СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД, СОДЕРЖАЩИХ ПРОСТЫЕ ПОЛИЭФИРЫ Российский патент 2011 года по МПК C02F1/02 C02F1/26 C02F101/34 C02F103/38 

Изобретение относится к способам очистки сточных вод производства простых полиэфиров и может быть использовано на предприятиях нефтехимической и химической промышленности, связанных с производством и применением простых полиэфиров.

Высоким уровнем загрязненности по показателю (ХПК) характеризуются сточные воды, образующиеся в производстве простых полиэфиров, синтезируемых сополимеризацией многоосновных спиртов с оксидами этилена и пропилена в присутствии щелочного металла в качестве катализатора. В составе сточных вод, образующихся в данном производстве, присутствуют примеси водорастворимых кислородсодержащих компонентов: алкиленоксидов, низших спиртов, гликолей, а также низко- и высокомолекулярных простых полиэфиров. Сточные воды с таким же набором загрязняющих компонентов образуются и в процессах, связанных с применением простых полиэфиров. Хотя этим веществам не присуща высокая токсичность, они увеличивают содержание в сточных водах органических веществ, суммарно определяемых по показателю химическое потребление кислорода (ХПК). Поступление на БОС сточных вод с высоким содержанием загрязнений по показателю ХПК вызывает перегрузку активного ила, что снижает эффективность очистки в целом. Для устранения отрицательного воздействия на активный ил концентрированные сточные воды требуют предварительной очистки в локальных условиях для снижения общей загрязненности по показателю ХПК до поступления в сооружения биологической очистки или уничтожения (например, путем сжигания).

Полиэфиры, содержащие оксипропильные звенья, плохо растворимы в воде, но легко эмульгируются или суспендируются в водных потоках, и поэтому их трудно отделить. Очистку высококонцентрированных сточных вод производства простых полиэфиров трудно решить традиционными методами. Необходимость локальной очистки данных сточных вод обусловлена еще и тем, что простые полиэфиры, особенно высокомолекулярные, трудно поддаются биодеградации. Поэтому перед сбросом стоков, содержащих простые полиэфиры, на биологические очистные сооружения (БОС) необходима их предварительная локальная очистка.

Известен способ обработки сточных вод, содержащих высокомолекулярные водонерастворимые простые полиэфиры, методом мокрого окисления. Способ включает обработку загрязненного водного потока окисляющим агентом в присутствии катализатора - металла с переменной валентностью, при температуре и времени выдерживания, достаточном для деградации высокомолекулярных полиэфиров в низкомолекулярные со средним молекулярным весом <1000. В качестве окисляющего агента используют воздух, кислород, озон, пероксид водорода и органические пероксиды. В качестве катализатора, металла переменной валентности, используют медь, железо, кобальт, марганец или цинк (Патент США 4970005, МПК C02F 1/72, опубл. 1990). Обработанная таким способом сточная вода содержит примеси с молекулярным весом <1000, способные к более высокой степени биодеградации.

Недостатком способа является его низкая эффективность при обработке концентрированных сточных вод по показателю суммарной загрязненности ХПК, поскольку в результате обработки происходит лишь снижение среднего молекулярного веса полиэфирных компонентов стока без их удаления, и, соответственно, низкая эффективность их дальнейшей биологической очистки.

Наиболее близким, из числа известных по технической сущности и достигаемому результату, является способ, описанный P.Canizares (P.Canizares, A.Perez, R.Camarillo and J.Llanos. Removal of polyether-polyols by means of ultrafiltration. Desalination, 206 (2006), p.594-601). Это способ удаления простых полиэфиров - сополимеров этиленоксида и пропиленоксида из водных потоков, содержащих водорастворимые кислородсодержащие компоненты, методом ультрафильтрации. Сополимеры этиленоксида и пропиленоксида растворимы при низких температурах, однако гидрофобная природа пропиленоксидных сегментов обуславливает образование этими соединениями при повышенной температуре эмульсии, которую можно разделить методом ультрафильтрации. Раствор полиэфиров нагревают до 50-75°С и пропускают под давлением через модуль ультрафильтрации с керамической мембраной. В обработанном таким образом потоке содержание высокомолекулярных полиэфиров снижается на 90%.

Недостатком способа является сложность его аппаратурного оформления и высокие затраты на исполнение.

Технической задачей изобретения является разработка несложного и экономичного способа очистка сточных вод производства простых полиэфиров, содержащих водорастворимые кислородсодержащие компоненты и полиэфиры с оксипропильными звеньями.

Для решения технической задачи в заявляемом по изобретению способе очистку сточных вод производства простых полиэфиров, содержащих водорастворимые кислородсодержащие соединения и полиэфиры с оксипропильными звеньями, проводят путем нагрева сточной воды до 95-100°С, удаления отгоном фракции водорастворимых кислородсодержащих компонентов в количестве от 1,0 до 10 мас.%, выдерживания при температуре 50-98°С в течение времени, достаточном для эффективного разделения фаз, и отделения водной фазы от органической.

