Реферат: Проект очистки масло-шламовых сточных вод завода Топливная аппаратура электрохимическим методом

1.6    Применение электрохимических методов для очистки стоков

Как показывает практика применения электрохимических ме­тодов, они обладают существенными преимуществами перед тра­диционными методами обработки воды. И в первую очередь они дают возможность в большинстве случаев отказаться от приме­нения реагентов, реагентного хозяйства, что наряду со сниже­нием стоимости электроэнергии, позволяет прогнозировать на ближайшее время еще более широкое их распространение.

1.6.1   Электрокоагуляция

Этот метод зачастую оказывается более эффективным, чем реагентная коагуляция. Так, при очистке сто­ков от анионоактквных ПАВ типа сульфанол достигается сте­пень очистки 81,8% при плотности тока 0,5—0,7 А/дм2. Очистку проводили при повышенной температуре (40—55°С) с использованием железных и алюминиевых электродов при плотности тока 0,4—2,6 А/дм2 в проточном и стационарном режимах. Образующийся на поверхности электрокоагулятора пенный продукт удаляли скребковым устройством в пеносборник. Сточные воды, содержащие ПАВ, также обраба­тывали перед электрокоагуляцией хлоридом кальция, который предотвращал пассивацию электродов и соответственно увеличивал эффективность очистки, которая завершалась в течение 15—20 мин при плотности тока 1,0— 1,2 А/дм2. Концентрацию сульфанола удалось снизить с 850 до 40 мг/л и взвешенных веществ с 5460 до 25 мг/л при продолжительности электрокоагуляции 20 мин и плотности то­ка 2,5 А/дм2. Расход электроэнергии составил при этом 16 кВт-ч/м3.

Электрокоагуляционная очистка проводится при различных значениях рН среды. Например, очистку стоков от алкилсульфонатов осуществляют при рН=11—11,5. В этом случае в качестве щелочного реагента используется ок­сид кальция. При.использовании анода из алюминия, а катодов из меди при плотности тока до 3 А/дм2 за 20—30 мин содержа­ние алкилсульфонатов снижается с 3600 до 42,5 мг/л.

Небольшие концентрации ПАВ (около 100 мг/л) удаляют электрокоагуляцией без добавления нейтрализующих агент. При плотности тока 0,23—0,7 А/дм2, вре­мени пребывания сточной воды в межэлектродном пространст­ве 1—2 мин при последующем контакте гидроксидов железа с загрязняющими веществами в течение 10—15 мин содержание синтетического ПАВ снижалось с 94 до 4,2 мг/л. Расход электро­энергии составил 2,5 кВт-ч/м3. Для предупреждения пассива­ции электродов через 10—15 мин проводилась переполюсовка.

Рисунок 1

Технологическая схема установки для электрокоагуляционной очист­ки отработанных СОЖ

1- циклонный разделитель; 2—сборник сточной воды; 3 — сборник масла; 4—смеси­тель-нейтрализатор; 5— колонный электрокоагулятор; б—сборник отходов;7—источник  питания; 8 — насосы

Описывается установка для электрокоагуляционной очистки концентрированных маслоэмульсионных сточных вод, образующих в цехах металлообработки предприятий (рис. 1).

Установка включает предварительную обработку воды пу­тем ее подкисления до заданного значения рН среды, электро­коагуляцию и окончательное осветление. Блок предварительной подготовки воды, разработанный в соответствии с рекоменда­циями Харьковского отделения ВНИИВОДГЕО, состоит из при­емного сборника 2 (см. рис. 1) для накопления сточной воды, происходит усреднение качественного состава отработанной сборника 3 для приема отстоявшегося минерального масла, сме­сителя 4 для подкисления раствором соляной кислоты исходной щелочной эмульсии до рН=5,2—5,6, а также насосов 8 для пе­ремещения воды и емкости для хранения минеральной кислоты (на рис. 5.1 не показана). В приемном сборнике сточной воды происходит усреднение качественного состава отработанной СОЖ, осаждение абразивных и металлических частиц и отстой неэмульгированного масла, попадающего в воду из гидросистем смазки станков и в результате разрушения эмульсии в процес­се ее длительной эксплуатации. Отстоявшееся масло из сборни­ка направляется в отделение очистки для его повторного исполь­зования.

