Очистка сточных вод коксохимических предприятий
Сточные воды коксохимического производства — одни из наиболее опасных (как источник загрязнения водоемов) и трудных с точки зрения их очистки среди промышленных сточных вод. Поэтому проблема очистки сточных вод коксохимического производства решается комплексом физико-химических (отстаивание, флотация, коагуляция) механических и биохимических способов, которые используются для очистки локальных стоков и общего фенольного стока на биохимических установках. Выбор способов и эффективность очистки во многом определяются тем, как используются очищенные сточные
БОДЫ.
На большинстве действующих коксохимических предприятий очищенные сточные воды используются для тушения кокса. Объемы образования сточных вод (0,4-0,5 м3 на 1 т кокса) соизмеримы с безвозвратными, потерями воды при тушении кокса. Поэтому на предприятиях с мокрым тушением кокса в принципе реализуется бессточность производства. Сточные воды перед тушением кокса должны быть очищены от летучих вредных веществ и не содержать те соединения, которые при контакте с раскаленным коксом могут разлагаться с выделением вредных летучих компонентов.
Сточные воды коксовых цехов также используются для тушения кокса. Они подвергаются очистке от механических примесей — частиц кокса и коксового шлама размером соответственно до 25 и 15 мм в горизонтальных отстойниках. Типовой горизонтальный отстойник состоит из двух секций и имеет размеры в плане 5,3×12,5 м, общую глубину 4,5 м, в том числе проточной части — — 1,25 м и осадочной — 2,95 м. Осадок из отстойника выгружается грейферным краном на площадку для подсушивания, после чего используется в качестве топлива. Осветленная вода направляется, на тушение.
К фенольным сточным водам относят:
• избыточную надсмольную воду, образующуюся за счет физической и пи — рогенетической влаги шихты;
• воды, образующиеся за счет контакта острого пара н технической, воды химическими продуктами коксования при их улавливании н переработке (сепараторные веды, отжимные воды из хранилищ, избыточная вода цикла ко
немного охлаждения коксового газа при обновлении цикла технической водой).
Аэрация применяется в качестве предварительной обработки сточных вод для улучшения отстаивания. Мельчайшие нерастворимые примеси сточных вод, близкие по плотности к воде, в процессе аэрации изменяют свою гидравлическую крупность, приобретают способность к осаждению. Предварительная аэрация фенольных вод осуществляется в отдельных емкостях ■—преаэра — торах, располагаемых перед первичными отстойниками.
Продолжительность аэрации 15-20 мин, удельный расход воздуха 0,5 м3/м3 сточных вод. Полезная глубина принимается аналогично усреднителям и аэро- тенкам. Число параллельно работающих секций преазраторов не менее двух, оба работающие. Распределение воздуха осуществляется с помощью перфорированных труб, укладываемых по дну преаэроторов.
В преазраторах благодаря аэрации одновременно обеспечивается перемешивание фенольных вод с вводимыми реагентами.
Надсмольные воды отделений конденсации и сепараторные воды смодопе — рерабатывающих цехов перед отведением в канализацию подвергаются регенеративной очистки в аммиачных колоннах и обесфеноливающих скрубберах с целью улавливания аммиака и фенолов в виде товарных продуктов.
Целесообразность извлечения фенолов в виде товарного продукта определяется их концентрацией в сточной воде.
Сточные воды химических цехов очищаются по схеме, показанной на рис. 5.9.
Надсмольные воды для обессмоливания подаются в кварцевые фильтры, а затем поступают на аммиачную колонну для удаления аммиака и в обесфено- ливающий скруббер для извлечения фенолов.
Рис. 5.9. Схема очистки фенольных сточных йод коксохимического завода: А —избыточная надсмольная аммиачная вода; Б — конденсат газопроводов; В — вода от освежения никла конечного газового холодильника; Г — сепараторные воды; Д — сборник объединенного стока фенольных воц:
I —осветлители и отстойники воды; 2 ■—фильтры для обессмоливания; 3 — аммиачная колонна; 4—обеефеноливающий скруббер; 5— установка механической очистки; 6 — усреднитель; 7 —установка тушения кокса; 8—биохимическая установка; 9 — городские очистные сооружения; 10 —■ водоем
|
Рис. 5.10. Схема механической очистки фенольных вод: 1 —сборник фенольных вод; 2—подъемная решетка; 3 — насосы; 4—песколовка; 5 — усреднитель; б—маслоотделитель: 7 — отстойник; 8— насос для перекачки смолы и масла; 9 — уравнительный резервуар: /— фенольная сточная вода; II— надсмольная вода; 111— подача воды на тушение кокса или биологическую очистку; IV— на склад смолы |
После скруббера надсмольные сточные воды поступают в усреднитель.
При наличии локальной биохимической установки надсмольные воды перед поступлением в усреднитель охлаждаются в закрытой теплообменной аппаратуре до температуры 30-35 °С. Для очистки надсмольной воды используется кварцевые фильтры типа ТКЗ. Продолжительность фильтроцикла ориентировочно составляет 96 ч при эффекте очистки 95 %. Регенерацию фильтра производят потоком горячей надсмольной воды снизу вверх. Расход воды на регенерацию составляет около 3 % объема очищенной воды.
