Выпуск №20 (Ноябрь)

https://doi.org/10.25313/2520-2057-2018-20

XXXVІI Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 28.12.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

XXXVI Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 29.11.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

XIII Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономики и финансов», 31.10.2018 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

XXXV Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 30.10.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

XXXIV Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 28.09.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ХXXIII Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 30.08.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ХXXII Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 31.07.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

XII Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономики и финансов», 31.07.2018 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХXXI Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 29.06.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ХІ Международная научно-практическая конференция «Глобальные проблемы экономики и финансов», 31.05.2018 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

XXХ Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 30.05.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

XXIХ Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 30.04.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ХХVIІІ Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 29.03.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ІІІ МНПК "Экономика, финансы и управление в XXI веке: анализ тенденций и перспективы развития", 19-22.03.2018 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

X Международная научно-практическая конференция «Глобальные проблемы экономики и финансов», 28.02.2018 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХХVІІ Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 27.02.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ХХVІ Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 30.01.2018 (Совместная конференция с Международным научным центром)

XІІ Международная научно-практическая конференция «Научный диспут: вопросы экономики и финансов», 29.12.2017 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХХV Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 28.12.2017 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ХХІV Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 29.11.2017 (Совместная конференция с Международным научным центром)

XI Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономики и финансов», 31.10.2017 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

XІ Международная научно-практическая конференция «Научный диспут: вопросы экономики и финансов», 29.09.2017 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХХIІІ Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 28.09.2017 (Совместная конференция с Международным научным центром)

X Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономики и финансов», 31.07.2017 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХXII Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 28.07.2017 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ХXI Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 29.06.2017 (Совместная конференция с Международным научным центром)

IX Международная научно-практическая конференция «Глобальные проблемы экономики и финансов», 31.05.2017 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХX Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 30.05.2017 (Совместная конференция с Международным научным центром)

"Тенденции развития национальных экономик: экономическое и правовое измерение" 18-19.05.2017 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом и ККИБиП)

ХIX Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 27.04.2017 (Совместная конференция с Международным научным центром)

IX Международная научно-практическая конференция "Научный диспут: вопросы экономики и финансов", 31.03.2017 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХVIII Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 30.03.2017 (Совместная конференция с Международным научным центром)

МНПК "Экономика, финансы и управление в XXI веке: анализ тенденций и перспективы развития", 20–23.03.2017 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

VIII Международная научно-практическая конференция "Глобальные проблемы экономики и финансов", 28.02.2017 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХVII Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 27.02.2017 (Совместная конференция с Международным научным центром)

VIII Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы экономики и финансов", 31.01.2017 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХVI Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 30.01.2017 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ХV Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 28.12.2016 (Совместная конференция с Международным научным центром)

VIII Международная научно-практическая конференция "Научный диспут: вопросы экономики и финансов", 28.12.2016 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

VII Международная научно-практическая конференция "Глобальные проблемы экономики и финансов", 30.11.2016 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХІV Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 29.11.2016 (Совместная конференция с Международным научным центром)

VII Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы экономики и финансов", 31.10.2016 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХІІІ Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 28.10.2016 (Совместная конференция с Международным научным центром)

VII Международная научно-практическая конф. «Научный диспут: вопросы экономики и финансов», 30.09.2016 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ХІІ Международная научно-практическая конференция: "Актуальные проблемы современной науки", 29.09.2016 (Совместная конференция с Международным научным центром)

XI Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы современной науки», 30.08.2016 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ІV Международная научно-практическая конф. "Экономика и управление в XXI веке: анализ тенденций и перспектив развития", 29.07.2016 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

X Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы современной науки", 28.07.2016 (Совместная конференция с Международным научным центром)

VІ Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы экономики и финансов", 30.06.2016 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ІX Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы современной науки", 29.06.2016 (Совместная конференция с Международным научным центром)

VI Международная научно-практическая конференция "Научный диспут: вопросы экономики и финансов", 31.05.2016 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

