СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА НИТРАТОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 1998 года по МПК C02F1/52 

Изобретение относится к химической технологии, преимущественно к производству азотнокислых эфиров целлюлозы, и касается очистки сточных вод этого производства от взвешенных веществ.

На отдельных стадиях производства азотнокислых эфиров целлюлозы, в частности на нитрации и предварительной стабилизации, образуются сточные воды с одинаковым характером загрязнения. Их объединяют в один общий поток и выводят из производства.

В общий сток производства нитратов целлюлозы (НЦ) входят в качестве основных загрязняющих примесей взвесь НЦ (до 300 мг/дм³) и свободные минеральные кислоты, азотная и серная, суммарно до 5 г/дм³.

Известен способ очистки общего стока с фаз нитрации и предварительной стабилизации производства НЦ [1], включающий реагентную нейтрализацию стоков известью и гравитационное разделение на жидкую и твердую фазы. Прошедшие нейтрализацию воды направляют из камеры реакции в шламоотстойники, выполняющие функции осветлителей воды и сборников выделенного осадка.

Данный способ очистки сточных вод характеризуется длительным временем пребывания нейтрализованных сточных вод в шламонакопителях (до 30 сут), обусловленным низкими скоростями естественного осаждения дигидрата сульфата кальция и остаточных нитратов целлюлозы в воде. Шламонакопители, применяемые для разделения твердой и жидкой фаз, представляют собой громоздкие капиталоемкие сооружения, занимающие большие производственные площади. В процессе эксплуатации шламонакопителей по мере их заполнения осадком и уменьшения полезного объема снижается степень очистки сточных вод.

Известен способ очистки сточных вод от взвешенных веществ под действием центробежных сил, создаваемых при вращательном движении жидкости в гидроциклоне [2] . Благодаря тангенциальному подводу исходной жидкости в цилиндрическую часть гидроциклона вся масса воды в аппарате находится во вращательно-поступательном движении. При этом на взвешенные частицы, движущиеся в потоке, действуют центробежные силы, направленные по радиусу от оси вращения к периферии. При вращении жидкости в гидроциклонах центробежные силы превосходят силы тяжести, соответственно, возрастает и скорость движения частиц в центробежном поле. В той же степени сокращается продолжительность процесса разделения твердой и жидкой фаз. Однако на эффективность работы гидроциклонов существенное влияние оказывает дисперсионный состав взвешенных веществ.

Так, экспериментальная проверка данного способа показала, что продолжительность очистки от взвешенных веществ предварительно нейтрализованного общего стока производства НЦ с фаз нитрации и предварительной стабилизации в батарее из трех напорных гидроциклонов снизилась с 15-30 сут до 6-8 ч, эффективность очистки составила 60-70% и была близка к уровню очистки в шламоотстойниках, при этом в осветленной воде содержалось до 200 мг/дм³ взвеси.

Недостаточная степень очистки стоков в напорных гидроциклонах обусловлена тем, что до 25% по массе взвешенных веществ, присутствующих в воде, включая НЦ, представлено тонкодисперсными фракциями менее 45 мкм.

Дополнительная обработка осветленной в батарее гидроциклонов воды гидролизующимся коагулянтом сернокислым алюминием (доза коагулянта 25 мг/дм³, продолжительность смешения 40 с, отстаивание 30 мин) позволила повысить степень очистки от взвешенных веществ с 60-70% до 90%, уменьшить их содержание в очищенной воде с 200 до 70 мг/дм³.

Однако, учитывая большой объем сбрасываемых вод на каждом предприятии, изготавливающем НЦ (10-12 тыс.м³ в сутки), достигнутый уровень очистки еще не гарантирует исключения загрязнения водоемов стоками производства НЦ.

К существенным недостаткам рассматриваемого способа очистки относится также большая продолжительность стадии коагуляции (15-20 мин), что, в свою очередь, требует повышенных объемов коагуляционных сооружений.

