Застосування флокулянтів В очистці стічних вод від мор

 

При виготовленні й обробці металевих деталей для змащення і захисту від корозії застосовуються мастильно-охолоджувальні рідини (МОР). Вони являють собою багатокомпонентні системи, що містять базову основу (воду, мінеральне олію) і присадки, що забезпечують комплекс фізико-хімічних, технологічних і експлуатаційних властивостей.

Відпрацьовані розчини МОР є масляними емульсіями, що містять розчинені і емульговані нафтопродукти і мінеральні масла, емульгатори, ПАР й ін.

Стічні води, що містять МОР - слабоконцентровані емульсії - є одним з головних джерел забруднення навколишнього середовища в машинобудуванні. Знешкодження їх проводять поділом різними способами на складові фази з метою одержання технічно чистих оборотних або стічних вод і утилізації органічної фракції.

Для попереднього витягу масел використовуються седиментаційні і механічні способи, засновані на поділі емульсій відстоюванням протягом 6-24 годин або в центрифугах. Для підвищення ефективності поділу емульсію підкисляють до рН = 2-4. Способи забезпечують поділ на органічну фазу і стійку емульсію.

Реагентні способи полягають у руйнуванні структури емульсій хімічними продуктами (деемульгаторами) - розчинами кислот і їх солей (соляної, сірчана кислоти, хлористий кальцій, сірчанокисле залізо й ін). Істотним недоліком способів є кисла реакція очищеної води (рН = 1-2) і необхідність у її лужній нейтралізації, виготовлення апаратури з кислотостійких матеріалів і ін.

Коагуляційні способи основані на застосуванні коагулянтів (сірчанокислий алюміній, хлорне залізо й ін), що забезпечують переведення часток масла й інших колоїдних домішок в осад.

Флотаційний спосіб придатний для виділення масел з розведених емульсій. Звичайна повітряна флотація малоефективна, тому попередньо використовують коагуляцію. Часто у флотовану емульсію вводять ПАР-збирачі (жирні спирти, катіонні ПАР й ін).

Всі способи відрізняються низькою продуктивністю і великою тривалістю, припускають технічне переоснащення станцій очищення. Часто ГДК по основних компонентах МОР не досягаються, тому стічні води перед зливом у каналізацію або вторинним використанням розбавляють свіжою технічною водою. Таким чином, інтенсифікація процесу розділення МОР і поліпшення якості стічної води є актуальною екологічною задачею.

Для рішення цієї задачі більш раціонально використовувати реагент не очищення стічних вод від компонентів МОР і масел (нафтопродуктів) із застосуванням коагулянтів і флокулянтів.

Коагуляцію і флокуляцію проводять після первинного седиментаційного поділу водно-органічної (вторинної слабоконцентрированої емульсії) і органічної фаз (неемульгованих олій і нафтопродуктів) і видалення останньої.

Характеристики водно-органічної фази: вміст емульгованих нафтопродуктів і олій - до 40 г/м³, мутність 100-200 г/м³.

Використовують найбільш дешевий і розповсюджений коагулянт - сульфат алюмінію.

Процес коагуляції рекомендується проводити при 4,5 < рН < 8,5, тому що при рН < 4,5 спостерігається збільшення залишкового вмісту алюмінію у воді, що очищується, у результаті утворення розчинних основних сульфатів алюмінію, а при рН > 8,5 - розчинення пластівців гідроксиду алюмінію внаслідок утворення алюмінату натрію.

Одним з важливих технологічних параметрів процесу очищення води є доза коагулянту. Витрата коагулянтів складає 50-70 г на 1 м³ емульсії і залежить від її вихідної лужності і концентрації. Після коагуляційної обробки емульсія розділяється на водну фазу і суміш, що спливла, пластівці коагулянту, металевовмісних мил і масел.

Інтенсифікації процесу сприяє режим концентрованого коагулювання, при цьому витрати коагулянту зменшуються на 20-30%. Спочатку здійснюється введення концентрованого розчину коагулянту в невеликий об`єм стічної води для утворення численних центрів коагуляції. Потім проводять швидке змішування з іншим об`ємом неопрацьованої води (співвідношення ~ 1: 15).

Для прискорення коагуляції необхідне перемішування протягом 5-10 хвилин зі швидкістю 30-50 об/хв. Однак введенням одного коагулянту досягти ефективного очищення дисперсних систем не вдається.

Для доочищення стічних МОР застосовують наступну флокуляцію. Флокуляція забруднюючих домішок у стічних водах відбувається в двох стадій: адсорбція флокулянта на частках і утворення агрегатів часток (флокул). Найбільш повільна стадія - адсорбція. У залежності від природи флокулянта механізм адсорбції може бути різним. Адсорбція іоногенних флокулянтів на частках дисперсної фази, що мають протилежний за знаком заряд, відбувається, головним чином, за рахунок електростатичного притягання.

Були випробувані неіоногенні, катіонні й аніонні флокулянти з різною молекулярною масою, розподілом заряду уздовж ланцюга і щільністю заряду. Збільшення ступеня освітлення води простежується для всіх груп флокулянтів незалежно від вмісту іоногенних груп, що пояснюється різною природою і концентрацією забруднюючих домішок у стічній воді. Найкраща флокуляція спостерігалася при використанні катіонних флокулянтів середньої молекулярної маси від 5 до 10 млн. із рівномірним розподілом заряду в бічних ланцюгах і з щільністю заряду 50-80%, що дозволяє витягати з емульсії часточки масла розміром більш 1 мкм. Такими флокулянтами є cпівполімери акриламіду (АА) і складних аміноефірів акрилової (метакрилової) кислот з формулою елементарної ланки:

 

 

Процес флокуляції відбувається досить інтенсивно - введення флокулянта в емульговані води через 1-3 хв. після введення коагулянту (рН 4,5-8) при перемішуванні викликає практично миттєву агрегацію часток і утворення флокул. Час осідання флокул складає 1-1,5 хв. на 10 см висоти шару емульсії.

Для низькомолекулярних флокулянтів оптимальні дози складають 5-7 мг/л.

Після поділу фаз залишкова мутність вистояного надосадового розчину складала 6-8 г/м³, вміст нафтопродуктів 5-7 г/м³.

Ефект очищення в залежності від величини заряду, молекулярної маси флокулянтів і складу емульсії складає 80-96%.