Файл: Очистка промышленных сточных вод..pdf

отгонку феносольвана из отгонной колонны составляет

на 1 лг3 очищенной сточной воды. Данные эксплуатации промышленных феносольвановых установок в ГДР по­ казали, что они могут быть рентабельными при концен­ трации фенолов в сточной воде более 4 г/л. Зарубежные

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ БОД ОТ ЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ОТДУВКОЙ И ОТГОНКОЙ ВОДЯНЫМ ПАРОМ

ОТДУВКА ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ из сточных вод

Как известно, между парциальным давлением газа или насыщенного пара вещества и содержанием этого вещества в равновесном растворе существует зависи­ мость, которая практически описывается законом Генри

циент пропорциональности, обычно называемой коэф­ фициентом Генри.

При барботировании воздуха или любого инертного мало растворимого газа через сточную воду пар раство­ ренного компонента диффундирует внутрь газового пу­ зыря. Если время всплывания газового пузыря доста­ точно для достижения равновесного распределения ле­ тучего компонента между сточной водой и газовой

84

фазой, то парциальная доля этого компонента в газовом пузыре будет определяться соотношением Генри. Сте­ пень приближения к равновесию зависит от скорости маесопередачи из раствора внутрь газовых пузырей, при­ ближенно связанной со степенью насыщенности газа ле­ тучим компонентом и поверхностью межфазового раздела соотношением

редачи, отнесенный к единице поверхности раздела рас­ твор— газ; / — суммарная поверхность пузырей, прохо­ дящих через раствор за единицу времени; ра и р* — рав­ новесное парциальное давление пара извлекаемого компонента в газовой фазе, соответствующее его концен­ трации С в воде, и парциальное давление пара этого компонента в момент т.

С повышением температуры упругость пара раство­ ренного компонента над раствором повышается, следо­ вательно, увеличивается разность (рц — р-,), и скорость десорбции компонента в газовую фазу возрастает. Вто­ рым существенным фактором процесса отдувки является повышение диспергирования пузырей барботируемого газа. Поверхность межфазового раздела достигает мак­ симальной величины, когда под влиянием барботируе­ мого воздуха вся жидкость превращается в пенный слой, однако при этом производительность аппаратов снижа­ ется, что делает применение аппаратов с пенным слоем для десорбции летучих компонентов нецелесообразным. Кроме того, с увеличением интенсивности барботирования вплоть до пенообразования уменьшается и концен­ трация вещества в газе, что затрудняет дальнейшее извлечение его из газовой фазы.

85

Обычно установка для отдувки летучих компонен­ тов из сточных вод представляет собой скруббер (с на­ садкой или без нее), через который при помощи венти­ лятора продувают воздух, предварительно нагретый в калорифере. Если десорбируемый из воды продукт спо­ собен образовывать с воздухом взрывоопасные смеси, воздух должен быть заменен инертным малораствори­

мым газом — азотом или углекислотой. В установ­ ках для отдувки из сточ­ ных вод летучих компо-

12% углекислого газа и 88% азота, поскольку водяные пары из продуктов сжи­ гания топлива конденсируются непосредственно в воде. На рис. 24 показана схема установки для отдувки лету­ чего компонента (сероуглерода) из сточных вод продук­ тами сжигания природного газа. Топочные газы, насы­ щенные в скруббере 1 парами сероуглерода, проходят через колонну 2 с активированным углем, где сероугле­ род задерживается. Активированный уголь, насыщенный сероуглеродом, периодически регенерируется паром. Па­ ры воды и сероуглерода конденсируются в холодильни­ ке 3 и направляются в сборник 4, откуда сероуглерод подается на утилизацию.

Не всегда летучие компоненты, извлекаемые из сточных вод отдувкой, могут быть утилизированы. Ути­ лизации могут препятствовать малое абсолютное коли­ чество извлекаемого продукта, наличие трудно отделяе-

86

мых примесей и отсутствие надежного метода извлече­ ния из газовой фазы. В этих случаях целесообразно на­ править отработанный газ после скруббера на установку для каталитического сжигания органических паров. До­ статочно хороший эффект достигается при пропускании смеси отработанного газа с воздухом при температуре 280—350° С через слой пиролюзита (марганцевой руды). Большинство соединений окисляются в этих условиях до СО2 и Н2О при времени контакта газа с катализатором около 0,3 сек. В качестве других катализаторов можно также рекомендовать окись хрома, осажденную на пористом алюмосиликатном носителе. Технологическая схема отдувки летучих компонентов из сточной воды с каталитическим дожиганием паров на пиролюзите отли­ чается от приведенной выше тем, что вместо топочных газов используется нагретый воздух, который после на­ садочной колонны при температуре 300°С направляется в реактор, загруженный катализатором.

