Способ и устройство для нейтрализации стоков

 

Способ и устройство могут быть использованы для непрерывной обработки щелочных и кислых стоков водоподготовительных установок и котельных цехов тепловых электростанций. Способ включает заполнение накопительных емкостей кислым и щелочным стоками соответственно, последующую одновременную подачу стоков из емкостей в реактор-смеситель и регулировку расхода одного из нейтрализуемых стоков. После заполнения накопительных емкостей кислым и щелочным стоками осуществляют перемешивание стоков, измерение рН среды в накопительных емкостях и определение оптимального расхода стоков из условий полной нейтрализации и максимального расхода стоков. После фиксации расхода обоих стоков осуществляют одновременную подачу стоков из накопительных емкостей в реактор-смеситель, а из него - в выходную магистраль до опорожнения одной из накопительных емкостей, затем подачу стоков прерывают, дополняют одну или обе накопительные емкости и циклически повторяют перемешивание стоков в дополненных накопительных емкостях, измерение рН среды в них, определение расхода стоков и одновременную подачу стоков из накопительных емкостей в реактор-смеситель до опорожнения одной из накопительных емкостей, причем в реакторе-смесителе стоки подвергают кавитационной гидромеханической обработке. Устройство содержит две накопительные емкости, насос подачи, блок управления, измерители рН среды, четыре регулятора расхода стоков, установленных на входах и выходах накопительных емкостей, три регулятора расхода смеси, выход реактора смесителя через регулятор расхода смеси соединен со входами накопительных емкостей и выходной магистралью. Изобретение повышает производительность процесса нейтрализации. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для нейтрализации промышленных стоков и может быть использовано для непрерывной обработки щелочных и кислых стоков водоподготовительных установок и котельных цехов тепловых электростанций.

Известен способ нейтрализации щелочных и кислых стоков, включающий одновременное заполнение щелочными и кислыми стоками бака-нейтрализатора (реактора), измерение pH среды в баке-нейтрализаторе и добавление, при необходимости, реагента для окончательной нейтрализации. Для реализации способа используется устройство, содержащее бак-нейтрализатор, магистрали подачи в него стоков и нейтрализующего агента, а также систему управления, осуществляющую измерение pH среды в баке-нейтрализаторе и регулировку подачи реагента (см. а. с. 1502482, С 02 F 1/66, 1989; а.с. 789418, С 02 F 1/66, 1979; a. c. 1006386, С 02 F 1/66, 1983; а.с. 1201232, С 02 F 1/66, 1985; 922085, С 02 F 1/66, 1982). Данные способ и устройство для его реализации имеют низкую производительность, т.к. процесс нейтрализации среды занимает достаточно много времени. Кроме того, в известных способе и устройстве при регулировке возникают колебания pH среды значительной амплитуды из-за инерционности процесса измерения pH. Это снижает эффективность нейтрализации, отрицательно влияет на производительность. И, наконец, к недостаткам известного решения следует отнести высокую скорость образования и отложения осадков в баке-нейтрализаторе и магистралях.

В заявке Германии N 2910679, С 02 F 1/66, 1980, описаны способ и устройство для нейтрализации стоков, в которых использованы два реактора-накопителя и магистраль рециркуляции, а также мерники для кислоты и щелочи.

Эффективность данных способа и устройства выше рассмотренных, т.к. использование циркуляционного контура позволяет снизить время нейтрализации стоков. Тем не менее, указанное время все равно достаточно велико и в зависимости от pH и расходов каждого из нейтрализуемых потоков может достигать нескольких часов. Кроме того, образующийся в реакторах осадок, состоящий из нерастворимых и малорастворимых солей (обычно кальция, магния и железа), может привести к забиванию циркуляционного контура и магистрали сброса нейтрализованных стоков, необходимости остановки и чистки оборудования, что снижает надежность установки в целом.

