автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Очистка сточных вод, содержащих серицин, фенол, формальдегид и фурановые производные

Министерстпо науки, высшей школы и технической политики России нижегородский ордена трудового красного знамени архитектурно-строительный институт

На правах рукописи УДК 548.677.40.628.314.2

ИБРАГИМОВА Нальяна Давлятовн

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ вод, СОДЕРЖАЩИХ СЕРИЦИН, ФЕНОЛ, ФОРМАЛЬДЕГИД И ФУРАНОВЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ

Специальность 05.23.04 — Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

нижний новгород 1992

Работа выполнена в Нижегородском ордена Трудового Красного Знамени архитектурно-строительном институте.

Научный руководитель — Заслуженный деятель науки и

Научный консультант — кандидат технических наук В. В. Батаев.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор И. В. Скирдов. Кандидат технических наук, доцент В. И. Алексеев.

Ведущее предприятие—Государственный Проектный институт «Нижегородский Сантехпроект».

вета в Нижегородском ордена Трудового Красного Знамени архитектурно-строительном институте по адресу, г. Н. Новгород, 603600, ул. Краснофлотская, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского архитектурно-строительного института.

Автореферат разослан « » /%-сх^РЛЛ^сР

Ученый секретарь специализированного Совета

техники РСФСР, академик ИА

В. В. Найденко.

Защита диссертации состоится

.часов на заседании специализированного Со-

доцент, к. т. н.

Л. А. ВАСИЛЬЕВ

»..«м**]' ОБь'/Ш ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ . {^.у.-рг^цнй I

Актуальность теш. 3 последние пода все острее становятся .вопросы экологической оценки деятельности разлитых отраслей промышленности, предотвращения и ликвидации последствий ее влияния на окружающую среду. В наАей' стране предусмотрена широкая программа мероприятий по охране окружающей среда, з том числе по стро--итдльству новых , реконструкции и техническому перевооружению существ,утощих очистных сооружений, создания и внедрению производств, обеспечивающих снижение загрязнений в окружающей среде.

Имеется солидный опыт эксплуатация адсорбционных установок, однако, дальнейшее внедрение сдерживается отсутствием метода технологического расчета установок,, обеспечивающего прогнозирование эффективности очистки адсорбцией, при различном физико-химическом составе воды, а также различных конструктивных размерах аппаратов.

Мало сведений, по сорбционной очистке сточных вод кокономо-тальник'производств, содертащ/гх-свридин и кировосковые вещества и сточных вод содержащих фенол, формальдегид и фурановые производные.

Диссертация посвящена разработке принципиально новой технологии очистки сточных вод, подвергшихся техногенному загрязнении, исследованию и внедрении в производство бессточной технологии.Рекомендованные методы термического обезвреживания не нашли практического применения вследствие высокой стоимости термоскигания и токсичных газовых выбросов. Поэтому адсорбционная очистка дает возможность при небольших материальных затратах очистить стоки до • необходимых норч ПДС и использовать в системах оборотного водоснабжения. Научно-исследовательская работа проводилась по-плану валче№их НИР .Минлегпрома СССР, по теме 17-78-03 и Минхимпрома СССР, ?/н ^-0384860073, С-0583&600075.

Целью диссертационной работы является создание высокоэффен-

• тившвс, технически целесообразных и окоцожчески.выгодных систем адсорбционной очистки сточных вод кохоноаотальных производств и производств фанолоформальдегидаых и фурановых смол, d соответствии с поставленной цель*) решены слевуэдие задачи:

- проведен анализ современного состояния проблем очистки сточных водгокономотаяьннх производств фенолоформальдегидаых й фурановых сдал;

- изучены законойерноети изменения состава загрязнений сточных вод в зависимости особенностей технологического процесса;

' - разработаны лабораторная и пилотная установки- для проведения экспериментальных исследований с обоснованием принципов моделирования технологических процессов;

- обоснована методология экспериментальных исследований адсорбционных процессов в статических и динамических условиях, при этом выявлен л-учпий образец адсорбента;

- исследованы влияния различных 'факторов (температуры, концентрации, скорости потока, размер зерен) на процесс сорбции;

- разрабдтань. и рекомендована технологическая схема очистки ■ сточных вод кокономотальных производств;

- оптимизированы ЗШ технологические и конструктивные параметры адсорбционных систем очистки сточных в'од фенолоформальде-гидоых и фурановых смол на основе экономического критерия опти-дальности;

v . - разработана и внедрена полупромышленная установка по адсор-

бционной очистке сточных вод фенолоформальдегидаьк к фурановых смол;

- разработан технологический регламент на адсорбционную очистку сточных вод при производстве фурановых смол типа "йуритбл"..

