Способ обезвреживания фосфорсодержащих сточных вод

(51)М. Кл.02 Р 1/72 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения И. П. Мухленов, Н. Д. Афанасьев, М. П, Талхаев,В, Е. Сороко, Г, В. Мигутин и О, А. Карегиц Научно-исследовательский отдел Ленинградскогогосударственного научно-исследовательского и проектногоинститута основной химической промышленности(54) СПОСОБ ОГЕЗВРЕЖИВАНИЯ ФОСФОРСОДЕРПА 4 ИХ СТОЧНЫХ ВОДИзобретение относится к области обезвреживания бедных фосфорсодержащих шламов, образующихся на различных стадиях производств желтого фосфора, и может быть использовано для обезвреживания фосфорсодержащих сточных вод.утилизация бедных шламов (котрельного молока известкового шлама, ку 10 боврго остатка) с целью извлечения из них элементарного фосфора экономически нецелесообразна, вследствие малого его содержания. Сброс же этих шламов в водоемы не допустим, во-первых, с эконологической точки зрения 15 и, во-вторых, в твердом остатке шлама содержатся до 40 фосфатов и других ценных компонентов. Поэтому наиболее целесообразным является предварительное обезвреживание шламов и возврат 20 их в производство, например, для получения удобрений,Известны .способы обезвреживания бедных фосфорсодержащих шламов путем их обработки перекисью водоро да ,11 и 2, в результате чего происходит окисление содержащегося вних элементарного Фосфора.Недостатком этих способов является дефицит и высокая стоимость пе 30 рекиси водорода, поэтому оцц це нашли промышленного применения.Наиболее близким по техи сеской сущности и достигаемому результату к описываемому является способ обез - вреживания Фосфорсодержащих сточных вод окислением кислородсодержзщцм газом при повышенной температуре 131.Способ основан на окислении содержащегося в сточных водах элементарного фосфора топочными газами с содержанием кислорода 6-16 в аппарате погружного -,прения прц 70-85 С.оНедостатками сгособа являются возможность полно окислить Фосфор лишь в разбавленных суспензцях с начальной плотностьюЯ1,06-1,1 0 г/см и сравнительно малой начальцои концентрацией Фосфора С( 0,15-0,20%.При работе с концентрированным шламом, Я 7 1,12-1,15 г/ем, содержащим более 0,25-0,30 фо.фора, суспензия становится слишком густой задолго до достижения полного окисления Фосфора, что объясняется большой скоростью испарения воды по сравнению со скоростью окисления Фосслора, Срав нительно полного окисления Фс ссрора можно достичь лишь возяратсм испарцв - шейся воды или ввс лом вс пс и. ве.Цельс изобретения является сокращение длительности процесса обезврекивания сточных вод и исключение вредных газовых выбросов в атмосферу. 25Поставленная цель достигается тем,что ввод кислородсодержащего газа осуществляют струей циркулирующих обезвреженных сточных вод,Процесс осуществляют следующим ЗОобразом,В полый реактор цилиндрическойФормы загружают до 2/3 высоты предварительно нагретую до температуры 5070"С сточную воду с содержанием элеи тарного Фосфора 0,01-5,00 и твердого остатка 0-356,Заполняют верхнюю часть реакторакислородом через линию подачи до заданного давления, которое поддерживают постоянным в течение всего процесса,С помощью насоса и внешнего трубопровода подвергают циркуляции частьобезвреженных сточных вод иэ нижнейчасти реактора в его верхнюю часть, 4Причем в верхнюю часть реакторавода поступает через струйнус форсунку, расположенную на осевой линииреактора и сопла, направленную на поверхность обезвреживаемой воды, нахо- Одящейся в реакторе, Скорость истечения струи из Форсунки должна бытьдостаточной для того, чтобы пробитьвесь слой воды, а соотношение диаметра струи к диаметру реактора должнобыть 1;30-1:45. Находящийся в надслойной области реактора кислородпри давлении 0,1-0,6 атм вводят струей циркулирующей обезвреженной водыв слой сточной воды. Кислород распределяется по всему объему реактора в 40виде мелких пузырей, Суспензия сточной воды при этом представляет собоймелкоячеистую пену с размером ячеек3-5 мм, обладающую высокоразвитойповерхностью контакта фаз. 65 Причем парциальное давление кислорода в смеси газов должно быть 0,1- 0,6 атм,. чтобы обеспечить полное окисление Фосфора.Испытания по обезвреживанию контрольного молока проводили на опытной установке,П р и м е р 1, В реактор высотой 1600 мм, с высотой надслойной области 700 мм, диаметром рабочей части 450 мм, диаметром надслойной области 700 мм, диаметром сопла струйной форсунки 11 мм заливаст 120 л котрельного молока, предварительно нагретого до 55 ОС, следующего состава,ве,Ъ; элементарный фосфор 0,65, твердый остаток 30, вода и водорастворимые соединения 69,35. Но для этого требуется длительное время процесса (около 2 ч) и большие энергозатраты на конденсацию воды. Медленное окисление фосфора объясняется тем, что при барботаже газа через слой шлама с помощью погружной горелки создается малая3 поверхность контакта Фаз ввиду образования больших пузырей газа, Установка же устройства для разбивания пузырей газа типа перфорированной решетки в данном аппарате может привес-ти к забиванию или зарастанию последней.