CH649071A5

CH649071A5 - Ossidazione ad umido di inquinanti mediante ossigeno liquido.

Info

Publication number: CH649071A5
Application number: CH948079A
Authority: CH
Inventors: Giuseppe Galassi
Original assignee: Giuseppe Galassi
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-10-23
Publication date: 1985-04-30
Also published as: SE7909344L; NL7908096A; ATA712679A; DE2944190C2; SE450953B; FR2440918B1; FI793303A; FR2440918A1; GB2034684A; GB2034684B; AT392260B; ES485723A1; DE2944190A1

Description

L'invenzione pertanto ha come oggetto un processo di ossidazione ad umido degli inquinanti contenuti negli effluenti di scarico, caratterizzato dall'impiego di ossigeno liquido in qualità di ossidante o da una miscela gassosa contenente ossigeno con concentrazione superiore al 60% in volume.

Un altro oggetto dell'invenzione è costituito dal procedimento del riscaldamento della miscela effluente/ossigeno, che viene sottoposta alla ossidazione ad umido. Tale riscaldamento viene realizzato in quattro modi differenti:

1 - Riscaldamento autogeno

Nel processo di «ossidazione ad umido» al fine di ottenere buone depurazioni è indispensabile raggiungere una temperatura minima dell'acqua da depurare di 170°C, ma nella maggior parte dei casi è necessario operare ad una temperatura di 250°C (e anche di più se si desidera diminuire i tempi di permanenza): aumentando la temperatura di ossidazione si ha infatti un aumento delle rese di ossidazione e una diminuzione dei tempi di contatto.

Se invece si aggiunge all'acqua da depurare una significativa quantità di sostanza organica quale Palco! etilico o altro composto organico che dia origine ad una reazione esotermica di ossidazione in presenza di ossigeno, già alla temperatura di 220-250°C si sviluppa il calore di reazione che provoca l'aumento della temperatura dell'acqua a valori anche superiori a quelli del mezzo riscaldante usato.

Può sembrare un paradosso che per distruggere il COD e altre sostanze inquinanti ossidabili contenute nell'acqua da depurare, si aggiunga all'acqua una sostanza organica che comporta un notevole innalzamento del COD iniziale, ma occorre tener presente che grazie all'aumento di temperatura provocato nel processo di ossidazione ad umido da aggiunta, si raggiunge un abbattimento del COD e degli altri inquinanti molto superiore sia in percentuale che in assoluto, a quello che si avrebbe trattando l'effluente da depurare tal quale.

2 - Riscaldamento a fiamma

In alternativa all'aggiunta di sostanze organiche come prima descritto per innalzare la temperatura dell'acqua, sia5

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mo ricorsi al riscaldamento diretto mediante fiamma in forni a serpentino, per cui è possibile raggiungere agevolmente temperature di 300°C e anche di 400°C.

3 - Riscaldamento con fluidi diatermici

Un'altra possibilità da noi impiegata consiste nell'impiego di miscele di sali fusi, ad esempio Nitrato di Sodio, Nitrato di Potassio e Nitrito di Sodio, che essendo solide fino alla temperatura di circa 150°C divengono liquide a temperatura superiore e possono essere usate senza problemi fino oltre la temperatura di 500°C: è pertanto possibile impiegare questi sali per riscaldare l'acqua da depurare in uno scambiatore di calore, procedendo al riscaldamento dei sali stessi in un'apparecchiatura a parte.

4 - Iniezione diretta di vapore nell'acqua di scarico

La temperatura di ossidazione dell'acqua di scarico è stata raggiunta con iniezione diretta di vapore nel reattore, e dopo l'ossidazione l'effluente in uscita è stato raffreddato a mezzo di iniezione diretta di acqua fredda.

Un ulteriore oggetto dell'invenzione è costituito dall'aggiunta di ozono all'ossigeno impiegato per l'ossidazione. È noto che per diminuire la temperatura di ossidazione si ricorre all'impiego di catalizzatori, ma questo fenomeno è stato finora verificato in fase vapore, mentre l'impiego di catalizzatori in fase liquida ha dato risultati scarsi: esiste anche il problema del ricupero e del riciclo del catalizzatore che è per lo più solido.

Si è ora trovato che se invece del catalizzatore si impiega ozono quale additivo all'ossigeno, si ottengono non solo vantaggi superiori all'impiego di catalizzatori, ma poiché l'ozono nel corso della reazione di ossidazione dà luogo ad ossigeno non si ha più il problema del suo recupero o fenomeni di inquinamento dell'effluente.

Un ulteriore oggetto dell'invenzione è costituito dall'impianto di ossidazione ad umido, riportato a titolo esemplificativo, ma non limitativo nella tavola allegata.

