Установка для нейтралізації лужних та кислих стоків

Изобретение относится к устройствам для нейтрализации промышленных стоков и может быть использовано для обработки щелочных и кислых стоков водоподготовительных установок и котельных цехов тепловых электростанций. Известна установка для нейтрализации щелочных и кислых стоков, содержащая бак-нейтрализатор, а также магистрали подачи в него стоков и нейтрализующего агента [Авт.св.СССР №1502482, кл. С 02 F 1/66, 1989]. Данное устройство отличается достаточной простотой и эффективностью, однако имеет низкую производительность, так как процесс нейтрализации даже при пневматическом перемешивании обрабатываемой среды или перемешивании ее с помощью механических мешалок занимает достаточно много времени. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является установка для нейтрализации щелочных и кислых стоков, содержащая магистрали щелочных и кислых стоков, по меньшей мере одну емкость с реагентом и бак-нейтрализатор с циркуляционным контуром, включающим насос со всасывающей и напорной магистралями [Покровский В.Н., Аракчеев Е.П. Очистка сточных вод тепловых электростанций. - М.: Энергия, 1980, - С.46, рис. 2-3]. Эффективность данной установки выше, чем рассмотренного аналога, так как использование циркуляционного контура позволяет значительно снизить время нейтрализации стоков. Тем не менее, указанное время все равно достаточно велико и в зависимости от pH и расходов каждого из нейтрализуемых потоков может достигать нескольких часов. Кроме того, образующийся в баке-нейтрализаторе осадок, состоящий из нерастворимых и малорастворимых солей (обычно кальция, магния и железа), может привести к забиванию циркуляционного контура и магистрали сброса нейтрализованных стоков, необходимости остановки и чистки оборудования, что снижает надежность установки в целом. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования установки для нейтрализации щелочных и кислых стоков, содержащей магистрали щелочных и кислых стоков, по меньшей мере одну емкость с реагентом и бак-нейтрализатор с циркуляционным контуром, включающим насос со всасывающей и напорной магистралями, путем установки в напорной магистрали циркуляционного контура гидродинамического кавитационного смесителя, что позволяет уменьшить время нейтрализации стоков и исключить забивание оборудования нерастворимых осадком, а значит - увеличить производительность имеющегося или уменьшить размеры проектируемого оборудования, а также повысить надежность его работы. Использование в циркуляционном контуре гидродинамического кавитационного смесителя позволяет значительно интенсифицировать процесс смешения компонентов смеси (кислых и щелочных стоков, а при необходимости и реагентов - кислоты или щелочи), а значит и повысить эффективность проведения химической реакции нейтрализации. В процессе нейтрализации, как и любом другом химико-технологическом процессе, для повышения скорости его проведения требуется интенсивное перемешивание компонентов, что можно достичь использованием жестких кавитационных механизмов. Для реализации последних следует сначала путем сброса давления инициировать появление в потоке обрабатываемой среды множества паровых пузырьков, а затем резко повысить внешнее давление. Это приведет к охлопыванию пузырьков и выделению кратковременного мощного импульса в форме сферической ударной волны, что способствует перемешиванию компонентов жидкостного потока и измельчению твердых включений. При схлопывании каждого пузырька вблизи жестких поверхностей или твердых дисперсий энергия радиального движения жидкости преобразуется в кинетическую энергию жидкой кумулятивной микроструйки, вылетающей из пузырька с экстремально большой скоростью в направлении твердой поверхности. Толщина струйки не превышает нескольких микрометров, скорость достигает сотен метров в секунду, а время действия микроструйки на твердую поверхность составляет доли микросекунд. Именно кумулятивный механизм кавитационного перемешивания является ответственным за измельчение взвешенных в жидкости твердых частиц. Кроме того, при быстром повышении внешнего давления паровой пузырек в жидкости до полного охлопывания успевает совершить высокочастотные колебания. Это объясняется тем, что в момент максимального сжатия в пузырьке остается несконденсировавшийся пар, и часть кинетической энергии жидкости переходит в потенциальную энергию сжатого пара. Каждый осциллирующий пузырек можно рассматривать как микрогенератор ультразвуковых колебаний, удельные характеристики которого сравнимы с показателями промышленных акустических генераторов, используемых для интенсификации технологических процессов. Все рассмотренные факторы, возникающие при размещении в напорной магистрали циркуляционного контура гидродинамического кавитационного смесителя, позволяют получить указанный технический результат. На чертеже изображена принципиальная схема установки. Установка содержит магистрали щелочных 1 и кислых 2 стоков, емкости 3 с кислым и щелочным реагентами (как правило, обычно требуется лишь емкость со щелочным реагентом, так как суточный сброс стоков тепловых электростанций имеет преимущественно кислую реакцию), а также бак-нейтрализатор 4 с циркуляционным контуром. Последний включает в себя насос 5 со всасывающей 6 и напорной 7 магистралями с запорными клапанами 8 и 9 соответственно. В напорной магистрали 7 циркуляционного контура установлен гидродинамический кавитационный смеситель 10. Бак-нейтрализатор 4 посредством насоса 5 сообщается с магистралью сброса 11 нейтрализованных стоков, также снабженной запорным клапаном 12. Установка работает следующим образом. Кислые и щелочные стоки из отделения химической очистки воды (после работы и/или регенерации катионных и анионных фильтров), а также кислых стоков от промывки поверхностей нагрева котлов из котельного цеха по магистралям 1 и 2 при закрытом запорном клапане 8 поступают в бак-нейтрализатор 4. После достижения необходимой степени заполнения бака-нейтрализатора 4 закрывают запорный клапан 12 магистрали сброса 11, открывают запорные клапаны 8 и 9 всасывающей 6 и напорной 7 магистрали циркуляционного контура и включают насос 5. При движении обрабатываемой среды по циркуляционному контуру бака-нейтрализатора 4 стоки подвергаются активной гидродинамической активации в гидродинамическом кавитационном смесителе 10. При этом происходит не только интенсивное перемешивание содержимого бака-нейтрализатора 4, но и измельчение образующегося нерастворимого (или труднорастворимого) осадка, После перемешивания в баке-нейтрализаторе 4 измеряют величину pH жидкой среды. При значении pH »7, что говорит о процессе самонейтрализэции кислых и щелочных стоков, нейтрализованные стоки удаляются из бака-нейтрализатора 4 через магистраль сброса 11 (для этого открывают запорный клапан 12 магистрали сброса 11 и закрывают запорный клапан 9 напорной магистрали 7 циркуляционного контура, при этом насос 5 работает как перекачивающий, а не как циркуляционный). В случае наличия после перемешивания в баке-нейтрализаторе 4 щелочной или кислой среды (последний случай на практике встречается гораздо чаще), в бак-нейтрализатор 4 из емкости 3 добавляется соответствующий реагент (этого же эффекта можно достичь и добавлением из магистралей 1 или 2 необходимой среды - кислой или щелочной). В качестве кислых реагентов обычно используются неорганические кислоты (H2SO4, HCI), а в качестве щелочного - известковое молоко (взвесь Са(ОН)2 в известковой воде, т.е. водном растворе Са(ОН)2). Использование данного технического решения значительно (в 1.5...2 раза) уменьшает время нейтрализации промышленных стоков и исключает забивание оборудования нерастворимым осадком, что в свою очередь увеличивает производительность имеющегося или уменьшает размеры проектируемого оборудования, а также повышает надежность его работы. Как показали предварительные испытания установки, в ряде случаев можно даже полностью отказаться от подачи сжатого газа в барботер, установленный в баке-нейтрализаторе.