VIIІ Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы современной науки", 30.05.2016 (Совместная конференция с Международным научным центром)

V Международная научно-практическая конференция "Глобальные проблемы экономики и финансов", 29.04.2016 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

VIІ Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы современной науки", 28.04.2016 (Совместная конференция с Международным научным центром)

VІ Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы современной науки", 31.03.2016 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ІI Международная научно-практическая конф. "Экономика и управление в XXI веке: анализ тенденций и перспектив развития", 30.03.2016 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

V Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы экономики и финансов", 21-24.03.2016 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

V Международная научно-практическая конференция "Научный диспут: вопросы экономики и финансов", 26.02.2016 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

II Международная научно-практическая конференция: "Научный диспут: актуальные вопросы медицины" 20.02.2016 (Совместная конференция с Международным научным центром)

ІV Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы современной науки", 29.12.2015 (Совместная конференция с Международным научным центром)

IV Международная научно-практическая конференция "Глобальные проблемы экономики и финансов", 28.12.2015 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

IV Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы экономики и финансов", 30.11.2015 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

IV Международная научно-практическая конференция "Научный диспут: вопросы экономики и финансов", 29.10.2015 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

Международная научно-практическая конференция: "Научный диспут: актуальные вопросы медицины" 28.10.2015 (Совместная конференция с Международным научным центром)

III Международная научно-практическая конференция "Глобальные проблемы экономики и финансов", 30.09.2015 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

III Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы экономики и финансов", 31.08.2015 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ІІІ Международная научно-практическая конференция "Научный диспут: вопросы экономики и финансов", 30.06.2015 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

ІІ Международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы современной науки", 29.06.2015 (Совместная конференция с Международным научным центром)

II Международная научно-практическая конференция "Глобальные проблемы экономики и финансов", 28.05.2015 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

Актуальные проблемы экономики и финансов, 29.04.2015 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

Научный диспут: вопросы экономики и финансов, 31.03.2015 (Совместная конференция с Финансово-экономическим научным советом)

Актуальные проблемы современной науки, 27.03.2015 (Совместная конференция с Международным научным центром)

Глобальные проблемы экономики и финансов, 27.02.2015 (Совместная конференция с финансово-экономическим научным советом)



Демчук І. М., Столяренко Г. С. Спосіб очистки стоків виробництва карбаміду деструктивним методом з використанням  мікрохвиль та іонообмінних матеріалів // Міжнародний науковий журнал "Інтернаука". — 2018. — №20.


Отрасль науки: Технические науки
Скачать статью (pdf)

Технічні науки

УДК 66.067.8.09:54.058

Демчук Іванна Михайлівна

провідний інженер центральної лабораторії

ПАТ «АЗОТ»

Демчук Иванна Михайловна

ведущий инженер центральной лаборатории

ОАО «АЗОТ»

Demchuk Ivanna

Leading Engineer of the Central Laboratory

JSC "AZOT"

Столяренко Геннадій Степанович

доктор технічних наук, професор,

завідувач кафедри хімічних технологій та водоочищення

Черкаський державний технологічний університет

Столяренко Геннадий Степанович

доктор технических наук, профессор,

 заведующий кафедрой химических технологий и водоочистки

Черкасский государственный технологический университет

Stolyarenko Hennadiy

Doctor of Engineering, Professor,

Head of the Department of Chemical Technology and Water Treatment

Cherkasy State Technological University

СПОСІБ ОЧИСТКИ СТОКІВ ВИРОБНИЦТВА КАРБАМІДУ ДЕСТРУКТИВНИМ МЕТОДОМ З ВИКОРИСТАННЯМ  МІКРОХВИЛЬ ТА ІОНООБМІННИХ МАТЕРІАЛІВ

СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОКОВ ПРОИЗВОДСТВА КАРБАМИДА ДЕСТРУКТИВНЫМИ МЕТОДАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОВОЛН И ИОНООБМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

