Способ очистки сточных вод производства мочевины

 

Изобретение относится к очистке сточных вод, содержащих аммиак и мочевину. Сущность изобретения: способ очистки сточных вод состоит в том, что сточные воды после гидролиза и десорбции подвергают обработке активным хлором с подачей воздуха при рН 6,5-8 в количестве 5-7 вес.ч. на 1 вес.ч. азота аммонийного с последующим анионированием. Обработку активным хлором можно проводить газообразным хлором, гипохлоритами кальция или натрия. Способ обеспечивает повышение эффективности очистки сточных вод и доведение качества сточных вод до требований химически очищенной воды, например, для питания котлов среднего давления Р - 4 МПа (40 кгс/см²) или возможности использования в системах оборотного водоснабжения. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к очистке сточных вод, содержащих аммиак и мочевину, в частности сточных вод производства мочевины, и может быть использовано в химической промышленности.

Известен способ очистки сточных вод производства мочевины путем гидролиза очищаемых стоков при нагреве и давлении. При этом гидролиз ведут в присутствии фосфорной кислоты, а полученный раствор обрабатывают спиртом или кетоном с последующим отделением осадка (Авт.св. N 239863, МКИ C 02 F 1/52, опубл. 1969 г.). Этот способ сложен по технологии и не обеспечивает глубокий очистки сточных вод, позволяющей повторное ее использование.

Известен способ очистки сточных вод от мочевины путем сорбции ее на сильнокислотных катионитах, например КУ-2, с последующей их регенерацией сильными неорганическими кислотами (Авт.св. N 451641, М.кл. C 02 C 5/08, опубл. 1974 г.). Этот способ требует использования дорогостоящих ионообменных смол, большого количества фосфорной кислоты для регенерации и приводит к образованию сточных вод при отмывке ионообменных смол от регенерационных растворов (количество мочевины в сточных водах - 2,73 г/дм³, аммиака - 20 г/дм³).

Известен способ очистки сточных вод производства мочевины, включающий смешение циркулирующего и свежего потоков сточных вод с воздухом, испарение, брызгоотделение и выброс воздуха с водяными парами в атмосферу, при этом свежий поток сточных вод предварительно смешивают с потоком воздуха, выходящим из зоны испарения (Авт.св. N 732212, М.кл, C 02 C 5/00, опубл. 1980 г.).

Известен способ очистки сточных вод производства мочевины путем гидролиза очищаемых стоков методом термического разложения при повышенном давлении в колонном аппарате каскадного типа при температуре 150 - 262^oC и давлении 1,5 - 5,0 МПа используют последовательные ступени каскада в количестве 4 - 30 (Патент RU N 2056408, М.кл. C 07 C 273/04, опубл. 1996 г.). Этот способ энергоемкий (используются высокие температуры).

Известен наиболее близкий к предложенному способ очистки сточных вод производства мочевины путем гидролиза очищаемых стоков при нагреве и давлении: при температуре 180 - 200^oC, давлении 15 - 20 ат с последующей отдувкой паром аммиака и двуокиси углерода. Сточные воды с содержанием аммиака 0,5 г/л поступают на отдувку аммиака с помощью азота или воздуха при атмосферном давлении и температуре 100^oC. Остаточное содержание аммиака составляет 0,03 - 0,006 г/л (Авт.св. N 186891, М.Кл. C 02 F 1/02, опубл. 1966 г. Прототип).

Данный способ не обеспечивает эффективной очистки сточных вод, что исключает их повторное использование в системе оборотного водоснабжения или в качестве питательной воды для котлов.

Задачей изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод и доведение качества сточных вод до требований химически-очищенной воды, например, для питания котлов среднего давления Р - 4 МПа (40 кгс/см²) или возможности использования в системе оборотного водоснабжения предприятия.

Эта задача решается тем, что в способе очистки сточных вод производства мочевины путем гидролиза очищаемых стоков при нагреве и давлении сточные воды после гидролиза подвергают обработке активным хлором с последующим анионированием, обработку активным хлором проводят при pH 6,5 - 8, а количество активного хлора берут 5 - 7 весовых частей на 1 весовую часть азота аммонийного.

