Реферат: Методы очистки сточных вод
Методы очистки сточных вод
На предприятиях металлургической и машиностроительнойпромышленности одной из основных категорий сточных вод являются маслосодержащиестоки.
По концентрации основного загрязнения (масла) они делятся намалоконцентрированные и концентрированные. Малоконцентрированные стокиобразуются при промывке металлических изделий после их термической обработки ипосле расконсервирования.
Концентрированные сточные воды содержат масел до 50 г/л. Этоотработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), а также отработанные моющиерастворы, представляющие собой стойкие эмульсии типа “масло в воде”. Их расходсоставляет 0,5 — 200 м3/сут в зависимости от мощности предприятия итипа его продукции.
На многих предприятиях концентрированные маслосодержащие стокиразбавляются большим количеством условно чистых вод и превращаштся вмалоконцентрированные. Содержание в них масел обычно колеблется от 10 до 500мг/л. Объем этих сточных вод достигает 5 — 10 тыс. М3/сут.
Технологические схемы очистки маслосодержащих сточных вод внашей стране и за рубежом предусматривают смешивание всех видов маслосодержащихсточных вод, их отстаивание для удаления грубодисперсных и всплывающихпримесей, обработку коагулянтами и обезвоживание образующихся осадков.
Основным недостатком таких схем очистки являются большиезатраты коагулянтов и образование значительных количеств осадков, дляобезвоживания которых требуется дополнительный расход коагулянтов с цельюснижения содержания в них масел. Практика показывает, что раздельная обработкакоагулянтами малоканцентрированных и концентрированных сточных вод требуетменьших затрат коагулянтов и сопровождается образованием меньших объемовосадков.
Основное количество концентрированных маслоэмульсионныхсточных вод на предприятиях машиностроения и металлообработки сбрасывается ввиде отработанных СОЖ. Свежие СОЖ приготовляют из технических продуктов — эмульсолов, представляющих собой эмульсии типа “вода в масле”. При смешивании3-10% эмульсола, 90 — 95% воды и 0,3% соды образуются эмульсии типа “масло вводе”. Для придания эмульсии устой живости необходимо добавление к ней ещеодного компонента — эмульгатора, способного сорбироваться на поверхности обеих- несмешивающихся жидкостей. Помимо указанных компонентов, в состав СОЖ входятразличные стабилизаторы, а также большое количество присадок (антикоррозионные,бактерицидные, противоизносные, противозадирные).
Средний срок использования СОЖ колеблется от двух недель дополутора месяцев. Основными причинами замены смазочно-охлаждающих жидкостей прихолодной обработке металлов являются наличие в них большого количествавзвешенных веществ (металлическая пыль, сажа, частицы абразивных материалов),расслаивание СОЖ и их загнивание.
Регенерация отработанных СОЖ, заключающаяся в удалении из нихпосторонних примесей, позволяет возвращать их в производство, достигая темсамым экономии минеральных масел и других компонентов, входящих в составэмульсолов. Кроме того, предотвращаются затраты на приготовление, складированиеи перевозку новых партий эмульсола.
Основной причиной сброса СОЖ является их загнивание, котороеможно предупредить с помощью бактерицидных добавок. В качестве таких добавокиспользуются гексахлорофен, фурацилин, бактерициды типа “Вазин” и “Азин”.
Регенерацию отработанных СОЖ следует проводить следующимобразом. Отработанную СОЖ направляют в сборный резервуар и отстаивают в нем дляотделения взвеси и всплывающего масла в течение 6 ч. Для удаления тонкой взвесиСОЖ затем подают на фильтр-транспортер с бумажной лентой, после чего онапоступает в емкость для регенерации. В эту емкость подают эмульсол-пасту (смесьэмульсола с водой в соотношении 1: 1), воду и раствор бактерицидного вещества.При необходимости в регенерируемую СОЖ вводят антикоррозионные добавки (NaNO2в дозе 1 г/л) и соду из расчета 0,2 — 0,3 % (по массе). Смесь перемешиваютсжатым воздухом в течение 10 мин, отстаивают в течение 60 мин, удаляютвсплывшее масло и возвращают в производство для дальнейшего использования.Однако регенерация отработанной СОЖ возможна только в том случае, если в 1 млжидкости содержится менее 100 млн. бактерий. В противном случае отработаннаяСОЖ подлежит сбросу на очистные сооружения. Отечественнаяпромышленность выпускает большое количество эмульсолов различных марок, которыезначительно отличаются по своему составу и физико-химическим свойствам. Взависимости от типа содержащихся в них змульгаторов все смазочно-охлаждающиежидкости на основе минеральных масел можно разделить на три группы:
1. СОЖ, содержащие ионогенныеэмульгаторы;
2. СОЖ, содержащие неионогенныеэмульгаторы;
3. СОЖ, содержащие одновременноионо-и неионогенные эмульгаторы.
