PL205698B1

PL205698B1 - Sposób termicznego oczyszczania ścieków, zwłaszcza wody odlotowej zawierającej melaminę, oraz urządzenie do stosowania tego sposobu

Info

Publication number: PL205698B1
Application number: PL372696A
Authority: PL
Inventors: Wolfgang Ruech; Christoph Neumueller; Frank Schroeder
Original assignee: Ami Agrolinz Melamine Int Gmbh
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2010-05-31
Also published as: US20090071887A1; RU2004138551A; EP1527019A1; WO2004000733A1; US7445722B2; EP1527019B1; US20060011560A1; CN100381367C; AU2003249863A1; DE10229103A1; BR0312027A; KR20050013622A; AU2003249863B2; AR039752A1; ATE319658T1; DE50302619D1; US7678267B2; PL372696A1; CN1662452A

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób termicznego oczyszczania ścieków, zwłaszcza wody odlotowej zawierającej melaminę, przez ich wielostopniowe ogrzewanie oraz poddawanie hydrolizie w celu rozkładu cząsteczek szkodliwych substancji obecnych w ściekach i odprowadzenia otrzymanych w wyniku tego rozkł adu gazów.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do termicznego oczyszczania ścieków, zwłaszcza wody odlotowej zawierającej melaminę, wyposażone w zbiornik przepływowy do prowadzenia hydrolizy ścieków i w urządzenie do oddzielania części ciekłej i gazowej oczyszczonych ścieków.

W procesach technologicznych występuje często konieczność oczyszczania ścieków, a zwłaszcza wody odlotowej z urządzeń wytwarzających melaminę, z zawartych w nich niepożądanych substancji. Wynikiem takiego oczyszczania jest uzyskanie takiej jakości ścieków względnie wody odlotowej, która umożliwi odprowadzenie ich do otwartych zbiorników wodnych.

W stanie techniki znane jest termiczne oczyszczanie ś cieków, polegają ce na ogrzewaniu ich do temperatury wyższej od temperatury wrzenia wody, w celu rozkładu zawartych w nich cząsteczek szkodliwych substancji na cząsteczki względnie jony substancji gazowych, które po odpowiednim oczyszczeniu mogą być odprowadzone do atmosfery względnie wykorzystane do różnych celów technicznych. Ciepło dostarczone w procesie termicznego oczyszczania ścieków jest następnie, w urządzeniach znanych ze stanu techniki, wykorzystywane do wstępnego oczyszczania ścieków przepływających w przeciwprądzie, przed wprowadzeniem ich do urządzeń oczyszczających.

Badania, które doprowadziły do wynalazku wykazały, że w znanym procesie hydrolizy, stosowanym w termicznym oczyszczaniu ścieków, proces ten ulega znacznemu przyspieszeniu i intensyfikacji w przypadku nadania ogrzewanym ściekom szybkiego ruchu meandrowego i równoczesnego wywierania nań ciśnienia rzędu kilkudziesięciu barów (1 bar = 10⁵ Pa).

Celem wynalazku było opracowanie takiego sposobu oczyszczania ścieków, zwłaszcza wody odlotowej w procesie wytwarzania melaminy, który umożliwiałby zwiększenie intensyfikacji i przyspieszenie procesu oczyszczania w stosunku do sposobów znanych ze stanu techniki.

Cel ten zrealizowano w sposobie termicznego oczyszczania ścieków, zwłaszcza wody odlotowej zawierającej melaminę, według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że hydrolizę przeprowadza się przez nadanie ściekom ruchu meandrowego, na przemian do góry i w dół, przez opływanie równoległych przegród oraz równoczesne ogrzewanie tego meandrowego strumienia ścieków w miejscach jego wznoszenia się, aż do uzyskania temperatury równej lub wyższej od 190°C.

W trakcie hydrolizy ś cieki ogrzewane s ą korzystnie do temperatury od 220°C do 240°C, a takż e poddaje się je ciśnieniu od 30x10⁵ Pa do 100x10⁵ Pa, korzystnie od 30x10⁵ Pa do 60x10⁵ Pa.

Przed poddaniem hydrolizie ścieki przynajmniej jednokrotnie poddaje się ogrzewaniu wstępnemu, przepuszczając je korzystnie w przeciwprądzie przez strumień wylotowy oczyszczonych ścieków po hydrolizie.

