PL90372B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oczyszcza¬ nia wód odpadowych zawierajacych produkty or¬ ganiczne i nieorganiczne, podatne i niepodatne do jonizacji, korzystny szczególnie w przypadkach, kiedy odzyskiwanie i/lub zawracanie do obiegu odpadów jest czynikiem uzasadniajacym ekono¬ micznie obróbke wód odpadowych.Korzystne ekonomiczne odzyskiwanie i zawraca¬ nie do obiegu kwasów i zasad o odjpowiednim ste¬ zeniu, uzywanych zwykle bez odzyskiwania, wód o wysokiej czystosci i produktów organicznych, o duzej wartosci odzywczej jest mozliwe na drodze ekstrakcji.Sposób wedlug wynalazku dotyczy procesu o- czyszczania polegajacego na elektrolizie prowa¬ dzonej w komorach posiadajacych przepony jono¬ selektywne, który nadaje sie do wszystkich odpa¬ dów zawierajacych substancje organiczne i nieor¬ ganiczne, podatne i niepodatne do jonizacji, jed¬ nakze z wyjatkiem substancji koloidalnych zdol¬ nych do reagowania z przeponami jonoselektyw¬ nymi.Chociaz sposób wedlug wynalazku jest calkowi¬ cie ogólny, w celu lepszego zilustrowania jego za¬ sady dalszy opis bedzie odnosil sie do oczyszcza¬ nia wód pochodzacych z regeneracji zywic stoso¬ wanych do odmineralizowania i odbarwiania so¬ ków w przemysle cukrowniczym.Jednakze, jak stwierdzono poprzednio, zakres sposobu wedlug wynalazku oczywiscie nie 18 moze byc ograniczony. Zastosowanie zasad wynalazku do oczyszczania wód róznego po¬ chodzenia przez wprowadzenie oczywistych mody¬ fikacji, nie wykraczajacych poza jego zakres be¬ dzie zupelnie latwe dla fachowca.Wiadomo, ze stosowanie zywic, w przemysle cu¬ krowniczym zapewnia otrzymanie produktów o wysokiej czystosci i dlatego bardziej konkurencyj¬ nych na rynku, przy obnizeniu do minimum strat cukru w postaci melas, które powstaja, jezeli nie stosuje sie zywic do otrzymywania cukru o tej su¬ mej jakosci.Wsród stosowanych zywic mozna wyróznic anio¬ nowe i kationowe {silne i slabe) w zaleznosci od tego czy przeznaczone sa do „wiazania'1 anionów czy kationów o róznej sile jonowej.Stosowanie tych zywic w przemysle cukrowni¬ czym mozna zreasumowac nastepujaco: 1) — zy¬ wice kationowe stosowane do usuwania z wody technologicznej soli wapniowych, regenerowane chlorkiem sodu; 2) — zywice kationowe do demi- neralizacji i lekkiego odbarwiania rozcienczonych soków cukrowniczych, regenerowane zwytole amo¬ niakiem lub wodorotlenkiem sodu; 3) — zywice anionowe do demdneralizacji i lekkiego odbarwia¬ nia rozcienczonych soków cukrowniczych, regene¬ rowane kwasem solnym lub czesciej kwasem siar¬ kowym; 4) — zywice makroporowate do calkowi¬ tego odbarwiania soków cukrowniczych, zdolne do zatrzymywania nie ulegajacych Jonizacji substan- 90 37290372 3 4 cji organicznych, zawartych w wodach cukrowni, którym nadaja sie one bardziej lub mniej zywy kolor, regenerowane chlorkiem sodu.Wody z regeneracji zywic zawieraja wysokie stezenie soli, kwasów lub zasad i znaczne ilosci substancji organicznych, takich jak witaminy z grupy B, proste proteiny, takie jak lizyna, argi- nina i tyrozyna, zwiazki bardziej zlozone, takie jak betaina, kwas glutaminowy i kwas asparagi¬ nowy oraz frakcje cukrów.Calkowita objetosc wód odpadowych jest bar¬ dzo wysoka, na przyklad z duzej instalacji otrzy¬ muje sie 2000—3000 mtydobe w ciagu 100 dni pra¬ cy, co stwarza znaczne trudnosci przy odprowa¬ dzaniu tych wód, poniewaz zawarte w nich sub¬ stancje organiczne moga ulegac fermentacji, a zawarte w nich sole nie pozwalaja oczywiscie na odprowadzanie ich do otwartych zbiorników.Przesylanie wód odpadowych do