книги из ГПНТБ / Шабалин А.Ф. Очистка сточных вод предприятий черной металлургии учебное пособие для техникумов

Для горения в печь необходимо подавать воздух в количестве

VB = 1,5 • Уг = 1,5 • 370 = 555 нм3/час.

где 1,5 — коэффициент избытка воздуха, необходимого при горении. Принимается подача воздуха Кв = 700 нм3/час.

Рис. 102. Печь для испарения фенольных вод и сжигания фенолов:

246 Способы очистки сточных вод газогенераторных станций

Адсорбция фенолов котельным шлаком и золой

Для очистки малых количеств фенольных вод в заграничной практике (например, в Чехословакии) используют котельный

шлак и золу. Их от котельных вывозят на открытую площадку

и засыпают слоем в 2—3 м в штабель на водонепроницаемый пол

(например, бетонный). Фенольную воду под напором разбрыз­ гивают через сопла на штабель горячих шлака и золы, благода­ ря чему разрушаются двух- и многоатомные, а также и большая часть одновалентных фенолов. В стекающей воде остается около 10% от первоначального содержания фенолов.

адсорбции фенола несгоревшими частичками угля. При этом фе­ нольную воду можно перемешивать со шлакозоловой смесью, удаляемой гидравлическим способом в золошлаконакопители.

Оптимальными условиями очистки воды от фенолов следует считать соотношение золы к воде, равное 1 :3.

§ 5. ОЧИСТКА ИЗБЫТОЧНЫХ ФЕНОЛЬНЫХ СТОЧНЫХ ВОД

При значительных количествах избыточных фенольных сточ­ ных вод, получаемых из оборотных циклов газогенераторных станций (например, несколько л«3 в час), они могут быть очище­ ны частично или полностью следующими методами:

а) эвапорацией (метод, применяемый на коксохимических за­

водах, описан выше, в гл. IV);

б) экстракцией (сущность метода описана выше, в гл. IV);

в) известкованием, с получением товарных продуктов — аце­

тата кальция, аммиачной (концентрированной) воды и фенолятнатрия; фильтрующий материал (торф, уголь и др. ) вместе со смолой сжигается в генераторах;

г) многоступенчатым методом (эвапорацией и экстракцией);

д) биохимическим или биологическим методом с разрушени­ ем фенолов.

Ниже приводится краткое описание последних трех методов.

Обработка фенольных вод известью

Фенольные (подсмольные) сточные воды станций, газифици­ рующих торф, содержат фенолы, жирные кислоты и аммиак, а

также другие загрязнения (см. гл. 1, табл. 5). При обработке этих вод известью жирные кислоты и фенолы переводятся в каль­

циевые соли с получением ацетата кальция (уксусного порошка),

1 Указания по использованию золы и шлака для очистки сточных вод. Издание ВНИИ ВОДГЕО, 1950.

сточная вода испаряется в процессе ее обработки. В качестве сточных вод от процесса известкования сбрасывается конденсат из выпарной батареи, аммиачной колонны и подогревателей; этот сток содержит 30—80 мг/л фенолов и 0,2—0,8 мг/л жирных кис­ лот и азотных соединений.

На рис. 103 показана схема технологического процесса обра­ ботки фенольных (подсмольных) вод одной газогенераторной станции, газифицирующей торф, проект которой разработан Ле­ нинградским отделением ГПИ «Водоканалпроект».

Рис. 103. Схема технологического процесса обработки сточных вод газогенераторной станции известью

Сточная подсмольная вода из цикла охлаждения и очистки

генераторного газа подвергается сначала нагреву и нейтрализа­ ции в нейтрализаторе 1 с осветлением ее в отстойниках 2.

Подогрев воды от 60° до 90—95° производится для протекания в нейтрализаторах и отстойниках частичного гидролиза образую­ щихся в нейтрализаторе фенолятов кальция, в результате чего

частично образуются свободные фенолы и гидрат окиси каль­ ция. В отстойнике 2 вода освобождается от взвеси, затем насосом 3 подается в атмосферную колонну 5 (предварительно вода про­ пускается через коксовый фильтр 4 для задержания в нем взвеси и смолы и подогреватели) для отгонки свободного аммиа­ ка и частично свободных летучих фенолов. Из отстойника 2 оса­ док периодически удаляется в отвал.

В аммиачной колонне 5 вода опускается вниз через орошае­ мую насадку и навстречу поднимающимся водяным парам; бла­ годаря непосредственному соприкосновению с паром, вода мно­

248 Способы очистки сточных вод газогенераторных станций

гократно испаряется и также многократно конденсируется, по­ степенно теряя аммиак; обогрев колонны осуществляется паром,

конденсат пара не смешивается со сточной водой и, таким обра­ зом, не понижает в ней концентрации твердых веществ.

Пары воды, аммиака и летучих фенолов, выходящих из ам­ миачной колонны 5, проходят еще дефлегматор 6.

