ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

ЛУНІН СЕРГІЙ ВАСИЛЬОВИЧ

УДК 628.543.563:681

МЕТОД СТАБІЛІЗАЦІЙНОЇ ОБРОБКИ СТІЧНИХ ВОД

ГАЗООЧИСТОК КИСНЕВО-КОНВЕРТЕРНИХ ЦЕХІВ

05.23.04.-ВОДОПОСТАЧАННЯ, КАНАЛІЗАЦІЯ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 2001

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Харківській державній академії міського господарства Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

Доктор технічних наук, професор Пантелят Гаррі

Семенович, Харківський державний технічний

університет будівництва та архітектури, професор

кафедри “Водопостачання, каналізації і гідравліки”

Офіційні опоненти:

Доктор технічних наук, професор Найманов Аубекір Ягопірович, завідувач кафедрою “Міського будівництва і господарства” Донбаської державної академії будівництва і архітектури

Кандидат технічних наук, Слепцов Георгій Володимирович, провідний науковий співробітник науково-виробничої фірми “Екополімер”

Провідна установа:

Київський Національний університет будівництва та архітектури, кафедра “Водопостачання”

Захист відбудеться “7“ березня 2001 року об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

Автореферат розісланий “6“ лютого 2001 року

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради М.І. Колотило

1

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Промислові підприємства України споживають значну кількість води з природних джерел. Витрати води на ці потреби іноді у десятки і сотні разів перевищують кількість води, яка споживається населеними пунктами. До найбільш значних споживачів води у промисловості відносяться підприємства чорної металургії. Не дивлячись на те, що на цих підприємствах досить широко використовується оборотне водопостачання, об'єм якого в Україні перевищив 80%, кількість стічних вод, що скидаються у водоймища, ще досить велика і сягає 1,5 млрд.м3/рік.

Одним із найбільш ефективних напрямків захисту водних джерел від виснаження і забруднення є створення замкнених систем оборотного водопостачання, які виключають скид стічних вод у водоймища.

Головною причиною, що перешкоджає повному використанню стічних вод у системах оборотного водопостачання, є створення щільних сольових відкладень (переважно карбонатних) в одних випадках і корозія в інших. Створення карбонатних відкладень і корозія металу порушують нормальну роботу технологічного обладнання, що призводить до потреби проведення трудомістких робіт по його очистці, а в деяких випадках є причиною виходу обладнання з ладу і його заміни. В значній мірі сказане відноситься до систем водопостачання газоочисток киснево-конвертерних цехів, де інтенсивність створення щільних сольових відкладень особливо велика у зв'язку з значним виносом вапна.

Це свідчить про актуальність і своєчасність проведення досліджень у напрямку розробки нових, ефективних методів запобігання створенню щільних карбонатних відкладень в апаратах газоочисток і системах водопостачання газоочисток киснево-конвертерних виробництв в умовах підвищеного виносу вапна.

Роботу виконано згідно плану Міністерства освіти і науки України і за програмою науково дослідних робіт Харківської державної академії міського господарства “Дослідження каталітичних та корозійних явищ на поверхні твердих тіл із метою розвитку наукових основ ресурсозберігаючих технологій” (р. 6.4, 854, 24/94).

Мета та задачі дослідження

Метою дисертаційної роботи є розробка ефективного методу стабілізаційної обробки стічних вод газоочисток кисневих конвертерів, що відрізняються підвищеним виносом вапна, для створення замкнених систем оборотного водопостачання, які виключають скид стічних вод у водні об’єкти.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні основні задачі:

-

-

-

2

-

-

-

Об'єкт дослідження – замкнені системи оборотного водопостачання газоочисток киснево-конвертерних цехів.

Предмет дослідження – стабілізаційна обробка стічних вод газоочисток кисневих конвертерів.

Методи дослідження. Дослідження проведені на лабораторних установках і в промислових умовах. Одна з лабораторних установок являє собою фрагмент системи оборотного водопостачання апаратів газоочистки киснево-конвертерного цеху. Хімічну взаємодію полісилікату і триполіфосфату натрію з поверхнею часток вапна визначали за допомогою інфрачервоної спектроскопії. Для визначення швидкості корозії у зазначених системах використовували гравіметричний і потенціометричний методи.

Наукова новизна роботи

1. Досліджено та встановлено основні закономірності та фактори, що впливають на винос вапна з конвертерів , на основі яких запропоновано ефективний метод стабілізаційної обробки стічних вод газоочисток киснево-конвертерних виробництв, який полягає в обмеженні розчинення вапна і запобіганні карбонатних відкладень.

2. Встановлено зв’язок між технологічними показниками, що впливають на виніс вапна з конвертера, та хімічним складом стічних вод від апаратів газоочисток.

