ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ АММОНИЙНОГО АЗОТА В УСЛОВИЯХ КОЛЕБАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ. Т.И. Кирьянова ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ АММОНИЙН. Очистка производственных сточных вод от аммонийного азота в условиях колебания концентраций
 Скачать 0.59 Mb.
|
|
2018 MASTER`S JOURNAL № 2 53 УДК 628.543.1 Т.И. Кирьянова T.I. Kiryanova Пермский национальный исследовательский политехнический университет Perm National Research Polytechnic University ОЧИСТКА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ АММОНИЙНОГО АЗОТА В УСЛОВИЯХ КОЛЕБАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ WATER TREATMENT FOR REMOVING OF AMMONIUM NITROGEN IN CONDITIONS OF CONCENTRATION VARIATION Объектом исследования данной статьи являлись сточные воды химической промышленности. Предмет исследования – методы предварительной очистки промышленных сточных вод от ионов аммония перед сбросом на биологические очистные сооружения промышленного предприятия. Цель данной статьи – рассмотрение и предложение оптимального метода и технологической схемы очистки сточных вод от аммонийного азота. Было выявлено, что наиболее подходящим методом очистки яв- ляется реагентный метод с использованием растворов тринатрийфосфата и хлорида магния. Пред- ложена технологическая схема предварительной очистки сточных вод с дозированием реагентов в зависимости от показателей кондуктометра с последующей механической очисткой. Ключевые слова: очистка, сточные воды, аммоний, реагентный метод, тринатрийфосфат, хлорид магния, аммонийный азот, технологическая схема. The object of investigation of this article is the wastewater of the chemical industry. The subject of the study is the methods of preliminary purification of industrial wastewater from ammonium ions before discharge to biological treatment facilities of an industrial enterprise. The purpose of this article is to consider and propose the optimal method and process scheme for wastewater treatment from ammoni- um nitrogen. It was found that the most suitable purification method is a reagent method using solutions of trisodium phosphate and magnesium chloride. A technological scheme of preliminary treatment of wastewater with dosage of reagents is proposed depending on the conductometer parameters followed by mechanical purification. Keywords: purification, waste water, ammonium, reagent method, trisodium phosphate, magne- sium chloride, ammonium nitrogen, technological scheme. Загрязнение сточных вод промышленными предприятиями является большой проблемой в сфере охраны окружающей среды, поэтому вопрос о предварительной очистке производственных сточных вод до сих пор оста- ется актуальным. Рассмотрим промышленное предприятие химической от- расли по производству минеральных удобрений непрерывного производства, 2018 MASTER`S JOURNAL № 2 54 которое отводит сточные воды на биологическую очистную станцию произ- водительностью 800 м 3 /ч. В частности, рассмотрим цех производства азотной кислоты с расходом сточных вод 100 м 3 /ч. Большую часть времени сточные воды соответствуют требованиям к качеству сбрасываемых сточных вод, но с периодичностью от одного раза в месяц до нескольких раз в год происходит повышение концентрации аммонийного азота до 1000 мг/л без изменения других показателей. Требования к качеству сточных вод, сбрасываемых на биологические очистные сооружения предприятия: Показатели Значения рН 8,0±0,2 NH4 + ≤ 230 мг/л Взвешенные вещества ≤ 30,8±5,2 мг/л Железо общее ≤ 0,53±0,09 мг/л Калий 9,7 мг/л Карбамид ≤ 20 мг/л Сульфаты ≤ 41,2±6,9 мг/л Хлориды 62,1±4,7 мг/л Очевидно, что в связи с этим требуются мероприятия по предотвраще- нию подачи сточных вод ненормативного качества на биологические очист- ные сооружения предприятия. Обзор существующей литературы [1] по данной тематике показал, что наибольшее распространение получили следующие методы очистки сточных вод от ионов аммония: – биологическая очистка, – хлорирование, – обратный осмос, – реагентный метод. Рассмотрим каждый из этих методов