Прочие фенольные стоки проходят систему механической очистки (рис. 5.10), состоящую из первичных отстойников для удаления тяжелых смол и грубодисперсных примесей и флотационных маслоотделителей для более глубокого удаления смол и масел. Масла в сточных водах коксохимического производства в основном представлены компонентами поглотительного масла (конденсированными двухядерными ароматическими углеводородами с температурой кипения от 200 да 300 °С) и антраценового масла (полициклическим, в основном трех кольчатыми, конденсированными углеводородами с температурой кипения выше 300 °С).
Масла в сточных водах коксохимического производства по своему составу специфичны по сравнению со сточными водами других отраслей промышленности.
Флотационные методы очистки от масел сточных вод обладают существенными технологическими достоинствами (простотой аппаратурного оформления, высокой производительностью, отсутствием стадии регенерации) и возможностью довольно глубокой очистки сточных вод от диспергированных примесей — в пределе до полного удаления всех частиц, кроме высокодисперсных (такой возможностью обладает еще только способ фильтрации, который, однако, сложнее в эксплуатации и требует стадии регенерации).
|
Время очистки Рис. 5.11. Эффективность методов очистки сточных вод от масел: I — отстой; 2 — бсзреагеитная флотация; 3 — реагентная флотация; 4 — высокодисперсные частицы масла (диаметром <1 мкм) |
Достигается при использовании реагентиой флотации, в частности, при добавке в сточную воду неорганического электролита. Наиболее распространено использование сернокислого закисного железа (железного купороса FeS04-7H20), оптимальная доза которого от 30 до 70 мг/дм3 в расчете на FeS04.
Общее представление о возможностях методов очистки от масел дает рис. 5.11.
Маслоотделители работают по принципу импеллерной флотации. При этом обеспечивается стабильная очистка сточных вод от смоли масел до их остаточного содержания 58-74 мг/дм3. Концентрация смол и масел в очищенной воде может быть понижена почти в 2 раза при добавлении в исходную воду коагулянта — сернокислого закисного железа в количестве 30-70 мг/дм3.
Очищенная вода поступает в усреднитель. После него сточные воды могут идти на тушение кокса или подвергаться биологической очистке, как ка локальных сооружениях, так и на общегородских очистных сооружениях. Локальная очистка производится в одну или две стадии в аэротенках с пневматической и пневмомеханической аэрацией. При двухступенчатой очистке на пер — пой ступени происходит окисление фенолов, а на второй — ироданидов и цианидов. При этом нагрузка по фенолам и роданидам составляет соответственно до 1,6 и 0,6 кг/(м3-сут).
Расход воздуха при пневматической аэрации составляет 120-160 м на 1 м3 очищаемой воды, при пневмомеханической — 50-70 м3 на 1 м3 очищаемой воды.
В последнее время намечается переход на одноступенчатую очистку, что позволяет в 1,5-1,6 раза сократить объем аэротенков. Степень очистки от фенолов достигает 99,8 %, от роданидов — 99,6 %. Конечное содержание фенолов в очищенной воде составляет 0,1-0,3 мг/дм3, роданидов — 5-20 мг/дм3. Физико-химические методы очистки фенольных вод, такие как адсорбционная очистка и озонирование, на коксохимических заводах не получили широкого распространения.
После маслоотделителя вода поступает в отстойник.
Отстаивание является наиболее простым, часто применяемым способом очистки сточных вод от грубодисперсных, нерастворимых примесей. Основным показателем скорости осаждения загрязняющих частиц является их гидравлическая крупность.
Загрязненность фенольных вод каменноугольной смолой обычно находится в пределах 0,5 г/дм3 в отдельные периоды может увеличиваться до 1 г/дм3 и более. Загрязненность взвешенными веществами, главным образом бактериальным илом, происходит в процессе биохимической очистки сточных ВОД и находится в пределах до 1 г/дм3. По данным исследований, оптимальная температура отстаивания фенольных вод 35-40 °С, pH 7,0—7,5.
Общий вид современного отстойника-смолоуловителя показан на рис. 5.12. Отстойник состоит из металлического корпуса 010 м, расположенного над
|
Рис. 5.12. Общий вид отстойника-смолоуловителя: 1 — подача сточных сод; 2— центральная труба; 3 — погружная перегородка; 4 — зубчатый водослив; 5—периферийный поток осветленной воды; б — отвод осветленной воды; 7—скребковое устройство; 8—устройство для перемещения осветленной воды; 9 — насос для откачки смолы; 10-—подача смолы в складируемые емкости; 11—электродвигатель: 12 — редукторы; 13 — коническая передача; 14 — вал скребковых устройств; 15 —эластичное скребковое устройство; 16—радиальный лоток для сброса всплывающих загрязнений; 17 отвод всплывающих загрязнений |
поверхностью земли, оснащенного нижними скребковыми устройствами для перемещения осажденной смолы в центральный зумпф и верхним для удаления всплывающих загрязнений.