3. Розроблено технологію використання розчинів полісилікату і триполіфосфату натрію для запобігання створенню карбонатних відкладень у системах оборотного водопостачання газоочисток конвертерів.

4. Запропоновано емпіричну математичну залежність для визначення величини гідратної складової лужності води у системах оборотного водопостачання газоочисток киснево-конвертерних цехів.

Практичне значення роботи

1.

2.

3

3.

Особистий внесок здобувача

1. Виконано ескізи і здійснено монтаж трьох лабораторних стендів для визначення дії різноманітних хімічних речовин на обмеження розчину вапна і запобігання карбонатним відкладенням.

2. Проведено дослідження дії полісилікату і триполіфосфату натрію на експериментальній лабораторній установці, яка є фрагментом системи оборотного водопостачання газоочисток конвертерів.

3. Запропоновано емпіричну математичну залежність для визначення величини гідратної складової лужності води у системах оборотного водопостачання газоочисток киснево-конвертерних цехів.

4. Розроблено технологічні рішення виготовлення і дозування реагентів у систему оборотного водопостачання газоочисток конвертерів.

Апробація роботи. Основні результати роботи і головні положення дисертації доповідались на 53, 54 і 55 науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (ХДТУБА), на 30 науково-технічній конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської державної академії міського господарства (ХДАМГ), на Міжнародній конференції “Екологія, охорона навколишнього середовища та енергозберігаючі ресурси” Terra Tec, Leipzig, 04.03.1999 р. і на V Українській науково-технічній конференції “Застосування пластмас у будівництві та міському господарстві” Харків - 2000.

Публікації. За результатами роботи опубліковано 7 друкованих праць у різних видавництвах України, в тому числі 2 без співавторів, подано заявку на отримання патенту України на метод стабілізаційної обробки води.

Структура та обсяги дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку літератури із 174 найменувань, додатків і вміщує 102 сторінок основного тексту, 24 таблиці, 28 рисунків, усього 171 сторінок.

Зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету й задачі дисертаційного дослідження, наукову новизну і практичну цінність.

У першому розділі дисертації наведено аналіз cтану питання розробки, досліджень і експлуатації замкнених систем водопостачання промислових підприємств, методів стабілізаційної обробки стічних та оборотних вод із метою запобігання створенню

4

щільних сольових відкладень та корозійного зносу металу. Показано, що найбільш ефективним способом захисту водоймищ від забруднення стічними водами промислових підприємств і, зокрема, стічними водами газоочисток киснево-конвертерних цехів є створення замкнених систем оборотного водопостачання, які виключають скид стічних вод у водні джерела.

В удосконалення методів запобігання створенню щільних сольових відкладень і корозійного зносу металів великий внесок зробили відомі вчені, фахівці та інженери: Кульський А.Л., Гладков В.А., Кучеренко Д.І., Апельцин І.Е., Дятлова Н.М., Дрікер Б.Н. та інші. Але існуючи методи стабілізаційної обробки не дозволяють запобігти створенню карбонатних відкладень у системах водопостачання газоочисток киснево-конвертерних цехів завдяки притаманним їм особливостям, пов’язаним з інтенсивним виносом вапна. Це не дозволяє перевести вказані системи на замкнений режим роботи і виключити скид стічних вод у водні об’єкти.

Перспективним напрямком є розробка методів, яким разом із запобіганням щільним сольовим відкладенням притаманна спроможність обмежувати розчинення вапна у воді.

У другому розділі викладено результати вивчення і дослідження особливостей експлуатації систем водопостачання газоочисток киснево-конвертерних виробництв. Особливу увагу приділено розробці і обгрунтуванню вимог (нормативів) до якості води, що використовується газоочистками цих металургійних агрегатів, зокрема, вмісту завислих речовин, рівню загального солевмісту і його складових: жорсткості, лужності, хлоридів, сульфатів та інші. Виконано дослідження, які дозволили з'ясувати, як впливає вміст завислих речовин на інтенсивність карбонатних відкладень, а також на глибину очистки технологічних газів в апаратах газоочистки.

