Вода Magazine - Обезвреживание стоков производства энергетических конденсированных систем

Обезвреживание стоков производства энергетических конденсированных систем

УДК 628

В статье рассмотрен анализ различных методов обезвреживания октогена (1,3,5,7-тетранитро-, 1,3,5,7-тетраазациклооктана или циклотетраметилентетранитрамина), содержащегося в промышленных стоках производства энергетических конденсированных систем. С помощью лабораторных исследований проведен анализ этих методов и научно обоснован выбор наиболее приемлемого способа очистки стоков.

Ключевые слова: обезвреживание сточных вод, продукция специального назначения, промышленные стоки.

Одной из важнейших задач государственной социальной политики РФ является реализация мер по сохранению здоровья граждан, снижению воздействия вредных химических веществ на окружающую среду и здоровье человека во всех отраслях промышленности, включая производство энергетических конденсированных систем (ЭКС). Создание перспективных изделий ЭКС связано с введением в их состав новых компонентов. В технологических процессах изготовления компонентов ЭКС образуются сточные воды, содержащие специфические загрязняющие вещества, например, октоген [1;2].

Одним из условий обеспечения безопасности является выполнение требований нормативно-технических и правовых документов - санитарно-гигиенических нормативов, федерального закона от 10.01.2002 г. № 7- ФЗ «Об охране окружающей среды», федерального закона от 30.03.1999 г. № 52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

В настоящее время природоохранные организации ужесточают надзор за водопользователями, сбрасывающими специфические загрязняющие вещества. Установлены предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ производства ЭКС в воде водоемов. Они являются исходными при определении условий сброса сточных вод в водоемы. В соответствии с Водным кодексом РФ и законом «Об охране окружающей среды» запрещен сброс в водоемы неочищенных сточных вод.

В связи с вышеизложенным разработка эффективной и экологически безопасной технологии обезвреживания сточных вод производства ЭКС является весьма актуальной.

Одним из основных загрязняющих веществ в сточных водах производства энергетических конденсированных систем является октоген (1,3,5,7- тетранитро-1,3,5,7-тетраазациклооктан или циклотетраметилентетранитрамин). Соединение представляет собой бесцветный порошок кристаллического характера, его растворимость в воде при 15-20°С составляет 0,003% (30 мг/л); при 100°С - 0,02%. Октоген практически не растворим в органических растворителях (метиловом и этиловом спиртах, в бензоле, толуоле). ПДК октогена в воде объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования составляет 0,2 мг/л [3].

В технологических процессах изготовления компонентов ЭКС основным источником образования сточных вод, загрязненных октогеном, является участок его доставки и расфасовки. Октоген на данном участке неизбежно попадает в сточные воды:
- после замены воды в инерционно-пенном пылеуловителе, где он улавливается в виде взвешенных частиц и пыли;
- после мытья технологического оборудования и генеральных уборок.

В загрязненных стоках содержание октогена составляет до 30 мг/л. Сравнительный анализ по содержанию исследуемого вещества в сточных водах и установленных для предприятия нормативов на количество сбрасываемых загрязняющих веществ показал, что его содержание в сотни раз превышает установленное значение ПДК. Стоки с такой концентрацией октогена в канализацию сбрасываться не могут, поэтому возникла острая необходимость их обезвреживания.
Проведенный анализ научно-технической информации показал, что для очистки сточных вод отоктогена и подобных взрывчатых органических веществ особый интерес представляют такие методы очистки, как адсорбция, озонирование, ультрафиолетовое облучение, рассматриваемые в статье [4; 5]. С помощью лабораторных исследований проведен анализ этих методов, и научно обоснован выбор наиболее приемлемого способа очистки стоков с точки зрения его эффективности и экономической целесообразности.