Подаваемая в отстойник сточная вода поступает через центральную трубу в осадочную часть, отстаивается, двигаясь радиально к периферии, затем через погружную перегородку и зубчатый водослив поступает в периферийный лоток осветленной воды, из которого отводится за пределы отстойника.
Скребковое устройство, расположенное в центральном зумпфе, служит для перемешивания в нем смолы с целью предотвращения ее уплотнения. Смола из зумпфа отстойника по мере ее накопления откачивается насосом в складирующие емкости. Всплывающие загрязнения из радиального лотка отводятся через самотечный трубопровод в складирующую емкость. Поверхности дна и зумпфа отстойника обогреваются с наружной стороны паром до 55-60 °С для уменьшения вязкости отстоявшейся смолы.
Основные данные по отстойнику: 010 м; рабочая высота 2,8 м; полезный объем 220 м3; водная поверхность 78 м2′ скорость вращения скребковых устройств 1 об/ч; мощность электродвигателя скребковых устройств 0,8 кВт.
С переходом на сухое тушение кокса возможно изменение баланса сточных вод на коксохимических заводах, что необходимо учитывать при проектировании очистных сооружений.
Весьма перспективным способом очистки фенольных сточных вод на предприятиях коксохимии переработки твердых топлив является способ экстракционной очистки.
Сущность экстракционного способа обесфеноливания заключается в обработке сточной воды нерастворяющимися в воде экстрагентами, в которых растворимость экстрагируемого (улавливаемого) вещества происходит лучше, чем в воде.
При экстракционной очистке фенольных сточных вод в качестве экстрагента применяют бутилацетат, диизодропиловый эфир, бензол и др. Для повышения эффективности извлечения фенолов используются смешанные растворители: бутилацетат в смеси с бутиловым спиртом, с диизопропиловым эфиром и др. Однако наиболее часто применяют бутилацетат или смесь бутилацетати
Рис. 5.13. Кривая динамики осаждения смолы і радиальном отстойніже-шолоуловителе.
о с изобутилацетатом (феносольван), обладающие высокой экстрагирующей способностью по отношению к фенолам.
В процессе экстракции, растворенные в сточной воде вещества, подлежащие извлечению распределяются между водой и вводимым растворителем — экстрагентом до достижения полного равновесия, выражаемого коэффициентом распределения:
/с = С /С = const,
р Э О ’
где С и Св — соответственно концентрации растворенного вещества в экстрагенте и воде.
Коэффициент распределения фенола между некоторыми растворителями и водой при 20 °С составляет для бензола 2,2, трикризол-фосфата 28, бутилаце — тата48,5; при 22 °С для феносольвана 49.
Растворитель должен удовлетворять следующим требованиям: иметь, возможно, высокий коэффициент распределения; обладать селекционирующей способностью экстрагировать из сложной среды один вид загрязнения, предназначенный для улавливания; обладать низкой растворимостью в воде; существенно отличаться от плотности воды и иметь температуру кипения, отличающуюся от температуры кипения экстрагируемого вещества.
Процесс экстракционного обесфеноливания заключается в смешении сточной воды с экстрагентом до установления равновесного растворения в них фенолов, последующего разделения образовавшихся фаз (сточной воды и насыщенного фенолами экстрагента) и затем регенерации экстрагента выделением фенолов.
Для экстракционной очистки сточных вод коксохимических заводов могут быть применены различные растворители (бензол, сложные эфиры, поглотительное масло и др.), однако наибольшее распространение нашел бензол, получаемый при коксовании угля. В связи с тем, что коэффициент распределения бензола по отношению к феншу невелик (около 2,2 при 20 °С), используются значительные объемы бензола и концентрация фенолов в экстракте мала.
лов включает четыре отделения: 1) подготовки фенольных сточных вод к экстракции: выделение смол отстаиванием и фильтрацией, охлаждение сточной воды, улавливание паров растворителя и, в случае необходимости, карбонизация; 2) экстракции; 3) регенерации экстрагента из воды; 4) регенерации растворителя из экстракта и получения товарных фенолов.