Виконано дослідження впливу величини загального солевмісту (в межах до 30 г/дм3), а також вмісту хлоридів і сульфатів (сумісний вміст їх коливався в межах від 0,75 до 18 г/дм3) на інтенсивність корозійного зносу металу. Встановлено, що збільшення загального солевмісту і його складових не тільки не збільшує швидкість корозійного зносу, а навпаки зменшує його приблизно на 15 %. Це може бути пояснене зменшенням розчинності кисню. При цьому слід відзначити, що підвищення температури води викликає посилення корозійних процесів при постійному солевмісту, незважаючи на зниження розчинності кисню. Експериментально встановлено, що підвищення температури води від 20 до 50 0С справляє менший вплив на розчинність кисню, ніж на швидкість його дифузії і швидкість проходження електрохімічних реакцій. Встановлено також, що збільшення швидкості руху води (від 0,1 до 0,8 м/с) призводить до суттєвого збільшення швидкості корозії вуглецевої сталі. Так, при мінімальному значенні швидкості руху води (0,1 м/с), температурі води 30 0С і солевмісті 2,5 г/дм3 швидкість корозії дорівнює 0,65-0,7 г/ м2 рік, а при швидкості руху води 0,8 м/с і при тих же самих величинах температури та солевмісту -1,15-1,2 г/ м2 рік.

5

Незважаючи на те, що вказані лабораторні експерименти виконано у більш жорстких умовах, ніж ті, що мають місце на практиці, збільшення загального солевмісту до 30 г/дм3 (вказано рівень солевмісту, який реально може спостерігатися в системах оборотного водопостачання киснево-конвертерних цехів)не призводить до збільшення корозійної активності води.

Таким чином, виконані дослідження дають змогу зробити висновок про те, що збільшення солевмісту не перешкоджає створенню замкнених систем оборотного водопостачання газоочисток кисневих конвертерів.

Третій розділ містить результати досліджень основних закономірностей та факторів, що впливають на виніс вапна з конвертерів і величину лужності стічних вод. Виніс вапна з конвертера у період його завантаження є головною причиною, яка перешкоджає створенню і експлуатації замкнених систем водопостачання газоочисток кисневих конвертерів. До основних факторів, що впливають на виніс вапна, відносяться: кількість і швидкість газів, що утворюються у конвертері, дисперсність, вага порції і режим завантаження вапна у конвертер, ступінь розчинення вапна у воді.

Встановлені закономірності по виносу вапна з конвертера, та його вилуговування у воді покладені в основу емпіричної залежності, яка дозволяє визначити величину гідратної складової лужності в оборотній воді систем водопостачання конвертерних газоочисток:

QC

Р1 = ---------- , (1)

V

де Р1 –величина гідратної складової лужності, мг-екв/дм3;

- відношення приросту питомого виносу вапна до її еквівалентної маси – 0,00033;

Q -середня витрата конвертерних газів, що утворюються в конвертері у період продувки киснем, м3/с;

C - кількість вапна, що розчинилося, мг-екв/дм3;

V –витрата води в газоочисній установці, м3/с.

Приріст питомого виносу вапна визначали на підставі вивчення закономірностей його виносу з конвертера (табл.1), а кількість вапна, що розчинилося у воді, на підставі експериментальних досліджень (рис.1).

6

Таблиця 1

Вплив витрати газів, що утворюються в конвертерах,

на питомий виніс вапна

Середня витрата газів, що утво-рюються в конвертерах, м3/хв | Середня кількість вапна, що завантажується в конвертер, т | Вміст у вапні фрак-цій до 10 мм, % | Питомний виніс вапна, кг/т завантаги | Приріст питомого виносу вапна на 1м3 конвертерного газу, кг

745,5 | 2,4 | 8,2 | 451/24=18,7 | 1,6/178=0,0091

923 | 2,52 | 8,2 | 250/12,6=12,8

При виконанні розрахунків для складання даних табл.1 використані залежності, які визначають виніс у тракт, що відводить газ, часток вапна крупністю до 10 мм (рис.2,3).

Досвід експлуатації свідчить, що при розчиненні вапна до 0,25 мг-екв/л гідратна лужність у воді не встановлюється, тому що вона нейтралізується бікарбонатною складовою лужності, яка потрапляє з підживлюючою водою і пилом з газоочистки. При розчиненні вапна у кількості, яка перевищує 0,25 мг-екв/л, у воді визначається гідратна лужність. При цьому виникає загроза утворення інтенсивних карбонатних відкладень.

Для підтвердження правильності розрахункових даних виконано їх співставлення з експериментальними даними для декількох діючих конвертерних цехів. Встановлено, що результати розрахунків добре збігаються з реальними даними. Це свідчить про те, що розрахункова величина лужності співпадає з реальними даними, що підтверджує правильність запропонованої залежності. Це в свою чергу дає змогу використовувати вказану залежність для визначення величини лужності води в системах водопостачання газоочисток конвертерних цехів, що будуються і діють.

Визначення розміру гідратної складової лужності стічних вод газоочисток конвертерних цехів на підставі розрахунку дає змогу прогнозувати стабільність води для конвертерних цехів, які реконструюються або будуються, і завчасно визначитися з методом запобігання щільним сольовим відкладенням, тобто завчасно прийняти заходи, які забезпечують надійну роботу апаратів газоочисток і обладнання систем водопостачання.

