剪切而产生药剂性能的劣化问题，所得到的精细均化高分子脱水剂水溶液因为溶解性好，表现出卓越的絮凝性能，因此比起一般搅拌溶解药剂在相同效果前提下使用量明显减低。常规的搅拌溶解方法所需要时间长(一般在3小时以上)，搅拌剪切力大而使得高分子脱水剂产生劣化，作业性能低下而导致装置大型化。其中为了确保观察转子泵4是否正常工作，特在泵进口设计压力表23。
本发明双层定转子头高速分散乳化机5采用双层转子、定子组合结构。其中所述的上层转子与定子之间的间隙孔径在400— 500um，下层转子与定子之间的间隙孔径在 200—300um范围。第二层空隙孔径如超过300um，离心挤压后残留微细润湿颗粒，高分子脱水剂在水中分散不均匀使得药剂浓度不稳定；如空隙孔径小于200um，润湿液通过的过滤分散时间长，过滤之际高分子脱水剂受到的挤压剪切力大而易产生劣化而影响效果。
自动配药过程中，通过液位计18实时观测药剂湿润箱3内液位变化。当液位过高时，则关闭投粉输送机2、第二开关阀13和搅拌机6，启动转子泵4和双层定转子头高速分散乳化机5 ;当液位过低时，则关闭转子泵4和双层定转子头高速分散乳化机5，开启投粉输送机2、第二开关阀13、搅拌机6。
在系统停止工作时，可以将残留在药剂湿润箱3内的脱水剂材料混合液通过溢流口 19和排空管20排除。
本发明制得的的高分子脱水剂可以不经稀释而被直接输送注入至疏浚管道中，与高浓度疏浚淤泥快速搅拌混合，发挥良好的絮凝作用，短时间内在管道中完成固液分离，经分离后的淤泥直接投入脱水池中进行自然排水，残余泥颗粒含水率降低，强度提升。
本发明的配置方法所制得的分子量达1000万以上，浓度为2%的高分子脱水剂瞬时溶解均匀、不结块、无劣化、性能卓越及整个药剂配置工艺简单、设备占地小和动力消耗低等优势，杜绝了药剂浪费，是一种高效、快速、节能的高分子脱水剂连续配置方法。
下述的高分子脱水剂JCWR-SH是江苏艾特克环境工程设计研究院有限公司研发的一种复合型脱水剂，平均分子量在1000万以上。
实验一配制2%浓度高分子脱水剂润湿混合液，即脱水剂与水的质量比为2%，观察结块现象。
在IOOkg的JCWR-SH脱水剂中添加改性剂，改性剂为含水率为8%、粒径在10目以下的碳酸钠和氯化钠混合物，在本发明所述的高速分散乳化设备中，边搅拌边喷水湿润，搅拌速度为250转/min,搅拌润湿6min,得到黏度为8000cp,粒径为O. 2cm的脱水剂混合液； 在高速分散乳化设备中的溶解时间为1. 8min,即值得脱水剂溶液。
表一中，实施例I一3中JCWR-SH中添加了两种不同质量比的改性剂，比较例1、2 是添加单一改性成分的JCWR-SH，比较例3是未经改性的JCWR-SH，其效果比较见表一。
表一润湿效果质量％
权利要求
1.一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，其特征在于，它包括以下步骤 1)向粉末状的阴离子高分子脱水剂中添加碳酸钠和氯化钠化合物颗粒，通过搅拌使脱水剂与碳酸钠、氯化钠化合物颗粒充分混合；所述碳酸钠与脱水剂的质量比为6 20%，氯化钠与脱水剂的质量比为6 30% ； 2)将步骤(I)混入碳酸钠和氯化钠化合物颗粒的脱水剂与水混合，并进行搅拌；其中脱水剂与水的质量比为5%。 2%，搅拌速度为250 300转/min，搅拌时间为5 8min，得到粘度为5000 lOOOOcP、颗粒粒径小于0. 5cm的脱水剂混合液； 3)将步骤(2)得到的脱水剂混合液通过高速分散乳化设备进行溶解，溶解时间小于2min，溶解后即制成脱水剂溶液。
2.根据权利要求I所述的一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，其特征在于步骤(I)中，所述的碳酸钠、氯化钠混合化合物的颗粒粒径均在10目以下，且碳酸钠、氯化钠的含水率在10%以下。
3.根据权利要求I所述的一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，其特征在于步骤(I)中，所述粉末状的阴离子高分子脱水剂是分子量大于1000万的粉末状阴离子脱水剂。
4.根据权利要求I所述的一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，其特征在于步骤(2)中，混入碳酸钠和氯化钠化合物颗粒的脱水剂与水雾边接触边搅拌。
5.根据权利要求I所述的一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，其特征在于步骤(3)中，所述的高速分散乳化设备包括储料斗(I )，所述储料斗(I)通过投粉输送机(2)连接药剂湿润箱(3)，所述药剂湿润箱(3)通过转子泵(4)连接双层定转子头高速分散乳化机(5);在药剂湿润箱(3)内设置搅拌机(6)、进水主管(7)和分流管(8)，所述进水主管(7 )和分流管(8 )均通过单向阀(9 )连接水管(10 )，在进水主管(7 )上设置雾化喷头(11)，在分流管(8)上设置第一开关阀(12)，在水管(10)上设置第二开关阀(13)、Y型过滤器(14)和进水电动流量控制阀(15 )。
6.根据权利要求5所述的一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，其特征在于所述雾化喷头(11)朝向搅拌机(6 )上的搅拌轴(16 )方向，雾化喷头(11)的水流喷射方向与搅拌轴(16)之间的夹角为45 90°。
7.根据权利要求5所述的一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，其特征在于所述双层定转子头高速分散乳化机(5)的上层的转子与定子之间的间隙孔径为400 500um ;下层的转子与定子之间的间隙孔径为200 300um。
8.根据权利要求5所述的一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，其特征在于所述药剂湿润箱(3)的内侧壁上设置有挡板(17)。
9.根据权利要求5所述的一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，其特征在于所述药剂湿润箱(3)内设有液位计(18)。
10.根据权利要求5所述的一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，其特征在于所述药剂湿润箱(3)的顶部设有溢流口(19)，药剂湿润箱(3)的底部设有排空管(20),所述溢流口( 19)和排空管(20)均通过汇总管(21)连接外排。
全文摘要
本发明公开了一种高浓度疏浚淤泥快速脱水剂溶液的配置方法，它包括以下步骤向粉末状的阴离子高分子脱水剂中添加碳酸钠和氯化钠化合物颗粒，通过搅拌使脱水剂与碳酸钠、氯化钠化合物颗粒充分混合；将混入碳酸钠和氯化钠化合物颗粒的脱水剂与水混合，并进行搅拌；将脱水剂混合液通过高速分散乳化设备进行溶解，溶解时间小于2min，溶解后即制成脱水剂溶液。本发明在高分子脱水剂中添加一定比例的水溶性碳酸盐和氯化钠化合物进行改性，基于结合进水水流雾带流动状态，使得每个颗粒与水快速充分接触分散，实现在水中瞬时均匀分散湿润，最终解决高分子脱水剂材料高浓度湿润结块问题。
文档编号B01F3/00GK102974239SQ201210440800
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者徐畅, 蒋素英, 吴智仁 申请人:江苏艾特克环境工程设计研究院有限公司, 艾特克控股集团有限公司