Очистка сточных вод в коксохимическом производстве

Физико-химическая характеристика сточных вод. Связь структуры некоторых веществ, содержащихся в сточных водах коксохимического производства и их способность к биохимическому распаду. Технологические схемы биохимических установок для очистки стоков.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ВВЕДЕНИЕ

Охрана водных ресурсов от загрязнения и истощения - актуальной общенародная задача, в решение которой существенный вклад должно внести коксохимическая промышленность.

На коксохимических предприятиях Украины при проектных объемах производства образуется около 15 млн.м³ в год производственных (так называемых «фенольных») сточных вод. До 40% общего количества фенольных вод - это неизбежное следствие специфики коксохимического производства, связанной с термической деструкцией каменного угля при получении кокса. В результате выделяющаяся вода (физическая и пирогенетическая влага углей) загрязняется практически всеми химическими продуктами коксования: растворимыми и нерастворимыми ароматическими углеводородами (производными бензола, нафталина, антрацена); одно- и многоатомными фенолами, аммиаком и солями аммония; цианид-, роданид- и сульфид-ионами и др.

Сточные воды коксохимического производства - одни из наиболее опасных (как источник загрязнения водоемов) и трудных с точки зрения их очистки среди промышленных сточных вод. Поэтому проблема очистки сточных вод коксохимического производства решается комплексом физико-химических, механических и биохимических способов, которые используются для очистки локальных стоков и общего фенольного стока на биохимических установках. Выбор способов и эффективность очистки во многом определяются тем, как используются очищенные сточные воды. На большинстве действующих коксохимических предприятий очищенные сточные воды используются для тушения кокса. Объемы образования сточных вод (0,4 - 0,5 м3 на 1 т кокса) соизмеримы с безвозвратными потерями воды при тушении кокса. Поэтому на предприятиях с мокрым тушением кокса в принципе реализуется безсточность производства. Сточные воды перед тушением кокса должны быть очищены от летучих вредных веществ и не содержать те соединения, которые при контакте с раскаленным коксом могут разлагаться с выделением вредных летучих компонентов. Ужесточение требований по защите воздушного бассейна от загрязнений соответственно повышают и требования к качеству очистки сточных вод, так как процесс мокрого тушения кокса вносит определенный вклад в загрязнение атмосферы при использовании для тушения кокса даже технической воды. На ряде предприятий, где осуществляется сухое тушение кокса, очищенные фенольные воды передаются для биологической доочистки в систему очистных сооружений хозяйственно-бытовой канализации.

1. СУЩНОСТЬ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ И БИОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД КОКСОХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

1.1 Физико-химическая характеристика сточных вод

Большое разнообразие примесей сточных вод предопределяет необходимость применения различных методов выделения или обезвреживания примесей. Часть методов входит как составная часть в основную технологию улавливания и переработки химических продуктов коксования и предназначена для выделения в виде товарных продуктов ряда веществ из технологических вод и улучшения качества отдельных составляющих общего стока до подачи в систему фенольной канализации.

Проблема очистки технологических и сточных вод от смолистых веществ, масел является общей для многих отраслей промышленности. Методы очистки известны и принципиально одинаковы для сточных вод всех производств: отстаивание, флотация, сорбция, фильтрация, экстракция, фугование и др. Выбор метода зависит не только от требований, предъявляемых к качеству воды, но и от природы смол и масел.

Очистка от смолистых веществ, имеющих удельный вес больше единицы, осуществляется, в основном, методом отстоя, реже - методом адсорбции на кварцевом песке или коксе. Масла в сточных водах коксохимического производства в основном представлены компонентами поглотительного масла (конденсированными двуядерными ароматическими углеводородами с температурой кипения от 200 до 300 °С) и антраценового масла (полициклическими, в основном трехкольчатыми, конденсированными углеводородами с температурой кипения выше 300 °С).

Масла в сточных водах коксохимического производства по своему составу специфичны по сравнению со сточными водами других отраслей промышленности. В практике оценки работы очистных сооружений коксохимических предприятий контролирующими органами это обстоятельство, как правило, не учитывается. Обширная литература, посвященная проблеме очистки сточных вод от масел, в основном отражает условия выделения масел нефтяного происхождения, в которых присутствуют главным образом парафиновые (алканы) и циклопарафиновые (нафтены) углеводороды. С маслами коксохимического производства у них есть только общий признак, позволяющий под термином «масла» («нефтепродукты») объединять обширную группу органических веществ, - это высокая гидрофобность, обусловливающая низкую растворимость (или нерастворимость) в воде.

