Читайте также:
|
От растворимых органических примесей
Сточные воды нефтеперерабатывающих заводов, предприятий основного органического синтеза, синтетических волокон и продуктов других предприятий целлюлозно-бумажного производства содержат различные растворенные примеси. Это ароматические и непредельные углеводороды, спирты, эфиры и многое другое.
Все методы очистки сточных вод подразделены на регенерационные и деструктивные.
К регенерационным методам относят методы, позволяющие не только очищать сточные воды, но и извлекать из них ценные вещества. Это методы, рассмотренные нами при очистке сточных вод от растворимых неорганических примесей, такие как ионообменная очистка, методы обратного осмоса и ультрафильтрации, реагентные методы. Кроме перечисленных методов, применяют методы адсорбционной очистки на активированных углях; очистку методами перегонки и денитрификации.
Деструктивные методы связаны с полным разрушением или уничтожением органических примесей сточных вод. Их применяют, когда невозможно или экономически нецелесообразно извлекать примеси из сточных вод, в виде тех веществ, которые растворимы в воде. К деструктивным методам относят:
1) Термоокислительные
2) Окислительные (озонирование, хлорирование)
3) Электрохимическое окисление
4) Гидролиз
На трех последних методах мы также останавливались подробно, когда говорили об очистке сточных вод от растворенных неорганических примесей. Сегодня мы рассмотрим термоокислительные методы.
Термоокислительные методы
К ним относятся:
1. Жидкофазное окисление
2. Парофазное окисление («огневой метод»)
3. Парофазное каталитическое окисление
Во всех этих методах сточные воды очищают от примесей путем полного окисления последних кислородом воздуха при повышенной температуре до нетоксичных соединений.
Выбор термоокислительных методов зависит от теплотворной способности сточных вод. По теплотворной способности сточные воды разделяют на две группы:
- сточные воды, способные гореть самостоятельно,
- сточные воды, для термоокислительного обезвреживания к которым необходимо добавлять топливо.
Для очистки сточных вод, способных гореть самостоятельно, применяют метод жидкофазного окисления.
1. Метод жидкофазного окисления (метод «мокрого сжигания»)
Сущность метода состоит в окислении растворенных органических веществ кислородом воздуха при температурах 100-350 0С и давлении 10-28 МПа, обеспечивающих нахождение воды в жидкой фазе.
В зависимости от температуры и времени контакта окисление органических примесей может протекать полностью (до СО2 и Н2О) либо частично (до карбоновых и дикарбоновых кислот) и других промежуточных продуктов.
Этот метод широко применяется для обезвреживания бытовых сточных вод и все шире применяется в различных отраслях промышленности: азотной, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, фармацевтической и др.
1.1 Принципиальная схема
Сточная вода из емкости 1 насосом 2 подается в теплообменник 3. Перед теплообменником вода смешивается с воздухом, нагреваемом компрессором. В теплообменнике смесь нагревается за счет отходящей очищенной воды. Далее она поступает в печь 4 для нагревания до необходимой температуры, а затем в реактор 5, в котором происходит окисление, сопровождающееся повышением температуры. Вода и продукты окисления (пар, газы, зола) из реактора подают в сепаратор, где происходит отделение газов от жидкости. Газообразные продукты направляются на утилизацию тепла - а вода с золой – в теплообменник 3, где отдает свое тепло меси сточных вод с воздухом. Золу от очищенной воды в случае необходимости отделяют какими-нибудь известными методами (например, отстаиванием).
1.2 Факторы, влияющие на процесс жидкофазного окисления
а) концентрация растворенных органических примесей
При высокой концентрации органических веществ (более 3%) процесс является более эффективным. В этом случае в процессе окисления выделяется большое количество тепла, и нет необходимости предварительного нагрева воды перед реактором. Нагрев воды в печи осуществляют лишь в пусковой период, а в остальное время очищенную воду не нагревают, а нагревают лишь воздух, смешиваемый с водой.
Для очистки сточных вод, содержащих небольшие количества примесей, с целью более полной отдачи тепла исходной сточной воде осуществляют рециркуляцию очищенной сточной воды.
б) температура
В общем случае с повышением температуры эффективность процесса очистки повышается, поскольку возрастает скорость реакции окисления.
в) другие факторы
Органические примеси, содержащиеся в сточных водах, в условиях жидкофазного окисления могут быть летучими и окисляться в основном в парогазовой фазе и нелетучими – окисляться в жидкой фазе, температура которой на 2-5 0С выше температуры газовой фазы.
В первом случае лимитирующей стадией процесса окисления является диффузия летучих веществ из жидкой фазы в газовую.
Увеличение турбулентности жидкости повышает скорость окисления этих веществ.
Скорость окисления в жидкой фазе возрастает с повышением температуры и также с увеличением степени турбулентности жидкости.
Увеличение парциального давления кислорода при постоянной температуре не оказывает влияние на эффективность процесса окисления, т. Е. нет необходимости в подаче избыточного количества воздуха.
Достоинства метода
Недостатки метода
2. Высокая стоимость оборудования и коррозия его в процессе очистки, образование накипи на теплопередающих поверхностях.
