Способ очистки сточных вод

 

Изобретение относится к очистке сточных вод путем их распыления и испарения в потоке газа-носителя и позволяет повысить степень очистки за счет выделения загрязнений в виде кристаллов солей или гидратов . Сточные воды распыляются и испаряются в потоке инертного газа-носителя. Образующийся водяной перегревается в теплообменнике очищенной и сжатой парогазовой смесью путем ее охлаждения ниже температуры точки росы, в результате чего примеси выпадают в виде твердого остатка и отделяются. При отношении парциального давления газа-носителя и общего давления смеси 0,2-0,8 и при общем давлении очищенной смеси 3-20 бар устанавливается оптимальная область для осуществления способа. Предпочтительно перед отделением твердого остатка твердые частицы коагулировать, а очищаемую смесь подогревать до температуры выше температуры разложения по меньшей мере одного гидрата, содержащегося в смеси. 3 з.п ф-лы. 2 ил (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 С 02 F 1/12.ji4 QA

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕ НТУ (21) 3805259/26 (22) 12,10,84 (31) P 3337360.4 (32) 14,10.83 (33) DE (46) 23,06,92. Бюл. N 23 (71) Форшунгсцентрум Юлих ГмбХ и ДР. Георг Калавритинос (DE) (72) Николас Иниотакио, Вернер Фрелинг.

Георг Калавритинос и Клаус Бендикт фон дер Декен (DE) (53) 66.048.541(088.8) (56) Патент США ¹ 3469617. кл, 159 — 47, 1969. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД (57) Изобретение относится к очистке сточных вод путем их распыления и испарения в потоке газа-носителя и позволяет повысить степень очистки за счет выделения загрязИзобретение относится к очистке сточных вод посредством выпаривания в потоке газа-носителя и удаления образующегося при этом остатка.

Цель изобретения — повышение степени очистки за счет выделения загрязнений в виде кристаллов солей или гидратов.

На фиг.1 представлена технологическая схема установки для очистки сточных вод по предложенному способу; на фиг.2 — графики температуры насыщения в зависимости от общего давления Pt и отношения парциального давления газа носителя Р, ь к общему давлению Р .

Вода, подлежащая очистке, с помощью насоса 1 по напорному трубопроводу 2 направляется в установку 3 для предварительного нагревания, Установка 3 предварительного нагревания выполнена в. Ы, 1743352 АЗ нений в виде кристаллов солей или гидратов. Сточные воды распыляются и испаряются в потоке инертного газа-носителя.

Образующийся водяной прр перегревается в теплообменнике очищенной и сжатой парогазовой смесью путем ее охлаждения ниже температуры точки росы, в результате чего примеси выпадают в виде твердого остатка и отделяются. При отношении парциального давления газа-носителя и общего давления смеси 0,2 — 0,8 и при общем давлении очищенной смеси 3 — 20 бар устанавливается оптимальная область для осуществления способа. Предпочтительно перед отделением твердого остатка твердые частицы коагулировать, а очищаемую смесь подогревать до температуры выше температуры разложения по меньшей мере одного гидрата, содержащегося в смеси. 3

3.и. ф-л ы. 2 ил. виде противоточного теплообменника. В качестве нагревающего тела в установке 3 служит конденсат протекающий по трубопроводу 4. Конденсат прокачивается через установку 3 с помощью насоса 5 для конденсата.

Вода, подлежащая очистке, после первичного подогрева в установке 3 по трубопроводу 6 подается в испаритель 7 и там посредством устройства 8 распыляется в потоке газа-носителя и впрыскивается непосредственно в поток газа с помощью сопла.

Поток газа-носителя направляется по трубопроводу 9 в испаритель 7. Расположение сопла на входе 10 испарителя 7 приведено схематично. Необходимо обеспечивать, чтобы вода с потоком газа-носителя поступала в испаритель 7 только в тонко распыленном виде. Вместо распылительного сопла могут

1743352

10

40

55 быть использованы другие средства распыления жидкости. Очень однородное распределение достигается при образовании тумана.

В испарителе 7 смесь из газа-носителя и воды, поступающая на вход 10, подогревается до температуры, которая лежит выше температуры насыщения водяного пара в смеси газ-носитель — водяной пар. Температура насыщения зависит от общего давления Pt в смеси газ-водяной пар. а также от соотношения между парциальным давлением газа-носителя Р,ь и общего давления Pt, Зависимость температуры насыщения (соответственно температуры точки росы) от общего давления Рг и от соотношения

Р ь/Р приведена на фиг,2, Чем выше выбрано общее давление Рг и чем меньше соотношение Р ь/Pt, тем больше воды при одинаковом общем давлении Р впрыскивается в поток газа-носителя и тем выше лежит температура насыщения.

Для создания свободного от водяных капель состояния смесь из газа и водяного пара перегревается по меньшей мере на

15 — 20 С вышетемпературы насыщения. Если для этого недостаточно тепла. имеющегося в наличии в иопарителе 7, то смесь может быть нагрета до требуемой температуры в перегревателе11, подключенном последовательно с испарителем 7.