scieków jest nade wszystko niemozliwe nie tylko ze wzgledu na zawarte w nich zanieczyszczenia, lecz takze dlatego, ze w wiekszosci przypadków zaklady cu¬ krownicze sa zlokalizowane z dala od okregów gesto zaludnionych lub silnie uprzemyslowionych.Dotychczas stosowane sposoby rozwiazania tego problemu nie daly zadawalajacych wyników ani w zakresie oczyszczania biologicznego, z powodu niskiej wydajnosci i komplikacji zwiazanych z uruchomieniem urzadzenia do oczyszczania wody przed rozpoczeciem produkcji, ani w zakresie o- czyszczania chemicznego, poniewaz klarowny wy¬ glad wód odpadowych wynikajacy z niskiej za¬ wartosci koloidów nie pozwala na uzycie srodków koagulujacych do flokulacji.Proponowano inne sposoby polegajace na 1) — odstawaniu zanieczyszczonych wód w sztucznych jeziorach, który to sposób posiada wady wynika¬ jace z nieekonomicznego uzytkowania duzych ob¬ szarów ziemi i powstawania niedopuszczalnych woni; 2) — odwróconej osmozie, który to sposób nie pozwala jednak na trwale oddzielenie zwiaz¬ ków organicznych od soli w otrzymanych w wy¬ niku obróbki zanieczyszczajacych wód odpado¬ wych o zmniejszonej objetosci; 3) — elektrolizie, która posiada te wade, ze jest bardzo kosztowna i trudna do .prowadzenia przy oddzielaniu zwiaz¬ ków organicznych od aminokwasów, które z du¬ za szybkoscia wedruja w kierunku elektrod.Sposób oczyszczania wód odpadowych wedlug wynalazku pozwala na uzyskanie calkowitego o- czyszczania wód stosunkowo niskim kosztem, je¬ zeli uwzgledni sie takze mozliwosc zawracania do obiegu lub odzyskiwania.Oczyszczanie wód z regeneracji zywic uzywa¬ nych w przemysle cukrowniczym pozwala ponadto na uzyskanie nastepujacych wyników: a) — za¬ wartosc soli i substancji organicznych w otrzy¬ manych wodach kwalifikuje je nie tylko do wy¬ puszczenia na powierzchnie wód, ale zapewnia równiez przydatnosc tych wód do ponownego u- zytku w procesie, co jest oczywiscie korzystne z punktu widzenia zubozenia warstwy wodonosnej; b) — odzyskanie z wysoka wydajnoscia uzywanego w procesie chlorku sodu, który zawraca sie do takich etapów regeneracji zywic jak odbarwianie i usuwanie soli wapniowych z mozliwoscia korzyst¬ nego transportowania i magazynowania; c) — od¬ zyskanie kwasów i zasad o potrzebnym stezeniu uzywanych odlpowiednio do regeneracji zywic anio¬ nowych i kationowych, iprzy czym w tym przypadku korzysc moze byc znaczna, jesli uwzgledni sie du¬ ze zuzycie tych reagentów w przemysle cukrow¬ niczym; d) — niemal calkowite odzyskanie zawar¬ tych w tych wodach substancji organicznych, ta¬ kich jak aminokwasy, zasady — puryna i piry- midyna, jak równiez, w malej ilosci witamin i skladników oligodynamicznych, które moga zna¬ lezc szerokie zastosowanie jako material uzupel¬ niajacy pasze do zywienia bydla w hodowli zoo¬ technicznej; e) — uzyskanie do bardziej wartoscio¬ wych celów obszarów uzytkowanych obecnie do przetrzymywania wód w zbiornikach, wyelimino¬ wanie niedopuszczalnych woni i mozliwosci ilu¬ stracji zanieczyszczen do warstwy wodonosnej; f) — wykorzystanie ukladu, który moze byc urucho¬ miony na poczatku okresu produkcji bez wstep¬ nego przygotowania i latwego do kontroli podczas ruchu. Sposób wedlug wynalazku ilustruje schemat przedstawiony na rysunku.Wody wychodzace z regeneracji zywic odbar¬ wiajacych, bogate w chlorek sodu i zawierajace substancje organiczne wprowadza sie do sekcji odwróconej osmozy zlozonej z dwóch etapów 112.Z etapu 1 otrzymuje sie przez przewód 3 stezony roztwór substancji organicznych zawierajacy ma¬ le ilosci NaCl, a przez