Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

451

вых дрожжей с илом и получения технологического витамина В

для комбикормовой промышленности.

Получение белвитамила. Схемы получения белвитамила пока-

заны на рис. И-92.

По схеме с флотационным уплотнением (рис. И-92,я) остаточ-

ный активный ил из вторичного отстойника поступает во флотаци-

онный уплотнитель. Одновременно сюда же подают рабочую жид-

кость, которую насосом вместе с воздухом направляют в напорный

бак, а затем через перфорированные трубы распределяют

уплотни-

теле. Уплотненный ил скребками сдвигают в сборник, затем насо-

сом подают в подогреватель, где предварительно нагревают до 70-

90°С, и направляют в сушилку, а затем потребителю.

Схема

полу чения

белвитамила с двухступенчатым уплотнением

представлена на рис. И-92,б. Избыточный активный ил влажностью

99-99,5% из вторичного отстойника насосом подают в емкость, из

которой он посту пает

I, а затем во II ступени сепарации, где сгуща-

ется до влажности 96%. Затем ил направляют в распылительную

СУ ШИЛКУ;

где он высушивается до влажности 5-10% и по пневмопро-

воду' поступает в циклон и на упаковку. Теплоноситель очищают в

циклонах, а уловленный

проду кт

пневмотранспортом направляют на

упаковку; ИЛОВУЮ жидкость после II ступени сепарации направляют

в емкость.

Схема получения гранулированного белвитамила представлена

на рис. Н-92,в. Избыточный активный ил из отстойника поступает в

уплотнитель, затем на центрифу

гу;

где сгущается до влажности 70-

80%. После этого он поступает в шнековый гранулятор и в

СУ

ШИЛКУ;

где при 120-200°С высушивается до остаточной влажности 5-10%.

Продукт упаковывают, а газы очищают в циклонах.

Получение технического витамина B

для комбикормовой

промышленности. Витамин В

(кабаламин) является антианеми-

ческим средством, стимулирует и регулирует процесс кроветворения,

участвует в белковом обмене и в обмене углеводов, оказывает воз-

действие на рост, регулирует основные обменные процессы в пече-

ни, влияет на сохранение нормальной деятельности нервной системы.

Витамин B

имеет формулу C

PCo. Его молекулярная мас-

са 1357. Ранее его извлекали из печеночных экстратов, сейчас в ос-

новном из культур а ль ной жидкости антибиотиков.

Получение витамина B

состоит из нескольких стадий. Актив-

ный ил уплотняют до влажности 95-96%, затем подкисляют серной

452

Рис. II-92. Схемы установок для получения белвитамила: а — с флотацион-

ным уплотнением: 1 — вторичный отстойник, 2 — иловая насосная станция, 3, 8 —

насосы, 4 — напорная емкость, 5 — флотационный уплотнитель, 6 — перфориро-

ванные трубы, 7 — сборник, 9 — Подогреватель, 10 — сушилка; б — с двухступен-

чатым уплотнением: 1 — вторичный отстойник, 2, 4, 7, 10 — насосы, 3, 6, 9 —

емкости, 5,8 — сепараторы t и П ступеней, 11 — распылительная сушилка, 12 —

пневмопровод, 13, 14 — циклон, 15 — узел упаковки; в — в виде гранул: 1 —

вторичный отстойник, 2,5 — насосы, 3 — уплотнитель, 4 — емкость, 6 — центри-

фуга, 7 — шнековый гранулятор, 8 — сушилка, 9 — циклон, 10 — батарейный

циклон, 11 — шнековый транспортер

кислотой до рН=3 и направляют в реактор, где подогревают паром

до 110°С. После охлаждения из ила в центрифуге отделяют твердые

частицы, которые сушат, дробят и затем используют

как

удобрение, а

фильтрат направляют в коагулятор, где обрабатывают щелочью до

рН=5. В коагуляторах массу отстаивают 1-6 ч, затем осадок отделя-

ют на центрифуге и перерабатывают в удобрение, а фильтрат выпа-

ривают, обрабатывают щелочью, сушат и дробят. Готовый продукт

расфасовывают.

453

Получение смеси кормовых дрожжей с активным илом. Для

повышения качества дрожжей, обогащения их витамином B

, гото-

вят смеси дрожжей с активным илом.

Смесь готовят смешением компонентов дрожжей и ила в соотно-

шении 10:1. При этом в смеси обеспечивается необходимое количе-

ство витамина B

. Кормовая смесь может быть приготовлена сме-

шением сгущенных компонентов дрожжей с илом (рис. II-93).

Активный ил влажностью 96,5% из вторичных отстойников на-

правляют в емкость, откуда насосом подают в смеситель, в который

поступают и концентрированные дрожжи. Образующуюся смесь су-

шат.

