Результат интеллектуальной деятельности: Техническое средство для разложения отработанных эмульсионных смазочно-охлаждающих жидкостей и производственных стоков

Изобретение относится к реагентным способам обработки отработанных эмульсионных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и может быть использовано для разложения отработанных эмульсионных СОЖ и производственных стоков на водную и органическую фазы на предприятиях металлообрабатывающей, металлургической и других отраслей промышленности.

Известно, что для осветления сточных промышленных вод используют химические реагенты, которые способствуют коагуляции или флокуляции для облегчения процесса отделения от воды в системах "твердое вещество/жидкость" или "жидкость/жидкость". Для этой цели используют известь или соли железа или алюминия.

Известен способ разложения отработанных СОЖ по авторскому свидетельству СССР №1701642, при котором в СОЖ вводят при перемешивании 0,4-0,5 об. % фосфорной кислоты и 4-5 мас. % окиси кальция для нейтрализации водного раствора. На последующем этапе в чистую воду для корректировки рН повторно добавляют 0,05-0,1 об. % фосфорной кислоты Н₃РО₄. По окончанию процесса разложения СОЖ остается проблема утилизации или возможности использования осадка Са(ОН)₂. Добавление к СОЖ кислоты в начале и в конце процесса разложения требует тщательного дозирования для целей сохранности оборудования. Очищенную от масла и мелких твердых частиц воду сливают в водоемы. Органическая фаза имеет повышенную кислотность и не может быть использована повторно.

Известен способ разложения отработанных эмульсионных смазочно-охлаждающих жидкостей по патенту РФ 2230039, при котором в качестве реагентов используют фосфорную кислоту и едкий натр. Технологические средства вводят в следующих объемах. В отработанную СОЖ вводят при перемешивании фосфорную кислоту до рН 2-3 в количестве 0,2-0,25 об. %, нагревают раствор до температуры 70-80°С, после отстоя осуществляют отвод масляной фазы, в выделенную масляную фазу вводят при перемешивании едкий натр NaOH в количестве 0,6-0,7 мас. % до рН 9-11, полученный продукт складируют и используют в качестве компонентов новых составов СОЖ. Изобретение обеспечивает снижение материальных затрат металлообрабатывающего производства, снижение трудоемкости и загрязнения окружающей среды путем использования продуктов разложения отработанных жидкостей в замкнутом цикле применения СОЖ.

Недостаток техники применения этих компонентов: использование высокоопасных веществ и применение нагрева при введении реагента, что увеличивает энергозатраты.

Известно использование в практике очистки маслоэмульсионных сточных вод NaCl, H₂SO₄, FeSO₄, Fe₂(SO₄)₃, FeCl₃, CaO, Al₂(SO₄)₃, взятые в отдельности или в комбинации друг с другом. Под действием электролитов происходит снижение не только электрокинетического потенциала масляных эмульсий, но и разрушение структурно-механического барьера. Следует также учитывать то, что многовалентные катионы способны перезаряжать масляные глобулы с образованием неустойчивой системы - обратной эмульсии, поэтому определение оптимального расхода реагентов является основой для успешного их применения. Совместное применение различных реагентов позволяет значительно повысить эффективность очистки. В литературе отмечается, что для очистки маслоэмульсионных сточных вод используется двух- и трехступенчатая их обработка реагентами. Наиболее эффективным коагулянтом для очистки отработанных СОЖ, содержащих в своем составе ионогенные эмульгаторы, является сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃. (см. Соколов Л.И. Очистка эмульсионных сточных вод в машиностроении. - Инфра-Инженерия; Москва-Вологда, 2017. - с. 35-36). Однако, недостатком сульфата алюминия в процессах обработки водных систем является ограниченный диапазон действия по показателю рН среды (5-7,5) и по температуре. Кроме того, при гидролизе сульфата алюминия образуются мелкие медленно оседающие хлопья, что требует дополнительных мер по очистке.

Известен нефелиновый коагулянт по патенту №2283286, выбранный в качестве прототипа, включающий соли алюминия, натрия, калия и алюмокремниевую кислоту, отличающийся тем, что нефелиновый коагулянт содержит 2/3 ионов алюминия, находящихся в составе солей и 1/3 ионов алюминия, находящихся в составе алюмокремниевой кислоты, причем мольное соотношение ионов алюминия в составе солей к общему количеству ионов алюминия в коагулянте составляет 2:3.

