Промышленные системы водоснабжения и водоотведения. Ресурсосберегаю
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
А.Г. Мелехин
ПРОМЫШЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ. РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ВОДЫ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2014
УДК 628.179 М47
Рецензенты: технический директор ПКП «Адсорбер», эксперт РФ по системам водоочистки
В.И. Шувалов;
канд. техн. наук, ст. научный сотрудник, зам. генерального директора по науке ПКП «Адсорбер»
В.В. Солнцев
Мелехин, А.Г.
М47 Промышленные системы водоснабжения и водоотведения. Ресурсосберегающие технологии очистки воды : учеб. пособие / А.Г. Мелехин. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. – 122 с.
ISBN 978-5-398-01195-1
Рассмотрены проблемы ресурсосбережения при очистке загрязненных вод сложного состава на примере формирования и очистки моечных вод в оборотных системах водопользования.
Предназначено для студентов, магистрантов, аспирантов и специалистов, занимающихся изучением данных проблем, а также практическим применением технологических комплексов очистки загрязненных вод.
УДК 628.179
ISBN 978-5-398-01195-1 |
© ПНИПУ, 2014 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение................................................................................................... |
6 |
Глава 1. Состав и свойства загрязненных моечных вод .......... |
9 |
1.1. О составе водных растворов моющих средств .................. |
9 |
1.1.1. Синтетические моющие средства............................. |
9 |
1.1.2. Поверхностно-активные вещества......................... |
11 |
1.1.3. Электролитические компоненты............................ |
14 |
1.2. О влиянии отдельных ингредиентов |
|
на характер общего загрязнения моечных вод ................ |
17 |
1.2.1. Характеристика загрязнений моечных вод ........... |
17 |
1.2.2. Взаимодействие ПАВ с ионами сточных |
|
вод.............................................................................. |
18 |
1.2.3. Взаимодействие ПАВ с эмульгированными |
|
и суспендированными частицами |
|
сточных вод............................................................... |
24 |
1.3. Условия формирования коллоидной системы |
|
загрязненных моечных вод................................................ |
26 |
1.3.1. Физико-химия моющего действия ......................... |
26 |
1.3.2. Технологические аспекты образования |
|
устойчивых загрязнений.......................................... |
29 |
1.4. Виды стабилизации частиц загрязнений |
|
и модель мицеллы загрязнений моечных вод.................. |
35 |
1.4.1. Виды стабилизации частиц загрязнений ............... |
35 |
1.4.2. Модель мицеллы загрязнений моечных вод ......... |
38 |
1.5. Мицеллярные свойства загрязненных моечных вод....... |
38 |
1.5.1. Критическая концентрация |
|
мицеллообразования ................................................ |
38 |
1.5.2. Солюбилизация загрязнений................................... |
43 |
Контрольные вопросы по главе 1............................................... |
44 |
3
Глава 2. Методы исследований |
|
загрязненных моечных вод............................................... |
45 |
2.1. Показатели загрязненности. Понятия и определения ..... |
45 |
2.2. Методы анализа загрязненных моечных вод ................... |
46 |
2.3. Исследование процессов очистки |
|
загрязненных моечных вод................................................ |
53 |
2.4. Методы определения качества очистки |
|
загрязненных поверхностей вторичными растворами |
|
на основе очищенных вод.................................................. |
56 |
Контрольные вопросы по главе 2............................................... |
59 |
Глава 3. Устойчивость и способы разрушение структуры |
|
дисперсных систем загрязненных моечных вод........ |
60 |
3.1. Методика оценки устойчивости системы. |
|
Влияние состояния стабилизатора системы |
|
на ее устойчивость.............................................................. |
60 |
3.2. Исследование устойчивости частиц загрязнений |
|
к коалесценции при центрифугировании......................... |
65 |
Контрольные вопросы по главе 3............................................... |
66 |
Глава 4. Методы селективной очистки |
|
загрязненных моечных вод............................................... |
67 |
4.1. Классификация способов очистки |
|
загрязненных моечных вод................................................ |
67 |
4.2. Селективные методы очистки загрязненных |
|
моечных вод, содержащих синтетические |
|
моющие средства................................................................ |
68 |
4.2.1. Гравитационное и центробежное разделение....... |
68 |
4.2.2. Фильтрование........................................................... |
74 |
4.2.3. Метод регулирования рН ........................................ |
80 |
4.2.4. Реагентная сорбционная очистка |
|
(соосаждение при химической обработке |
|
загрязненных моечных вод) ................................... |
