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移动肼站肼-70 燃料废水处理系统设计
来源:济南乾来环保技术有限公司 发布时间:2021-04-18 14:05:36 浏览次数:

苗春存,于 文,陶兆飞
( 空军南京航空四站装备修理厂,江苏 南京 210042)
 
摘要: 通过分析肼类燃料废水处理方法和移动肼站中和、滴漏废水水质,根据移动肼站肼-70 燃料保障过程中废水处理的实际需求,采用 紫外催化湿式氧化工艺开发了一套反应条件温和、处理速度快、无二次污染、自动化程度高的废水处理系统,设计了废水处理系统和紫 外催化湿式氧化反应器结构,利用系统联调联试掌握了中和、滴漏废水紫外催化湿式氧化降解最佳参数。该系统能够消除移动肼站肼- 70 燃料保障过程中废水存储、处理和排放的安全隐患,对提高移动肼站伴随保障能力和保障安全具有重要意义,能够产生良好的军事和 环境效益。
 
关键词: 移动肼站; 废水; 紫外催化湿式氧化; 反应器
 
移动肼站作为某型飞机应急动力系统肼燃料伴随保障地 面装备,用于为应急动力系统机载肼燃料箱灌装肼-70 燃料,在 飞机发动机空中停车、主电源或液压系统发生故障时利用肼- 70 燃料催化分解产生的能量为飞机提供应急液压能和电源,由 燃料贮存系统,燃料转注、加注、泄回及废气处理系统,燃料气 体监控系统,中和喷淋系统,废水处理系统,废水收集池等组 成。肼-70 燃料( 70%肼和 30%水的混合物) 是易燃、有类似氨 臭味的均匀透明液体,几十克便能致人死亡,即使不慎闻到肼 蒸气也会头晕、呕吐,甚至呼吸困难。因此肼-70 燃料贮存、灌 装操作时必须采取严格的安全保障措施,确保操作人员安全。 燃料贮存系统内安装燃料气体监控系统,一旦检测到燃料贮存 系统内肼气体超过一定浓度,中和喷淋系统自动喷下中和液 ( 高浓度、高酸性有机液体,350 L) 喷淋中和泄漏的燃料,形成 的中和废水流入废水收集池; 对机载肼燃料箱进行灌装时,由 于拆卸接头、更换爆破片等操作,难免发生肼-70 燃料滴漏,因 此在操作部位下方放置盛有中和液的水桶,滴漏的肼-70 燃料 直接落至水桶被中和液中和,形成的滴漏废水及时收集入废水 收集池。废水收集池内废水若长时间放置,不仅被中和的肼会 少量释放,且由于自然氧化作用,废水会发生化学变化,散发出 刺鼻臭味,因此需配备能够及时、快速、不发生二次污染的废水 处理系统对废水进行快速处理。 鉴于移动肼站肼-70 燃料保障过程中废水处理的实际需 求,本文利用紫外催化湿式氧化高级氧化工艺设计一套反应条 件温和、处理速度快、无二次污染的废水处理系统,在反应体系 中引入紫外光、氧化剂和催化剂,利用它们极强的协同催化氧 化作用降解废水中肼、中和液及其它化学反应产物,将高浓度、 有毒有害、难降解的废水彻底分解成 CO2、N2、H2O 等无毒无害 成份,达到废水净化目的,解决伴随保障能源供应紧张的困难, 消除移动肼站肼-70 燃料保障过程中废水存储、处理和排放的安全隐患,对提高移动肼站伴随保障能力和保障安全具有重要意义,能够产生良好的军事和环境效益。