L'effluente acquoso inquinato (1) viene addizionato (2) con opportuna sostanza organica e così miscelato (3) subisce un primo riscaldamento al di sotto di 95°C nello scambiatore G recuperando calore dall'effluente in uscita; viene poi pompato attraverso la pompa ad alta prevalenza A (5) nel miscelatore B dove viene immesso ossigeno (17), che viene prelevato allo stato liquido dal contenitore I e pompato mediante pompa ad alta prevalenza H e gassificato nell'evaporatore L dove il liquido riscaldante è acqua ed addizionato di ozono mediante l'ozonozzatore P.

L'effluente così arricchito in ossigeno viene portato alla temperatura di processo nello scambiatore C mediante l'impiego di opportuno fluido diatermico (N.B. nel caso si impieghino sali fusi come fluido diatermico è inutile l'aggiunta 2). Il fluido diatermico viene riscaldato in continuo mediante il forno a fiamma O e fatto circolare attraverso la pompa N, mentre nel recipiente M avviene la necessaria liquefazione all'avviamento.

L'effluente così riscaldato viene inviato nel reattore di reazione D, dove permane il tempo necessario per la reazione e viene poi refrigerato nello scambiatore E, dove si recupera calore sotto forma di vapore. All'uscita 9 l'efffluen-te viene mandato nel separatore F e 10 nello scambiatore G e infine scaricato 11.

Gli esempi che seguono illustrano l'invenzione senza però limitarla in alcun modo.

Esempio 1

Un'acqua di scarico da cartiera denominata «black liquor» avente un COD di 347.000 mg/1 è stata provata nell'impianto di ossidazione ad umido di cui la tavola di disegno allegata alla temperatura di ossidazione di 280-380°C.

L'effluente in uscita aveva un COD inferiore a 2.000 mg/1.

Esempio 2

Un'acqua di scarico avente un contenuto di ammoniaca di 16.150 mg/1 è stato trattato come sopra. Alla temperatura di ossidazione di 260°C, l'ammoniaca è stata ridotta ad un valore residuo di 75 %, e alla temperatura di ossidazione di 310°C il valore residuo è risultato del 14%.

Esempio 3

Un'acqua di scarico denominata «ammonia liquor» avente un COD di 35.250 mg/1 è stata trattata come sopra ed il suo COD è stato ridotto a 1.250 mg/1 alla temperatura di 250°C.

Esempio 4

Un'acqua di scarico contenente alcol etilico e altri inquinanti avente un COD di 66.662 mg/1 è stata trattata come sopra ed il suo COD è stato ridotto a 4.330 mg/1 alla temperatura di 235-245°C.

Esempio 5

Un'acqua di scarico denominata «sprung water» avente un COD di 80.500 mg/1 e Fenolo 7.500 mg/1 è stata trattata come sopra alla temperatura di ossidazione di 250°C: l'effluente in uscita aveva un COD di 4.830 mg/1 e Fenolo di 113 mg/1 senza agitazione nel reattore e di 10 mg/1 con agitazione nel reattore.

Esempio 6

Un effluente proveniente da processi di sintesi organica con COD di 81.000 mg/1 è stato trattato nell'impianto di ossidazione ad umido riportato nella tavola di disegno allegata ad una temperatura di 190-200°C e con tempo di permanenza di 20' ottenendo un COD in uscita di 22.350 mg/I. Lo stesso effluente il cui COD era stato innalzato a 163.000 mg/1 mediante l'aggiunta dei medesimi inquinanti contenuti nell'effluente è stato trattato nell'impianto di ossidazione ad umido di cui la tavola di disegno allegata. La temperatura di reazione si è innalzata in modo autogeno da 220°C a 280°C superando per un certo periodo anche questo valore: l'effluente in uscita aveva un COD di soli 138 mg/1.

Esempio 7

Un effluente avente un COD iniziale di 67.000 mg/1 è stato trattato in un impianto continuo di ossidazione ad umido, come riportato nella tavola di disegno allegata, e alla temperatura di processo di 245°C si è avuta una riduzione del COD ad un valore residuo di 5.158 mg/1.

Lo stesso effluente è stato addizionato con i medesimi inquinanti preventivamente separati in precedenza, in modo da avere un COD iniziale di 423.000 mg/1.

Questo effluente così modificato è stato trattato nello stesso impianto e in presenza di ossigeno; la temperatura si è innalzata da un valore iniziale di 245°C ad un valore di regime compreso tra 290°C e 305°C e l'effluente in uscita ha registrato all'analisi un valore del COD di soli 125 mg/1.

Risultati altrettanto positivi si ottengono aggiungendo all'effluente da trattare, sostanze organiche solubili in acqua quali l'etanolo.

