Патент на изобретение №2338698

(54) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ АММИАКА И АММОНИЙНОГО АЗОТА ИЗ ВОД ШЛАМОВОГО ХОЗЯЙСТВА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области очистки вод шламового хозяйства металлургических производств. Для осуществления способа удаления аммиака и аммонийного азота в очищаемую воду, прошедшую водоподготовку и дезаминирование, вносят формалин при рН 9-11 в весовом соотношении аммиак:формальдегид – 1:12,4. Образующиеся продукты конденсации аммиака с формалином удаляют коагуляцией смесью оксихлорида алюминия с флокулянтом – Праестолом и электрокоагуляцией в электролизере с растворимыми железными электродами. Способ обеспечивает сокращение технологических операций по очистке вод от аммиака и аммонийного азота, упрощение и повышение экономичности процесса. 1 табл.

Изобретение относится к области очистки вод шламового хозяйства доменных печей от аммиака.

Известен способ удаления аммиака распылением сточных вод в атмосфере с применением сжатого воздуха. Распыление сточных вод производится при выбранных атмосферных условиях с целью достичь наиболее полного изменения фазового состояния воды (см. заявку РФ №97110107 кл. C02F 1/04, 1999 г.).

Известен комбинированный способ физико-химической и биологической очистки хозяйственно-бытовых вод, в котором после электрокоагуляции, отстаивания, фильтрации аммиак удаляется отдувкой и струйной аэрацией в две стадии (см. патент РФ №2013382, кл. С02F 3/30, 1994 г.).

Отдувка аммиака предусматривается и на конечной стадии микробиологической очистки водных стоков животноводческих комплексов (см. патент РФ №2067967, кл. C02F 3/34, 1996 г.).

Известен метод удаления аммиака и сероводорода обработкой вод серной или азотной кислотой до рН 3. Операцию проводят под давлением в атмосфере инертного газа с последующим удалением аммиака и сероводорода в отгонной колонне (см. патент РФ №2078054 кл. С02F 1/72, 1997 г.).

Известен способ удаления аммиака биологической нитрофикацией сточных вод под давлением с подачей кислорода (см. заявку РФ №97107174, кл. C02F 3/00, 1999 г.); и способ биохимической нитрофикацией и денитрификацией при рН 6,5-7,0 нитратами и/или нитритами с последующим нагреванием воды (см. патент РФ №2136612, кл. C02F 3/30, 1998 г.).

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ переработки аммиаксодержащих жидких радиоактивных отходов, который включает выпаривание данных отходов в щелочном режиме, охлаждение вторичного пара и очистку его на фильтрах. Перед очисткой аммиачного конденсата на ионообменных фильтрах проводят его выпаривание с одновременной обработкой нитритами. В результате взаимодействия иона аммония и нитрит иона при температуре кипения образуются азот и вода (см. патент RU №2169403, кл. C1 7 G21F 9/08, 2001) – прототип.

Таким приемом достигается высокая степень очистки вод от аммиаксодержащих соединений.

Недостаток этого способа дезаминирования воды состоит в его высокой затратности, связанной с предварительной водоподготовкой воды – концентрированием ее путем упарки.

Целью изобретения является разработка простого и экономичного способа удаления аммиака и аммонийного азота из водных стоков, в частности из вод шламового хозяйства металлургических производств.

Поставленная задача достигается тем, что в способе удаления аммиака и аммонийного азота из вод шламового хозяйства металлургических производств, включающем водоподготовку и дезаминирование, согласно изобретению в очищаемую воду вносят формалин при рН 9-11 в весовом соотношении аммиак:формальдегид 1:12,4, после чего продукты конденсации аммиака удаляют коагуляцией смесью оксихлорида алюминия с Праестолом и/или электрокоагуляцией в электролизере с растворимыми железными электродами.

Под термином «водоподготовка» подразумевается начальный этап водоподготовки – удаление взвешенных механических примесей, а под термином «дезаминирование» – широко принятое в современной химии понятие: удаление аммиака и его производных, в частности иона аммония.

Применение заявляемого решения за счет сокращения числа технологических операций по очистке вод и удалению аммиака и аммонийного азота позволит упростить и значительно повысить экономичность процесса.

Заявляемый способ удаления аммиака и аммонийного азота из вод шламового хозяйства металлургических производств, включающих водоподготовку и дезаминирование, отличается от известного, принятого за прототип, тем, что в очищаемую воду вносят формалин при рН 9-11 в весовом соотношении аммиак:формальдегид 1:12,4 с последующим удалением продуктов конденсации аммиака с формальдегидом коагуляцией смесью оксихлорида алюминия с Праестолом и/или электрокоагуляцией в электролизере с растворимыми железными электродами.

Сопоставимый анализ заявляемого решения с известным позволяет сделать вывод о том, что предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения «новизна».

Из патентной и научно-технической литературы не известен способ удаления аммиака и аммонийного азота из вод шламового хозяйства металлургических производств формалином с последующим удалением продуктов конденсации аммиака с формалином коагуляцией.

Таким образом, предложенное техническое решение удовлетворяет критерию «изобретательский уровень».

Заявляемое техническое решение может быть использовано для удаления аммиака и аммонийного азота из вод шламового хозяйства доменных печей металлургических производств.

Таким образом, предложенное решение удовлетворяет критерию изобретения «промышленная применимость».