Низкая экономическая эффективность коагулянта объясняется малым содержанием активного действующего вещества, участвующего в непосредственно процессе коагуляции, в пересчете на 100% приходится около 5%. Коагулянт применяют для ограниченного числа отработанных жидкостей.

Техническая задача, решаемая предлагаемым технологическим средством для очистки производственных стоков, заключается в создании средства широкого спектра действия, позволяющее его применение для разложения водоэмульсионных, водных синтетических жидкостей разных марок и концентраций. Повысить эффективность средства по показателю цветности и мутности обработанной СОЖ.

Заявляется техническое средство для разложения отработанных эмульсионных смазочно-охлаждающих жидкостей и производственных стоков, включающее соли алюминия, калия, отличающееся тем, что средство содержит водный раствор коагулянта, деэмульгатора, депассиватора, флокулянта и стабилизирующей добавки в следующем составе, мас. %:

Средство получают последовательным введением в реактор с водой указанных ингредиентов при нормальных условиях и при перемешивании. Средство приготавливают с общей кислотностью равной 1-35 моль/дм куб. и водородным показателем рН не более 4,0. Определение общей кислотности технического средства выполнено на основе нейтрализации кислотных компонентов, входящих в состав средства, раствором гидроксида натрия молярной концентрации, равной 1 моль/дм куб. в присутствии индикатора фенолфталеина, согласно методике предприятия изготовителя. Массовая доля технического средства и режимы обработки стоков зависят от загрязнителей стоков.

Пример 1.

Разложение (доочистка водной фазы) отработанной СОЖ ВЕЛС-1.

Характеристика загрязнителей: механические примеси, масла, неэмульгированные масла, содержание нефтепродуктов составляет до 12 мас. %, рН около 10.

Приготовлен концентрат технического средства при соотношении компонентов, мас. %:

Общая кислотность приготовленного средства 2,5 моль/дм куб., показатель рН 3,5.

Для обработки с целью доочистки водной фазы разложенной СОЖ в реактор помещают 1000 мл СОЖ и вводят 3 мл приготовленного технического средства при перемешивании в точке ввода при быстрых оборотах лопастной мешалки и температуре окружающей среды 23-25°С. Перемешивание осуществляют в течение 3 минут. Затем мешалку выключают. Содержимое реактора оставляют для отстаивания в течение 10 минут. После истечения указанного времени наблюдают образование мелких хлопьев. По окончанию процесса отмечается удовлетворительная степень расслоения жидкости с явным образованием верхнего слоя, включающего хлопья и масляную пленку, удовлетворительное хлопьеобразование, при котором процесс хлопьеобразования прошел интенсивно с обильным выпадением осадка. Прозрачность жидкости ниже верхнего слоя составила 10 см. Легко отделяемые от СОЖ продукты (масла, механические примести, растворенные органические компоненты) не требуют процесса многостадийной переработки отходов.

Пример 2.

Разложение отработанной СОЖ ТЕХМОЛ. Характеристика загрязнителей та же: механические примеси, масла, неэмульгированные масла, содержание нефтепродуктов составляет до 12 мас. %, рН около 10.

Приготовлен концентрат технического средства при соотношении компонентов, мас. %:

Общая кислотность приготовленного средства 2,5 моль/дм куб., показатель рН 3,5.

В реактор с отработанной СОЖ в объеме 1000 мл вводят 4 мл приготовленного технического средства при перемешивании на быстрых оборотах мешалки и температуре окружающей среды 23-25°С. Перемешивание осуществляют в течение 3 минут. Затем мешалку выключают, а продукт перемешивания отстаивают в течение 10 минут. После истечения указанного времени наблюдают образование мелких хлопьев. Получены следующие результаты: удовлетворительная степень расслоения жидкости с явным образованием верхнего слоя, включающего масла, механические примести; в течение времени отстаивания наблюдался интенсивный процесс хлопьеобразования с обильным выпадением осадка. Прозрачность жидкости составила 10 см.

Пример 3.

Разложение отработанной СОЖ ВЕЛС-1М. Характеристика загрязнителей та же.

Приготовлен концентрат технического средства при соотношении компонентов, мас. %:

Общая кислотность приготовленного средства 3,4 моль/дм куб., показатель рН 2,8.

