Способ удаления перхлората аммония из сточных вод (варианты)

 

Изобретение относится к области очистки сточных вод и используется для удаления ионов перхлората аммония из сточных вод с помощью хлористого калия (КСI). Для осуществления способа перхлорат аммония сточных вод концентрируют испарением воды в десорбционной колонне. В процессе осуществления этого этапа концентрирования удаляют аммиак и летучие органические соединения. Для образования перхлората калия (KCIO₄) в концентрированный раствор перхлората аммония вводят хлористый калий (КСI) и эту реакционную смесь охлаждают для осуществления кристаллизации перхлората калия. Жидкость кристаллизации удаляют с помощью центрифугирования или фильтр-пресса и дополнительно очищают при необходимости в общей системе очистки сточных вод. Способ обеспечивает эффективную очистку вод с высоким выходом перхлората, не требует кислотной нейтрализации. 2 с. и 14 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области очистки сточных вод, а именно, сточных вод, содержащих перхлорат аммония.

Перхлорат аммония является обычным ингредиентом потока сточных вод при обработке и регенерации твердого ракетного топлива. Поскольку твердое ракетное топливо содержит в среднем 60% перхлората аммония, то сточные воды, используемые для промывки и очистки ракетного двигателя и оборудования содержат, как правило, до 100000 частей на миллион перхлората аммония.

Известны три промышленных способа утилизации перхлората аммония из сточных вод. Согласно первому способу из соответствующих сточных вод удаляют высокоэнергетические вещества (нитроглицерин, циклотетраметилентетранитроамин или циклотриметилентринитроамин), при этом поток сточных вод подают на очистку муниципальными или коммерческими службами. В этом случае перхлорат не выделяют, а разбавляют Согласно второму способу сточные воды, содержащие перхлорат аммония переводят в концентрат с дальнейшим использованием в качестве взрывчатого вещества в горной промышленности. Согласно третьему способу, производят биоокисление перхлората аммония в сточных водах.

Известен также способ получения кристаллов определенного размера перхлората аммония (US, патент 3728086 C 01 D 1/30, 17.04.73), включающий растворение перхлората аммония в соответствующем органическом растворителе с последующей обработкой полученного раствора соединением, не растворяющим перхлорат аммония, при этом выпадают кристаллы перхлората. Размер кристаллов определяется соотношением органического растворителя и нерастворителя. В практической работе со сточными водами способ не применим.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения можно признать способ выделения перхлората аммония из сточных вод после обработки твердого ракетного топлива (US, патент 4198209 C 01 D 1/30, 15.04.80), включающий обработку сточных вод после промывки продуктов выщелачивания твердого ракетного топлива с последующим отделением частиц перхлората аммония. Недостатком известного топлива следует признать сложность проводимого процесса.

Целью настоящего изобретения является разработка экологически безопасного, не коррозирующего используемую аппаратуру способа удаления перхлората из сточных вод, предпочтительно при контакте их с твердым ракетным топливом.

Для достижения указанной цели, согласно первому варианту реализации, концентрируют сточные воды, содержащие перхлорат аммония, в концентрированные сточные воды добавляют гранулированный хлорид калия с образованием перхлората калия, образующего кристаллы, и отделяют кристаллы перхлората из сточных вод. Предпочтительно концентрирование проводят испарением или нагревом сточных вод. При концентрировании обычно удаляются аммиак и летучие органические соединения. Концентрирование нагревом обычно проводят с использованием десорбционных колонн, на вход которых подают подогретую приблизительно не выше 65,6, а еще лучше выше 93,3^oC сточную воду. Для кристаллизации сточные воды обычно охлаждают, предпочтительно до 15,6, а еще лучше, до 4,4^oC. Кристаллы отделяют обычно центрифугированием или с использованием фильтр-пресса.

Согласно второму варианту реализации изобретения предварительно проводят концентрирование сточных вод в десорбционной колонне с одновременным удалением из воды аммиака и летучих органических соединений, причем перед вводом в колонну сточные воды предварительно нагревают приблизительно свыше 65,6^oC, с последующим введением в сточные воды твердого хлорида калия с образованием перхлората кадия, охлаждают воды приблизительно до температуры ниже 15,6^oC для получения кристаллов перхлората калия из раствора, которые затем и выделяют. Кристаллы преимущественно выделяют центрифугированием или посредством фильтр-пресса. И в этом случае, предпочтительно нагревать сточные воды до температуры приблизительно свыше 93,3^oC, а охлаждать приблизительно до 4,4^oC.