Celem wynalazku było również opracowanie urządzenia do stosowania opisanego wyżej sposobu, zapewniającego optymalne warunki prowadzenia procesu oczyszczania i ich uzdatnienia do odprowadzania do otwartych zbiorników wodnych.

Cel ten zrealizowano w urządzeniu do termicznego oczyszczania ścieków, zwłaszcza wody odlotowej zawierającej melaminę, według wynalazku, które charakteryzuje się tym, że jest wyposażone przynajmniej w jeden hydrolizator zaopatrzony w układ równoległych przegród, na przemian z górnymi i dolnymi przelotami, wywarzają cych ruch meandrowy strumienia ś cieków, oraz w umieszczone mię dzy tymi przegrodami, w miejscu wznoszenia się tego strumienia, grzejniki zapewniające ogrzanie oczyszczanego strumienia ścieków do temperatury równej lub wyższej od 190°C.

Przegrody mają korzystnie postać ścianek, zwłaszcza ścianek sitowych, przy czym sąsiadujące ze sobą przegrody są zaopatrzone na przemian w górny i dolny przelot między obrzeżem przegrody a ścianką zbiornika tworzącego hydrolizator.

Grzejniki stanowią korzystnie układ rur grzewczych, przez które przepuszczana jest para, przy czym oś tych rur znajduje się między tymi przegrodami, między którymi następuje wznoszenie się strumienia oczyszczanych ścieków.

Grzejniki urządzenia według wynalazku stanowią korzystnie grzejniki elektryczne.

Hydralizator urządzenia według wynalazku stanowi korzystnie cylindryczny zbiornik o osi poziomej.

PL 205 698 B1

Przestrzenie między przegrodami w górnej części zbiornika stanowiącego hydralizator są korzystnie połączone za pomocą króćców z przewodem zbiorczym do odprowadzania gazów.

Urządzenie według wynalazku jest korzystnie wyposażone w układ szeregowo połączonych dwóch lub kilku hydralizatorów.

Badania eksploatacyjne urządzenia według wynalazku wykazały, że ścieki lub wody odlotowe, zawierające melaminę oczyszczoną za pomocą tego urządzenia, w pełni nadają się do odprowadzenia do zbiorników wodnych.

Urządzenie do termicznego oczyszczania ścieków, zwłaszcza wody odlotowej zawierającej melaminę, według wynalazku jest uwidocznione na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia przykładowy schemat takiego urządzenia; fig. 2a - przekrój osiowy przez hydrolizator urządzenia; fig. 2b - przekrój poprzeczny wzdłuż osi B-B na fig. 2a, a fig. 2c - przekrój wzdłuż osi C-C na fig. 2a.

Sposób termicznego oczyszczania ścieków według wynalazku opisano poniżej na przykładzie procesu oczyszczania wody odlotowej z wytwórni melaminy.

Woda odlotowa z wytwórni melaminy zawiera mieszaninę następujących substancji lub ich soli amonowych lub sodowych (wartości typowe):

amoniak dwutlenek węgla mocznik kwas cyjanurowy amelid amelina melamina melam cyjanomelamina ureidomelamina

NaOH

- 10 g/kg

- 18 g/kg występuje tylko w trakcie rozpoczęcia i zakończenia procesu oczyszczania

0,1 - 0,2 g/kg

- 6 g/kg 4 - 12 g/kg 2 - 6 g/kg 0,01 g/kg śladowe ilości śladowe ilości 7 - 17 g/kg

Wartość pH wody odlotowej wynosi około 12.

Celem przeprowadzenia termicznego oczyszczania wody odlotowej jest rozkład zawartych w niej szkodliwych substancji na gazy: CO2, NH3 lub HCO3 lub jony CO2^- i NH4⁺. Pożądane jest otrzymanie obojętnej, pozbawionej amoniaku wody ochłodzonej przynajmniej do 30°C. Uzyskane w tym sposobie NH³ i część CO2 mogą być następnie wykorzystane do celów technicznych.

Związek, który najtrudniej wytrąca się ze ścieków stanowi cyjanuran melaminy, sól kwasu cyjanurowego. Związek ten jest ciałem stałym, a jego krystalizacja prowadzona w specjalnych urządzeniach do krystalizacji jest stosunkowo kosztowna.

