Защита окружающей среды в производстве порохов и твердых ракетных топ

Рис. 3.4. Схема технологического процесса биологических очистных сооружений: ГНС — головная насосная станция, НС — насосная станция, ХВ — хлорная вода

перекачиваются на горизонтальные песколовки с круговым движением воды, где минеральные при­ меси (песок, шлак) выпадают в осадок в конусную часть песколовки, а затем удаляются гидрозатво­ рами на песковую площадку. После песколовок во­ ды через распределительную чашу попадают в ради­ альные отстойники диаметром 24 м, в которых про­ исходит отделение взвешенных и плавающих веществ. Время отстаивания воды в отстойниках 1,5 часа. Осадок со дна отстойника периодически скребками илоскреба сдвигается в приямок, а потом насосами перекачивается в метантенки для сбражи­ вания. Плавающие вещества из отстойников направ­ ляются в жиросборник, оттуда насосами перекачи­ ваются также в метантенки. В метантенках проис­ ходит анаэробный биохимический процесс, кото­ рый наиболее полно протекает при 45 —55 °С без доступа воздуха. В результате распада органических соединений, содержащихся в осадках отстойников, образуется метан, углекислый газ, водород, азот и др.

Осветленная вода после первичных отстойников через распределительный лоток поступает в аэро­ тенки-смесители с пневматической или механичес­ кой аэрацией, из которых через окна попадает в аэротенки-смесители, куда подается также активный ил. В аэротенках происходит окисление органичес­ ких веществ микроорганизмами. Дефицит кислоро­ да восполняется за счет подачи воздуха воздуходув­ ками. Время аэрации составляет около 10 ч, на 1 м3 воды расход воздуха — 10—12 м3.

После аэротенков-смесителей вода направляется на вторые отстойники, где продолжается процесс биологической очистки. Процесс очистки сточных вод заканчивается в контактных резервуарах (объ­ ем — 350 м3), в которых происходит обеззаражива­ ние от болезнетворных микроорганизмов хлором,

подаваемым из хлораторной в виде хлорной воды. Контакт сточных вод с хлорной водой осуществля­ ется в течение 30—35 мин.

Очищенная вода из контактных резервуаров по­ ступает в реку. Сырой осадок и плавающие вещест­ ва из первичных отстойников и метантенков пода­ ются в цех обезвоживания путем отжима на цент­ рифугах (производительность 25 MVH). Осадок по­ ступает на иловые карты (размеры 60x30 м) с искус­ ственным дренажем.

Проектная пропускная способность БОС состав­ ляет 100 тыс. м3/сут. В процессе работы БОС осу­ ществляется систематический контроль за качест­ вом очистки сточных вод лицензированной лабора­ торией. Контроль количества ингредиентов в воде производится на входе и выходе из БОС.

Вышеописанный технологический процесс биоло­ гических очистных сооружений обеспечивает до­ статочно высокую эффективность очистки сточных вод. После прохождения БОС многократно умень­ шается содержание в воде взвешенных веществ, ХПБ, БПК, нефтепродуктов и других вредных ком­ понентов (табл. 3.1).

Разработанная комплексная технологическая схе­ ма, включающая локальные установки, шламонакопители (отстойные прудки) и биологические очист­ ные сооружения, позволяет осуществлять удовле­ творительную очистку сточных вод, содержащих загрязняющие вещества разных производств поро­ ховых предприятий.

Основным направлением работ с целью уменьше­ ния количества сточных вод является внедрение разработок по сокращению расхода свежей воды на единицу продукции (в первую очередь на производ­ ствах НЦ, ПП и БП), повторное использование их после очистки путем создания замкнутых (бес­ сточных) систем водоснабжения.

Таблица 3.1

Изменение концентрации ингредиентов в воде при очистке в БОС

В целом принятые на пороховых предприятиях методы и технологии очистки загрязненных вод в 1990 году обеспечили водооборот на уровне 30 — 60 %. Были разработаны конкретные мероприятия по сокращению потребления свежей воды за счет увеличения водооборота на различных предприяти­ ях от 40 до 90 % к 1995 году.

В 2001 году принята поправка к закону "О плате за пользование водными объектами", предусматри­ вающая увеличение ставок этого налога примерно в 2 раза. Поэтому мероприятия, направленные на снижение потребления свежей воды за счет увели­ чения водооборота и других технических мер, име­ ют не только экологическое, но и экономическое значение.

Глава 4

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ

Физико-химические процессы превращения ис­ ходного сырья в пороха и ТРТ на отдельных фазах производства сопровождаются выделением газооб­ разных веществ, некоторые из этих веществ оказы­ вают отрицательное влияние на окружающую среду.

Основное количество газообразных вредных вы­ бросов на пороховых предприятиях образуется на производствах нитратов целлюлозы, пироксилино­ вых порохов, сферических порохов, полигонах и стендах.

Количество выбросов вредных веществ в атмо­ сферу пороховым предприятием в конце 80-х годов достигало 4000 т в год.

4.1. ОЧИСТКА КИСЛЫ Х ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ПРОИЗВОДСТВА НИТРАТОВ ЦЕЛЛЮ ЛОЗЫ

В производстве НЦ используется большое коли­ чество азотной и серной кислот. Этерификация цел­ люлозы в производственных условиях производится при модулях от 1:25 до 1:40 (соотношение целлюлозы к нитрующей смеси). При этом образуется значи­ тельное количество отработанных кислотных сме­ сей. С целью сокращения расхода свежих кислот и защиты окружающей среды разработана и реализо­

вана на производстве сложная система регенерации отработанных нитрационных кислотных смесей, концентрации кислот и подготовки кислотных сме­ сей к этерификации с использованием отработан­ ных кислотных смесей.

