Очистка сточных вод от смазочно-охлаждающих жидкостей

Для осуществления способа  очистки сточных вод от компонентов  СОЖ коагуляции в обрабатываемую воду вводят последовательно сульфат  железа в виде порошка 0.1% водный раствор  олигомеров силиката натрия с длиной цепи 3-4 мономерные единицы, процесс ведут при рН 8.0. Способ позволяет упростить процесс очистки сточных вод, повысить степень очистки и экономичность процесса. Кроме того, снижение количества реагентов уменьшает массу образующегося осадка и общее количество солей в очищаемой воде, что так же не маловажно для решения экологических проблем.

Известны способы коагуляционной очистки природных и сточных  вод с применением небольших  доз сернокислого железа или алюминия и последующей обработкой активной кремневой кислотой. Недостатком данного способа  является недостаточная степень очистки сильно загрязненных маслоэмульсионных сточных вод от компонентов СОЖ. Кроме того, приготовление активной кремневой кислоты из силиката натрия путем полной или частичной нейтрализации его щелочности является трудоемким дорогостоящим процессом [44].

Способ очистки сточных  вод и разделение несмешивающих  жидкостей путем расслаивания эмульсий и их химической обработки. В способе  разрушения эмульсии типа «масло в воде» путем ее обработки водорастворимым флокулянтом с последующим разделением фаз, в качестве флокулянта используют сополимер диметиламинометилакриламина и акриламид, который вводят последовательно двумя порциями, при этом первую порцию флокулянта вводят в количестве, составляющем 60-80%, а вторую 20-40% от общего количества флокулянта. Этот способ решает задачу по разрушению эмульсии типа «масло в воде» с применением дефицитных и весьма дорогостоящих реагентов.

Наиболее близким аналогом является способ очистки сточных вод, содержащих СОЖ, включающий в себя обработку сульфатом алюминия и отстаивание с последующим отделением масла, причем обработку сульфатом алюминия ведут до рН 4.2-4.5, отделенную фазу нагревают до 70-85⁰С, а воду обрабатывают гидроксидом бария в две ступени сначала до рН 5.8-7.3, а затем, после отделения осадка, недостающим количеством до дозы, равной 105-115% от стехиометрического количества, необходимого для осаждения сульфатов.

Недостатком является его  ограниченная эффективность, обусловленная многооперационностью, ограниченностью по общему солесодержанию и общей щелочности очищаемой воды, применением дорогостоящих и ядовитых солей бария [45].

2.5.1Способ разложения отработанных эмульсионных смазочно-охлаждающих жидкостей коагуляцией кислотами

Способ разложения отработанных эмульсионных СОЖ может быть использован  на предприятиях металлообрабатывающей, металлургической и других отраслей промышленности для очистки промышленных сточных вод, содержащих  мелкодисперсные  коллоидные органические  и минеральные примеси.

Предложены новые органические реагенты для разрушения отработанных СОЖ, представляющие собой катионоактивные  полимеры с молекулярной массой 50000-500000. Достоинства таких реагентов: не происходит увеличения солесодержания водной и загрязнение масляной фаз, высокая эффективность при точной дозировке и т.п.  [46].

Согласно [18], обработку маслоэмульсионных сточных вод ведут минеральной кислотой до pH 3.0-6.8, вводят в качестве окислительного реагента перекись водорода при соотношении сточной воды и перекиси водорода 1:(0.05-0.08), после удаления верхнего масляного слоя выделяют средний водоэмульсионный слой, обрабатывают его неполярным растворителем и также удаляют верхний маслянистый слой.

Известен способ очистки  маслоэмульсионных сточных вод путем введения реагента с последующим перемешиванием, отстаиванием и удалением верхнего масляного слоя.

Недостатком известного способа является то, что при использовании  в качестве реагента натриевых мыл  низкомолекулярных синтетических жирных кислот происходит выпадение всех неорганических примесей сточных вод в осадок, что исключает возможность выделения поверхностно-активных веществ (ПАВ) с целью их дальнейшего использования. Кроме того, верхний масляный слой содержит примеси, в связи, с чем для его повторного использования в СОЖ необходима регенерация.

Известен способ очистки  маслоэмульсионных сточных вод, включающий их обработку минеральной кислотой до pH 2.0-5.5, введение окислительного реагента с последующим перемешиванием, отстаиванием и удалением верхнего маслянистого слоя. Недостатками способа являются большой расход кислоты и низкое качество выделенного масла.

Наиболее близким является способ очистки маслоэмульсионных  сточных вод, включающий их обработку  минеральной кислотой до pH 4.0-6.8, введение перманганата калия с последующим перемешиванием, отстаиванием и удалением верхнего масляного слоя [47].

Недостатком способа  является то, что при обработке  перманганатом калия происходит не только окисление предельных углеводородов до СО₂ и H₂О, но образуются устойчивые структуры, находящиеся в масляной фракции, металлоорганические комплексы, являющиеся соединениями восстановленного частично марганца (из Mn⁺⁷ до Mn⁺⁴) с ароматическими соединениями, что является балластом, и такое масло непригодно для дальнейшего использования при приготовлении СОЖ, так как ухудшаются физико-технические характеристики масла вязкость и температура вспышки.

