Очистка сточных вод от смазочно-охлаждающих жидкостей

Отличительной особенностью предлагаемой технологии является отказ  от использования товарных реагентов  и  замена их отходами  собственного  предприятия, утилизация всех видов  нефтеотходов, попутное получение  новых  видов сырья, годного для  применения как  на собственные нужды,  так и в других отраслях  промышленности.  Получаемая  в результате  очистки вода  пригодна  для использования  в оборотной системе  водоснабжения  цеха охлаждающих жидкостей  за счет  сохранения  ценных компонентов  и микродобавок,  улучшающих  эксплуатационные свойства смазочно-охлаждающих жидкостей.

Одним из перспективных  методов очистки этих сточных  вод является метод ультрафильтрации [22].

Для газохроматографического определения углеводородов и кислот в виде их бутиловых эфиров, а также анализа очищенной воды использовали колонну размером 200*0.3 см, заполненную неподвижной фазой 5% SE-30 на хроматоне N-AW-ДМСS с программированным режимом нагрева от 60 до 260^оС со скоростью 4^оС за одну минуту. Температуру испарителя 275, плазменно-ионизационного детектора 250^оС. Для определения аминов использовали колонку, заполненную селективным полимерным сорбентом, полифенилхиноксалином. Режим нагрева колонки: от 200 до 250^оС, со скоростью 10^оС за одну минуту. Расход воздуха, азота и водорода соответственно 600, 50, 60 мл/мин. Чувствительность потенциометра 5*10^-9.

Так же перспективным  методом очистки от СОЖ является магнитный метод. Привлекательностью метода можно объяснить его универсальностью для различных жидкостей, тонкостью очистки, возможность автоматизировать процесс. Магнитная очистка заключается в притяжении ферромагнитных загрязняющих частиц к магнитам. Этот метод очистки применяется только на предварительной стадии в устройствах локальной индивидуальной очистки. В основном это магнитные уловители, патроны, фильтры.  Степень очистки такими устройствами 99%, тонкость очистки – 3мкм [1].

Обработка отработанных СОЖ, состоящих на 85 % из воды и на 15 % из минеральных масел, с целью разделения фаз возможна как физическими методами (термическая обработка, вакуумная дистилляция, центрифугирование, ультрафильтрация, коалесцентное фильтрование),  так и физико-химическими методами, которые предусматривают, как правило, 3 стадии: химическую обработку с целью разрушения эмульсии, флокуляционную обработку и разделение фаз флотацией или отстаиванием. В реализации физико-химических методов обработки СОЖ используются кислоты, соли железа и алюминия, полиэлектролиты (в том числе ионоактивные). Одной из важных проблем в последующем уничтожении масел является присутствие в них остаточного количества  хлорорганических соединений в количестве больше 2-3 %, что удорожает эксплуатацию сжигающих установок из-за коррозионного действия выделяющейся соляной кислоты. Предложен способ предварительной обработки хлорсодержащих СОЖ с использованием сначала серной кислоты, а затем сульфата алюминия с разделением фаз с помощью напорной флотации. Для определения концентрации хлора в масле рекомендован потенциометрический способ с использованием AgNO₃.

Существует возможность  термического обезвреживания СОЖ при  температурах, не превышающих 1200К, что  приводит к уменьшению образующихся в процессе горения оксидов азота. При этом достигается надежность и высокая эффективность процесса в оптимальных режимах при минимальных энергетических затратах [23].

 Смазочно-охлаждающие эмульсии широко применяют в метало обработке и при прокатке черных и цветных металлов. Дан обзор процессов разложения отработанных эмульсий. Рассмотрены выпаривание;  ультрафильтрация; адсорбция;  высаливание солями, кислотами и коагулянтами, а так же полиэлектролитами; воздушная флотация; электрофлотация  и  другие процессы, сочетающие  названные. Приведено 18 принципиальных схем установок для разложения эмульсий. Дано описание нескольких действующих установок в различных  отраслях промышленности. Обсуждены  сжигание  осадка  и  регенерация  масел  из отработанных эмульсий  [24].

