RU2160710C1 - Method of sewage waters purification from urea - Google Patents

Abstract

FIELD: sewage waters treatment; applicable in chemical industry for purification of sewage waters of urea production process. SUBSTANCE: method consists in ozonization of sewage waters after hydrolysis and desorption. Ozonization is effected at pH 6.5-8.5 and temperature of 20- 25 C. Ozone is taken in amount of 2-7 weight units per weight unit of urea. EFFECT: elimination of sewage waters of enterprise producing urea by their treatment to quality of chemically treated water, for instance, for supply of medium pressure boilers with P=4 MPa (40kgf.sq.cm).

Description

Изобретение относится к очистке сточных вод, содержащих мочевину, в частности сточных вод производства мочевины, и может быть использовано в химической промышленности. The invention relates to the treatment of wastewater containing urea, in particular wastewater from the production of urea, and can be used in the chemical industry.

Известен способ очистки сточных вод производства мочевины путем гидролиза очищаемых стоков при нагреве и давлении. При этом гидролиз ведут в присутствии фосфорной кислоты, а полученный раствор обрабатывают спиртом или кетоном с последующим отделением осадка (авт. св. N 239863, МКИ C 02 F 1/52, опубл. 1969 г.) Этот способ сложен по технологии и не обеспечивает глубокой очистки сточных вод, позволяющей повторное ее использование. A known method of treating wastewater from the production of urea by hydrolysis of treated effluents by heating and pressure. The hydrolysis is carried out in the presence of phosphoric acid, and the resulting solution is treated with alcohol or ketone, followed by separation of the precipitate (ed. St. N 239863, MKI C 02 F 1/52, publ. 1969). This method is complicated by technology and does not provide deep wastewater treatment, allowing its reuse.

Известен способ очистки сточных вод от мочевины путем сорбции ее на сильнокислотных катионитах, например КУ-2, с последующей их регенерацией сильными неорганическими кислотами (авт. св. N 451641, М.Кл. C 02 C 5/08, опубл. 1974 г.) Этот способ требует использования дорогостоящих ионообменных смол, большого количества фосфорной кислоты для регенерации и приводит к образованию сточных вод при отмывке ионообменных смол от регенерационных растворов (количество мочевины в сточных водах - 2,73 г/дм³, аммиака - 20 г/дм³).A known method of treating wastewater from urea by sorption it on strongly acidic cation exchangers, for example KU-2, followed by their regeneration by strong inorganic acids (ed. St. N 451641, M. C. C 02 C 5/08, publ. 1974 ) This method requires the use of expensive ion-exchange resins, a large amount of phosphoric acid for regeneration and leads to the formation of wastewater when washing the ion-exchange resins from regeneration solutions (the amount of urea in wastewater is 2.73 g / dm ³ , ammonia is 20 g / dm ³ )

Известен способ очистки сточных вод производства мочевины, включающий смешение циркулирующего и свежего потоков сточных вод с воздухом, испарение, брызгоотделение и выброс воздуха с водяными парами в атмосферу, при этом свежий поток сточных вод предварительно смешивают с потоком воздуха, входящим из зоны испарения (авт. св. N 732212, М.Кл, C 02 C 5/00, опубл. 1980 г.). A known method of treating wastewater from urea production, including mixing circulating and fresh wastewater streams with air, evaporation, spray separation and air discharge with water vapor into the atmosphere, while the fresh wastewater stream is pre-mixed with the air stream entering from the evaporation zone (ed. St. N 732212, M. Cl, C 02 C 5/00, publ. 1980).

Известен способ очистки сточных вод производства мочевины путем гидролиза очищаемых стоков методом термического разложения при повышении давления в колонном аппарате каскадного типа при температуре 150-262^oC и давлении 1,5-5,0 МПа. Используют последовательные ступени каскада в количестве 4-30 (патент RU N 2056408, М.Кл. C 07 C 273/04, опубл. 1996 г.) Этот способ энергоемкий (используются высокие температуры).A known method of treating wastewater from the production of urea by hydrolysis of treated effluents by thermal decomposition with increasing pressure in a cascade type column apparatus at a temperature of 150-262 ^o C and a pressure of 1.5-5.0 MPa. Use sequential stages of the cascade in an amount of 4-30 (patent RU N 2056408, M. Cl. C 07 C 273/04, publ. 1996) This method is energy-intensive (high temperatures are used).

