Обесфеноливание сточных вод коксохимического производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Характеристика коксохимического производства

1.2 Загрязнение сточных вод фенолами

1.3 Характеристика сточных вод коксохимического производства

2. Характеристика предприятия как источника загрязнения гидросферы

2.1 Характеристика водопотребления предприятием

2.2 Характеристика предприятия ОАО " ЯКХЗ " как основного источника загрязнения гидросферы города Макеевки

2.3 Влияние сточных вод коксохимических предприятий на окружающую среду

3. Методы очистки фенольных вод коксохимического производства

3.1 Механическая очистка фенольных вод

3.2 Технология экстракционных методов обесфеноливания сточных вод

3.3 Технология биохимического метода обезвреживания сточных вод

4. Расчётная часть

Вывод

Список литературы

Приложение А

сточный коксохимический фенольный экстракционный

Введение

Очистка сточных вод - одна из главнейших проблем коксохимической промышленности. На большинстве коксохимических предприятий для очистки сточных вод от фенолов используют метод биохимической очистки, остаточное содержание фенолов после которой не должно превышать 2-5мг/л и паровой метод обесфеноливания сточных вод.

Биохимические методы основаны на способности микроорганизмов окислять фенолы. Конечными продуктами биохимического разложения примесей, содержащихся в сточных водах, являются соединения высшей степени окисления - диоксид углерода (СО₂) и вода. Эти методы обеспечивают глубокую очистку сточных вод в результате разложения фенолов.

Основным аппаратом паровой установки является обесфеноливающий скрубер. Обесфеноливающая установка предназначена для удаления основной части фенолов из надсмольной воды и сепараторной воды смолоперегонного цеха (при наличии этого цеха на заводе), прошедшей обработку в аммиачной колонне, с получением фенолятов установленного качества в соответствии с требованиями технических условий. Степень обесфеноливания сточных вод на установке должна быть не менее 85%, остаточное содержание фенолов в обработанной воде должно составлять не более 0,2 г/л.

Сущность этого метода заключается в том, что из сточной воды, нагретой до 100-102°С, фенолы выдуваются большим количеством острого водяного пара, а затем смесь пара и фенолов пропускают через нагретый до 102-103°С поглотительный раствор щелочи, который взаимодействует с фенолами с образованием фенолятов.

В работе будет рассмотрена очистка сточных вод на примере ОАО "Ясиновский коксохимический завод".

1. Литературный обзор

1.1 Характеристика коксохимического производства

Коксохимическое производство занимается выпуском каменноугольного кокса, коксового газа, бензола, этилена, различных масел, смол и т.д. Эти продукты могут использоваться как топливо или как сырье для изготовления полимеров, синтетических моющих средств, пестицидов, азотных удобрений и т.д. Основная задача коксохимического производства - переработка каменного угля с помощью метода коксования.

В состав предприятия ОАО "ЯКХЗ" входит 5 основных цехов:

– углеподготовительный цех;

– коксовый цех;

– цех улавливания химических продуктов коксования;

– цех переработки сырого бензола;

– цех очистки коксового газа от сероводорода.

Углеподготовительный цех предназначен для обеспечения приема, хранения и подготовки угольных концентратов, составления угольной шихты, а также подачи полученной шихты на угольные башни в коксовый цех. Проектная мощность цеха 6200 тыс. т / год угля рядового (с учетом работы углеподготовительной фабрики). В настоящее время углеподготовительная фабрика не работает. В состав углеподготовительного цеха входят углеприемное и дозирующее отделение, отделение рассева и окончательного дробления шихты, отделение смешения шихты.

Коксовый цех - это главный цех, определяющий деятельность предприятия. Его назначение состоит в производстве доменного кокса и коксового газа установленного качества . Проектная мощность цеха 2192 тыс. т / год кокса валового 6 % влажности. Коксовый цех состоит из 6 батарей коксовых (далее - БК), из которых в настоящее время эксплуатируются БК № 1 , 4 , 5 , 6 . БК № 2 и № 3 на сегодняшний момент выведены из эксплуатации ( законсервированы ). БК № 1-4 содержат по 61 печи с периодом коксования 18 ч , БК № 5-6 - 77 печей с периодом 20 ч . Проектная мощность ( тыс. т / год) БК № 1 составляет 420 , БК № 4 - 465,9 , БК № 5 и № 6 - 690. В состав коксового цеха также входят 3 башни тушения для мокрого тушения кокса , 3 коксовых рампы , 2 участка коксосортування , стационарная установка беспылевой выдачи кокса (далее УБВК ) и очистки отходящих газов на БК № 1 , локальные УБВК на двересъёмных машинах БК № 5 и БК № 6 ; газосбросный прибор . На БК № 4 проводились работы по строительству , недавно закончились и батарея вновь введена в эксплуатацию.

В коксовом цехе обнаружено 60 источников выбросов загрязняющих веществ. К неорганизованным относятся - загрузка угольной шихты, выдача кокса, неплотности дверей коксовых батарей, люков и стояков, тушильный вагоны, тушильный башни, коксовые рампы. К организованным - дымовые трубы БК, стационарная УБВК, пылегазоочистная установка ( ПГОУ ) коксосортировки .

Цех сероочистки предназначен для очистки коксового газа от сероводорода с нормами, установленными технологическими требованиями. Проектная мощность по коксовому газу 120 тыс. м³ . Цех состоит из отделения абсорбции сероводорода и регенерации поглотительного раствора с получением сероводородного (регенерационного ) газа и отделения получения серной кислоты на основе сероводородного газа методом мокрого катализа. Источниками выбросов загрязняющих веществ этого цеха являются электрофильтры , патронный фильтр и дыхательные клапаны конденсатоотводчиков . Основные компоненты выбросов в цехе сероочистки являются диоксид азота , серная кислота и диоксид серы.