Работа перегревателя 11 обеспечивается с помощью обводной линии 12, проходящей параллельно трубопроводу 14, идущему от выхода 13 испарителя 7 к отделителю 15.

Перегретая смесь. состоящая из газаносителя и водяного пара. па трубопроводу

14 подается в отделитель 15. Последний пригоден к работе с такими веществами, которые остаются при испарении водной составляющей в потоке газа-носителя и содержатся в смеси из газа-носителя и водяного пара в виде твердых частиц. Таким образом, отделитель выбирается.в соответствии с требуемой степенью очистки и имеет удовлетворяющее требованиям качество фильтрования, Примеси, остающиеся в виде твердых частиц, могут быть удалены в зависимости от примененного фильтрования с очень высокой степенью очистки.

Параллельно с трубопроводом 14 имеется другая обводная линия 16. связанная с редуктором 17 давления. Действие обводной линии 16 предусмотрено для случая, когда перегрев смеси, состоящей из газаносителя и водяного пара, недостаточен для получения свободного от водяных капель состояния и нет дешевого источника тепла, обеспечивающего его дополнительный подвод в перегреватель 11. что позволяет осуществить экономически выгодное ведение процесса, В качестве отделителя 15 служит камера, в которой происходит отклонение потока газа-носителя. Выделяющиеся из смеси твердые частицы собираются на дне 18 отделителя 15 и оттуда непрерывно удаляются с помощью отсасывающего устройства 19, Очищенная смесь из газа и водяного пара, отводимая из выхода 20 отделителя

15, возвращается в качестве теплоносителя в испаритель 7 для регенерирования тепла.

Смесь газ — водяной пар забирается по всасывающему трубопроводу 21 из отделителя и сжимается компрессором 22, так что при охлаждении и отдаче тепла подлежащей очистке газопаровой смеси водяной пар конденсируется при температуре точки росы, которая лежит выше температуры насыщения водяного пара в очищаемой смеси.

Тепло, получаемое при конденсации очищенной водной составляющей, переходит таким образом к очищаемой смеси газ— вода соответственно газ — водяной пар, Если разность. полученная за счет компрессии, между температурой точки росы с одной стороны и температурой насыщения с другой стороны недостаточная для того, чтобы получить свободное от капель воды состояние очищаемой смеси газ — водяной пар, то сжатая газопароводяная смесь может нагреваться в дополнительном подогревателе 23. Последний присоединен с помощью обводной линии 24 к напорному трубопроводу 25 компрессора 22. В качестве источника тепла для подогревателя 23 также как и для перегревателя 11 могут использоваться отходы тепла или тепло, получаемое путем преобразования солнечной энергии. Чем сильнее сжата очищенная смесь, тем меньше требуется дополнительного нагревания смеси в нагревателе 23 для того, чтобы получить состояние очищаемой смеси, свободное от водяных капель. От нагревателя 23 соединительный трубопровод

26 ведет к испарителю 7, который выполнен в виде трубчатого котла с трубами, по которым протекает охлаждающаяся в испарителе сжатая смесь газ — носитель — водяной пар, Сжатая смесь газ — водяной пар охлаждается ниже температуры точки росы водяного пара в смеси. Образовавшийся при этом конденсат по трубопроводу 4 отводится к установке 3 предварительного нагревания в то время как оставшийся газ-носитель через отвод 27 направляется в кругооборот к входу 10 испарителя 7. Давление в газе-носителе с помощью регулятора 28 давления устанавливается на давление в трубопрово1743352 де для газа-носителя 9. На входе 10 испарителя 7 в поток газа-носителя заново вводится вода, подлежащая очистке. Если, например, в описанной установке производят очистку сточных вод, содержащих 5

NiS04, то NiS04 может быть извлечено или в виде сухой соли или в виде гидрата NISO<

+ 6Hz0. Для гидрата свободная энтальпия реакции ЛН и энтропия Л S реакции составляет: 10

NiS04+ 6HzO-.NiS04 6HzO; д Н = -85,80 кал/моль; д S = 213,23 кал/моль.

Исходя из этого требуемое парциальное давление водяного пара Рн 2 о для о6- 15 разования гидрата определяется из отношения:

PHzo = I I (6ap) для

P pzp =2,42 бар при Т= 150 С;

Р н2 o = 5,17 бар прл T = 170 С.

Если в смеси газ — носитель — водяной пар общее давление Pr = 6 бар и в газ-носи- 25 тель поступают сточные воды, содержащие

NiS04 при тонком распылении пока соотношение Psch/Pf не достигнет 0,5. то парциальное давление P pz p сточных вод составит 4 бар. Этому парциальному давле- 30 нию соответствует с учетом приведенных выше величин в качестве температуры образования для NiS04 6Н20 температура, равна 165 С. При температурах в смеси газ-носитель — водяной пар выше этой тем- 35 пературы в смеси остаются частицы твердого вещества, состоящие из сухой соли

Ni S04.