Известен наиболее близкий к предложенному способ очистки сточных вод производства мочевины путем гидролиза очищаемых стоков при нагреве и давлении: при температуре 180-200^oC, давлении 15-20 атм, с последующей отдувкой паром аммиака и двуокиси углерода. Сточные воды с содержанием аммиака 0,5 г/л поступают на отдувку аммиака с помощью азота или воздуха при атмосферном давлении и температуре 100^oC. Остаточное содержание аммиака составляет 0,03-0,06 г/л (авт. св. N 186891, М.Кл. 4 C 02 F 1/04, опубл. 1966 г., прототип).Known closest to the proposed method for wastewater treatment of urea production by hydrolysis of treated effluents by heating and pressure: at a temperature of 180-200 ^o C, a pressure of 15-20 atm, followed by steam blowing of ammonia and carbon dioxide. Wastewater with an ammonia content of 0.5 g / l is fed to ammonia by nitrogen or air at atmospheric pressure and a temperature of 100 ^o C. The residual ammonia content is 0.03-0.06 g / l (ed. St. N 186891 M.C. 4 C 02 F 1/04, publ. 1966, prototype).

Данный способ не обеспечивает эффективной очистки сточных вод, что исключает их повторное использование в системе оборотного водоснабжения или в качестве питательной воды для котлов. This method does not provide effective wastewater treatment, which excludes their reuse in the circulating water supply system or as feed water for boilers.

Задачей изобретения является повышение эффективности очистки сточных вод от мочевины с целью дальнейшего их использования, например, для питания котлов среднего давления Р-4 МПа (40 кгс/см²).The objective of the invention is to increase the efficiency of wastewater treatment from urea with a view to their further use, for example, for powering medium-pressure boilers R-4 MPa (40 kgf / cm ² ).

Эта задача решается тем, что в способе очистки сточных вод от мочевины путем гидролиза и десорбции очищаемых стоков при нагреве и давлении сточных воды после гидролиза и десорбции подвергают озонированию при pH 6,5-8,5, температуре 20-25^oC, а озон берут в количестве 2-7 единиц на единицу мочевины по массе.This problem is solved by the fact that in the method of wastewater treatment from urea by hydrolysis and desorption of treated effluents by heating and pressure, the wastewater after hydrolysis and desorption is subjected to ozonation at a pH of 6.5-8.5, a temperature of 20-25 ^o C, and ozone take in the amount of 2-7 units per unit of urea by weight.

Способ осуществляется следующим образом: сточные воды, содержащие аммиак и мочевину, поступают в десорбер первой ступени, где при температуре 130-145^oC, давлении 0,28-0,35 МПа из раствора происходит выделение диоксида углерода, аммиака и воды. Далее сточная вода из нижней части десорбера первой ступени направляется в гидролизер, в нижнюю часть которого подается острый пар высокого давления. В гидролизере при температуре не более 190^oC и давлении 1,5-1,8 МПа происходит разложение (гидролиз) мочевины, аммиака и диоксида углерода. Жидкая фаза поступает в десорбер второй ступени, где из раствора отгоняются аммиак и диоксид углерода. Сточная вода на выходе из узла десорбция-гидролиз содержит мочевину с массовой концентрацией 10-30 мг/дм³ и аммиак с массовой концентрацией 10-15 мг/дм³. Далее сточные воды подвергают озонированию при pH 6,5-8,5, температуре 20-25^oC в количестве 2-7 единиц озона на 1 единицу мочевины. Количество необходимого озона и pH озонирования установлены экспериментально. При этих условиях идет глубокое окисление мочевины до свободного азота:
CO(NH⁴)₂--->NH₄ ⁺---> NO_2---->NO_3---->N₂,
при этом аммиак не окисляется, что не является препятствием для использования окисленной озоном сточной воды в качестве питательной воды для котлов Р-4МПа (40 кгс/cм²), т.к. при подаче питательной воды на котлы ее предварительно амминируют, т. е. вводят аммиак для связывания углекислоты; при необходимости аммиаком поднимают pH питательной воды или конденсаторов, используемых в качестве питательной воды для котлов, до 8,5-9,0 (Ф.И. Беллан "Водоподготовка", г. М.: Энергия, 1979 г.The method is as follows: waste water containing ammonia and urea, enter the stripper of the first stage, where at a temperature of 130-145 ^o C, a pressure of 0.28-0.35 MPa from the solution is the release of carbon dioxide, ammonia and water. Next, the wastewater from the lower part of the stripper of the first stage is sent to the hydrolyzer, in the lower part of which sharp high pressure steam is supplied. In the hydrolyzer at a temperature of no more than 190 ^o C and a pressure of 1.5-1.8 MPa, decomposition (hydrolysis) of urea, ammonia and carbon dioxide occurs. The liquid phase enters the second stage stripper, where ammonia and carbon dioxide are distilled off from the solution. Wastewater at the outlet of the desorption-hydrolysis unit contains urea with a mass concentration of 10-30 mg / dm ³ and ammonia with a mass concentration of 10-15 mg / dm ³ . Next, the wastewater is subjected to ozonation at a pH of 6.5-8.5, a temperature of 20-25 ^o C in an amount of 2-7 units of ozone per 1 unit of urea. The amount of ozone required and the pH of ozonation are established experimentally. Under these conditions, urea is deeply oxidized to free nitrogen:
CO (NH ⁴ ) ₂ ---> NH ₄ ⁺ ---> NO _2- ---> NO _3- ---> N ₂ ,
while ammonia is not oxidized, which is not an obstacle to the use of waste water oxidized by ozone as feed water for R-4MPa boilers (40 kgf / cm ² ), because when feeding the feed water to the boilers, it is pre-aminated, that is, ammonia is introduced to bind carbon dioxide; if necessary, increase the pH of the feed water or condensers used as feed water for boilers with ammonia to 8.5-9.0 (F.I. Bellan "Water Treatment", Moscow: Energy, 1979