Усредненную жидкость из приемного сборника подают в сме­ситель для понижения щелочности среды. При подкислении от­работанной СОЖ, содержащей ПАВ, соляной кислотой проис­ходит вытеснение из молекул ПАВ ионов щелочных металлов (в частности, иона Na-) протонами сильной кислоты

RCOONa+H+®RCOOH+Na-, т. е. процесс сопровождается накоплением в эмульсии хлористо­го натрия.

Эмульсия из смесителя самотеком направляется в зону ко­агуляции колонного электрокоагулятора 5, где она смешивается с электролитом, содержащим электрогенерированный коагулянт, и мельчайшими пузырьками водорода, выделяющимися на по­верхности катода. В качестве электролита, подаваемого на электродный блок для образования гидроксида металла, приме­няют очищенную воду из отстойника.

Материалом для растворимого анода служит алюминий или его сплавы. Продукты анодного растворения алюминия непре­рывно удаляются из межэлектродного пространства восходя­щим потоком электролита и выделяющимся на электродах газом и смешиваются с очищаемой жидкостью в зоне над электродами. В результате взаимодействия гидроксида алюминия с капелька­ми масла и разрушения межфазной адсорбционной пленки на их поверхности происходит слипание (коалесценция) капелек. Об­разующиеся укрупненные частицы масла флотируются на по­верхность жидкости пузырьками водорода, а также транспортируются вверх потоком жидкости. Образующийся на поверхности жидкости слой отходов в виде пены непрерывно удаляется путем эжектирования сжатым воздухом.

Очищаемая вода подается в дополнительную зону флотации, расположенную в отстойной камере. В качестве материалов нерастворимых перфорированных кольцевых элект­родов применяется коррозионно-стойкая сталь. Создание в ко­лонном электрокоагуляторе второй зоны флотации позволяет значительно повысить производительность аппарата. Очищенная вода направляется на окончательное осветление в отстойник вер­тикального типа. Масляные шламы накапливаются в специаль­ном сборнике 6 и в дальнейшем направляются на заводы желе­зобетонных конструкций, где используются для смазывания ме­таллических форм взамен чистого минерального масла. Питание электрокоагулятора осуществляется от выпрямительного агрега­та ВАКР-1200. Подобная установка эксплуатируется длитель­ное время на Харьковском заводе «Серп и Молот» и может быть также использована для очистки воды, содержащей ряд других примесей: жиры, нефтепродукты, полимеры.

Авторами также предложена установка для регенера­ции отработанных эмульсий с использованием тех же колонных электрокоагуляторов, которые они считают наиболее перспектив­ными для удаления из системы загрязняющих веществ с после­дующим добавлением в очищенную жидкость недостающего ко­личества эмульсола. Это позволяет создать систему многократ­ного оборотного водоиспользования в цехах металлообработки.

Механизм регенерации отработанных эмульсий СОЖ заключается в селективном удалении из нее избыточного коли­чества частиц дисперсной фазы путем частичной коалесценции капелек масла электрогенерированным коагулянтом. Очищенная таким методом СОЖ удовлетворяет в основном требованиям технических условий к воде для приготовления рабочих раство­ров СОЖ. К таким условиям относятся заданная жесткость во­ды, коррелирующее действие водной эмульсии, склонность к пенообразованию, устойчивость пены и ряд других.

Схема регенерации отработанной эмульсии «Укринол-1» по указанному выше принципу реализована в цехе автоматических линий для обработки деталей на Мелитопольском заводе транс­портных гидроагрегатов. Схема установки представлена на рисунке 2. Установка состоит из четырех колонных электрокоагу­ляторов, работающих параллельно. Отработанная СОЖ из ем­костей насосами подается в коллекторы, расположенные в сред­них частях аппаратов. Одновременно в электродные блоки насо­сами подается чистая техническая вода (электролит) из отстой­ника, разделенного вертикальной перегородкой на две части.

