Спосіб (його варіанти) і установка нейтралізації лужних та кислих стоків

Изобретение относится к устройствам для нейтрализации промышленных стоков и. может быть использовано для непрерывной обработки щелочных и кислых стоков водоподготовительных установок и котельных цехов тепловых электростанций. Известен способ нейтрализации щелочных и кислых стоков, включающий заполнение щелочными и кислыми стоками баканейтрализатора, взаимодействие в нем стоков при непрерывном перемешивании, измерение pH среды и добавление при необходимости реагента для нейтрализации стоков. Данный способ реализуется в установке, содержащей бакнейтрализатор, а также магистрали подачи в него стоков и нейтрализующего агента (А.с. СССР №1502482, кл. C02F1/66, опубл. 1989). Данные способ и устройство для его реализации отличаются достаточной простотой и эффективностью, однако имеют низкую производительность, т.к. процесс нейтрализации среды занимает достаточно много времени. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является способ нейтрализации щелочных и кислых стоков, например стоков тепловых электростанций, включающий заполнение отдельно щелочными и кислыми стоками накопительных емкостей, взаимодействие стоков вне последних и при необходимости добавление реагента для нейтрализации стоков. Способ реализуется в установке, содержащей накопительные емкости щелочных и кислых стоков с магистралями их выдачи, по меньшей мере одну емкость с реагентом и магистралью его выдачи, насос и смесительное устройство с pH-метром на его выходе, а также магистраль сброса нейтрализованных стоков (Покровский А.Н., Аракчеев Е.П. Очистка сточных вод тепловых электростанций. - М.: Энергия, 1980. - С.46, рис.2 3). Эффективность данных способа и установки выше рассмотренных, т.к. использование циркуляционного контура позволяет 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 способа нейтрализации щелочных и кислых стоков, включающего заполнение отдельно щелочными и кислыми стоками накопительных емкостей, взаимодействие стоков вне последних и при необходимости добавление реагента для нейтрализации стоков, путем предварительного перемешивания каждого из стоков до усреднения значений pH в каждой из накопительных емкостей и в зависимости от указанных значений pH взаимодействия стоков в количествах, необходимых для самонейтрализации, что позволяет обеспечить практически мгновенную нейтрализацию стоков, а значит существенно увеличить производительность оборудования. При опорожнении же одной из накопительных емкостей либо осуществляют повторное ее заполнение, после чего процесс повторяют (процесс самонейтрализации стоков), либо повторное заполнение обеих накопительных емкостей стоками, после чего процесс повторяют (процесс самонейтрализации стоков), либо реагент приводят во взаимодействие со стоками из второй накопительной емкости в количестве, необходимом для нейтрализации оставшихся стоков, после чего осуществляют повторное заполнение стоками накопительных емкостей и процесс повторяют (процесс нейтрализации стоков), либо же указанные процессы самонейтрализации и нейтрализации стоков чередуют произвольно. Также в основу изобретения поставлена задача усовершенствования установки нейтрализации щелочных и кислых стоков, содержащей накопительные емкости щелочных и кислых стоков с магистралями их выдачи, по меньшей мере одну емкость с реагентом и магистралью его выдачи, насос и смесительное устройство с pH-метром на его выходе, а также магистраль сброса нейтрализованных стоков, путем снабжения его устройством управления расходами щелочных, кислых стоков и реагента и выполнения смесительного устройства стоков в виде гидродинамического кавитационного смесителя, выход которого через запорные клапаны связан с накопительными емкостями стоков и магистралью сброса нейтрализованных стоков, что позволяет обеспечить практически мгновенную нейтрализацию стоков и исключить забивание оборудования образующимся в процессе нейтрализации нерастворимым осадком, а значит существенно увеличить производительность оборудования и повысить надежность его работы. Предварительное перемешивание каждого из стоков в соответствующей накопительной емкости до усреднения значения pH (что длится достаточно быстро) позволяет существенно упростить функционирование устройства управления расходами стоков и реагентов для обеспечения самонейтрализации стоков или нейтрализации стоков с помощью реагента. Использование устройства управления расходами стоков и реагентов, а также выполнение смесительного устройства в виде гидродинамического кавитационного смесителя позволяет получить нейтральные стоки при их однократном прохождении последнего. 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 реакции нейтрализации. Реализация в смесительном устройстве кавитационных эффектов приводит к схлопыванию образующихся в жидкостном потоке парогазовых 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 нерастворимого и малорастворимого осадка, образующегося в результате реакции нейтрализации стоков. Кроме того, при быстром повышении внешнего давления паровой пузырек в жидкости до полного схлопывания 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. Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.), на котором изображена принципиальная схема установки. Способ нейтрализации щелочных и кислых стоков, например стоков тепловых электростанций, реализуется на установке, содержащей накопительные емкости 1 и 2 щелочных и кислых стоков соответственно с магистралями 3 и 4 выдачи последних, емкости 5 и 6 с кислым и щелочным реагентами (либо одним реагентом, например, щелочным, т.