Принципиальная технологическая схема установки обесфеноливания сточных вод газосланцевых заводов представлена на рис. 5.14. Сточная вода проходит кварцевый фильтр /, в котором очищается от смолы, и поступает в уравнительную емкость 2. Далее фенольная вода насосом 5 через холодильник 4 подается в колонну 5 для улавливания неконденсирующихся паров раствори-
|
Рис. 5.14. Принципиальная технологическая схема установки экстракционного обесфеноливани** сточных вод термической переработки горючих сланцев: / — кварцевый фильтр; 2 — уравнитель!1 емкость; 3, 6, 10, 13, 19-22, 29 — насосы; 4, 15, 27 — холодильники; 5 — колонна для улавливані паров растворителя; 7,8 — экстракционные колонны 1-й и 2-й ступени; 9 — промежуточный сбор ник экстракта; 11, 24 — теплообменники; 12 — колонна регенерации растворителя нз обесфенолсн ной воды; 14,31 — конденсаторы-холодильники; 16, 32 — сепараторы; 17 — сборник обесфеноле*1 ной и отсепарированной воды; 18 — сборник регенерированного растворителя; 23 — сборник эксТ рата; 25 — подогреватель; 26—регенерационная колонна 1-й ступени; 28, 33 — кипятильники; регенерационная колонна 2-й степени; 34 — сборник товарных фенолов |
теля, поступающих из разных аппаратов, а затем насосом б — в последов8′ телыю соединенные распылительные экстракционные колонны 7 и 8 (диаметР 2 м, высота 20 м). В экстракционную колонну 8 насосом 20 из сборника реге’ нерированного растворителя 18 подается растворитель (смесь бутилацетате с диизопропиловым эфиром). С верха колонны 8 слабый экстракт стекает в сбор’ ник 9, откуда насосом 10 подается в экстракционную колонну 7. Экстракт1,3 колонны 7 стекает в сборник 23.
Обесфеноленная вода поступает в сборник 17, из которого насосом 19 чере3 теплообменник 11 подается в колонну 12 регенерации растворителя из воД1’1
(02 м, высота 18 м). Снизу в регенерационную колонну подается острый пар. Очищенная вода насосом 13 прокачивается через теплообменник 11, іде отдает свое тепло поступающей воде, и направляется на использование или на доочистку. Пары растворителя и воды (азеотропная смесь) проходят конденсатор 14 и холодильник 15; конденсат поступает в сепаратор 16, в котором растворитель отделяется от воды. Растворитель из сепаратора сливается в сборник 18, а вода — в сборник 17. Экстракт из сборника 23 насосом 22 через теплообменник 24 и подогреватель 25 подается в регенерационную (ректификационную) колонну 1-й ступени 26, оборудованную кипятильником28 и предназначенную для сгущения экстракта. В эту колонну насосом 21 из сборника 18 подается флегма (растворитель). Диаметр тарельчатой ректификационной колонны — 1,6 м, высота — 19 м. Пары растворителя проходят теплообменник конденсатор 24, холодильник 27, и регенерированный растворитель поступает в сепаратор 32 и далее в сборник 18. Сгущенный экстракт из кипятильника 28 ректификационной колонны насосом 29 направляется в регенерационную колонну 2-й ступени 30, оборудованную кипятильником 33 (диаметр около 0,5 м, высота 16 м). Снизу в колонну подается острый пар. Отгонка растворителя осуществляется в виде гетероазеотропной смеси с водой. Бары азеотропной смеси проходят конденсатор-холодильник 31, конденсат поступает в сепаратор 32, из которого растворитель сливается в сборник 18, а вода — в сборник 17. Товарные фенолы из кипятильника 33 поступают в сборник фенолов 34 и далее на склад.
Подученные растворы фенолятов после предварительного упаривания направляют на переработку.
Основные показатели работы установок обесфеноливания стсяных вод методом экстракции бензолом следующие:
Степень обесфеноливания, %……………………….. 90-92
Отношение объемов бензола и вода……………….. 1 ; 1
Расход 100 %-го едкого натра
на 1 кг фенолов, кг………………………………….. 0 6
Степень превращения едкого натра
в феноляты натрия, %……………………………….. 70
Концентрация едкого натра в растворе
для экстракции фенолов из бензола, % (масс.)… 15-20
Потери бензола с водой, кг/м3……………………. о 25-2 5
Температура, °С……………………………………….. 40-50
С увеличением объемного соотношения бензола и воды степень обесфеноливания может быть повышена до 98 %.
На некоторых коксохимических заводах в качестве экстрагентов используют бутилацетат, феносольван, каменноугольное масло и др.
Эффективность процесса экстракции фенолов бутилацетатом или его смесью с другими растворителями снижается с повышением содержания в воде свободного аммиака. Кроме того, увеличиваются потери бутилацетате вследствие гидролиза в щелочной среде. Сточная вода полукоксования бурого угля содержит около 6 г/дм3 аммиака, причем степень его нейтрализации в ней составляет до 50 %. Для нейтрализации аммиака предусматривается обработка фенольной сточной воды диоксидом углерода (карбонизация). После карбонизации степень нейтрализации возрастает до 75-85 %, что заметно повышает эффективность очистки воды от фенолов. Узел карбонизации воды несложен: фенольная вода освобождается от частиц смолы, охлаждается до 25-30 °С и поступае т в барботажную колонну, в которую также подается С02. Одновременно со связыванием аммиака происходит отдувка сероводорода. Сточная вода затем фильтруется и направляется на экстракцию фенолов.
Характеристика работы установок обесфеноливания сточных вод приведена в табл. 5.29.
Схемы установок обесфеноливания сточных вод термической переработки ушей (полукоксования и газификации) аналогичны схеме приведенной на рис. 5.14.
Положительным качеством экстракционного способа обесфеноливания является сравнительно высокая степень улавливания фенолов: до 90 % и более. К недостаткам следует отнести сложность процессов улавливания и восстановления экстракционной способности поглотителя. Кроме того, имеющиеся в процессе потери поглотителя приводят к загрязнению им обесфеноленной воды. Поэтому на коксохимических предприятиях экстракционный способ обесфеноливания не получил промышленного распространения.