Для разложения отработанной СОЖ с целью доочистки водной фазы В реактор помещают СОЖ в объеме 1000 мл и вводят 1,5 мл приготовленного технического средства при перемешивании в точке ввода при быстрых оборотах лопастной мешалки и температуре окружающей среды 23-25°С. Перемешивание осуществляют в течение 3 минут. Затем мешалку выключают, а продукт перемешивания отстаивают в течение 10 минут. После истечения указанного времени наблюдают образование мелких хлопьев. Получены следующие результаты: удовлетворительная степень расслоения жидкости с явным образованием верхнего слоя, включающего масла, механические примести; в течение времени отстаивания наблюдался интенсивный процесс хлопьеобразования с обильным выпадением осадка. Прозрачность жидкости составила 12 см.

Пример 4.

Разложение отработанной СОЖ АВТОКАТ Ф-78. Характеристика загрязнителей та же: механические примеси, масла, неэмульгированные масла, содержание нефтепродуктов составляет до 12 мас. %, рН около 10.

Приготовлен концентрат технического средства при соотношении компонентов, мас. %:

Общая кислотность приготовленного средства 3,4 моль/дм куб., показатель рН 2,8.

В реактор с отработанной СОЖ в объеме 1000 мл вводят 2 мл приготовленного технического средства при перемешивании и температуре окружающей среды 23-25°С. Перемешивание осуществляют в течение 3 минут. Затем мешалку выключают, а продукт перемешивания отстаивают в течение 10 минут. После истечения указанного времени наблюдают образование мелких хлопьев. Получены следующие результаты: удовлетворительная степень расслоения жидкости с четким образованием верхнего слоя; в течение времени отстаивания наблюдался интенсивный процесс хлопьеобразования с обильным выпадением осадка. Прозрачность жидкости составила 12 см.

Кремниевая кислота в составе технического средства для разложение СОЖ применена в качестве флокулянта в количестве 0,1-0,3 мас. %, определенном опытным путем: при количестве менее ОД % кремниевой кислоты не выявлено заметного влияния ингредиента на эффективность свойств технического средства разложения СОЖ, а использование более 0,3% экономически не целесообразно. Сульфат алюминия-калия в составе средства играет роль стабилизирующей добавки, которая усиливает действие коагулянта сульфата алюминия. Стабилизирующие свойства в достаточной мере проявляются при количестве сульфата алюминия-калия 0,4-1 мас. %, и увеличение этого количества не целесообразно.

На примерах показаны возможности применения заявляемого средства для разложения водоэмульсионных жидкостей четырех марок, но приведенные примеры не исчерпывают весь перечень водоэмульсионных, водных синтетических СОЖ, для обработки которых может быть применено с высокой эффективностью указанное техническое средство. На предприятия металлообрабатывающей отрасли средство доставляют в готовом виде. Так как отработанные СОЖ имеют разные концентрации примесей (твердых частиц, неэмульгированных масел и др.), разные объемы суточной обработки, количество технического средства для разложения, добавляемого в емкость с отработанной СОЖ, подбирают индивидуально в зависимости от характера производства и определяют на основании предварительного анализа требуемого расхода следующим образом.

Пример 5.

1) В цилиндрический сосуд помещают 1 дм³ отдекантированной пробы отработанных СОЖ, перемешивают содержимое на быстрых оборотах, добавляют объем реагента ДОР-22, соответствующей предполагаемой дозе. Перемешивают в течение 3 минут. Затем мешалку выключают. Содержимое сосуда оставляют для отстаивания в течение 10 минут. После истечения указанного времени наблюдаем образование мелких хлопьев. Если результаты пробной доочистки жидкой фазы СОЖ не удовлетворяют требования, проводят повторную доочистку в этом же цилиндре с пробой, варьируя дозы реагента. Оптимальной считается дозировка реагента, при которой образуется обильно осаждающиеся и (или) всплывающие хлопья и осветленная вода имеет наибольшую прозрачность.

2) Определяют расход технического средства при пробном разложении. Пусть при плотности реагента 1,15 г/см³ было израсходовано на 1дм³ СОЖ 7 мл технического средства или 8 г/дм³. Определяют требуемый расход на участке разложения на предприятии: доза реагента 8 кг/м³.

Экспериментальное применение средства для разложения отработанных эмульсионных СОЖ и производственных стоков подтвердило его высокую эффективность по показателю цветности и мутности обработанной СОЖ. Разработанное средство относится к пожаро- и взрывобезопасным веществам и к 4 классу опасности по степени воздействия на организм человека, что в целом снижает негативное воздействие средства на окружающую среду.