Глава 2 экспериментальная часть

2.1 Объект и предмет исследования

Объектом исследования в данной работе является станция подготовки речной воды цеха по производству жидкого аммиака ОАО «Череповецкий «Азот». Данная станция расположена непосредственно на территории предприятия. Согласно [34], станция водоподготовки цеха «Аммиак-2» предназначена для обеспечения данного производства осветленной и обессоленной водой (дистиллятом).

Установка по обессоливанию воды направлена на получение дистиллята из смеси минерализованных стоков производства аммиака и речной воды. Полученный дистиллят используется для питания котлов-утилизаторов и впрыска в аппараты воздушного охлаждения. Мощность данной установки составляет 400 м³/ч [34]. Процесс обессоливания воды осуществляется в две стадии: умягчение стоков и воды, затем их дистилляция. Технологическая линия по осветлению речной воды имеет мощность 400 м³/ч. Очищенная вода предназначена для подпитки водооборотных циклов данного производства. Осаждения примесей и умягчения воды осуществляется в осветлителе с использованием реагентов известкового молока, сульфата железа, карбоната натрия и полиакриламида. Получение питательной воды заданного качества для агрегата аммиака предусматривается методом термического обессоливания (дистилляции) предварительно умягченной смеси стоков и речной воды, являющейся питательной водой для испарителей. В результате деятельности установки образуются продукты продувки фильтров, направляемые в промливневую канализацию предприятия.

Ужесточение требований к осветленной воде является следствием ее косвенного воздействия на технологическое оборудование. Данное воздействие вызвано нарушением процессов теплопередачи, коррозии оборудования, использующего данную воду в технологическом процессе, преждевременному выходу его из строя, биобрастанию и росту отложений. Предметом исследования явилось экологическое обоснование реконструкции существующей станции водоподготовки. Данное техническое решение заключается в замене имеющихся аппаратов, предназначенных для очистки воды, на установки, работающие по принципу ультрафильтрации.

2.2 Характеристика объекта исследования как источника образования отходов

Внешним источником речной воды для станции водоподготовки цеха по производству жидкого аммиака ОАО «Череповецкий «Азот» являются сети ОАО «Северсталь». Речная вода из сети завода насосами с температурой 4÷20⁰С подается на теплообменники, где нагревается до температуры 15÷30⁰С дистиллятом, затем догревается паром на теплообменниках до температуры 20 ÷ 35⁰С. Затем речная вода поступает по распределительным трубам в воздухоотделитель осветлителя, где освобождается от растворенного воздуха за счет перелива через воронки распределительных труб и отдува воздухом, подаваемым от компрессора. Технологическая схема очистки речной воды станции водоподготовки цеха по производству жидкого аммиака и установка ее осветления представлены на рисунках 7 и 8 соответственно.

При обработке воды раствором известкового молока в присутствии коагулянта происходит удаление из воды растворенных органических веществ и ионов железа, снижение карбонатной жесткости и цветности воды.

Снижение карбонатной жесткости:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ 2CaCO₃ + 2H₂O

Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ Mg(OH)₂ + CaCO₃ + 2H₂O

Известковое молоко

Рисунок 7 - Технологическая схема подготовки речной воды существующей станции водоподготовки

Для осаждения ионов железо, органических веществ, и других растворенных в воду компонентов, добавляют коагулянт – сульфат железа, который в щелочной среде подвергается гидролизу:

FeSO₄ + Ca(OH)₂ Fe(OH)₂ + CaSO₄

и окисляется до гидроксида железа (III) по реакции:

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O 4Fe(OH)₃

Г идроксид железа (III) имеет хлопьевидную структуру с очень развитой поверхностью, на которой сорбируются взвешенные и коллоидные вещества.

Рисунок 8 – Установка осветления речной воды цеха «Аммиак-2»

В результате взаимодействия введенных реагентов с обрабатываемой водой выделяется осадок (шлам). Шлам поддерживается во взвешенном состоянии восходящим потоком воды и образует контактную среду (12), наличие которой ускоряет и улучшает процессы очистки воды. Верхняя граница взвешенного шлама (12 а) в зоне контактной среды (12) должна находиться примерно на уровне верхней кромки шламоприемных окон (13) (точка № 4).

Из зоны контактной среды излишек шлама вместе с частью обрабатываемой воды до 20 об.% от общего расхода поступает в шламоприемные окна (13) и далее в шламоуплотнитель (15). Остальная часть обрабатываемой воды, минуя шламоприемные окна, поступает в зону осветления (16) и далее, освободившись от взвесей и пройдя верхнюю распределительную решетку (17), сливается в сборный желоб (18) через отверстия и щели в его боковых стенах.

По сборному желобу известково-коагулированная вода поступает в приемный короб распределительного устройства (19) и далее по линии(20) выводится из осветлителя.

Поступающая в шламоуплотнитель часть воды освобождается от осадка, после чего через сборный коллектор (21) и линию (22) выводится из шламоуплотнителя в распределительное устройство (19), где смешивается с основным потоком известкованной воды и совместно с ним выводится из осветлителя. Выделившийся в шламоуплотнителе осадок частично уплотняется под давлением вышележащего слоя и удаляется при непрерывной продувке (23) или периодически по трубе (24). Шлам из грязевика (26) осветлителя удаляется через периодическую продувку (27). Продувочные воды (шлам) осветлителей установки осветления речной воды сбрасываются в бак, откуда насосами направляются на установку нейтрализации.

Поскольку в технологической линии водоподготовки агрегата по производству аммиака предусмотрена утилизация собственных стоков, данная схема является малоотходной. Образующиеся твердые и жидкие отходы, представленные складируются в специальных накопителях. По составу и качественным показателям отходы не являются токсичными.

В данной работе шлам установки осветления речной воды, складируемый до настоящего времени на полигоне предприятия, исследован в качестве техногенного сырья путем использования его в составе сырьевой шихты для изготовления строительных вяжущих материалов.

В настоящие время в цехе по производству жидкого аммиака ОАО «Череповецкий «Азот» предусматривается модернизация станции водоподготовки с заменой существующего оборудования на блочно-модульную установку ультрафильтрации. В этой связи представляет интерес рассмотрение процесса очистки воды подобным способом и сравнение данных технологических схем.