В качестве эмульгаторов СОЖ содержит соли органических кислот(олеиновой, нафтеновой, сульфонафтеновой), в качестве стабилизаторов — этиловыйспирт, этиленгликоль, триэтаноламин.
Мицелла змульсола, представляющего собой коллоидную систему,имеет следующее строение: ядро мицеллы состоит из мельчайших капелек масла,окружеиных анионами органических кислот, вследствие избирательной адсорбциикоторых аполярная гидрофобная часть анионов эмульгатора (углеводородныйрадикал) ориентирована в сторону масляной глобулы, а полярная часть — в сторонудисперсионной среды. Катионы щелочного металла, (Nа+), которые в результатедиссоциации отделились от остатка (аниона) органической кислоты, образуютплотный диффузный слой противоионов. Таким образом, на поверхности масляныхглобул образуется двойной электрический слой.
Эмульсол как коллоидная система устойчив при наличиинекоторого избытка масла. Для того чтобы эмульсол обладал способностыосамопроизвольно образовывать с водой эмульсии, необходимо, чобы он обладал свойствамигидрофильного геля, т. е. внешней фазой в коллоидной системе должен бытьконцентрированный раствор мыла. Для этого змульсолы, кроме микеральных масел инафтеновых мыл, обязательно должны содержать некоторое количество воды.Эмульсолы, состоящие из минеральных масел и более гидрофобных мыл олеиновойкислоты, обязательно должны содержать или второе, более гидрофильное мыло,например мыло сульфокислоты, или спирт, являющийся в данном случаерастворителем внешней фазы недостаточно гидрофильных мыл олеиновой кислоты. Этикомпоненты эмульсолов называются стабилизаторами. Ко второй группе относятсяСОЖ, содержащие ПАВ неионогенного типа, например ОП, а именно СОЖ,приготовленные из эмульсолов ИХП-45Э и ИХП-130Э.
Механизм стабилизации этих эмульсионных систем можнопредставить следующим образом. Молекулы большинства поверхностно-активыыхсоединений имеют линейное строение, т. е. их длина гораздо больше поперечного размера.Один конец молекулы ПАВ, состиящий из углеводородных радикалов, ориентируется всторону масляных глобул и сорбируется на их поверхности. На другом концемолекулы находится гидрофильная группа, которая ориентирована в сторонудисперсионной среды. Таким образом, молекулы ПАВ образуют коагуляционнуюпространственную сетку.
При этом между частицами масляных глобул остается очень тонкаяпрослойка дисперсионной среды, которая препятствует сближению частиц и придаеткоагуляционным структурам характерные свойства: вязкость, ползучесть,прочность. Однако возникновение защитных слоев высокой прочности,обеспечивающих устойчивость эмульсий, связано не с формированием адсорбционныхслоев эмульгатора самих по себе, а с образованием на границе раздела двух фазсложных надмолекулярнык структур в форме многослойных фазовых пленок.
В основе рассмотренных явлений лежит гидродинамический эффектсамопроизвольной поверхностной турбулептности и конвекции, вызывающейодносторонний переход углеводородпой фазы в водную фазу в видеультрамикроэмульсии. Структурированная адсорбционным слоем змульгатора такаяфазовая пленка приобретает значительнув прочность и, как следствие этого,высокую стабилизирующую способность.
Таким образом, эмульсионные системы, стабилизированныенеионогенными эмульгаторами, очень устойчивы, хотя их адсорбционные слои необладают ярко выраженной структурйо-механической прочностью.