На практиці більш усього зустрічаються конвертерні цехи, для яких притаманна величина гідратної лужності Р1 0,25 мг-екв/дм3. Це свідчить про загрозу утворення інтенсивних карбонатних відкладень. У цих випадках необхідна стабілізаційна обробка оборотної води.

Таким чином, отримані закономірності по виносу вапна дозволяють визначити величину гідратної складової лужності стічних вод і тим самим вибрати найбільш ефективний метод стабілізаційної обробки, що дає можливість перевести системи оборотного водопостачання газоочисток ККЦ на замкнений режим роботи.

8

У четвертому розділі наведено результати дослідження методів, які мають подвійну дію: з одного боку-обмеження розчинення вапна, з другого-запобігання створенню щільних сольових (здебільшого карбонатних) відкладень за рахунок зниження адгезійної спроможності утворених кристалів карбонату кальцію. У лабораторних умовах виконано дослідження впливу багатьох хімічних речовин на ступінь розчинення вапна, зокрема, хлориду магнію, фторсилікату натрію, полісилікатів натрію, поліфосфатів натрію та інших. Встановлено, що найбільша ефективність притаманна полісилікатам і поліфосфатам натрію (табл.2).

Таблиця 2

Вплив реагентної обробки води на інтенсивність відкладень карбонату кальцію

№№ пп | Речовини для обробки води | Кількість кальцію* висадженого на стінках посудини, мг | Ефективність обробки, %

1 | Обробка прісної води триполіфосфатом натрію (ТПФН) дозою 5,0 мг/дм3 (по Р2О5) | 2,6

2,4

2,2

сер. 2,4 | 96

2 | Суміш ТПФН з ВЛР** у ваговому співвідношенні 1:5 (1,14 мг/дм3 ТПФН по Р2О5 і 10 мг/дм3 ВЛР) | 2,3

2,2

2,1

сер. 2,2 | 98

3 | Сульфат алюмінію дозою 10 мг/дм3*** | 7,3

7,2

7,3

сер. 7,3 | 47

4 | Хлорид магнію дозою 50 мг/дм3 | 6,7

7,0

7,0

сер. 6,9 | 51

5 | Полісилікат натрію дозою 50 мг/дм3 | 2,9

2,7

2,8

сер. 2,8 | 92

6 | Обробка морської води ТПФН дозою 5,0 мг/дм3 (по Р2О5) | 3,0

3,2

2,8

сер. 3,0 | 90

9

Примітка до табл 2:

*Кількість кальцію, що висадилось на стінках посудини при контакті вуглекислого газу з необробленою водою з початковою лужністю 10 мг-екв/дм3, складає 12 мг.

**ВЛР- вуглелужний реагент.

***Для обробки води застосували 5% розчин сульфату алюмінію, підкислений до рН=2.

Спрощене пояснення механізму дії полісилікатів і поліфосфатів натрію полягає в тому, що ці речовини при очистці газів активують вуглекислий газ і підвищують його реакційну спроможність. У результаті, частки вапна вкриваються плівкою нерозчиненого карбонату кальцію, що призводить до обмеження його розчинення, а частково розчинене вапно перетворюється у розчинений бікарбонат кальцію.

Поглиблене вивчення механізму дії полісилікатів і поліфосфатів натрію дозволило встановити, що обмеження розчинення вапна здійснюється внаслідок утворення на поверхні часток вапна малорозчинених полісилікатів і поліфосфатів кальцію. При цьому на поверхні часток має місце гетеролітичний процес з утворенням кінцевих продуктів у вигляді полісилікатів і поліфосфатів кальцію ( у вигляді плівки), а також бікарбонат-іонів.

Вказаний процес здійснюється у такій послідовності:

1. При обробці жорсткої води полісилікатами і поліфосфатами у перший момент часу здійснюється реакція обміну з утворенням колоїдальних речовин:

(Na2O)nSiO2 + nCa2+ (CaO)nSiO2 + 2nNa+ . (2)

2. При контакті води з запиленим газом здійснюється хемосорбція колоїдальних полісилікатів чи поліфосфатів кальцію на поверхні часток вапна, а внаслідок витиснення з силанольної групи вільного водню утворюються бікарбонат-іони.

О OH -OСaO O -OСaO

// / // /

2С + -О – Si – O- + 2CaO -O – Si – O- + 2H+ + 2C -O – Si – O- +

\\ \ \\ \

О OH -OСaO O -OСaO

O O -OСaO O +CaO

// || / || /

+ 2H – C C – O – O – Si – O – O – C -O – Si – O- +

\ \ | \

O- H -OСaO H +CaO

O

||

+ 2C – O – O- . (3)

|

H

Примітка: у наведеній вище формулі (3) іон натрію не вказано для спрощення

10

Хімічна взаємодія сорбованого полісилікату кальцію з поверхнею часток вапна пояснюється завдяки присутності у стічних водах (після газоочистки) групування Si-OCa+, які виявлені за допомогою інфрачервоної спектроскопії. Сказане в повній мірі відноситься також і до поліфосфатів кальцію.