На различных фазах производства (смешение кислот, нитрование целлюлозы, отжим НЦ от кис­ лот, регенерация и концентрация отработанных кис­ лот и др.) выделяются вредные кислые газообразные выбросы, содержащие пары и туман азотной и сер­ ной кислот, оксиды азота и серы.

Количество вредных веществ, выделяемых на отдельных фазах производства НЦ, приведено в табл. 4.1 (по данным А.Ф. Махоткина).

Потери азотной кислоты с отходящими газами составляют около 1 %, серной кислоты — около 0,2 % от количества кислотной смеси, необходимой для изготовления 1 т НЦ. Содержание паров азотной и серной кислот, оксидов азота и серы в отходящих газах значительно превышает ПДК.

На производствах нитратов целлюлозы при их полной загрузке с учетом фаз по регенерации отра-

Таблица 4.1

Количество вредных веществ, выделяемых на отдельных фазах производства НЦ

ботанных кислот количество отходящих кислых га­ зов составляет 30 —60 тыс. MVH.

Суммарная концентрация паров азотной кислоты и оксидов азота в газах, отходящих с фазы этери­ фикации целлюлозы, перед очисткой их достигает 7—10 г/м3, в том числе азотной кислоты 5—8 г/м3.

С целью уменьшения загрязнения окружающей среды и потерь кислот разработаны различные тех­ нологические схемы и оборудование для очистки газовых выбросов путем улова паров и тумана азот­ ной и серной кислот, а также оксидов азота и серы.

По химии и технологии производства НЦ опуб­ ликованы ряд работ [21, 23—29]. Физико-химические процессы и технологические схемы очистки отхо­ дящих производства НЦ газов подробно рассмотре­ ны В.И. Гиндичем, Л.В. Забелиным, Г.Н. Марченко [21, 22, 25, 26], А.Ф. Махоткиным с сотрудниками [39—44, 46] и другими исследователями.

Основными источниками выбросов азотной кис­ лоты и оксидов азота являются процессы этерифи­ кации целлюлозы, вытеснения кислот из НЦ, денит­ рации отработанных кислот и концентрирования азотной кислоты, а также производство азотной кислоты. Серная кислота и оксиды серы в газовые выбросы попадают на фазах концентрирования сер­ ной кислоты и производстве серной кислоты. Газо­ вый выброс азотной и серной кислот в атмосферу на одном предприятии может достигать 1700 т в год. Суммарная концентрация паров азотной кислоты и оксидов азота в отходящих газах процесса этери­ фикации целлюлозы на отдельных производствах многократно превышает ПДК и доходит до 10— 15 г/м3, а при залповых выбросах увеличивается в десятки раз. Поэтому основные разработки по ох­ ране окружающей среды пороховых предприятий направлены на улов или нейтрализацию вредных кислых компонентов. Вопросам очистки кислых га­

зовых выбросов посвящено много научных работ, изобретений и статей, например, [29—37].

Проблема нейтрализации кислых выбросов акту­ альна для многих предприятий энергетической и хи­ мической промышленности, и многие разработки направлены на решение экологических задач этих предприятий. Производство НЦ существенно отли­ чается от других процессов, поэтому технические решения других отраслей по защите окружающей среды не могут применяться без дополнительных исследований и новых разработок, учитывающих особенности технологии.

Состав отходящих газов производства НЦ до­ вольно сложный, основные вредные компоненты: пары и туман азотной кислоты, оксиды азота, пары и туман серной кислоты, сернистый ангидрид. Ука­ занные компоненты существенно различаются по физико-химическим свойствам, в частности по рас­ творимости в воде. Поэтому одним универсальным способом или одним аппаратом проблему очистки отходящих газов решить не удается. Для создания эффективных методов и оборудования газоочистки необходимо знать состав и свойства газов, исследо­ вать механизм и кинетику процессов.

Этерификация целлюлозы обычно осуществляет­ ся тройной смесью, состоящей из азотной кислоты, серной кислоты и воды.

Химический процесс этерификации целлюло­ зы может быть описан следующей основной реак­ цией:

[С6Н70 2(0Н)3]„ + лНЫ03 «-> ~ [C6H70 2(N02)3]n + ЗлН20 .

Серная кислота применяется в качестве водоот­ нимающего вещества.

Часть азотной и серной кислот попадают в сточ­ ные воды и отходящие газы.

В газах, отходящих с фазы этерификации целлю­ лозы, содержатся азотная кислота HN03, азотистая кислота HN02, оксиды азота: N 02, NO, N20 4, N20 3. Оксиды азота находятся преимущественно в виде N 02. Присутствие в газовой фазе смеси паров воды и оксидов азота приводит к образованию в газе сме­ си азотной и азотистой кислот по следующим реак­ циям:

N20 3 + Н20 о 2HN02.

Пары азотной кислоты — легкорастворимый в воде газ. Растворимость оксидов азота существенно меньше и зависит от их концентрации и состава.

При пересыщении газовой фазы парами кислоты последние превращаются в туман. Изменение тем­ пературы и концентрации паров азотной кислоты влияет на дисперсный состав тумана азотной кис­ лоты.

Количество азотной кислоты в отходящих газах перед очисткой обычно в 5—6 раз больше, чем ок­ сидов азота. Способы улова азотной кислоты из от­ ходящих газов основаны на ее хорошей раствори­ мости в воде. Поэтому на предприятиях спецхимии самым распространенным способом является аб­ сорбция кислых газов водой.

Материальный баланс очистки газов методом аб­ сорбции можно представить уравнением

где Гр — расход газовой фазы; Жр — расход жид­ кой фазы; увх, увых — концентрация очищаемых компонентов в газе на входе и выходе из абсорбера; хв1, — концентрация абсорбируемых компонен­ тов в жидкости.