Исследование очистки маслосодержащих сточных вод металлургического предприятия с применением полимерных флокулянтов
Новопольцева Оксана Михайловна,
доктор технических наук, профессор,
Шиловская Ангелина Евгеньевна,
студент магистратуры.
Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета.
В статье рассмотрено влияние химических реагентов на степень очистки сточной воды оборотного цикла металлургического производства, выбраны реагенты для очистки сточной воды от преимущественно органических загрязнителей и представлены результаты анализов, демонстрирующие результативность выбранных реагентов.
Ключевые слова: флокулянт, коагулянт, полиоксихлорид алюминия, оксихлорид алюминия, сточные воды, СОЖ, водоочистка.
Введение
Процесс изготовления готовой продукции на металлургическом предприятии включает в себя ряд технологических операций, в ходе которых в промышленные сточные воды попадают различные загрязняющие вещества: нефтепродукты, смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), твердые примеси различной степени дисперсности – окалина, стекло, графит и т.д.
И если для удаления из воды механических примесей достаточно организовать правильную работу отстойников, в которых сточная вода будет очищаться физическим методом – то есть путем отстаивания, то удаление из воды СОЖ по-прежнему остается нерешенной задачей.
Смазочно-охлаждающие жидкости применяются в машиностроительном и металлургическом производстве при изготовлении и обработке металлических изделий. Они представляют собой многокомпонентные системы, содержащие базовую основу (воду, минеральное масло) и присадки, обеспечивающие комплекс физико-химических, технологических и эксплуатационных свойств. СОЖ оказывают непосредственное влияние на производительность процесса, антикоррозионные свойства металла и качество обработки материалов, осуществляя охлаждающее, смазочное и моющее действия.
Несмотря на преимущества использования СОЖ с точки зрения технологического процесса, они представляют собой источник экологической нагрузки предприятия. Существующие СОЖ биологически нестабильны, коррозионно-активны, токсичны и экологически опасны [3, 5]. Увеличение объема применения СОЖ приводит к возрастающим платежам за сбросы и хранение токсичных веществ либо требует определенных мероприятий и затрат по предотвращению их попадания в объекты окружающей среды, в частности, строительство специализированных очистных сооружений, установок по детоксикации, утилизации и т. д.
Состав сточных вод, содержащих СОЖ, отличается высокой сложностью и разнообразием. По дисперсионному составу загрязнения в сточных водах могут быть в свободном, эмульгированном и растворенном состоянии. Наибольшую опасность и сложность удаления представляют сточные воды, содержащие эмульгированные продукты.
Целью работы является исследование реагентного метода очистки маслосодержащих сточных вод и подбор оптимального реагента (коагулянта/флокулянта) для увеличения степени осветления и снижения ХПК.
Экспериментальная часть
В лабораторных испытаниях были опробованы коагулянты: сульфат железа, сульфат алюминия, полиоксихлорид алюминия, полидиаллилдиметиламмония хлорид (полиДАДМАХ), полиамин ПК-35, ВПК-402 (водорастворимый катионный полиэлектролит), органические полимерные коагулянты производства Налко [7]. Для интенсификации процесса добавляли различные типы флокулянтов: катионный флокулянт PRAESTOL (650BC, 530, 2530) и полимерные флокулянты на основе полиакриламида, которые могут способствовать выводу нефтепродуктов и твёрдых загрязнений.
При совместном использовании коагулянт и флокулянт добавляли в следующем порядке: в пробу дозировали коагулянт, интенсивно перемешивали раствор с помощью погружной мешалки при 200 об/мин, спустя 1 минуту дозировали флокулянт, затем продолжали перемешивать 1 минуту при скорости мешалки 40 об/мин. Отстаивание сточной воды с добавлением реагентов проводилось в течение 10 минут, отбор аликвоты воды для анализа осуществлялся из середины объема.
Степень очистки маслосодержащих сточных вод оценивали по степени осветления воды после добавления реагентов визуальным методом и путем измерения оптической плотности на спектрофотометре при длине волны 450 нм в кюветах рабочей длиной 10 мм. Пробы с реагентами, которые показали хороший результат при оценке степени очистки, подвергали исследованию ХПК.
Обсуждение результатов
При очистке воды методом отстаивания в ней могут накапливаться эмульгированные масла [6]. Это связано с тем, что в составе маслосодержащих сточных вод присутствуют эмульгаторы (поверхностно-активные вещества, ПАВ), предназначенные для создания устойчивой водомасляной эмульсии, которые трудно извлекаются при очистке вод. Длительные сбросы СОЖ в воду приводят к накоплению значительного количества масел СОЖ и эмульгаторов.
Для разрушения эмульсии необходимо уменьшить поверхностный заряд коллоидных частиц, таким образом дестабилизировать коллоидную систему и способствовать увеличению сил, приводящих к агрегации частиц. Это можно сделать с помощью химических реагентов: коагулянтов и флокулянтов. Для очистки воды от эмульгированных масел были исследованы как индивидуальные коагулянты и флокулянты, так и их смеси, хорошо зарекомендовавшие себя на практике при очистке маслосодержащих вод [1, 2, 4].
Первоначальная оценка производилась визуальным методом. Исследуемую воду наливают в хорошо освещенный стакан с одинаковой высотой слоя. Рассматривают воду сверху, на белом фоне. За положительный результат принималось следующее – разделение эмульсии, выпадение или всплытие осадка, снижение мутности, появление укрупненных частиц шлама.
