Способ обезвреживания фосфорсодержащих сточных вод Советский патент 1980 года по МПК C02F1/72 C02F1/72 C02F101/10 C02F101/30 C02F103/34 

(54) СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД Изобретение относится к области обезвреживания бедных фосфорсодержа1Г1ИХ шламов, образующихся на различных стадиях производств желтого фосфора, и может быть использовано для обезвреживания фосфорсодержащих сточ ных вод. Утилизация бедных шламов (котрель ного молока, известкового шлама, кубового остатка) с целью извлечения из них элементарного фосфора экономи чески нецелесообразна, вследствие малого его содержания. Сброс же этих шламов в водоемы не допустим, во-пер вых, с эконологическоК точки зрения и, во-вторых, в твердом остатке шлам содержатся до 40% фосфатов и других ценных компонентов. Поэтому наиболее целесообразным является предваритель ное обезвреживание шламов и возврат их в производство, например, для по лучения удобрений. Известны .способы обезвреживания бедных фосфорсодержащих шламов путем их обработки перекисью водоро да 1 и 2J , в результате чего про исходит окисление содергсащегося в них элементарного фосфора. Недостатком этих способов является дефицит и высокая стоимость пе екиси водорода, поэтому они не на ли проМыиленного применення. Наиболее близким по техническо : сущности и достигаемому результату к описываемому является способ обезвреживания фосфорсодержащих сточных вод окислением кислородсодержащим газом при повЕ ц енной температуре 3j. Способ основан на окислении содержащегося в сточных водах элементарного фосфора топочными газами с содержанием кислорода 6-16% в аппарате погружного горения при 70-85 С. Недостатками способа являются возможность полно окислить фосфор лишь в разбавленных суспензиях с начальной плотностью А. 1 , 06-1 ,10 г/см и сравнительно малой начальной концентрацией фосфора ,5-0,20%. При работе с концентрированным шламом, р.,71Д2-1,15 г/см, содержащим более 0,25-0,30% фосфора, суспензия становится слишком густой задолго до достижения полного окисления фосфора, что объясняется большой скоростью испарения воды по сравнению со скоростью окисления фсю(Ьора. Сравнительно полного окисления фосфора можно достичь лиыь возвратом испариншейся воды-ил ввслом впдм игвиеНо для этого требуется длительное время процесса (около 2ч) и большие энергозатраты на конденсацию воды. Медленное окисление фосфора объясняется тем, что при барботаже газа через слой шлама Q помощью погружной горелки создается малая поверхность контакта фаз ввиду образования больших пузырей газа. Установка же устройства для разбивания пузырей газа типа перфорированной решетки в данном аппарате может привести к забиванию или зарастанию последней.

Кроме того, данному способу сопутствуют газовые выбросы, содержащие токсичные компоненты (окислы фосфора, соединения фтора и серы), поэтому для снижения из выбросов в атмосферу необходима установка очистки .газов, что приводит к дополнительным капитальным и эксплуатационным затратам.

Целью изобретения является сокращение длительности процесса обезвреживания сточных вод и исключение вредных газовых выбросов в атмосферу.

Поставленная цель достигается тем что ввод кислородсодержащего газа осуи ествляют струей циркулирующих обезвреженных сточных вод.

Процесс осуществляют следующим образом.

В полый реактор цилиндрической формы загружают до 2/3 высоты предварительно нагретую до температуры 5070-с сточную воду с содержанием элем. iJTapHoro фосфора 0,01-5,00% и твердого остатка 0-35%.

Заполняют в-ерхнюю часть реакторакислородом через линию подачи до заданного давления,которое поддерживают постоянным в течение всего процесса.

С помощью насоса и внешнего трубопровода подвергают циркуляции часть обезвреженных сточных вод из нижней части реактора в его верхнюю часть. Причем в верхнюю часть реактора вода поступает через струйную форсунку, расположенную на осевой линии реактора и сопла, направленную на поверхность обезвреживаемой воды, находящейся в реакторе. Скорость истечения струи из. форсунки должна быть достаточной для того, чтобы пробить весь слой воды, а соотношение диаметра струи к диаметру реактора должно быть 1:30-1:45. Находящийся в надслойной области реактора кислород при давлении 0,1-0,6 атм вводят струей циркулирующей обезвреженной воды в слой сточной воды. Кислород распределяется по всему объему реактора в виде мелких пузырей. Суспензия сточной воды при этом представляет собой мелкоячеистую пену с размером ячеек 3-5 мм, обладающую высокоразвитой .поверхностью контакта фаз.