METHOD OF CLEANING THE DRAINS OF MANUFACTURE OF CARBAMIDE BY DESTRUCTIVE METHODS USING MICROWAVES AND ION-EXCHANGE MATERIALS

Анотація. Розроблено новий спосіб очистки стічних вод виробництва карбаміду до стадії десорбції та гідролізу, спрямований на створення рекупераційних технологій. Розглянутий спосіб несе в собі позитивний  економічний (за рахунок зниження собівартості карбаміду та заощадження енергоресурсів) та екологічний вплив (за рахунок зменшення навантажень на біологічні очисні споруди). Для очистки конденсатів сокової пари виробництва карбаміду використано метод електрохімічної деструкцій з наступним аніонуванням та катіонуванням.

Результати дослідження нового способу очистки конденсатів сокової пари:  ступінь переробки гіпохлориту натрію становить 99,5 ÷100 %; ступінь очищення стічних вод від сполук, що містять зв'язаний Нітроген становить 96÷98%. Дана розробка має практичну значимість: отримана очищена вода може бути використана в якості живильної води котлів, оборотної води для теплообмінних установок, а також у виробництві азотної кислоти.

Ключові слова: стічні води, карбамід, очистка, гідразин, хвильовий реактор.

Аннотация. Разработан новый способ очистки сточных вод производства карбамида до стадии десорбции и гидролиза, направленный на создание рекуперационных технологий. Рассматриваемый способ несет в себе положительный экономический (за счет снижения себестоимости карбамида и сбережения энергоресурсов) и экологический эффект (за счет уменьшения нагрузок на биологические очистные сооружения). Для очистки конденсатов соковой пары производства карбамида использован метод электрохимической деструкции с последующей доочисткой на ионообменных материалах.

Результаты исследования нового способа очистки конденсатов соковой пары: степень переработки гипохлорита натрия составляет 99,5÷100 %; степень очистки сточных вод от соединений, содержащих связанный азот составляет 96÷98%. Данная разработка имеет практическую значимость, а именно: очищенная вода может быть использована в качестве питательной воды котлов, оборотной воды для теплообменных установок, а также в производстве азотной кислоты.

Ключевые слова: сточные воды, карбамид, очистка, гидразин, волновой реактор.

Summary. A new wastewater treatment method has been developed for the production of urea to the stage of desorption and hydrolysis, aimed at creating recovery technologies. The considered method carries a positive economic (by reducing the cost price of urea and saving energy resources) and environmental impact (by reducing the burden on biological treatment plants). The method of electrochemical degradation followed by anionization and cationization was used to purify condensates of juice carbamide production pair.

The results of the study of a new method for cleaning condensates of a juice pair: the degree of processing of sodium hypochlorite is 99.5÷100 %; the degree of wastewater treatment from compounds that contain bound nitrogen is 96÷98 %.

Practical value: the proposed technical solution allows to minimize energy consumption for urea production; purified water can be used as feed water for boilers, circulating water for heat exchangers, and also for the production of nitric acid.

Key words: waste water, urea, sewage treatment, hydrazine, wave reactor.

Постановка проблеми. Для хімічної промисловості питання повернення стоків у виробництво особливо актуальне, так як кошторис такої статті витрат, як «Утилізація рідких відходів» прямопропорційно впливає на собівартість продукції. При виробництві карбаміду продуктивність  1000 т/добу утворюється велика кількість стічних вод ~ 150 м3/добу. Більша частина стічних вод утворюється у вузлі конденсації сокової пари в процесі вакуум-вираровування розчинів карбаміду. Дані стічні води в своєму складі містять сполуки зв’язаного Нітрогену та розчинену вуглекислоту. Цінність даних стоків обумовлена низьким вмістом розчинених металів (до 0,01 % масового), відсутністю органічних речовин, що визначаються за такими показниками як: хімічне споживання кисні (ХСК) та біохімічне споживання кисню (БСК), відсутністю розчинених хлорид-, нітрат-, сульфат- та фосфат-іонів. На процес очистки даних стоків затрачається близько 126000 грн/добу, за умови продуктивності роботи агрегату синтезу карбаміду 330000т/рік [1-2].