Экспериментальная часть

Исследование влияние озона на разложение октогена в воде. Эксперименты проводились на лабораторной установке, которая представляет собой озонатор (генератор озона) и контактный аппарат-реактор барботажного типа, выполненный из стекла с пористым фильтром. Ничтожно малый размер пор фильтра дает возможность для образования мелких пузырьков воздуха в зоне барботажа, в результате чего повышается эффективность перемешивания, а также осуществляется более высокий контакт озоновоздушной смеси с загрязненной водой.

Озон вырабатывался с концентрацией от 430 до 2150 мг/л (от 20 до 100 % выхода озона) при производительности озонатора 17 л/мин. Для отработки данного способа обезвреживания был приготовлен модельный раствор с исходным содержанием ВВ не более 30 мг/л.

В ходе лабораторных исследований были стабилизированы оптимальные технологические параметры процесса обезвреживания:
- глубина барботажа - 650 мм;
- объем обрабатываемой воды - 500 мл;
- температура воды – 20- 28°С;
- концентрация озона в ОКС - 430 мг/л;
- расход ОКС - 100 мл/мин.

Изменяемым параметром процесса озонирования являлась концентрация озона. Озонирование проб проводили при рН=6-7 в течение 5 минут. Результаты эксперимента приведены в таблице 1.

Из результатов таблицы видно, что в воде с рН=6-7, пропущенной через озонатор в течение 5 минут, при минимальной концентрации озона 430 мг/л содержание исследуемого вещества значительно снизилось, но санитарно-гигиенические нормативы не достигнуты. Эффективность очистки данным способом составляет 85%. К недостаткам процесса озонирования следует отнести: малое время жизни молекул озона; низкий коэффициент полезного действия озонаторов; высокую стоимость озона; токсичность озона (ПДК в воздухе - 0,2 мг/м3); образование при окислении высокомолекулярных соединений промежуточных токсичных органических веществ; высокую чувствительность к нарушениям технологических параметров озонирования (скорости прокачки воды и составу загрязнений).

Исследование эффективности очистки загрязненных стоков от октогена методом адсорбции. Для очистки стоков от октогена было выбрано несколько марок ионообменных смол и угля: аниониты - АН-1; АВ- 16ГС; АН-2ФН; ЭДЭ-10П; катиониты - КУ-1; угли - АГ-3; СК-1.

Сорбенты по 40 г были помещены В адсорбционные колонки. Предварительно перед началом работы аниониты замачивались в 20% раствора NaCl для набухания. Катионит замачивался в дистиллированной воде; угли - в 10% растворе NaCl, после чего сорбенты промывались дистиллированной водой от следов соли.

В ходе лабораторных экспериментов установлено, что для очистки загрязненной воды от октогена наиболее эффективными являются катиониты - активированный уголь марки АГ-3 и сульфоуголь марки СК-1, а также анионит - ионообменная смола ЭДЭ-10П.

Для определения эффективности очистки модельный раствор октогена в воде с исходной концентрацией веществ особый интерес представляют такие методы очистки, как адсорбция, озонирование, ультрафиолетовое облучение, рассматриваемые в статье [4; 5]. С помощью лабораторных исследований проведен анализ этих методов и научно обоснован выбор наиболее приемлемого способа очистки стоков с точки зрения его эффективности и экономической целесообразности. Результаты эксперимента представлены в таблице 2.

Из таблицы видно, что при последовательном пропускании модельного раствора через сульфоуголь марки СК-1, активированный уголь марки АГ-3, анионит марки ЭДЭ-10П эффективность очистки составляет 80%, но содержание исследуемого вещества в очищенной воде значительно превышает требования ПДК (ПДК=0,2 мг/л). Данный метод не является эффективным для обезвреживания стоков отоктогена. Недостатком метода адсорбции является образование вторичных отходов - отработанных ионообменных смол и угля, которые потребуют дальнейшей утилизации, что также является затратным.

Обезвреживание стоков, загрязненных октогеном, УФ-облучением. В лабораторных условиях исследовалась кинетика процесса разложения и обезвреживания растворенного в воде октогена под действием УФ-облучения. Для этого пробы модельного раствора с исходным содержанием октогена 25,2 мг/л облучали под лампой ДРТ 2500 в течение
5, 10, 15, 20, 25 и 30 минут при различных значениях рН.

