Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНОЙ ВОДЫ

Изобретение относится к области обезвреживания промышленных сточных вод.

Известен способ обезвреживания водного раствора взрывчатого вещества, патент RU № 2233257, МПК С06В 21/00 [1], который принят за прототип.

По этому патенту обезвреживание водного раствора взрывчатого вещества (ВВ) производят путем разложения его под действием ультрафиолетовых лучей в присутствии серной кислоты. Процесс обезвреживания осуществляют при циркуляции водного раствора взрывчатого вещества в присутствии серной кислоты по схеме бак - перистальтический насос - ванна - бак. Над ванной устанавливают источник ультрафиолетовых лучей - ртутно-кварцевую лампу ДРТ-2500. При этом расстояние между источником ультрафиолетовых лучей и поверхностью сточной воды в ванне составляет не более 11 см, толщина слоя воды в ней - не более 3 см, общая продолжительность облучения от 0,33 до 0,5 часа. Циркуляцию раствора по указанной схеме проводят до массовой доли взрывчатого вещества ниже предельной допустимой концентрации (ПДК) для водоемов.

Однако способ обезвреживания водного раствора взрывчатого вещества по вышеуказанному патенту имеет некоторые недостатки.

По упомянутой схеме процесса циркуляции обезвреженный водный раствор взрывчатого вещества после ванны возвращают в тот же бак, откуда берут на обезвреживание. При этом происходит концентрирование обезвреженной порции водного раствора взрывчатого вещества при поступлении в бак и смешивании со сточной водой с большей концентрацией ВВ и постепенное снижение его массовой доли в процессе циркуляции.

Поэтому требуется многократная и длительная циркуляция для достижения массовой доли взрывчатого вещества в водном растворе до уровня ПДК.

При изготовлении зарядов из смесевого твердого ракетного топлива из мощных взрывчатых веществ преимущественное применение нашел октоген, на обезвреживание которого в сточных водах распространяется заявляемый способ.

Технической задачей изобретения является интенсификация процесса обезвреживания сточной воды с растворенным в ней взрывчатым веществом путем его разложения под действием ультрафиолетовых лучей и усовершенствования схемы циркуляции.

Технический результат способа обезвреживания сточной воды с разложением растворенного в ней октогена в присутствии серной кислоты под действием ультрафиолетовых лучей в ванне при циркуляции по схеме бак - перистальтический насос - ванна - бак (при расстоянии между источником ультрафиолетовых лучей и поверхностью сточной воды в ванне не более 11 см, толщине слоя воды в ней не более 3 см, при общей продолжительности облучения от 0,33 до 0,5 часа) достигается включением в схему циркуляции дополнительно нутч-фильтра и проведением обезвреживания циркуляцией сточной воды по схеме бак - перистальтический насос - нутч-фильтр - перистальтический насос - ванна - бак. Предложенная в патенте (прототипе) схема обезвреживания сточной воды близка к схеме внешнего циркуляционного перемешивания, приведенной в книге "Общий курс процессов и аппаратов химической технологии" под редакцией В.Г.Айштейна, М.: Логос, высшая школа, 2002 г., кн.1, стр.444 [2]. Из этого источника следует, что для обеспечения качества перемешивания необходимо найти производительность насоса V, м³/с, при определенной опытным путем кратности циркуляции К по формуле V=К_ц·V,

где V - объем сосуда, м³.

По данным литературного источника ("Аппараты для перемешивания жидких сред" Э.А.Васильцева, В.С.Ушакова, Справочное пособие, Ленинград, Ленинградское отделение, 1979 г., стр.157 [3]) для достижения необходимой степени идеальности перемешивания требуется К_ц≥10, т.е. необходимо осуществить не менее 10 циркуляций в объеме аппарата.

Таким образом для условий идеального перемешивания производительность насоса должна быть в 10 раз больше объема сосуда.

Однако в схеме циркуляции при обезвреживании сточной воды, содержащей взрывчатое вещество, это условие трудновыполнимо по следующим причинам:

- в имеющейся номенклатуре отсутствуют насосы, отвечающие специфическим требованиям для обеспечения безопасных условий эксплуатации при переработке ВВ;

- при требуемом применении насоса с большой производительностью необходимо проектирование крупногабаритной ванны с мощным источником облучения с учетом обеспечения, одновременно достаточно большого времени пребывания в ней, обрабатываемой сточной воды.

Представляется возможным интенсифицировать процесс разложения ВВ в сточной воде, предусмотрев в схеме два сосуда: один - для подачи сточной воды в ванну на разложение, а другой - для приема после прохождения через ванну. В схеме обезвреживания сточной воды в качестве первого сосуда будет использоваться бак, а в качестве второго сосуда - нутч-фильтр.

Возможность применения нутч-фильтра связано с тем, что он используется на начальной стадии для отделения от нерастворившихся частиц ВВ. При выполнении последующих операций на стадии обезвреживания нучт-фильтр не участвует в технологическом процессе. В связи с этим его можно использовать в качестве приемной емкости на стадии обезвреживания сточной воды. В этом случае перед применением необходимо проводить замену фильтрующей ткани. В схеме обезвреживания сточной воды фильтрующая ткань требуется для отделения возможных посторонних включений, для защиты перистальтического насоса, так как попадание твердых частиц в мембранную зону насоса может нарушить нормальный режим его работы.