Аналіз останніх досліджень та публікацій. Що стосується існуючих способів утилізації стічних вод виробництва карбаміду, у попередніх дослідженнях [1] опрацьовані праці Коряжина С.П., Ульянова С.В. та Юдина Т.Д..

Всі термічні методи очистки КСП передбачають потребу доочищати стоки на установках нітриденітрифікації (НДФ). Як відомо,  ефективність очищення стоків на установках НДФ від амонійного азоту в середньому по Україні, складає близько 77%, при середній концентрації амонійного азоту на вході на рівні 30 мг/дм3 [3]. Тобто, перед подачею стічних вод виробництва карбаміду після стадії десорбції та гідролізу на установки НДФ, їх необхідно додатково розвести побутовими стоками. Крім цього необхідно забезпечити оптимальні умови функціонування установок НДФ, що на практиці є досить складним та енергоємним процесом [4-8]. Згідно статистичних даних, щороку в поверхневі водні об’єкти України після очисних споруд потрапляє близько 20 тис. тонн зв’язаного азоту [3].

Опрацьовані наукові праці, присвячені очистці стічних води виробництва меламіну, в яких присутній карбамід. В даному напрямку опрацьовані наукові досягнення Костіна О.Н. та Ніколаєва Є.Ю., які запропонували очищати стічні води виробництва міламіну шляхом термічного гідролізу стічної води в дві стадії [9]. Також були проаналізовані інші способи очистки стоків виробництва меламіну які дають можливість знизити вміст амідного азоту в стоках. Основним є метод термічної деструкції [10], який принципово не відрізняється від процесів гідролізу, так як потребує використання високих температур та відгонки газової фази.

Також проаналізована можливість використання мембранних технологій для очистки води від сполук азоту [11]. Мембрані методи забезпечують достатній ступінь очистки забруднених сполуками азоту стоків, але вони економічно нерентабельні. Згідно даних, описаних в роботі Кодай Б. Д. метод ультрафільтрації дозволяє очищати стічні води, що в своєму складі містять низькомолекулярні сполуки з молярною масою більше за  594 г/моль, очистку від яких проводять на мембранах марки UM05 «Амикон». Для очистки стічних вод виробництва карбаміду можна використовуватися лише метод зворотного осмосу [12].

Розробка способу утилізації стічної води виробництва карбаміду дасть можливість не тільки знизити затрати на виробництво карбаміду, а і зменшити навантаження на установки НДФ.

Постановка завдання. На основі викладеного можна сформулювати завдання дослідження − розробити такий спосіб очищення стічних вод виробництва карбаміду який би забезпечив можливість повернення очищеної води у виробництво, наприклад: для повторного використання в якості сировини, для використання очищеної води в системах оборотного водопостачання теплообмінних установок або для використання в якості живильної води для котлів. Тобто розробити такий спосіб деструкції амідного та амонійного азоту у конденсаті сокової пари в результаті якого на виході якість води буде відповідати вимогам, зазначеним у навчальному посібнику Кудряшова «Подготовка воды для питания паровых и водогрейных котлов» [13].

Виклад основного матеріалу дослідження. Якісний та кількісний склад конденсатів сокової пари до виробництва карбаміду до стадії десорбції та гідролізу наведено в таблиці 1. Також у таблиці 1 вказана масова витрата кожного з компонентів стоків. В якості представницької проби та для проведення досліджень відібрані стічні води агрегату синтезу карбаміду по стрипінг-процесу з регламентованою продуктивністю 330000 т/рік. Процес отримання карбаміду при стрипінг-процесі здійснюється взаємодією газоподібного діоксиду вуглецю та рідкого аміаку у системі синтезу при температурі від 170 °С до 185 °С і тиску від 13,4 МПа до  14,4 МПа (від 134 до 144 кгс/см2). Розчин, що складається з карбаміду, карбамату амонію, води та аміаку підлягає дистиляції при тиску від 0,25 МПа до 0,29 МПа (від 2,5 до 2,9 кгс/см2).

