Устройство и способ очистки сточных вод от фенола
DEVICE AND METHOD OF PURIFYING WASTE WATER FROM PHENOL

Изобретение относится к устройствам для подготовки и обеззараживания воды и может быть использовано для очистки промышленных сточных вод от фенола.
Как известно, существует две группы методов очистки сточных вод от фенола: регенеративные (экстракция, перегонка, ректификация, адсорбция, обратный осмос, этерификация, биологическая очистка) и деструктивные (окислительные в различных вариантах и гидролиз). Эти и другие известные способы, а также их комбинированное воздействие на сточные воды, делают их технологически сложными и требуют значительных энергетических и временных затрат.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки промышленных сточных вод от фенола, заключающемся в их обработке электрогидравлическим воздействием высоковольтного короткоимпульсного электрического разряда с продолжительностью импульса 1-10 мкс, согласно решению обработку сточных вод проводят в присутствии перекиси водорода в количестве, обеспечивающем разложение фенола до оксида углерода (IV), при этом напряжение электрического разряда составляет 25-30 кВ, а количество импульсов 110-120 (Патент Российской Федерации RU 2326055. Способ очистки промышленных сточных вод от фенола).) (а.с. 2326055, МПК 51 C02F 1/48, C02F 1/72, опубл. 10.06.2008 г.).
Недостатками соответствующего изобретению устройства являются:
- раздельная подача в реактор сточных вод и пероксида водорода с последующим перемешиванием с помощью электромеханической мешалки в реакторе, что не обеспечивает гомогенное перемешивание раствора и соответственно объемную равномерность обработки;
- расположение самой мешалки в непосредственной близости к очагу разряда, что создает опасность ее механических повреждений;
- необходимость нагрева раствора и охлаждения корпуса реактора, что усложняет процесс обработки и требует дополнительных энергетических затрат;
- точечный вывод отходящих газов, приводящий к возможному накоплению газов в реакторе, что нежелательно с точки зрения техники безопасности.
- циклический режим работы устройства, усложняющий его эксплуатацию.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение перечисленных недостатков наиболее близкого аналога и создание надежного, стабильного устройства для обработки фенолсодержащих сточных вод, работающего в проточном режиме.
Поставленная задача решается тем, что загрязненные фенолом сточные воды подаются в устройство для очистки сточных вод от фенола, включающее вертикально установленный реактор цилиндрической формы, снабженный двумя боковыми электродами, на которые подается импульсное напряжение от высоковольтного генератора, систему отвода газов и очищенных сточных вод, отличающееся тем, что оба электрода в реакторе установлены горизонтально, реактор дополнительно содержит сопло Лаваля, а само устройство - систему для непрерывной подачи сточных вод и пероксида водорода, которые предварительно гомогенизируются в статическом смесителе.
Поставленная задача решается также способом очистки сточных вод от фенола, который заключается в воздействии на гомогенную смесь фенолсодержащих сточных вод и пероксида водорода высоковольтным импульсным разрядом и отличающийся тем, что до подачи в реактор фенолсодержащие сточные воды предварительно гомегенизируются с расчетными количествами пероксида водорода в статическом смесителе, при этом скорость подачи пероксида водорода рассчитывается в соответствие с концентрацией фенола в сточных водах в их массовом соотношении пероксид водорода: фенол, равном (1-5):6, пероксид водорода подается в статический смеситель через регулирующий клапан, а гомогенизированный раствор пропускается между электродами, далее через сопло Лаваля, что обеспечивает полное разложение фенола.
