Очистка сточных вод от смазочно-охлаждающих жидкостей

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Физико-химические свойства СОЖ

 

Ниже приводится краткая  характеристика СОЖ и технологических  смазок.

Укринол -1 – смесь минерального масла, эмульгаторов и ингибиторов коррозии. Используют в виде 2-3 %-ной водной эмульсии при шлифовании стали и чугуна, 3-5 %-ной эмульсии при точении, сверлении, 5-10%-ной эмульсии при резьбонарезании  [3].

Газохроматографическим  методом возможно исследование состава  отработанных  СОЖ и отработанные эмульсии Укринол-1 [4,5].

Укринол-2. Маслянистая жидкость со слабым характерным запахом, содержащая противозадирные и противоизносные присадки. Плотность , число омыления не менее 60 мг КОН/г. В виде 8%-ной водной  эмульсии,  этот продукт предназначен для штамповки колесных дисков.

Укринол-3. Эмульгируемое масло, содержащее противозадирные и противоизносные присадки. Плотность ,  кислотное число не более 7 мг КОН/г, число омыления не менее 60 мг КОН/г,  содержание воды не более 10%. Концентрат предназначен для штамповки изделий из латунных и стальных освинцованных листов и 15%-ная эмульсия этого продукта – для протяжки отверстий шатунов [6].

  Укринол-7. Пастообразный продукт, представляющий собой масло - графитовую смесь, содержащую противозадирные и противоизносные присадки. Предназначен для операции горячего выдавливания клапанов.

Укринол-11.  Эмульгируемое масло, содержащее не более 3% воды. Кислотное число не более 3 мг КОН/г.  В виде 5%-ной водной эмульсии  предназначено для профилирования трубок радиатора [6].

Смазочно-охлаждающая жидкость В-31 – маловязкая нефтяная основа с хлорсодержащей и др.  поверхностно-активными присадками.  Применяется при обработке алюминиевых сплавов взамен скипидара, олеиновой кислоты и смеси ее с касторовым маслом в операциях с небольшим тепловыделением, где требуется предотвратить налипание обрабатываемого материала на инструмент [7].

Эмульсол – минеральное масло, содержащее эмульгатор и стабилизатор.  Применяется в виде водно-масляной эмульсии при обработке черных и цветных металлов – резании.

Эмульсол НГЛ-20  – раствор в масле АС-6.5 сульфоната натрия, пассивирующих добавок и воды. Предназначен для приготовления 3-10%-ных водных эмульсий, применяемых при резании,  шлифовании и др. операций обработки металлов [7].

Были изучены смазочные  свойства концентратов нефтяных  углеводородов различных структурных групп и их смесей с сера-, хлор- и фосфорсодержащими присадками [8]. Рассмотрены такие свойства СОЖ, как величина рН, жесткость воды, смачивающая способность [9]. Углеводородные концентраты были получены из нефтяных продуктов различной химической природы с помощью препаративной жидкостной хроматографии и комплексообразования с мочевиной. Химический состав концентратов исследован способом жидкостного адсорбционного разделения с идентификацией структурных групп методами газо-жидкостной хроматографии, ультрафиолетовой и инфракрасной спектроскопии и масс-спектрометрии. Ниже приводится химический состав исследованных концентратов (в вес. % на концентрат) [6].

Композиция СОЖ бывает самая разнообразная, например, 20 – 95 воды, 0.1 – 15 производных борной кислоты и 20 – 40 водорастворимых солей сополимера стирола и малеинового ангидрида. Молекулярное отношение стирола к малеиновому ангидриду в сополимере от 1:1 до 5:1. К составу может добавляться агент, повышающий работоспособность при высоких давлениях, представляющий собой эфир фосфорной кислоты [10].

Композиция водных СОЖ, применяемой при обработке металлов, включает ≥0.01% соли амина и эфира  формулы Ph(CH₂CH₂O)_nP(O)(OH)₂ или [PhО(CH₂CH₂O)n]2P(O)OH, n =1-6. Показано, что водный 0.1%-ный раствор полученной триэтаноламиновой соли обладает хорошими противоизносными свойствами [11].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Санитарно-гигиенические  и токсикологические свойства  смазочно-охлаждающих жидкостей  и смазок

 

Материалы к обоснованию  ПДК аэрозоля нефтяных масел без  присадок, применяемых в качестве смазочно-охлаждающих жидкостей  представлены в ссылке [12].

Токсико - гигиенические  свойства СОЖ и технологических смазок (ТС) исследовали в лабораторных и производственных условиях. Установлено, что продукты при аппликации на кожу и пероральном введении в желудок в лабораторных условиях не вызывали никаких патологических нарушений [6,13].

