Способ очистки сточных вод от перхлората аммония Российский патент 2017 года по МПК C02F1/42 C02F1/28 B01J43/00 B01J47/04 C02F101/12 

Изобретение относится к защите окружающей среды и предназначено для очистки отработанной производственной воды от перхлората аммония в производстве твердого ракетного топлива (ТРТ).

В литературе приводится значительное количество публикаций по способам очистки производственной воды от перхлората аммония, таких как фотолиз (фотолитическое разложение) на основе ультрафиолетового излучения, озонирование, сорбционная очистка на ионообменных смолах.

Метод фотолитического разложения сточных вод с применением ультрафиолетового облучения имеет ряд недостатков. Фотолиз органических соединений в водном растворе протекает очень медленно и является не эффективным процессом, однако с добавлением пероксида водорода наблюдается интенсификация процесса разложения. В целом, применение ультрафиолетовой радиации может способствовать процессу разложения органических загрязняющих веществ посредством двух основных процессов: во-первых, возбуждение субстрата и его последующий процесс разложения (фотолиз) и, во-вторых, образование высокоокислительных типов, способных воздействовать на субстрат (разрушать его). Второй процесс основан на образовании гидроксилрадикалов и включает применение ультрафиолетовой радиации и пероксида водорода. Это приводит к образованию углекислого газа, воды и кислот, однако полная минерализация является очень затратной.

Метод озонирования является перспективным методом очистки сточных вод и широко применяется для окисления органических веществ, в том числе и перхлората аммония. Данный метод имеет и ряд недостатков, так как является энергозатратным и не всегда позволяет достичь санитарно-гигиенических нормативов (Клушин В.Н., Родионов А.И., Систер В.Г. и др. Технологические процессы экологической безопасности. Калуга, 2004 - 216 с.).

Известен также способ очистки сточных вод, загрязненных перхлоратом аммония, патент RU №2137703 С1, заявлен 28.09.1994 г., опубликован 20.09.1999 г. По указанному методу обезвреживание водного раствора и удаление из него ионов перхлората аммония проводят с помощью хлористого калия (KCl). Для осуществления способа перхлорат аммония из сточных вод концентрируют испарением воды в десорбционной колонне. В процессе концентрирования удаляют аммиак и летучие органические соединения. Для образования перхлората калия (KClO₄) в концентрированный раствор перхлората аммония вводят хлористый калий (KCl) и эту реакционную смесь охлаждают для осуществления кристаллизации. Жидкость кристаллизации удаляют с помощью центрифугирования или фильтр-пресса и дополнительно очищают при необходимости в общей системе очистки сточных вод. Однако данный метод имеет ряд недостатков:

- рассматриваемый метод применим для удаления перхлората аммония, содержащегося в воде в малых количествах - не более 17 мг/л, то есть незначительных концентраций;

- данный способ очистки является энергозатратным и продолжительным по времени;

- оборудование данного метода громоздко и занимает большие производственные площади.

За прототип авторы считают целесообразным принять способ очистки сточных вод от нитроэфиров, основанный на использовании адсорбера, патент RU №2485055 С1, заявлен 18.04.2012 г., опубликован 20.06.2013 г. Однако адсорбер в том исполнении, в котором он приведен в прототипе, для очистки сточных вод от перхлората аммония не пригоден ввиду того, что сорбенты, которыми заполнены 1-я, 4-я, 5-я и 6-я секции адсорбера, не являются эффективными с точки зрения очистки сточных вод от перхлората аммония и не позволяют очищать загрязненную воду до санитарно-гигиенических нормативов.

Задачей данного изобретения является создание наиболее эффективного, безотходного, менее энергозатратного способа очистки отработанной воды, образующейся в производстве твердого ракетного топлива, содержащей высокие концентрации перхлорат-ионов, с достижением санитарно-гигиенических нормативов.

Технический результат заключается в том, что очистку сточных вод от перхлората аммония проводят, пропуская загрязненные стоки через адсорбер, выполненный в виде шести секций, при этом 1-я секция заполнена активированным углем марки АГ-3, 2-я и 3-я секции заполнены ионообменной смолой марки КУ-1, а 4-я, 5-я, 6-я секции - ионообменной смолой марки АН-31, далее очищенную воду сливают в канализацию.