Основной продукцией предприятия являются кокс доменный. Как сопутствующая продукция производится коксовый газ и продукты его переработки - смола каменноугольная , сульфат аммония , сырой бензол , серная кислота , другое .

В качестве сырья используются угольные концентраты марок Г, Ж, К, ОС Донецкого угольного бассейна. Уголь в среднем имеет зольность 7,9-8,2 % , сернистость 1,10-1,28 % и содержание влаги 9,0-10,0 %.

В цехе улавливания химических продуктов коксования осуществляется охлаждение коксового газа и очистка его от аммиака и бензольных углеводородов с последующим получением смолы, сульфата аммония и сырого бензола. Проектная мощность по коксовом газа 100 тыс. м3 . Цех улавливания имеет отделения конденсации , сульфатное , бензольное - скруберне отделение , химическую установку , отделение обезвоживания и отгрузки смолы и отделение предварительной очистки сточных вод. Основными источниками выбросов загрязняющих веществ в цехе улавливания являются трубчатые печи, дыхательные клапаны хранилищ, аппаратов и емкостей. Всего в цехе улавливания имеется 33 источника выброса загрязняющих веществ.

Загрязнения сточных вод образуются во время таких технологических операций как промывка угля, тушения кокса, охлаждение газа коксовых печей (объем воды на орошение газа составляет 5-6 м³/т шихты, эти стоки используются повторно), очистки газа от сероводорода, ректификация смолы, когда вода загрязняется преимущественно фенолами (такие воды часто называют фенольными).

1.2 Загрязнение сточных вод фенолами

Выделение фенолов из газа- основано на их способности растворяться в воде, смоле и в поглотительном масле. При охлаждении коксового газа в газосборниках и первичных холодильниках до 30 % фенолов, содержащихся в нем, растворяется в надсмольной воде, главным образом фенол и крезолы, основная часть фенолов абсорбируется сконденсировавшейся смолой. В небольшом количестве фенолы выделяются из газа поглотительным маслом в бензольных скрубберах и при дистилляции масла с сырым бензолом. Следовательно, фенолы распределяются между надсмольной водой, смолой, сырым бензолом, газом и другими продуктами коксования. Фенолы, как продукт коксования углей извлекаются из надсмольной воды, из каменноугольной смолы при ее ректификации, из сепараторных вод смолоперегонного цеха, цеха ректификации сырого бензола и отделения дистилляции сырого бензола. Фенолы, содержащиеся в сыром бензоле, не выделяются и являются потерями производства.

1.3 Характеристика сточных вод коксохимического производства

Сточные воды коксохимических заводов состоят из влаги шихты, пирогенетической влаги, технической воды и водяного пара, соприкасающегося в технологических процессах с химическими продуктами коксования при переработке каменноугольной смолы, сырого бензола и др. Количество сточных вод и концентрация в них загрязнений зависят от качества коксуемых углей , условий эксплуатации и состояния химической аппаратуры. Количество сточных вод на тонну коксуемой шихты составляет 0,25-0,3 м³/ч , так что для современного шестибатарейного завода с печами большой емкости абсолютное количество сточных вод составляет 150-170 м³/ч.

Основными источниками сточных вод химического завода являются: сточные воды; сепараторные и отстойные воды бензольных отделений и цехов по переработке смолы и сырого бензола. Большинство веществ, содержащихся в этих водах, попадает в водные объекты. Содержание основных примесей в этих водах,попадающих в поверхностные воды приведено в таблице 1.

Кроме того, сточные воды содержат различные масла, взвешенные вещества и прочие примеси органического и неорганического происхождения. Большинство из этих примесей являются вредными, затрудняющими использование сточных вод в производстве. Наиболее вредными примесями являются фенолы. И поэтому все воды получили наименование "фенольные".

Фенолы и его гомологи, сероводород , цианистые и роданистые соединения содержащиеся в маслах соединения непредельного характера легко окисляются, и поглощают в процессе своего разрушения значительное количество растворенного в воде кислорода, необходимого для нормального развития растительного и животного мира водоема.

Попадание фенолов и других вредных примесей в водоемы приводит к массовой гибели животных организмов и, в частности, рыб. Кроме того, подвергнутая хлорированию питьевая вода, в которой на сто миллионов весовых частей ее приходится одна весовая часть хлорфенола, приобретает крайне неприятный и трудноудалимый вкус.

По санитарным нормам концентрация отдельных загрязняющих компонентов в воде бассейнов после спуска в них сточных вод не должна превышать следующих величин, мг/л:

• Фенолы 0,001
• Цианиды ..0,05
• Аммиак………... 0,1
• Пиридин ….0,2
• Бензол ….0,5
• Сероуглерод……...1

Содержание других загрязняющих примесей нормируется величиной БПК (биохимическая потребность в кислороде).

Огромный вред, причиняемый населению и народному хозяйству сточными водами, загрязненными фенолами и другими вредными примесями, делает обезвреживание этих вод важной народнохозяйственной задачей.

Обезвреживание сточных вод коксохимических заводов важно не только с точки зрения улучшения их состава, но и одновременного получения при этом весьма ценных продуктов, представляющих большой интерес для народного хозяйства. К их числу в первую очередь относятся фенолы. Наиболее концентрированными по содержанию фенолов являются сеператорные воды смолоперерабатывающих цехов (до 8 г/л) и надсмольные воды отделения конденсации (1,5-- 2,0 г/л). Из смеси этих вод извлечениеф енолов накбочее экономично. Содержание фенолов в остальных водах обычно не превышает 0,4--0,5 г/л и извлечение их экономически нецелесообразно.