Если производится очистка сточных вод, содержащих NiCI. то так же имеется 40 возможность извлечения ухой соли NiClz или гидрата NiCIz 2ÍzO. Для образования гидрата требуется парциальное давление водяного пара — 6958 5 45

Р нг о = 5 1806 19 (бар).

Отсюда следует

Р н2о = 3,716 бар при Т = 150 С

Р н2 о = 6,529 бар при T = 165 С.

Если общее давление в смеси. состоящей из газа-носителя и водяного пара, устанавливается на уровне 8 бар и принято соотношение Psch/Pf = 0,5, то температура образования гидрата NiCIz 2Hz0 составит более 153 С. При более высокихтемпературах можно в соответствии с этим расчетом из смеси выделить сухие частицы соли NiClz, Установка 3 предварительного нагревания может быть отрегулирована таким образом, что подлежащее очистке количество сточных вод подается в поток газа-носителя при температуре 60 С и выше. Поток газаносителя и подаваемое количество сточных вод согласуются между собой таким образом, что в смеси, состоящей из газа-носителя и водяного пара, соблюдается соотношение парциального давления газаНОСИтЕЛя Psch К ОбщЕМу даВЛЕНИЮ Р В ПрЕделах 0,2 — 0,8. При соотношении давлений

Psch/Р = 0,4 и общем давлении Р = 5 бар температура насыщения водяного пара составляет 130 С. Для достижения свободного от водяных капель состояния требуется перегрев смеси по меньшей мере на 1520 С выше температуры насыщения. Если сходить из того, что для этого перегрева в испарителе 7 необходима разность температуры в 20 С между сжатой очищенной смесью газ-носитель — водяной пар, применяемой в качестве нагревающего тела, и подлежащей очистке смеси, то следует сжать очищенную смесь при равном соотноШЕНИИ ДаВЛЕНИй Psch/Pf бЕЗ ДОПОЛНИтЕЛЬного перегрева в подогревателе 23 до общего давления 14 бар. С учетом теплопередачи в испарителе в целом общее давление устанавливается в пределах 3 — 20 бар, При низкой компрессии для достижения свободного от капель воды состояния смеси необходимо дополнительное нагревание сжатой смеси в пъезонагревателе 23. Альтернативой может быть или комбинация всех других названных выше мероприятий для надежного достижения свободного от капель воды состояния или представляется возможным снижение общего давления в смеси газ — водяной пар еще перед отделением твердых частиц в редукторе 17 давления. Последний выполнен в виде вихревой камеры для того, чтобы коагулировать частицы твердого вещества при использовании адгезии. Из перегретой смеси газ — водяной пар осаждают в отделителе 15 содержащиеся в смеси твердые частицы. Из отделителя отводится очищенная смесь.

В качестве газа-носителя используют гелий, аргон, азот, воздух и другие газы. которые не вступают в реакцию ни с водой, ни с содержащимися в сточных водах подлежашими удалению веществами, Для уменьшения расхода энергии на компрессию и нагревание очищенной смеси необходимо оптимизировать область рабочих параметров, При отношении Р„ /Рг в пределах 0,2 — 0,8 при общем давлении 3 — 20 бар и температурах ниже 220 С может быть установлена оптимальная область для осуществления предложенного способа.

1743352

45

55

Формула изобретения

1. Способ очистки сточных вод. включающий тонкое распыление воды в потоке газа-носителя, ее испарение с последующим перегревом в теплообменнике за счет подвода теплоты от отведенной, очищенной и сжатой парогазовой смеси, удаление образовавшегося твердого осадка, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения степени очистки за счет выделения загрязнений в виде кристаллов солей или гидратов, вода вводится в поток газа-носителя в количестве, при котором на выходе из теплообменника отношение парциального давления газа-носителя и общего давления смеси составляет 0,2 — 0,8, при этом перегрев смеси осуществляется путем охлаждения отведенной, очищенной и сжатой парогазовой смеси ниже точки росы, а в качестве газа-носителя используется инертный газ, 5 2,Способпоп.1,отличающийся тем, что очищенную парогазовую смесь сжимают до давления в пределах 3 — 20 бар.

3, Способ поп 1, отл ич а ю щи и с я тем, что перед отделением твердого остатка

10 частицы твердого вещества коагулируют.

4. Способ поп1,отл ичаю щийся тем, что очищаемую смесь газа-носителя и водяного пара подогревают до температуры выше температуры разложения по меньшей

15 мере одного гидрата, содержащегося в смеси. t743352

Г

140i30,/

".,0О

/О

5 8 10 12 1С 5 18

Ъадление, Ьаг - г

Риг. 2

Составитель В. Золотов

Техред М.Моргентал Корректор О. Сопко

Редактор Н, Химчук

Заказ 2297 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4 /5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101! /./ r . /

) /. /

=О,Ь5

=О,50

= 0,338

= 0,15

= 0,00