Кроме того, в процессе окисления и разложения эмульсии перманганатом калия происходит загрязнение сточной воды ионами калия, марганца, которые соединяются с компонентами ПАВ, что не позволяет повторно использовать сточную воду в качестве смазочно-охлаждающей жидкости [47].

Задачей изобретения  является возможность повторного использования  сточной воды с ПАВ и масла для приготовления СОЖ.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки  маслоэмульсионных сточных вод, включающем обработку их минеральной  кислотой до pH 4-6.8, введение окислительного реагента с последующим перемешиванием, отстаиванием и удалением верхнего масляного слоя, в качестве окислительного реагента используют перекись водорода при соотношении сточной воды и перекиси водорода 1: (0.05-0.08), после удаления верхнего масляного слоя выделяют средний водоэмульсионный слой, обрабатывают его неполярным растворителем и также удаляют верхний маслянистый слой.

Таким образом, предлагаемый способ в сравнении с известным  обеспечивает очистку всего объема сточной воды с сохранением ПАВ  и выделение масляной фракции  без металлоорганических комплексов с возможностью их повторного использования для приготовления СОЖ. Кроме того, способ исключает операцию подогрева, так как процесс экзотермичен.

Согласно [48], очистку сточных вод, загрязненных смазочно-охлаждающими жидкостями производят следующим способом. Отработанные смазочно-охлаждающие жидкости подкисляют 1.5-2% по массе фосфорной кислоты до рН 4-6, перемешивают. Органическую фазу отделяют экстракцией изоамиловым, изопропиловым, гексиловым, бутиловым или другим алифатическим спиртом, замораживают до минус 3-минус 4^oC. Оттаивают до 0-плюс5 ^oC, одновременно удаляют органическую фазу с экстрагентом. Степень очистки воды от СОЖ 92-96%, воду используют многократно в замкнутом цикле для приготовления новых объемов СОЖ.

Данный способ очистки  заключается в обеспечении повышения качества водной фазы после разложения синтетических и полусинтетических СОЖ.

Наиболее близким по технической сущности является выбранный  в качестве прототипа способ разложения отработанных СОЖ, заключающийся в том, что перед электрокоагуляцией в жидкость вводят фосфорную кислоту в количестве (0,4-0,5)% от объема обрабатываемой жидкости (или 0.68-0.85% по массе), окись кальция в количестве 4-5% от массы СОЖ и процесс ведут при плотности тока (0.01-0.02) А/см² с последующей обработкой водной фазы фосфорной кислотой в количестве (0.05-0.1)% по объему жидкости.

У прототипа и заявляемого  изобретения имеются следующие  сходные существенные признаки. Разложение отработанных синтетических и полусинтетических  смазочно-охлаждающих жидкостей включает предварительное подкисление их фосфорной кислотой до pH 4-6 (т.е. в количестве 1.5 - 2% по массе) и последующее отделение органической фазы от водной. Недостатком этого прототипа можно считать низкое качество полученной после разложения водной фазы, так как синтетические и полусинтетические СОЖ плохо поддаются окислению с помощью кислоты и электрокоагуляции, при которой образующаяся после растворения электродов гидроокись алюминия (если электроды алюминиевые), или железа Fe(OH)₃ способна коагулировать минеральные масла (нефтепродукты), но не гликоли и другие органические соединения, присутствующие в указанных СОЖ  [48].

Техническая задача заключается  в повышении качества водой фазы, полученной после разложения отработанных синтетических и полусинтетических СОЖ.

Отработанную синтетическую  и полусинтетическую СОЖ предварительно подкисляют фосфорной кислотой до pH 4-6 (т.е. в количестве 1.5-2% по массе), а затем отделяют органическую фазу от водной.

Способ разложения синтетических  и полусинтетических СОЖ позволяет повысить качество очистки СОЖ от органических примесей и обеспечить охрану природы путем использования очищенной воды, полученной после разложения СОЖ, в замкнутом цикле для приготовления новых объемов СОЖ.

Согласно [49], сущность изобретения заключается в том, что в СОЖ при перемешивании вводят фосфорную кислоту в количестве 0.2-0.25 об. % До рН 2-3, раствор нагревают до 70-80 ⁰С, после отстоя осуществляют электрокоагуляцию частично очищенной водной фазы до выделения осветленной водной фазы, затем водную фазу нейтрализуют путем введения при перемешивании едкого натра NaOH в количестве 0.5-0.6 мас.% до         рН 8-10, полученный продукт складируют и используют в качестве моющего средства. Способ позволяет упростить разложение, снизить эксплуатационные расходы, улучшить экологичность производства.

Для всех процессов очистки  сточных вод от СОЖ используются стандартный комплект оборудования участков приготовления СОЖ, присадок, моющих средств, утилизации отходов  и пр., включающие емкости с мешалками (реакторы), дозаторы для жидких и сыпучих продуктов, вспомогательные контейнеры (емкости, бункеры) для загрузки исходных материалов и отвода конечного продукта.