Исследования, выполненные в ВУХИНе и Уральском политехническом институте им. С.М. Кирова (Е.К. Дербышевой и Л.А. Небольсиной), показали, что эмульсии в воде масел каменноугольного и нефтяного происхождения, полученные в одинаковых условиях, существенно отличаются: каменноугольные масла образуют эмульсии с дисперсностью частиц масел на порядок выше; устойчивость этих эмульсий значительно выше. Это зависит, в первую очередь, от состава углеводородов. В нефтях и нефтепродуктах доля ароматических углеводородов мала, в них преобладают алифатические и алициклические углеводороды, отличающиеся насыщенностью структуры. Известно, что парафиновые (насыщенные) углеводороды практически не взаимодействуют с водой из-за своей насыщенной одинарной связи у атома углерода. В ряду углеводородов парафиновые - нафтеновые - ароматические происходит заметное увеличение степени взаимодействия с молекулами воды и, следовательно, растворимости и эмульгируемости углеводородов. Стабильность эмульсий зависит также от состава дисперсионной среды (то есть растворимых примесей сточных вод). Характерные примеси сточных вод коксохимического производства -- фенол и пиридин (полярные вещества, с которыми способны взаимодействовать масла - ароматические углеводороды) в количестве, соответственно, более 500 и 100 мг/л являются стабилизаторами эмульсий каменноугольных масел. И, наконец, технологические условия ведения процессов улавливания и переработки химических продуктов коксования (высокие температуры, контакт с водяным паром при интенсивных тепло- и массообмене) способствуют эмульгированию масел в сточных водах. Изменения фазово-дисперсного состояния примесей могут происходить также при смешении отдельных стоков.

Различия в природе углеводородов нефтяных и каменноугольных масел и свойствах образуемых ими эмульсий приводят к тому, что при одних и тех же условиях очистки маслосодержащих стоков (схема, аппаратура, режим) остаточное содержание каменноугольных масел почти на порядок выше, чем нефтяных. Общий фенольный сток - сложная дисперсная система. Как любую дисперсную систему его можно характеризовать с точки зрения размера частиц дисперсной фазы (в сточных водах коксохимического производства дисперсную фазу составляют, помимо масел, также частицы угля и кокса), их агрегатного состояния и межфазного взаимодействия с дисперсионной средой.

Таблица 2. Классификация по степени дисперсности

	Размер частиц, см
Грубодисперсные системы более	10-4
Системы промежуточной степени дисперсности	10-4 - 10-5
Высокодисперсные системы (коллоиды)	10-5 - 10-7

Микроскопические исследования сточных вод коксохимических предприятий показали, что в них находятся частицы различной степени дисперсности - система полидисперсна. Частицы имеют шарообразную форму, размер их обычно не превышает 40-50 мкм. По агрегатному состоянию диспергированных примесей сточные воды относятся к эмульсиям и частично суспензиям.

Высокодисперсные частицы (размером менее 1 мкм), в отличие от других, проходят через обычные фильтры и задерживаются мембранными фильтрами. Именно высокодисперсные частицы масла представляют наибольшую трудность при очистке сточных вод. Содержание их зависит в основном от состава, а также условий образования сточных вод. Для ориентировочной оценки содержания высокодисперсных частиц (У) по текущим анализам общего фенольного стока можно воспользоваться уравнением регрессии (с уровнем значимости 95%):

У = 14.49444 + 0.180343Х1 - 0.017566Х2 + 0.008963Х3 (1)

где X1 и Х2 - соответственно содержание общих масел и аммиака общего, в мг/л;

Х3 - химическая потребность в кислороде (ХПК) сточной воды за вычетом ХПК идентифицированных соединении (б основном фенолов и роданидов), которая характеризует наличие в воде органических примесей.

Содержание высокодисперсных частиц масел в общих фенольных стоках различных предприятий существенно различается - от 1 0 до 70 мг/л (в большинстве случаев более 40-50 мг/л). Присутствие солей аммония способствует снижению, а большого количества органических примесей (например, в стоках склада масел смолоперегонного цеха и в стоке пекококсового цеха) - увеличению содержания высокодисперсных частиц.

Агрегативная устойчивость частиц масла (и, соответственно, стабильность эмульсий) зависит от всех основных примесей сточных вод и состава масел. Установлена прямая зависимость от содержания фенолов в дисперсионной среде и обратная - от...