К третьей группе относятся СОЖ, которые содержат одновременноПАВ ионо-и ионогенного типа, а также различные группы органических соединений,которые придают смазочно-охлаждающим жидкостям связывающие, противозадирные иантикоррозионные свойства (хлор, парафин, осерненное хлопковое масло,канифоль). Эмульгаторами в этих системах являются мыла жирных кислот, ОП-4(эмульсол Аквол-2), нефтяной сульфонат натрия и синтомид-5 (эмульсолУкринол-1).
Для очистки отработанных смазочно-охлаждающих жидкостейприменяют следующие методы:
1. реагентные (обработкаминеральными солями и кислотами, коагулянтами и флокулянтами);
2. физико-химические(электрокоагуляция, ультрафильтрация).
Метод деэмульгирования масляных эмульсий путем коагуляциидисперсной фазы неорганическими электролитами получил широкое распространение впрактике очистки сточных вод. По литературным данным, для очистки маслоэмульсионныхсточных вод могут быть использованы NaCl, H2S04, FsS04,Fе2(S04)3, FeCl3, СаО, А12(S04)3,взятые в отдельности или в комбинации друг с другом. Под воздействиемэлектролитов происходит как cнижение электрокинетического потенциала масляных эмульсий,так и разрушение структурно-механического барьера. Следует отметить, чтомноговалентные катионы способны перезаряжать масляные глобулы с образованием неустойчивойсистемы — обратной эмульсии, поэтому определение оптимального расхода реагентовявляется основой для успешного их применения. Совместное применение различныхреагентов позволяет значительно повысить эффективность очистки. В литературеотмечается, что для очистки маслоэмульсионных сточных вод используется двух-итрехступенчатая их обработка реагентами.
Наиболее эффективным коагулянтом для очистку отработанных СОЖ,содержащих ионогепные эмульгаторы, является сернокислый алюминий.
Технология очистки маслоэмульсионных сточных вод с помощьюсернокислого алюминия внедрена на московском станкостроительномпроизводственном объединении “Красный пролетарий” и на ГПЗ-5 (г. Томск).
Ниже приведены оптимальиые дозы Al2(SО4)3для очистки отработанных СОК, приготовленных на основе, эмульсола первойгруппы.
В настоящее время особое внимание уделяется cокращению имаксимальному использованию различных производственных отходов, а такжесозданию в промышленности безотходной технологии производства. Для очисткиотработанных СОЖ можно использовать отходы ацетиленовых станций, содержащиегидроксид кальция, а также отработанные травильные растворы, содержащие H2SO4и FeSO4, или HCl и FeCl2. Способ очистки отрзботанных СОЖна 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 оксидакальция 1 г/л) внедрен на головном заводе ПО “АвтоУАЗ” (г. Ульяновск).Содержание эфироизвлекаемых веществ в обработанной жидкости, имеющей величинурН=7, в среднем составляет 170 — 220 мг/л. Технико-экономические расчетыпоказывают, что при химическом методе очистки маслоэмульсионных сточных водзатраты на реагенты составляют от 30 до 70 % всех эксплуатационных затрат, поэтомуприменение для очистки различных производственных отходов значительно снижаетэксплуатационные затраты.
В настоящее время одним из перспективных методов очистки этоговида сточных вод является метод электрокоагуляции, разработанный харьковскимотделом ВНИИВОДГЕО, Процесс очистки масляных эмульсий, содержащих ионогенныеэмульгаторы, протекает следующим образом. Электрокинетический потенциалэмульсии, находящейся в электрическом поле, снижается, а эмульсия теряет своюустойчивость. Перешедшие в жидкую фазу ионы алюминия при рН=6-8 вмежэлектродном пространстве образуют сначала коллоидный раствор, а затем взависимости от рН среды макрочастицы гидроксида или основного сульфатаалюминия. При рН=5 эмульгатор переходит в нерастворимую форму, что еще вбольшей степени способствует сорбции частиц дисперсной фазы, так как происходитснижение прочности структурно-механического барьера. При дальнейшем протеканиипроцесса происходит подщелачивание жидкости и весь алюминий переходит внерастворимую форму, создавая максимум сорбционной поверхности.