более подробно. Биологическая очистка. Аммонийный азот извлекается методом аэроб- но-анаэробной очистки за счет протекания реакции нитрификации – денит- рификации [2]. В аэробной зоне под действием кислорода аммонийный азот превращается в нитриты и далее в нитраты. В отсутствие кислорода нитриты и нитраты раскладываются на газообразный азот и кислород. Данный метод можно использовать только после практически полного окисления органики, иначе удаления азота не произойдет, так как органические вещества окисля- ются быстрее. К тому же для применения данного метода необходима посто- янная концентрация загрязняющих веществ [3], следовательно, в рассматри- ваемом случае он не подходит. Хлорирование. При данном способе очистки можно применять окисле- ние гипохлоритами щелочноземельных и щелочных металлов (например, 2018 MASTER`S JOURNAL № 2 55 NaClO или Ca(ClO) 2 ). При хлорировании удельный расход хлора составляет 6–15 мг/л. Наиболее целесообразно применение гипохлоритов, поскольку эта технология позволяет достичь качественной очистки, проста и безопасна. Химические реакции процесса [4]: 2NH 4 OH + 3NaClO = N 2 + 3NaCl + 5H 2 O, 4NH 4 OH + 3Ca(ClO) 2 = 2N 2 + 3CaCl 2 + 10H 2 O. Наиболее распространенным реагентом является гипохлорит натрия [5]. Однако по истечении 10 сут хранения реагента происходит потеря активного хлора, не более 30 % от начального содержания. Хлорирование приводит к образованию хлорсодержащих органических веществ, поэтому не применя- ется для очистки сточных вод с малой концентрацией ионов аммония. Обратный осмос. Обратный осмос – процесс, в котором с помощью давления растворитель проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, т.е. в обратном для осмоса направлении [6]. Вода с предприятия не сбрасывается в водоем, а по- ступает на биологические очистные сооружения, поэтому использование об- ратноосмотической установки для удаления ионов аммония до допустимых показателей является нецелесообразным. К тому же для использования дан- ного метода необходима предварительная очистка [7, 8]. Реагентный метод. Обработка сточной воды растворами хлорида маг- ния и тринатрийфосфата значительно снижает концентрацию аммонийного азота в воде [9]. Уравнение реакции: Mg +2 + РО 4 –3 + NH 4 + → MgNH 4 PO 4 ↓ + Н 2 О. Поскольку произведение растворимости MgNH 4 PO 4 равно 2,5·10 –13 , кон- центрация аммония зависит от концентраций фосфат-ионов и ионов магния и может быть определена по уравнению 4 4 2,5 NH Mg PO Концентрация фосфат-ионов зависит от рН раствора, а значит, концен- трация ионов аммония также зависит от рН раствора. Анализ рассмотренных методов удаления аммонийного азота показал, что наиболее оптимальным методом является реагентный, с использованием растворов хлорида магния и тринатрийфосфата, так как не требует предвари- тельной очистки сточных вод, может использоваться при колебании концен- траций. Остановимся на его рассмотрении более подробно. Зависимость концентрации ионов аммония от объема добавленного рас- твора хлорида магния и тринатрийфосфата представлена на рис. 1. 2018 MASTER`S JOURNAL № 2 56 Рис. 1. Зависимость концентрации аммонийного азота от объема добавленного раствора хлорида магния и тринатрифосфата При условии, что эффект очистки сточных вод реагентным методом не зависит от начальной концентрации ионов аммония, можно принять, что при добавлении 4 мл раствора реагентов к 200 мл сточных вод можно дос- тигнуть концентрации, равной 110 мг/л, которая удовлетворяла бы ПДК на сброс. Для очистки 100 м 3 сточных вод необходимо около 2 кг хлорида маг- ния с концентрацией 2 г/л и 4,3 кг тринатрийфосфата с концентрацией 4,3 г/л. В ходе реакции выпадает осадок – ортофосфат аммония-магния MgNH 4 PO 4 Это бесцветные нерастворимые в воде кристаллы с молярной массой 137,31 г/моль, разлагающиеся при нагревании. Данный осадок используется в качестве минерального удобрения. Для предложенной автором технологической схемы очистки (рис. 2) не- обходимо подобрать оборудование для анализа исходной воды, насосы- дозаторы, расходные и растворные баки, контактные