1 肼类燃料废水处理方法


肼类燃料主要包括肼、偏二甲肼( UMMH) 、甲基肼( MMH) 等,有剧毒且污染严重,在航天任务发射和飞机应急动力系统 保障过程中会产生大量废水,如不能得到有效处理,会对周围 环境、人员以及设备安全造成巨大损害。目前国内研究较多的 肼类燃料处理方法主要有二氧化氯泡沫分离法、膜分离法、絮 凝法、氧化法等。 揭嘉[1]等采用二氧化氯泡沫分离装置,在最佳反应条件下 ( pH 值为 10,每升废水中二氧化氯的投加量为 5 mg /1000 COD、反应时间为 3 h) 反应,原 COD 值为 30000 ~ 35000 mg /L、 氨氮总量为 2500 ~ 2700 mg /L 的废水经处理后 COD 去除率达 到 99%,氨氮去除率达到 96%以上。李慧[2]等用膜分离技术对 航天废水进行深度净化,整机净化流程为多段梯度过滤,预处 理为微米级砂滤及臭氧曝气,经氧化沉淀后的水再经过超滤处 理,随后在反渗透装置中将超滤系统的出水再进行深度净化, 水质 中 COD、氨氮和偏二甲基肼浓度分别为: < 10 mg /L、 4.4 mg /L 和<0.5 mg /L。佟勇[3]等以含锌硫酸废水、铁屑、硅酸 钠为原料,在 SiO2 质量分数为 0.020 ~ 0.025,n( Fe+Zn) /n( Si) 为1.5~ 2.0,硅酸活化的 pH 值为 1.56 ~ 2.12,活化时间为 12 ~ 16 h的条件下制备聚硅酸铁锌絮凝剂,用制备的聚硅酸铁锌絮凝剂 二 段 处 理 含 肼 废 水,废 水 COD 从 7065 mg /L 降 低 到 1235 mg /L,COD 去除率达到了 82.5%,pH 值从 13~ 14 降低到 9 ~ 10。徐 泽 龙[4] 等采用放大试验规模 ( 处 理 量 1 m3 /h) 的 H2O2 /UV/O3 氧化技术处理肼类推进剂污水,在最佳工艺下处 理 5000 mg /L 质量浓度的废水,处理 60 min 时,COD 去除率分 别为 98.62% ( 偏二甲肼) 、99. 17% ( 甲基肼) 、99. 94% ( 肼) 和 93.25%( 单推-3) 。
这些方法能够比较有效去除肼类燃料废水中肼类污染物, 同时降解含肼废水中其它有机物,但存在二次污染、耗能高、成 较高、处理周期长、设备复杂、操作繁琐等问题,难以满足移动 肼站肼燃料中和废水快速处理、低能耗处理、智能化处理要求, 因此迫切需要处理移动肼站肼-70 燃料废水处理的新技术、新 方法,实现移动肼站肼-70 燃料废水的快速、低能耗、智能化、无 毒化处理,达到减少环境污染、增强肼-70 燃料保障安全和能力 的目的。


2 工艺设计


2.1 废水分析及出水指标

废水处理系统需要处理的废水为中和、滴漏废水。当燃料 气体监控系统监测到燃料贮存系统内肼气体浓度达到一定程 度时,中和喷淋系统自动启动喷下一定量中和液,中和废水较 多且水质指标相对稳定; 当对机载肼燃料箱进行灌装时,肼-70 燃料滴漏程度不同,形成的滴漏废水指标差别较大。通过对中 和、滴漏废水大量的数据采集,得到废水处理系统所需要处理 废水的最大指标,两种废水水质分析结果见表 1,检测方法及仪 器见表 2。
  
 
 
根据移动肼站肼-70 燃料伴随保障的综合要求,废水处理系统的达标排放指标为: 出水 COD 小于 100 mg /L,出水肼浓度小于 1 mg /L,出水 pH 值为 6.5~ 7.8,功率不超过 8 kW。

2.2 紫外催化氧化原理及工艺设计

紫外催化湿式氧化( UVCWOP) 是在催化湿式过氧化氢氧 化基础上发展起来的高级氧化工艺,基本原理是在催化湿式过 氧化氢氧化基础上引入 UV 光解,通过链的引发期产生足够的 羟基自由基( ·OH) ,然后进入链的发展阶段,UV 光的引入能 减少链的引发期时间,加快反应速率,利用它们极强的协同催 化氧化作用降解有机污染物彻底分解成 CO2、H2O2 等无害成 分,不引入二次污染,反应过程和温度可控,运行安全稳定[5-7]。

废水处理系统主要工艺流程如图 1,主要分为 4 步:

( 1) 调节废水 pH 值。启动计量泵,形成废水收集池-计量泵-废水收集池的循环; 启动蠕动泵利用混合器将碱液箱内的碱液混入废水收集池-计量泵-废水收集池的循环中,直至 pH传感器检测的废水 pH 值达到最佳值;

( 2) 调节系统温度。切换三通阀,形成紫外催化湿式氧化反应器-计量泵-紫外催化氧化反应器的循环,启动加热器,直至温度传感器检测的废水温度达到反应需求;

( 3) 紫外催化湿式氧化反应。继续紫外催化氧化反应器-计量泵-紫外催化氧化反应器的循环,启动蠕动泵,利用混合器将双氧水箱内的双氧水混入紫外催化氧化反应器-计量泵-紫 外催化氧化反应器循环中进行紫外催化湿式氧化,直至废水达标;

( 4) 达标排放。切换三通阀,将处理达标的废水利用计量泵排出。


 
2.3 废水处理系统结构设计

根据移动肼站的总体布局安排,废水处理系统单独布局在 一个舱内,总体尺寸控制在 1550 mm×970 mm×1320 mm( 长×宽 ×高) 的范围内,总体组成和结构布局如图 2。为满足结构布局 和处理量指标的要求,作为废水处理系统核心动力部件的计量 泵选 用 自 吸 能 力 强、流量脉动平稳变化、耐 腐 蚀 的 GM0500SP7MYD 型机械隔膜计量泵。



