Промышленные системы водоснабжения и водоотведения. Ресурсосберегаю

О к о н ч а н и е т а б л . 1 . 2

1.1.2. Поверхностно-активные вещества

Для приготовления моющих средств применяют анионоактивные и неионогенные ПАВ. К числу анионоактивных ПАВ относятся алкилсульфаты, алкилсульфонаты и алкиларилсульфонаты.

Алкилсульфаты представляют собой натриевые соли кислых эфиров высокомолекулярных спиртов жирного ряда и серной кислоты, отвечающие формуле

R − OSO3 Na,

где R – углеводородный радикал.

Различают первичные и вторичные алкилсульфаты. Первичные алкилсульфаты получают путем сульфатирования первичных жирных спиртов споследующей нейтрализацией щелочью.

Вторичные алкилсульфаты получают сульфированием олефинов, выделенных при крекинге парафинов. Вторичные алкилсульфаты по моющему действию уступают первичным, их моющая способность составляет 70–80 % от моющей способности первичных алкилсульфатов.

Алкилсульфонаты представляют собой натриевые соли сульфокислот жирного ряда, имеющие общую формулу

R − SO3 Na.

11

Для производства алкилсульфонатов используют парафинистые фракции керосина. Алкилсульфонат, применяющийся в производстве СМС, представляет собой пасту или чешуйки светло-желтого цвета с содержанием активного вещества соответственно 60 и 90 %. Алкилсульфонаты обладают хорошей смачивающей и эмульгирующей способностью, однако их моющее действие ниже, чем у алкилсульфатов и алкиларилсульфонатов. Выпускаются алкилсульфонаты под названием «сульфонат». Условно можно отнести к алкилсульфонатам и продукт ДНС (динатриевая соль моноэфира сульфоянтарной кислоты), полученный в ВНИИПАВ. ДНС в общем виде имеет следующее строение:

R−OCO−CH2−CH−COONa

SO3Na

Алкиларилсульфонаты представляют собой натриевые соли алкиларилсульфокислот и имеют общую формулу

где R – углеводородный радикал.

Сырьем для производства алкиларилсульфонатов служат керосиновые фракции нефти, парафин, легкие фракции сланцевой смолы и пропан-пропиленовые фракции газа. Товарное название отечественных алкиларилсульфонатов обычно «сульфонол». При производстве СМС наибольшее распространение получили сульфонол НП-1, сульфонол НП-3, хлорный сульфонол, сланцевый сульфонол и продукт ДС-РАС (детергент советский – рафинированный алкиларилсульфонат).

Все большее распространение в последнее время получают неионогенные ПАВ: смеси полиэтиленгликолевых эфиров или высших жирных спиртов. Основным сырьем для производства неионогенных ПАВ служат окись этилена и в зависимости от вида соединения – фенол или высшие жирные спирты.

12

Отечественные продукты – смеси полиэтиленгликоленовых эфиров алкилфенолов имеют общую формулу

где R – алкильный остаток; R1= R; n равно в среднем 4,7 и 10.

Взависимости от n продукты имеют марку ОП−4, ОП−7

иОП−10.

При использовании для оксиэтилирования высших жирных спиртов получают продукты с общей формулой

R − O − (CH2CH2O)n H,

где R − остаток жирного спирта; n = 10−20.

Отечественные продукты на этой основе имеют марки ОС−20, синтанол ДС−10, оксифос и др. Зарубежные неионогенные продукты носят товарные наименования: «тергитол», «берол», «игепал» и другие.

Основные свойства ПАВ различных типов приведены в табл. 1.3, 1.4.

13

Т а б л и ц а 1 . 4

Основные свойства ПАВ

Примечание: 1 – слабая; 2 – хорошая; 3 – очень хорошая.

1.1.3. Электролитические компоненты

Щелочные соединения (щелочи и щелочные соли) сообщают водным растворам щелочную реакцию. Реакция растворов щелочей объясняется их диссоциацией, например,

NaOH = Na+ + OH–.

Щелочные соли в водных растворах гидролизуются, образуя щелочную среду,

Na2CO3 + 2H2O = 2Na+ + 2OH– + H2CO3.

Степень гидролиза возрастает с повышением температуры и с понижением концентрации.

14

Наиболее важными щелочными солями для процессов очистки являются: кальцинированная сода, силикаты натрия (метасиликат натрия, жидкое стекло), фосфаты натрия (тринатрийфосфат, триполифосфат).

Характеристики щелочных соединений приведены в табл. 1.5.

и1.6.

Т а б л и ц а 1 . 6

Щелочность некоторых соединений

15

Едкий натр NaOH. Это технический продукт, представляющий собой белую очень гигроскопичную массу. Промышленность выпускает едкий натр в твердом и жидком виде. Содержание NaOH в твердом продукте 92–96 %, в жидком – 42–50 %.