Электрокоагуляционный способ рекомендуется применять длялокальной очистки отработанных СОЖ, для приготовления которых были использованыэмульсолы марок Э-1 (А), Э-2 (Б), 3-3 (В), ЭТ-2 и НГЛ-205. Способ применимтакже для очистки отработанных СОЖ, приготовленных на эмульсолах марокУкринол-1, ЭГТ, СП-3, Аквол-2, Аквол-б, МОТ и др.
Сущность способа заключается в разрушении эмульсии икоагуляции эмульгированных масел под действием продуктов электрохимическогорастворения алюминиевых анодов и флотаций коагулята водородом, образующимся накатодах.
Перед электрохимической обработкой сточные воды подкисляют дорН=5- 5,5 для снижения агрегативной устойчивости эмульсии.
В процессе электролиза величина рН сточных вод возрастает до6,5 — 7,5. Процесс очистки сточных водскладывается из следующих технологических операций: сбор, усреднение иотстаивание сточных вод, их подкисление, электрохимическая обработка, отведениепродуктов очистки, осветление отработанной воды.
Маслоэмульсионные сточные воды после усреднения и отстаиванияв резервуаре с целью отделения свободного масла (последнее удаляют вмаслосборник) затем направляют в смеситель, где подкисляют концентрированнойсоляной кислотой до рН=5-5,5. Подкисленные сточные воды направляют вэлектролизер. Пенный продукт, образующийся на поверхности обрабатываемой жидкости,периодически или непрерывно удаляют в пеноприемный бак. Обработанную сточнуюводу осветляют в отстойнике, после чего сбрасывают в канализацию населенных пунктов(при биологической очистке сточных вод на городских канализационных очистныхсооружениях достигается удаление из них остаточных количеств органическихвеществ).
При электролизе подкисленных сточных вод происходит электролитическоерастворение алюминиевого анода и образование гидроксида алюминия, обладающего высокойкоагулирующей способностью.
Очищенная вода представляет собой прозрачную бесцветную жидкость,имеющую величину рН =6,5-7,5, величину ХПК 0,5-0,6 г/л, содержащуюнефтепродуктов 25 мг/л и хлоридов 1,5 г/л (общее содержание растворенных минеральныхсолей 2,5 — 3 г/л).
Электролизер для очистки маслоэмульсионных сточных водпредставляет собой прямоугольный стальной резервуар, футерованный изнутривинипластом или другим кислотостойким материалом. Дно электролизера имеет уклон1:10 в сторону выпуска сточных вод. К левой торцевой стенке корпусаэлектролизера (выше уровни жидкости) прикреплен патрубок для подачи сточной воды,к днищу приваривают патрубок для отвода очищенной воды, В правой торцевойстепке аппарата выше уровня жидкости располагаются два прямоугольных продольныхокна: нижнее — для присоединения пеносгонного лотка, верхнее — для подключениявытяжного воздуховода. На задней степке корпуса имеются отверстия дляприсоединения токоподводящих шин. Пеносгонный лоток расположен под углом 45' квертикальной стенке. Б верхней части корпуса электролизера (под электродами)устанавливают пеноудаляющее устройство.
Электролиз сточных вод проводят при плотности тока 80 — 120А/м2, напряжении на электродах 7 — 10 В. Продолжительность ихэлектрохимической обработки составляет 4 — 5 мин, удельный расход алюминия для удаления1 г эмульгированного масла 0,03 г, удельный расход электроэнергии 2,5 — 3 кВтч/м, удельный расход соляной кислоты (35 %) на подкисление сточных вод 7 — 8кг/м3.
Для обработки сточных вод возможно использование переменногоэлектрического тока, однако в этом случае для достижения того же эффектаочистки удельный расход электроэнергии увеличивается на 40 — 50 %.
Харьковским отделом ВНИИВОДГЕО разработаны две модели электролизеров(трех-и шестисекционный).
В настоящее время установки для электрохимической очисткимаслоэмульсионных сточных вод действуют на ряде машиностроительных предприятийСНГ [Минский моторный завод, Ждановский завод тяжелого машиностроения, заводсельскохозяйственных машин (г. Белая Церковь) и др.].
Институтом “Харьковский Водоканалпроект” разработаны типовыепроектные решения установок “Комплект оборудования для электрокоагуляционнойобработки смазочно-охлаждающих жидкостей производительностью 5 — 10 м3/сут.