Средний выход фенолов из сточных вод на 1 т сухой шихты составляет около 0,010 %. Все фенолсодержащие воды заводов коксохимического производства передаются по специальной канализации, называемой фенольной, для очистки.

2. Характеристика предприятия как источника загрязнения гидросферы

2.1 Характеристика водопотребления предприятием

Для обеспечения собственных потребностей в воде ЯКХЗ имеет системы производственного и хозяйственно-питьевого водоснабжения.По двум водоводам на территорию предприятия поступает только техническая вода, которая забирается из канала "Северский Донец-Донбасс", эксплуатируемый КП "Компания "Вода Донбасса". Производственное водоснабжение завода организовано в основном по бессточной схеме. Свежая техническая вода используется для пополнения безвозвратных потерь в оборотных циклах цехов.Техническая вода в коксовом цехе тратится для охлаждения компрессоров, на гидроинжекцию, на тушение кокса, на заполнение конденсатоотстойников и емкостей гидрозатворов коленей малых стояков коксовой стороны.Техническая вода в цехе сероочистки тратится на пополнение обратного цикла.Техническая вода в цехе улавливания используется на подпитку обратного цикла . Техническая вода в цехе ректификации тратится для подпитки оборотного цикла гидропередачи и гидроочистки, на мойку цистерн. ТЭЦ является одним из основных потребителей технической воды для выработки пара. Питьевая вода от КП "Макеевский горводоканал" подается на потребности населения заводских общежитий, детских садиков №№15,17, дворец культуры, стадион, а так же незначительная часть на хозбытовые потребности завода. Для водоотвода на территории предприятия есть четыре системы водоотвода :

· хозяйственно- бытовая;

· ливневая канализация;

· фенольная канализация;

· шламовая канализация.

Очистка производственных и ливнево-дренажных вод происходит на биохимической установке (БХУ) . Установка предназначена для очистки сточных вод коксохимического производства от смол, масел, фенолов и других веществ, которые биохимически окисляются, с целью использования очищенных сточных вод для мокрого гашения кокса. Сточные воды поступают на БХУ из фенольных отстойников цеха улавливания.

2.2 Характеристика предприятия ОАО " ЯКХЗ " как основного источника загрязнения гидросферы города Макеевки

Коксохимическое производство занимается выпуском каменноугольного кокса, коксового газа, бензола, этилена, различных масел , смол и т.д. эти продукты могут использоваться как топливо или как сырье для изготовления полимеров , синтетических моющих средств , пестицидов, азотных удобрений и т. д . Основная задача коксохимического производства - переработка каменного угля с помощью метода коксования. Сточные воды коксохимических заводов , загрязненных различными веществами , содержат большое количество смол и масел , аммиака, взвешенных веществ ароматических углеводородов и др. Азотсодержащие соединения представлены главным образом аммонийными солями сильных и слабых кислот (включая цианид и роданид ), ароматическими основами ( пиридиновой и др . рядов ) . Так же вода характеризуется повышенной концентрации сульфидов , хлоридов , наличие тиосульфата и значением РН ОТ 7,1 ДО 8,8 .

К образованиям сточных вод приводит также выделения различных соединений в химических цехах, например бензола. Сточные воды образуются также в процессе фракционной сублимации смолы, мойке оборудования, пола. Следует отметить, что только 3-5% сточных вод коксохимического производства сбрасывают за пределы заводов. В основном они используются для мокрого тушения кокса, что позволяет сократить или предотвратить поступления вредных веществ в водоемы.

Водоотведение коксохимического производства представлено следующими потоками:

- шлам воды углеобогащения и пылеулавливания на объектах углеподготовительного и коксового цехов;

- сточные воды, содержащие фенол - содержание фенолов 0,02 г / дм., кроме летучих с водяным паром одноатомных фенолов , в сточных водах содержатся нелетучие с паром двухатомные фенолы ( пирокатехин , резорцин ) ;

- загрязненные ливнестоков.

Самый большой объем загрязненных стоков принадлежит сточным водам, содержащих фенол. В общезаводском стоке коксохимического производства кроме фенолов содержатся аммиак, сероводород , цианиды , бензол , смолы , что является основными носителями канцерогенных веществ

2.3 Влияние сточных вод коксохимических предприятий на окружающую среду

Сточные воды коксохимических заводов используют в основном для тушения кокса. Однако они содержат, как правило, значительное количество различных вредных веществ, которые при соприкосновении с раскаленным коксом испаряются и попадают в окружающую, атмосферу. Кроме того, часть вредных веществ (сероводород, цианистый водород и сернистый ангидрид) дополнительно образуется при взаимодействии раскаленного кокса с водой. Поэтому даже при незначительной концентрации в сточной воде вредных веществ их концентрация в парах из тушильной башни превышает предельно допустимые концентрации по существующим нормам.

Выпуск сточных вод коксохимических заводов в водоёмы в большинстве случаев недопустим; доочистка их совместно с бытовыми стоками не всегда возможна.

3. Методы очистки фенольных вод коксохимического производства

3.1 Механическая очистка фенольных вод

На рис.1(приложение Б) приведена принципиальная схема производственной канализации фенольных сточных вод, разработанная в Гипрококсе дня современного шестибатарейного завода с печами большой емкости и мокрым тушением кокса.

По схеме сточные воды, содержащие не более 0,6 г/л фенолов, по отдельной сети производственной фенольной канализации поступают на механическую очистку (VI) от взвешенных частиц смолы, масел и направляются в сборник осветленной воды (VII). Надсмольная вода отделения конденсации и сепараторная вода смолоперегонного цеха после фильтрации и обессмоливания, выделения аммиака и обесфеноливания паровым методом подвергается отстаиванию от шлама и также направляется в сборник осветленной воды (VII). В сборнике происходит смешивание вод двух потоков; осветленная вода подается на тушение кокса. По нормам Госсанинспекцни содержание фенолов в воде, которая идет на тушение кокса, не должно превышать 0,20 г/л, смолы и масел 0,1 г/л.