Густина конденсатів сокової пари знаходиться в діапазоні 1,01±0,004г/см3, водневий показник рН = 10,2±0,2. Також проведено аналіз конденсатів на вміст хлорид, фосфат та сульфат іонів, після якого підтверджена їх відсутність.

 Відомий спосіб очищення стічних вод виробництва карбаміду [14], який дає можливість повертати стічні води в промисловість. Суть його полягає в наступному: конденсат сокової пари проходять стадію гідролізу та десорбції, далі стоки піддають обробці активним хлором з подачею повітря при рН 6,5÷8 в кількості 5÷7 вагових частин на 1 вагову частину Нітрогену амонійного з подальшим аніонуванням. Вищезгаданий спосіб забезпечує ефективну очистку стічних вод та їх повторне використання в системі оборотного водопостачання або в якості живильної води для котлів, але володіє декількома недоліками: він технологічно складний та багатоступеневий, потребує застосування великої кількості пари на стадії десорбції та гідролізу, потребує застосування підвищених температур при переробці аміачного і амідного Нітрогену, процеси десорбції та гідролізу протікають при надлишковому тискові – від 0,28 до 1,8 МПа, а також запропонований спосіб рекуперацій стоків шляхом деструкції зв’язаного Нітрогену активним хлором з подальшим аніонуванням не може бути використаний для очищення стоків з більш високим вмістом концентрації карбаміду та аміаку без залучення термічних способів очистки (процесів десорбції та гідролізу).

Таблиця 1

Масова витрата конденсату сокової пари агрегату синтезу карбаміду по стрипінг-процесу продуктивністю 904 т/добу

Найменування показника

Масова частка, %

Масова витрата, кг/год

Аміак (NH3)

4,3

1080

Карбамід (NH2CONH2)

1,5

377

Біурет (С2H5N3О2)

0,02

5

Загальний N

4,251

1068

Діоксид вуглецю (CO2)

2,5

628

Вода (H2О)

91,68

23030

Всього:

100,00

25120

Густина (кг/м3)

1007

Температура,Т (°С)

42±5

Розроблено спосіб рекуперації конденсатів сокової пари виробництва карбаміду до стадії десорбції та гідролізу, який полягає в наступному: стічні води до стадії десорбції і гідролізу оброблять активним хлором (NaClO) в кількості 0,43 − 0,63  вагових частин активного хлору (в перерахунку на Сl2) на одну вагову частину загального Нітрогену (амонійний + амідний) в лужному середовищі (рН = 10÷11). Процес очистки стоків від сполук зв’язаного амідного та амонійного Нітрогену проводять під атмосферним тиском. Суміш направляють в реактор, де під впливом хвильового опромінення в межах температур 263÷373 К проходить синтез гідразину. Ступінь переробки гіпохлориту натрію становить 99,5÷100%. Гідразин розпадається в процесі доочистки на іонообмінних смолах. Ступінь очищення стічних вод від сполук, що містять зв'язаний Нітроген становить 96÷98%.