Сточные воды после очистки имеют следующее качество:
Хлориды - Отсутствие
Щелочность - Не более 700 мг-экв/дм³
Жесткость - Не более 10 мкг/экв дм³
Солесодержание - Не более 100 мг/дм³
Аммиак - Не более 10 мг/дм³
Мочевина - Отсутствие
что позволяет использовать сточные воды в качестве питательной воды для котлов Р-МПа (40 кгс/см²).The wastewater after treatment has the following quality:
Chlorides - Lack
Alkalinity - Not more than 700 mEq / dm ³
Hardness - Not more than 10 mcg / equiv dm ³
Salinity - Not more than 100 mg / dm ³
Ammonia - Not more than 10 mg / dm ³
Urea - Lack
which allows the use of wastewater as feed water for boilers R-MPa (40 kgf / cm ² ).

Испытания проводились на лабораторной установке, оборудованной необходимыми средствами измерения: редуктором давления, измерителем озона, измерителем влажности, ротаметром. The tests were carried out in a laboratory setup equipped with the necessary measuring instruments: pressure reducer, ozone meter, humidity meter, rotameter.

В ходе эксперимента регистрировались концентрация озона на входе в реактор и остаточная концентрация озона на выходе из реактора. During the experiment, the ozone concentration at the inlet to the reactor and the residual ozone concentration at the outlet of the reactor were recorded.

В процессе озонирования меняли концентрацию озона в озоно-воздушной смеси, давление в реакторе и pH. Испытания проводились при температуре 20-25^oC.During ozonation, the concentration of ozone in the ozone-air mixture, the pressure in the reactor, and pH were changed. The tests were carried out at a temperature of 20-25 ^o C.

Пример 1. Example 1

Сточные воды производства мочевины после десорбции и гидролиза с pH 8,05, содержанием аммиака 9,8 мг/дм³ в течение 4-х минут обработали озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 20 мг/дм³. Расход озоно-воздушной смеси задавали 42 л/ч, давление в реакторе 0 кг/см². Качество воды после озонирования: pH 8,0; содержание мочевины - отсутствие; содержание аммиака - 9,8 мг/дм³. В данном опыте для 100% окисления 1 части мочевины потребовалось 5 частей озона по массе.Waste water from the production of urea after desorption and hydrolysis with a pH of 8.05, an ammonia content of 9.8 mg / dm ^{3 was} treated with an ozone-air mixture with an ozone concentration of 20 mg / dm ³ for 4 minutes. The flow rate of the ozone-air mixture was set to 42 l / h, the pressure in the reactor 0 kg / cm ² . Water quality after ozonation: pH 8.0; urea content - absence; the ammonia content is 9.8 mg / dm ³ . In this experiment, for 100% oxidation of 1 part of urea, 5 parts of ozone by mass were required.