Внаслідок поверхневої реакції полісилікатів і поліфосфатів кальцію з оксидом кальцію виділяється вільний водень, який взаємодіє з адсорбованим вуглекислим газом з утворенням бікарбонатів кальцію. Це явище також встановлене за допомогою ІЧ-спектроскопії, яка дозволила визначити поглинання в області довжин хвиль 3000 см –1, що є притаманним для С-Н групувань O=С -H .

Устрої та склад молекул визначали методом порушеного повного відбиття, яке базується на поглинанні поверхневим шаром полісилікату чи поліфосфату натрію енергії електромагнітного випромінювання. Слід відзначити, що метод ІЧ-спектроскопії відрізняється універсальністю, вибірністю, чутливістю і дозволяє встановити хімічний склад як кінцевих, так і проміжних продуктів реакції.

Підтвердженням справедливості зробленого висновку є те, що наявність групувань Si –ОСа+ була також встановлена іншими авторами, які вивчали процес сорбції іонів кальцію на поверхні кремнеземів:

OH OCa+

| |

- Si - + Ca2+ - Si - + H+ . (4)

| |

Встановлено, що хемосорбція з утворенням вказаного групування має місце при рН 5, тобто переважно у лужному середовищі.

Дослідження показали, що на 110-9 м2 адсорбуються чотири іони Са2+, а концентрація ОН-груп на поверхні 110-9 м2 також дорівнює 4. Таким чином, кожен іон Са2+ зв'язувався з однією групою SiOH.

Утворення радикалів приєднанням іонів водню до молекул СО2 також підтверджено авторами, що вивчали опромінення вуглекислого газу, адсорбованого на кремнеземі.

O O-

// /

H+ + C H – C . (5)

\\ \\

О O

Ці радикали реагують з поверхневими радикалами Si – O-, що призводить до утворення поверхневого з'єднання.

O O

// //

H – C + Si – O- Si – O - O - C . (6)

\ \

O- H

11

У нашому випадку, при мокрому очищенні запилених газів, що містять частки вапна і вуглекислий газ, для протікання процесів за участю адсорбованого на полісилікаті СО2 не потрібні одаткові впливи (наприклад, опромінення), що відрізняє механізм дії

полісилікатів при обмеженні розчинення вапна від відомих процесів, що протікають на поверхні кремнеземів.

Як реагент, що обмежує розчинення вапна в системах оборотного водопостачання газоочисток конвертерів, також випробували поліфосфат натрію.

Механізм дії поліфосфатів можна представити таким чином. Поліфосфат-іон містить велику кількість іоногених груп, завдяки чому при іонізації поліфосфат-іони здобувають значний негативний заряд. Остання обставина є причиною тому, що іони натрію не можуть залишити поліфосфат-іон і залишаються на деякій відстані, утворюючи суцільний шар протиіонів. Цей шар має здатність обмінюватися на іони кальцію, що знаходяться у воді, зв'язуючи останні, тим самим перешкоджає росту кристалів карбонату кальцію і відкладень солей жорсткості.

Таким чином, проведені дослідження дозволяють зробити висновок про наявність загальних властивостей у полісилікатів і поліфосфатів:

-

-

- ці з'єднання адсорбуються як фізично, так і шляхом хемосорбції;

-

Вплив полісилікату натрію і ТПФН на обмеження розчинення вапна при різних температурах води представлено в табл. 3. Дослідження проводилися в лабораторних умовах. При цьому кількість вапна, що надходить у воду, складало 3,0 г/дм3, доза полісилікату – 50 мг/дм3 і доза ТПФН – 5 мг/дм3.

З табл. 3 випливає, що обробка води полісилікатом натрію і ТПФН обмежує розчинення вапна, про що свідчить зменшення гідратної лужності води. При цьому гідратна лужність не перевищувала 0,65 мг-екв/дм3 (температура води не перевищує 350С) у порівнянні 9,1- 13,0 мг-екв/дм3 для

необробленої води. При температурі води вище 350С настає різке зниження ефективності реагентів Це пояснюється зниженням розчинності СО2 і сорбційної здатності реагентів зі збільшенням температури води й у зв'язку з цим гальмуванням процесів хемосорбції.

Результати лабораторних досліджень реагентної обробки води триполіфосфатом натрію у системі водопостачання газоочисток ККЦ наведені в табл.4.