В связи с этим при регенерации бензола применяют не дистилляционные методы, а метод абсорбции водным раствором щелочи (бензол-фенолятный метод).
Бензол-фенолятный метод очистки включает следующие стадии: 1) обессмо — ливание воды отстаиванием, фильтрованием и промывкой циркулирующим бензолом; 2) экстракция фенолов из сточной воды бензолом; 3) очистка бензола от растворимых в нем кислых газов промывкой щелочно-фенолятным раствором; 4) экстракция фенолов из бензола щелочным раствором; 5) выделение растворенного бензола из обесфеноленной сточной воды.
Следующим перспективным методом обесфеноливания сточных вод (коксохимических производств является пароциркуляционный метод.
Этот способ обесфеноливания осуществляется по методу Копперс в обесфе — ноливающем скруббере представляющем собой колонну, состоящую из верхней отпарной секции, и нижней поглотительной секции. Секции разделены глухой тарелкой, оборудованной патрубком для прохода циркулирующего в скруббере пара с помощью вентилятора. Принципиальная технологическая
|
Таблица 5.29 ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ УСТАНОВОК ОБЕСФЕНОЛИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
|
|
Показатели |
Установки owjctjw сточных вод |
||
|
полукоксования бурого угля |
газификации под давлением бурого утая |
термической переработки горючих сланцев |
|
|
Фракционный состав (в %) сырых фенолов прн |
|||
|
выкипании до температур, °С: |
|||
|
170 |
— |
7-Й |
— |
|
і 90 |
5 |
20-35 |
— |
|
200 |
7 |
— |
— |
|
210 |
15 |
50-60 |
— |
|
220 |
19 |
— |
— |
|
230 |
40 |
— |
— |
|
240 |
— |
70-80 |
10,9 |
|
250 |
57 |
— |
— |
|
260 |
75 |
75-85 |
— |
|
270 |
88 |
— |
17,1 |
|
280 |
92 |
— |
— |
|
287 |
97 |
90-95 |
— |
|
300 |
— |
73,0 |
|
|
* Смесь бутилацетзта [30-50 % (масс.)) и дннзопропилового эфира 150-70 % (масс.)]. |
Рис. S. IS. Технологическая схема установки обесфеноливания сточных вод пароциркупяционным згодом: / — аммиачная колонна; 2 — сбор/шк; 3 — нас ос; 4 скруббер; 5 вентилятор; б — реактор-отстойник; 7—приколоиок;«—реле времени; Р—насос для горячего щелочного раствора; IV — сборник горячего щелочною раствора; Я — насос для перекачки раствора фенолятов натрия; Я — сборник раствора фенолятов натрия; 13 — насос для циркуляции раствора феншятов натрия; 14 — подогреватель
схема пароциркуляционной установки представлена на рис. 5.15. Сточная вода, очищенная от летучего аммиака, из испарительной части аммиачной колонны 1 при температуре кипения поступает в сборник 2, из которого насосом 3 подается в верхнюю часть обесфеноливающего скруббера 4. В скруббере осуществляется постоянная циркуляция с помощью вентилятора 5 водяных паров, имеющих температуру 101-103 °С. Из сточной воды, стекающей по насадке, поднимающийся водяной пар отгоняет фенолы. Обесфеноленная сточная вода из скруббера самотеком через гидрозатвор поступает в реактор-отстойник 6 и приколонок 7 для выделения аммиака из связанных солей.
Водяной пар, насыщенный фенолами, из верхней десорбционной части скруббера вентилятором подается в нижнюю поглотительную часть, сверху которой пфиодически (с помощью реле времени 8) подается насосом 9 из сборника 10 горячий 8-10 %-й раствор едкого натра. Образующийся раствор фенолятов натрия постоянно подается насосом 13 на орошение нижнего яруса поглотительной части скруббера. Эго позволяет повысить концентрацию фенолятов в растворе на 20-25 %. Обесфенолеиный пар поступает в десорбционную часть скруббера. Часть раствора фенолятов стекает в сборник 12, из которого насосом И направляется на склад.
Периодичность подачи свежей щелочи позволяет снизить ее расход без уменьшения эффективности обесфенсшивания водяного пара.
Отрицательное влияние на процесс обесфеноливания сточной воды оказывают кислые примеси, такие как диоксид углерода, сероводород и синильная кислота, которые связывают едкий натр в балластные соли. Диокотд углерода к тому же способен взаимодействовать с фенолятами с образованием фенола и бикарбоната натрия.
Концентрация летучего аммиака в воде, подаваемой на обесфеноливающую установку, не должна превышать 500 мг/дм3. Присутствие аммиака в циркулирующем паре приводит к снижению степени обесфеноливания воды.
Для повышения степени извлечения фенолов из циркулирующего пара применяется трехступенчатая схема орошения с двумя ступенями рециркуляции и периодическим орошением верхней ступени свежим раствором щелочи.
