Способ обезвреживания сточных вод от загрязняющих веществ, образующихся в процессе синтеза компонентов, используемых в производстве ТРТ Российский патент 2017 года по МПК C02F1/02 C02F11/10 F23G7/04 C02F103/34 

Изобретение относится к защите окружающей среды и предназначено для обезвреживания отработанной производственной воды, образующейся в производстве твердого ракетного топлива (ТРТ) и содержащей ионы тяжелых металлов (никеля и свинца), нитраты, сульфаты, органические примеси.

В литературе приводится значительное количество публикаций по способам очистки производственной воды от вышеперечисленных химических веществ.

Из литературных источников известен метод ионного обмена, который позволяет очистить загрязненную воду от ионов тяжелых металлов путем ее последовательного пропускания через слой ионообменных смол. (РЖ Химия №6, 2006 19H380-D1. Separ and Purif. Technol, 2004, 39, №3, с. 181-188). Недостатком данного способа является низкая эффективность очистки воды по ионам тяжелых металлов, вследствие чего не достигаются санитарно-гигиенические нормативы.

Известен способ обезвреживания отработанной воды от ионов тяжелых металлов в производстве баллиститного пороха, патент RU №2339584, C02F, заявлен 05.06.2007 г., опубликован 27.11.2008 г. Бюл. №33, который принят за прототип.

По указанному способу обезвреживание водного раствора, загрязненного ионами тяжелых металлов, проводят путем двухстадийного технологического процесса, заключающегося в обработке производственной воды карбонатом натрия до рН 9-10 в присутствии полиакриламида, с целью получения нерастворимых карбонатов тяжелых металлов с последующим их осаждением и фильтрацией. Далее осветленную воду пропускают через адсорбер, заполненный по секциям древесной стружкой, активированным углем, ионообменными смолами определенных марок. Однако данный способ имеет ряд недостатков:

- образование вторичных отходов - отработанных ионообменных смол и активированного угля, которые требуют дальнейшей утилизации или регенерации, что является затратным;

- рассматриваемый метод не является универсальным, а приемлем только для очистки стоков, загрязненных ионами тяжелых металлов;

- является экономически не выгодным, в связи с необходимостью дополнительных затрат на реагенты и сорбционные материалы - ионообменные смолы, активированный уголь.

Задачей предлагаемого способа обезвреживания сточных вод является создание более эффективного, экологически чистого, универсального способа обезвреживания отработанной воды, загрязненной в высоких концентрациях нитратами, сульфатами, органическими примесями, тяжелыми металлами в производстве ТРТ и достижение санитарно-гигиенических нормативов.

Содержание загрязняющих веществ в отработанных стоках, образующихся в производстве ТРТ:

- нитрат натрия 109 г/л; - этаноламин 16,5 г/л; - этилендиамин 12 г/л; - глиоксаль 5,8 г/л; - формиат натрия 105 г/л; - оксалат натрия 14 г/л; - сахара, олигомеры 30 г/л; - сульфат натрия 15 г/л;

- ионы тяжелых металлов: никеля - до 35 мг/л; свинца - до 40 мг/л.

Предельно-допустимые концентрации химических веществ в воде согласно требованиям ГН 2.1.5.1315-03:

- нитрат натрия 45 мг/л; - глиоксаль 0,5 мг/л; -этилендиамин 0,2 мг/л; - этаноламин 0,2 мг/л; - формиат натрия 1,0 мг/л; - оксалат натрия 0,2 мг/л; - сульфаты 500 мг/л; - сахара, олигомеры - - свинец 0,01 мг/л; - никель 0,02 мг/л.

Технический результат заключается в том, что способ обезвреживания сточных вод от нитратов, сульфатов, органических примесей, тяжелых металлов включает в себя огневое уничтожение стоков на установке термического обезвреживания с глубокой многоступенчатой очисткой продуктов сгорания.

Установка термического обезвреживания производственных стоков представляет собой единую технологическую линию и включает в себя: зону сжигания сточных вод, зону дожигания дымовых газов, узел снижения температуры дымовых газов и систему многоступенчатой газоочистки (угольный и рукавный фильтр). В качестве нейтрализатора окислов азота используют 40% раствор карбамида.

Образовавшийся зольный остаток из камеры дожигания и рукавного фильтра собирают в общий бункер и, как малоопасный отход (IV-V класса опасности), вывозят на захоронение или могут использовать в качестве вторичного сырья для нужд предприятия.

Сущность изобретения представлена фиг. «Принципиальная технологическая схема обезвреживания отработанной воды, содержащей нитраты, сульфаты, органические примеси, тяжелые металлы».

Отработанную производственную воду, загрязненную нитратами, сульфатами, органическими примесями и ионами тяжелых металлов (никеля и свинца), накапливают в буферной емкости (1), далее насосом (10), через форсунки, подают в циклонную печь (2) для сжигания с помощью струи сжатого воздуха. Циклонная печь разделена на 2 зоны: зона сжигания (камера сжигания) сточных вод (2а) и зона дожигания дымовых газов (2б). Горелочные устройства поддерживают в камере сжигания отходов температуру 800-900°С и совместно с форсунками подачи вышеуказанных отходов обеспечивают требуемый режим горения в циклонной печи. На следующей стадии, в зоне дожигания при температуре 1100-1200°С и дополнительной подаче кислорода воздуха осуществляют дожигание дымовых газов с целью обезвреживания опасных компонентов, образовавшихся на выходе из камеры сжигания. Так же на входе в камеру дожигания, из емкости раствора карбамида (3) в поток газов форсункой впрыскивают 40%-ный раствор карбамида для нейтрализации оксидов азота.