Научная новизна работы заключается в следующем: • - впервые реализованы способы адсорбционной очистки сточных вод содержащих серицин н кировосковые ,всщ«стаа кококомотальтк

производств, а такле сточных вод содержащих фенол, (формальдегид и фурановие производные производства фенолоформальдегидных и фурано-вих смол;

- получены термодинамические функции изменения энергии адсорбции серицина и нировоскоьых веществ на коллактивите;

- разработана методология математической постановки и реиены ЭЗМ задачи оптимального проектирования систем очистки сточннх вод, содеруащих фенол, формальдегид и фурановие производив.

Практическая значимость работы в том, что з результате выполненных исследовании:

. - рекомендованы технически целесообразные и экономически выгодные^ технологические схема адсорбционной очистки про.'&шленных стоков кокономоталы'ых чехов, содержащих серицкн а хирочоскоЕые вещества и стоков производства фенолофорлальдегидных: и фуранопых смол, содержащих фенол, формальдегид и фурянэзне производные;

- рааработалний способ очистки . внедоен ьа опытном участке цеха № I Московского зааода пластмасс, экономический эффект составил 160 тыс.руб,

Апробация и публикация работы. Результаты исследования докла- ■

дыаались на (1аушо-технической конференции (г.Чирчкк, 1990, 1991п)

{ -

на Научно-техническом Cose те' (г.дергана, IÍ&4, 1985, I9&9 гг.), на производстаенно-гехническо.ч совещании (г.Ташкент, 1963,1365 гг.), на Научно-техническом совете (г.Ларгилан, I9fc0, J9BI гг.), на На-, учно-техническом семинаре (г;Дзержинск, I9b5, 1967 гг.). Основные результаты исследований опубликованы,в 10 печатных работах, защищена 3' авторскими свидетельствами,

, Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литература из 160 наименований и 7 приложений. Работа наложена на «¡ó? страницах машинописного текста, содержит 4Ь'рисунков, '4Ь таблиц. ,, ■ • "

о

С0ДЕР2АШЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен анализ существующих способов очистки сточных вод в легкой и химической лрошшяенностях, в юм числе производств кокономотания и фенолофорыальдегидкых и фурановых смол. Представлены технологические процессы связанные с образованием сточных вод, содержащие органические вещества. Приведены данные о технологических л конструктивных параметрах образования сточных вод производств кокономотания и феноло-формальдегидных и фураноьых смол. Установлено, что органические загрязнения содержат сточные вода после запарки, растряски и размотки коконов, а также при вакуумировании вовремя синтеза смол производства фенодоформальдегидных и фурановых смол. Существующие метода термического обезвреживания и биологической очистки сточках вод не обеспечивают требований санитарных норм. Адсорбционный способ при сравнительно небольших материальных затратах позволяет обезвреживать сточные вода с заданной эффективностью. Внедрение адсорбционного способа в промышленности сдерживается отсутствием данных для разработки технологических схем и аппаратурного оформления. Дм этого необходимы сведения по статике и динамике сорбции с рекомендованным адсорбентом коллак-тивитои, продуктом лигнина - отхода гидролизного производства, - влияние различных параметров на адсорбционную емкость коллаххи-вита. Одним из важнейших вопросов при реализации адсорбционной очистки коллактивитом данных стоков является выбор и обоснование оптимальных конструкций аппарата, реаим его работы и возможности инженерного расчета. Для этого необходимо располагать долол--нительшш экспериментальными данными по влиянии скорости потока, размера зерна, высоты слоя, температуры и концентрации раствора, 6 режимах параметров адсорбции.