Кальцинированная сода Na2CO3 (натрий углекислый, кар-

бонат натрия). Кальцинированная сода – сильный электролит, имеющий щелочную реакцию водного раствора при гидролизе. Сода создаёт необходимые условия для моющего процесса.

Фосфаты. Соли фосфорной кислоты в водном растворе подвергаются гидролизу по уравнению

Na3PO4 + H2O = NaH2 PO4 + Na+ + OH–.

Фосфаты обладают высокими диспергирующими свойствами. Это обусловлено сильными электрическими зарядами анионов PO43–. Тринатрийфосфат аналогично кальцинированной соде образует с ионами кальция и магния труднорастворимые в воде соединения.

Силикат натрия Na2O · SiO2 (метасиликат натрия, жидкое стекло). Это вещество непостоянного состава. Силикат натрия в водных растворах гидролизуется с выделением коллоидных поликремниевых кислот:

Na2SiO3 + H2O = NaOH + H4SiO4.

Наличие коллоидных поликремниевых кислот повышает способность растворов диспергировать загрязнения и предупреждать повторное осаждение загрязнений. Силикаты натрия способствуют умягчению воды. Наиболее важным свойством силикатов является их ингибирующее действие на металлы. Введение силикатов в состав моющих средств позволяет очищать детали из легких и цветных сплавов при более высоких значениях pH (11,5…12,8).

К основным недостаткам применения современных водных растворов моющих средств следует отнести образование СМС с отмытыми загрязнениями устойчивых дисперсных систем, трудно поддающихся очистке. В связи с этим в настоящее время наметился путь совершенствования очищающих средств

16

за счет применения новых компонентов и новых принципов составления рецептур; совершенствования технологических режимов применения водных растворов моющих средств; создания современных оборотных систем водопользования на основе эффективных способов очистки загрязненных моечных вод.

1.2. О ВЛИЯНИИ ОТДЕЛЬНЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ

НА ХАРАКТЕР ОБЩЕГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ МОЕЧНЫХ ВОД

1.2.1. Характеристика загрязнений моечных вод

Загрязненные моечные воды формируются в процессе очистки (мойки) загрязненных поверхностей. Состав и свойства поверхностных загрязнений машин и механизмов не постоянны, однако их принято делить на три основные группы (табл. 1.7). Основной объем загрязнений составляют смеси горючесмазочных веществ и частиц минерального происхождения (песка, глины и т.п.). Взаимодействие очищающей среды с загрязнением ведет к насыщению ее нефтепродуктами (НП) и твердыми минеральными частицами (ТМЧ) и, как следствие, к изменению физико-химических характеристик моечных вод.

17

Воды имеют обильные осадки и пленки, эмульгированные и суспендированные, высокодисперсные коллоидные составляющие, растворимые соли и ряд других (рис. 1.1).

Вопросам загрязнённости поверхностей машин, способам их очистки и изучению характера загрязненности очищающих жидкостей посвятил значительную часть своих исследований профессор Н.Ф. Тельнов. Классификация по классам загрязнений соответствует принципам, сформулированным в его работах.

Загрязненные моечные воды обладают свойствами гетерогенной и гомогенной системы. Классификация акад. Л.А. Кульского в полной мере относится к загрязнениям, представленным в моечных водах (рис. 1.2).

1.2.2. Взаимодействие ПАВ с ионами сточных вод

Вопросы взаимодействия ПАВ с другими компонентами сточных вод изучались многими исследователями. ПАВ в сточных водах в определенных условиях могут вступать в химическую связь с ионами растворов. Как уже было изложено, растворимые в воде соли влияют на мицеллообразование, солюбилизацию, пенообразование, растворимость ПАВ и т. д. Все это вызывает не только изменение ионной силы растворов, но в большей мере изменение химического состояния самих ПАВ. Карболовые кислоты образуют с ионами натрия и калия соли, растворимые в воде. Натриевые соли высших жирных кислот плохо растворимы, хотя и проявляют поверхностно-активныесвойства.

Соли, образующиеся при взаимодействии щелочно-земель- ных металлов, а также алюминия, меди, свинца, кобальта, марганца и других, как правило, в воде не растворяются, хотя хорошо растворимы в маслах. Они не обладают свойствами ПАВ. Этими обстоятельствами необходимо пользоваться при утилизации ценных веществ из сточных вод. Принято считать, что химические свойства ПАВ-сульфокислот идентичны свойствам тех неорганических кислот (сернистой, серной, хлорсульфоновой), которые являлись агентами сульфирования. Аналогию можно продолжить

18