Stężenie melaminy w wodzie odlotowej ma przeważnie stałą wartość, jednakże w kolejnych etapach jej termicznego oczyszczania całkowita ilość zawartej w niej melaminy i oksoaminortiazyny (OAT) ulega w wodzie, w wyniku jej wysokiej temperatury i ciśnienia, rozkładowi na amoniak i dwutlenek węgla. Stosowane ciśnienie rzędu kilkudziesięciu barów jest niezbędne dla utrzymania w wysokiej temperaturze równowagi cieczy i zawartego w niej amoniaku oraz dwutlenku węgla. W celu uzyskania odpowiedniej szybkości rozkładu niepożądanych substancji w wodzie odlotowej, należy stosować temperaturę powyżej 190°C, korzystnie od 220°C do 240°C, przy czym im wyższa jest temperatura, tym szybsza jest reakcja rozkładu, co w wyniku prowadzi do zmniejszenia wielkości i kosztów urządzenia. Jednakże wraz z podwyższeniem temperatury, wzrasta ciśnienie pary nasyconej, co z kolei wymaga zwiększenia grubości ścian zbiorników urządzenia. Jednakże większa wartość stężenia nasycenia dwutlenku węgla w parze wodnej niż stężenia nasycenia w cieczy, wpływa z kolei na zmniejszenie objętości niezbędnej do prowadzenia procesu, a tym samym do odpowiedniego zmniejszenia wielkości zbiorników. Z drugiej strony para o wyższej temperaturze powoduje znaczące straty energii przy przepływie. Badania wykazały, że optymalna temperatura reakcji rozpadu szkodliwych związków wynosi od 220°C do 240°C.

Optymalną szybkość i intensywność rozpadu szkodliwych związków, zawartych w wodzie odlotowej zawierającej melaminę, uzyskuje się przez nadanie oczyszczanej wodzie odlotowej, ogrzanej do temperatury od 220°C do 240°C, szybkiego ruchu meandrowego, a równocześnie ciśnienia od 30x10⁵ Pa do 100x10⁵ Pa, a korzystnie od 30x10⁵ Pa do 60x10⁵ Pa.

Urządzenie do termicznego oczyszczania wody zawierającej melaminę, przedstawione przykładowo na fig. 1, jest wyposażone w hydrolizator R5, stanowiący zbiornik zaopatrzony w poprzeczne,

PL 205 698 B1 korzystnie prostopadłe do jego osi, przegrody 1 i 2. Między górnymi obrzeżami przegród 1 i dolnymi obrzeżami przegród 2 a ścianką zbiornika hydralizatora utworzone są odpowiednio górne i dolne przepusty przez które przepływa oczyszczana woda odlotowa uzyskując ruch meandrowy, na przemian do góry i w dół hydrolizatora. Zbiornik hydrolizatora R5 ma postać cylindra o zamkniętych, wypukłych ściankach czołowych i wyposażonego w przegrody 1 i 2.

Przegrody 1 mające charakter przegród spiętrzających z przepływem górnym i przegrody 2 z przepływem dolnym tworzą hydrolizator i połączone ze sobą komory, stanowiące na przemian komory wznoszenia i opadania strumienia oczyszczanej wody odlotowej. W dolnej części komór wznoszenia, oznaczonych na fig. 2a strzałkami skierowanymi do góry, znajdują się grzejniki 3, przy czym mogą tu być zastosowane zarówno grzejniki parowe w postaci rur połączonych kolektorem z wytwornicą pary, jak i grzejniki elektryczne w obudowie rurowej, względnie grzejniki innego typu. W górnej części komór wznoszenia umieszczone są króćce łączące ich wnętrze z przewodem 22 zbiorczym odprowadzającym gazy w kierunku 21. Woda odlotowa względnie ścieki wpływają do hydrolizatora R5 przez wlot 10 w jego wypukłej ścianie czołowej do napełniającego do poziomu 11 i po przepływie przez kolejne komory wznoszenia i opadania ruchem meandrowym, w czasie którego następuje ich oczyszczanie, wypływają z hydrolizatora R5 otworem wylotowym 20 w naprzeciwległej ścianie czołowej. Poziom 11 ścieków lub oczyszczonej wody w hydrolizatorze R5 winien znajdować się między jego górną krawędzią a górną krawędzią przegrody spiętrzającej 1 co z jednej strony zapewnia przelewanie, a z drugiej utworzenie wspólnej komory gazowej między kolejnymi komorami wznoszenia i opadania. Każda komora gazowa jest połączona z leżącym powyżej niej przewodem zbiorczym 22, co umożliwia usuwanie gazu, a zatem jednorodny stan wypełnienia we wszystkich komorach.