■ , Вторая улайа посвящена экспериментальным 'исследованиям, ад-

сорбционной очистки сточных вод, содержащих различные органические вещества. Описаны использованные автором методики проведения ■ экспериментальных работ. В процессе проведения экспериментов основное внимание уделялось выбору наиболее эффективного и дешевого углеродсодеркащего адсорбента, определению активности адсорбентов в статических и динамических условиях. В результате исследований получена изотермические и кинетические зависимости, характеризующие накопление в сгочщх водах органических загрязнений, изменяя уровень активности адсорбентов, концентрации ком-потентов органических веществ в процессе' эксплуатации загрязненных сточных вод.

■Результаты экспериментальных исследований представлены в виде таблиц и графических зависимостей. На основе статической обработки экспериментальных исследований и выбора наиболее эффективного адсорбента. В процессе сорбции веществ из вода происходит уменьшение свободной энергии системы, предложено исдоль-* »

зование этой величины для прогнозирования эффективности извлечения растворенных веществ из сточных вод. ¡1аход>.сь в сточной воде серицин и жировосксшо вещества сорбируются на адсорбенте о различной силой, которую можно оцешгь уменьшением свободной энергии. На рисЛ приведены изотермы адсорбция серицина и жировоско-вых вецеств из водных растворов с использованием различных углв-родсодераааснх адсорбентов. Эксперименты показали, чю все изо-терш сорбции л.моюг выпуклы!! характер и, следовательно, могут оить описа!Ш уравнением. Лэнгаюра

Л Лов

А" 1+£(т)Ср .

На рис.2 изображены изотерш адсорбции оврицина (а)' и жи-

(

ровоскошх веществ (б) при начальной концентрации вредных примесей 1,5; 3; 4,5 1СГ4 кг/кг при гелшературе процесса 01 333 до 333 К. Рисунок наглядно доказывает ''на изменение • сорбциЁ от

А, кг/кг 0.71

0.15

3.0 4,5

'кг

Рис. 1 И10ТЕРМЫ СОРБЦИИ СЕМЦИНа (а) и отгоьосковы*

е.ЕШ.ЕстьСЗ') на алсорб^тс; ■ 1- КАП-йоды-, БАУ5 3- коллактиьит > 4- АР-з; 5- Скт-2; 6-яигни«-, 7~с«пь<?одголь.

1/т- ю\ к

¿■о

Д 5

Рис. I ДииЕМИРО&Анныи т<?ик ураьигния Ь (Т) 4>»€гуй-Г, попученный на оснобании аоаисимостн •утат '

и.5 С„-10,кг/хг

Рис. 2 За&исиность теплоты шсорвции «рицину (1) и ииро&осговых йещкть (2) от степени заполнения ацеорвбнта & интервале температур 293- гзак.

температуры и с ее ростом происходит уменьшение адсорбции более или менее равномерно при разяичшх концентрациях.

В таблице I приведены значения величин, рассчитанные по уравнению (I) лри адсорбции сершцша и жировосковых веществ. При этом уравнение (I) было линеаризовано в виде:

А кЖ1) Ср + А*> (2)

Постоянные¡А ~ё(Т) и ^«о были определены графически.

На рис.З представлена зависимость коэффициента от температура в цолулагорифязчесних координатах, которую можно представить в виде зависимости экспериментального характера

■ -4(т)-4.-<е~и/яг (3)

Таблица I

• Значение величин уравнения при адсорбции кодлактиватом

Температура процес са А с^ 1 4(7) &г4(т) 4с и. КДЕ^КМОЛЬ

АоО ■ -лг*

I , 2 3 4 " 5 6 7 8

293 313 333 353 0,97 1,28 1,65 2,32 1.0 0,78 0,61 0,43 сери 2,1. 2,9 З',62 5,25 ЦИК 4619 4414 4558 4419 8,44 8,39 8,42 8,39 4113 4113 4113 4413 292.3 182,2 276,9 205.4 ^

г яИроиосковыо вещества

293 . 313 333 353 . 1,42 1,65 1,95 2,55 0,70 0,61 1,54 0,39 2,1 ЗД ' 4,1 6,2 67Б2 5323 4756 4133 8,82 8,58 8,47 8,32 2984 2984 2984 2984 1987,5 1509,5 1301,2 939,1