Основные показатели технологического режима работы пароциркуляционных установок даны ниже:
Температура, °С:
|
100-102 101-103 102-103 105-115 6,7-26,6 (50-200) |
вода, подаваемой в скруббер, не ниже
циркулирующего пара……………………………………
щелочи, подаваемой в скруббер……………………
циркулирующих фенолятов…………………………..
Давление в скруббере, кПа (мм рг. ст.)
Концентрация, %:
едкого натра в свежем растворе…………………… 4-12
фенолов в выводимых растворах
фенолятов натрия, не менее………………………….. 15
свободного едкого натра в выводимых растворах
фенолятов натрия, не более……………………………. 8
Количество циркулирующего пара на 1 м3 воды, м3 1400-2000
Поверхность насадки, н?/(м3-ч):
деревянной хордовой………………………………… 400
металлической спиральной 650-700
Число ступеней орошения абсорбционной части……….. 3
Плотность орошения циркулирующим раствором
фенолятов натрия, м2/(м3,ч)………………………………………………………… 5
Расход щелочи на 1 кг извлекаемых фенолов, кг…….. 0,9
Расход водяного пара низкого давления на 1 м3 воды, кг. 15-20
Степень обесфеноливания сточной воды пароциркуляционным методом составляет 80-90 %. Остаточное содержание фенолов в очищенной воде не превышает 150-200 мг/дм3.
При использовании многоступенчатой системы орошения поглотительной части скруббера обеспечивается степень обесфеноливания воды не ниже 90 %.
Достоинствами пароциркуляционного метода являются: простота и компактность установки, простота эксплуатации, полная автоматизация, отсутствие контакта сточной воды с реагентами. Недостатки метода: малая эффективность обесфенсшивания воды, значительные расходы щелочи и водяного пара, потери фенолов в процессе отгонки летучего аммиака.
Фенольные сточные воды после установок экстракции или выпаривания до — очищаются на биологических очистных сооружениях, чаще всего совместно с Другими производственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.
Биохимическая очистка осуществляется микробным способом[2] на биохи — мических установках в составе предприятия с помощью специальных комл — лексов бактерий и на городских или поселковых очистных сооружениях совместно с бытовыми и сточными водами с помощью активного ила. Он состоит из микроорганизмов, простейших, грибов, некоторых высших организмов (типа коловраток, червей, клещей), водорослей, вирусов.
Биохимические установки включают в себя сооружения подготовки сточных вод (выравнивание расходов, охлаждение, усреднение), сооружения механической и физико-химической очистки от смолы и масел и собственно сооружения биохимической очистки.
Отделение механической очистки предназначено для извлечения из сточнЫ* вод смол и масел отстаиванием и флотацией.
Доочистка производится в аэротенках и биофильтрах по одно — и двухступенчатым схемам.
Эффективность процесса биологической очистки сточных вод коксохимических заводов определяется скоростью разложения роданидов.
Нагрузка аэротенков по роданидам не должна быть выше 0,3 кг/(м — сут) при расходе воздуха (пневматическая аэрация) не менее 700 м3 на 1 кг роданидов. Концентрация фенолов в очищаемой воде может вдвое превышать концентрацию роданидов без ухудшения эффективности очистки.
Значительное содержание аммиака (общего) в сточной воде приводит к увеличению времени аэрацин, расходу значительного количества воздуха, а также к некоторому снижению эффективности очистки сточной воды от фенолов и других примесей.
В процессе биологической очистки сточных вод коксохимических производств в первую очередь окисляются фенолы, а затем роданиды и цианиды, причем после разрушения фенолов многие культуры способны разрушать роданиды.
Рационально производить биологическую очистку сточных вод в несколько ступеней, при этом на 1-й ступени предусматривается очистка от фенолов с помощью фенолразрушающих бактерий, на 2-й ступени — очистка от роданидов и цианидов с помощью роданразрушающих бактерий и на 3-й ступени окончательная доочистка сточных вод.
В настоящее время только на отдельных биохимических установках, когда не требуется очистка сточных вод от роданидов, биохимическая очистка осуществляется в одну ступень.
Данные очистки фенольных сточных вод приведены в табл. 5.30. Преимуществом многоступенчатых схем очистки является возможность использования на первой и второй ступенях предварительно адаптированных фенол — и роданразрушающих культур, так называемый «микробный» метод очистки, позволяющий подавать сточные воды, содержащие до 2000 мг/цм фенолов и до 1000 мг/дм3 роданидов. Однако следует иметь в виду, что приме-
|
Таблица 5.30 РЕЗУЛЬТАТЫ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД КОКСОХИМИЧЕСКОГО ЗАВОДА
|
нение чисто «микробного» метода в процессе очистки сточных вод в нестерильных условиях затруднено, так как в складывающемся биоценозе некоторые выведенные культуры могут быть вытеснены другими, более жизнеспособными в данных условиях, культурами микроорганизмов.