к. суточный сброс стоков тепловых электростанций имеет преимущественно кислую реакцию) и магистралями 7 и 8 их выдачи. Магистрали 3, 4, 7 и 8 сообщаются со всасывающей магистралью насоса 9 (либо несколькими насосами, предназначенными для выдачи каждого из стоков и реагентов), в напорной магистрали которого установлено смесительное устройство 10, выполненное в виде гидродинамического кавитационного смесителя, с pH-метром 11 на его выходе. Выход смесительного устройства 10 через запорные клапаны 12, 13 и 14 сообщается с накопительными емкостями стоков 1 и 2 и магистралью сброса нейтрализованных стоков 15. Установка снабжена устройством управления 16 расходами щелочных, кислых стоков и реагентов, с которым связан pH-метр 11 на выходе из смесительного устройства 10. Магистрали выдачи стоков 3 и 4 из накопительных емкостей 1 и 2 и магистрали выдачи реагентов 7 и 8 снабжены pHметрами 17 - 20, расходомерами 21 - 24 и автоматическими регулирующими клапанами 25 28, связанными с устройством управления 16. Способ состоит в следующем (при этом 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 раздельно поступают в накопительные емкости 1 и 2. При этом вся запорная трубопроводная арматура находится в закрытом состоянии. После заполнения накопительных емкостей 1 и 2 открывается запорный клапан (не показан) либо открывается автоматический регулирующий клапан 25 магистрали 3 выдачи стоков из накопительной емкости 1 и запорный клапан 12 и включается насос 9. Стоки, находящиеся в накопительной емкости 1, начинают циркулировать, проходя последовательно автоматический регулирующий клапан 25, насос 9, смесительное устройство 10 и запорный клапан 12. При этом благодаря кавитационным эффектам, происходящим в смесительном устройстве 10, осуществляется интенсивное перемешивание сбросов в накопительной емкости. Окончание процесса перемешивания контролируется по pHметру 17. Затем автоматический регулирующий клапан 25 и запорный клапан 12 закрываются и открываются автоматический регулирующий клапан 26 и запорный клапан 13, после чего аналогичным образом перемешиваются стоки в накопительной емкости 2. После этого, в зависимости от величин pH перемешанных щелочных и кислых стоков в накопительных емкостях 1 и 2, которые контролируются pH-метрами 17 и 18, устройство управления 16 регулирует степень открытия автоматических регулирующих клапанов 25 и 26, а значит и расходы щелочных и кислых стоков, устанавливая последние такими, чтобы осуществилась их самонейтрализация. При отклонении реакции получаемой смеси стоков от нейтральной (pH ¹ 7), что контролируется pHметром 11, устройство управления 16 вводит необходимую коррекцию в степень открытия автоматических регулирующих клапанов 25 и 26. При опорожнении одной из накопительных емкостей (1 или 2) поступают следующим образом. Во-первых, можно осуществить повторное заполнение опустевшей емкости стоками, после чего процесс самонейтрализации стоков повторяют. Во-вторых, можно заполнить различными стоками обе накопительные емкости, и повторить процесс самонейтрализации стоков. В третьих, можно добавить реагент (например, H2SO4, HCl либо известковое молоко, в зависимости от значения pH стока) в емкость с оставшимися стоками в количестве, необходимом для их нейтрализации, после чего осуществить повторное заполнение стоками накопительных емкостей и повторить процесс (процесс нейтрализации стоков), либо же, в-четвертых, указанные процессы самонейтрализации и нейтрализации стоков чередовать в произвольном порядке. Реакция добавляемого реагента измеряется соответствующим pH-метром (91 или 20), его расход контролируется расходомером (23 или 24), а расход регулируется автоматическим регулирующим клапаном (27 или 28). Пример 1. В накопительные емкости 1 и 2 объемом 20м3 каждая заливают по 16м3 щелочных и кислых стоков. После этого с помощью насоса 9 и смесительного устройства 10 перемешивают щелочные стоки до усреднения значения pH 12, а затем аналогично перемешивают кислые стоки до усреднения значения pH 3. Посредством устройства управления 16 устанавливают соотношение расходов 10м3 кислых стоков на 1м3 щелочных. В этом случае общий сток имеет pH 7. После опорожнения накопительной емкости 2 с кислыми стоками в накопительной емкости 1 остается 14,4м3 щелочных стоков. Затем накопительную емкость 2 вновь заполняют кислыми стоками и процесс самонейтрализации стоков повторяют. Пример 2. Способ осуществляют по примеру 1, но после опорожнения накопительной емкости 2 с кислыми стоками заполняют до 16м3 соответствующими стоками обе накопительные емкости, после чего процесс самонейтрализации стоков повторяют. Пример 3. Способ осуществляют по примеру 1, но и после опорожнения накопительной емкости 2 с кислыми стоками 14,4м3 щелочных стоков из накопительной емкости 1 приводят во взаимодействие с 1,44м3 кислого реагента (HCl) с pH 1. После этого обе накопительные емкости вновь заполняют соответствующими стоками и процессы самонейтрализации и нейтрализации стоков повторяют. Использование данного технического решения позволяет обеспечить практически мгновенную нейтрализацию стоков, а значит - существенно увеличить производительность оборудования, а также исключает забивание оборудования нерастворимым и малорастворимым осадком, что в свою очередь повышает надежность его работы.