Наиболее близким к предложенным являются способ и устройство для нейтрализации стоков, описанные в а. с. N 789419, С 02 F 1/66, 1979г. Известный способ включает заполнение накопительных емкостей кислым и щелочным стоками соответственно, последующую одновременную подачу стоков из емкостей в реактор-смеситель, непрерывное измерение pH среды в реакторе-смесителе и регулировку расхода одного из нейтрализуемых стоков. Устройство включает две накопительные емкости, соединенные через насосы и магистрали подачи со входами реактора-смесителя, выход которого является выходом устройства. В реакторе-смесителе размещен измеритель pH среды, выход которого соединен со входом блока управления, выход которого подключен к управляющему входу одного из насосов подачи.

Однако, и в известном решении производительность ограничена временем экстенсивного протекания реакции в смесителе, а также значительной постоянной времени управления. Кроме того, эффективность нейтрализации невысока из-за запаздывания в цепи управления, что приводит к существенным колебаниям pH на выходе. И, наконец, к недостаткам известного решения следует отнести быстрое зарастание реактора- смесителя и выходной магистрали нерастворимыми и малорастворимыми отложениями.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение производительности способа и устройства для его осуществления, исключение сброса кислых или щелочных стоков, повышение срока службы оборудования для нейтрализации.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе нейтрализации стоков, включающем заполнение накопительных емкостей кислым и щелочным стоками соответственно, последующую одновременную подачу стоков из емкостей в реактор-смеситель и регулировку расхода одного из нейтрализуемых стоков, после заполнения накопительных емкостей кислым и щелочным стоками осуществляют перемешивание стоков, измерение pH среды в накопительных емкостях и определение оптимального расхода стоков из условий полной нейтрализации и максимального расхода стоков, затем фиксируют оптимальный расход обоих стоков и осуществляют одновременную подачу стоков из накопительных емкостей в реактор-смеситель, а из него - в выходную магистраль до опорожнения одной из накопительных емкостей, после чего подачу стоков прерывают, дополняют одну или обе накопительных емкости и циклически повторяют перемешивание стоков в дополненных накопительных емкостях, измерение pH среды в них, определение оптимального расхода стоков и одновременную подачу стоков с оптимальным расходом из накопительных емкостей в реактор-смеситель до опорожнения одной из накопительных емкостей.

Рекомендуется также использовать механическое и/или циркуляционное перемешивание стоков.

При этом циркуляционное перемешивание стоков может производиться путем пропускания стоков через реактор-смеситель.

При этом дополнение накопительных емкостей может производиться теми же и/или противоположными стоками и/или реагентами.

Целесообразно также дополнение накопительных емкостей реагентами производить в процессе перемешивания стоков.

Кроме того, в процессе подачи стоков из накопительных емкостей в реактор-смеситель туда же могут подаваться реагенты.

Кроме того, в реакторе-смесителе стоки могут подвергаться кавитационной гидромеханической обработке.

Указанный результат достигается также тем, что известное устройство для нейтрализации стоков, содержащее две накопительные емкости, насос подачи, выход которого подключен ко входу реактора-смесителя, измеритель pH среды, выход которого соединен с первым входом блока управления и выходную магистраль, снабжено четырьмя регуляторами расхода стоков, вторым измерителем pH среды и тремя регуляторами расхода смеси, при этом первая пара регуляторов расхода стоков установлена на входах накопительных емкостей, на выходах которых установлена вторая пара регуляторов расхода стоков, выходы которых объединены и подключены ко входу насоса подачи, выход реактора-смесителя через соответствующие регуляторы расхода смеси соединен со входами накопительных емкостей и выходной магистралью, причем измерители pH среды установлены в накопительных емкостях, выход второго измерителя pH среды соединен со вторым входом блока управления, выходы которого соединены с управляющими входами регуляторов расхода.

Кроме того, накопительные емкости могут быть выполнены с датчиками уровня, выходы которых соединены с третьим и четвертым входами блока управления.