В Харьковском политехническом институте М. М. Назаряном разработанаппарат колонного типа для очистки концентрированных маслосодержащих сточныхвод с помощью коагулянта — гидроксида алюминия, получаемого путемэлектролитического растворения алюминиевых анодов в электродной камереаппарата. Полученная суспензия гидроксида алюминия затем смешивается со сточнымиводами в реакционной камере, а образовавшийся осадок отделяется от жидкой фазыво флотационной и отстойной камерах. Установка подобного типа действует наголовном заводе Харьковского ПО “Серп и молот”.
Для очистки больших объемов маслоэмульсионных стоков успешноприменяется метод реагентной напорной флотации, Этот метод внедрен на ГПЗ-2 (г.Москва). Очистку маслоэмульсионных сточных вод проводят по следующей схеме:сточная вода поступает в отстойникнакопитель, где происходит выделениемеханическихпримесей и свободных масел, а затем в этой же емкости производитсянейтрализация жидкости серной кислотой до рН=7-8. Нейтрализованная сточная водапоступает во флотатор, куда одновременно подается раствор сернокислого алюминия.Образующаяся в процессе напорной флотации пена собирается и направляется в пеносборник.
Величина — потенциала эмульсионных систем, содержащих неионогенныеэмульгаторы, недостаточна для их высокой стабильности, а их адсорбционные слоине обладают высокой структурно-механической прочностью, поэтому применениекоагулянтов для очистки подобных сточных вод малоэффективно.
Одним из перспективных методов очистки этих сточных водявляется метод ультрафильтрации. Возможность его применения показана висследованиях, проведенных во ВНИИВОДГЕО на аппарате типа фильтр-пресс сиспользованием
ультрафильтрационных мембранмарок УАМ-500, УАМ-200, УАМ-150, УАМ-50 (цифра обозначает средний диаметр пормембраны в Ангстрем).
Установлено, что производительность ультрафильтратов попермеату практически одинакова для всех марок мембран [10 л/ (сут-м2)].Содержание масла в очищаемой жидкости может быть снижено до 8 — 10 мг/л. Степеньконцентрирования фильтруемой эмульсии зависит от ее стойкости: наиболее стойкиеэмульсии, например приготовленные на основе эмульсола ИХП, можно
концентрировать досодержания масел 500 г/л. Недостатком этого метода является малаяпроизводительно ультрафильтров, что значительно сдерживает его широкое применение.Для повышения производительности ультрафильтров целесообразно применять ихпромывку растворами поверхностно-активных веществ (например, 6%-ным растворомпрепарата Лабомид-161). Такую промывку следует проводить через 150 — 200 чработы установки, при этом производительность мембран, повышается в 2 — 3 раза.
Во ВНИИВОДГЕО проведены также исследования методаультрафильтрации с использованием в качестве фильтрующего элемента фрагментовтрубчатых модулей из фторопласта типа БТУ с диаметром пор 500 А (50 нм). Полученныерезультаты показали, что для реального диапазана концентраций масел вотработанных СОЖ (10 — 25 г/л) производительность мембран и величина ХПКпермеата практически не зависят от исходной, концентрации масел в сточной воде.При этом конечная ХПК очищенной жидкости не зависит также от времени работыустановки и составляет 100 — 150 мг*О/л. Проницаемость мембран составляет 10 — 15 л/ (м2ч).
Как следует из приведенного обзора, в разработке эффективныхметодов очистки концентрированных маслосодержащих сточных вод в последни годыдостигнуты определенные успехи. Построены и введены в постоянную эксплуатациюустановки по очистке маслосодержащих сточных вод методами коагуляции,электрокоагудяции, реагентной напорной флотации. Значительное количествоустановок на предприятиях машиностроительной и металлургической промышленностистроится. На одном из завалов действует опытно-промышленная установка дляочистки маслосодержащих сточных вод методом ультрафильтрации. Очищенныемаслосодержащие сточные воды вместе с другими сточными водами предприятияпоступают обычно на городские очистные сооружения.
Список литературы :
· Д.Н.Смирнов, В.Е.Генкин, “Очисткасточных вод в процессах обработки металлов”, М: Металлургия, 1989
· “Удаление металлов изсточных вод” под ред. Дж.К.Кушни, М: Металлургия, 1987