Так же возможно использование  озона для доочистки высококонцентрированных сточных вод и для предварительной обработки сточных вод перед электрофлотокоагуляцией [25]. Например, результаты исследования по доочистке отработанных СОЖ Укринол – 1 озоном показали, что проведение озонирования сточных вод целесообразно до момента разрушения ПАВ. После этого сточную воду необходимо направить на биологическую очистку [26].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Мембранные методы очистки сточных вод от СОЖ

 

           В последние годы для очистки  сточных вод, содержащих смазочно-охлаждающие   жидкости, начали широко применять мембранные методы очистки [27].  Мембранные аппараты применяются для очистки жидкости, в частности очистки сточных вод промышленных предприятий, природных вод в системах водоснабжения, очистки смазочно-охлаждающих жидкостей в процессах регенерации отработанных масел и моющих растворов и для концентрирования растворов ферментов, осветления соков, очистки отработанных  нефтепродуктов и т.д. [28,29,30,31,32].  Перед подачей на фильтрацию эмульсии  должны подвергаться  отстаиванию [27]. 

     В качестве  мембранного устройства может  быть использован аппарат предложенный  в [28].

 
  

      Рисунок 2 – мембранный аппарат

    Он состоит  из корпуса 1 с патрубками подачи  исходной жидкости 2, отвода концентрата  3 и очищенной жидкости 4, трубных решеток 5, 6 с мембранными элементами 7, перфорированного опорного диска 8 с диаметром отверстий, равным либо меньшим внутреннего диаметра мембранных элементов, опорной головки 9 с глухими отверстиями под каждый трубчатый элемент, отбойного щитка 10. Стержень II жестко соединяет трубную решетку 5 с опорной головкой 9. Существенным отличительным признаком предлагаемого устройства является упругая установка мембранных элементов в трубных решетках и опорной головке с использованием кислотощелочестойкого герметика. Каждый мембранный элемент с одной стороны закрыт пробками из герметика 12 и вставлен в соответствующее глухое отверстие опорной головки 9. С другой стороны мембранные элементы закреплены в неподвижных трубных решетках, соединенных между собой через слой герметика 13. Торец трубного пучка упирается в перфорированный опорный диск 8 также через слой герметика. Использование герметика в конструкции крепления мембранных элементов исключает протечки между полостью сбора очищенной воды и межтрубным пространством аппарата. В то же время герметик создает податливую упругую прослойку между трубным пучком и опорными элементами крепления. Это позволяет практически полностью компенсировать термические напряжения при работе аппарата с высокотемпературными средами, эффективно гасить напряжения в трубчатых элементах пучка, а также полностью устранить вибрации трубчатых мембранных элементов, либо уменьшить их частоту при работе с потоками высокой скорости. Все это позволяет успешно проводить высокоэффективную импульсную промывку мембранных элементов обратным током очищенной жидкости в данном аппарате [28].

      Также сточной  воды можно очищать через фильтр, заполненный адсорбционным комплексом. Адсорбционный комплекс состоит  из сфер магнитно-твердого материала с преимущественным диаметром 8-10 мм, являющихся постоянными магнитами, гранул и порошка с диаметром частиц не более 100 мкм прокаленного гальвано-шлама, являющихся в основном -оксидами железа. Указанные компоненты смешиваются в соотношении         8 : 2 : 1 (масс. ч.). Гранулы и порошок оксида железа являются адсорбентами и деэмульгаторами, удерживаемыми за счет магнитного поля на поверхности шариков магнитно-твердого материала. Деэмульгатор - оксид железа, нанесенный на магнитотвердый материал, регенерируется с полным восстановлением его деэмульгирующих свойств путем прокаливания при температуре, не превышающей 450^oC (точка Кюри для феррита бария).  Достоинства аппарата:  понижение металлоемкости и трудоемкости в изготовлении; работа в широком диапазоне температурных режимов, допускающая проведение импульсной высокоскоростной промывки обратным током очищенной жидкости в течение всего срока службы без замены отдельных мембранных элементов, а также создание аппарата, противодействующего возникновению колебаний при высоких скоростях потока [31]. 

     Еще в качестве  мембранного устройства  может  быть использован аппарат, предложенный  в [30].

 

   

        Рисунок 3 – мембранный  аппарат

       Устройство состоит из вертикального конического корпуса 1, сферического днища 2, установленной в верхней части корпуса фильтрующей перегородкой 3 и патрубка подачи исходной жидкости, соединенного с воронкой 6, которая с внутренней поверхностью днища 2 образует кольцевую камеру 7, имеющую патрубок 8 сброса загрязнений. С внешней стороны корпуса 1 установлена обечайка 10 с прорезями, выполненными с поочередной отбортовкой к центру и наружу. В нижней части воронки 6 размещена пластина с наклонными лопастями. Устройство может использоваться для эффективной предварительной очистки жидкостей в мембранных установках. При скоростях до 5 м/ч обеспечивается эффективное улавливание взвешенных частиц перед мембранным разделением.