Кроме того, данному способу сопутствуют газовые выбросы, содержащие токсичные компоненты (окислы Фос Фора,. соединения фтора и серы), поэтому для снижения из выбросов в атмосферу необходима установка очистки. газов, что приводит к дополнительным капитальным и эксплуатационным затратам. Интенсивное перемешивание, высокоразвитая поверхность контакта Фаз иприменение активного окислителякислорода при давлении создают благоприятные условия для быстрого и полного окисления Фосфора, при этомпродукты окисления переходят в раствор водной составляющей шлама,Температура процесса 50-70 оС выбрана с учетом зависимости скоростипроцесса окисления от температуры,энергозатрат на нагревание и корроэионной активности среды.Отношение диаметра струи циркулирующих обезвреженных сточных вод кдиаметру реактора оказывает большоевлияние на газонаполнение слоя обрабатываемой воды и соответственно наповерхность контакта Фаз, котораяявляется решающим фактором при осуществлении гетерогенных процессов.Экспериментально установлено,что при постоянной скорости истечения струи, достаточной для пробитиявсего слоя воды в реакторе, максимальное газонаполнение с сохранением режима получают при отношениидиаметра струи к диаметру реактора1:30-1:45,Давление кислорода подбирают сцелью обеспечения оптимальных условийокисления фосфора и упрощения технологии процесса, Поэтому для создания давления, близкого к атмосферному, используют инертные газы: азот,углекислый газ, либо смесь инертногогаза с кислородом, воздух. Котрельное молоко подвергают циркуляции насосом производительностью 86 л/мин, что соответствует скорости истечения струи из форсунки 15,1 м/с, В надслойной области реактора в течение всего процесса поддерживают постоянное парциальное давление кислброда, 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 анализа представлены в табл. 1,791629 за счет применения циклической 15 схемы продукты окисления фосФора остаются в воде и могут быть использованы после дальнейшей переработки обезвреженных сточньх вод, исключается также выброс токсичных компонентов в 20 атмосферу, последнее очень важно сэкологической точки зрения. 3035 Содержание элементарного фосфора в котрельном молоке, Ъ 0,65 0,15 0,05 0,02 0,006 0,002 0,0005 0,0002 Степень обезвреживания, Ъ 0 7 бк 90 92 к 30 96(90 99/10 99 г 70 99 г 90 99 ю 97 Т а б л и ц а 2 Время обработкикотрельного молока,мин 1520 30 Содержание элементарного фосфора в котрельном молоке, Ъ 2 к 11 О 35 009 Ок 02 0005 Ою 002 Ог 0004 Ок 0002 Степень обезвреживания, Ъ 0 83,40 95,70 99.10 99,80 99,90 99,98 399,99 Формула изобретенияСпособ обезвреживания Фосфорсодержащих сточных вод окислением кислородсо"ержащим газом при повы - шенной температуре, о т л и ч а ю в . 5 О щ и й с я тем, что, с целью сокращения длительности процесса и исключения вредных газовых выбросов, ввод кислородсодержащего газа осуществляют струей циркулирующих обезвреженныхсточных вод.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что процесс ведут при общем давлении кислородсодержащего газа 0,9-1,2 атм и парциальном давлении кислорода 0,1-0,6 атм,3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что ввод ккслородсодержащего газа осуществляют при отношении диаметра струк циркулирующих обезвреженных сточных вод к диаметру реактора 1:30-1:45. Источники информации,принятые во внимание прк экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 447359, кл. С 01 В 25/26, 07.12,72. 2, Авторское свидетельство СССР Р 548564, кл. С 01 В 25/02, 25,04.75. 3. Авторское свидетельство СССР Р 556113, кл. С 02 С 5/04, 25.04,75ВНИИПИ Заказ 9374/18 Тираж 1020 Подписное Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 П р и и 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.Ъ: элементарный фосфор 2,11, твердый остаток.12, вода и водорастворимые соединения 85,89.Полученные результаты представлены в табл, 2,Из табл, 1, 2 видно, что через 30-35 мин после начала процесса содержание элементарного фосфора в воде уменьшается до 0,0002 Ъ. Такое содержание элементарного фосфора в воде вполне удовлетворяет санитарным нормам.Для полного же обезвреживания котрельного молока с содержанием элементарного фосфора 1,97 Ъ способ"м, взятым в качестве прототипа, время процесса составляет 2 ч. Использование предлагаемого способа обезвреживания фосфорсодержащих сточных вод обеспечивает по сравнению с существующими сп" обами следующие преимущества:повышается экономичность процесса за счет того, что отпадает необходимость в газоочистном оборудовании и исключаются энергозатраты на испарение воды из шламов;применение активного окислителя - кислорода и высокоразвитая поверхность контакта фаз обеспечивает быстрое и полное окисление фосфора;