12

Таблиця 3

Вплив полісилікату і триполіфосфату натрію на обмеження розчинення вапна при різних температурах

Спосіб обробки

води | Температура води,

0С | Лужність, мг-екв/дм3

ОН- | СО32- | НСО3-

Без обробки | 20

20

35

35

37 | 11,5

11,0

11,0

13,1

13,0 | 1,0

1.9

1.0

1,0

0.9 | Відс.

Відс.

Відс.

Відс.

Відс.

Обробка води (ТПФН) дозою 5,0 мг/дм3 (по Р2О5) | 20

20

20

35

35

35

37

37 | Відс.

Відс.

Відс.

Відс.

Відс.

Відс.

Відс.

Відс. | 2,4

3,6

3,2

4,0

3,6

4,0

2,0

2,0 | 3,2

1,6

2,4

1,0

1,6

1,6

Відс.

Відс.

Обробка води перед газоочисткою товарним полісилікатом натрію дозою 50мг/дм3 | 20

20

20

35

35

35

37

37 | 0,6

Відс.

0,5

Відс.

0,65

Відс.

18,5

19,5 | 0,8

1,1

0,95

2,0

1.8

2,0

1,0

2,0 | Відс.

1,6

Відс.

0,5

Відс.

0,8

Відс.

Відс.

Пятий розділ вміщує відомості і результати розробки технічних рішень, спрямованих на використання розробленого методу для переведення систем водопостачання газоочисток кисневих конвертерів Дніпродзержинського та Новолипецького металургійних комбінатів на замкнений режим роботи.

Зараз вказані системи водопостачання працюють за оборотною схемою водопостачання. Для переведення діючих систем на повністю замкнений режим роботи пропонується застосування реагентної обробки води концентрованим розчином полісилікату натрію чи 1% розчином триполіфосфату натрію.

Запропоновано технологічні схеми для готування і дозування полісилікату та триполіфосфату натрію.

Виконано економічну оцінку розроблених технічних рішень. Економія при застосуванні полісилікату натрію складається з економії витрат на воду, електроенергію

Таблиця 4

Вплив триполіфосфату натрію на різновид лужності стічних вод у системах водопостачання газоочисток ККЦ

Без обробки | Обробка води триполіфосфатом натрію

Хімізм процесу в газоочистці | Лужність стічних вод, мг-екв/дм3 | Хімізм процесу в

газоочистці | Лужність стічних вод, мг-екв/дм3

ОН- | СО32- | НСО3- | ОН- | СО32- | НСО3-

На прямотоці

СаО + Н2О Са(ОН)2 |

6,55

6,6 |

1,0

1,1 |

Відс.

Відс. | На прямотоці

2[(Na2О) 3nNaРО3] + 5Са(ОН)2

(2CaО) 3nСа(РО3)2 +10NaOH |

Відс.

Відс. |

0,5

1,0 |

2,7

1,3

В оборотному циклі

СаО + Н2О Са(ОН)2

Са(ОН)2+ СО2

СаСО3 + Н2О |

8,7

8,5

7,2 |

1,2

1,3

1,6 |

Відс.

Відс.

Відс. | В оборотному циклі

2[(Na2О)3nNaРО3] + 5СаО + СО2 + 5Н2О

(2CaО) 3nСа(РО3)2 +10NaHСО3

| |

O= P – O- Na+ О = Р - О

| | \

O О Са

| | /

O= P – O- Na+ О = Р - О

| |

O- О

Na+ |

n +nСа2+n Са + nNa+

Na+ |

O- O

| |

O= P – O- Na+ О = P - О

| | \

O O Са

| | /

O= P – O- Na+ О = Р - О |

Відс.

Відс.

Відс. |

Відс.

0,5

0,6 |

2,8

1,9

2,0

14

та очищення трубопроводів каналізації і обладнання від відкладень і для систем оборотного водопостачання Новолипецького і Дніпродзержинського металургійних комбінатів відповідно складе: 568,9 і 1078 тис. грн. на рік; при застосуванні триполіфосфату натрію - 600,99 і 1124,4 тис. грн. на рік.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Виявлено, що основною причиною, яка перешкоджає повному використанню стічних вод у системах оборотного водопостачання газоочисток киснево-конвертерних цехів (ККЦ), є хімічний склад стічних вод, який визначається особливостями технологічного процесу. Особливо істотний вплив на формування складу стічних вод справляє виніс вапна під час плавки.

2. Наведено аналіз існуючих методів стабілізаційної обробки води і показана неможливість їхнього застосування в діючих системах оборотного водопостачання газоочисток ККЦ, завдяки інтенсивному виносу вапна. Це призводить до неможливості створення замкнених систем оборотного водопостачання вказаних газоочисток.