Задачей изобретения является повышение степени очистки сочных вод, образующихся на фазах нитрации и предварительной стабилизации производства НЦ, от взвешенных веществ, интенсификация процесса хлопьеобразования при обработке сточных вод коакулянтом сернокислым алюминием.

Задача решается тем, что в способе очистки сточных вод производства НЦ, отводимых с фаз нитрации и предварительной стабилизации, включающем реагентную нейтрализацию стоков, разделение на жидкую и твердую фазы в поле центробежных сил, смешение осветленной воды с гидролизующимся коагулянтом сернокислым алюминием и окончательную очистку от взвешенных веществ отстаиванием, смешение коагулянта с водой до получения однородного раствора во всем объеме жидкости осуществляется при градиенте скорости более 1200 с^-1 в течение менее 3 с.

Положительный технологический эффект от быстрого смешения коагулянта с водой можно объяснить чрезвычайно высокой скоростью образования продуктов гидролиза, дестабилизирующих частицы загрязнений и способствующих одновременной агломерации первичных агрегатов во всем объеме воды, что, в свою очередь, способствует формированию более крупных и плотных хлопьев [3].

По предлагаемому способу очистку сточных вод производства НЦ от взвешенных веществ осуществляют следующим образом. Сточные воды с фаз нитрации и предварительной стабилизации нейтрализуют 5%-ным раствором известкового молока до pH 7-7,2, в напорной гидроциклонной установке при рабочем давлении 0,4-0,45 МПа отделяют осадок, осветленную воду направляют в аппарат с интенсивным осевым и тангенциальным перемешиванием, например в аппарат с пропеллерной мешалкой и направляющей трубой. Туда же вводят 1%-ный раствор сернокислого алюминия из расчета 25 мг/дм³, причем продолжительность полного смешения коагулянта с очищаемой водой во всем объеме жидкости составляет менее 3 с, градиент скорости более 1200 с^-1. Далее воду выдерживают при медленном перемешивании (градиент скорости 20-90 с^-1) 10-12 мин, в течение которых происходит интенсивное хлопьеобразование, мешалку отключают, воду отстаивают 30-40 мин и сливают.

Пример 1 (прототип). Сточную воду с фаз нитрации и предварительной стабилизации производства НЦ нейтрализовали 5%-ным раствором известкового молока до pH 7, в двухступенчатой напорной гидроциклонной установке при рабочем давлении 0,4 МПа отделили осадок и получили осветленную воду с содержанием взвешенных веществ 195 мг/дм³.

Далее воду обрабатывали в такой последовательности: смешение сернокислого алюминия с водой, коагуляция, осаждение взвешенных веществ. Все стадии процесса вели в аппарате, снабженном лопастной мешалкой с регулируемым числом оборотов. Отношение диаметра аппарата к диаметру мешалки равнялось 3.

Режимные параметры смешения: доза коагулянта 25 мг/дм³, число оборотов мешалки 200 в минуту, соответствующий ему скоростной градиент 50 с^-1, продолжительность перемещения 1-50 с. Режимные параметры коагуляции: число оборотов мешалки 40 в минуту, соответствующий ему градиент скорости 20 с^-1, продолжительность перемешивания 15 мин.

Осаждение взвешенных веществ вели при отключенной мешалке в течение 30 мин.

Результаты анализов представлены в табл. 1.

О полноте смешения коагулянта с обрабатываемой водой можно судить по изменению щелочности воды и сравнению ее со щелочностью нейтральной пробы. Согласно данным табл. 1 продолжительность смешение коагулянта с водой в рассматриваемом случае составляла 40 с. При последующей коагуляции и отстаивании получена вода с содержанием взвешенных веществ 65 мг/дм³, что соответствует степени очистки относительно исходных 195 мг/дм³ 66,5%.

Пример 2 (предлагаемый способ). Исходная сточная вода, ее состав, последовательность обработки были такими же, как и в примере 1.

Отличие состояло в том, что смешение коагулянта с водой вели в аппарате, снабженном пропеллерной мешалкой и направляющей трубой, обеспечивающими интенсивные осевой и тангенциальный жидкостные потоки. Отношение диаметра аппарата к диаметру мешалки равнялось 3, угол наклона лопастей 40^o.