Целесообразно также снабдить устройство одной или двумя емкостями для реагентов, выполненными с измерителями pH среды и датчиками уровня, выходы которых подключены к пятому, шестому, седьмому и восьмому входам блока управления, а также регуляторами расхода реагентов, установленными на входах емкостей для реагентов и между выходами емкостей для реагентов и входом насоса подачи соответственно, причем управляющие входы регуляторов расхода реагента соединены с соответствующими выходами блока управления.

И, наконец, емкости могут быть выполнены с входными регуляторами перекрестного расхода, выходы которых подключены ко входам противоположных накопительных емкостей.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для реализации способа. Устройство содержит накопительные емкости 1,2 и емкости 3,4 для реагентов. Регуляторы 5-8 расхода установлены на входах емкостей 1-4 соответственно, а регуляторы 9-12 расхода - на их выходах, при этом регуляторы 5, 9, 8 и 12 являются регуляторами расхода стоков, а 6, 7, 10 и 11 - реагентов. Устройство содержит также регуляторы 13, 14 и 15 расхода смеси, насос 16 подачи, выход которого соединен со входом реактора-смесителя 17, выход которого подключен к объединенным входам регуляторов 13-15. В емкостях 1-4 размещены первичные преобразователи измерителей 18-21 pH среды, выходы которых соединены со входами блока 22 управления. Все соединения элементов, через которые проходят стоки или реагенты в устройстве осуществлены соответствующими магистралями 23. В емкостях 1-4 могут быть установлены датчики 24-27 уровня. Регуляторы 28-31 перекрестного расхода подключены к соответствующим входным магистралям 32-35. Позицией 36 обозначена выходная магистраль.

Все магистрали на фиг.1 обозначены толстыми линиями. Под противоположными стоками (реагентами), емкостями для них и т.п. понимают кислые стоки (реагенты), емкости для кислых стоков и т.п. применительно к щелочным стокам, емкостям для них и т.д. и наоборот. Так, подключение регуляторов расхода 28-31 ко входам противоположных емкостей означает в случае заполнения емкости 1 кислыми стоками, соответственно емкости 2 - щелочными, емкости 3 - кислым реагентом, а емкости 4 - щелочным, что выходы регуляторов 28 и 29 (см. фиг. 1) подключены к емкости 2, а выходы регуляторов 30 и 31 - к емкости 1. Если же в данном примере заполнить емкость 4 кислым реагентом, а емкость 3 - щелочным, то выход регулятора 29 необходимо будет подключить к емкости 1, а выход регулятора 30 - к емкости 2. Так же условно следует понимать и используемое в описании понятие входа и выхода элемента, через который проходят реагенты, смеси или стоки: подключение ко входу означает, что реагент, смесь или сток попадают в соответствующий элемент, подключение к выходу - что они из него выходят.

В качестве регуляторов расхода можно использовать управляемые вентили, задвижки и иные узлы, позволяющие установить в магистрали фиксированный расход.

Датчики 24-27 могут выполняться сдвоенными, фиксирующими как наполнение, так и опорожнение соответствующих емкостей. Соответствующие сигналы, поступая на блок 22, служат для выработки решения о начале или остановке процесса нейтрализации, перехода к очередному ее этапу. Разумеется, фиксация наполнения или опорожнения емкостей может производиться и визуально.

Реактор-смеситель 17 может быть выполнен в виде емкости или емкости с мешалкой. Однако наилучшие результаты дает использование кавитационного смесителя, выполнение которого охарактеризовано в обзорной информации "Улучшение эксплуатационных свойств жидкого котельного топлива путем его гидромеханической обработки".- М., 1986.