Опыт эксплуатации промышленной двухступенчатой установки биологической очистки сточных вод показал, что степень очистки от фенолов составляет 99,08-99,84 % и от роданидов — 95,0-99,6 % при следующих параметрах процесса:
Темпераіура воды, °С:
на I ступени……………………………………………….. 30-32
на II ступени………………………………………………. 25-30
Оптимальное значение pH:
на I ступени……………………………………………….. 7,2-7,5
на 11 ступени……………………………………………… 6,8-7,0
Содержание фенолов в воде после I ступени, мг/дм3 0,5-5
Для обесфеноливания и обезродаяивания сточных вод были использованы разновидности лучистых грибков Nocardias N. Corrvaluta и N. Mexicana.
Результаты опытов по очистке сточных вод от фенолов с помощью культуры N. Convaluta и обесфеноленной воды от роданидов с использованием культуры N. Mexicana при 28-30 °С показывают, что эти культуры обладают большей активностью, чем применяемые обычно культуры фенол — и роданразрушающих бактерий. Положительным свойством культуры Nocardia является ее высокая активность при любых концентрациях фенолов.
Значительное распространение получил метод биологической очистки производственных сточных вод коксохимических предприятий совместно с хозяйственно-бытовыми водами. Показано, что при времени аэрации 12 ч, концентрации активного ила в аэротенке 3 г/дм3 и фенолов в смеси менее 30 мг/дм3 в очищенной воде практически фенолы не обнаруживаются, а при концентрации фенолов в исходной воде до 50 мг/дм3 в очищенной воде содержится до 0,3 мг/дм3 фенолов. БПК очищенной воды обычно не превышает 10-20 мг/дм3.
Исследования по биологической очистке сточных вод термической переработки бурых углей и горючих сланцев показали, что концентрация летучих фенолов в очищенной воде составляет 0,1-0,4 мг/дм3, нелетучих — 16- 26,7 мг/дм3.
Из результатов работы биологических очистных сооружений, представленных данными табл. 5.31, следует, что при продолжительности аэрации 15-16 ч содержание фенолов (летучих) снижается до 0,2-5,8 мг/дм3. Окислительная мощность аэротенков составляет 500-800 г/(м3-сут).
Интересно отметить, что в сточных водах переработки сланцев после очистки ш биофильтрах определено следующее соотношение основных феноль-
|
Таблица 5,31 РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ (/ — исходная сточная вода; 2 — очищенная сточная вода)
|
ных компонентов (в %): фенол — 9, о-крезол — 32, м — и и-крезол — 32, ксиле — нолы — 27.
Для проектирования биохимических установок коксохимических предприятий обычно принимается следующий состав сточных вод, поступающих в аэротенки (в мг/дм3): фенолы 400, роданиды 400, цианиды 20, общие масла 35, аммиак летучий до 250, аммиак общий 500, ХПК 3000. Состав очищенной воды по основным загрязнениям при проектировании современных биохимических установок (в мг/дм3): фенолы 0,5-24 роданиды 1-3; цианиды до 0,5; общие масла 10—20; ХПК 300-500.
Современные биохимические установки на коксохимических заводах — довольно мощные сооружения. С учетом климатических условий, эксплуатационных затрат на обслуживание и ремонт, возможностей управления процессом биохимической очистки наиболее целесообразно сооружать центральную воздуходувную станцию, а в качестве аэрационной системы использовать эр — лифтные аэраторы, которые одновременно обеспечивают хорошее перемешивание жидкости в аэротенке.
На всех 13- ги коксохимических предприятиях России работают в настоящее время биохимические установки; на коксохимических заводах Украины работает в настоящее время 14 биохимических установок.
Сравнение показателей работы отечественных биохимических установок н зарубежных установок показывает, что в целом уровень очистки от основных компонентов одинаков, в отдельных случаях на отечественных установках достигнута более глубокая очистка. В табл. 5.32 приведены показатели очистки сточных вод коксохимического завода в г. Гамильтоне (США): значительно более глубокая очистка от фенола получена в результате совместной очистки фенольных вод завода с хозяйственно-бытовыми водами также за счет разведения очищенной сточной воды речной водой. Кстати, в зарубежной информации по очистке сточных вод коксохимических заводов часто отмечается факт
|
Содержание в |
Страна, город |
|||
|
сточной воде, мг/дм3 |
Великобритания, завод в г. Скантори |
Фраядия., завод в г. фос-Тюр-Море |
Япония, завод в г Китонюсю |
США, завод в г. Гамильтон** |
|
Фенолов: |
||||
|
до очистки |
650 |
156-650* |
1500 |
180 |
|
после очистки |
5 |
0,2-2,4 |
1 |
0,001 |
|
Роланидов: |
||||
|
до очистки |
120 |
96-145 |
_ |
175 |
|
после очистки |
5 |
1-3 |
— |
4 |
|
Цианидов: |
||||
|
до очистки |
13 |
2,6-15,8 |
20 |
3 |
|
после очистки |
0,5 |
0,08-9,6 |
1 |
1,5 |
|
хпк-. |
||||
|
до очистки |
ЗЗСО |
1720-4000 |
6000 |
1800 |
|
поспе очистки |
500 |
360-1200 |
300 |
— |
|
* Минимум-максимум; ** На биохимической установке осуществляется совместная очистка 388 м3/суг сточных вод коксохимического завода и 133 м3/сут хозяйственно-бытовых вод, с разбавлением 232 м^/сутречиой водой. |
разбавления очищенных производственных вод речной или морской (в Японии) водой.