81 |
4
4.3. Метод определения необходимой степени |
|
очистки оборотных вод...................................................... |
88 |
4.3.1. Моделирование процесса очистки |
|
загрязненных моечных вод |
|
в оборотных системах водопользования................ |
88 |
4.3.2. Нахождение рационального режима очистки....... |
96 |
4.4. Влияние продуктов химического взаимодействия |
|
на солесодержание и технологические свойства |
|
оборотных моечных вод..................................................... |
98 |
4.4.1. Влияние солей натрия.............................................. |
98 |
4.4.2. Влияние солей поливалентных металлов.............. |
99 |
Контрольные вопросы по главе 4............................................. |
100 |
Глава 5. Технологии и установки для очистки |
|
загрязненных моечных вод............................................ |
101 |
5.1. Общие подходы к построению технологической |
|
схемы очистки загрязненных моечных вод.................... |
101 |
5.2. Установки для очистки загрязненных моечных вод ..... |
106 |
5.2.1. Установка для очистки загрязненных моечных |
|
вод от всплываемых загрязнений (масел) ........... |
107 |
5.2.2. Установка для сбора оседаемых загрязнений |
|
(осадков) ................................................................. |
108 |
5.2.3. Установки для очистки загрязненных |
|
моечных вод от суспендированных |
|
и эмульгированных частиц.................................... |
109 |
5.2.4. Технологическая установка со встроенными |
|
системамиочисткизагрязненных моечныхвод..... |
110 |
5.3. Утилизация уловленных нефтепродуктов и осадков.... |
112 |
5.4 Технические приложения.................................................. |
115 |
Контрольные вопросы по главе 5............................................. |
120 |
Список литературы........................................................................... |
121 |
5
ВВЕДЕНИЕ
В учебном пособии рассмотрены ресурсосберегающие технологии очистки воды при оборотном использовании в системах промышленного водоснабжения и водоотведения на примере процессов формирования и очистки загрязненных моечных вод.
Рассмотрение данного материала целесообразно на завершающем этапе обучения . Новизна настоящего пособия в том, что учебный материал рассматривается на конкретном примере решения практической задачи разработки систем водопользования моечных комплексов и на современном научном уровне.
Знакомство с методами очистки воды при оборотном использовании воды начинается с описания состава и свойств загрязненных вод, способа их формирования и изучения влияния отдельных ингредиентов на характер общего загрязнения. Это очень важно, так как точное знание этих вопросов позволит правильно выбрать технологию очистки воды.
Далее приведены методы анализа и испытаний воды с учетом их использования в оборотном цикле, современные приборы химического анализа, методы обработки данных.
Рассмотрены некоторые теоретические вопросы такого главного понятия, как устойчивость системы загрязнений.
Приведены методы очистки воды: отстаивание, фильтрование, реагентная обработка и ряд других. Материал дан с ориентацией на разработку технологии очистки загрязненных моечных вод.
Создание на промышленных предприятиях систем использования воды в оборотном цикле связано с необходимостью нового подхода к постановке научных исследований, проектированию, выбору рациональных методов очистки сточных вод, а также к технико-экономической оценке систем очистки с учетом научно-обоснованных требований к качеству используемой
6
воды и необходимой степени ее очистки; разработке селективных методов очистки сточных вод.
Очистка загрязненных (сточных) вод с целью их оборотного использования имеет свои особенности, которые заключаются в необходимости сохранения полезных компонентов при удалении загрязнений из объема очищающей среды. Это обстоятельство предопределяет разработку селективных методов очистки загрязненных вод, избирательно направленных на отдельные ингредиенты общего загрязнения.
Не менее важен вопрос выбора рационального режима очистки на основе метода оптимизации процесса очистки оборотного цикла использования воды.
Важным этапом в разработке системы оборотного использования воды является оценка эксплуатационных свойств очищаемых вод.
Взаимодействие между стабилизатором эмульсии (синтетическим моющим средством) и деэмульгатором (реагентом) указывает на существование некоторого оптимального режима очистки, при котором удалены загрязнения и максимально возможно сохранены эксплуатационные свойства вод, определяемые в нашем случае компонентами синтетических моющих средств.
За основные критерии очистки принимаются две подлежащие оптимизации характеристики воды: остаточное содержание загрязнения и эксплуатационная характеристика оборотных вод. Введение второго параметра оптимизации является главной отличительной чертой моделирования процесса очистки оборотных вод.
В завершение рассмотрения темы даны технологическая схема и установки для очистки воды.