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Esempio 8

Un effluente proveniente dal processo per la produzione dell'acrilonitrile avente un COD di 75.000 mg/1 e 0,475 di CN- ha avuto un COD finale di 4.350 mg/1 e cianuri assenti, operando a 260°C, mentre la resa di rimozione del

COD era del 94% a 225°C. Addizionando l'ossigeno con ozono si è avuta una sensibile riduzione della temperatura e dei tempi di contatto che vengono dimezzati; la temperatura viene ridotta di più di 50°C.

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1 foglio disegni

Claims

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1. Procedimento di ossidazione a umido di sostanze inquinanti in acqua e/o effluenti di scarico, caratterizzato dal fatto che l'ossidazione viene effettuata con miscele di azoto e ossigeno costituite almeno per il 60% in volume da ossigeno.

2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che per l'ossidazione si impiega ossigeno puro.

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RIVENDICAZIONI

3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-2, caratterizzato dal fatto che all'ossigeno, o alle sue miscele con azoto si aggiunge ozono.

4. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal fatto che si opera a temperature superiori a 170°C.

5. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-4, caratterizzato dal fatto che il calore necessario a raggiungere e mantenere la temperatura di esercizio viene ottenuto aggiungendo alle acque e/o agli effluenti di scarico avviati all'ossidazione una qualsiasi sostanza facilmente ossidabile con ossigeno.

6. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-4, caratterizzato dal fatto che il calore necessario a raggiungere e mantenere la temperatura viene somministrato dall'esterno, alla miscela costituita dalle acque e/o dagli effluenti di scarico, mediante una miscela di sali fusi a sua volta riscaldata con mezzi di per sè noti.

7. Impianto per l'ossidazione ad umido di sostanze inquinanti in acque e/o effluenti di scarico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che come mezzo ossidante viene impiegato ossigeno liquido che viene immesso nell'impianto stesso mediante pompa ad alta prevalenza e indi vaporizzato mediante vaporizzatore.

8. Impianto secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che all'ossigeno gassoso si aggiunge ozono prodotto mediante ozonizzatore inserito sul condotto dall'ossigeno stesso o in derivazione.

9. Impianto secondo le rivendicazioni 7-8, caratterizzato dal fatto che l'ossigeno viene miscelato all'acqua di scarico a monte del reattore di ossidazione.

In termini generali le tecniche attualmente usate per il trattamento delle acque di scarico prevedono sostanzialmente due metodi di operare:

a) separazione delle sostanze inquinanti dall'acqua: decantazione, precipitazione, adsorbimento, osmosi inversa, ecc.

b) distruzione degli inquinanti presenti nell'acqua: ossidazione biologica con fanghi attivi, incenerimento, ossidazione chimica, digestione anaerobica, ecc.

Tra i processi che comportano la distruzione degli inquinanti, l'ossidazione è uno dei due più importanti, come del reste è confermato dagli indici universilamente utilizzati per indicare il grado di inquinamento delle acqua, cioè il BOD, il COD e il TOC.

L'ossigeno è l'ossidante più economico attualmente conosciuto, ma esso è scarsamente reattivo a temperatura ambiente. Per accrescere la velocità di ossidazione si può intervenire su tre fattori:

a) aumentare la temperatura b) usare un catalizzatore c) impiegare i fanghi attivi, che costituiscono una sorta di catalizzatore naturale dei processi di ossidazione.

L'uso di alte temperature per distruggere gli inquinanti viene impiegato nei forni di incenerimento dove l'effluente viene portato a 1000-1200°C. A questa temperatura in meno di 1,5 secondi gli inquinanti vengono totalmente ossidati.

Non è necessario però raggiungere temperature così alte, ma una temperatura di 200-300°C è in linea di massima sufficiente per ottenere una riduzione del COD di circa il 90 %. Il processo che contempla l'ossidazione di sostanze inquinanti a temperatura maggiore di 105°C a pressioni superiori a 2 bar ha preso il nome di «ossidazione ad umido» e come tale viene definito in questa invenzione, ma finora era stato realizzato solo impiegando aria come mezzo ossidante: sono evidenti gli inconvenienti dell'impiego in questo processo dell'aria, inconvenienti che vanno dalla necessità di installare costose batterie di compressori dell'aria, al surdimensionamento dei reattori dovuto alla presenza di azoto e alla minore reattività dell'aria rispetto all'ossigeno puro. Sono invece evidenti i vantaggi nel caso si impieghi ossigeno puro al posto dell'aria in questo processo. Un ulteriore vantaggio lo si ottiene nel caso dell'impiego dell'ossigeno liquido in quanto esso può essere stoccato nel serbatoio e pompato allo stato liquido nell'impianto di ossidazione mediante pompe ad alta prevalenza: l'ossigeno viene poi vaporizzato in un vaporizzatore, trovandosi pertanto nella fase gassosa alla pressione corrispondente alla prevalenza della pompa: in questo modo si ha un notevole risparmio dell'energia di compressione e un investimento molto inferiore.