При циркуляции сточной воды с приемом после ванны в нутч-фильтр исключается смешивание ее в баке с подлежащей обезвреживанию сточной водой, тем самым уменьшается продолжительность процесса обезвреживания.

Настоящее изобретение рекомендуется применять для способа обезвреживания сточной воды, содержащей растворенный нитроаминное вещество - октоген, путем циркуляции по схеме (чертеж): бак - перистальтический насос - нутч-фильтр - перистальтический насос - ванна - бак.

По этой схеме сточная вода из нутч-фильтра 1 при открытых затворах 6 (5) и 6 (2) перистальтическим насосом 2 перекачивают в бак 3. При этом затворы 6 (1), 6 (3) и 6 (4) закрывают. Из бака после перемешивания при необходимости с вводом серной кислоты перистальтическим насосом 2 при открытых затворах 6 (1) и 6 (3) затворы 6 (2), 6 (4) и 6 (5) закрывают, воду перекачивают в нутч-фильтр после замены фильтрующей ткани. Далее сточную воду из нутч-фильтра 1 перистальтическим насосом 2 при открытых затворах 6 (4) и 6 (5) и закрытых затворах 6 (1), 6 (2) и 6 (3) передают через ванну 4 при облучении ультрафиолетовыми лучами в бак 3. Вышеописанным способом продолжают циркуляцию сточной воды по схеме: бак - перистальтический насос - нутч-фильтр - перистальтический насос - ванна - бак до снижения массовой доли взрывчатого вещества до уровня ПДК и ниже.

Основной операцией в схеме обезвреживания сточной воды является ее облучение ультрафиолетовыми лучами в ванне. При работе по рекомендуемой схеме возможно применение самого простого варианта - однократный проход сточной воды через ванны. Этот вариант реализуется в случае, если будет обеспечено время пребывания сточной воды в ванне, равное требуемой продолжительности для разложения октогена до массовой доли его ниже ПДК. Этот вариант соответствует коэффициенту циркуляции К_ц=1 по формуле:

где g - производительность насоса, л/час;

τ - требуемое время нахождения в ванне для разложения ВВ до уровня ниже ПДК, час;

V - рабочий объем ванны, л.

В этом случае для небольших установок с малым объемом ванны, что ограничено малой площадью рассеивания ультрафиолетовых лучей одной лампой, возникает сложность подбора насоса из-за неустойчивой работы его.

Например, при требуемом времени обезвреживания сточной воды с октогеном 0,5 часа

т.е производительность должна быть не более двух рабочих объемов ванны.

При применении насоса большей производительности требуется многократная циркуляция сточной воды через ванну. Однако в данном случае также имеется ограничение по производительности перистальтического насоса. При большей производительности насоса уменьшается время пребывания сточной воды в ванне, что приведет к турбулизации потока. Для практического применения целесообразна кратность циркуляции К_ц<5. При большей кратности циркуляции усложняется ведение техпроцесса за счет необходимости многократного управления затворами. В этом случае максимальная производительность насоса составит

При обезвреживании сточной воды по заявленному способу кратность циркуляции через ванну будет соответствовать кратности обмена содержимого в баке или нутч-фильтре объема сточной воды.

Продолжительность опорожнения бака или заполнения нутч-фильтра составит

где t - продолжительность разового расходования сточной воды из бака, час;

Q - объем сточной воды в баке, л;

g - производительность перистальтического насоса, л/час.

Общая продолжительность обезвреживания Т составит:

Уменьшение общей продолжительности обезвреживания можно

обеспечить путем параллельной установки нескольких источников ультрафиолетового излучения.

Сравнительные показатели обезвреживания сточной воды с октогеном по заявляемому способу и по прототипу приведены в таблице.

Сравнительные показатели подучены при испытании установки при следующих параметрах: расстояние от лампы до поверхности сточной воды в ванне - 11 см; толщина слоя воды в ванне - 3 см; объем обезвреживаемой сточной воды 500 л; объем ванны - 2,8 л; производительность перистальтического насоса - 20 л/час; источник облучения ультрафиолетовых лучей - одна ртутно-кварцевая лампа ДРТ-2500; максимальная массовая доля растворенного октогена в сточной воде 15 мг/л.

Из данных таблицы видно, что по заявляемому способу обезвреживание сточной воды с октогеном осуществляется более эффективно.

Пример. Исходные данные:

объем ванны V=2,8 л,

требуемое время пребывания сточной воды в ванне т=0,5 часа,

кратность циркуляции К_ц=5,

объем обезвреживаемой сточной воды V=500 л.

При этих параметрах производительность насоса составит:

При этой производительности продолжительность обезвреживания T составит

Предлагаемый способ обезвреживание сточной воды, содержащей октоген, проверен с положительным результатом в условиях ФКП "Пермский пороховой завод".