Строительство установок сухого тушения кокса (УСТК) вносит изменения в структуру использования сточных вод. Фенольные воды при исключении мокрого тушения должны быть очищены до норм, позволяющих сбрасывать эти воды в водоемы или использовать их на заводе для технического водоснабжения.

Механическая очистка сточных вод отдельной сети производственной канализации осуществляется для выделения взвешенных частиц, смолы и масел. Крупные плавающие частицы удаляют из воды подъемными решетками в сборники фенольных вод. Очистка от мелких взвешенных частиц, смолы и масел производится отстаиванием, фильтрованием и флотацией сточных вод Без механической очистки сточных вод дальнейшее обезвреживание их невозможно.

Для очистки сточных вод от фенолов применяют несколько методов, которые по конечному результату обработки фенольных вод можно раздетить на две группы: регенеративные (с получением фенолов) и деструктивные (с уничтожением фенолов).

Регенеративные методы основаны на применении физико-химических процессов для выделения фенолов и получения фенолов или фенолятов. Их целесообразно использовать для обесфеноливания сточных вод с достаточной концентрацией фенолов. К этим методам относятся паровой и экстракционный.

Деструктивные методы базируются на биоологических и физико-химических процессах, в результате которых фенолы превращаются в другие безвредные вещества, т.е. уничтожаются. К ним относятся биологические методы, они используются для доочистки фенольних вод от фенолов. Целесообразность применения того или другого метода определяется технико-экономическими соображениями и местными условиями.

Основным аппаратом паровой установки является обесфеноливающий скруббер, состоящий из верхней испарительной части с деревянной хордовой насадкой, в которой из воды выдуваются фенолы, и нижней поглотительной части, имеющей металлическую спиральную насадку, в которой из пара раствором едкого натра фенолы и крезолы связываются в феноляты и крезоляты натрия по уравнениям:

С₆Н₅ОН + NаОН= С₆Н₅ОNa+Н₂O;

С₆Н₄(СН₃)ОН + NaOH=С₆Н₄(СН₃)ОNa+ Н₂O

(в малом количестве образуются крезолиты и другие соли натрия). Эта смесь фенолят и крезолят называется фенолятами.

Очищенный водяной пар снова используется для обесфеноливания воды в верхней части скруббера, т. е. находится в замкнутом цикле.

Следовательно, в обесфеноливающем скруббере сочетаются два процесса: десорбция фенолов из воды в пар и абсорбция (хемосорбция) фенолов из пара щелочно-фенолятным раствором. Сочетание двух процессов в одном аппарате позволяет многократно использовать регенерированный (обесфеноленный) водяной пар для десорбции (отгонки) фенолов из сточной воды, а щелочной раствор для получения продукта заданного качества. Водяной пар циркулирует по схеме: десорбция фенолов из воды -- абсорбция фенолов из пара щелочью -- десорбция фенолов из воды. Процесс десорбции фенолов из сточной воды циркулирующим водяным паром и адсорбция фенолов из циркулирующего пара раствором щелочи влияют один на другой и каждый из них в свою очередь зависит от многих факторов.

На степень десорбции фенолов из воды влияют количество циркулирующего водяного пара и концентрация в нем фенолов. В зависимости от содержания фенолов в 1 м³ сточной воды расход циркулирующего пара принимается равным 1500-2000 м³/м³ воды. Расход циркулирующего пара должен быть согласован со степенью обесфеноливания его конденсата в нижней части скруббера. Должно быть обеспечено остаточное содержание фенолов в обесфеноленной воде, уходящей из верхней части скруббера, равное не более 0,2 г/м³.

На процесс десорбции фенолов из воды влияет величина поверхности насадки, на которой протекает процесс десорбции. Чем больше расход циркулирующего пара, тем меньше может быть поверхность насадки. Поверхность деревянной хордовой насадки обесфеноливающего скруббера составляет около 400 м²/м³ воды. Процесс десорбции фенолов из воды протекает при температуре 101-102 °С.

На степень абсорбции фенолов из циркулирующего пара щелочно-фенолятным раствором в нижней части скруббера существенно влияют состав поглотителя и его количество. Для обесфеноливания циркулирующего пара применяют 8-12 %-ный водный раствор щелочи (едкого натра). Повышение концентрации щелочи приводит к уменьшению количества поглотителя, повышению вязкости раствора и затруднению контакта между циркулирующим паром и раствором. Снижение концентрации щелочи ниже 5 % приводит к разбавлению готового продукта (фенолятов) и повышению расхода пара на их упарку.

Для успешного протекания реакций взаимодействия щелочи и фенолов, содержащихся в циркулирующем паре, необходим хороший контакт фаз и строгий противоток циркулирующего пара и поглотительного раствора (орошения).

Очень малый удельный расход поглотителя затрудняет создание необходимых условий для противотока пара и поглотителя. Небольшое количество щелочи, поступающей на орошение насадки, не может равномерно распределиться на ее поверхности. Поэтому извлечение фенолов из пара проводят многоступенчато (в две, три ступени).

Максимальное использование щелочи потребовало применить периодическую подачу ее в скруббер. Так как количество щелочи невелико, а размеры скруббера и, следовательно, насадки велики, непрерывная подача щелочи приведет к тому, что часть насадки окажется совершенно не смоченной и потери фенолов с циркулирующим паром будут увеличиваться.