        По данным [32]  для очистки сточных вод, содержащих смазочно-охлаждающие жидкости, может быть использовано плавающее маслосборное средство, удерживаемое на поверхности с помощью механизма понтонного типа и выполненное в виде установленных на  общей раме двух вращающихся на встречу друг другу  пустотелых герметичных цилиндров с гладкой или волнообразной боковой поверхностью и размещенного между ними лотка, стенки которого выполняют роль скребков, сливную систему, сообщенную с лотком, механизм привода, связанного цепной передачей с двумя вращающимися пустотелыми цилиндрами, металлоконструкцию с укрепленным на ней набором грузовых пластин для регулировки положения маслосборного средства. Устройство также снабжено двумя дополнительными перфорированными трубопроводами, смонтированными на общей раме параллельно двум пустотелым цилиндрам с противоположных сторон с небольшим регулируемым зазором между поверхностями самих трубопроводов и цилиндров, двумя обратными клапанами и гибкими шлангами, подсоединенными к перфорированным трубопроводам и обратным клапанам. К недостаткам устройства можно отнести нестабильную его работу, а, следовательно, и низкое качество разделения поверхностного слоя жидкости вследствие следующих причин. Во-первых, на поверхности жидкости зачастую образуются скоагулированные крупные частицы масляной фазы с посторонними примесями, которые забивают щель щелевого цилиндра, и доступ масла в цилиндр прекращается. Во-вторых, эти частицы могут образоваться и в самом цилиндре, забивая сливную магистраль, в результате чего цилиндр полностью заполняется маслом и водой и погружается в жидкость. Однако предлагаемое решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды, а наоборот позволит оздоровить экологическую обстановку [32]. 

         Достоинства  мембранных методов очистки: 

  1 селективность до 98 % [27,33] ;

  2 методом фильтрации  могут быть разрушены стойкие эмульсии,   содержащие эмульсолы типа «Укринол» и др. [27];

  3 Возможность работы в широком интервале температур [28,29]; 

  4 Возможность автоматизации процесса  очистки; [28,29,30,31,32]; 

  5 При  увеличении длительности промывки эффективность  очистки  увеличивается [28,29]; 

  6 При турбулентном  режиме движения жидкости  производительность  мембраны   выше [27,33];         

  7 При увеличении давления, эффективность  очистки  увеличивается [28,29,33];       

  8 Возможность создания аппарата, противодействующего возникновению колебаний при высоких скоростях потока [28]; 

    Недостатки:

    1 Относительно  высокая  трудоемкость при  изготовлении и  сборке [29,28]; 

2. Работа  в  ограниченном  диапазоне давлений [28,29]; 
3. Высокие энергозатраты [31];
4. Необходимость  предварительного  отстаивания [27];
5. Производительность  мембраны  пропорциональна величине давления [27].

 

 

 

 

 

2.  Ультрафильтрация

 

       Метод  ультрафильтрации  является  одним  из  перспективных методов очистки  сточных вод  от смазочно-охлаждающих  жидкостей. Возможность его  применения  показана  в  исследованиях, проведенных во ВНИИВОДГЕО на аппарате типа фильтр-пресс с использованием ультрафильтрационных  мембран   марок  УАМ-500, УАМ-200, УАМ-150, УАМ-50 (цифра  обозначает средний диаметр пор мембраны в Ангстрем) [22].  
      Установлено, что производительность ультрафильтров по пермеату практически одинакова для всех марок мембран [10 л/ (сут-м²)]. Содержание масла в очищаемой жидкости может быть снижено до 8 - 10 мг/л. Степень концентрирования фильтруемой эмульсии зависит от ее стойкости: наиболее стойкие эмульсии, например приготовленные на основе эмульсола ИХП, можно концентрировать до содержания масел 500 г/л. Недостатком этого метода является малая производительно ультрафильтров, что значительно сдерживает его широкое применение. Для повышения производительности ультрафильтров целесообразно применять их промывку растворами поверхностно-активных веществ (например, 6%-ным раствором препарата Лабомид-161). Такую промывку следует проводить через 150 - 200 ч работы установки, при этом производительность мембран, повышается в 2 - 3 раза.