резервуары и оборудо- вание для механической очистки. Рис. 2. Технологическая схема очистки сточных вод: КФ – картриджный фильтр; К – кондуктометр; НД – насос-дозатор; МО – блок механической очистки 2018 MASTER`S JOURNAL № 2 57 В момент пиковых концентраций ионов аммония остальные показатели остаются постоянными. Поэтому можно узнать момент максимальных кон- центраций с помощью кондуктометра, который определяет электропровод- ность воды [10]. Существует два вида кондуктометров – стационарный и пор- тативный. Для реализации предлагаемой схемы больше подходит стационар- ный прибор, который обеспечит управление насосом-дозатором для пропорционального дозирования реагентов. Промышленный стационарный кондуктометр устанавливается при расходе от 3 до 30 л/ч, при содержании взвешенных твердых частиц не более 6 мг/л. Мы допускаем, что концентра- ция взвешенных частиц находится в пределах максимально допустимой кон- центрации по взвешенным веществам в отводимых сточных водах на биоло- гическую очистку, т.е. около 30 мг/л, следовательно, перед кондуктометром должно быть установлено оборудование для тонкой механической очистки, например картриджный фильтр. Обзор методов удаления аммонийного азота из сточных вод показал, что для предварительной очистки высококонцентрированных вод перед сбросом на биологические очистные сооружения наиболее применим метод реагент- ной очистки. Предложена технологическая схема очистки сточных вод с пиковыми концентрациями, включающая этапы дозирования и механиче- ской очистки в зависимости от результатов анализа сточных вод. С учетом непостоянности концентрации аммонийного азота предложено осуществлять дозирование хлорида магния и тринатрийфосфата в зависимости от электро- проводности сточных вод. Указанная схема позволит обеспечить стабильное качество вод, отводимых на биологическую очистную станцию предприятия. Список литературы 1. Идрисов М.А. Интенсификация процессов удаления аммонийного азо- та на городских канализационных очистных сооружениях: дис. … канд. техн. наук / Пензен. гос. архит.-строит. академия. – Пенза, 2003. – 140 с. 2. Штриплинг Л.О., Туренко Ф.П. Основы очистки сточных вод и пере- работки твердых отходов: учеб. пособие / Омск. гос. техн. ун-т. – Омск, 2005. – 192 с. 3. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод: учебник для вузов. – М.: АСВ, 2004. – 704 с. 4. Аммоний-ион [Электронный ресурс]. – URL: http://ekotsentr.ru/ popup_menu.php?id=35 (дата обращения: 25.09.2018). 5. Очистка производственных сточных вод: учеб. пособие для вузов / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов; под ред. С.В. Яковлева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1985. – 335 с. 2018 MASTER`S JOURNAL № 2 58 6. Обратный осмос. Мембрана обратного осмоса. Очистка и фильтры об- ратного осмоса [Электронный ресурс]. – URL: http://oil-filters.ru/reverse_ osmosis_and_membranes/ (дата обращения: 25.09.2018). 7. Черкасов С.В. Обратный осмос. Теория и практика применения. [Электронный ресурс]. – URL: http://wwtec.ru/index.php?id=233 (дата обраще- ния: 25.09.2018). 8. Захаров С.Л., Володин А.Х. Современные проблемы очистки водных растворов обратным осмосом // Экологические системы и приборы. – 2014. – № 12. – С. 19–22. 9. Новый подход к очистке сточных вод и отработанных электролитов / Ю.П. Перелыгин [и др.] // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. – 2010. – № 2. – С. 54–57. 10. Аналитическое оборудование для физико-химического анализа жид- ких сред [Электронный ресурс]. – URL: http://www.td-anion.ru/catalog/ konduktometry.htm (дата обращения: 25.09.2018). Получено 26.09.2018 Кирьянова Татьяна Игоревна – магистрант, гр. ИС1-18-2м, строитель- ный факультет, Пермский национальный исследовательский политехниче- ский университет, e-mail: kiryanova251@gmail.com. Научный руководитель – Щукин Игорь Сергеевич, старший препода- ватель кафедры «Теплогазоснабжение, вентиляция и водоснабжение, водоот- ведение», строительный факультет, Пермский национальный исследователь- ский политехнический университет, e-mail: shchukin-is@yandex.ru. |