Периодическая подача свежей щелочи рассчитана таким образом, чтобы интервал между двумя подачами и длительность каждой из них обеспечивали минимальный унос фенолов в десорбционную часть скруббера. Наилучшнй эффект достигается укладкой в нижней части скруббера металлической спиральной насадки. Образовавшийся раствор фенолят подвергают циркуляции.

В абсорбционной части скруббера, имеющего металлическую спиральную насадку, при трехступенчатом орошении общая норма поверхности орошения должна составлять 0,33-0,39 м²/м³ в час, которая распределяется следующим образом: 0,10-0,12 для нижней ступени, 0,10-0,12 для промежуточной ступени и 0,13-0,15 м²/м³ в час для ступени, орошаемой свежей щелочью. Такие величины поверхности орошения обеспечивают почти постоянную, необходимую степень обесфеноливания циркулирующего пара.

Полнота извлечения фенолов из циркулирующего пара может быть достигнута достаточной циркуляцией фенолятного раствора из расчета плотности орошения не менее 5 м³ на 1 м² поперечного сечения скруббера. Многоступенчатое орошение скруббера в поглотительной части при повышенной плотности орошения обеспечивает степень обесфеноливания воды не ниже 85- 90%.

Абсорбция фнолов из пара раствором щелочи в значительной степени затруднена гидролизом фенолятов натрия . Гидролиз протекает так сильно, что при определенных условиях в паре над кипящим щелочно-фенолятным раствором равновесная концентрация фенолов может в несколько раз превышать соответствующую концентрацию фенолов в паре, поступающем в поглотительную секцию скруббера.

Для щелочно-фенолятных растворов промышленных установок, в составе которых имеются крезоляты, более подверженные гидролизу, равновесная концентрация фенолов в паре над раствором будет еще больше.

Для того чтобы реакции образования фенолятов и крезолятов натрия были сдвинуты вправо, необходимо щелочь подавать в избытке против стехиометрического соотношения, т.е. увеличить содержание свободной щелочи в щелочно-фенолятном растворе, так как избыток щелочи подавляет гидролиз и уменьшает упругость фенолов над щелочным раствором, увеличивает степень извлечения фенолов из пара. С разбавлением раствора степень гпдролиза увеличивается.

Присутствие в воде, а следовательно, и в циркулируемом паре летучего аммиака отрицательно сказывается на течении десорбции фенолов нз воды и на их абсорбции из пара. Наличие аммиака, растворенного в фенолятах, приводит к повышению равновесной концентрации фенолов в циркулирующем паре и снижает степень его обесфеноливания. Поэтому содержание летучего аммиака в воде, поступающей на обесфеноливание, не должно превышать 0,05%.

Отрицательно влияют на процесс обесфноливания сопутствующие фенолам кислые примеси в воде, к которым относятся углекислота, сероводород и синильная кислота. Эти кислые примеси, попадая с водяным паром в поглотительную часть скруббера, связывают едкий натр в балластные соли: бикарбонат натрия (NаНСО₃), сульфид натрия (Na₂S) и цианид натрия (NaСN). Углекислота (СО₂), содержащаяся в паре, разрушает феноляты по реакции C₆H₅ONa+CO2+H₂O=C₆H₅OH+NaHCO₃ с переходом фенолов в парообразное состояние. Выделившийся бикарбонат натрия под действием высокой температуры переходит в карбонат натрия: 2NaНСO₃ -- Nа₂СO₃+СО₂+Н₂О, а выделяющийся диоксид углерода вновь взаимодействует со щелочью или фенолятами.

Таким образом, наличие в подаваемой на скруббер воде кислых соединений вызывает повышенный расход щелочи, ухудшает качество фенолятов из-за накопления в них балластных солей, часть которых отлагается на насадке, змеевиках и забивает форсунки орошающего устройства.

Схемы обесфеноливания сточных вод паровым методом предусматривают двух- или трехступенчатое орошение поглотительной (абсорбционной) части скрубера. На рис.2 (приложение Б) приведена схема, предусматривающая трехступенчатое орошение - двумя ступенями циркуляции и периодическим орошением верхней ступени раствором свежей щелочи.

Сточная вода после выделения из нее летучего аммиака в аммиачной колонне, нагретая до температуры кипения, поступает в верхнюю десорбционную часть обесфеноливающего скруббера 1, заполненного деревянной хордовой насадкой. Навстречу воде из нижней поглотительной (абсорбционной части скруббера 1 движется циркулирующий водяной пар, который подается вентилятором. Верхняя и нижняя части скруббера соединены патрубком для паров.

При соприкосновении стекающей по деревянной хордовой насадке воды с водяным паром происходит выдувание (десорбция) фенолов из воды. При этом значительная часть фенолов переходит в пар.

Обесфеноленная вода после скруббера, пройдя гидрозатвор, поступает на дальнейшую переработку в аммиачное отделение для выделения из нее связанного аммиака.

Фенолсодержащий пар вентилятором подается в нижнюю поглотительную часть скруббера, заполненную тремя ярусами металлической спиральной насадки, где происходит абсорбция фенолов из циркулирующего пара раствором щелочи. Верхний ярус насадки периодически через каждые 15 мин при помощи насоса 5 и реле времени 4 орошается горячим раствором щелочи. Щелочь, соприкасаясь, с движущимся противотоком циркулирующим паром, взаимодействует с парообразными фенолами с образованием фенолятов натрия, нижний ярус насадки орошается циркулирующим раствором фенолятов, содержащих 50 % связанной щелочи, а средний - менее концентрированным раствором фенолятов, содержащих 70-80 % свободной щелочи. Обесфеноленный пар снова поступает в верхнюю часть скруббера. Для устранения уноса брызг щелочи пар проходит через небольшой слой осушающей насадки из металлических спиралей.

