СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ МОЧЕВИНЫ Российский патент 2000 года по МПК C02F1/02 C02F1/76 C02F1/02 C02F101/38 C02F103/36 

Изобретение относится к очистке сточных вод, содержащих 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 глубокой 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, входящим 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 повышении давления 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 атм, 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 0,03-0,06 г/л (авт. св. N 186891, М.Кл. 4 C 02 F 1/04, 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 от мочевины с целью дальнейшего их использования, например, для питания котлов среднего давления Р-4 МПа (40 кгс/см²).

Эта задача решается тем, что в способе очистки сточных вод от мочевины путем гидролиза и десорбции очищаемых стоков при нагреве и давлении сточных воды после гидролиза и десорбции подвергают озонированию при pH 6,5-8,5, температуре 20-25^oC, а озон берут в количестве 2-7 единиц на единицу мочевины по массе.

Способ осуществляется 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 отгоняются аммиак и диоксид углерода. Сточная вода на выходе из узла десорбция-гидролиз содержит мочевину с массовой концентрацией 10-30 мг/дм³ и аммиак с массовой концентрацией 10-15 мг/дм³. Далее сточные воды подвергают озонированию при pH 6,5-8,5, температуре 20-25^oC в количестве 2-7 единиц озона на 1 единицу мочевины. Количество необходимого озона и pH озонирования установлены экспериментально. При этих условиях идет глубокое окисление мочевины до свободного азота:
CO(NH⁴)₂--->NH₄ ⁺---> NO_2---->NO_3---->N₂,
при этом аммиак не окисляется, что не является препятствием для использования окисленной озоном сточной воды в качестве питательной воды для котлов Р-4МПа (40 кгс/cм²), т.к. при подаче питательной воды на котлы ее предварительно амминируют, т. е. вводят аммиак для связывания углекислоты; при необходимости аммиаком поднимают pH питательной воды или конденсаторов, используемых в качестве питательной воды для котлов, до 8,5-9,0 (Ф.И. Беллан "Водоподготовка", г. М.: Энергия, 1979 г.

Сточные воды после очистки имеют следующее качество:
Хлориды - Отсутствие
Щелочность - Не более 700 мг-экв/дм³
Жесткость - Не более 10 мкг/экв дм³
Солесодержание - Не более 100 мг/дм³
Аммиак - Не более 10 мг/дм³
Мочевина - Отсутствие
что позволяет использовать сточные воды в качестве питательной воды для котлов Р-МПа (40 кгс/см²).

Испытания проводились на лабораторной установке, оборудованной необходимыми средствами измерения: редуктором давления, измерителем озона, измерителем влажности, ротаметром.

В ходе эксперимента регистрировались концентрация озона на входе в реактор и остаточная концентрация озона на выходе из реактора.

В процессе озонирования меняли концентрацию озона в озоно-воздушной смеси, давление в реакторе и pH. Испытания проводились при температуре 20-25^oC.

Пример 1.

Сточные воды производства мочевины после десорбции и гидролиза с pH 8,05, содержанием аммиака 9,8 мг/дм³ в течение 4-х минут обработали озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 20 мг/дм³. Расход озоно-воздушной смеси задавали 42 л/ч, давление в реакторе 0 кг/см². Качество воды после озонирования: pH 8,0; содержание мочевины - отсутствие; содержание аммиака - 9,8 мг/дм³. В данном опыте для 100% окисления 1 части мочевины потребовалось 5 частей озона по массе.

Пример 2.

Сточные воды производства мочевины после десорбции и гидролиза с pH 7,5, с содержанием аммиака 9,8 мг/дм³ и мочевины 14 мг/дм³ в течение 8-ми минут обработали озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 12 мг/дм³. Расход озоно-воздушной смеси задавали 42 л/ч, давление в реакторе 0,5 кгс/см². Качество воды после озонирования: pH 7,3; содержание мочевины - отсутствие; содержание аммиака - 9,8 мг/л. Для 100%-ного окисления 1 части мочевины потребовалось 7 частей озона по массе.

Пример 3.

Сточные воды производства мочевины после десорбции и гидролиза с pH 11, содержанием аммиака 9,8 мг/дм³, мочевины - 14 мг/дм³ в течение 14 мин обработали озоно-воздушной смесью. Для получения pH 11 сточные воды предварительно обработки NaOH. Расход озоно-воздушной смеси задавали 42 л/ч, давление в реакторе - 0,5 кг/см². Качество воды после озонирования: pH 11; содержание мочевины - 14 мг/дм³; содержание аммиака - 7 мг/дм³. При pH 11 степень очистки от мочевины равна 0, т.е. оптимальное значение pH для окисления мочевины в сточных водах методом озонирования составляет 6,5-8,5.

Из примеров видно, что в сравнении с прототипом степень очистки сточных вод от мочевины по предлагаемому способу составляет 100%, что позволяет решить проблему сточных вод предприятия путем их ликвидации и повторного использования сточных вод в качестве питательной воды для котлов Р-4 МПа (40 кгс/см²).

Испытания проводились в НПО "Техозон" г. Дзержинска Нижегородской области.

В производстве мочевины ЗАО "Агро-Череповец" намечено внедрение данного способа утилизации сточных вод.

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано в химической промышленности для очистки сточных вод производства мочевины. Сущность изобретения состоит в том, что сточные воды после гидролиза и десорбции подвергают озонированию при рН 6,5-8,5, температуре 20-25°С, а озон берут в количестве 2-7 единиц на единицу мочевины по массе. Способ обеспечивает ликвидацию сточных вод предприятия и доведение их до требований химически очищенной воды, например, для питания котлов среднего давления Р-4 МПа (40 кгс/см²).

Способ очистки сточных вод от мочевины путем гидролиза и десорбции очищаемых стоков при нагреве и давлении, отличающийся тем, что сточные воды после гидролиза и десорбции подвергают озонированию при рН 6,5 - 8,5, температуре 20 - 25^oC, а озон берут в количестве 2 - 7 единиц на единицу мочевины по массе.