Конденсат из дефлегматора 6 возвращается в верхнюю часть,

колонны в виде флегмы и, орошая колонну, способствует обога­ щению поднимающихся паров аммиаком, конденсируя более

тяжелые компоненты.

Выходящая из аммиачной колонны сточная вода поступает

во вторичный отстойник 7, затем подается в сушилку 10. Осадок из отстойника периодически удаляется в отвал.

Выходящие из дефлегматора 6 пары воды, аммиака и летучих

фенолов поступают в нижнюю часть фенолятной колонны 8,

обогреваемой паром через внутренний змеевик. Здесь (в фенолят­ ной колонне) происходит улавливание свободных летучих фено­ лов путем их перевода в феноляты натрия, являющиеся нелету­ чими соединениями. Для этой цели фенолятная колонна орошает­ ся 20%-ным раствором натровой щелочи, подаваемой в верхнюю часть колонны.

Выходящие из нижней части колонны 8 феноляты натрия яв­ ляются товарной продукцией и после охлаждения в холодиль­ нике поступают на склад.

Выходящие из верхней части фенолятной колонны пары ам­ миака и воды поступают в конденсатор-холодильник 9, где кон­

денсируются, охлаждаются и в виде товарной продукции — ам­

миачной воды — поступают также на склад.

Как было указано, осветленная сточная вода, содержащая ацетат кальция, подается на подовую сушилку 10, где происхо­ дит выпаривание воды и получение порошка ацетата кальция,

отправляемого из сушилки на склад товарной продукции. По­ рошок сушится горячим газом, получаемым в топке за счет сжи­

гания генераторного газа.

Известковое молоко, необходимое для нейтрализации феноль­ ных сточных вод, приготовляют в известковом отделении из нега­

шеной извести.

Расчет известкования условно ведется по уксусной кислоте,

являющейся типичным представителем жирных кислот и преоб­ ладающей по количеству среди последних, а также по карболовой кислоте, являющейся типичным представителем простейших фе­ нолов.

Хотя все примеси в воде и находятся в связанном состоя­ нии, расчеты известкования ведут на свободную уксусную кисло­ ту и простейший фенол, поскольку это допущение не оказывает влияния на результаты расчета расхода извести.

Расход извести определяют, исходя из следующих реакций: а) на нейтрализацию жирных кислот

2СН3СООН

где а = 1,1—коэффициент избытка извести для полноты реакции;

в результате чего гидрат окиси кальция выпадает в осадок.

Расход едкого натра на связывание улавливаемых летучих: фенолов составляет

Практически расход едкого натра получается в 3 раза больше теоретического.

При расчете элементов установки принимают (по литератур­

ным данным):

время пребывания воды в нейтрализаторе, /н = 2 час.; время пребывания воды в отстойнике после известкования во­

ды, г'о = час.;

•250 Способы очистки сточных вод газогенераторных станций

время пребывания воды в отстойнике после аммиачной колон­

ны, 4=4 час.;

ной воды получаются следующие продукты: ацетат кальция (по­ рошок 50%) влажностью 10% —114 кг; аммиачная вода 20% кре­ пости— 61 л; фенолят натрия около 20 л.

Кроме того, из 1 м3 фенольной воды образуются; осадок

(шлам) из растворителей и отстойников — около 10 кг (считая на сухое); от сточных вод в виде конденсата — 0,37 м3, содержа­ щего фенолы, до 80 мг/л и жирных кислот до 0,8 мг/л. Указанные

сточные воды нуждаются в дополнительной очистке.

Согласно расчетам (в выполненных проектах установок) по

•обработке избыточных фенольных сточных вод от станций, гази­

фицирующих торф, в количестве 3—5 м3!час затраты на строи­

тельство и эксплуатацию этих установок окупаются стоимостью

получаемых продуктов.

Многоступенчатая очистка фенольных вод

Избыточные сточные воды из оборотных циклов водоснабже­ ния станций, генерирующих, например торф, могут быть очищены

от сложных загрязнений в три ступени (рис. 104); на первой сту­ пени осуществляется механическая очистка воды от смолы и дру­ гих нерастворенных примесей; на второй — из воды извлекаются растворенные примеси — фенол, аммиак и жирные кислоты; на

третьей разрушаются оставшиеся растворенные загрязнения.

Механическая очистка фенольных сточных вод осуществляет­ ся в смолоотстойнике и фильтрах, загруженных мелочью гене­

рируемого топлива. Описание и расчет указанных сооружений были приведены выше (гл. IV, п. 5 и 9 и гл. V, п. 3).

Извлечение из сточных вод растворенных примесей может осуществляться экстракционным или эвапорационным методами.

расчет см. гл. IV, п. 4) из сточных вод извлекают в основном фе­ нолы в количестве до 95—97% от первоначального содержания. При этом аммиак и жирные кислоты остаются в воде.