przewód 4 rozcienczony roztwór NaCl nie zawierajacy substancji organicz¬ nych.W drugim etapie przeprowadza sie zatezenje roztworu chlorku sodu do odpowiedniej wartosci, po czym przewodem 5 zawraca sie go do regene¬ racji zywic, a oddzielona czesciowo odjonizowana wode odprowadza sie przewodem 6. Przewodem 7 uzupelnia sie roztwór zawracany do regeneracji zywic.Wody wychodzace z regeneracji zywic aniono¬ wych zawierajace wodorotlenek amonowy i sub¬ stancje organiczne dostarcza sie do przestrzeni anodowej komory elektrolitycznej * 8, posiadajacej dwie strefy i przegrode kationoselektywna, gdzie poddawane sa elektrolizie, w celu otrzymania w strefie katodowej wodorotlenku amonowego o stezeniu potrzebnym do zawrócenia go przewodem 9 do obiegu i wodoru odprowadzanego przewodem . Przewodem 11 uzupelnia sie roztwór. Rozcien¬ czony roztwór organiczny opuszcza strefe anodo¬ wa przewodem 12 i jest odmineralizowywany da¬ lej do potrzebnej wielkosci przez dzialanie naste¬ pujacych po sobie wzrastajaco zmiennych warto¬ sci pH przegród kationoselektywnych w komorze i przegród anionoselektywnych w innej komorze.Obróbka wód wychodzacych z regeneracji zywic kationowymiennych jest analogiczna, a jedyna róznice stanowi to, ze zanieczyszczone wody do¬ starcza sie do przestrzeni katodowej komory elek¬ trolitycznej 13 posiadajacej dwie strefy z przepona anionoselektywna. Otrzymuje sie kwas siarkowy o stezeniu odpowiednim do zawrócenia go do o- biegu przewodem 14, tlen odprowadzony przewo¬ dem 1& i rozcienczony roztwór substancji orga- 45 50 58 60»0 372 r niezwyeh, frfdry odplywa przewodem 16; Przewo¬ dem 22 uzupelnia sie kwar siarkowy. Granica od- jcliizowania zalety od mozliwej do ustalania ko¬ lejnosci przepon aniono i kationoselelfltywnych, analogicznie do tego co podano poprzednio.Jezeli wody organiczne nie sa ca&owicfe odmi- neral&owaney przeplywaja do sekcji zobojetnia¬ nia i mieszania 1T, skad przeslane sa do obróbki w sekcji odwróconej osmozy 16.W tet» sptts6b otrzymuje sie stezone wody „or- dairiczfee", które po zmieszaniu z woda doplywa¬ jaca przewodem 19 z sekcji osmozy wód z zywic odbarwiajacych dostarcza sie przewodem 26 do wyiparfti 21; w eelfc odzyskania suche} substancji organicznej, wykorzystujac jako paliwo nie zanie¬ czyszczajace wodór otrzymany w komorach elek¬ trolitycznych do wód z zywic anionowych. W ra¬ zie potrzeby do wodoru dodaje sie metan i oba gazy doprowadza sie do wyparici 21 przewodem 2f. Oczyszczona wode odprowadza sie przewodem 2f par^ przewodem odgazowujacym 25, a rura 26 usuwa sie substancje organiczne.Wody wychodzace a regeneracji zywic usuwa¬ jacych z wody wapn przesyla sie do oczyszczania w sekcji 27, w której wytraca sie magnez w po¬ staci wodorotlenku dodajac] wodorotlenek sodowy i wapn, który wytraca sie dwutlenkiem wegla o- traymaroym z pieca do wypalania kamienia wa¬ piennego, znajdujacego sie zawsze w cukrowni.Nastepnie przeprowadza sie zobojetnianie 26 kwasem solnym i w koncu obróbke na drodze od¬ wróconej osmozy 26, prowadzona w celu podwyz¬ szenia stezenia roatworu db wartofcei potrzebnych do zawrócenia ich przewodem 261 do regeneracji zywic. Przewodem 31 uzupelnia sie tronfcwór. Rów¬ noczesnie przewodem 32 otrzymuje sie wode o wysokiej czystosci.Alternatywnie strumien odcieku organicznego, zawierajacy chlorek sodu po opuszczeniu pierw¬ szego etapu obróbki osmotyóznej wód z regene¬ racji zywic odbarwiajacych mozna przeslac do pieca prazalniczego, skad otrzymuje sie chlorek sodu zawracany do obiegu.Rodzaj przepon jonoselektywnych nie ma istot¬ nego znaczenia dla dokladnego zrozumienia spo¬ sobu wedlug wynalazku, poniewaz moze je dobrac fachowiec w zaleznosci od rozwiazywanego za¬ gadnienia.Ponadto nalezy zauwazyc, ze komór jonoselek¬ tywnych moze byc (takze wiecej niz jedna, co jest oczywiste równiez z ponizszego przykladu, kitóry podano w celu wyrobienia lepszego pogladu na warunki technologiczne procesu prowadzonego sposobem wedlug wynalazku, nie ograniczajac je¬ go zakresu.Przyklady: a) Wody regenerujace wychodzace z obiegu zywic odbarwiajacych.Obróbke prowadzi sie dostarczajac do instalacji póltechnicznej 1 m3 wód wychodzacych z regene¬ racji zywic odbarwiajacych, które jak ustalono anaOdtycznie zawieraja 37 kg Nad Ji 6 kg zwiaz¬ ków organicznych.Z pierwszego etapu wieloetapowej instalacji otrzymuje sie strumien stezonego odcieku o ob¬ jetosci 0,27 m*, zawierajacy 24,1 kg Nad i 8,7 kg substancji organicznych oraz strumien rozcienczo¬ ny o objetosci 0,73 m*, zawierajacy 12,9 kg Nad i 0,32 kg substancji organicznych.Rozcienczony roztwór przesyla sie do drugiego etapu, w którym otrzymuje sie stezony roztwór o objetosci 0,36 ms, zawierajacy calosc KaCK i sub¬ stancje organiczne oraz jako roztwór rozcienczo¬ ny 0,37 m* swiezej wody. Roztwór stezony dostar- io cza sie do pieca prazalniczego i przez spalenie pozostalosci organicznej otrzymuje sie czysty chlorek sodu, b Wody z regeneracji zywic kationowych.Obróbke prowadzi sie dostarczajac im wód z regeneracji zywic kationowych do. trzyetapowej instalacji póltechnicznej zlozonej z komór elektro¬ litycznych, z których dwie pierwsze podzielone; sA przeponami anionowymi na dwie strefy, a trzecia podzielona jest na dwie strefy przepona kationo- selektywna. Sklad strumienia zasilajacego jest na¬ stepujacy 35 (kg wolnego H£C4, fy3 kg substan¬ cji nieorganicznych nie bedacych cukrami, które stanowia wolne zasady i 16,9 kg substancji orga¬ nicznych nie 'bedacych cukrami.Z pierwszego etapu odzyskuje sie 15 kg czyste¬ go H4SO4 o stezeniu w wodzie okolo 20*/§, który mozna* zawracac bezposrednio do regeneracji zy¬ wic. Z drugiego etapu odzyskuje sie 10 kg HjS04 zanieczyszczonego substancjami organicznymi rów- niez o stezeniu okolo 20%. Z trzeciego etapu m od¬ zyskuje sie roztwór zasadowy kationów wystepu¬ jacych w roztworze wyjsciowym i ooTjonizowany roztwór substancji organicznych nie bedacych cukrami w lacznej ilosci 16,9 kg.Obróbke w -trzech etapach prowadzi sie do po¬ trzebnej granicy odjonizowania wedlug stawia¬ nych wymagan i wzgledów ekonomicznych. c) Wody z regeneracji zywic anionowych.Obróbka jest analogiczna "do zastosowanej w 40 poprzednim punkcie. 1 m* wód wychodzacych z regeneracji zywic anionowych wprowadza sie do póltechnicznej instalacji elektrolitycznej obejmu¬ jacej opisane poprzednio trzy etapy. ' W dwóch pierwszych etapach zastosowane sa przepony ka- 45 tionowe, a w ostatnim przepona anionowa. Stru¬ mien odcieku ma nastepujacy sklad: ,6 kg amoniaku w postaci 100f/# NH4OH, 4,1 kg anionów i 10 kg substancji organicznych nie po- . datnych do jonizacji. 50 Z pierwszego etapu odzyskuje sie roztwór wo¬ dorotlenku amonowego o potrzebnym stezeniu w ilosci 7,1 kg, z drugiego etapu odzyskuje sie 3,5 kg wodorotlenku amonowego zanieczyszczonego sub- ) stancjami organicznymi podatnymi- do jonizacji, ' M a z trzeciego etapu roztwór anionów, glównie kwa¬ su siarkowego, solnego i azotowego w ilosci 4,1 kg i odjonizowany roztwór nje cukrowych substancji organicznych. d) Mieszanka wód zawierajacych zwiazki orga- 60 niczne z elektrolizy opisanej w punktach b) i c). 