Использование высокомолекулярных коагулянтов дало положительный результат лишь в нескольких испытаниях и при дозировке более 100 мг/л. При уменьшении концентрации степень осветления воды, оцениваемая визуальным методом, резко ухудшалась (рис.2). Использование высокомолекулярных коагулянтов в высоких дозировках экономически не выгодно и экологически не целесообразно, так как увеличиваются объемы образовавшихся осадков.
Рис. 2. Зависимость оптической плотности воды от концентрации высокомолекулярного коагулянта.
Добавление в «грязную» воду неорганических коагулянтов может быть экономически оправданным, так как данные реагенты имеют достаточно низкую стоимость. Однако, имеются и недостатки – дозировки больше, чем у полимерных коагулянтов в 10-100 раз, в воду вносятся сульфаты, хлориды и др. в результате чего увеличивается солесодержание.
Применение сульфата алюминия дало устойчивое осветление при дозировке 500-1000 мг/л (рис.3). Добавление сульфата железа также способствовало осветлению воды, но кроме этого появилась остаточная цветность – желтый оттенок, обусловленный неполным гидролизом железа.
Рис. 3. Зависимость оптической плотности воды от концентрации Al2(SO4)3.
Использование высокомолекулярных флокулянтов приводит к образованию и всплытию маслянистых сгустков, но полного осветления воды не происходит, так как сохраняется остаточная мутность.
Проведенные исследования показали, что наиболее эффективный результат был достигнут при добавлении реагента Налко 7752 (водорастворимый реагент на основе полиакриламида) при дозировке 10 мг/л, уменьшение дозировки приводит к увеличению времени осаждения взвеси, так как образуются мелкодисперсные частицы загрязнителей (рис.4).
Рис. 4. Зависимость оптической плотности воды от концентрации Налко 7752.
Для повышения интенсивности процесса осветления было проведено комбинированное применение композиции коагулянт-флокулянт.
Добавление коагулянта способствует первичному разрушению коллоидной системы, объединению мелкодисперсных частиц в более крупные, которые осаждаются под действием силы тяжести. Таким образом, из системы выводятся эмульсированные загрязнители и интенсифицируется осаждение крупных взвесей.
Для дальнейшего эффективного осаждения добавляют полимерный флокулянт, который способствует укрупнению частиц, образованных в результате действия коагулянта, и скорейшему их осаждению за счет большего веса частиц.
Плохое осветление пробы, отсутствие осадка показали реагенты: сульфат алюминия, сульфат железа.
Незначительное осветление пробы, отсутствие осадка наблюдалось при добавлении в пробу воды высокомолекулярных коагулянтов.
Осветление пробы с небольшим количеством осадка отмечалось при добавлении полиоксихлорида алюминия в пробу сточной воды.
В ходе лабораторных испытаний и различных сочетаний коагулянта и флокулянта наилучший результат показала реагентная пара полиоксихлорида алюминия (0,015 г/л) и Налко 7752 (0,001 г/л) - рис.5.
Рис. 5. Осветление воды наиболее эффективными композициями реагентов
1 – исходная проба; 6 – проба после совместного применения полиоксихлорида алюминия и флокулянта фирмы Налко 7752; 7 – проба после совместного применения сульфата алюминия и флокулянта фирмы Налко 7752.
Выводы
В результате проведенных исследований был подобран метод очистки промышленных сточных вод металлургического предприятия от эмульсированных СОЖ и нефтепродуктов. Путем лабораторных исследований реагентов и их комбинаций была подобрана эффективная реагентная композиция коагулянт (полиоксихлорид алюминия) и флокулянт (Налко 7752).
Литература
1. Багаутдиова Г. Ю. Исследование влияния флокулянта RPAESTOL 650BC и сульфата алюминия в качестве коагулянта на степень очистки оборотной воды / Г. Ю. Багаутдиова, А. К. Свидерский // Вестник инновационного евразийского университета. – 2014 №1. – С. 95-98.
2. Белевич А. А. Изучение возможности применения микроскопического метода для оценки эффективности коагулянтов / А. А. Белевич, Н. П. Какуркин // Успехи в химии и химической технологии. – 2015 №3(162) том 29. – С. 112-114.
3. Мельникова Д. В. Анализ токсикологического воздействия смазочно-охлаждающих технологических средств промышленных предприятий на организм человека и окружающую среду / Д. В. Мельникова, Д. А. Волков // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-7. – С. 1555-1559.
4. Невструев А. Н. Очистка сточных вод производства горячего проката ОАО "НЛМК" / Невструев А. Н., Самойлов С.В., Горбунов А.В. // Экология и промышленность России. – 2011. – 2011 №9. – С. 4-7.
5. Хамидуллова Л. Р. Классификация и комплексная оценка смазочно-охлаждающих жидкостей по степени воздействия на человека и биосферу / Л. Р. Хамидуллова, А. В. Васильев // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – Т. 13, № 5. – С. 279-281.
6. Худобин Л. В. Техника применения смазочно-охлаждающих средств в металлообработке: справочное пособие / Л. В. Худобин, Е. Г. Бердичевский. – Москва : Машиностроение, 1977 – 189 с.
7. Шаповалова Л. Г. Эффективное удаление загрязнителей маслосодержащих сточных вод оборотного цикла промышленных предприятий [Электронный ресурс] / Л. Г. Шаповалова, О. М. Новопольцева, А. Е. Левковская // 16-я научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава ВПИ (филиал) ВолгГТУ (г. Волжский, 23-27 января 2017 г.). В 2 ч. Ч. 2 / под ред. С.И. Благинина ; ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2017. - C. 109-111. – Режим доступа : http://www.volpi.ru/files/science/science_conference/16npkpps/16npkpps_pt2.pdf.
Поступила в редакцию 23.05.2018 г.