Следует отметить, что для повышения эффективности очистки сточных вод необходимо внедрение новых методов и аппаратов для биологической очистки: с применением технического кислорода, флотаниоиисго отделения активного ила от сточной воды, отстаивания в тонком слое жидкости и др.
Дія доочистки фенольных сточных вод, прошедших очистку физико-химическим методом, применяют регенеративные (адсорбция, ионный обмен) и деструктивные (озонирование и др.) методы.
Абсорбция. Адсорбция является эффективным методом обесфеноливания сточных вод Сорбентами могут служить активные угли, кокс, зола, шлаки и др. Показана применимость активного угля марки КАД-иодный для обесфеноливания сточных вод коксохимических производств. Очистке воды активным углем предшествует ее ионитная очистка от роданидов и тиосульфатов. После насыщения уголь регенерируют при 70 °С промывкой бензолом. Раствор фенолов обрабатывают щелочью, и очищенный бензол используют в процессе. Из регенерированного угля отгоняют бензол с водяным паром, и уголь вновь используют для очистки воды. После пятнадцати циклов адсорбции — десорбции уголь подвергают термической регенерации при 800 °С. По прохождении такой обработки остаточное содержание фенолов составляет около 5 мг/дм3
при исходной концентрации 250 мг/дм3; окисляемость очищенной воды________
около 100 мг/дм3.
Метод адсорбции успешно используют дня доочистки фенольных вод после установок экстракционного обесфеноливания. Только на одном газосланцевом заводе применение адсорбции позволяет дополнительно получать до 800 т/ год фенолов и значительное количество воды, пригодной в производстве.
Положительные результаты получены по доочистке фенольных вод газосланцевого завода на непрерывно действующей адсорбционной установке во взвешенном слое пылевидного активного угля, стабилизированного полиакриламидном. Проведенные испытания показали, что при высоте кипящего слоя 80 см, удельной производительности 7,2 м3/(м2-ч) И концентрации фенолов 1 г/ л степень очистки воды составляет 99-99,5 %. Кроме того, адсорбцию можно проводить в две ступени с получением на 1-й ступени фенолов, на 2-й ступени органических кислот (до 500 т/год).
Ионный обмен. Для доочистки сточных вод коксохимических заводов используют органические ионо-обменники — пермугит и вофатит. Вофатит способен сорбировать от 4 до 10 % (масс.) фенолов.
Присутствие роданидов, тиосульфатов и других солей часто затрудняет процессы очистки от фенолов сорбцией, озонированием. Для извлечения мешающих примесей используют иониты. С помощью катионита марки КУ-2 в Н — форме из сточных вод извлекают фенолы, а анионитом марки АН-2Ф в ОН — форме — роданиды, тиосульфата, цианиды и другие соли. Регенерируют катионит 18-20 %-м раствором серной кислоты, анионит 3-4 %-м раствором аммиака. В результате очистки сточной воды содержание общего аммиака снижается с 227-558 до 3-6 мг/дм3, роданидов — с 89-345 до 1-3 мг/дм3, цианидов — с 4 мг/дм3 до нуля, фенолов — с 20-30 мг/дм3 до нуля.
Методом ионного обмена достигается высокоэффективная очистка сточных вод от роданрщов и цианидов. При скорости фильтрования сточной воды через катионит 13,3 м/ч и через анионит — 8 м/ч продолжительность фильтроцикла составляет соответственно 12-23 и 13,9-29,7 ч. При этом емкость катионита — 1860—2100 г-экв/м3? анионита — 2065 г-экв/м3. Расход реагентов на регенерацию ионитов в расчете на 1 м3 сточных вод следующий: серной кислоты •— 0,145 кг/м и аммиака — 0,375 кг/м3. Регенерационный раствор после катио- нитового фильтра содержит 97—108 г/дм3 сульфата аммония и 46—58 г/дм3 серной кислоты и может быть использован для производства сульфата аммония. Регенерационный раствор после анионита содержит около 3 г/дм3 аммиака и 50 г/дм солей. Отогнанный из него аммиак также может служить для получения сульфата аммония.
Очищенная сточная вода может быть использована в системах оборотного водоснабжения.
Озонирование. Перспективным методом доочистки фенольных сточных вод является озонирование. Проведенные исследования показали, что при оптимальных параметрах процесса (pH около 12, температура 50-55 °С) кон
центрация фенолов в сточной воде снижается с 200-300 до 0,1-0,2 мг/дм3, роданидов — с 500-600 до 3-5 мг/дм3, окисляемость — с 1000-1500 до 100— 200 мг02/дм3. Расход озона при этом составляет 1,5-2,0 г на 1 дм3 воды.