       Были выполнены исследования по разделению 1-5%-ых отработанных СОЖ ряда машиностроительных предприятий методом ультрафильтрации с использованием  динамических керамических мембран. Эти исследования позволили установить возможность получения в результате двухступенчатой обработки объектов воды, соответствующей по своим качествам технологической воде (концентрация нефтепродуктов до 50 мг/л). Образующийся масляный концентрат (20% масел) требует дальнейшего кондиционирования, который может быть эффективно  реализован с помощью промышленных флокулянтов – полиэлектролитов, обеспечивающих получение масел с содержанием своды менее 5%, что дает возможность дальнейшей регенерации [34].

Во ВНИИВОДГЕО проведены  также исследования метода ультрафильтрации с использованием в качестве фильтрующего элемента фрагментов трубчатых модулей  из фторопласта типа БТУ с диаметром пор 500 А (50 нм). Полученные результаты показали, что для реального диапазона концентраций масел в отработанных СОЖ (10 - 25 г/л) производительность мембран и величина ХПК пермеата практически не зависят от исходной, концентрации масел в сточной воде. При этом конечная ХПК очищенной жидкости не зависит также от времени работы установки и составляет 100 - 150 мг*О/л. Проницаемость мембран составляет 10 - 15        л/ (м2ч) [22].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1 -емкость-отстойник, 2 - погружной насос, 3 - сетчатый фильтр предварительной очистки, 4,5 - двухсекционная емкость, 6 - центробежный насос, 7 - ультрафильтрационный модуль

    Рисунок 1 - Установка для очистки отработанной водной СОЖ 
(концентрация нефтепродуктов до 5 г/л)

 

 

   Установка предназначена для очистки отработанной водной СОЖ. Состав отработанной СОЖ: нефтепродукты - до 5 г/л, взвешенные вещества -14.8 г/л, рН – 8.8. Предлагаемая технология предполагает предварительное отстаивание грубодисперсных примесей и свободных масел и нефтепродуктов в двухсекционном емкости-отстойнике 1. Насосом 2 из емкости 4 ОМР перекачиваются через фильтр предварительной очистки СФ, задерживающий частицы диаметром более 60 мкм, в емкость исходного раствора 5 ультрафильтрационной установки.  После заполнения емкости 5 включается насос Н1 и под давлением до 0.4 МПа ОМР подаются в гидросистему ультрафильтрационного модуля 7 с ультрафильтрами типа БТУ 0.5/2-Ф-1, вытесняя из нее воздух. После заполнения гидросистемы (контроль по выходу ОМР в емкость 5) начинается рециркуляция ОМР по контуру "емкость 5 - насос 2- ультрафильтрационный модуль 7 - емкость 5". Под действием рабочего давления исходный поток делится на две части: 1 ультрафильтрат - поток, очищенный от основной массы нефтепродуктов, взвешенных и коллоидных примесей, частично от СПАВ. Ультрафильтрат (очищенный исходный моющий раствор) возвращается в производство; 2 концентрат - поток, насыщенный нефтепродуктами, механическими загрязнениями, СПАВ, который возвращается в емкость 5 и по окончании процесса концентрирования (при достижении концентрации нефтепродуктов до 300 г/л, взвешенных до 100 г/л) утилизируется Заказчиком. По окончании концентрирования или при снижении производительности ультрафильтрационной установки УФМ по фильтрату на 25% ниже номинальной, она переводится в режим промывки. Приготовленный моющий раствор узла ультрафильтрации из емкости 4 циркулирует в рабочем контуре: "емкость 5 - насос 2- ультрафильтрационный модуль 7 - емкость 5" до восстановления требуемой производительности. При этом фильтрат и концентрат возвращаются в емкость 5. Время мойки - не более 2 часов. Отработанный моющий раствор из емкости Е2 может использоваться неоднократно, а при потере моющих свойств в зависимости от загрязненности утилизируется с концентратом или сливается в канализацию. В процессе эксплуатации фильтра 3 происходит засорение фильтрующего элемента взвешенными частицами, имеющимися в ОМР, поэтому необходимо следить за показаниями соответствующих манометров. При перепаде давления на манометрах более 0.3 кгс/см2 фильтрующий элемент необходимо отрегенерировать (механически очистить) (ориентировочно 1 раз в квартал - пол года) [35].