Например, на п/о «Азот» работает полупромышленная установка по очистке сточных вод производства. Производительность установки 5,5 м3/ч, температура в реакторе 270 0С, давление 10МПа. Реактор представляет собой 10 труб диаметром 0,2 м и высотой 12 м, соединенных последовательно. При очистке содержание органических веществ снижается почти в 60 раз.
2 Парофазное окисление («огневой» метод)
2.1 Сущность метода и области его применения
Применяется для очистки сточных вод содержащих различные примеси.
Сущность метода состоит в распылении сточных вод непосредственно в топочные газы, нагретые до температуры 900-1000 0С. При этом вода полностью испаряется, а органически примеси сгорают.
Содержащиеся в воде минеральные вещества образуют твердые или расплавленные частицы, которые затем выводятся из печи или уносятся дымовыми газами.
Этот метод является наиболее эффективным и универсальным из всех термических методов.
Этот метод целесообразно применять:
1) Для очистки небольшого количества сточных вод, содержащих высокотоксичные органические примеси, извлечение которых другими методами невозможно или экономически невыгодно;
2) При наличие на предприятии горючих отходов, которые можно использовать в качестве топлива;
3) Для извлечения ценных минеральных примесей при одновременном присутствии в сточных водах органических веществ. При наличии в сточных водах только минеральных примесей этот метод применять нецелесообразно.
Сточные воды, как правило, содержат органические и минеральные примеси.
В процессе очистки сточных вод «огневым» методом параллельно с окислением органических веществ, протекает ряд превращений и неорганических соединений, например, в результате термического разложения могут образовываться оксиды щелочных и щелочноземельных металлов: СаО, MgO, Na2O, и т. п., которые могут вступать в реакцию с компонентами дымовых газов:
Na2O + CO2 → Na2CO3
При диссоциации хлоридов в парогазовую смесь подают хлор и хлористый водород HCI.
С другой стороны, продуктами окисления органических веществ могут быть кислые газы SO2, SO3, P2O5, Cl2 и др., различные оксиды азота, в том числе и NO.
Между всеми этими веществами происходит сложное химическое взаимодействие, с образованием новых соединений, в том числе и токсичных.
Поэтому при проектировании установок «огневого» метода нужно обязательно учитывать очистку парогазовой смеси, образующейся в результате обезвреживания сточных вод, перед выбросом в атмосферу.
2.2 Технологические схемы установок «огневого» метода
В настоящее время применяются различные схемы установок. Выбор схемы обусловлен рядом факторов:
- расходом сточных вод;
- природой и количеством примесей;
- методом регенерации тепла;
- способами очистки отходящих газов и др.
Используются следующие типы установок:
а) без утилизации тепла или с утилизацией тепла;
б) с очисткой отходящих газов и без очистки;
в) с одновременной очисткой отходящих газов и утилизацией тепла.
Рассмотрим некоторые примеры.
а) Технологические схемы без утилизации и с утилизацией тепла.
Применяются для обезвреживания так называемых «малозольных» сточных вод, т. е. содержащих органические вещества.
Схема без утилизации тепла
При такой схеме очистки расход топлива очень большой – 300 кг на 1 м3 воды.
Применяются для обезвреживания небольших количеств сточных вод. Эти схемы характеризуются небольшими капитальными затратами, но большими эксплуатационными расходами.
Схема с утилизацией тепла
В этом случае тепло дымовых газов используется для получения неочищенного пара в котле-утилизаторе и для подогрева до температуры 300 0С. В таких установках можно обезвреживать сточные воды, загрязненные органическими кислотами.
Аппаратурное оформление может быть различным, но обязательно есть стадия утилизации тепла в каких-либо аппаратах.
б) Схемы с утилизацией тепла и очисткой отходящих газов.
Такие схемы применяются для очистки высокозольных сточных вод содержащих значительное количество минеральных примесей и органические вещества, в том числе нелетучие. В этом случае тепло отходящих газов используется для предварительного упаривания сточных вод с целью снижения расхода топлива. Технологические схемы имеют разные варианты.
Схема
Упаривание производят в скруббере, а упаренный раствор сжигается в печи. Неорганические соли выводятся из топки в расплавленном состоянии.
Дымовые газы освобождаются в скруббере от уносимых частиц, охлаждаются и затем сбрасываются в атмосферу.
II. Вариант технологической схемы с утилизацией тепла и очисткой газов.
Такая схема также применяется для установок «огневого» обезвреживания высокозольных сточных вод.
Схема
В этом случае производят предварительное упаривание сточных вод в выпарных аппаратах (двухкорпусная выпарка).
Соковый пар 1 корпуса используют в качестве греющего агента во 11 корпусе. Конденсат сокового пара можно использовать как очищенную воду.