Эвапорацией из сточных вод извлекают аммиак, летучие фе­ нолы и жирные кислоты. По проекту, разработанному ВНИИМТ для Первоуральского Новотрубного завода, опытная установка отличается от описанной в гл. IV, п. 4 тем, что здесь паровая и щелочная колонны выполнены самостоятельными (вместо одной

Рис. 104. Общая схема многоступенчатой очистки избыточных фенольных сточных вод газогенераторной станции:

Z — первая ступень; II — вторая ступень; III — третья ступень

двухъярусной) (см. рис. 68); паровая колонна тарельчатого типа, в ней осуществляется эвапорация (выдувание) из воды циркули­ рующим паром как фенолов, так и жирных кислот. Жирные кис­ лоты и углекислый газ из паров выделяются при орошении раст­ вором извести (известковым молоком) в специальной колонне

(барботажном аппарате) с получением раствора ацетата кальция

(см. выше). Выделение аммиака из воды происходит также в ам­ миачной колонне, а выделение фенолов из паров осуществляет­ ся раствором едкого натра.

Схема эвапорационной установки ВНИИМТ показана на рис. 105. Сточная вода после механической очистки проходит

теплообменник 1, где она подогревается за счет паров, поступаю­ щих из аммиачной колонны, затем поступает в сборник 2, из ко­ торого насосом За подается в бак подогретой воды 4. Как в сбор­ нике, так и в баке сточная вода дополнительно подогревается паром. Подогретая вода из бака 4 поступает в аммиачную колон­ ну 5 с известковым приколонком 6, где из нее выделяются лету­

чий и связанный аммиак, пары которого направляются в тепло­ обменник 1\ получающийся в теплообменнике конденсат паров

252 Способы очистки сточных вод газогенераторных станций

аммиака может быть отправлен на дальнейшую переработку или использован на орошение в пригородном хозяйстве.

Сточная вода после аммиачной колонны и приколонка посту­ пает в известковый отстойник 7, затем насосом 36 через коксо­ вый фильтр 8, или минуя его, подается в напорный бак фенольной воды 9. В напорном баке фенольная вода подогревается паром, после чего поступает в паровую колонну 10, где и осуществляет­

ся отдувка фенола и жирных кислот. Из паровой колонны обес­ феноленная вода поступает на доочистку, а пар с фенолами и жирными кислотами засасывается вентилятором 11 и подается

Рис. 105. Схема эвапорационного извлечения из сточных вод аммиака, фенола и жирных кислот

сначала в барботажный аппарат 12 для выделения из него жир­ ных кислот путем орошения известковым молоком 10%-ной кре­

пости, поступающим из бака 15, затем в фенольную колонну 13 для выделения из него фенола путем орошений 8%-ным раство­ ром едкого натра, поступающим из напорного бака 14, заполняе­ мого из бака 16. Далее пар из фенольной колонны 13 переходит снова в паровую колонну 10. Из барботажного аппарата 12 вы­ ходит раствор ацетата кальция, поступающий в сборник 17, а из

сборник 19, а из него подается снова в паровые котлы. Растворы извести и едкого натра приготавливают в особом

помещении.

Окончательная очистка сточной воды осуществляется биохи­ мическим или биологическим методами, описанными ниже.

Биохимическая и биологическая очистка фенольных сточных вод

Сущность биохимического метода очистки фенольных сточ­ ных вод с помощью специально выращенных фенолразрушаю­ щих микроорганизмов изложена в гл. IV, п. 9. При биологическом обесфеноливании фенольные сточные воды добавляют к хозяй­ ственно-бытовым (см. гл. VII).

Сточные воды газогенераторных станций, газифицирующих торф или дрова, содержат жирные кислоты и большое количе­ ство смолы. Перед разрушением фенолов с помощью микробов эта вода предварительно очищается от смолы и нейтрализуется.

Рис. 106. Схема технологического процесса биохимической очистки избы­ точных фенольных сточных вод газогенераторной станции, газифицирую­ щей торф, дрова или бурый уголь

Схема технологического процесса биохимической очистки из­ быточных фенольных сточных вод газогенераторных станций, га­

зифицирующих торф или дрова, составленная по результатам исследований очистки сточных вод Первоуральского Новотрубно­ го, Выксунского и Омутнинского металлургических заводов, про­ веденных лабораторией Харьковского коксохимического завода в 1954 г., показана на рис. 106.

Сточная фенольная вода, как избыточная в оборотном цикле водоснабжения станции, газифицирующей торф, поступает в при­ емный резервуар 1, откуда перетекает в отстойник-смоломасло-

уловитель 2, а из него в колодец 5; задерживаемые в отстойнике-

смоломаслоуловителе смола и масло периодически удаляются в смолохранилище 4. Оптимальным временем пребывания воды в отстойнике-смоломаслоуловителе является 2—3 часа. Из ко­ лодца 3 насосом 5 вода подается далее в однослойные фильтры 6, загруженные мелочью газифицируемого топлива.

Схему устройства однослойного фильтра см. выше на рис. 99. Вода из фильтров поступает в смеситель 7, куда подается ра­ створ щелочи, приготавливаемый в баках S; затем вода сливает­ ся в отстойник-нейтрализатор 9. Количество щелочи на ней­ трализацию задается, исходя из необходимости доведения pH во-