Блок 22 может быть выполнен в виде пульта управления, на который выведены индикаторы уровня от датчиков 24-27, индикаторы pH измерителей 18-21, элементы управления регуляторами 5-15, 28-31, выключатель насоса 16. В этом случае работой устройства управляет оператор. При этом выбор оптимального расхода стоков может производиться по номограмме или уравнению реакции. Номограмма может быть получена экспериментально или расчетным путем. Например, если реакция и pH стоков таковы, что для полной самонейтрализации стоков, т. е. нейтрализации при их смешении в отсутствие реагентов, на 1 кг щелочного стока требуется 0,657 кг кислого, а максимальные расходы в соответствующих магистралях равны, целесообразно установить расход из емкости с щелочным стоком максимальным (открыть вентиль полностью), а расход кислого стока установить на уровне 0,657 от максимального.

Блок 22 может быть выполнен и в виде автономного микропроцессорного блока, осуществляющего выбор оптимального расхода и управление работой устройства исходя из данных о pH среды в емкостях 1-4, информации от датчиков 24-27 и нижеприведенного алгоритма работы устройства.

Устройство, изображенное на фиг.1, позволяет осуществить способ нейтрализации в автоматическом или полуавтоматическом режиме, с добавлением реагентов или без оного, с перекрестным заполнением емкостей или без него. Сначала, однако, рассмотрим как осуществляют способ в простейшем случае, одновременно описав работу устройства.

Сначала, открыв регуляторы 5 и 8, заполняют кислым и щелочным стоками емкости 1, 2. Кислые и щелочные стоки из отделения химической очистки воды (после работы и/или регенерации катионных и анионных фильтров), а также кислых стоков от промывки поверхностей нагрева котлов из котельного цеха раздельно поступают в накопительные емкости 1 и 2. При этом вся прочая запорная трубопроводная арматура находится в закрытом состоянии. В частности, регуляторы 9 и 12 закрыты, насос 16 выключен, реактор-смеситель 17 не работает. Затем перемешивают стоки в емкостях 1, 2. Перемешивание стоков может производиться любым известным образом. При этом под механическим перемешиванием понимают перемешивание, производимое мешалкой, установленной в соответствующей емкости, а под циркуляционным - перемешивание, осуществляемое путем пропускания среды через внешний по отношению к емкости аппарат-смеситель (реактор-смеситель 17). В последнем случае после заполнения емкостей 1, 2 перекрывают регуляторы 5, 8 и открывают сначала регуляторы 9 и 13, включив насос 16, а по установлению неизменных показаний измерителя 18, т.е. окончании перемешивания среды в емкости 1, закрывают регуляторы 9, 13 и открывают регуляторы 12, 14 (регулятор 15 все это время перекрыт). После того, как показания измерителя 21 также установились, т.е. стоки в обеих емкостях 1, 2 перемешаны, определяют оптимальные с точки зрения наибольшей производительности и полной нейтрализации расходы стоков и фиксируют регуляторы 9 и 12 в соответствующем положении, обеспечивая одновременную подачу обоих стоков в количествах, обеспечивающих полную нейтрализацию, с помощью насоса 16 на вход реактора-смесителя 17. При этом регуляторы 13, 14 закрыты, а регулятор 15 полностью открыт, так что нейтрализованные стоки поступают в магистраль 36.

Процесс нейтрализации прерывают в момент опорожнения одной из емкостей, скажем емкости 2, для чего закрывают регулятор 15, выключают насос 16 и закрывают регуляторы 9 и 12. Если в этот момент емкость 1 заполнена, например, на 80%, целесообразно вновь заполнить емкость 2 вышеописанным образом, осуществить перемешивание стоков в ней и, уточнив оптимальный расход стоков, продолжить процесс нейтрализации. После 4-5 подобных циклов можно одновременно дополнить емкости 1 и 2, перемешать стоки в них и продолжить процесс. Если же после опорожнения емкости 2 емкость 1 заполнена, скажем, на 10%, лучше сразу дополнить обе емкости, произвести поочередное циркуляционное или одновременное механическое перемешивание и возобновить нейтрализацию стоков в оптимальном соотношении расходов.