Анализы воздушной среды при  применении этих СОЖ в заводских  условиях на содержание сероводорода, сернистого газа, меркаптанов, формальдегидов, хлористого водорода, окиси углерода, фосфорорганических соединений показали либо отсутствие, либо крайне низкие концентрации указанных веществ.

        СОЖ и ТС были широко испытаны  на Волжском автомобильном заводе. Испытания показали, что разработанные  СОЖ по своим качественным  показателям не уступают продуктам  фирмы «Фиат».  Все виды  СОЖ  и технологических смазок рекомендуются для широкого внедрения в промышленность [6].

Однако, при долговременной эксплуатации смазочно-охлаждающих технологических  средств возможно вредное воздействие  их на организм человека – специфическое  местное воздействие на кожный покров, раздражающее действие на слизистые оболочки верхних дыхательных путей и глаз, общее резорбтивное действие на организм [3]. Лица, контактирующие с СОЖ СКТБ-БК, должны быть обеспечены индивидуальными средствами защиты кожных покровов и слизистых оболочек глаз [14].

Проведенный анализ газо-жидкостной хроматографии позволил установить основной компонент СОЖ, обуславливающий  неблагоприятное влияние, 2,2,-4-тетраметил-бутил-фенокси-этанол; структура этоксилированных фенолов  позволяет предположить, что эти соединения играют основную роль в качестве этиологического фактора респираторных и дерматологических симптомов [15]. Кумулятивное действие выявлено у смазочно-охлаждающих жидкостей: ЛСЦ-15, Т-6П, СЭЛ-1, ЭСТ-1М [16].

К настоящему моменту  исследовано более 120 новых СОЖ  на масляной и водной основах (группы МР, Укринол, Аквол, Графитол и др.). Установлено, что СОЖ не обладают способностью проникать через неповрежденные кожные покровы и не кумуклируются при введении в желудок [17].

Исследовали юношей 16-19 лет, контактирующих со СОЖ Э-2, НГЛ-205 и  Э-3. В воздушной среде зоны дыхания  установлено среднее содержание углеводородов на уровне 128-157 мг/м³.Установлено, что при воздействии всех трех видов СОЖ отсутствуют достоверные изменения со стороны ЦНС, внешнего дыхания и показателей крови [18].

У обследованных токарей  – автоматчиков, работающих с охлаждающими маслами больше пяти лет, отмечены явления вегетативно-сензитивного полиневрита, сопровождающегося ноющими болями в руках, повышенной потливостью их, «зябкостью» и побелением кончиков пальцев рук. При стаже более 10 лет отмечалась болевая гипестезия. При капилляроскопии отмечено нарастание со стажем работы спастико-атонических явлений и увеличение процента случаев положительной холодовой пробы. С увеличением стажа работы увеличивалась температура кожи, костей, что, видимо, обусловлено атоническими явлениями в капиллярах. Параллельно с увеличением стажа работы уменьшалась осциллографические и реографические индексы [19].   

 

 

 

4.  Антикоррозионные свойства рабочих СОЖ

 

При эксплуатации рабочих  эмульсий смазочно-охлаждающих жидкостей  происходит постепенное ухудшение  их антикоррозионных свойств. В качестве ингибитора коррозии СОЖ на водной основе часто используют нитрит натрия. В результате лабораторных исследований выбран наиболее оптимальный вариант корректирующего пакета присадок, состоящего из смеси органических и неорганических ингибиторов коррозии и воды в соотношении 44:22:33.

Исправление антикоррозионных свойств рабочей эмульсии путем  добавления концентрата приводит к  перерасходу эмульсола. Экономически невыгодной является также полная замена эмульсии.  Между тем использование пакета присадок – ингибиторов коррозии позволяет поддерживать антикоррозионные свойства рабочей эмульсии на уровне свежеприготовленной эмульсии [20].

Так же провели исследование влияния жировых компонентов  природного и синтетического происхождения на антикоррозионные свойства эмульсионных СОЖ по отношению к чугуну и стали. Выявлено, что сложные эфиры высших жирных кислот улучшают антикоррозионные свойства базового индустриального масла. Среди сложных эфиров многоатомных спиртов и высших жирных кислот продукты природного происхождения являются лучшими ингибиторами коррозии, чем синтетические [21].

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Способы очистки сточных вод от СОЖ

 

Для очистки отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей  применяют следующие методы:

а) реагентные (обработка минеральными солями и кислотами, коагулянтами и флокулянтами);

б) физико-химические (электрокоагуляция, ультрафильтрация).