Установлено, что концентрация исследуемого вещества в модельном растворе с увеличением времени облучения снижается. Известно, что скорость разложения органических веществ под действием УФО зависит от рН раствора. Исследовалась кинетика процесса разложения октогена при рН = 6,8 (исходная модельная вода) и рН - 3,5. Для корректировки рН использовали 38 % раствор серной кислоты.

При рН=6,8 в первые 5 минут облучения раствора концентрация октогена снизилась всего в 1,2 раза. При увеличении времени отмечена также невысокая динамика снижения концентрации октогена в воде. Так, при 30 минутах облучения она снизилась до 5,4 мг/л, что в 27 раз превышает ПДК (0,2 мг/л). Установлено, что снижение величины рН с 6,8 до 3,5 приводит к увеличению эффективности очистки при времени облучения 25-30 мин. на 65%.

В первые 5 мин. обработки скорость разложения максимальна, при этом содержание ВВ в сточной воде снижается в 14 раз, при облучении пробы в течение 30 мин. содержание ВВ снижается в 126 раз и его остаточная концентрация не превышает ПДК, то есть 0,2 мг/л. Эффективность очистки сточной воды при рН=3,5 и времени облучения 30 мин. составляет 99%. Данный показатель удовлетворяет требованиям ПДК. Следовательно, добавление серной кислоты перед обработкой загрязненной воды УФ-лучами благоприятно влияет на очистку.

Содержание октогена в исходной и очищенной воде анализировали в соответствии с методикой МТ1172- 2010 «Определение массовой доли продукта 88 (октогена) в очищенной сточной воде». Метод анализа основан на выпаривании пробы и концентрировании ВВ в ацетонитриле с последующим электрофоретическим определением его в растворе. Диапазон измерений - от 25 до 400 мг/дм3.

Основные факторы, влияющие на эффективность процесса УФ-обезвреживания:
- концентрация октогена в воде;
- время обработки сточной воды ультрафиолетовыми лучами;
- толщина слоя загрязненной воды;
- расстояние от источника УФО до поверхности облучаемого раствора;
- рН сточной воды.

В ходе экспериментальных работ установлено, что наиболее высокая эффективность очистки - 99% - достигнута при толщине слоя сточной воды 2-3 см и расстоянии от источника УФ-излучения до слоя воды -11 см, времени обработки - 30 мин.

После проведенных экспериментов и полученных результатов была разработана технологическая схема обезвреживания производственных стоков, загрязненных октогеном, и проведены опытно-промышленные испытания.

В результате УФ-облучения образуются следующие продукты разложения: формальдегид, азотная кислота, сернокислый аммоний, закись азота, нитрат аммония (содержание аммоний-иона в пересчете на аммиачный азот) - 1,82 мг/л (ПДК для водоемов - 1,5 мг/л); содержание нитрат- иона - 6,28 мг/л (ПДК для водоемов - 40 мг/л); закись азота - 13,3 мг/л (ПДК для водоемов - 0,5 мг/л); формальдегид - 12 мг/л (ПДК для водоемов - 0,1 мг/л).

С учетом того, что вода, сброшенная в канализацию производства, в дальнейшем направляется в прудки-отстойники (объем воды в которых составляет более 25000 м3), где происходит разбавление большим объемом воды, содержание продуктов разложения уменьшается и не превышает ПДКдля водоемов.

Для эффективного ведения процесса обезвреживания были выбраны следующие параметры:

- расстояние от лампы до поверхности сточной воды в ванне - 11 см;
- толщина слоя в ванне - 3 см;
- объем обезвреживаемой сточной воды в циркуляционном баке - 1000 л = 1м3;
- объем ванны - 11,5 л;
- производительность перистальтического насоса - 115 л/час;
- кратность циркуляции Кц = 5;
- источник облучения УФ лучей - одна ртутно-кварцевая лампа ДРТ 2500;
- массовая доля растворенного октогена в сточной воде - не более 30 мг/л.