Спосіб здійснюють наступним чином: в стічні води виробництва карбаміду дозують розчин NaClO (15 – 18 %) в кількості 0,43−0,63  вагових частин активного хлору, в перерахунку на Сl2, на одну вагову частину N загального (амонійного та амідного) з додаванням їдкого натрію NaОН (98,5%) в кількості 0,5 вагових частини NaОН  на 1 вагову частину N загального (амонійного і амідного) і направляють в реактор, розташований в зоні впливу хвильового опромінення, де відбувається утворення гідразину з сполук зв’язаного Нітрогену та його послідуюча деструкція за наступним механізмом:

NaOCl + Н2О → НOCl + NaOH;                                  (1)

NaOCl + Н2О + СО2 → NaHСО3  + НOCl;                                  (2)

  НOCl →  НCl  + O˙;                                     (3)

НOCl + НCl →  Cl2 + Н2О;                                   (4)

СО(NH2)2  + O˙→ N2H4 + СО2;                               (5)    

NaOCl + NH3  → NH2Cl + NaOH;                              (6)     

              NH2Cl  + NH3 + NaOH → N2H4  + NaCl + Н2О;                  (7)                        

NH3∙ Н2О +  НOCl → NH2Cl + Н2О + НCl;                           (8)

NH2Cl + NH3∙ Н2О → N2H4 + Н2О + НCl;                          (9)

NH3∙ Н2О +  Cl2  → NH2Cl  + Н2О + НCl;                       (10)

3NH2Cl + 3Н2О → 3 NH3∙ Н2О + 2 НCl;                       (11)

                                   2 NH2Cl  + N2H4 → N2 + 2 NH4Cl;               (12)                                             

3NН2Cl  + 2NH3 → 3NН4Cl  + N2;                         (13)

N2H4 + О2 → N2+ 2Н2О;                         (14)

N2H4 + O˙ → N2+ Н2О +Н2;                       (15)

N2H4 + 2НOCl → N2+ 2Н2О+ 2НCl;                      (16)

СО(NH2) 2 + 2Н2О → (NH4)2CO3;                     (17) 

2NH2Cl + N2H4 + NaОН-→ 2NH3∙ Н2О + N2+ NaCl.                  (18)

Висока швидкість процесу перетворення гіпохлориту натрію, а також переробки гідроксиду амонію пов'язана з високошвидкісним нагріванням паро−газо−рідинного потоку, який подається в об'єм мономодового електромагнітного реактора, за рахунок мікрохвильового випромінювання [15]. Високий водневий показник pH також призводить до збільшення швидкості впливу активного хлору при відновленні амонійного і амідного Нітрогену до молекулярного. Для доочистки конденсатів сокової пари від іонів натрію та хлору використано Н-катіонування та ОН-аніонування.

В процесі було досліджено вплив дози гіпохлориту натрію на кількісний склад очищених стоків за показником вмісту хлоридів та іонів натрію у водах. В зв’язку зі змінним складом конденсатів сокової пари виробництва карбаміду до стадії десорбції та гідролізу, доза гіпохлориту натрію представлена відношенням вагових частинах (в. ч.) хлору (Сl2) до 1 в. ч. азоту (N), що міститься в розчині. Аналізи виконувалися за нормальних умов. Такі параметри, як: початкова температура сировини, швидкість потоку стоків в блоці доочистки, співвідношення одного з компонентів (NaOH) були стабілізовані. Змінним параметром у всіх випадках стала швидкість потоку реакційної суміші після реактора синтезу гідразину. Результати експерименту представлені в табл. 2.

Таблиця 2

Показники якості очищених стоків в залежності від початкового концентраційного складу реакційної суміші вмісту домішок (Na+ та Сl−) в очищених стоках

Доза NaО Сl, в.ч./1 в.ч. N

Вміст Na+, мкг/дм3

Вміст Сl−, мг/дм3

0,43

260

30

0,48

301

33

0,49

300

35

0,51

330

37

0,57

339

42

0,60

395

48

0,63

465

52

Також  проведено серію дослідів для підтвердження ефективності запропонованого способу. Умови проведення дослідів: доза активного хлору становить 0,58 в. ч. Сl2 на 1 в. ч. N загального (амонійного та амідного) + 0,5 в.ч. NaОН  на 1 в. ч. N загального. Усереднені показники якості очищеної води наведено в таблиці 3.