Способ осуществляют следующим образом: сточные воды, содержащие аммиак и мочевину, поступают в десорбер первой ступени, где при температуре 130 - 145^oC, давлении 0,28 - 0,35 МПа из раствора происходит выделение диоксида углерода, аммиака и воды. Далее сточная вода из нижней части десорбера первой ступени направляется в гидролизер, в нижнюю часть которого подается "острый" пар высокого давления. В гидролизере при температуре не более 190^oC и давлении 1,5 - 1,8 МПа происходит разложение (гидролиз) мочевины, аммиака и диоксида углерода. Жидкая фаза поступает в десорбер второй ступени, где из раствора отгоняется аммиак и диоксид углерода. Сточная вода на выходе из узла десорбции-гидролиз содержит мочевину с массовой концентрацией 10 - 30 мг/дм³ и аммиак с массовой концентрацией 10 - 15 мг/дм³. Далее сточные воды обрабатывают активным хлором в количестве 5 - 7 весовых частей активного хлора на 1 весовую часть азота аммонийного при pH 6,5 - 8. Для хлорирования могут быть использованы, например, газообразный хлор, гипохлориты кальция и натрия, образующие в воде хлорноватистую кислоту и гипохлоритный ион. Сумма свободного Cl₂, HOCl, OCl и связанного в хлорамин азота называется активным хлором. Процесс окисления азота аммонийного активным хлором идет по реакции: 2NH₄+2Cl₂=2NH₂Cl=4H⁺+2Cl- NH₂Cl+Cl₂=NHCl₂+H⁺+3Cl- NH₂Cl+NHCl₂=N₂+3H⁺+3Cl- Для ускорения процесса хлорирования применяют воздушную продувку. Повышение pH выше 8 ведет к увеличению расхода активного хлора для окисления азота аммонийного, а понижение pH ниже 6,5 не обеспечивает качество воды. Хлорированную воду пропускают через слабоосновной анионит для удаления ионов хлора. После хлорирования гипохлоритом натрия или гипохлоритом кальция требуется предварительное катионирование.

Сточные воды после очистки имеют следующие показатели: Хлориды - Не более 3 мг/дм³ Щелочность - Не более 700 мкг-экв/дм³ Жесткость - 10 мкг-экв/дм³ Солесодержание - Не более 300 мг/дм³ Аммиак - Не более 2 мг/дм³
Мочевины - Отсутствие
что соответствует требованиям, предъявляемым к качеству химически очищенной воды для питания котлов среднего давления P - 4 МПа (40 кгс/см²).

Количество необходимого активного хлора для хлорирования сточных вод и величина pH установлены экспериментально.

Пример 1
Сточные воды производства мочевины после десорбции и гидролиза, характеризуемые следующим качеством:
pH - 7,2
Аммиак - 11,7 мг/дм³
Мочевина - 28,3 мг/дм³
Взвешенные вещества - Отсутствие
Сухой остаток - 16 мг/дм³
Хлориды - Отсутствие
Сульфаты - Отсутствие
Фосфаты - Отсутствие
Железо - 0,04 мг/дм³
Жесткость - 0,02 мкг-экв/дм³
Щелочность - 0,4 мкг-экв/дм³
Кальций - 1,4 мг/дм³
Магний - Отсутствие
Медь - Отсутствие
Нитраты - Отсутствие
Нитриты - Отсутствие
Оксид кремния - 0,04 мг/дм³
Оксид углерода - Отсутствие
обрабатывают активным хлором. Для полного окисления аммиака и мочевины требуется 5 весовых частей активного хлора на одну весовую часть азота аммонийного. Для ускорения процесса окисления дается воздушная продувка. После окисления содержание мочевины в сточных водах равняется 0, аммиак также отсутствует. Содержание хлоридов возрастает до 17,5 мг/дм³. Для очистки от хлоридов сточную воду пропускают через анионит.

Пример 2
Сточные воды производства мочевины с содержанием:
pH - 8,0
Аммиака - 11,3 мг/дм³
Мочевины - 12,1 мг/дм³
(прочие показатели качества в связи с содержанием значительно ниже нормируемых не приводятся) обрабатывают активным хлором. Дозу активного хлора берут 7 весовых частей на 1 весовую часть азота аммонийного. После окисления содержание аммиака - отсутствие, мочевины - отсутствие, содержание хлоридов - 28,5 мг/л. Для очистки от хлоридов сточную воду пропускают через анионит.

Пример 3
Сточные воды производства мочевины с содержанием:
pH - 9,4
Аммиака - 25,4 мг/дм³
Мочевины - 20 мг/дм³
обрабатывают активным хлором. В данном примере при pH 9 для полного удаления аммиака и мочевины соотношение активного хлора на одну весовую часть азота аммонийного увеличивается до 9 весовых частей. Т.е. при повышении pH исследуемой воды доза активного хлора возрастает, что нецелесообразного, так как приводит к перерасходу реагентов.

Понижение pH ниже 6,5 также нецелесообразно, так как вода становится агрессивной в коррозийном отношении.

Из примеров видно, что в сравнении с прототипом степень очистки от аммиака и мочевины по предлагаемому способу увеличивается и составляет 100%, что позволяет ее повторное использование в оборотном водоснабжении или в качестве питательной воды для котлов среднего давления P - 4 МПа (40 кгм/см²).

Испытания проводились в лаборатории ЗАО "Агро-Череповец". Проводятся подготовительные работы для промышленного использования на ЗАО "Агро-Череповец".

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод производства мочевины путем гидролиза и десорбции очищаемых стоков при нагреве и давлении, отличающийся тем, что сточные воды после гидролиза и десорбции подвергают обработке активным хлором с подачей воздуха и последующим анионированием.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку активным хлором проводят при рН 6,8 - 8, а количество активного хлора берут 5 - 7 вес.ч. на 1 вес.ч. азота аммонийного.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обработки активным хлором используют газообразный хлор.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обработки активным хлором используют гипохлориты кальция или натрия, перед очисткой сточных вод на анионитах проводят предварительное катионирование.