Для подогрева циркулирующего щелочно-фенолятного раствора в нижней части скруббера установлен паровой подогреватель. Средний и нижний ярусы насадки разделяются днищем. Циркуляция наиболее концентрированных фенолятов осуществляется насосом 5, менее концентрированных - насосом 6. Полученные феноляты непрерывно самотеком стекают из нижней части скруббера в сборник, откуда периодически поступают на склад.

Многоступенчатое орошение поглотительной части скруббера при обычном расходе щелочи приводит к увеличению эффективности обесфеноливания при переработке вод, содержащих не менее 1,5 г/л фенолов.

Щелочь на орошение подается в избытке, она расходуется на связывание сероводорода и других кислых примесей, для снижения упругости фенолов над раствором щелочных фенолят и для подавления гидролиза фенолят. Количество щелочи равно двукратному по отношению к стехиометрическому.

Свежую щелочь готовят из концентрированного раствора каустической соды или из твердого едкого натра. Может использоваться регенерированная щелочь, полученная при переработке фенолятов.

Расход щелочи составляет 0,9 кг на 1 кг извлекаемых фенолов. Обесфеноленная вода либо доочищается биохимическими способами, либо используется для мокрого тушения кокса.

Достоинства парового метода состоят в компактности установки, простоте аппаратурного оформления, возможности автоматизации процесса; в процессе обесфеноливания вода не соприкасается с реагентами, при повышенном расходе щелочи наличие многоступенчатого орошения позволяет применить паровой метод для обесфеноливания сточных вод с содержанием фенолов менее 1,5 г/л; образующиеся фенолята не содержат механических примесей, по необходимости установка может работать с перегрузкой.

Однако паровой метод имеет и существенные недостатки: невозможно достигнуть полного обесфеноливания сточной воды; часть фенолов теряется в дистилляционной аммиачной колонне перед обесфеноливанием водь; потери фенолов могут достигать 15-25 % от их ресурсов в воде. Наличие остатков аммиака перед обесфеноливанием снижает степень обесфеноливания воды.

Основным аппаратом установки является обесфеноливающий скруббер диаметром 3300-5000мм, высотой 34790-39120) мм, выполненный из углеродистой стали. Рабочая поверхность насадки: деревянной 4824-11100м², металлической 12675 -29400 м², число ступеней абсорбционной части 2-3. Нижняя часть скруббера изготовлена из плакированной стали насадка-- из стальной ленты. Интенсификация обесфеноливания сточных вод паровым способом предполагает применение колонн с тарельчатыми контактным и устройствами, имеющими малые габариты, высокую производительность. В качестве контактных устройств предусматриваются решетчатые или ситчатые тарелки. Установка таких аппаратов позволяет улучшить условия труда и значительно сократить энергетические затраты, так как уменьшается количество циркулирующего раствора фенолятов натрия при обеспечении требуемой плотности орошения.

Полученные паровым методом обесфеноливания сточных вод фенолята натрия перерабатываются для получения чистых продуктов путем ректификации.

3.2 Технология экстракционных методов обесфеноливания сточных вод

Экстракционные методы обесфеноливания сточных вод пригодны для извлечения фенолов из довольно концентрированных вод, содержащих более 2 г/л фенолов. Суть методов состоит в том, что фенолсодержащая вода смешивается с каким-нибудь жидким растворителем, в котором фенолы растворяются легче, чем в воде, сам же растворитель в воде не растворяется, в результате чего после обработки жидкости распадаются на два слоя, легко разделяющихся декантацией. Один слой состоит из обесфеноленной воды, второй представляет собой растворитель с поглощенными из воды фенолами, откуда они извлекаются либо отгонкой растворителя, либо переводом фенолов в феноляты путем обработки раствора едкой щелочью. В обоих случаях освобожденный от фенолов растворитель снова идет на промывку - экстракцию воды от фенолов.

Процесс экстрагирования сточных вод состоит из трех стадий: приведение смеси, подлежащей экстрагированию, в тесный контакт с растворителем; разделение образовавшихся фаз; удаление и регенерация растворителя.

Выбор растворителя (экстрагента) для обесфеноливания сточных вод определяется следующими требованиями: он должен обладать высокой растворяющей способностью по отношению к фенолам; быть дешевым; не образовывать эмульсии; при взаимодействии с водой хорошо расслаиваться; не быть токсичным; не разлагаться при регенерации; достаточно полно выделять поглощенные фенолы.

В промышленности получили применение такие растворители, как бутилацетат, каменноугольные масла, высококипящие спирты (выкипают в пределах 170-200 °С). Наибольшее применение получил бензол. Этот растворитель обладает достаточной экстракционной способностью, хорошо отделяется от сточной воды, легко освобождается от фенолов при промывке щелочью или при перегонке, химически устойчив, является продуктом коксохимического производства, имеет небольшую стоимость. В процессе экстракции сточных вод используют большие количества бензола, поэтому концентрация фенола в полученном экстракте невелика.

Выделение фенолятов из полученного экстракта (регенерация бензола) может осуществляться методом дистилляции или бензол-фенолятным методом. В промышленности получил предпочтение бензол-фенолятный метод. Он обеспечивает большую степень извлечения фенолов из сточных вод, достигающую 90-92 %.

Бензол-фенолятный экстракционный метод включает следующие стадии процесса: обессмоливание воды путем ее отстаивания, фильтрования, промывки циркулирующим бензолом, который затем регенерируют дистилляцией; извлечение фенолов из сточной воды бензолом в экстракционном аппарате; предварительная промывка бензоло-щелочно-фенолятным раствором для удаления растворимых в ней кислых газов; извлечение фенолов из бензола щелочью.