Таблиця 3

Середні показники якості очищеної води серії дослідів процесу очистки стічної води виробництва карбаміду до стадії десорбції та гідролізу за допомогою електрохімічної деструкції з використанням мікрохвильового опромінення реакційної суміші

Найменування показника

Одиниця виміру

Максимальне значення серії з 10 дослідів

Перманганатна окислюваність

мг/дм3

не більше ніж 5

Загальна жорсткість

ммоль/дм3

відсутня

Масова концентрація солей (в перерахунку на хлористий натрій)

мг/дм3

не більше ніж 118

Водневий показник (при температурі 25 °С)

рН

до 9,5

Масова концентрація вільної вуглекислоти

мг/дм3

не більше 20

Масова концентрація аміаку (не зв'язаного з вуглекислотою)

мг/дм3

відсутня

Масова концентрація хлоридів,

мг/дм3

не більше 48

Масова концентрація сечовини

мг/дм3

відсутня

Масова концентрація нітритів (в перерахунку на NO3-)

мкг/дм3

не більше 20

Масова концентрація сульфатів (в перерахунку на SO42-)

мкг/дм3

відсутня

Вміст натрію

мкг/дм3 

не більше 350

За рахунок проходження процесів повного перетворення амідного і часткового перетворення амонійного Нітрогену в гідразин, вміст аміаку та карбаміду знижується до слідів.

Дані таблиці 2 дають можливість стверджувати недоречність підвищення доз активного хлору для розробленого способу очистки стоків, так як дана операція призводить до погіршення якості очищеної води.

Отримані показники якості очищених стоків виробництва карбаміду до стадії десорбції та гідролізу відповідають вимогам, що пред'являються до живильної води для котлів, згідно ГОСТ 20995-75 «Котлы паровые стационарные, давлением до 3,9 МПа». Дані показники якості очищених стоків виробництва карбаміду до стадії десорбції і гідролізу також відповідають вимогам, що пред'являються до живильної води виробництва неконцентрованої азотної кислоти та до води, яка надходить в системи оборотного водопостачання теплообмінних установок, а саме – в системи оборотного водопостачання теплообмінних установок агрегату синтезу карбаміду тощо. Ступінь очищення від аміаку і сечовини становить близько 100%, що дозволяє її повторне використання.

Висновки. Поставлена задача підвищити ступінь очистки стічної води, котра в своєму складі містить сполуки зв’язаного азоту − амонійного та амідного, шляхом обробки стоків розчином активного хлору в лужному середовищі виконана за рахунок інтенсифікації процесу очищення в хвильовому реакторі, котрий продукує проходження процесів гомолізу, в результаті яких відбувається майже повне розкладання зв’язаного Нітрогену на азот.

Запропоноване технічне рішення дозволяє  мінімізувати енерговитрати в зв’язку з відбором стічних вод (конденсату сокової пари) до стадії десорбції та гідролізу; забезпечити високий ступінь очистки стічної води (до 100 %). Отримана вторинна сировина (очищена вода) може бути використана в якості живильної води котлів, оборотної води для теплообмінних установок, а також у виробництві азотної кислоти.

Впровадження даного способу очистки стічної води виробництва карбаміду позитивно вплине на економічний аспект агрегату синтезу карбаміду, за рахунок скорочення енергозатрат на стадію десорбції та гідролізу та перекачку і очистку стоків, що підтверджено розрахунками, які представлені в роботі [1]. Також впровадження нового способу утилізації стоків зменшить навантаження на установки НДФ.