Очистка сточных вод путем нагрева при атмосферном давлении до температуры 95-100°С с удалением фракции водорастворимых кислородсодержащих компонентов в количестве от 1,0 до 10 мас.% в сочетании с последующим выдерживанием нагретой сточной воды при температуре 50-98°С в течении времени, достаточном для эффективного разделения фаз и сепарированием водной и органической фаз после отстоя, позволяет снизить ХПК обработанной сточной воды на 70-95%, содержание простых полиэфиров с пропиленоксидными звеньями более чем на 90%, что позволяет осуществить затем эффективную аэробную биологическую очистку на традиционных биологических очистных сооружениях.

Отличительными признаком предложенного способа являются то, что очистку сточных вод проводят путем их нагрева при атмосферном давлении до температуры 95-100°С, с последующим удалением фракции водорастворимых кислородсодержащих компонентов в количестве от 1,0 до 10 мас.% от исходного количества обрабатываемой сточной воды и последующим выдерживанием нагретой сточной воды при температуре 50-98°С в течение времени, достаточном для эффективного разделения органической и водной фаз, водную фазу направляют на биологическую очистку известным способом, а органическую на утилизацию.

При этом очистку сточных вод путем нагрева проводят при атмосферном давлении до температур, обеспечивающих отгон фракции водорастворимых кислородсодержащих компонентов в количестве от 1,0 до 10 мас.% от исходного количества обрабатываемой сточной воды, с последующим выдерживанием нагретой сточной воды при температуре 50-98°С в течение времени, достаточном для эффективного разделения фаз и сепарированием водной и органической фаз после отстоя.

Нагрев сточной воды до температуры 95-100°С, удаление фракции водорастворимых кислородсодержащих компонентов в сочетании с выдерживанием при высокой температуре в течение времени, достаточном для эффективного разделения фаз способствуют эффективному разделению фаз, снижению загрязненности по ХПК надосадочной жидкости и выделению в плотный осадок содержащихся в сточной воде простых полиэфиров, содержащих оксипропильные звенья. Водную фазу направляют на биологическую очистку известным способом, а органическую на утилизацию.

Простые полиэфиры, содержащие оксипропильные звенья, относятся к системам с нижней критической температурой растворения, проведение нагрева сточной воды сдвигает фазовое равновесие в сторону разделения фаз, удаление фракции водорастворимых кислородсодержащих компонентов дополнительно способствует фазовому разделению за счет снижения растворимости полиэфиров в сточной воде, и сочетание этих двух приемов позволяет эффективно отделить органическую фазу от водной только после выдерживания при повышенной температуре в течение времени, достаточном для эффективного разделения фаз.

Наличие отличительных от прототипа признаков показывает соответствие заявляемого способа критерию патентоспособности "новизна", а достижение эффекта от введения существенных отличительных признаков, не описанных в аналогичных способах, - соответствие критерию "изобретательский уровень".

"Промышленная применимость" подтверждается примерами, приводимыми ниже.

Пример 1. Сточную воду из производства простого полиэфира - сополимера оксида этилена и оксида пропилена, имеющую следующую характеристику, г/л: ХПК 160,0, содержание оксида этилена 0,026, оксида пропилена 1,825, пропаналя 0,27, метанола 0,002, изопропанола 0,005, этанола 0,007, пропанола 0,006, аллилового спирта 0,310, метоксипропанола 0,002, этоксипропанола 0,003, монопропиленгликоля 4,484, дипропиленгликоля 0,289, простых полиэфиров 64,2 нагревают в теплообменнике до 100°С при атмосферном давлении и подают в аппарат испаритель-дистиллятор для отделения паров в количестве 10% от исходного количества обрабатываемой сточной воды с последующей их конденсацией. Конденсат отгона, имеющий следующую характеристику, г/л: ХПК 85,1, содержание оксида этилена 0,219, оксида пропилена 16,719, пропаналя 2,263, метанола 0,011, изопропанола 0,022, этанола 0,033; пропанола 0,039, аллилового спирта 1,265, метоксипропанола 0,006, этоксипропанола 0,021, монопропиленгликоля 10,590, дипропиленгликоля 2,8899, направляют на утилизацию или огневое обезвреживание. Нагретую сточную воду подают в сепаратор для отстоя при температуре от 95 до 75°С. После отстоя выделившийся осадок простых полиэфиров в количестве 6,4% от исходного количества обрабатываемой сточной воды выводят из сепаратора в контейнер для утилизации, надосадочную жидкость, имеющую следующую характеристику, г/л: ХПК 11,8, содержание оксида этилена 0,001, оксида пропилена 0,170, пропаналя 0,049, метанола 0,001, изопропанола 0,003, этанола 0,004, пропанола 0,002, аллилового спирта 0,204, метоксипропанола 0,002, этоксипропанола 0,001, монопропиленгликоля 3,805, дипропиленгликоля 0,143, простых полиэфиров 0,5 направляют на биологическую очистку известным способом.