Сущность изобретения состоит в том, что в щелочной среде (щелочность шламовой воды доменного производства не ниже рН 9,5-10,5) формалин связывает аммиак в азометин (CH₂=NH), который быстро полимеризуется в олигомеры -[CH₂-NH]_n– и (CH₂)₆N₄. Последние удаляют из солевого раствора реагентами водоподготовки: смесью коагулянта с флокулянтом и/или электрокоагуляцией.

В качестве реагентного коагулянта используют оксихлорид алюминия (ОХА), а флокулянта – модифицированный «Праестол-2530», а электрокоагуляцию осуществляют с помощью электролизера с растворимыми железными электродами.

Производились эксперименты на пилотной установке в нескольких вариантах, как часть разработки общей технологической схемы очистки промывных вод дымовых газов доменных печей.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами применения способа:

Пример 1. Внесение формалина перед водоподготовкой.

В щелочную воду шламового хозяйства доменной печи (рН-9,35) вносили последовательно, из расчета на 1 л обрабатываемой воды, содержащей 0,1613 г аммиака, 5 мл 36% формалина (2 г формальдегида в пересчете на формальдегид). Это количество формальдегида эквивалентно соотношению аммиак:формальдегид в весовых частях как 1:12,4 и реагенты водоподготовки для удаления взвешенных частиц и увеличения электропроводимости стока: коагулянт с флокулянтом – смесь 1% оксихлорида алюминия (ОХА) с 10 мл 0,1% модифицированного флокулянта «Праестол-2530» и 50 мл 4% хлорида натрия. Пульпу с хлопьевидной взвесью переливали в вертикальный отстойник. Осветленный водный слой фильтровали через нейтральный фильтрующий материал марки ПНС (ф.1). После удаления взвесей осветленный сток подавали в электролизер с железными электродами (электрокоагулятор). Электрокоагуляцию вели при плотности тока 1,1-1,5 А/дм² в течение 6,5 минут.

Солевой раствор отстаивали и фильтровали (ф.2). Анализ пробы констатировал полное отсутствие в водном растворе аммиака (см. таблицу, проба 1).

В последующих примерах количество вносимых реагентов: формалина, коагулянта (ОХА), флокулянта, хлорида натрия на 1 литр обрабатываемой воды, а также плотность тока на электродах и время обработки его не менялись.

Пример 2. Внесение формалина перед водоподготовкой с изменением кислотности стока перед электрокоагуляцией.

Исходная кислотность стока рН 9,3.

Внесение формалина и водоподготовку проводили, как в примере 1, но перед электрокоагуляцией сток подкисляли 10% соляной кислоты до рН 6,5. После электрокоагуляции раствор фильтровали (ф.2). В анализируемой пробе аммиак отсутствовал (таблица, п.2).

Пример 3. Внесение формалина после водоподготовки.

Исходная кислотность стока рН 9,4-9,5.

Формалин и хлорид натрия вносили в очищаемую воду после водоподготовки, непосредственно перед электрокоагуляцией при рН 9,4.

После электрокоагуляции следовали отстой, фильтрация (ф.1), дополнительная реагентная коагуляция ОХА и флокуляция Праестолом, фильтрация (ф.2). Присутствие аммиака в исследуемом растворе не обнаружено (таблица, п.3).

Пример 4. Внесение формалина до водоподготовки.

Опыт проводили так же, как в примере 1, при рН 9,2 исходного стока, но на последней стадии, после электрокоагуляции, отстоя и фильтрации (ф.2) раствор подвергали электроокислению на электролизере с графитовыми электродами при плотности тока 1,2-1,5 А/дм² в течение 5 мин. Раствор фильтровали (ф.3). Аммиак в пробе не обнаружен (таблица, п.4).

Пример 5. Внесение формалина после водоподготовки и электрокоагуляции с последующей коагуляцией и электроокислением.

Очистку шламовой воды осуществляли при исходном водородном показателе воды рН 9,1 в следующей последовательности: водоподготовка, отстой, фильтрация (ф.1), электрокоагуляция, отстой, фильтрация (ф.2), внесение формалина, реагентная коагуляция смесью ОХА и Праестола, отстой, фильтрация (ф.3), внесение хлорида натрия и щелочи до рН 11, электроокисление на графитовых электродах, фильтрация (ф.4). В пробе аммиак не обнаружен (таблица, п.5).

Пример 6. Внесение формалина до водоподготовки.

Опыт проводили по аналогии с примером 1, но щелочь вносили в воду до рН 11,5-12 перед электрокоагуляцией.

В пробе аммиак не обнаружен (таблица, п.6).

Пример 7. Внесение формалина до водоподготовки с последующим окислением воды реагентным окислителем.

Исходная кислотность потока 9,3. Внесение формальдегида и водоподготовку проводили, как в примере 1, но после фильтрации (ф.1), водный поток подкисляли 10% соляной кислотой до рН 2,4 и окисляли 50 мл 40% гипохлорита натрия. Раствор нейтрализовали щелочью до рН 7,3 и фильтровали. Аммиак в пробе не обнаружен (таблица, п.7).

Формула изобретения

Способ удаления аммиака и аммонийного азота из вод шламового хозяйства металлургических производств, включающий водоподготовку и дезаминирование, отличающийся тем, что в очищаемую воду вносят формалин при рН 9-11 в весовом соотношении аммиак : формальдегид – 1:12,4, после чего удаляют продукты конденсации аммиака с формалином коагуляцией смесью оксихлорида алюминия с флокулянтом – Праестолом и электрокоагуляцией в электролизере с растворимыми железными электродами.