Достоинствами экстракционных методов являются: высокая степень обесфеноливания воды; более высокая выработка фенолов, поскольку извлечение их из воды осуществляется до аммиачной колонны, чем исключаются потери фенолов, имеющиеся при паровом методе; более высокая степень извлечения крезолов; практически полное извлечение из вод масел и смол.

К недостаткам экстракционных методов относят сложность технологической схемы, а также то, что большинство применяемых экстрагентов в той или иной степени растворяется в обрабатываемой воде.

Для извлечения фенолов из сточных вод в промышленности экономически выгодно применять каменноугольные масла, полученные при фракционировании каменноугольной смолы. Эти масла являются продуктами коксохимического производства, поэтому легко доступны. Каменноугольные масла могут использоваться для экстракции фенолов из аммиачной воды и из сепараторных вод смолоперегонного цеха.

Сепараторные воды смолоперегонных цехов обесфеноливают каменноугольным маслом в аппаратах периодического или непрерывного действия.

Конечное содержание фенолов в воде составляет 0,8-1,5 г/л при начальном содержании их 8-10 г/л. Степень обесфеноливания воды достигает 88-96%. Недостатком каменноугольного масла является склонность его к эмульгированию с водой, что затрудняет процесс экстракции. Интенсивность образования эмульсии зависит от рН воды, содержания в ней смол, скорости перемешивания фаз и температуры процесса. Поэтому сепараторную воду подкисляют до рН = 7,2-7,6, а затем подвергают фильтрованию в кварцевых фильтрах, что способствует разрушению водносмоляной эмульсии.

Для обесфеноливания сточной воды и извлечения фенолов из растворителя применяют высокоэффективные экстракционные аппараты. Широкое применение получил дисковый экстрактор - колонна с перегородками и тарелками (дисками), которые вращаются с большой скоростью на общем валу и др.

3.3 Технология биохимического метода обезвреживания сточных вод

Сточные воды после обесфеноливания их паровым или экстракционным методом подвергают доочистке от фенолов или обезвреживанию. Доочистка, обезвреживание и использование сточных вод коксохимических предприятий является одними из главных направлений в защите окружающей среды от загрязнений.

Существует много методов обезвреживания сточных вод:

адсорбционные, основанные на физико-химических свойствах поверхности твердых поглотителей- активированного угля, ионитов (природных и искусственных); окисление вод озоном; испарение фенольных вод; очистка вод от сероводорода и синильной кислоты; биохимическая очистка и др.

На коксохимических заводах страны широкое применение получили методы биохимической очистки сточных вод от фенолов и других примесей.

Биохимические методы основаны на способности микроорганизмов окислять фенолы. Конечными продуктами биохимического разложения примесей, содержащихся в сточных водах, являются соединения высшей степени окисления - диоксид углерода (СО2) и вода. Эти методы обеспечивают глубокую очистку сточных вод в результате разложения фенолов.

Для биохимической очистки фенольных вод используют микроорганизмы двух видов: активный ил (или биологическую пленку) и культуры специальных бактерий, предназначенных для разрушения определенных компонентов, загрязняющих сточные воды. Активный ил представляет собой скопление бактерий - зооглей, нитчатых, жгутиковых, корненожек, инфузорий, коловраток и др.

На установках с активным илом лучшие результаты обесфеноливания получаются после предварительного разбавления фенольных сточных вод технической водой или хозяйственно бытовыми водами.

Весьма важным фактором, влияющим на эффективность обесфеноливания сточной воды биохимическими методами, является концентрация в ней, помимо фенолов, других химических веществ: цианидов, роданидов, сероводорода и др. Так как фенолы разрушаются быстрее этих соединений, то для их окисления количество кислорода, подаваемого с воздухом при аэрации биологического бассейна, оказывается недостаточным. Это приводит к накоплению в единице объема жидкости указанных примесей и достижению ядовитой для микробов концентрации, в результате чего разрушение фенолов замедляется или вовсе прекращается. Поэтому разбавление сточных вод свежей технической водой (1:1) снижает концентрацию примесей в единице объема жидкости и предупреждает повышение концентрации их до ядовитой для микробов. Особенно нежелательной примесью является аммиак, который окисляется значительно быстрее фенолов и при этом затрачивается большое количество кислорода. Содержание аммиака в сточной воде тормозит процесс обесфеноливания. Опыт работы биохимических установок показал, что при содержании аммиака (общего) в исходной воде в пределах 0,5-1,0 г/л конечное содержание фенолов в воде не превышает 2 мг/л. Повышение содержания аммиака в воде до 1, 5г/л приводит к увеличению фенолов до 4-5 мг/л. Следовательно, снижение содержания аммиака в сточной воде, идущей на биохимическую доочистку, повышает эффективность обесфеноливания.

На коксохимических заводах широкое распространение получил биохимический метод очистки сточных вод с использованием специфических культур бактерии, он получил название микробного. Этот метод может использоваться для обесфеноливания сточных вод с большой концентрацией фенолов и других соединений.

Основным сооружением биохимической установки является биологический бассейн, в котором протекает процесс разрушения фенолов микробами. В основу микробного метода очистки сточных вод положены следующие требования:

1) основным началом, разрушающим фенолы и тиоцианаты, являются микробы, специально приспособленные к разрушению этих веществ в лаборатории;

2) не допускается применение для переработки бытовых вод;

3) сточные воды с концентрацией фенолов 500-300 мг могут перерабатывая без разбавления.

После очистки в биологических бассейнах сточные воды направляют во вторичный отстойник для освобождения от образующегося осадка (биомассы), а затем - на совместную очистку с бытовыми водами. Для создания запаса микроорганизмов, необходимого в случае выхода биологического бассейна из строя, предусмотрены специальные резервуары с фенол - и роданразрушающими микробами. Обезвоживание осадка осуществляется на дренажных площадках.