Urządzenie do termicznego oczyszczania ścieków, zwłaszcza wody odpływowej zawierającej melaminę według wynalazku, jest wyposażone korzystnie przynajmniej w dwa albo w kilka szeregowo ze sobą połączonych hydrolizatorów R5 (na fig. 1 jest przedstawiony tylko jeden pojedynczy hydrolizator R5), a ponadto w kolumnę C8 do oddzielania oczyszczonej wody od gazów będących wynikiem reakcji, eliminujących związki zanieczyszczające ścieki lub wodę odpływową, i w płuczkę gazową C9, a ponadto w przedstawiony na fig. 1 układ przewodów, zaworów i grzejników łączących i wspomagających wyżej wymienione urządzenia.

Termiczne oczyszczanie ścieków w urządzeniu przedstawionym na fig. 1 odbywa się w sposób następujący:

Ścieki względnie woda odlotowa, na przykład z wytwórni melaminy, wprowadzana jest naprzód do wymiennika ciepła E1, w którym ogrzewana jest w przeciwprądzie przez gorącą, oczyszczoną wodę wypływającą z dolnej części kolumny C8, a następnie jest przepompowywana przez pompę P2 oraz dodatkowo ogrzewana w przeciwprądzie, w wymienniku ciepła E3 zasilanym przez gorącą, oczyszczoną wodę wypływającą z hydrolizatora R5. Pompa P2 i wymiennik ciepła E3 umożliwiają uzyskanie ciśnienia i temperatury, przeznaczonych do oczyszczania ścieków względnie wody odlotowej, o wartości niezbędnej dla rozkładu termicznego związków zanieczyszczających te ścieki. Między wymiennikiem ciepła E3 i hydrolizatorem R5 włączony jest dodatkowy, korzystnie parowy wymiennik ciepła E4, służący do uruchomienia instalacji oraz ewentualnie do kompensacji strat ciepła w wyniku promieniowania zewnętrznej powierzchni hydrolizatora R5 i konwekcji opływającego go powietrza.

W ogrzewanym za pomocą grzejników 3 hydrolizatorze R5 następują, w wyniku meandrowego przepływu oczyszczanych ścieków i równoczesnego ich ogrzewania do temperatury powyżej 190°C reakcje chemiczne prowadzące do utworzenia gazów, zwłaszcza amoniaku i dwutlenku węgla. W wyniku tych endotermicznych reakcji następuje obniżenie wartości stężenia jonów wodorowych pH i równoczesne pochłanianie określonej ilości ciepła, którego straty są uzupełniane przez znajdujące się w każdej komorze wznoszenia hydrolizatora R5 - grzejniki 3. Gazy będące produktem reakcji, a także część pary wodnej będącej wynikiem intensywnego parowania wody - uchodzą znad powierzchni oczyszczanych ścieków przez króćce, znajdujące się w górnej części każdej z komór wznoszenia, do przewodu kolektora 22 i kierowane są do górnej części kolumny C8, skąd przepływają przez płuczkę gazową C9 do ich dalszego wykorzystania. Natomiast oczyszczone powietrze odlotowe odprowadzane jest przez zawór V13 do atmosfery.

Ciśnienie w hydralizatorze R5 jest regulowane przez zawór pomocniczy V7, zaś poziom wypełnienia hydralizatora R5 oczyszczanymi ściekami - przez zawór pomocniczy V6. Wypływająca z hydralizatora R5 oczyszczona woda, ogrzana do temperatury ponad 190°C, oddaje swe ciepło, w wymienniku ciepła E3 oraz ewentualnie w czasie rozruchu również w wymienniku E4, dopływającym do hydralizatora R5 ściekom. Wymienniki ciepła E3 i E4 działają w przeciwprądzie..