Расходы отработанной эмульсии и электролита контролиру­ются ротаметрами. Процесс очистки длительно эксплуатируемой

Рисунок 2

Технологическая схема регенерации отработанной эмульсии

«Укри­нол-1» с использованием колонных электрокоагуляторов:

1 — электрокоагулятор: 2— циклон; 3, 4 — сборники отходов и отработанной эмульсии; 5, 6—сборники электролита и очищенной воды; 7 — насосы: 8— ротаметры

СОЖ осуществляется в электрокоагуляторах путем ее смеше­ния с восходящим потоком электролита, предварительно насы­щенного гидроксидом металла растворимых электродов. В ре­зультате коалесценции капелек эмульгированного масла, а так­же коагуляции механических примесей с последующей флота­цией шлама на поверхность жидкости она освобождается от за­грязнений и подается в отстойник, а затем в отделение приго­товления свежей эмульсии. Там в нее добавляется эмульсол «Укринол-1» в количестве, достаточном для получения заданной концентрации (обычно 3—5%) эмульсии СОЖ.

1.6.2  Очистка с использованием нерастворимых электродов

При­менение нерастворимых электродов для очистки стоков от орга­нических загрязнений является технологически выгодным, поскольку в данном случае не требуется значительного расхода ме­талла на электроды и не образуются в большом количестве осад­ки гидроксидов металлов, которые необходимо удалять на захо­ронение или утилизацию. Однако эффект очистки стоков от ПАВ несколько меньше, чем при использовании растворимых элек­тродов.

Так, при использовании анода ОРТА (титан, покрытый ак­тивным слоем окисла рутения), который не растворяется в про­цессе электролиза, эффект очистки по ХПК составлял 70—80%, по синтетическому ПАВ— 75%. При этом время обработки око­ло 10—15 мин при плотности тока 2 А/дм2. Если при боль­шом расходе стоков (до 2000 м3/сутки) осуществлять перевод СПАВ в пену в основном с помощью сжатого воздуха при интен­сивной его подаче [25—30 м3/(м2*ч)], то в случае использова­ния сульфокислот степень извлечения составит всего 30—40%.

Иногда нерастворимый анод сочетается с растворимым при катодной поляризации электрода из алюминия. Этот способ обеспечивает эффект очистки по ХПК 82% при добавлении 20 г/л хлорионов и плотности то­ка 1 А/дм2.

Увеличение эффективности очистки стоков от ПАВ дости­гается путем последовательной их обработки сначала в электро­флотаторе при добавлении раствора хлористого натрия, а затем в электролизере с нерастворимыми электродами, где происхо­дит деструкция оставшихся органических загрязнений. В дальнейшем стоки обрабатываются в кон­тактном резервуаре и узле дехлорирования. При использовании электрофлотации серьезным технологическим затруднением яв­ляется пенообразование, которое г'асят острым паром, а также предлагается специальный узел, состоя­щий из сборника пенного конденсата, подсоединенного к элек­трофлотатору, электролизера с растворимыми электродами (из железа или алюминия), электролизера с нерастворимыми элек­тродами с отстойником, из которого очищенная жидкость воз­вращается в производство.

Подводя итоги рассмотрению методов очистки сточных вод от ПАВ, можно подчеркнуть, что весьма эффективно очищаются в основном воды с небольшим количеством этих веществ (до 100 мг/л). Концентрации порядка 200 мг/л называются высо­кими.

Для получения удовлетворительного эффекта сточные воды обычно необходимо подвергать обработке комбинированными способами. В них способы чередуются в определенной последо­вательности и каждый предыдущий способ устраняет отрица­тельное влияние какого-либо компонента сточных вод на после­дующие операции, и так до получения воды, пригодной для пов­торного использования, направления на биологическую очистку или спуска в водоемы.

Очистка вод, содержащих концентрации ПАВ более 1 г/л, отражена в литературе меньше. Однако здесь проявляется до­вольно четкое мнение о наибольшей перспективности электро­химических методов для очистки концентрированных стоков.