Література

  1. Демчук І. М. Економічна оцінка ефективності впровадження технологій вторинної переробки відходів виробництв на прикладі утилізації азотовмісних стоків агрегату синтезу карбаміду / І. М. Демчук, Г. С. Столяренко // Збірник наукових праць "Вісник ЧДТУ. Серія: Економічні науки". – 2017. – №48. – С. 37–44.
  2. Горловский Д. М. Технология карбамида / Д. М. Горловский, Л. H. Альтшулер, В. И. Кучерявый. – Л.: Химия, 1981. – 320 с.
  3. Національна доповідь про стан навколишнього природного середовища в Україні у 2014 році / Водні ресурси – К.: Міністерство екології та природних ресурсів України, ФОП Грінь Д.С. – 2016. – С 52−96.
  4. Хенце М. Очистка сточных вод / Хенце М., Армоес П., Ле-Кур-Янсен  Й., Арван Э. – М.: Мир, 2006. – С. 246 − 333.
  5. Анюшева М.Г. Анаэробное окисление аммония: Микробиологические, биохимические и биотехнологические аспекты / М.Г. Анюшева, С.В. Калюжный // Успехи современной биологии − 2007. − Т. 127. − № 1. − С. 34–43.
  6. Долженко Л. А. Разработка и анализ технологических схем для очистки сточных вод малых городов / Л. А.Долженко  // Научный журнал «Образование и наука в современном мире. Серия: Инновации» − Росия: Пенза. − 2017. − № 5 (12). − С. 52−62.
  7. Гогина Е.С. Исследование принципиальной возможности применения одноиловой схемы денитри-нитрификации при реконструкции очистных сооружений Российской Федерации / Гогина Е.С., Гульшин И.А. // Научно-технический журнал по строительству и архитектуре «Вестник МГСУ». − 2013. − №10. − С. 166−174.
  8. Infantea Ch. Removal of Ammjnium and Phosphate Ions from Wastewater Samples by Immobilized Chorella / Ch. Infantea, I. Leonb, J. Florezb, A. Zarateb at al // International Journal of Environmental Studies. – 2013. − vol. 7. − no. 1, Р. 1−7. 
  9. Патент РФ 2544704C02F 1/04, C02F9/10, C07D251/56, C02F103/36 Способ очистки сточных вод производства Меланина/ Костін О.Н., Ніколаєв Е.Ю., Печнікова Г.Н., Кузнєцов Н.М. и др.. URL:http://www.findpatent.ru/patent/254/2544704.html
  10. Патент Росії 2400431 C02F1/04, C02F9/10, C07D251/56, C02F103/362 Способ очистки сточных вод меламинных установок/ Рюх В., Ноймюллер К., Валлек Т.; заявл. 2006-06-13, опубл. 27.09.2010.
  11. Bolisetty S. Amyloid–carbon hybrid membranes for universal water purification / S. Bolisetty, R. Mezzenga // Scientific journal «Nature Nanotechnology», Switzerland: Zurich, 2016. − №11. – Р. 365–371.
  12. Патент USA 6 506 305 B2 Methods of isolating urea, urea composisitions and methods for prodicing the same / M. Morita,  A. Serizawa, W. Motsushi, H. Yamamoto, M. Kotani, Y. Yamane − № 09/866 227; заявл. 25.05.2001, опубл. 14.01.2003.
  13. Кудряшов В.Л. Подготовка воды для питания паровых и водогрейных котлов / В.Л. Кудряшов, В.К. Лапшын // Производство спирта и лекероводочных изделий. – 2003. - №2. – С. 28-29.
  14. Патент РФ, C02F1/02, C02F1/76
    C02F1/02, C02F101:38, C02F103:36 / Б.В. Новиков, В.А. Лапин, Л.А. Иоганн, И.И. Капитула и др.. − № 2160711; заявл. 17.05.2000 опубл. 20.12.2000
  15. Demchuk I.M. Recuperation of bound nitrogen by processing into hydrazine sulfate in industrial wastewater / I.M. Demchuk, G.S. Stolyarenko, N.I. Tupytska // Збірник наукових праць "Вісник ЧДТУ. Серія: Технічні науки". −  2016. – № 4. – С. 114–120.