__|_;_____;_

1

На рис.З 1звд1ю, что экспериментальные- точки укладываются на прямые, что указывает возможность использования зависимости уравне- ■

ния (3). Рассчитана общая энергия адсорбции ¿И по уравнению

Гиббса-Гельмгольца:

> л К = л Р +■ Та в (4)

. ' Величину изменения свободной энергии адсорбции аР рассчитывали ло уравнению , -

= 2Т~6п К ~ ЙТ-вп. ■ (5)

Изменение энтропии системы &5 определяли из соотношения _ д8 т -АР».,. , (6)

71 -Тц

Вычисленные до. уравнениям (4), (5)'и (6) термодинамические функции адсорбции серицина и жировосковых веществ на коллактивц-те приведены'в табл.2. Установлено, что во всех опытах при различных температурах процесса теплота адсорбции максимальна при малых величинах адсорбции и постепенно уменьшается ло мере заполнения фазы адсорбента, г.'е. сорбция парных порций серицина и жировосковых веществ протекает с большей энергией, чем дри больших концентрациях сорбируемых- веществ в растворе.

В результате проведенных исследований был сделан вывод о ' целесообразности применения данных уравнении при зависимости' температуры процесса при заполнении адсорбента адсорбтивом.

Дальнейшие исследования проводились в два этапа. Иа первом этапе выполнены лабораторные исследования, в задачу которых входило определение сорбциошшх свойств в статических условиях, оптимальных соотношений параметров сорбции в-динамических условиях. В качестве исследуемой сточной вода.использованы реальные зода кокономотальшх производств или производств фенолоформаль-1егидных и ^урановых смсл. Эффективность работы адсорбционной габораторной колонки оценивали по размерам зерна адсорбента, -зысоты слоя, концентрации и скорости потока, произ'водительнос-:и и коэффициенту выделения органических вецесгв.

Второй этап работы проводился на полупромышленном экслери-

гания загрязненного конденсата, заработал плата и транспорт.

Независим»:® церемонными является объем приёмного резервуара ( Лу» , м3), производительность насоса ( О.* , м3/ч), диаметр • адсорбционного аппарата (Фея , м), шеещие следующие ограничения 4 м3 £ < 12 и3; 3 й»'* 6 м3/ч; I <$>«»<£■ 2 м., , Задача оптимизации, как задача нелинейного програмлшровашш-минимпзировать нелине&^ую фикцию при линейных и нелинейных огра-иичениях. .

Поиск на ЗВМ глобального экстремума целевой функции осуществлялся комбинированием методов случайного и направленного поиска. Реализация решения задача осуществлялась на ЭКЛ ЕС-1022. Црограм- • -ма каписана на алгоритмическом языке "ФОРТРАН". '

На печать Эз;Д выдаются конструктивные и технологические параметры всех элементов системы при минимальном значении годовых •приведенных затрат»

В шестой главе дредстзвлеш результаты исследований внедренных в производство. Исследования- на стендовой установке подтвердили практически все закономерности процессов адсорбционной очистки сточных вод кокономоталыых производств и производств феполо-формальдегидннх и фурановых смол. Приведено описание технологической схемы очистки сточных вод рекомендованной для очистки стоков кокономотальных производств (рис.5). Заходящая из производствен-■ них помещений сточная вода усредняется в сборнике (сб-1), затем через напорную емкость (£ -X) направляется в отстойник (б -2), . где происходит оседаний взвесей со'скоростью 4,5-5 тфтп и вывод осадка на центрифугу (!} -I). Осадок 'после центрифугирования * в количестве 3-5 кг на I ;.ч3 сточкой вода, направляется в утилизах Ьр (сб—3) к складируется дан удобрения:. Отделенная вода от , осадка возвращается з усредаигаль (сб-1). Б адсорбционный аппарат ( А -I) сточная вода допадаег.аз огстоыижа (£ -2) сверху вниз.