 紫外催化湿式氧化反应器是废水处理系统的核心部件,总 体组成和结构布局如图 3。紫外催化氧化反应器内共安装 2 根 加热功率为 3 kW 的加热棒、12 根主波长在 254 nm 和 185 nm 的 85 W 紫外灯和 6 层催化性能良好、稳定性强、填充均匀的球 形非均相催化湿式氧化催化剂,可保证紫外催化氧化反应器内 紫外光充足均匀,可保证双氧水及羟基自由基被充分利用,可 保证废水中的肼和中和液中的有机物被彻底分解为 CO2、H2O2 等无害成分。


3 系统调试


在某航空兵场站固定肼站内对移动肼站燃料贮存系统,燃 料气体监控系统,中和喷淋系统,废水处理系统等进行了联调 联试,采用自动监控系统进行智能化操控。结合实验小试( 非 循环反应) 的数据基础,紫外催化湿式氧化反应的最佳 pH 值为 6.0,由于频繁更换催化剂工作量比较大,确定催化剂装填量为 每层 2 kg。由于系统放大紫外灯数量和紫外灯、催化剂布局有 一定变化,对紫外催化湿式氧化反应启动温度、双氧水投加量、 催化剂投加量、循环反应时间产生一定影响,废水处理系统调 试主要目的是确定紫外催化氧化过程中启动温度、催化剂投加 量、双氧水投加量、循环反应时间等因素对中和废水和滴漏废 水处理效果的影响。
试验一: 根据燃料气体监控系统触发中和喷淋系统启动的 肼气体浓度要求,向燃料贮存系统内雾化一定量的肼-70 燃料 达到中和喷淋系统启动的需求,将中和喷淋系统内中和液全部 喷洒并收集到废水收集池,使用废水处理系统进行降解,采用 正交试验确定中和废水紫外催化湿式氧化降解最佳参数,最佳 参数见表 3。
 


试验二: 由于机载肼燃料箱进行灌装时每次产生的滴漏废 水量不同,因此将每次滴漏的废水收集至废水收集池,直至废 水收集池内滴漏废水达到 350 L 左右时再使用废水处理系统进 行降解,采用正交试验确定滴漏废水紫外催化湿式氧化降解最 佳参数,最佳参数见表 4。



4 结论


本文通过分析移动肼站肼-70 燃料保障过程中废水处理的 实际需求,选用紫外催化湿式氧化技术开发了紫外催化湿式氧 化反应器,设计了移动肼站废水处理系统工艺和结构布局,利 用系统联调联试掌握了中和、滴漏废水紫外催化湿式氧化降解 最佳参数。移动肼站废水处理系统反应条件温和、无二次污 染、自动化程度高,能够快速安全、无毒化降解高浓度、有毒有 害、难降解的肼-70 燃料废水成 CO2、N2、H2O 等无毒无害成份, 消除了移动肼站肼-70 燃料保障过程中废水存储、处理和排放 的安全隐患,对提高移动肼站伴随保障能力和保障安全具有重 要意义,能够产生良好的军事和环境效益。
 
到烯烃的结构的时候,我们可以把顺反式脂肪酸的例子应用到 顺反异构的知识中去,顺式、反式脂肪酸对心脑血管的影响截 然相反,增加血液粘稠度,引起血管堵塞,造成心脑血管疾病[5] 都是过多摄入反式脂肪酸造成的,而顺式脂肪酸,则会有效降 低胆固醇水平,预防粥状动脉硬化。很显然,顺式脂肪酸对人 体是有益的。但是在高温条件下或在加氢变成饱和脂肪酸时, 顺式脂肪酸往往会改变构型,变成反式构型的脂肪酸。这样的 介绍不仅让学生生动有趣地学习了顺反异构的知识,也让学生 知道在日常生活中如何避免食用经高温油炸的食品和少食含 有氢化植物油的加工食品。类似这样关于健康生活的例子在 有机化学的学习中不枚胜举。 在当下提倡垃圾分类的情况下,可以要求学生们通过查文 献,看资料,分清在垃圾中的可回收的物质和不可回收的物质。 把垃圾分类工作做从小事做起,从我做起。同学们在系统学习 了化学知识以后,能够自觉践行绿色化学的发展理念。


5 结语


课程思政是一种新型的教学模式,是以立德树人为基石的 系统而复杂的工程。除了需要在教学过程中不断用各种知识 和思政案例去教书育人,做到润物细无声的效果。作为新时代 的高校教师还要不断提高自身素养,包括政治素质和业务能 力,讲品行,做表率,将德育内容自然融入到平时的教学活动中 去,正如“学高为师,身正为范”。思政课,要让有信仰的人讲 信仰。