3. Лабораторні дослідження з обмеження розчинення вапна, що надходить у воду, і запобігання відкладень карбонату кальцію показали, що

максимальну ефективність (до 96%) мають полісилікат та триполіфосфат натрію (при надходженні у воду вапна до 3 г/дм3).

4. У лабораторних умовах установлені необхідні дози полісилікату і триполіфосфату натрію, що відповідно складають 50 мг/дм3 і 5 мг/дм3 по (Р2О5).

5. Виявлено, що полісилікати і поліфосфати натрію мають подвійну дію:

- обмежують розчинення вапна, що надходить у воду, і відповідно знижують гідратну лужність води;

-

6. Розроблені і науково обґрунтовані нормативи якості води (за основними показниками), що подається на газоочистки киснево-конвертерних цехiв. При цьому здійснене нормування таких основних показників якості води: концентрація і гранулометричний склад завислих речовин, загальний солевміст і його компоненти.

7. Аналіз фізичних основ мокрого очищення газів, а також вивчення особливостей відводу й використання газів, що відводяться, дозволили рекомендувати припустиму концентрацію завислих речовин в оборотній воді газоочисток киснево-конвертерних цехiв до 300 мг/дм3.

8. Припустима величина загального солевмісту й концентрація окремих його компонентів визначені на підставі електрохімічних досліджень. Виявлено, що зростання солевмісту (у межах до 30 г/дм3) у системах оборотного водопостачання газоочисток киснево-конвертерних цехiв знижує (у межах 15%) швидкість корозійного зносу трубопроводів і устаткування.

15

9. На підставі проведених досліджень визначені основні фактори, що впливають на виніс вапна з конвертерів, а отже на величину гідратної лужності стічних вод газоочисток ККЦ.

10. Запропоновано емпіричну математичну залежність, за допомогою якої можна визначити кількість вапна, що розчинилося у воді, і відповідно величину гідратної складової лужності , що дає можливість прогнозувати стабільність оборотної води і обрати найбільш ефективний метод стабілізаційної обробки.

11. Запропоновано новий метод стабілізаційної обробки води, спрямований на створення замкнених систем оборотного водопостачання газоочисток киснево-конвертерних цехів металургійних комбінатів, що виключають скидання стічних вод у водойми. Зазначений метод використано

інститутом НДПІ “Енергосталь” у галузевих нормах технологічного проектування об'єктів водного господарства підприємств чорної металургії України.

12. Виконано економічну оцінку розроблених технічних рішень. Економія при застосуванні полісилікату натрію систем оборотного водопостачання Новолипецького і Дніпродзержинського металургійних комбінатів відповідно складе: 568,9 і 1078 тис. грн. на рік; при застосуванні триполіфосфату натрію 600,99 і 1124,4 тис. грн. на рік.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1.

2.

3.

4.

5.

6.

16

7.

АНОТАЦІЯ

Лунін С.В. Метод стабілізаційної обробки стічних вод газоочисток киснево-конвертерних цехів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.04 – водопостачання, каналізація – Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2001.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального питання розробки ефективного методу стабілізаційної обробки стічних вод газоочисток конвертерів, що відрізняються підвищеним виносом вапна, для створення замкнених систем оборотного водопостачання, які виключають скидання стічних вод у водні об'єкти. Розроблені і науково обґрунтовані нормативи якості води (за основними показниками), що подається на газоочистки металургійних агрегатів. Виконано поглиблене дослідження дії різноманітних хімічних речовин на обмеження розчинення вапна і запобігання карбонатним відкладенням. Визначені основні фактори, що впливають на виніс вапна з конвертерів, а отже на величину гідратної лужності стічних вод газоочисток ККЦ.

Дослідження по запобіганню відкладень карбонату кальцію показали, що максимальну ефективність (до 96%) мають полісилікат та триполіфосфат натрію. Виявлені необхідні дози цих реагентів, що відповідно складають 50 мг/дм3 і 5 мг/дм3.

Ключові слова: вапно, полісилікат натрію, триполіфосфат натрію, апарати газоочистки конвертерів, стабілізаційна обробка, карбонатні відкладення.

АННОТАЦИЯ

Лунин С.В. Метод стабилизационной обработки сточных вод газоочисток кислородно-конвертерных цехов. –Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 – водоснабжение, канализация - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи разработки эффективного метода обработки сточных вод газоочисток конвертеров, отличающихся повышенным выносом извести, для создания замкнутых систем оборотного водоснабжения, исключающих сброс сточных вод в водные объекты. Установлено, что основной причиной, препятствующей полному использованию сточных вод в системах оборотного водоснабжения газоочисток кислородно-конвертерных цехов (ККЦ), является образование

17

плотных солевых отложений (в основном, карбонатных) в одних случаях и коррозия в других. Приведена классификация и дана оценка существующих методов предотвращения образования карбонатных отложений, обоснована невозможность их применения в действующих системах оборотного водоснабжения газоочисток ККЦ. Установлено, что особенно существенное влияние на формирование состава сточных вод оказывает вынос извести в течение плавки.