Получение белка. Для получения белка экстракционным спосо-

бом сгущенный активный ил обрабатывают соляной кислотой так,

чтобы концентрация ее после перемешивания равнялась децинор-

мальной.

В таких условиях смесь выдерживают 24 ч при периодическом

перемешивании. После отделения воды ил обрабатывают 0,1 н. ра-

створом NaOH и выдерживают с\тки. После этого щелочную жид-

кую фракцию, отделенную от ила, нагревают до 80-90°С, а затем

охлаждают до 25

C и осаждают белок, добавляя 10%-ную соляную

кислоту' до рН=4,6-4,7. Белок высушивают и расфасовывают.

Получение активного угля. Высушенный избыточный актив-

ный ил подкисляют и смешивают с формальдегидом. Далее прово-

дят карбонизацию, т. е. пиролиз в печах без доступа воздуха при

700-800°С.

Чем выше температура, тем плотнее получается материал, сни-

Рис. П-93. Схема получения кормовых дрожжей с активным

илом: 1 —

вторич-

ный отстойник; 2 — емкость; 3,5 — насосы; 4 — смеситель; 6 — сушилка; 7 — шнек

454

жается его реакционная способность из-за уменьшения объема пор.

В процессе карбонизации выделяются летучие соединения. При 600°С

летучие составляют «70% от исходного вещества (28% — смолы,

25% — вода и 17% — газы), а оставшийся карбонизат (-30%) на

состоит из углерода.

Карбонизат подвергают активизации кислородом, водяным па-

ром или

диоксидом

углерода.

Активирование кислородом воздуха дает

удовлетворительные результаты при 350-450°С. При активировании

водяным паром и диоксидом утлерода в качестве катализаторов до-

бавляют карбонаты калия или кальция. Микропоры образуются при

взаимодействии утлерода с водяным паром и диоксидом утлерода.

Оптимальная температура активации 750-1000°С. Процесс прово-

дят в печах разной конструкции. После активации производят тон-

кий размол и рассев материала. Для получения гранулированного

угля порошкообразный материал после карбонизации смешивают со

СВЯЗУЮЩИМ, формуют гранулы, а затем активируют.

Адсорбент можно получать без введения реагентов. Ил, обезво-

женный на центрифуге, сушат в течение 16 ч при 105°С, затем кар-

бонируют 4 ч при 700°С в инертной среде. Активацию

У ГЛЯ

проводят

водяным паром при 800°С до обгара 30%. Полученный уголь имеет

суммарную поверхность пор 200 м

/г и объем пор 0,31 см

/г. Сорб-

ционная емкость достигает 150 мг ХПК/г. Уголь обладает недоста-

точной прочностью.

Вопросы для повторения

1. Объясните, чем отличается состав активного ила от состава био-

пленки.

2. Объясните закономерности распада веществ в процессе биохими-

ческого окисления.

3. Рассмотрите уравнение кинетики ферментативных реакций. Объяс-

ните влияние температуры на скорость биохимического окисления.

4. Как производится биологическая очистка сточных вод в природ-

ных условиях?

щ/

5. Рассмотрите процесс биохимической очистки сточных вод в аэро-

тенках. Приведите основные схемы установок.

6. Объясните принцип работы аэротенков с различной структурой

потоков.

7. Рассмотрите процесс очистки сточных вод в биофильтрах. Укажи-

те основные конструкции биофильтров.

8. Рассмотрите процесс очистки сточных вод в окситенках.

455

9. Рассмотрите схему установки для совместной очистки бытовых и

промышленных сточных вод.

10. Объясните основы очистки сточных вод и обезвреживания осад-

ков в метантенках.

11. Дайте характеристику основных процессов обработки избыточ-

ного активного ила.

12. Рассмотрите технологические схемы получения белвитамила из

активного ила.

Глава 11. Термические методы очистки сточных вод

На химических предприятиях

образу ются

сточные воды, содер-

жащие различные минеральные соли (кальция, магния, натрия

др.),

а также органические вещества. Такие воды могут быть обезвреже-

ны термическими методами : 1) концентрированием сточных вод с

последующим выделением растворенных веществ; 2) окислением

органических веществ в присутствии катализатора при атмосфер-

ном и повышенном даатении; 3) жидкофазным окислением органи-

ческих веществ; 4) огневым обезвреживанием.

Установки термического обезвреживания сточных вод должны со-

ответствовать следующим основным требованиям: 1) обеспечивать

снижение концентрации вредных веществ в очищаемой воде до зна-

чений, меньших ПДК; 2) иметь незначительну ю чувствительность к

составу- стоков; 3) обеспечивать надежность и экономичность в ра-

боте; 4) иметь высокую производительность. Выбор метода очистки

зависит от состава, концентрации и объема сточных вод, их корро-

зийной активности и необходимой степени очистки.