Применение заявленных реагентов повышает экономические  показатели способа. Полученный продукт не требует дополнительной обработки, утилизации и других приемов по обеспечению экологической безопасности, что снижает эксплуатационные расходы и упрощает процесс разложения СОЖ. Повышается экологичность производства путем использования водной фазы с тринатрийфосфатом,  в замкнутом цикле без сброса в водоемы в качестве моющего раствора для мойки деталей [49].

В патенте [50] предлагается следующий способ очистки отработанных СОЖ. При перемешивании в СОЖ вводят фосфорной кислоту до рН 2-3, затем раствор нагревают до температуры 65-80 °С, после отстоя и удаления масляной фазы в очищенную водную фазу при перемешивании добавляют уротропин и осуществляют электрокоагуляцию частично очищенной водной фазы до получения осветленной водной фазы, затем продукт обработки СОЖ нейтрализуют для соответствия показателям ПДК для сточных вод. Способ обеспечивает повышение степени очистки от органических и минеральных примесей за счет увеличения времени эффективной работы электрокоагуляторов.

Наиболее близким к  данному способу очистки по совокупности существенных признаков является способ разложения отработанных СОЖ, при котором в эмульсионную СОЖ вводят при перемешивании 0.4-0.5 об.% фосфорной кислоты и 4-5 мас.% окиси кальция для нейтрализации водного раствора. После отстоя осадок разделяют и осуществляют электрокоагуляцию водной фазы в течение 10-15 минут при плотности тока 0.01-0.02 А/см². Пенный продукт электрокоагуляции отводится, а в чистую воду для корректировки рН повторно добавляют 0.05-0.1 об.% фосфорной кислоты Н₃ РО₄. Данный способ позволяет снизить энергозатраты, объем осадка (гидроокиси кальция Са (ОН)₂), содержание сульфатов, объем масляных примесей [50].

По окончании процесса разложения СОЖ остается проблема утилизации или возможности использования осадка Са(ОН)₂, загрязняющего окружающую среду; добавление в СОЖ кислоты в начале и в конце процесса разложения приводит к снижению эффективности процесса электрокоагуляции ввиду пассивации электродов и снижает срок эксплуатации электрокоагуляторов, что служит препятствием для применения известной технологии. Уменьшение количества вводимой кислоты снижает интенсивность коррозии, но вместе с тем и всего процесса разложения, так как увеличивает время процесса разложения.

В патенте [51], дается  описание способа очистки промышленных сточных вод, содержащих мелкодисперсные коллоидные органические и минеральные примеси. Способ заключается в том, что в отработанную эмульсионную СОЖ при перемешивании вводят фосфорную кислоту в количестве 0.2-0.25% по объему, раствор нагревают до температуры 70-80 °С, после отстоя удаляют всплывшую органическую фазу, а водную фазу нейтрализуют известковым молоком до достижения рН 6-7, затем после осаждения фосфатов кальция проводят электрокоагуляцию с предварительным подкислением частично очищенной водной фазы соляной кислотой до достижения рН 4-5. Изобретение позволяет упростить способ разложения, снизить себестоимость процесса разложения, улучшить экологичность производства.

Известен также способ очистки щелочных сточных вод, содержащих цианистые соединения, в том числе и органические примеси, включающий предварительное подкисление жидкостей перед электрокоагуляцией хлористым натрием (NaCl) в количестве (0.5-1.0)% по объему до достижения рН 2-3, а затем электрокоагуляцией при плотности постоянного тока i=(30-100) А/м² и последующую нейтрализацию водной фазы щелочью или гидроокисью кальция.  К недостаткам этого метода можно отнести следующее: в водной фазе также образуются хорошо растворимые хлориды, количество которых превышает ПДК в десятки и сотни раз, остаются органические примеси (нефтепродукты) в количестве (100-200) мг/л, что значительно превышает ПДК.  Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ разложения отработанных СОЖ, при котором в отработанную СОЖ вводят при перемешивании 0.4-0.5 об.% фосфорной кислоты и 4-5 мас.% окиси кальция для нейтрализации водного раствора. После отстоя осадок разделяют и осуществляют электрокоагуляцию водной фазы в течении 10-15 минут при плотности тока 0.01-0.02 А/см². Пенный продукт электрокоагуляции отводится, а в чистую воду для корректировки рН повторно добавляют 0.05-0.1 об.% фосфорной кислоты H₃PO₄. Данный способ позволяет снизить энергозатраты, объем осадка (гидроокиси кальция Са(ОН)₂), содержание сульфатов, объем масляных примесей.  Вместе с тем добавление в СОЖ кислоты вначале и в конце процесса разложения приводит к снижению эффективности процесса электрокоагуляции ввиду пассивации электродов и снижения срока эксплуатации электрокоагуляторов, что служит препятствием для применения известной технологии. Уменьшение количества вводимой кислоты снижает интенсивность пассивации, но вместе с тем и всего процесса разложения (увеличивает время процесса разложения).