В обоих вариантах хлорид калия взаимодействует только с ионом перхлората с образованием перхлората калия. При реализации способа используют обычные дессорбционные колонны, заполненные насадочным материалом, увеличивающим площадь внутренней поверхности насадочных колонн. Нагретую жидкость обычно вводят методом распыления. В нижнюю часть колонны при этом обычно подают воздух, отделяющий аммиак и летучие органические соединения. Температура и расход воды должны быть сбалансированы для предотвращения смывания кристаллов струей воды или обезвоживания потока в колонне. При нагревании перхлоратного раствора в типовой колонне размером 1,22 х 1,83 м до температуры 115,6^oC расход сточной воды составляет примерно 227,1 л/мин при расходе воздуха 84960 л/мин.

Концентрат сточных вод из десорбционной колонны поступает в реакционный сосуд, в который затем вводят хлорид калия. Количество вводимого хлорида калия зависит от концентрации перхлората в сточных водах. Предпочтительно использовать небольшой убыток хлорида калия против стехиометрического соотношения. Предпочтительно, чтобы в результате обработки в жидкой среде осталось менее 6000 частей на миллион перхлората. Обычно это достигается введением двойного количества хлорида калия против стехиометрического.

После введения хлорида калия немедленно начинается осаждение перхлората калия. При этом реакционную среду желательно охладить до указанных ранее температур.

Суспензию кристаллов перхлората в сточных водах переводят из реакционного сосуда в агрегат для обезвоживания кристаллов. Обычно в качестве подобного устройства используют центрифугу, фильтр-пресс или другое фильтрующее устройство. В ходе фильтрации возможна дополнительная обработка жидкости для удаления загрязнений.

Использование хлорида кальция в процессе удаления перхлората имеет ряд преимуществ. Это некоррозионный, нетоксичный материал. С которым легко работать. Он не требует использования кислотной нейтрализации и не изменяет pH. Экспериментально установлено, что использование именно хлорида калия позволяет увеличить производительность процесса и выход перхлората калия.

Ниже приведен пример типового рабочего цикла.

Обрабатываемые сточные воды в количестве 6624 л содержали ион перхлората в концентрации 17060 частей на миллион. За 9,2 часа объем сточных вод уменьшился до 568 л. Было израсходовано 110 кг хлорида калия с получением 147 кг влажного перхлората калия. Концентрация иона перхлората в жидкой среде после фильтр-пресса составила 333 части на миллион.

Из приведенного описания следует, что настоящее изобретение обеспечивает удаление ионов перхлората. Способ является экологичным и экономичным. Параллельно проходит дополнительная очистка сточных вод от аммиака и летучих органических примесей.

Настоящее изобретение может быть реализовано и в других вариантах, соответствующих приведенной формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Способ удаления перхлората аммония из сточных вод, включающий отделение кристаллов перхлората от сточных вод, отличающийся тем, что предварительно сточные воды, содержащие перхлорат аммония, концентрируют, в концентрированные сточные воды вводят гранулированный хлорид калия с образованием перхлората калия с последующей кристаллизацией перхлората калия и выделением их из сточных вод.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрирование проводят посредством испарения воды.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при концентрировании из сточных вод дополнительно удаляют аммиак и летучие органические соединения.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрирование осуществляют нагревом сточных вод.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что концентрирование осуществляют в десорбционной колонне, причем температуру вводимых вод поддерживают приблизительно выше 65,6^oC.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что концентрирование осуществляют в десорбционной колонне, причем температуру вводимых вод поддерживают выше приблизительно 93,3^oC.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что для кристаллизации перхлората сточные воды охлаждают.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в процессе кристаллизации поддерживают температуру воды приблизительно 15,6^oC.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что в процессе кристаллизации поддерживают температуру воды приблизительно 4,4^oC.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллы отделяют центрифугированием.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллы отделяют с использованием фильтр-пресса.

12. Способ удаления перхлората аммония из сточных вод, включающий отделение кристаллов перхлората из сточных вод, отличающийся тем, что предварительно проводят концентрирование сточных вод в десорбционной колонне с одновременным удалением из сточных вод аммиака и летучих органических соединений, перед вводом в которую сточные воды нагревают приблизительно до 65,6^oC с последующим введением в сконцентрированные сточные воды твердого гранулированного хлорида калия с образованием перхлората калия, охлаждают воды до температуры приблизительно менее 15,6^oC для получения кристаллов перхлората калия, которые и выделяют из раствора.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что кристаллы выделяют центрифугированием.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что кристаллы выделяют с использованием фильтр-пресса.

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что сточные воды нагревают перед вводом в десорбционную колонну приблизительно свыше температуры 93,3^oC.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что при кристаллизации перхлората калия воды охлаждают приблизительно до температуры 4,4^oC.