11.1. Концентрирование сточных вод

Этот метод в основном используют для обезвреживания мине-

ральных сточных вод. Он позволяет выделять из стоков соли с полу-

чением условно чистой воды, пригодной для оборотного водоснаб-

жения.

Процесс разделения минеральных веществ и воды может быть

проведен

две стадии (рис. II-94): стадия

концентрирования и

ста-

дия выделения сухих

веществ.

Во многих случаях вторая стадия за-

меняется захоронением концентрированных растворов. Концентри-

456

Рис. II-94. Стадии разделения минеральных веществ и воды (1 — концент-

рирование; 2 — выделение сухих веществ)

рованные сточные воды можно непосредственно направлять на вы-

деление сухого продукта, например в распылительную сушилку.

Удельный расход энергии на проведение стадии концентрирова-

ния и выделения осадка определяют по формулам:

е = (Е+Е )/S„, E = е

, E=eW, (11.243)

к во' 0' к к к' во во во'

где е — удельный расход энергии на проведение стадий концентри-

рования и выделения осадка; Е

и E

— затраты энергии на стадиях

соответственно концентрирования и выделения осадка; S

— расход

сточных вод; е

, е^ — удельные расходы энергии на стадиях соответ-

ственно концентрирования и выделения осадка; W

и W

— произ-

водительность аппаратов соответственно концентрирования и выде-

ления осадка.

Концентрирование сточных вод может быть проведено в испари-

тельных, вымораживающих и кристаллогидратных установках не-

прерывного и периодического действия. Классификация установок

термического концентрирования показана на схеме (рис. 11-95).

Испарительные установки. В промышленности наиболее распро-

странены выпарные установки концентрирования растворов. Для этой

цели используют одноступенчатые и многоступенчатые выпарные

установки с выпарными аппаратами различной конструкции.

Выпаривание является энергоемким процессом. Энергия, затра-

чиваемая на выпаривание, складывается из энергии на нагрев сточ-

ной воды от начальной температуры до температуры испарения; на

деформирование и перенос центров парообразования; на работу, зат-

рачиваемую на разделение растворителя и раствора; на формирова-

ние поверхности паровых пузырей при испарении; на преодоление

сил давления при формировании пузырей; на преодоление пузырем

границы раздела фаз и на транспортирование паровых пузырей до

границы раздела фаз.

457

Рис. 11-95. Классификация установок термического концентрирования ра-

створов

При расчете энергетических затрат в промышленных условиях

учитывают энергию г, затраченную на испарение и на работу разде-

ления раствора и растворителя, так

как

остальные составляющие не-

велики:

Ч = г+/

. (11.244)

Поскольку при выпаривании с кристаллизацией выделяется теп-

лота кристаллизации

, ТО

затраты энергии на выпаривание будут:

-<HV (П-245)

При выпаривании низкоконцентрированных растворов с крис-

таллизацией значение I

мало, поэтому затраты энергии на выпари-

вание составят:

q = M

. (11.246)

Выпарные установки состоят из основных элементов — выпар-

ных аппаратов (испарителей) и вспомогательного оборудования —

конденсаторов, самоиспарителей, теплообменников, насосов и др.

По одной из возможных классификаций

выпарные

установки под-

разделяют следующим образом:

по принципу действия —

на

аппа-

раты периодического и непрерывного действия; 2) по

способу

подво-

да раствора — с параллельным, последовательным и комбиниро-

ванным подводом; 3) по способу подвода и распределения пара — с

параллельным подводом первичного пара, с параллельным подво-

458

дом вторичного пара, с последовательным подводом вторичных па-

ров, с термокомпрессией вторичных паров, с комбинацией различ-

ных вариантов; 4) по

наличию

отборов пара

раствора — с отбо-

ром и без отбора; 5) по способу отвода

неконденсирующихся

газов —

в атмосферу, параллельный отвод, в последующий аппарат; 6) по

способу рекуперации

тепла

— использование тепла раствора, исполь-

зование тепла дистиллята, использование самоиспарения дистилля-

та, использование тепла вторичных паров, комбинирование схем без

рекуперации; 7) по

наличию

конденсатора — с конденсатором и без

него; 8) по взаимному направлению пара и раствора — прямоточ-

ное, противоточное и комбинированное.

На практике чаще всего используются 4 — 5-ти корпусные уста-

новки, включающие аппараты с естественной и принудительной цир-

куляцией, с расходом тепла по пару 600 кДж на 1 кг влаги.

Промышленные сточные воды отличаются большим разнообразием

накипеобразутощих компонентов и различным их содержанием. Деми-

нерализация таких сточных вод требует их выпаривания до высоких

концентраций. В этом случае, кроме карбонатной и сульфатной накипи,

на теплопередающей поверхности МОГУТ отлагаться также силикаты,

железистые и прочие накипи. Поэтому приходится комбинировать раз-

личные способы предотвращения накипеобразования.