Ориентировочная стоимость технологии УФО с учетом капитальных и эксплуатационных затрат составляет порядка 370 тыс. руб. Предотвращенный экологический ущерб составляет 250 тыс. руб./год (будет экономить предприятие, не нанося ущерб окружающей среде).

Технология УФ-обезвреживания сточной воды, содержащей октоген, была проверена с положительным результатом в опытных условиях АО «НИИПМ». Данный метод запатентован, внедрен в производство и в настоящее время успешно используется.

Литература:
1. Стадницкий Г.В. Экология. Санкт-Петербург, Химиздат, 2001 г.
2. Челноков А. А., Ющенко Л. Ф. Основы промышленной экологии. - Минск: Выс. шк., 2001.
3. ГН 2.1.5.1315-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
4. Evaluation of the efficiency of photodegra- dation of nitroaromatics applying the UV/H2O2 technique. Einschlag Fernando S. Garcia, Lopez Jorge, Carlos Luciano, Capparelli Alberto L., Braun Andre M.,Oliveros Esther. Environ. Sci. and Technol. 2002. 36, № 18, 3936-3944;
5. Патент на изобретение RU № 2485055 МПК B01D 15/00, C02F 1/28, 1/42, 1/66. Способ очистки сточных вод от нитроэфиров. Заявка № 2012115581 от 18.04.12. Опубликован 20.06.13.
6. Патент на изобретение № 2571760 Озонный способ очистки сточных вод от нитроэфиров. ПостниковВ.С., Пономарева О.С., Хышов А.В. и др.; заявитель и патентообладатель - АО «НИИ ПМ», Пермь,2014.

 

Disposal of industrial wastewater at the enterprises that manufacture products of special purpose

In the article the analysis of different methods of disposal of HMX (1,3,5,7-tetranitro-, 1,3,5,7-tetraazacyclooctane or cyclotetramethylenetetranitramine) contained in industrial waste production energy condensed systems. Through laboratory research, the analysis of these methods and scientifically grounded choice of the most appropriate method of wastewater treatment.

Keywords: neutralization of wastewater production of special purpose, industrial effluents.

Ponomareva Olga Stanislavovna, engineer of laboratory №25.

Postnikov Valery Semenovich, head of laboratory №25, JSC «research Institute of polymeric materials». 614113, Russia, Perm, street Chistopolsky, d. 16.

Glushankova Irina Samuilovna, doctor of technical Sciences, Professor. The Department of environmental protection, Perm national research Polytechnic University (PNRPU). 614999, Perm, Komsomol prospect, 29. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

 

Журнал «Вода Magazine», №11 (123), 2017 г.

 

Просмотров: 1803
Новости
От первого лица
Генеральный директор ГК "Элма-Астерион" Анастасия Григорьева:
«Самодостаточность России в оборудовании для ВКХ может быть реализована при наличии полной цепочки производства»
ГК «Элма-Астерион» является заметным игроком на рынке насосного и перемешивающего оборудования для работы с коррозионно-активными жидкостями, включая очистку сточных вод. Причем компания -...
Компании
19.03.2024
ГУП «Белоблводоканал» проведет в 2024 году капитальный ремонт водовода в Прохоровском районе
ГУП «Белоблводоканал» выполнит в 2024 году в Прохоровском районе капитальный ремонт первой и...
19.03.2024
В АО «Мосводоканал» в 2023 году проверили с помощью теледиагностики более 1100 км сетей водоснабжения и канализации
В АО «Мосводоканал» в 2023 году с помощью теледиагностики проверили 438,7 км водопроводных и 726,1...
18.03.2024
Компания «Полипластик» продала 25% акций «Газпромбанку»
Компания «Полипластик» продала 25% акций «Газпромбанку» и передала банку 65% акций в залог по...
Проекты
Новые статьи
Выставки/Конференции