Разработка и создание оборотных систем водопользования с применением ресурсосберегающих технологий очистки загрязненных вод актуальны. В учебном пособии даны общие подходы к решению задач разработки технологий очистки за-
7
грязненных вод, обеспечивающих сохранение и повторное использование ценных компонентов и исключающих загрязнение окружающей среды. По аналогии можно проводить исследования других групп загрязненных вод.
Пособие предназначено для студентов, магистрантов, аспирантов, специалистов, занимающихся изучением данных проблем, а также практическим применением технологических комплексов очистки загрязненных вод.
Материал пособия структуирован по главам в соответствии с модулями рабочей программы дисциплины и обеспечивает возможность для реализации модульной технологии организации учебного процесса, что способствует максимальному пониманию и усвоению этого материала.
8
ГЛАВА 1. СОСТАВ И СВОЙСТВА ЗАГРЯЗНЕННЫХ МОЕЧНЫХ ВОД
1.1. О СОСТАВЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
МОЮЩИХ СРЕДСТВ
1.1.1. Синтетические моющие средства
По современным научным представлениям моющее действие водных растворов синтетических моющих средств (СМС) определяется комплексом их свойств: смачивающей, эмульгирующей, пептизирующей, солюбилизирующей и пенообразующей способностями. Основой современных синтетических моющих средств являются поверхностно-активные вещества (ПАВ). Благодаря им водный раствор имеет высокие эксплуатационные характеристики. Современные моющие композиции отвечают требованиям технологии моечных операций. В рецептуры СМС входят анионоактивные и неионогенные поверхностноактивные вещества. В настоящее время наметилась тенденция применения ПАВ неионогенного типа благодаря их высокой моющей способности. Следует отметить, что на практике получают широкое распространение смеси ПАВ. Поверхностно-активные вещества, применяемые в промышленности, стойки кжесткой воде, к растворам кислот и щелочей.
Создание замкнутых комплексов водопользования в технологии моечных операций исключает сброс вод, содержащих ПАВ, в водоемы и дает возможность применения любых синтетических моющих средств. Ниже представлены широко применяемые ПАВ и их основные свойства, а также приведены рецептуры некоторых синтетических моющих средств
(табл. 1.1, 1.2).
9
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
1 . 1 |
||
Рецептуры некоторых синтетических моющих средств |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Компоненты |
Наименование препарата, содержаниекомпонента, % |
|||||||
моющегоср-ва |
МЛ-52 |
СМ-15 |
СМ-37 |
МС-8 |
МС-15 |
МС-18 |
|
Темп |
ПАВ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Смачиватель ДБ |
8,2 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
– |
Сульфанол |
1,8 |
– |
20 |
– |
– |
– |
|
– |
ОС-20 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|
– |
Синтанол ДС-10 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|
1,5 |
Синтамид-5 |
– |
10 |
– |
8 |
– |
– |
|
– |
Оксифоз КД-6 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|
0,5 |
Синтамид-510 |
– |
– |
– |
– |
6 |
8 |
|
– |
Добавки: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Полифосфаты |
|
|
|
|
|
|
|
|
натрия |
30 |
50 |
40 |
25 |
24 |
26 |
|
40 |
Силикатынатрия |
10 |
– |
– |
29 |
28 |
32 |
|
20 |
Кальцинирован- |
50 |
30 |
20 |
38 |
42 |
34 |
|
26 |
ная сода |
|
|
|
|
|
|
|
|
Сульфат натрия |
– |
10 |
20 |
– |
– |
– |
|
12 |
Т а б л и ц а 1 . 2
Характеристика поверхностно-активных веществ
Класс |
Тип |
Торговое |
Содержание |
Стойкость |
|
активного |
кбиохим. |
||||
название |
|||||
|
|
вещества, % |
распаду |
||
|
|
|
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Анионо- |
Алкилсульфаты |
Новость |
40 |
Мягкий |
|
активные |
(первичные) |
|
|
|
|
|
Алкилсульфаты |
Прогресс |
20–30 |
–» – |
|
|
(вторичные) |
|
|
|
|
|
Алкилсульфона- |
Сульфонат |
90 |
–» – |
|
|
ты |
ДНС |
35–60 |
–» – |
|
|
Алкиларилсуль- |
Сульфанол НП-1 |
50 |
Мягкий |
|
|
фонаты |
Хлорный |
45 |
Средний |
|
|
|
Сульфанол |
|
|
|
|
|
Сланцевый |
30 |
–» – |
|
|
|
Сульфанол |
|
Жесткий |
|
|
|
ДС-РАС |
45–55 |
10