После выпарных аппаратов сточная вода подается в скруббер, где происходит её дополнительное упаривание дымовыми газами, которые здесь охлаждаются и очищаются. Сточная вода поступает в распылительную сушилку, в которой происходит окончательное упаривание с получением сухого остатка влажностью 1-5%. Сухой остаток направляется в печь 6, в которой происходит выжигание органического вещества. Образовавшийся расплав солей поступает на утилизацию. Дымовые газы поступают в циклон, где очищаются от пыли (золы), сухая очистка, а затем на мокрую – в скруббер и отсасываются в дымовую трубу.
По такой схеме очищаются сточные воды, например, анилинокрасочной промышленности, содержащие NaCl и Na2SO4 и органические примеси (до 2%).
2.3 Конструкция печей для очистки сточных вод «огневым» методом
В зависимости от состава сточных вод и концентрации примесей в них используются следующие типы печей:
· Камерные и шахтные;
· Циклонные;
· С псевдоожиженным слоем.
а) Камерные и шахтные печи
Такие печи используются для обезвреживания сточных вод анилинокрасочной промышленности, производств фенолформальдегидных смол, пластмасс.
Печи оборудованы устройствами для сжигания жидкого или газообразного топлива и также форсунками для распыления сточных вод. Эти печи громоздки, имеют большой объем рабочей камеры печи, большие габариты. Производительность таких печей мала до 100 л воды на 1 м3 печи в час (100 кг/м3∙ч).
Недостатком печей является:
· неполное окисление загрязняющихся примесей вынос их с топочными газами;
· быстрый износ футеровки;
· значительный вынос пыли;
· высокая стоимость.
Такие печи устанавливали в первых установках «огневого» обезвреживания, в настоящее время их практически не применяют.
б) Циклонные печи
Эти печи очень эффективны и универсальны. В них создается вихревое движение газового потока, благодаря чему происходит интенсивный тепло- и массообмен между каплями сточных вод и газообразными продуктами. Удельные нагрузки в таких печах в десятки раз превышают удельные нагрузки в шахтных печах, их габариты значительно меньше, следовательно, капитальные затраты меньше.
Для обезвреживания сточных вод применяют горизонтальные и вертикальные циклонные камеры.
Рисунок. Горизонтальная циклонная печь
Дымовые газы подводятся тангенциально, вода распыляется форсунками, установленными по окружности камеры.
Эти камеры являются более рациональными, более производительными.
Горизонтальная печь
Цилиндрическая камера расположена под небольшим углом. На передней торцевой стенке расположена горизонтальная горелка. Форсунки для распыления расположены по горизонтальной оси печи. Минеральные соли расплавляются, расплав стекает и удаляется через люк с затвором.
Дымовые газы удаляются через цилиндрический канал, расположенный по оси задней торцевой стенки.
Основной недостаток циклонных печей состоит в значительном пылеуносе, который зависит от температуры (в общем случае с ростом температуры пылеунос снижается), оптимальная температура 1000 0С (после 1000 температура опять повышается).
Концентрации минеральных примесей (с ростом конц. солей снижается) (более 5%). Удельные нагрузки с ростом пылеуноса увеличиваются.
Рекомендуют удельные нагрузки для циклонных печей до 1000 л/м3∙ч – в этом случае пылеунос минимальный.
в) Печи с псевдоожиженным слоем
Псевдоожиженный слой создается с помощью горячего воздуха, подаваемого под газораспределительную решетку.
Псевдоожиженный слой создает зола, размеры частиц которой 1-5 мм.
Процесс проводят при температурах 750-900 0С. Температура поддерживается за счет тепла от сгорания органических примесей. Такие печи просты по конструкции, компактны.
Недостаток: необходимо строго соблюдать температурный режим, температура в печи должна быть меньше температуры плавления минеральных примесей, чтобы не образовался расплав, и не было шлакования.
В основу метода положено гетерогенное каталитическое окисление кислородом воздуха при высокой температуре органических веществ, находящихся в сточной воде.
В этом случае, применяется меднохромовый, цинкохромовый, медномарганцевый и подобные катализаторы, катализаторы из благородных металлов.
Технологическая схема установки для очистки сточных вод каталитическим окислением
Сточная вода из сборника 1 подается в выпарной аппарат 2, откуда упаренная пульпа поступает на центрифугу 7, где обезвоживается. Образовавшийся осадок отправляется на сжигание в печь. Водяной газ вместе с летучими органическими веществами из выпарного аппарата поступает в теплообменник 3, где нагревается за счет тепла парогазовой смеси, выходящей из контактного аппарата. После теплообменника пары смешиваются с горячим воздухом и поступают в контактный аппарат 4, где происходит окисление органических веществ. Дымовые газы из печи 6 поступают в котел утилизатор 5, где образуется пар, нагреваемый в выпарном аппарате 2.
Основной недостаток:
Возможность «отравления» катализаторов соединения P, F, S. Поэтому необходимо предварительно удалять каталитические яды из сточных вод.
В процессе каталитической очистки важную роль играют катализаторы.
Как катализаторы применяются благородные металлы на различных носителях, оксиды металлов, сложные оксидные соединения – шпинели.
Дата добавления: 2015-07-18; просмотров: 379 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Тестовые и практические задания по курсу «Организация торговли и товародвижения». | | | Департамент дополнительного образования детей, воспитания и молодежной политики |