Статья о методах очистки вод шламового хозяйства доменных печей от аммиака. Аммиак один из опасных загрязнителей воздушной среды

Известен способ удаления аммиака распылением сточных вод в атмосфере с применением сжатого воздуха. Распыление сточных вод производится при выбранных атмосферных условиях с целью достичь наиболее полного изменения фазового состояния воды.

Известен комбинированный способ физико-химической и биологической очистки хозяйственно-бытовых вод, в котором после электрокоагуляции, отстаивания, фильтрации аммиак удаляется отдувкой и струйной аэрацией в две стадии (патент РФ № 2013382, 1994 г.).

Отдувка аммиака в атмосферу предусматривается и на конечной стадии микробиологической очистки водных стоков животноводческих комплексов (патент РФ № 2067967, 1996 г.).

Известен метод удаления аммиака и сероводорода обработкой вод серной или азотной кислотой до рН 3. Операцию проводят под давлением в атмосфере инертного газа с последующим удалением аммиака и сероводорода в отгонной колонне (патент РФ №2078054, 1997 г.).

Известен способ  удаления аммиака биологической нитрофикацией сточных вод под давлением, с подачей кислорода (заявку РФ № 97107174, 1999 г.).

Описан способ биохимической нитрофикацией и денитрификацией при рН 6.5-7.0 нитратами и/или нитритами с последующим нагреванием воды (патент РФ №2136612, 1998 г.). Таким приемом достигается высокая степень очистки сточных вод от аммонийного азота.

Недостатки приведенных способов: высокая трудоемкость и затратность предложенных способов дезаминирования вод, связанных с отдувкой, или нагреванием, или упариванием стоков, или с изменением кислотности сточных вод.

Целью авторов статьи является разработка простого и экономичного способа удаления аммиака и аммонийного азота из водных стоков, в частности, из вод шламового хозяйства металлургических производств.

Поставленная задача достигается внесением в сточные воды, в частности, в сточные воды шламового хозяйства металлургических производств, формальдегида при рН 9-11, в весовом соотношении аммиак – формальдегид 1:12,4, после чего удаляют продукты конденсации аммиака с формальдегидом коагуляцией.

Сущность проведенных экспериментов состоит в том, что в щелочной среде (среднестатистическая кислотность среды вод шламового хозяйства металлургических производств - рН 9-11) формалин связывает аммиак в азометин (СН2=NH), который легко полимеризуется в нерастворимые в воде олигомеры -[СН2-NH]n- и (СН2)6N4. Последние удаляют из солевого раствора реагентами водоподготовки: смесью коагулянта с флокулянтом – в случае внесения формалина перед водоподготовкой, или же после водоподготовки - электрокоагуляцией. В качестве реагентного коагулянта используют оксихлорид алюминия (ОХА), а флокулянта -  модифицированный «Праестол-2530», а электрокоагуляцию осуществляют с помощью электролизера с растворимыми железными электродами.

Эксперименты производились на пилотной установке в нескольких вариантах, как часть разработки общей технологической схемы очистки промывных вод дымовых газов доменных печей.

Варианты экспериментов иллюстрируются следующими примерами применения способа:

Пример 1. Внесение формалина перед водоподготовкой.

В щелочную воду шламового хозяйства доменной печи (рН-9,35) вносили последовательно, из расчета на 1 л обрабатываемой воды, содержащей 0,1613 г аммиака,   5 мл 36 % формалина (2 г формальдегида – в пересчете на формальдегид). Это количество формальдегида эквивалентно соотношению аммиак: формальдегид в весовых частях как 1:12,4) и реагенты водоподготовки для удаления взвешенных частиц и увеличения электропроводимости стока: коагулянт с флокулянтом – смесь 1 % оксихлорида алюминия (ОХА) с 10 мл 0,1 % модифицированного флокулянта  «Праестол-2530» и 50 мл 4% хлорида натрия. Пульпу с хлопьевидной взвесью переливали в вертикальный отстойник. Осветленный водный слой фильтровали через нейтральный фильтрующий материал марки ПНС (ф. 1). После удаления взвесей, осветленный сток подавали в электролизер с железными электродами (электрокоагулятор). Электрокоагуляцию вели при плотности тока 1,1-1,5 А/дм2 в течение 6,5 минут.