Интенсивное перемешивание, высокоразвитая поверхность контакта фаз и применение активного окислителя - кислорода при давлении создают благоприятные условия для быстрого и полного окисления фосфора, при этом продукты окисления переходят в раствор водной составляющей шлама.

Температура процесса 50-70 С выбрана с учетом зависимости скорости процесса окисления от температуры, энергозатрат на. нагревание и коррозионной активности среды.

Отношение диаметра струи циркулирующих обезвреженных сточных вод к диаметру реактора оказывает большое влияние на газонаполнение слоя обрабатываемой воды и соответственно на поверхность контакта фаз, которая является решающим фактором при осуществлении гетерогенных процессов.

Экспериментально установлено, что при постоянной скорости истечения струи, достаточной для пробития всего слоя воды в реакторе, максимальное газонаполнение с сохранением режима получают при отношении диаметра струи к диаметру реактора 1:30-1:45.

Давление кислорода подбирают с целью обеспечения оптимальных услови окисления фосфора и упрощения технологии процесса. Поэтому для создания давления, близкого к атмосферному, используют инертные газы: азот, углекислый газ, либо смесь инертного газа с кислородом, воздух.

Причем парциальное давление кислорода в смеси газов должно быть 0,10,6 атм,. чтобы о.беспечить полное окисление фосфора.

Испытания по обезвреживанию контрольного молока проводили на опытной установке.

Пример. В реактор высотой 1600 мм, с высотой надслойной област 700 мм, диаметром рабочей части 450 мм, диаметром надслойной области 700 мм, диаметром сопла струйной форсунки 11 мм заливают 120 л котрелного молока, предварительно нагретого до 55с, следующего состава,веЬ. % элементарный фосфор 0,65, твердый остаток 30, вода и водорастворимые соединения 69,35.

Котрельное молоко подвергают циркуляции насосом производительностью 86 л/мин, что соответствует скорости истечения струи из форсунки 15,1 м/сВ надслойной области реактора в течение всего процесса поддерживают постоянное парциальное давление кислорода, равное 0,45 атм при общем давлении 1,1 атм. Через каждые 5 мин пробу котрельного молока отбирают для анализа на содержание элементарного фосфора. Данные результатов 1нализа представлены в табл. 1.

П р и м е р 2. Испытания по обезвреживанию котрельного молока с повышенным содержанием фосфора проводят на установке, описанной в примере 1, при тех же параметрах. Состав котрельного молока, вес.%: элементарный фосфор 2,11, твердый остаток12, вода и водорастворимые соединения 85,89.

Полученные результаты представлены втабл. 2.

Из табл. 1, 2 видно, что через 30-35 мин после начала процесса содержание элементарного фосфора в воде уменьшается до 0,0002%. Такое содерх(ание элементарного фосфора в воде Вполне удовлетворяет санитарным нормам.

Для полного же обезвреживания котрельного молока с содержанием элементарного фосфора 1,97% способом, взятым в качестве прототипа, время процесса составляет 2 ч.

Использование предлагаемого способа обезвреживания фосфорсодержащих сточных вод обеспечивает по сравнению с существующими сп-зобами следующие преимущества:

J повышается экономичность процесса за счет того, что отпадает необходимость в газоочистном оборудовании и исключаются энергозатраты на испарение воды из шламов;

Q применение активного окислителя кислорода и высокоразвитая поверхность контакта фаз обеспечивает быстрое и полное окисление фосфора;

за счет применения циклической 5 схемы продукты окисления фосфора остаются в воде и могут быть использованы после дальнейшей переработки обезвреженных сточных вод, исключается также выброс токсичных компонентов в Q атмосферу, последнее очень важно с экологической точки зрения.

Таблица 1

Содержание элементарного фосфора в котрельном молоке, % 0,65 0,15 0,05 Степень обезврежи76,90 92,30 вания, % 0,02 0,006 0,002 0,0005 0,0002 96,90 99,10 99,70 99,90 99,97