В ряде случаев возникают и другие трудности. Например, при-

сутствие в сточной воде нефтепродуктов и масел приводит

пенооб-

разованию, что вызывает необходимость увеличения высоты сепа-

рационного пространства выпарных аппаратов. Кроме того, техно-

логическая схема должна предусматривать возможность введения

химических пеногасителей.

На рис. И-96 предстаачена схема установки для концентрирова-

ния токов химического завода, включающая выпарные аппараты с

вынесенной зоной испарения. Для предотвращения накипи приме-

нена рецирку ляция шлама, состав которого идентичен составу наки-

пи. В воду' перед выпариванием для умягчения добавляют соду. В

результате из раствора выпадает шлам в виде CaCO

, который явля-

ется затравкой и из установки не выводится.

Отложение солей

на

поверхности теплообменника приводит к уве-

личению расхода тепла, уменьшению производительности установ-

ки и усложнению ее

эксплу атации.

Это является препятствием для

использования выпарных установок для концентрирования накото-

рых сточных вод.

459

На ТЭЦ

Сточные

воды

Пульпа

<—

В апл. I

Концентрат

Рис. И-96. Схема выпарной установки для концентрирования сточной воды:

1,2 — аппараты с естественной и принудительной циркуляцией соответственно; 3 —

регенеративные теплообменники; 4, 5 — конденсаторы; 6 — деаэратор; 7 — от-

стойник; 8 — самоиспаритель; I, П, ..., VII — номера выпарных аппаратов; П —

пар; P — раствор; К — конденсат

Для упаривания сточных вод ряда производств (синтетических

смол, лаков и красок, люминофоров, реактивов и др.) применяют

выпарные установки с контактными аппаратами. Для них характе-

рен непосредственный контакт между теплоносителями и сточной

водой. Для нагрева воды могут быть использованы газообразные,

жидкие и твердые теплоносители.

Установки могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

В одноступенчатых установках испарение может происходить или

непосредственно в контактном аппарате, когда образующиеся пары

уносятся теплоносителем, или в адиабатной ступени (рис. II-97), а в

контактном аппарате происходит лишь нагревание воды. На практи-

ке наибольшее распространение получили

следу

ющие контактные

аппараты: с погружными

горелками,

барботажные, тарельчатые, на-

садочные, форсуночные, полочные.

Выпарные установки с гидрофобным теплоносителем.

этих

многоступенчатых установках нагревание и испарение сточных вод

происходит вследствие их контакта с жидким гидрофобным тепло-

носителем. В них возможно упаривать сточные воды до высоких кон-

центраций, избежать отложения солей на теплообменник поверхно-

стях, уменьшить коррозию оборудования. В качестве теплоносите-

460

KrK

\ V

Сточная вода

ТГ^-

кг*<T

Сточная вода

Дистиллят

-г— •

Концентрированный

раствор а

раствор

Концентрирован-

ный раствор

Рис. II-97. Схемы одноступенчатых контактных выпарных установок: a

—

испарения в камере контактного теплообменника; б — испарения в адиабатной

ступени:

— контактные теплообменники; 2 — насосы; 3 — адиабатный испаритель

лей можно использовать парафины различных типов, минеральные

масла, силиконы и др. Гидрофобный теплоноситель должен быть

практически нерастворим в воде, не образовывать эмульсий, не сор-

бировать растворенные

воде

соли,

хорошо отделяться от воды, быть

термически устойчивым и иметь высокую теплоемкость. Предложе-

но несколько установок с гидрофобным теплоносителем. Схема од-

ной из них представлена на рис. II-98.

Поступающую на концентрирование воду смешивают с рецирку-

лирующим раствором и направляют в контактный теплообменник,

где она нагревается гидрофобным теплоносителем. После этого вода

поступает в адиабатный испаритель. Концентрированный раствор

отводят насосом. Пары, образующиеся при испарении, направляют

в конденсатор смешения, где она конденсируется при соприкоснове-

нии со струями дистиллята, перекачиваемого из ступени в ступень.

Дистиллят, нагретый в ступенях конденсации, поступает в головной

подогреватель, где дополнительно нагревается теплоносителем. За-

тем дистиллят подают в контактный теплообменник, где он отдает

тепло гидрофобному теплоносителю. Часть охлажденного дистил-

лята отводят из установки, а другую часть подают на нижнюю сту-

пень испарителя. Затраты тепла в таких установках на 1 кг испаре-

ний воды составляют 550-600 кДж. Одним из недостатков описан-

ной установки является сложность и недостаточная эффективность