Из приведенного описания следует, что все регуляторы, кроме регуляторов 9-12, могут быть выполнены двухпозиционными, в виде клапанов с двумя положениями: полностью открытым и полностью закрытым. Недостаток одного из стоков может быть скомпенсирован добавлением соответствующего реагента (при избытке кислого стока - щелочного реагента и наоборот). При этом соответствующий реагент может вводиться непосредственно из магистрали 33 через регулятор 29 в емкость 2 или через регулятор 6 в емкость 3, а после перемешивания в ней (если необходимо) и измерения pH реагента измерителем 19, реагент может добавляться в требуемом количестве в емкость 2 в процессе перемешивания стоков в ней путем синхронного открывания и закрывания регуляторов 10, 12 и 14, либо вводиться непосредственно в реактор-смеситель 17 в процессе нейтрализации, для чего регулятор 10 устанавливают в положение, фиксирующее оптимальный расход реагента вместе с регуляторами 9, 12 и 15.

Помимо описанных вариантов, дополнение емкостей 1, 2 может производиться противоположными стоками (емкости 1 из магистрали 35, емкости 2 из магистрали 32) через регуляторы 28 и 31. Это также как коррекция состава стока реагентом позволяет повысить производительность устройства и способа за счет сближения расходов стоков из емкостей 1, 2.

Предварительное перемешивание каждого из стоков в соответствующей накопительной емкости до усреднения значения pH (что происходит достаточно быстро) позволяет обеспечить полную самонейтрализацию стоков или нейтрализацию стоков с помощью реагента.

Выполнение реактора-смесителя 17 в виде гидродинамического (гидромеханического) кавитационного смесителя позволяет получить нейтральные стоки при однократном прохождении последнего.

Использование в циркуляционном контуре гидродинамического кавитационного смесителя позволяет значительно интенсифицировать процесс смешения компонентов смеси (кислых и щелочных стоков, а при необходимости и реагентов - кислоты или щелочи), а значит и повысить эффективность проведения нейтрализации.

Как показали проведенные исследования, это происходит за счет схлопывания образующихся в жидкостном потоке парогазовых пузырьков и выделения кратковременного мощного импульса в форме сферической ударной волны, что способствует перемешиванию компонентов жидкостного потока и измельчению твердых включений. Каждый осциллирующий пузырек можно рассматривать как микрогенератор ультразвуковых колебаний, удельные характеристики которого сравнимы с показателями промышленных акустических генераторов, используемых для интенсификации технологических процессов.

Пример 1. В накопительные емкости 1 и 2 объемом 20 м³ каждая заливают по 16 м³ щелочных и кислых стоков. После этого с помощью насоса 16 и реактора-смесителя 17 перемешивают щелочные стоки до усреднения значения pH 12, а затем аналогично перемешивают кислые стоки до усреднения значения pH 3. Посредством блока 22 устанавливают соотношение расходов 10 м³ кислых стоков на 1 м³ щелочных. В этом случае общий сток имеет pH 7. После опорожнения накопительной емкости 2 с кислыми стоками в накопительной емкости 1 остается 14,4 м³ щелочных стоков. Затем накопительную емкость 2 вновь заполняют кислыми стоками и процесс самонейтрализации стоков повторяют.

Пример 2. Способ осуществляют по примеру 1, но после опорожнения накопительной емкости 2 с кислыми стоками заполняют до 16 м³ соответствующими стоками обе накопительные емкости 1, 2, после чего процесс самонейтрализации стоков повторяют.

Пример 3. Способ осуществляют по примеру 1, но после опорожнения накопительной емкости 2 с кислыми стоками 14,4 м³ щелочных стоков из накопительной емкости 1 приводят во взаимодействие с 1,44 м³ кислого реагента (HCl) с pH 1. После этого обе накопительные емкости 1, 2 вновь заполняют соответствующими стоками и процессы самонейтрализации и нейтрализации стоков повторяют.