PL 205 698 B1

Woda uzyskana w wyniku oczyszczania ścieków i spływająca na dno kolumny C8 jest odprowadzana przez pompę P15, oddając swe ciepło w wymienniku E1, którym w przeciwprądzie ogrzewa wpływające ścieki, po czym jest ewentualnie neutralizowana za pomocą dwutlenku węgla doprowadzanego przez zawór P16 i dostarczana do kanału ściekowego. Kolumna C8 jest ogrzewana również w studzience przez wymiennik ciepła E14.

Woda będąca wynikiem skroplenia pary i zbierająca się na dnie płuczki gazowej C9 jest usuwana przez pompę P10 z powrotem do górnej części kolumny C8. W przypadku, gdy temperatura tej wody jest zbyt wysoka, może być ona kierowana przez zawór V17 do dodatkowego wymiennika ciepła E11, a po oziębieniu z powrotem do górnej części płuczki gazowej C9. Zawór V13 służy do regulacji ciśnienia wewnątrz płuczki gazowej C9 i odprowadzania z niej oczyszczonego powietrza.

Idea wynalazku nie jest oczywiście ograniczona opisanym wyżej korzystnym rozwiązaniem konstrukcyjnym urządzenia, które może podlegać dalszym modyfikacjom.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób termicznego oczyszczania ścieków, zwłaszcza wody odlotowej zawierającej melaminę, przez ich wielostopniowe ogrzewanie oraz poddawanie hydrolizie w celu rozkładu cząsteczek szkodliwych substancji obecnych w ściekach i odprowadzenia otrzymanych w wyniku tego rozkładu gazów, znamienny tym, że hydrolizę przeprowadza się przez nadanie ściekom ruchu meandrowego, na przemian do góry i w dół, przez opływanie równoległych przegród oraz równoczesne ogrzewanie tego meandrowego strumienia ścieków w miejscach jego wznoszenia się, aż do uzyskania temperatury równej lub wyższej od 190°C.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w trakcie hydrolizy ścieki ogrzewane są do temperatury od 220°C do 240°C.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas hydrolizy ścieki poddaje się ciśnieniu od 30x10⁵ Pa do 100x10⁵ Pa.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że podczas hydrolizy ścieki poddaje się ciśnieniu od 30x10⁵ Pa do 60x10⁵ Pa.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed poddaniem hydrolizie ścieki przynajmniej jednokrotnie poddaje się ogrzewaniu wstępnemu.
6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że przed hydrolizą ścieki poddaje się wstępnemu ogrzaniu, przepuszczając je w przeciwprądzie przez strumień wylotowy oczyszczonych ścieków po hydrolizie.
7. Urządzenie do termicznego oczyszczania ścieków, zwłaszcza wody odlotowej zawierającej melaminę, wyposażone w zbiornik przepływowy do prowadzenia hydrolizy ścieków i w urządzenie do oddzielania części ciekłej i gazowej oczyszczonych ścieków, znamienne tym, że jest wyposażone przynajmniej w jeden hydrolizator (R5) zaopatrzony w układ równoległych przegród (1 i 2), na przemian z górnymi i dolnymi przelotami, wywarzających ruch meandrowy strumienia ścieków, oraz w umieszczone między tymi przegrodami (1 i 2), w miejscu wznoszenia się tego strumienia, grzejniki (3) zapewniające ogrzanie oczyszczanego strumienia ścieków do temperatury równej lub wyższej od 190°C.
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że przegrody (1 i 2) mają postać ścianek, zwłaszcza ścianek sitowych, przy czym sąsiadujące ze sobą przegrody (1 i 2) są zaopatrzone na przemian w górny i dolny przelot między obrzeżem przegrody a ścianką zbiornika tworzącego hydrolizator (R5).
9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że grzejniki (3) stanowią układ rur grzewczych, przez które przepuszczana jest para, przy czym oś tych rur znajduje się między tymi przegrodami (1, 2), między którymi następuje wznoszenie się strumienia oczyszczanych ścieków.
10. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że jego grzejniki (3) stanowią grzejniki elektryczne.
11. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że hydrolizator (R5) stanowi cylindryczny zbiornik o osi poziomej.
12. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że przestrzenie między przegrodami (2) w górnej części zbiornika stanowiącego hydralizator (R5) są połączone za pomocą króćców z przewodem zbiorczym (22) do odprowadzania gazów.

PL 205 698 B1
13. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że jest wyposażone w układ szeregowo połączonych dwóch lub kilku hydralizatorów.