Рис.5 Схема локальной .очиши сгочных sos коконодоальод« орониолста- >

«tcioMwx ciowwn мл-, Z-4íHttose«»>iS покос, 5-и<мо?иая sm«icti>;4,,41-октойща«ч; 5, 5- ценТР«*чга ¡ е-свормик »оды юсле ц«итРичаги; 7,, 7,-Сботии* «rxonoe; 8,, в г' адсьрэбры. S-ткосгъ соллноЛ кислоты; ю-ехкость спабогацчои кисяаты; 1-Ь сборник кислот «осле центрифуги; й- емкость очищение* &oS¡ 15- песта ус-

ТОНОКЦ КОНТРОЛЬНО- ИЗМЕРИТЕЛЬНОМ üMVQf*OTl*pW.

^ пром&аовста-*

4'Ьа««м-носое,» I-Cíowhr сгачиоцюаы; i-мспорха» еикостъ; 4 4t-anco¡>etj>bii 5S-pe*®P4uop счнцеммых »оя, G-TtnnooBnsnn**í 7-сваеи*ч *омл*1«сата; о-скзрни* ацЬтоиа) «»»тро*»*"»1» «жоеы-, 1ü- xtrri •»стало»«« юитроныю-

«аксрйтаяъивй Ьюо|б]т4ры.

Пройдя слой ксшангивига очищенная вода собирается в емкости ( 6 -4)..По мере насыщения слоя адсорбента органическими загрязнениями в адсорбере (A-I), подачу сточной вода переключают на второй адсорбер (А -2), а первый переводят на регенер($цию. Регенерацию адсорбента проводят 6-8 % раствором соляной кислоты, которую подают из сборника (сб-4) сверху вниз.'Раствор кислоты пройдя слой адсорбента собирают в сборнике.(сб-5), затем направляют на центрифугу, где происходит отделение осадка от кислой вода. Осадок после центрифугирования направляют в утилизатор (сб-7), а кислая вода через сборник (сб~6) насосом (Н -2)' возвращают в сборник (сб-4) с соляной кислотой. Рекомендуемый адсорбционный' аппарат: общая высота аппарата 3,9 м, диаметр аппарата 1,5 м-, загружен коллактиви-том, объем загрузки коллактивига '3,57 м3 (1590 кг). Динамическая активность коллактивита от массы загрузки составляет 6 %. Указанный вес коллактивига улавливает 95,4 кг органических загрязнений. Очищенную и умягченную воду возвращают доя технологических нудц 'коконодагального производства. Приведено описание полупромышленной адсорбционной установки очистки сточных вод, производства фе-нолофориальдегидных и фурановьос смол (рис.6). Сточная вода из вакуум-насоса'X собирается в сборнике,2, из сборника насосом 9 в напорную емкость 3, откуда самотеком снизу вверх Направляется ' в адсорбер , 4g. Сточная зода пройдя слой коллактивига очищается и отводится в сборник 5, затем насосом 9g подается а оборотный цикл в вакуум-насос I. Обработанный коялактивит после загрязнения регенерируется ацетоном, затем водяным паром при температуре 120-130 °С. Образованный конденсат додается в теплообменник 6, откуда направляется- в сборник 7 и насосом ■ на повторную очистку . в' сборник 2. Детали аппарата и адсорбционная установка изготавливались на основании выполненных автором рекомендаций, рабочих схем и чортеаой; Рекомевдозанизя адсорбционная установка обеспе-

чивает следующий эффект очистки концентрация фенола не превышала 0,001 мг/л, формальдегида .0,05 мг/л, фурановые производаые отсутствовали. Производительность установки 12-18 м3 сточной воды на одау тонну продукции. Годовой экономический эффект от внедрения составил 100 тыс.руб/год.

Основные вывода

1.( Разработана и предложена.адсорбционная схема очистки сточных вод'кокономотальных производств, до степени,'позволяющей повторно использовать для технических нужд производства и сточных вод производств фенолформалъдегидных и фурановых смол до степени, позволявшей сбросить воду о горкаьализацио.

2. Получены изотермическая и кинетическая зависимости, характеризующие накопление в сточных водах органических загрязнений, изменяя уровйнь активности адсорбентов.

3. Показана/целесообразность применения апсорбционного способа очистки коллективитом с одаовременным умягчонием сточной вору кодономотальных цехов.