Сущность изобретения представлена фиг. «Принципиальная технологическая схема очистки отработанной воды от перхлората аммония». Отработанную производственную воду, загрязненную перхлоратом аммония с максимальной концентрацией 75,1 мг/л и рН 6-7 (по результатам анализа исходной воды), собирают в накопительной емкости (1), перемешивают с помощью электромагнитной мешалки, после чего с помощью центробежного насоса (2) подают на адсорбер (3), состоящий из шести секций, заполненных:

1 секция - активированным углем марки АГ-3 (ГОСТ 20464-75) - предварительная очистка.

2 и 3 секции - ионообменной смолой марки КУ-1 (ГОСТ 20298-74) - основная очистка от ионов перхлората аммония.

4, 5 и 6 секции - ионообменной смолой марки АН-31 (ГОСТ 20301-74) - доочистка от следов ионов перхлората аммония.

После прохождения через все шесть секций адсорбера очищенную воду сбрасывают в канализацию.

Активированный уголь марки АГ-3 - представляет собой гранулы из каменноугольной пыли и смолы. Получают методом парогазовой активации. Устойчив к действию разбавленных растворов кислот и щелочей.

Ионообменная смола марки КУ-1 - поликонденсационный сильнокислотный бифункциональный катионит, содержащий два вида ионогенных групп: сульфогруппы и фенольные гидроксидные. Применим для очистки сточных вод органических производств.

Ионообменная смола марки АН-31 - поликонденсационный слабоосновной полифункциональный анионит, содержащий вторичные и третичные алифатические аминогруппы. Обладает хорошей химической и термической устойчивостью. В результате прохождения водного раствора через этот анионит происходит глубокая доочистка раствора, и на выходе из адсорбера содержание перхлорат-ионов в воде полностью удовлетворяет санитарно-гигиеническим нормативам.

Использованные смолы подвергаются регенерации и могут использоваться повторно, а использованный активированный уголь во влажном состоянии направляется на уничтожение.

Содержание перхлората аммония определяется методикой МУК 4.1.036-10 в пересчете на перхлорат-ион. «Методика измерений массовой концентрации перхлората аммония в пробах питьевых, природных, очищенных вод и снега фотометрическим методом».

Для отработки данного способа обезвреживания была взята вода с исходным содержанием перхлорат-ионов 75,1 мг/л и рН 7.

Из таблицы следует, что загрязненная вода, последовательно пропущенная через все шесть секций адсорбера, содержит незначительное количество перхлорат-ионов, что соответствует санитарно-гигиеническим нормативам (предельно допустимая концентрация перхлорат-ионов в водоемах рыбохозяйственного назначения согласно Приказу Федерального агентства по рыболовству №20 от 18.01.2010 г. составляет 0,038 мг/л).

Изобретение может быть использовано для очистки сточных вод в производстве твердого ракетного топлива. Для осуществления способа сточные воды, загрязненные перхлоратом аммония, пропускают через адсорбер, выполненный в виде шести секций, и после последовательного прохождения воды через секции адсорбера очищенную воду сбрасывают в канализацию. При этом 2-я и 3-я секции заполнены катионообменной смолой марки КУ-1, 1-я секция заполнена активированным углем марки АГ-3, а 4-я, 5-я и 6-я секции - анионообменной смолой марки АН-31. Очистку сточных вод проводят при pH среды 6-7. Способ обеспечивает очистку сточных вод от перхлората аммония до требований санитарно-гигиенических нормативов и является экономичным. Данная технология является безотходной и экологически чистой. Отработанные смолы после регенерации могут быть использованы повторно, а отработанный активированный уголь направляется на уничтожение. Эффективность очистки стоков с применением данного способа 99,9%. 1 ил., 1 табл.

Способ очистки сточных вод от перхлората аммония, включающий пропускание загрязненной воды через адсорбер, выполненный в виде шести секций, 2-я и 3-я из которых заполнены ионообменной смолой марки КУ-1, отличающийся тем, что 1-я секция заполнена активированным углем марки АГ-3, 4-я, 5-я и 6-я секции - ионообменной смолой марки АН-31, при этом очистку проводят при pH среды 6-7.