В настоящее время  особое внимание уделяется сокращению и максимальному использованию  различных производственных отходов, а также созданию в промышленности безотходной технологии производства. Для очистки отработанных СОЖ можно использовать отходы ацетиленовых станций, содержащие гидроксид кальция, а также отработанные травильные растворы, содержащие H₂SO₄ и FeSO₄, или HCl и FeCl₂. Способ очистки отработанных СОЖ на основе эмульсолов марки Э-1 (А), З-2 (Б), Э-З (В) с помощью серной кислоты (доза H2S04 3 - 5 г/л) и отходов ацетиленовой станции (доза активного оксида кальция 1 г/л) внедрен на головном заводе ПО “Авто УАЗ” (г. Ульяновск). Технико-экономические расчеты показывают, что при химическом методе очистки маслоэмульсионных сточных вод затраты на реагенты составляют от 30 до 70 % всех эксплуатационных затрат, поэтому применение для очистки различных производственных отходов значительно снижает эксплуатационные затраты [22].

Отечественная промышленность выпускает большое количество эмульсолов различных марок, которые значительно  отличаются по своему составу и физико-химическим свойствам. В зависимости от типа содержащихся в них эмульгаторов все смазочно-охлаждающие жидкости на основе минеральных масел можно разделить на три группы:

1. СОЖ, содержащие ионогенные эмульгаторы;
2. СОЖ, содержащие неионогенные эмульгаторы;

3. СОЖ, содержащие одновременно ионо - и неионогенные эмульгаторы.

В качестве эмульгаторов СОЖ содержит соли органических кислот (олеиновой, нафтеновой, сульфонафтеновой), в качестве стабилизаторов - этиловый спирт, этиленгликоль, триэтаноламин.

Метод деэмульгирования масляных эмульсий путем коагуляции дисперсной фазы неорганическими электролитами получил широкое распространение в практике очистки сточных вод [22].

В настоящее время  одним из перспективных методов  очистки этого вида сточных вод  является метод электрокоагуляции, разработанный харьковским отделом  ВНИИВОДГЕО. Электрокоагуляционный способ рекомендуется применять для очистки отработанных СОЖ, приготовленных на эмульсолах марок Укринол-1, ЭГТ, СП-3, Аквол-2, Аквол-б, МОТ и др.

Процесс очистки сточных  вод складывается из следующих технологических  операций: сбор, усреднение и отстаивание сточных вод, их подкисление, электрохимическая обработка, отведение продуктов очистки, осветление отработанной воды.

      В настоящее  время установки для электрохимической  очистки маслоэмульсионных сточных  вод действуют на ряде машиностроительных предприятий СНГ [Минский моторный завод, Ждановский завод тяжелого машиностроения, завод сельскохозяйственных машин (г. Белая Церковь)].

Институтом “Харьковский Водоканал-проект” разработаны  типовые проектные решения установок  “Комплект оборудования для электрокоагуляционной обработки смазочно-охлаждающих жидкостей производительностью 5 - 10 м³/сут.

Для очистки больших  объемов маслоэмульсионных стоков успешно применяется метод реагентной напорной флотации. Этот метод внедрен  на ГПЗ-2 (г. Москва).

Образцы сточных вод, содержащих СОЖ, предварительно подвергали групповому разделению на углеводороды, кислоты и амины с последующим хроматографическим анализом каждой группы. Очищенную воду (500мл) и эмульсию (1-10мл) подкисляли до рН=1, добавляли 1г хлорида натрия, нагревали при 80^оС в течение 30 минут, охлаждали до 50-60^оС и дважды экстрагировали хлороформом. При этом амины остаются в водной фазе. Из хлороформного экстракта выделяли органические кислоты обработкой щелочью, а углеводороды выделяли на оксиде алюминия. Навеску масляной фазы 0.3г растирали с 1мл 20%-го раствора соляной кислоты в течение 20 минут, добавляли 10мл воды, 1г хлорида натрия. В водной фазе после экстракции хлороформом, кроме аминов, содержатся сульфат алюминия, который перед хроматографическим определением аминов выделяли аммиаком и определяли весовым методом в виде оксида алюминия. 

Рассматриваются упрощенные схемы обработки  отработанных СОЖ  реагентными методами (подкислением, высаливанием) и методами адсорбции, электрофлотации, ультрафильтрации, выпаривания. Приводится сравнительная характеристика указанных методов по величине капитальных и эксплуатационных затрат и возможности повторного использования воды и маслопродуктов, получаемых в результате очистки.

Сообщается о модернизации на предприятии Ford – Werke AG в Кельне установки для очистки промышленных сточных вод производительностью до 250 м³/ч. Сточные воды сначала поступают в три стальные буферные емкости, где происходит их очистка механическим сборником от всплывших масел. Затем вода подвергается трехступенчатой химической очистке. На первой ступени производится разложение масляной эмульсии серной кислотой и флокуляция продуктов разложения за счет добавки флокулянтов, на  второй  ступени – удаление  этих продуктов, и  на  третьей -  нейтрализация обрабатываемой воды известковым молоком.