4. Определена степень'влияния основных факторов на динами-ческуо активность коллактивита: размер'зерен, скорость потока, начальная концентрация, высота слоя, температура. Установлена форма 'критериального уравнения для расчета коэффициента данами-ческой активности и адсорбционной емкости коллактивита.

5. Математически поставлена и решена на ЭЗМ'задача оптимизации конструктивных и технологических параметров очистки сточ-

. кых вод фенолоформальдрридных и фурановых смол. Задача поставлена как задача-нелинетюго программирования. Критерием оптимальности является функция годовых приведенных затрат.

6. Испытаны и внедрены ь производство полупромышленные технологические схимы очистки коллактизитои сточных вод цехов фено-

лоЛор¿Альдегидах и фурановмх смол, обеспечивающие'.обезвреживание

••npwiftcfifi до норм аодооборотннх систем и требований технояогичес-. ких процессов.

7. Годовой экономический эффект от внедрения результатов ' исследований по полупромышленной установке очистки сточных вод

производства фенолоформальдегидных и фурановнх смол составляет

160 тне.руб. • .

Основной сорертчание диссертации опубликовано а слелующик работах:

1. A.c. Щ II2266I5.CCCP, ГШ С02 Г/28 Способ очистки кислых сточных вод ДЗ.З.НаЯденко, Л.И.Бедаова,. Н.Д.Ибрагимова..-

_ Опубл. в Б.И., 1984, »» 41.

2. A.c. к ,483412, СССР, МКИ С08 45/14, С09К 3/10. Замазка водостойкая для галакоситалла Д.М.Йаматов, Л.М.Камышева, Н.Д. Ибрагимова. - Публ. а Б.И., 1975, № 33.

.3. A.c. 730653, СССР, № С04 25/02 /Н.Г.Кудояров, а.Г.Хозин, Н.Д.Ибрагимова. - Опубл., .I960, 16.

4. Ибрагимова Н.Д, Исследование коагулирующей способности химических реагентов для очистки сто.чных вод. - //Шелк. - 1981, и 2. - С.29-31.

5. Найденко ¿3.3,, Ибрагимова Н.Д., Еатаев ¿J.jlJ. возможности умягчения вода в текстильной промышленности отходами гидролизного

^ производства. - //Шелк.,'- 1962, - »f> I. - С. 19-21..

6. Салимоэ З.С., Еатаев d/3Ибрагимова Н.Д.'Использование адсорбционного метода в 'комплексной очистке сточных вод от серицит и жировосковых веществ. - Ташкент; Докладу АН Узб.С(^Р, 1986, 9. - С.36-38.

\ 7. Еатаев В.3,,' Ибрагимова Н.Д. Адлорбционная очистка сточных

вод после вакуум-насоса при получении связующих пля литейного производства "Фуритол-30"- и "Фуритол-68" »// Хим.пром-сть; экспресс-информ. /ШИТЭХИМ. Сер. Охрана окружающей среда и очистка пром.выбросов. - 1988. - ¿ыпЛ. - С.4-7.

8. Ибрагимова Н.Д., Салимов З.С., Еатаев d.d. Анализ экономично-, , кой эффективности очистки сточных вод в производстве фурановьк связующих // Узбек.-'.им.журн.1988. - № 6. - С.43-45.

• 9. Салимов З.С., Батаев 3.Ü., Ибрагимова Н.Д'. Адсорбция серицина и яировоскозых веществ на углеродсодержащем адсорбенте // Узбек. хим.журн. - 1988. - № 4. - С.56-59.

10. Ибрагимова ратаев в.З., Залиуллина Ф'.А. Технологический

регламент на адсорбционную очистку сточных вод после вакуум-насоса при производстве связующих типа "Фуритол". - Тр'.№ 173/ ■ /НПО "Пластмассы". М.: 1986. - 28 с.

. 'Подписано к'печати 17.01.92.Бумага газетная, ф.60х90 I/I6.

Печать офсетная. Уч.изд.л. 0,9. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 120 экз. ' Заказ » /_/ ..

Ротапринт. Участок Нижегородского архитектурно-строительного института. 603600, Н.Новгород, Краснофлотская, 65