Таким образом, отличительными признаками данного устройства от аналога являются: конструкция реактора, включая форму и расположение электродов, обуславливающие равномерность обработки сточных вод; наличие сопла Лаваля, повышающего степень разрушения фенола; непрерывность процесса очистки сточных вод от фенола, что повышает производительность установки; непрерывная подача пероксида водорода в трубопровод через статический смеситель, что способствует большей степени гомогенизации раствора и исключает применение электромеханической мешалки, упрощая тем самым процесс эксплуатации установки; отсутствие электрической печи и системы охлаждения, что также уменьшает энергетические затраты и повышает надежность эксплуатации установки; наличие ловушки для выделившихся в процессе обработки газов, что обеспечивает их полное удаление из реактора.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что смесь «фенолсодержащие сточные воды + пероксид водорода» в массовом соотношении ПВ:Ф=(1-5):6 в единице объема, предварительно гомогенизированная в статическом смесителе, подвергается ударно-волновому воздействию, вследствие чего происходит окислительная деструкция фенола. Далее раствор проходит через сопло Лаваля, что приводит к большей степени очистки сточных вод от фенола. В отличие от наиболее близкого устройства-аналога перемешивание сточных вод с пероксидом водорода до подачи в реактор позволяет, во-первых, обеспечить получение более однородного состава раствора и, во-вторых, применять проточный режим его обработки. Кроме того при прохождении ускоренного под действием ударных волн потока жидкости через сопло Лаваля из-за кавитации приводит к деструкции остаточного фенола, что обеспечивает более глубокую очистку сточных вод от фенола.
На фиг. 1 изображена схема устройства для очистки сточных вод от фенола, где 1 - входной патрубок для сточных вод, 2 - регулирующий клапан, 3 - статический смеситель, 4 - разрядная область, 5 - реактор, 6 - электроды, 7 - изоляторы, 8 - сопло Лаваля, 9 - выходной патрубок для отвода очищенной воды, 10 - автоматический газоотводчик. Работа устройства осуществляется следующим образом. Сточные воды подаются на вход 1 и одновременно через регулирующий клапан 2 в статический смеситель, 3 - пероксид водорода, где они, смешиваясь, образовывают гомогенный раствор, который далее поступает в разрядную область 4 реактора 5, где происходит окислительное разрушение фенола высокореакционными диссоциатами, возникающими под действием высоковольтных импульсов напряжения (амплитудой 28-30 кВ, длительностью импульсов 1-100 мкс и частотой их следования 20-500 Гц), подаваемого на электроды 6, изолированные от корпуса реактора диэлектрическими (фторопластовыми или капролоновыми) вставками 7. Объемная скорость подачи водного раствора пероксида водорода предварительно рассчитывается в массовом соотношение «чистый» пероксид водорода : фенол = (1-5):6 в единице объема для установленной производительности устройства. Ускоренный импульсами электрического разряда поток попадает в сопло Лаваля 8, где из-за кавитации и гидродинамических возмущений, приводящих к турбулентности и интенсивному массопереносу раствора, и, как следствие этого - к увеличению частоты столкновений частиц, скорость окислительной деструкции фенола возрастает и осуществляется деструкция остаточного фенола. Очищенные от фенола и нагретые вследствие импульсов разряда примерно до 40 С сточные воды под рабочим давлением аппарата отводятся по трубопроводу 9, а выделенные в результате очистки газы - через автоматический газоотводчик 10.
Примеры работы устройства с применением предложенного способа.
3
Пример 1. В первом случае проводилась обработка модельного раствора с содержанием фенола 575 мг/дм электроразрядными импульсами напряжением 29 кВ и частотой их следования 20 Гц при скорости подачи смеси 2 л/мин с различным массовым соотношением ПВ:Ф (табл. 1).
3
Пример 2. Во втором случае при таких же условиях обрабатывались реальные сточные воды с первоначальным содержанием фенола 211,4 мг/дм (табл. 2).
Таким образом, согласно заявленному изобретению двухступенчатая проточная обработка смеси фенолсодержащих сточных вод с пероксидом водорода, предварительно гомогенизированная до подачи в реактор, при которой в электроразрядной области осуществляются основные реакции разрушения фенола, а в сопле Лаваля - дополнительные, способствующие усилению этих процессов деструкции, обеспечивает более эффективную очистку сточных вод от фенола, а также долговечность, надежность и безопасность работы устройства и упрощение его эксплуатации. Устройство позволяет осуществлять глубокую очистку сточных вод от фенола в проточном режиме за счет интенсивной деструкции фенола пероксидом водорода при ударно-волновом воздействии на гомогенную смесь, а также использования сопла Лаваля - как второй ступени разрушения фенола.