1.7 Физические методы

К ним относятся электрогидравлический, ультразвуковой, электростатический, радиационный и магнит­ный методы, причем два последних имеют хорошую перспективу внедрения для повышения эффективности ранее рассмотренных методов очистки от ПАВ Радиационная очистка воды - самый быстрый метод, скорость которого зависит от количества энергии излучения, подаваемой в единицу време­ни. Этот метод не требует введения в воду новых химических реагентов и протекает в одну стадию Под действием радиации в сточной воде происходят окисление, полимеризация, коагуля­ция и разложение загрязняющих веществ

Для удаления 90—95% ПАВ при начальной концентрации 200 г/м3 необходима доза облучения 60Со 106 Рад При наличии в воде кислорода процесс ускоряется Сильное влияние на ра­диационное разрушение ПАВ оказывает рН воды В щелочной среде тетрапропилен- и пентапропиленбензосульфонаты вообще не разлагаются. В нейтральной среде указанные ПАВ разруша­ются слабой кислой среде скорость разложения значительно возрастает. Продукты радиализа играют главную роль в процес­се превращения ПАВ. Показано, что при радиализе сульфанола, эмульгатора некаля, ОП-7, ОП-9 для полного удаления ПАВ при их начальной концентрации 100 г/м3 необходима доза 0,4—0,5 МРад. При этом поверхностное натяжение раствора становится равным 70 мН/м и пенообразование не происходит. Барботаж воздуха, увеличивает степень разрушения указанных веществ вдвое. При облучении дозой 0,3—0,5 МРад раствор некаля приобретает способность разлагаться биологически. Присутствие неорганических и органических примесей не влияет на радиационное разложение ПАВ.

Магнитная обработка также относится к тем методам, кото­рые позволяют интенсифицировать процесс очистки воды без до­бавления специальных реагентов, в свою очередь загрязняющих окружающую среду и препятствующих применению замкнутого водооборота. Установлено, что при воздействии на воду магнитного поля улучшается флотация взвешенных веществ, ускоряются их осаждение и агрегация, изменяется структура образующегося осадка. Остаточная концентрация взвешенных ве­ществ снижается в 1,5 раза, а время осаждения — в 2 раза. Раст­воренное железо превращается в магнитные оксиды, которые легко удаляются из воды в магнитных полях вместе с адсорби­рованными на них загрязняющими веществами.

Преимущества метода электромагнитной обработки заключа­ются в невысокой стоимости оборудования и малых эксплуата­ционных расходах. В частности, расходы на электроэнергию со­ставляют 0,05—0,2 к. на 1 м3 воды.

2.1 Характеристика масло-шламовых стоков.

Масло-шламовый сток представляет устойчивую систему фаз:

-     Эмульсии минеральных масел и СОЖ в воде;

-     Суспензии механических взвесей, абразивных и механических частиц;

-     Раствора солей моющих и пассивирующих составов поверхностно-активных веществ (ПАВ) и солей жёсткости.

Эмульсия масел в воде имеет значительную собственную устойчивость характеризующуюся тем, что на поверхности микрокапель масла образуется адсорбционно-сольватный слой молекул эмульгатора (воды и ПАВ), обладающий повышенными структурно-механическими свойствами: вязкостью, упругостью, прочностью, препятствующими сливанию капель.

При перекачивании сточных вод насосами происходит дополнительное диспергирование частиц масла и образование ещё более тонкой и устойчивой эмульсии. Наиболее тонко частицы масла диспергированы в сточных водах, содержащих СОЖ.

Общее количество поступающих от основного моечного оборудования загрязнений отличается по количеству и составу в разные дни недели, но при отсутствии дополнительных источников м.ш. стока, закономерность изменения  постоянно в течение недели.

Таблица 1. Состав сточной воды

Для омыленных тяжёлых нефтепродуктов и синтетических моющих средств характерна высокая прилипаемость к электродам, способствующая их зашламлению.

По завершении рабочего дня в конце рабочей недели происходит залповый выброс нефтепродуктов при сливе рабочих растворов моечных машин.

2.2 Состав сточной воды после очистки

Состав сточной воды после очистки представлен в табл.2

Таблица 2. Состав сточной воды после очистки

2.3 Описание технологической схемы.

Масло-шламовые стоки из цеха самотёком поступают в приёмную ёмкость (Е-001), расположенную в подвале, с временем пребывания стоков 2 часа. Из приёмной ёмкости стоки насосами подаются в буферную ёмкость смеситель (Е-002), где обрабатываются серной кислотой. Подготовленные таким образом стоки подаются на электрокоагуляторы (Пн-003), в которых очищаются способом, представленным ниже.

Страницы: 1, 2, 3