Солевой раствор отстаивали и фильтровали (ф. 2). Анализ пробы констатировал полное отсутствие в водной растворе аммиака (см. табл., проба 1).

В последующих примерах количество вносимых реагентов: формалина, коагулянта (ОХА), флокулянта, хлорида натрия на 1 литр обрабатываемой воды, а также плотность тока на электродах и время обработки его – не менялись.

Пример 2. Внесение формалина перед водоподготовкой с изменением кислотности стока перед электрокоагуляцией.

Исходная кислотность стока рН 9,3.

Внесение формалина и водоподготовку проводили, как в примере 1, но перед электрокоагуляцией сток подкисляли 10 % соляной кислоты до рН 6,5. После электрокоагуляции раствор фильтровали (ф. 2). В анализируемой пробе аммиак отсутствовал (табл., п. 2).

Пример 3. Внесение формалина после водоподготовки.

Исходная кислотность стока рН 9,4-9,5.

Формалин и хлорид натрия вносили в очищаемую воду после водоподготовки, непосредственно перед электрокоагуляцией при рН 9,4.

После электрокоагуляции следовали отстой, фильтрация (ф. 1), дополнительная реагентная коагуляция ОХА и флокуляция праестолом, фильтрация (ф. 2). Присутствие аммиака в исследуемом растворе не обнаружено (табл., п. 3).

Пример 4. Внесение формалина до водоподготовки.

Опыт проводили так же , как в примере 1, при рН 9,2 исходного стока, но на последней стадии, после электрокоагуляции, отстоя и фильтрации (ф. 2) раствор подвергали электроокислению на электролизере с графитовыми электродами при плотности тока 1,2-1,5 А /дм2 в течение 5 мин. Раствор фильтровали      (ф. 3). Аммиак в пробе не обнаружен ( табл., п. 4).

Пример 5. Внесение формалина после водоподготовки и электрокоагуляции, с последующей коагуляцией и электроокислением.

Очистку шламовой воды осуществляли при исходном водородном показателе воды рН 9,1 в следующей последовательности: водоподготовка, отстой, фильтрация (ф. 1), электрокоагуляция, отстой, фильтрация (ф. 2), внесение формалина, реагентная коагуляция смесью ОХА и праестола, отстой, фильтрация (ф. 3), внесение хлорида натрия и щелочи  до рН 11, электроокисление на графитовых электродах, фильтрация (ф. 4) . В пробе аммиак не обнаружен (табл., п. 5).
 
.

Пример 6. Внесение формалина до водоподготовки.

Опыт проводили по аналогии с примером 1, но щелочь  вносили в воду до рН 11,5-12 перед электрокоагуляцией.

В пробе аммиак не обнаружен (табл., п. 6).

Пример 7. Внесение формалина до водоподготовки с последующим окислением воды реагентным окислителем.

Исходная кислотность потока 9,3. Внесение формальдегида и водоподготовку  проводили как в примере 1, но, после фильтрации (ф. 1), водный поток  подкисляли 10 % соляной кислоты до рН 2,4 и окисляли 50 мл 40 % гипохлорита натрия. Раствор нейтрализовали  щелочью до рН 7,3 и фильтровали. Аммиак в пробе не обнаружен (табл., п. 7).

Таблица

Анализ проб дезаминирования промывных вод шламового хозяйства доменных печей формалином

Как видно из таблицы, предлагаемый способ дезаминирования сточных работает при внесении фомальдегида как до, так и после водоподготовки стока.

Из патентной и научно-технической литературы не известен способ удаления аммиака и аммонийного азота из вод шламового хозяйства металлургических производств формалином, с последующим удалением продуктов конденсации аммиака с формалином коагуляцией.

Применение предлагаемого способа позволит:

- сократить число технологических операций по очистке вод и удалению аммиака и аммонийного азота;

- упростить и значительно повысить экономичность процесса,

- снизить техногенную нагрузку на окружающую среду.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано для удаления аммиака и аммонийного азота как из вод шламового хозяйства доменных печей металлургических производств, так и для удаления аммиака из других водных щелочных стоков.

Ю.А. Седов, Ю.А, Парахин, С.А. Майоров
Орловский государственный технический университет, г. Орел, Россия

www.newchemistry.ru