Пример 2. Сточную воду производства простых полиэфиров, имеющую следующую характеристику, г/л: ХПК 150,0, содержание оксида этилена 0,007, оксида пропилена 0,336, пропаналя 0,071, метанола 0,001, изопропанола 0,003, этанола 0,004, пропанола 0,003, аллилового спирта 0,215, метоксипропанола 0,002, этоксипропанола 0,001, монопропиленгликоля 3,873, дипропиленгликоля 0,029, простых полиэфиров 62,5, нагревают в теплообменнике до 95°С при атмосферном давлении и подают в аппарат испаритель-дистиллятор для отделения паров с последующей их конденсацией в количестве 1% от исходного количества обрабатываемой сточной воды. Конденсат отгона, имеющий следующую характеристику, г/л: ХПК 92,6, содержание оксида этилена 0,219, оксида пропилена 17,780, пропаналя 2,263, метанола 0,016, изопропанола 0,022, этанола 0,033, пропанола 0,039, аллилового спирта 1,265, метоксипропанола 0,006, этоксипропанола 0,021, монопропиленгликоля 12,200, дипропиленгликоля 2,900 направляют на утилизацию или огневое обезвреживание. Нагретую сточную воду подают в сепаратор для отстоя при температуре от 95 до 50°С. После отстоя выделившийся осадок простых полиэфиров в количестве 6,2% от исходного количества обрабатываемой сточной воды выводят из сепаратора в контейнер для утилизации, надосадочную жидкость, имеющую следующую характеристику, г/л: ХПК 12,1, содержание оксида этилена 0,002, оксида пропилена 0,171, пропаналя 0,050, метанола 0,001, изопропанола 0,003, этанола 0,004, пропанола 0,002, аллилового спирта 0,204, метоксипропанола 0,002, этоксипропанола 0,001, монопропиленгликоля 3,905, дипропиленгликоля 0,143, простых полиэфиров 0,5, направляют на биологическую очистку известным способом.

Как видно из приведенных данных, заявляемый способ позволяет осуществлять эффективную очистку концентрированных сточных вод, содержащих наряду с водорастворимыми кислородсодержащими компонентами простые полиэфиры с оксипропильными звеньями, такие как, например, простой полиэфир™ 4003-2-16, по ХПК, содержанию простых полиэфиров и токсичных компонентов, таких как алкиленоксиды. Обработанная по заявляемому способу сточная вода может быть направлена на биологическую очистку известным способом, а выделенная органическая фаза, представленная простыми полиэфирами с примесью воды, на утилизацию.

Обработка сточных вод в условиях удаления фракции водорастворимых кислородсодержащих компонентов в количестве менее 1% от исходного количества обрабатываемых сточных вод и выдерживание нагретой сточной воды на стадии отстоя при температуре менее 50°С приводит к существенному снижению эффективности очистки сточных вод, оцениваемой по ХПК и по остаточному содержанию простых полиэфиров. Очистка сточных вод в условиях удаления фракции водорастворимых кислородсодержащих компонентов в количестве более 10% от исходного количества обрабатываемых сточных вод с последующим выдерживанием нагретой сточной воды при температуре 50-98°С повышает затраты на очистку, не влияя существенно на эффективность очистки сточных вод, оцениваемой по остаточному содержанию простых полиэфиров.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано на предприятиях нефтехимической и химической промышленности, связанных с производством и применением простых полиэфиров. Для осуществления способа перед сбросом на биологические очистные сооружения (БОС) стоки, содержащие простые полиэфиры, очищают в несколько стадий. Сначала сточные воды нагревают при атмосферном давлении до температуры 95-100°С. Затем удаляют фракции водорастворимых кислородсодержащих компонентов в количестве от 1,0 до 10 мас.% от исходного количества обрабатываемой сточной воды и выдерживают нагретую сточную воду при температуре 50-98°С в течение времени, достаточном для эффективного разделения фаз. После этого отделяют водную фазу от органической и водную фазу направляют на биологическую очистку известным способом, а органическую на утилизацию. Способ позволяет провести эффективную, но несложную и экономичную очистку сточных вод производства простых полиэифров.

Способ очистки сточных вод, содержащих простые полиэфиры, включающий нагрев сточных вод и разделение водной и органической фаз, отличающийся тем, что очистку сточных вод проводят путем их нагрева при атмосферном давлении до температуры 95-100°С с последующим удалением фракции водорастворимых кислородсодержащих компонентов в количестве от 1,0 до 10 мас.% от исходного количества обрабатываемой сточной воды и последующим выдерживанием нагретой сточной воды при температуре 50-98°С в течение времени, достаточного для эффективного разделения органической и водной фаз, водную фазу направляют на биологическую очистку известным способом, а органическую - на утилизацию.