Необходимыми условиями жизнедеятельности этих микробов и, следовательно, эффективности обесфеноливания сточных вод являются: тщательная предварительная очистка сточных вод от механических примесей, смолы и масел; постоянный состав сточных вод, характеризующийся величиной рН в пределах 7-8,5 и температурой 25-30 °С; наличие в сточной воде солей фосфора; интенсивная аэрация сточных вод для обогащения их кислородом; содержание общего аммиака не более 2 г/л; равномерное поступление сточной воды в биологический бассейн.

В технологической схеме трехступенчатой биохимической установки Гипрококса предусматривается на первой ступени обесфеноливание воды; на второй - удаление тиоцианидов; на третьей - доочистка сточной воды совместно с бытовыми водами.

В перспективе остаётся биохимический метод очистки сточных вод. Для глубокой очистки фенольных вод предусматривается дальнейшее совершенствование конструкции биологических установок, улучшение подготовки сточных вод, использование технологического кислорода для интенсификации биологических процессов, применение для обезмасливания сточных вод электрофлотации и для биохимического процесса озона; внедрение для очистки фенольных вод других более эффективных физико-химических способов, которые могут быть применены как в сочетании с биохимическим, так и самостоятельно.

4. Расчетная часть

На ОАО "ЯКХЗ" в цеху биологической очистки сточных вод применяется аэротенк-смеситель с генераторами.

Расчет установки.

Исходные данные:

· расчетный расход (с учетом неравномерности поступления) q_W = 625 м³/ч;

· L_en = 300 мг/л; L_вх = 100 мг/л.

· Значения констант уравнения приведены в справочнике СНиП 2.04.03-85:

· = 59 мг БПК_полн/(г-ч);

· K_l = 24 мг/л;

· K₀ = 1,66 мг/л;

· = 0,158 л/г.

По данным технико-экономического расчета или опыту эксплуатации принимаются величины средней дозы ила a_imix = 3,5 г/л и концентрации растворенного кислорода С_o = 2мг/л.

Для расчета аэротенков, предназначенных для очистки производственных сточных вод, степень регенерации R_r задается по данным исследований или по опыту эксплуатации.

В данном случае степень регенерации принимается R_r = 0,3 (объем, занятый регенератором, составляет 30 %), иловой индекс I_i = 100 см³/г.

По формуле СНиП 2.04.03-85 определяется коэффициент рециркуляции

R_i=a_i/(1000/I_i-a_i) =3,5/(1000/100-3,5)=0,54

Средняя скорость окисления с в системе аэротенка с регенератором a_imix = 3,5 г/л определяется по формуле СНиП 2.04.03-85, а значения констант в справочнике СНиП 2.04.03-85

с = 18,3 мг БПК_полн/(гч).

Общий период окисления при с = 18,3 рассчитываем по формуле СНиП 2.04.03-85

ч.

Общий объем аэротенка и регенератора

W_atm + W_г = q_Wt_atm = 625 4,46 = 2788 м².

Общий объем аэротенка определяется по формуле

W_atm = (W_atm+W_r)/(1+) == 1952 м³.

Объем регенератора W_r = 2788-1952 = 836 м³.

С учетом величины периода аэрации следует уточнить нагрузку на ил, а затем значения илового индекса. По формуле СНиП 2.04.03-85 определим значения q_i

q_i = 439 мг/гсут.

Согласно СНиП 2.04.03-85 при этом значении q_i для сточных вод НПЗ I_i = 74 cм³/г, что отличается от ранее принятого I_i = 100 cм³/г.

С учетом проектирования значения I_i по формуле СНиП 2.04.03-85 уточняется величина коэффициента рециркуляции

R_i = = 0,35.

Для расчета вторичного отстойника уточняется доза ила в аэротенке по следующей формуле:

.

Подставляя численные значения в формулу , получим

a_i= = 2,45 г/л.

Гидравлическая нагрузка на вторичный отстойник определяется по формуле СНиП 2.04.03-85 с учетом допустимого выноса ила из отстойника после I ступени биологической очистки = 30 мг/л. Принимается радиальный отстойник с коэффициентом использования объема К_ss = 0,4, для которого при глубине зоны отстаивания 3 м гидравлическая нагрузка будет равна:

Вывод

1.Приведена характеристика коксохимического производства.

Рассмотрены пути попадания фенолов в сточные воды, а так же характеристика сточных вод производства.

2.Рассмотрено влияние коксохимического производства на гидросферу, характеристика водопотребления предприятия, а так же влияние сточных вод на окружающую среду.

3.Расмотрены методы очистки загрязнённых фенолами сточных вод.

4.Проведены расчёты аэротенка-смесителя с генераторами.

Список литературы

1. "Документ, у якому обґрунтовуються обсяги викидів для отримання дозволу на викиди забруднюючих речовин для ВАТ"ЯКХЗ"", Харків 2008р.

2. Лейбович Р.Е., Яковлева Е.И., Филатов А.Б. "Технология коксохимического производства", Москва "Металургія",1982 г.

3. Збірка доповідей XXIII-ї всеукраїнської наукової конференції аспірантів і студентів,Том 1, Донецьк 2013

4. А. Ф. Усик, В. Т. Бартишполец. М., 1981 (обзорная информация) Ин-т "Черметинформация", сер.: Коксохимическое производство, вып. 1, 20с.

Приложение А

Содержание основных примесей, попадающих в водные источники с ОАО "ЯКХЗ"

Показатели	Фактический сброс	ПДС
ХПК	3,0	10,410
Азот аммонийный	0,1	0,347
Железо загальне	0,0302	0,104
Фенолы	0,0001	0,0003
Фосфаты	0,047	0,174
Роданиды	0,0081	0,035

Размещено на Allbest.ru

...