1 m* wód otrzymanych przez zmieszanie stru¬ mieni odcieku zawierajacego zwiazki organiczne, wychodzacego z obróbki elektrolitycznej przepona- * mi jonoselektywnymi i zawierajacego 14 kg nie- 65 podatnych do jonizacji substancji organicznych90372 8 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze oczyszczeniu poddaje sie wode pochodzaca z re­ generacji :zywic uzywanych do OIbróbki soków w prz,emysle cukrownicz)"m. 4. Spos6b wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze wody zawiemjace su:bStancjeorgan:icznepocho­ dzace z .regeneracji :zywic anionowych i kationo­ wy'ch przed wprowadzeniem do wyparki zobojet­ nia sie (28) i poddaje odwróconej osmozie (29).. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze strumien odcieku oDganicznego zawierajacego chlorek sodu, wychodzacego z obróbki osmotycz­ nej wód z regeneracji zywic odbarwiajacych wprowadza sie do pieca prazalniczego. :10 3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze wody wychodzace z regeneracji zywic od­ barwiajacych wprowadza sie do dwustopniowej sekcji odwróconej osmozy (1) i (2), wody wycho- dzacez regeneracji zywic anionowych dostarcza sie do strefy anodowej posiadajacej jedna lub wiecej komór elektrolitycznych (8) zaopatrzony,ch w przepony kationoselekJtywne i anionoselektyw­ ne, wody wychodzace z regeneracji zywic kati-ono- wymiennych dosta'rcza s'ie ido strefy !katodo­ wej posiadajacej jedna lub wiecej komór elek­ trolitycznych (13) zaopatrzonych w przepony anio­ noselekitywne i kationoselektywne, wody zaWlie­ rajace zwiazki organiczne nazywane wod,ami or- ganicznymi po zmieszaniu doprowadza sie do wy­ parki (21) w celu odzyskania suchej subs'taoncji or· ganicznej, a w sekcji (27) na wody wychodzace z r,egeneracji zywic .usuwajacych wapn dziala sie wodorotlenkiem sodu i dwul1:len'ltiem wegla, a na- stepnie zobojetnia sie je i poddaje odwróconej osmozie. 1. 'Sposób oczyszczania wód odpadowych, zawie­ rajacychprodukty organic:me i nieorganiczne, po­ datne i niepoda ze oczyszczana woda zasila sie jedna lub wJecej stref zlozonych z ,jednej lub wiecej komór elek­ trolizera (8) i (13),zaopatrzon)"ch w przepony jo­ noselektywne.Zastrz,ezenia patentowe 7 wprowadza sie do instalacji póltechnicznej do od­ wróconej psmozy izawierajacej odpowiednie prze-' pony. otrzymuje sie z jednej .strony 0,9 m S wody o wysoJde:j czystosci, a z orUlgiejOj1 m S wody za­ wierajacej 114~ substancji celu odzyskania, suchej pozostalosd odparowuje s:ie.W praktyce z 1 m S odcieku kierowanego do dwóch etapów obróbki otrzymuje sie 12 m S wodo­ ru, który pozwala na odparowa'nie dkolo 50 kg wody w temperaturze 100°C. e) Wody z regeneracji zywic do usuwania wapnia. 1 .roS wychodzacych z regeneracji zywic do usu­ wania wapnia zawierajacych 53,8 kg NaCI, 9,42 kg Ca Cl 2 i 2,2 kg MgCl 2 obrabia sie przez r,egulacje wartosci pH za pomoca wodorotlenku sodu. Otrzy­ muj~ sie nierozpuszc~aLny 'Wodorotlenek magnezu dodajac 8,9 kg NaOH i nierozpuszcza'lny zwiazek wapnia CaC0 3 dodajac CO 2 w ilosci okolo .4 kg.Po filtracji roztworu, oddzielnie wodorotlenku magnezu i weglanu wapniowego, otrzymuje sie wody zawierajace 53,8 kg wyj.sciowego NaCI i 13 kg NaCI· pochodzacego ze zobojetniania stoso­ ~anego w procesie wodorotlenku sodu przy uzy­ ciu HCl.Roztwór ten mozna zatezyc osmoty'cznie, przy czym otrzymuje sie okolo 120-130 kg NaCI/ms roztworu, który zawraca sie do regeneracji "'zywic.90 372 *l „ 9 2 8 1." U —* 7 4 ^12 _ . 13 J- ^ 16 • r l 17 2 3 3 18 -i 1 .*» 19 t \ ^ 21 | 25 i , 26 * 14 2 2 29 27 28 32, ' -f- 31 PL PL