Пример 2. Example 2

Сточные воды производства мочевины после десорбции и гидролиза с pH 7,5, с содержанием аммиака 9,8 мг/дм³ и мочевины 14 мг/дм³ в течение 8-ми минут обработали озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 12 мг/дм³. Расход озоно-воздушной смеси задавали 42 л/ч, давление в реакторе 0,5 кгс/см². Качество воды после озонирования: pH 7,3; содержание мочевины - отсутствие; содержание аммиака - 9,8 мг/л. Для 100%-ного окисления 1 части мочевины потребовалось 7 частей озона по массе.Wastewater from the production of urea after desorption and hydrolysis with a pH of 7.5, with an ammonia content of 9.8 mg / dm ³ and urea 14 mg / dm ^{3 was} treated with an ozone-air mixture with an ozone concentration of 12 mg / dm ³ for 8 minutes . The flow rate of the ozone-air mixture was set to 42 l / h, the pressure in the reactor of 0.5 kgf / cm ² . Water quality after ozonation: pH 7.3; urea content - absence; ammonia content - 9.8 mg / l. For 100% oxidation of 1 part of urea, 7 parts of ozone by mass were required.

Пример 3. Example 3

Сточные воды производства мочевины после десорбции и гидролиза с pH 11, содержанием аммиака 9,8 мг/дм³, мочевины - 14 мг/дм³ в течение 14 мин обработали озоно-воздушной смесью. Для получения pH 11 сточные воды предварительно обработки NaOH. Расход озоно-воздушной смеси задавали 42 л/ч, давление в реакторе - 0,5 кг/см². Качество воды после озонирования: pH 11; содержание мочевины - 14 мг/дм³; содержание аммиака - 7 мг/дм³. При pH 11 степень очистки от мочевины равна 0, т.е. оптимальное значение pH для окисления мочевины в сточных водах методом озонирования составляет 6,5-8,5.Wastewater from the production of urea after desorption and hydrolysis with a pH of 11, an ammonia content of 9.8 mg / dm ³ , urea - 14 mg / dm ³ for 14 min was treated with an ozone-air mixture. To obtain a pH of 11 wastewater pre-treated with NaOH. The flow rate of the ozone-air mixture was set to 42 l / h, the pressure in the reactor was 0.5 kg / cm ² . Water quality after ozonation: pH 11; urea content - 14 mg / dm ³ ; the ammonia content is 7 mg / dm ³ . At pH 11, the degree of purification from urea is 0, i.e. the optimal pH for the oxidation of urea in wastewater by ozonation is 6.5-8.5.

Из примеров видно, что в сравнении с прототипом степень очистки сточных вод от мочевины по предлагаемому способу составляет 100%, что позволяет решить проблему сточных вод предприятия путем их ликвидации и повторного использования сточных вод в качестве питательной воды для котлов Р-4 МПа (40 кгс/см²).It can be seen from the examples that, in comparison with the prototype, the degree of wastewater treatment from urea by the proposed method is 100%, which allows us to solve the problem of enterprise wastewater by eliminating them and reusing wastewater as feed water for R-4 MPa boilers (40 kgf / cm ² ).

Испытания проводились в НПО "Техозон" г. Дзержинска Нижегородской области. The tests were conducted at the Tekhozon NGO in the city of Dzerzhinsk, Nizhny Novgorod Region.

В производстве мочевины ЗАО "Агро-Череповец" намечено внедрение данного способа утилизации сточных вод. In the production of urea, CJSC Agro-Cherepovets, the introduction of this method of wastewater disposal is planned.

Claims (1)

Способ очистки сточных вод от мочевины путем гидролиза и десорбции очищаемых стоков при нагреве и давлении, отличающийся тем, что сточные воды после гидролиза и десорбции подвергают озонированию при рН 6,5 - 8,5, температуре 20 - 25^oC, а озон берут в количестве 2 - 7 единиц на единицу мочевины по массе.A method of treating wastewater from urea by hydrolysis and desorption of treated effluents by heating and pressure, characterized in that the wastewater after hydrolysis and desorption is subjected to ozonation at pH 6.5 - 8.5, a temperature of 20 - 25 ^o C, and ozone is taken the amount of 2 to 7 units per unit of urea by weight.