Предложены и научно обоснованы нормативы качества воды (по основным показателям), подаваемой на газоочистки металлургических агрегатов. При этом осуществлено нормирование следующих основных показателей качества воды: концентрация и гранулометрический состав взвешенных веществ, общее солесодержание и его компоненты. Допустимая величина общего солесодержания и концентрация отдельных его компонентов определены на основании электрохимических исследований.

Установлено, что рост солесодержания (в пределах до 30 г/дм3) в системах оборотного водоснабжения газоочисток металлургических агрегатов несколько снижает (в пределах 15%) скорость коррозионного износа трубопроводов и оборудования. Рекомендуемая допустимая концентрация взвешенных веществ в оборотной воде газоочисток металлургических агрегатов составляет 300 мг/дм3.

Установлена связь между факторами, влияющими на вынос извести из конвертера, и химическим составом сточных вод от аппаратов газоочисток. Предложена математическая эмпирическая зависимость, с помощью которой можно определить количество растворившейся в воде извести и соответственно величину гидратной составляющей щелочности, что дает возможность прогнозировать стабильность оборотной воды и выбрать наиболее эффективный метод стабилизационной обработки.

Установлено, что наиболее перспективным направлением борьбы с карбонатными отложениями является обработка воды реагентами, обладающими двойным действием: ограничением растворения поступающей в воду извести и соответственно снижением гидратной щелочности воды; снижением адгезионной способности уже образовавшихся кристаллов карбоната кальция. Исследования показали, что максимальной эффективностью (до 96%) обладают полисиликат натрия и триполифосфат натрия (при поступлении в воду извести до 3 г/дм3). Определены эффективные дозы этих реагентов, которые соответственно составляют 50 мг/дм3 и 5 мг/дм3.

Установлена математическая зависимость для расчета химического состава оборотной воды в системах водоснабжения, в которых вода входит в непосредственный контакт с очищаемым и охлаждаемым продуктом.

Предложены технологические решения по переводу систем оборотного водоснабжения Новолипецкого и Днепродзержинского металлургических комбинатов на замкнутый режим работы, исключающий сброс сточных вод в водоемы. Разработаны

18

технологические схемы для приготовления и дозирования полисиликата и триполифосфата натрия. Указанные технические решения использованы институтом НИПИ “Энергосталь” в отраслевых нормах технологического проектирования (том 12 и 14) объектов водного хозяйства предприятий черной металлургии Украины.

Выполнена экономическая оценка разработанных технических решений. Экономия годовых эксплуатационных затрат при применении полисиликата натрия состоит из экономии затрат на воду, электроэнергию и очистку трубопроводов канализации и оборудования от плотных солевых отложений и для систем оборотного водоснабжения Новолипецкого и Днепродзержинского металлургических комбинатов соответственно составит: 568,9 и 1078 тыс. грн.; при применении триполифосфата натрия 600,99 и 1124,4 тыс. грн.

Ключевые слова: известь, полисиликат натрия, триполифосфат натрия, аппараты газоочистки конвертеров, стабилизационная обработка, карбонатные отложения.

RESUME

Lunin S.V. The method stabilizing processing of waste water gas washing oxygen converter of shops. - Manuscript.

The dissertation is submitted for Candidate of Sciences degree in Technology, speciality 05.23.04 - water supply, sewerage. - Kharkov state technical university of construction and architecture, Kharkov, 2000.

The dissertation is devoted to the decision of a urgent task to development of an effective method of processing of waste water washing oxygen of the converters distinguished increased carry-out lime, for creation of the closed systems of turnaround water supply excluding dump of waste water in water objects. The specifications of quality of water (on the basic parameters), submitted on washing oxygen of metallurgical units are developed and scientifically proved. The profound research of action of various chemical substances on restriction of dissolution lime and also on prevention of formation carbonate of deposition is executed . The major factors, influencing on carry-out lime from converters, and

also on size hydrate alkali of waste water gas-leading oxygen converter of shops are established.

The researches on prevention of adjournment carbonate calcium have shown, that polysilicate and treepolyphosphate natrium have a peak efficiency (up to 96

%). These reagents necessary dozes are established and makes 50 mg/dm3 і 5 mg/dm3 accordingly.

Key words: lime, polysilicate natrium, treepolyphosphate natrium, devices washing oxygen of converters, stabilization processing, carbonate of deposition.