Коагуляцию и осаждение взвешенных веществ осуществляли в аппарате, снабженном лопастной мешалкой с регулируемым числом оборотов, технические данные которого соответствуют приведенным в примере 1.

Режимные параметры смешения: доза коагулянта 25 мг/дм³, число оборотов мешалки 1500 в минуту, соответствующий ему градиент скорости 1200 с^-1, продолжительность смешения коагулянта с водой составляла 1-10 с и регулировалась путем изменения скорости подачи раствора сернокислого аммония.

Режимные параметры коагуляции и осаждения не отличались от принятых в примере 1. Результаты анализов воды представлены в табл. 2.

Согласно данным табл. 2 при смешении коагулянта с водой в течение 1-3 с, последующей коагуляции и отстаивании получена вода с содержанием взвешенных веществ 13-14 мг/дм³, что соответствует эффективности очистки относительно исходных 195 мг/дм³ 92,4 - 93,3%.

При большем времени смешения коагулянта с водой возрастает содержание взвешенных веществ в очищенной воде, снижается эффективность ее очистки.

Пример 3. Исходная сточная вода, ее состав, последовательность обработки были такими же, как и в примере 1.

Отличие состояло в том, что смешение коагулянта с водой вели в аппарате с лопастной мешалкой и в аппарате с пропеллерной мешалкой и направляющей трубой. Технические данные аппаратов соответствуют приведенным в примерах 1 и 2. Коагуляцию и осаждение взвешенных веществ осуществляли в аппарате, снабженном лопастной мешалкой с регулируемым числом оборотов, технические данные которого соответствуют приведенным в примере 1.

Режимные параметры смешения: доза коагулянта 25 мг/дм³, число оборотов мешалки 1500 в минуту, соответствующий ему градиент скорости 1200 с^-1, продолжительность перемешивания 5-15 мин. Осаждение взвешенных веществ вели при отключенной мешалке. Результаты анализов воды представлены в табл. 3.

Из данных табл. 3 следует, что при смешении коагулянта с водой известным способом (40 с) продолжительность стадии коагуляции составляет 15 мин, при смешении предлагаемым способом (до 3 с) продолжительность коагуляции сокращается до 10 мин, т.е. в 1,5 раза.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить эффективность очистки сточных вод с фаз нитрации и предварительной стабилизации производств НЦ от взвешенных веществ с 66,5 до 93,3%, интенсифицировать процесс хлопьеобразования при коагуляционной обработке воды и сократить продолжительность стадии коагуляции с 15 до 10 мин. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить объем коагуляционных сооружений и капитальные затраты на них.

Использование: изобретение относится к химической технологии, преимущественно к производству азотнокислых эфиров целлюлозы, и касается очистки сточных вод этого производства от взвешенных веществ. Для осуществления способа проводят реагентную нейтрализацию стоков, разделение на жидкую и твердую фазы, смешение осветленной воды с гидролизирующимся коагулянтом - сернокислым алюминием и окончательную очистку от взвешенных веществ отстаиванием. При этом продолжительность смешения коагулянта с водой до получения однородного раствора во всем объеме жидкости составляет менее 3 с, градиент скорости более 1200 с^-1. Способ позволяет увеличить эффективность очистки сточных вод от взвешенных веществ до 93,3%, интенсифицировать процесс хлопьеобразования при коагуляционной обработке воды и сократить продолжительность коагуляции с 15 до 10 мин, это, в свою очередь, позволяет уменьшить объем коагуляционных сооружений и капзатраты на них. 3 табл.

Способ очистки сточных вод производства нитратов целлюлозы, отводимых с фаз нитрации и предварительной стабилизации, включающий реагентную нейтрализацию и разделение жидкой и твердой фаз, отличающийся тем, что отделенную жидкую фазу дополнительно смешивают с сернокислым алюминием при градиенте скорости 1200 с^- 1 в течение менее 3 с с последующим отстаиванием и отделением осадка.