Использование данного технического решения позволяет обеспечить практически мгновенную нейтрализацию стоков, а значит - существенно увеличить производительность оборудования, а также исключает забивание оборудования нерастворимым и малорастворимым осадком, что в свою очередь повышает надежность его работы. Кроме того, в выходную магистраль поступает строго нейтральная среда, так что эффективность предлагаемых способа и устройства существенно выше, чем у известных.

Формула изобретения

1. Способ нейтрализации стоков, включающий заполнение накопительных емкостей кислым и щелочным стоками соответственно, последующую одновременную подачу стоков из емкостей в реактор-смеситель и регулировку расхода одного из нейтрализуемых стоков, отличающийся тем, что после заполнения накопительных емкостей кислым и щелочным стоками осуществляют перемешивание стоков, измерение pH среды в накопительных емкостях и определение оптимального расхода стоков из условий полной нейтрализации и максимального расхода стоков, затем фиксируют оптимальный расход обоих стоков и осуществляют одновременную подачу стоков из накопительных емкостей в реактор-смеситель, а из него - в выходную магистраль до опорожнения одной из накопительных емкостей, причем в реакторе-смесителе стоки подвергают кавитационной гидромеханической обработке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют механическое и/или циркуляционное перемешивание стоков.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что циркуляционное перемешивание стоков производят путем пропускания стоков через реактор-смеситель.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнение накопительных емкостей производят теми же и/или противоположными стоками и/или реагентами.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнение накопительных емкостей реагентами производят в процессе перемешивания стоков.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что в процессе подачи стоков из накопительных емкостей в реактор-смеситель туда же подают реагенты.

7. Устройство для нейтрализации стоков, содержащее две накопительные емкости, насос подачи, выход которого подключен ко входу реактора-смесителя, измеритель pH среды, выход которого соединен с первым входом блока управления и выходную магистраль, отличающееся тем, что оно снабжено четырьмя регуляторами расхода стоков, вторым измерителем pH среды и тремя регуляторами расхода смеси, при этом первая пара регуляторов расхода стоков установлена на входах накопительных емкостей, на выходах которых установлена вторая пара регуляторов расхода стоков, выходы которых объединены и подключены ко входу насоса подачи, выход реактора-смесителя через соответствующие регуляторы расхода смеси соединен со входами накопительных емкостей и выходной магистралью, причем измерители pH среды установлены в накопительных емкостях, выход второго измерителя pH среды соединен со вторым входом блока управления, выходы которого соединены с управляющими входами регуляторов расхода.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что накопительные емкости выполнены с датчиками уровня, выходы которых соединены с третьим и четвертым входами блока управления.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено одной или двумя емкостями для реагентов, выполненными с измерителями pH среды и датчиками уровня, выходы которых подключены к пятому, шестому, седьмому и восьмому входам блока управления, а также регуляторами расхода реагентов, установленными на входах емкостей для реагентов и между выходами емкостей для реагентов и входом насоса подачи соответственно, причем управляющие входы регуляторов расхода реагента соединены с соответствующими выходами блока управления.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что емкости выполнены с входными регуляторами перекрестного расхода, выходы которых подключены ко входам противоположных накопительных емкостей.

РИСУНКИ

Рисунок 1

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Индивидуальный предприниматель Суранович Игорь Яковлевич

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): КОРПАКС ИНВЕСТМЕНТС ЛИМИТЕД (CY)

Договор № РД0034274 зарегистрирован 25.03.2008

Извещение опубликовано: 10.05.2008        БИ: 13/2008

* ИЛ - исключительная лицензия        НИЛ - неисключительная лицензия

QZ4A - Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Индивидуальный предприниматель Суранович Игорь Яковлевич

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): КОРПАКС ИНВЕСТМЕНТС ЛИМИТЕД (CY)

Характер внесенных изменений (дополнений):Расторжение договора по обоюдному согласию

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения: 25.03.2008 № РД0034274

Извещение опубликовано: 10.07.2009        БИ: 19/2009

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия