• 5

8,7. ДЕСОРБЦИЯ, ДЕЗОДОРАЦИЯ И ДЕГАЗАЦИЯ

Десорбция летучих примесей. Многие сточные воды загрязнены летучими неорганическими и органическими примесями, серо­водородом, диоксидом серы, сероуглеродом, аммиаком, диокси­дом углерода и др.

При пропускании воздуха или другого инертного малорас­творимого в воде газа (азот, диоксид углерода, топочные ды­мовые газы и др.) через сточную воду летучий компонент диф­фундирует в газовую фазу. Десорбция обусловлена более высо­ким парциальным давлением газа над раствором, чем в окру­жающем воздухе. Равновесное парциальное давление удаляемо­го газа находят по закону Генри. Количество вещества М, пе­решедшего из жидкой фазь! в газовую, определяют по уравне­нию массопередачи:

М**КуР&ср>  (ИЛ06>

где /(у — коэффициент массопередачи (в данном случае он равен коэффи­циенту массоотдачи в газовой фазе ру); F — поверхность контакта фаз;.

™ средняя движущая сила процесса десорбции.

Процесс десорбции веществ из сточных вод инертными газа­ми может быть проведен в тарельчатых, насадочных и распьь

m

лительных колоннах. Наиболее интенсивно для тарельчатых колонн он протекает в пенном режиме, а для насадочных — в режиме эмульгирования. Для проведения процесса могут быть использованы колонны с колпачковыми, ситчатыми, клапанны­ми, провальными и другими тарелками.

Степень удаления летучих веществ из сточных вод увеличи­вается с ростом температуры газожидкостной смеси, коэффи­циента массоотдачи и поверхности контакта фаз. Десорбируемое из воды вещество направляют на адсорбцию или на каталитиче­ское сжигание.

При небольших количествах отделяемого вещества и неболь­шой его стоимости, а также при условии трудного извлечения его из газовой фазы проводят каталитическое окисление. В этом случае воздух с парами извлекаемого вещества после колонны, при температуре 280—350 °С пропускают через слой катализа­тора (пиролюзит, оксид хрома и др.). Большинство органиче­ских соединений в этом случае окисляется до СОг и НгО.

Схема очистки воды от хлорбензола десорбцией азотом показана на рис. 11-43. Сточная вода, подвергающаяся очистке, кроме хлорбензола содер­жит метанол, ароматические амины, формальдегид и хлорид натрия. Ко­лонна состоит из четырех царг, в каждой из которых установлены три бар- ботажиые тарелки. Азот подают в каждую царгу раздельными потоками че­рез коллектор.

Концентрация хлорбензола равная или меньшая ПДК (0,02 мг/л) дости­галась при начальном содержании его в воде 1,8—2 мг./л и расходах воды 0,15 м3/ч и азота 44 м3/ч. Время пребывания жидкости на тарелках состав­ляло 8 мин. Остаточное содержание хлорбензола в очи1цеиной воде зависит от его начальной концентрации. Присутствие других примесей не влияет на степень очистки.

Дезодорация. В некоторых сточных водах содержатся мер­каптаны, амины, аммиак, сероводород, альдегиды, углеводороды,

 

Рис. II-43. Схема установки для десорбции хлорбензола из сточной воды: / —- емкость: 2 — насос; 3 — коллектор азота; 4 — колонна; 5 — коллектор отходящих газов

Рис. 11-44. Схема установки для дезодорации (1 и 2 — тарельчатая и на са­дочная колонны)

которые придают им дурной запах. Для очистки дурнопахну- щих сточных вод можно использовать различные способы: аэ­рацию, хлорирование, ректификацию, дистилляцию, обработку дымовыми газами, окисление кислородом под давлением, озони­рование, экстракцию, адсорбцию и микробиологическое окисле­ние. При выборе метода необходимо учитывать его эффектив­ность и экономическую целесообразность.

Наиболее эффективным считается метод аэрации, который заключается в продувании воздуха через сточную воду. Про­цесс проводят в аппаратах различной конструкции. На схеме, представленной на рис. II-44, удаление дурнопахнущих веществ проводят в тарельчатой колонне каскадного типа. Сточная вода растекается в виде пленок по тарелкам, на которых происхо­дит ее контакт с воздухом. Затем воздух с выделенными ве­ществами поступает в насадочную колонну, которая орошается раствором щелочи.

Для очистки на 85—90% необходимо иметь удельный расход 12—15 м3 на 1 м3 сточной воды, число тарелок — не менее 10, плотность орошения — 20—80 м3/(м2-ч), концентрацию щело­чи— не менее 40 г/л Н20. Недостаток метода заключается в том, что некоторые загрязнения не удаляются методом аэра­ции и остаются в сточной воде.

На некоторых предприятиях дур непахнущие сточные воды очищают продувкой острым паром. В целлюлозной промышлен­ности воды загрязнены серосодержащими соединениями, а кро­ме того, метанолом и скипидаром. Отдувка паром позволяет очищать воду и от этих веществ. Основным аппаратом для обра­ботки сточных вод паром является колонна с колпачковыми или сетчатыми тарелками. Степень очистки от сероводорода и ме- тилмеркаптана приближается к 100%, от других веществ — к 90%- Расход пара на 1 м3 сточной воды составляет 60 кг; для уменьшения расхода пара сточную воду подогревают.

Промышленное применение имеет и хлорирование дурнопах­нущих сточных вод. При этом происходит окисление хлором се­росодержащих соединений. В случае недостатка хлора образу­ется диметилдисульфид с неприятным запахом:

H2S+C12 —»- 2HC1+S,     (11.107)

2CH3SH+C12 —f 2HC1+(CH3)2S2.        (И.108>

При избытке хлора (не менее 600 г на 1 м3) образуются диок­сид серы, хлорид водорода и метаисульфонилхлорид:

H2S+3Cl2+2HaO S02+6HC1,        (11.109 )>

CH3SH+3Cla+2H20 —»• CH3S02C1+6HC1.     (11.110)

Очистку сточных вод от сероводорода окислением кислоро­дом воздуха при атмосферном давлении в присутствии катали­затора (железная стружка, графитовые материалы и др.) прово-

Рис. П-45. Схема установки для очистки сточных вод от серосодержа­щих соединений окислением под дав­лением:

1 — емкость; 2 — насос; 3— теплообменник; •4 — трубчатый реактор; S — сепаратор

дят в аэрационном бассейне, куда подают сжатый воздух. Большая часть сероводорода при этом окисляется до эле­ментной серы, а другая часть отдувается воздухом. Вода очищается от серы, а воздух с серо­водородом поступает на очистку в адсорбер с активным углем. После насыщения уголь регенерируют сульфатом аммония. При ■окислении продолжительностью 60—90 мин и расходе воздуха 10—12 м3/м3 степень очистки воды достигает 95—97%.

Высокая степень очистки может быть достигнута при исполь­зовании жидкофазного окисления сернистых веществ кислоро­дом воздуха под давлением. Окисление сероводорода в щелоч­ной среде при этом происходит до тиосульфата и сульфата нат­рия, а метилмеркаптана и диметилдисульфида— до метансуль- фоки слоты.

Схема установки окисления сернистых соединений кислородом воздуха под давлением представлена на рис. 11-45. Серосодержащие сточные воды нагреваются в теплообменнике до 100 °С, а затем поступают в трубчатый реактор, куда подается воздух под давлением 1,5 МПа. При указанных условиях серосодержащие соединения окисляются до сульфатов. Смесь воды с воздухом разделяется в сепараторе. Вода из сепаратора возвращается в емкость. Количество подаваемого воздуха составляет по кислороду 200% ХПК сточных вод. Степень очистки по сернистым соединениям достигает 80%, а ХПК снижается на 60—75%.

Сероводород из воды возможно удалить гидр оксидом желе­за по реакциям: в щелочной среде

2Fe(OH)3+3HaS=FeaS3+6HgO,   (11.111)

в нейтральной среде

Fe(0H)s+H2S«-FeS+2H20.            (11.112)

После отстаивания проводится регенерация  образующихся сульфидов железа:

2Fe2S3+6H2O+302=4Fe(OH)3+6S,        (И.113)

4FeS+6H20+302=4Fe(0H),+4S.    (11.114)

Для удаления запахов из сточных вод могут быть исполь­зованы процессы озонирования и адсорбции. Однако более эф­фективно происходит очистка при одновременном введении в воду озона или диоксида хлора и фильтровании воды через слой

Воздух

 

активного угля. Наилучшие результаты очистки получены при

следующих соотношениях: для сероводорода              - Оз/Наг5>5; для

метилмеркаитака — O3/GH9SII1» 10; для диметилсульфнда 0:)/(Cll;()aS= 4—-6. Степень дезодорации указанных веществ и этих условиях зависит от их концентрации в сточной воде и из­меняется от 80 до 100%. Доза озона в этом случае снижается но сравнению с просто озонированием. Применение диоксида хлора вместо озона при тех же соотношениях обеспечивает сте­пень дезодорации па 90            100%.

Дегазация. Присутствие в сточных водах растворенных газов затрудняет очистку и использование сточных вод, усиливает коррозию трубопроводов и аппаратуры, придает воде неприят­ный запах. Растворенные газы из воды удаляют дегазацией, которую осуществляют химическими, термическими и десорб- диоипымн (аэрациоинымн) методами.

Для удаления из воды диоксида углерода используют мето­ды ачрации, проводимые в пленочных, насадочных, барботаж- пых и вакуумных дегазаторах. Пленочные дегазаторы - колон­ны с различного вида насадками, работающие в условиях противотока дегазируемой воды и воздуха, подаваемого венти­лятором. Дегазаторы струйно-нлепочного типа представляют собой градирни без принудительной подачи воздуха, Из дегаза­торов барботажного типа наиболее эффективны пенные аппа­раты.

Вакуумные дегазаторы — иасадочпыс колонны, работающие под вакуумом, в которых вода равномерно распределяется но поверхности насадки. Наиболее полная дегазация достигается при разбрызгивании в вакууме и одновременном подогреве воды (рис. II-4G). Воду нагревают паром в котле, Пар из змеевика

 

 

^—^г, В атмосферу 1

Пар

Конденсат Сточная /Ша

Q         Vf«i»m.у'чиш'пИ        I | |

„г         т—• '

Очищннаи 1   J

tioffa

4 Воздух*

3 I аммиак Сточная Г\™~1 Вода Г °°° Н

д д д

1

Воздух            £ /!»??*

Очищенная ^ ^

ВоШ

Рис. П-46. Схема установки для дегазации в вакууме с подогрепом: /--котел; J — ямсовнк; 3 — несое; 4 — теплообменник; 5 — нануум-иасос; 6 — емкость

Рис. 11-47. Схема установки для отдувки аммиака;' J — ввод сточной йоды; 3 »•- ввод еовдухв; Я — вентилятор; 4 — хордовая насадка

попадает в теплообменник, где вода подогревается. Вакуум создают отсасыванием дегазованной воды насосом.

Выбор типа дегазатора зависит от производительности уста­новки, концентрации удаляемого газа и необходимой степени дегазации. Для удаления СО<> при ее содержании в воде не бо­лее 150 мг/л и производительности до 150 м3/ч используют дегазаторы с хордовой насадкой. Плотность орошения насадки 40 м3/ (м2-ч), удельный расход воздуха 20 м3/м3. При глубо­ком удалении газа применяют барботажные или ленные дега- •заторы производительностью до 20 м3/ч.

При термической дегазации воды от растворенного диоксида углерода или кислорода пропускают пар через воду и нагрева­ют ее до температуры кипения при внешнем давлении. В этом случае парциальное давление газа над водой снижается до нуля и растворимость его также падает до нуля. Вследствие наруше­ния равновесия в системе происходит выделение избыточных тазов из воды (физическая десорбция).

Для интенсивной дегазации необходимо, чтобы вода непре­рывно контактировала с новыми порциями пара при большой поверхности контакта фаз в течение достаточного времени. Тен­дер а тур а воды должна быть близка к температуре насыщенного пара при данном давлении. Процесс проводят в аппаратах, на­зываемых деаэраторами. Они имеют разную конструкцию н работают под вакуумом, при атмосферном или повышенном давлении.

Аммиак из сточных вод удаляют продувкой водяным паром или воздухом. Ионы аммония в воде находятся в равновесном •состоянии с аммиаком и ионами водорода (NH4+=t±NH3-|-H+). При рН = 7 в воде могут находиться ионы аммония в истинном растворе; при рН= 12 — только растворенный аммиак, который можно выделить из воды.

Скорость перехода газообразного аммиака из воды в атмо­сферу зависит от поверхностного натяжения на границе воз­дух— вода и от разности концентраций аммиака в воде и воз­духе. Для осуществления процесса отдувки аммиака из воды повышают рН воды до значений 10,8—11,5 и создают большую гповерхность контакта между воздухом или паром и водой.

Сначала сточную воду нагревают в теплообменнике и острым паром до 100 °С, а затем подают в десорбер на отдувку аммиака острым паром. Уда­ляемая из десорбер а смесь воды с аммиаком конденсируется в конденсат, .'представляющий собой слабый водный раствор аммиака, утилизуют.

Отдувку аммиака воздухом производят в градириях с. хордовой насадкой '(рис. II-47). Для удаления аммиака из воды на 95—98% при 20 °С требуется •соотношение объемов воздуха и воды в пределах 3000—-6000. С увеличением "температуры воды и высоты насадки эффективность процесса, возрастает, однако процесс имеет недостатки: возможность проведения его только при положительных температурах; большой расход воздуха;, загрязнение атмос­феры аммиаком.

Химические методы дегазации применяют при низкой кон- центрации газов в воде или в случае нецелесообразности их использования, а также при условии, что продукты обработки не затрудняют дальнейшую очистку или использование воды. Методы связаны с проведением реакций, в результате которых происходит химическое связывание растворенных газов.

Для удаления кислорода из воды, ее фильтруют через лег- коокисляющиеся стальные стружки. Содержание марганца в них не должно превышать 0,3%.- При фильтровании воды желе­зо окисляется:

4Fe+302=2Fe203.

Время контактирования зависит от температуры и при 20  

80 "С равно 25—30 мин. Образовавшиеся оксиды железа удаля­ют обратной промывкой.

При обработке воды сульфитом натрия образуется сульфат натрия:

2Na2SOH-02=2Na2SO„.

На 1 г Ог необходимо затратить 7,88 г Na^SOg.

При обработке диоксида серы

S02+H20=H2S03, 2H2S03+02 = 2H2S0.,

в качестве катализатора используют соли меди (1 мг/л Си2+) или кобальта (0,001 мг/л Со2+) в виде 0,01%-ных растворов. Для удаления 1 г 02 расходуется 4 г S02.

Лучшим обескислороживающим воду реагентом является гидразин:

Os+N2H4 —N2+2H3O.

Реакция протекает значительно быстрее, чем при окислении сульфита. Катализатором служит металлическая медь, стекло, активный уголь. На 1 г 02 требуется 1 г N2H4. Однако гидразин отличается высокой стоимостью, поэтому метод является до­рогим.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я