Дымовые газы из печи дожигания подаются в теплообменник-утилизатор (4), предназначенный как для снижения температуры отходящих газов, так и для утилизации теплоты.

Далее охлажденные дымовые газы проходят через угольный фильтр (5) для нейтрализации и удаления из потока дымовых газов соединений тяжелых металлов и оставшихся вредных примесей, а затем через рукавный фильтр (6) - для отделения механических составляющих, проскочивших через угольный фильтр, а также солей взаимодействия кислых компонентов дымовых газов с продуктами нейтрализации. Далее очищенные и охлажденные дымовые газы через дымосос (7) по дымовой трубе (8) выбрасываются в атмосферу.

Зольный остаток после рукавного фильтра из зоны дожигания циклонной печи собирается в общий бункер (9), после чего как малоопасный отход (IV-V класса опасности) вывозится на захоронение или может использоваться в качестве вторичного сырья для нужд предприятия.

Эффективность разрушения загрязняющих веществ, содержащихся в отработанной воде, способом термического обезвреживания составляет 99,9%.

Для отработки данного способа обезвреживания были проведены термодинамические расчеты сжигания производственных стоков, образующихся в процессе синтеза компонентов, используемых в производстве ТРТ, по режимам процесса сжигания (температура - 1200°С, с последующим охлаждением до 150°С; давление в реакторе - 1,033 кгс/см², расход природного газа - 150-170 нм³/час).

Анализ результатов термодинамических расчетов показал, что продуктами сгорания являются - никель, свинец, гидроксид натрия. В результате проведенных расчетов определено, что максимальные значения приземных концентраций по всем продуктам сгорания составляют менее 1 ПДК на расстоянии 1000 метров от источника выброса, что говорит о соблюдении санитарно-гигиенических нормативов.

Экологическая безопасность предлагаемого термического способа утилизации подтверждается расчетами приземной концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.

Расчетные приземные концентрации вредных веществ не должны превышать 1,0 ПДК в атмосферном воздухе населенных мест в соответствии с ГОСТ 17.2.3-01-78 «Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями», ГН 2.2.1313-03 «Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны».

Расчеты по определению концентраций в приземном слое атмосферы произведены на персональном компьютере по унифицированной программе расчета загрязнения атмосферы «Эколог» (сертификат соответствия №РОСС РУ СП04.Н00063).

Расчеты по определению концентраций в приземном слое атмосферы приведены в таблицах 1, 2, 3.

Для расчетов использованы следующие методики:

- ОНД - 86 «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий», Л., Гидрометеоиздат, 1987.

- ОНД - 90 «Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы», С-Пб., Гидрометеоиздат, 1992.

Результаты расчетов рассеивания продуктов сгорания, проведенных с помощью УПРЗА ЭКОЛОГ, версия 3.00 Copyright © 1990-2006 ФИРМА "ИНТЕГРАЛ" г. С-Пб Сертификат соответствия № РОСС РУ СП04.Н00063

Предприятие номер 1; АО "НИИПМ"

Город Пермь

Адрес предприятия: 614113, ул. Чистопольская, 16

Вариант исходных данных: печь

Вариант расчета: печь

Расчетный модуль: "ОНД-86 стандартный" (УПРЗА «Эколог» (версия 3) разработана на основе «Методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86)»)

Изобретение может быть использовано в области производства твердого ракетного топлива. Отработанные стоки, образующиеся в процессе синтеза компонентов твердого ракетного топлива, загрязненные ионами тяжелых металлов - никеля и свинца, сульфатами, нитратами и органическими примесями, направляют на установку термического обезвреживания, где подвергают огневому уничтожению. Отходы подают сначала в циклонную печь при температуре 800-900°С, затем - в зону дожигания при температуре 1100-1200°С с дополнительной подачей кислорода воздуха, где дожигают дымовые газы, образовавшиеся на выходе из камеры сжигания. На входе в камеру дожигания из емкости раствора карбамида в поток газов форсункой впрыскивают 40%-ный раствор карбамида для нейтрализации окислов азота, при этом загрязненные стоки помимо ионов тяжелых металлов обезвреживаются от нитратов, сульфатов и органических примесей. Способ характеризуется глубокой очисткой продуктов сгорания и представляет собой экологически чистую универсальную технологию. Способ является экономичным, а эффективность разрушения и обезвреживания загрязняющих веществ данным способом составляет 99,9%. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Способ обезвреживания сточных вод от загрязняющих веществ - ионов тяжелых металлов, образующихся при синтезе компонентов твердого ракетного топлива, отличающийся тем, что загрязненные стоки подают в циклонную печь при температуре 800-900°С, затем - в зону дожигания при температуре 1100-1200°С и дополнительной подаче кислорода воздуха, где осуществляют дожигание дымовых газов с целью обезвреживания опасных компонентов, образовавшихся на выходе из камеры сжигания, также на входе в камеру дожигания, из емкости раствора карбамида в поток газов форсункой впрыскивают 40%-ный раствор карбамида для нейтрализации окислов азота, и загрязненные стоки помимо ионов тяжелых металлов обезвреживают от нитратов, сульфатов и органических примесей.

2. Способ по п. 1, отличающийся отсутствием образования вторичных отходов - отработанных ионообменных смол и активированного угля, требующих последующей регенерации или утилизации.