Следует иметь в виду, что при каталитическом сжи­ гании паров хлорпроизводных в отходящих газах, кроме СО2 и Н2О, содержится НС1, что требует защиты от коррозии трубопроводов и арматуры, а также устрой­ ства системы для очистки газов от соляной кислоты.

АЗЕОТРОПНАЯ ОТГОНКА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД

Втех случаях, когда органические вещества в смеси

сводой образуют нераздельно кипящую (азеотропную) смесь, это свойство может быть использовано для отгон­ ки указанных веществ из сточных вод. Целесообразность использования азеотропной отгонки для очистки про­ мышленных сточных вод определяется прежде всего температурой кипения азеотропной смеси и ее соста­ вом, т. е. тем отношением количеств органического ком­ понента и воды, в которых они переходят в пар при

87

отгонке. Ясно, что только те азеотропные смеси пред­ ставляют интерес для отгонки, у которых эти отношения значительно превышают отношение количеств органи­ ческого компонента и воды в сточных водах. Многие азе­ отропные смеси при конденсации расслаиваются, flpn этом сырой органический компонент может быть легко отделен от водного насыщенного раствора. В этих случаях азеотропная отгонка загрязняющего компонен­ та из сточной воды наиболее экономична. Если взаим­ ная растворимость воды и органического компонента азеотропной смеси настолько велика, что конденсаты после отгонки компонентов не расслаиваются, азеотроп­ ная отгонка для очистки сточных вод целесообразна тогда, когда конденсат утилизируется непосредственно в виде водного раствора. Возможны случаи, когда конденсат, более обогащенный органическим компонентом, чем исходная сточная вода, может дальше обрабатываться экстракцией для получения нужного продукта.

Принципиальная технологическая схема азеотропной очистки промышленных сточных вод представлена на рис. 25. Сточные воды поступают в емкость 1, куда из отстойника-сепаратора 2 также подается насыщенный водный раствор отгоняемого органического вещества. Смесь сточных вод и насыщенного раствора органичес­ кого вещества насосом 8 через теплообменник-конден­ сатор 4 и теплообменник 5 подается в отгонную колонну 6 с насадкой. В теплообменниках 4 и 5 сточная вода нагревается очищенной водой и отводимой из колонны 6 смесью паров воды и органического вещества до темпе­ ратуры кипения азеотропной смеси. В нижнюю часть колонны 6 подается острый пар. Нагретая примерно до 100° С очищенная вода из нижней части отгонной колон­ ны подается насосом 7 в теплообменник 5, после чего сбрасывается в канализацию или направляется на даль­ нейшую очистку. Смесь паров воды и отгоняемого ве­ щества из верхней части колонны 6 поступает последо­

88

вательно в теплообменники-конденсаторы 4 и 3. Кон­ денсат из теплообменника 3 направляется в отстойниксепаратор 2, где конденсат органического вещества отден ляется от конденсата водяного пара. Верхний продукт — конденсат органического вещества из отстойника-сепа­ ратора поступает на утилизацию, а нижний, представля-

Рис. 25. Схема установки для азеотропной отгонки летучих орга­ нических веществ из сточных вод.

ющий собой конденсат водяного пара, насыщенного отгоняемым органическим веществом, сливается в сбор^ ник / и затем направляется на отгонку вместе со сточной жидкостью.

Расход тепла на отгонку определяется концентра­ цией отгоняемого вещества и теплосодержанием уходя­ щего из колонны пара, исходной и очищенной воды. По­ скольку подаваемая в колонну сточная вода может быть нагрета в теплообменниках 4 и 5 до температуры, со­ ответствующей рабочей температуре отгонки в верхней

89

части колонны, расход тепла на отгонку можно опреде­ лить как сумму теплосодержания уходящего из отгон­

части колонны до температуры кубовой жидкости, т. е. до температуры очищенной сточной воды, выходящей из нижней части колонны.

Эффективность отгонки, т. е. содержание отгоняемого вещества в очищенной воде, зависит в основном от числа теоретических ступеней отгонной колонны. В тех слу­ чаях, когда зависимость между равновесными концен­ трациями отгоняемого вещества в жидкой и паровой фазе может быть с достаточной точностью выражена прямой линией (уравнением вида у = kx), число теоре­ тических ступеней разделения может быть вычислено по

y — kx\ ХгР— мольная доля отгоняемого вещества в жид­ кости на верхней тарелке, равновесная уходящему из колонны пару; х [р—мольная доля отгоняемого вещества в жидкости, стекающей с первой тарелки в куб колонны, вычисляется по формуле

90