TECHNOLOGIE ČOV
VYUŽITÍ MOKRÉ OXIDACE PRO ČIŠTĚNÍ PRŮMYSLOVÝCH ODPADNÍCH VOD V SOKOLOVSKÉ CHEMIČCE SYNTHOMER
BEK D. 1 , TREJBAL J. 2 , LISÝ D. 3 , ŠIŠKA J. 4 1 Messer Technogas s. r. o., David.Bek@messergroup.com 2 Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Jiri.Trejbal@vscht.cz 3 Pento spol. s r.o., lisy@pento.cz 4 Synthomer a.s., jakub.siska@synthomer.com
Při průmyslové výrobě, především pak v chemickém průmyslu, dochází v řadě případů k produkci odpadní vody, kterou není možné bez předchozí úpravy čistit nejběžnějším způsobem – biologickou cestou na čistírnách odpadních vod. Důvodů, proč není možné využít pouze biologického stupně čištění, může být více. Nejčastěji je jím toxicita vůči aktivovanému kalu způsobená látkami organického původu (např. výroba speciálních chemikálií, farmaceutik nebo barev) a výjimečně i anorganickými látkami (např. kyanidy). Dalším důvodem pak bývá nízká biologická odbouratelnost. Celá řada látek je obtížně odbouratelných nebo úplně neodbouratelných. Pokud se tyto látky ve vodě nalézají ve vyšších koncentracích, není možné dostat se pod maximální přípustné hodnoty CHSK ve vyčištěné vodě. Veškeré tyto problémy lze však relativně jednoduše vyřešit, a to zavedením mokré oxidace jako čisticího předstupně před samotným biologickým stupněm čištění. Jednou ze společností, kde se ukázalo využití mokré oxidace velice výhodné, je sokolovská chemička Synthomer.
Mokrá oxidace Mokrou oxidací (dále MO) se nazývá proces oxidace ve vodě rozpuš- těných nebo suspendovaných látek (nejčastěji organického původu) kyslíkem. Reakce probíhá v kapalné fázi v reaktoru při teplotách cca 150–300 °C a tlacích cca 10–200 bar. Za účelem urychlení oxidačního procesu je možné využití homogenního nebo heterogenního katalyzá- toru. Volba vhodných reakčních podmínek je stanovena na základě laboratorních a poloprovozních testů. Závisí především na typu znečiš- tění a na požadované hloubce jeho oxidace. Za těchto podmínek jsou organické látky oxidovány, přičemž dochází k jejich štěpení a přechodu na jednodušší oxidované uhlovodíky (především karboxylové kyseliny) a dále až na oxid uhličitý. Při procesu MO dojde k cca 65–100% redukci CHSK a ke ztrátě případné toxicity. Zároveň výrazně vzroste poměr BSK 5 /CHSK Cr . Zbývající CHSK ve vodě po oxidaci tak lze velmi dobře odstranit dočištěním na běžné ČOV. MO je ve světě běžná a dobře zavedená metoda. MO je typicky využí- vána pro zpracování průtoků v řádu stovek litrů až desítek kubických metrů hodinově s CHSK o hodnotách cca 5 000–200 000 mg/l. Alter- nativou k MO jsou tzv. pokročilé oxidační procesy (AOP, advanced oxi- dation processes), mezi které řadíme metody, jako jsou ozonizace nebo Fentonova oxidace. Jejich širšímu využití však brání vysoké provozní náklady, které jsou ve srovnání s MO řádově vyšší. Technologické řešení Základní prvek provozní jednotky MO představuje oxidační reaktor. Jedná se o trubkový průtočný reaktor pro kontinuální provoz, do kterého je zespoda přiváděna odpadní voda. Tato voda může být předehřáta ve výměníku tepla, kde dochází k jejímu ohřevu proudem vystupujícím z reaktoru. Do přívodního potrubí vody nebo přímo do reaktoru je dávkováno oxidační činidlo, kterým je čistý kyslík. Doba zdržení se pohybuje v rozsahu cca 15–120 minut. Po oxidaci, ochlazení a redukci tlaku je voda vedena do separátoru, ve kterém jsou odděleny plynná a kapalná fáze. Plyn, obsahující především oxid uhličitý a zbytky kys- líku, je vypouštěn do atmosféry. Vzhledem k tomu, že je oxidace silně exotermickou reakcí, není nutný externí zdroj tepla pro ohřev reaktoru. Naopak, v celé řadě případů je součástí jednotky MO i technologie pro výrobu páry nebo horké vody. Obrovskou výhodou MO oproti ostatním alternativám jsou relativně nízké provozní náklady. Ty mohou být naprosto minimální v případě realizace řešení s výrobou páry, kterou následně zákazník využije ve výrobě. Hlavní provozní náklad představuje kyslík, který je skladován v kapalné formě ve stacionárním zásobníku o objemu cca 10–60 m 3 . Jeho dodávky jsou realizovány cisternovými vozy.
Obr. 1: Zjednodušené schéma jednotky mokré oxidace
Pilotní testy v Sokolově Společnost Synthomer a.s. se řadí do skupiny důležitých středoev- ropských výrobců produktů z oblasti kyseliny akrylové, jejích esterů a akrylátových polymerů. Z výroby odchází velké množství odpadní vody obsahující nižší jednotky procent látek, jako jsou formaldehyd, kyse- lina akrylová, kyselina octová nebo kyselina mravenčí. Obsah CHSK Cr se pohybuje nad 100 g/l. Tuto odpadní vodu nelze čistit biologickou cestou na ČOV. Z tohoto důvodu je voda dlouhou řadu let likvidována spalováním. To je však velice nákladné a Synthomer tak intenzivně hledal jiné možnosti. Nejvhodnější alternativou ke spalování se ukázala právě MO. Návrhu vhodného řešení se zhostila VŠCHT ve spolupráci se společnostmi PENTO a Messer Technogas. Po prvních experimentech bylo zřejmé, že většina látek obsažených v odpadní vodě oxidaci za standardních reakčních podmínek nepodléhá a je tedy nutné použít katalyzátor. Byla provedena série reakčních testů s celou řadou heterogenních katalyzátorů na bázi vzácných kovů a navržen prvotní koncept provozní jednotky MO. Nejvhodnějším řešením se ukázalo využití reaktoru se skrápěnou vrstvou tabletovaného katalyzátoru. S ohledem na náročné podmínky procesu bylo nutné vyvinout vlastní katalyzátor, protože dostupné komerční katalyzátory podléhaly v řádu dní mechanickému rozkladu. Následujícím krokem byla stavba pilotní jednotky MO. Důvodem je nutnost prověření životnosti katalyzátoru, jehož cena je vysoká a dlouhá životnost je tak zásadní pro ekonomiku procesu. Aby byly výsledky co nejspolehlivější, byla pilotní jednotka navržena takovým způsobem, aby
30
CHEMAGAZÍN • 6 / XXXIII (2023)
Made with FlippingBook Digital Publishing Software