Промышленные системы водоснабжения и водоотведения. Ресурсосберегаю
.pdf
Следует учесть, что с течением времени разделение эмульсии замедляется. Это объясняется сильным стабилизирующим действием синтетических моющих средств. Исследования показывают, что отстаивание эффективно для частиц загрязнений размером более 100 км. На рис. 4.2, 4.3 даны зависимости изменения содержания нефтепродуктов и взвешенных веществ в моечных водах при отстаивании. Учитывая данные исследований по формированию загрязненных моечных вод, изложенные выше, необходимо применять отстаивание непрерывно в течение технологического цикла. При этом чем меньше время пребывания загрязнения в растворе, тем эффективнее очистка. Должны быть предусмотрены технологические схемы, которые позволяют уменьшить диспергирование частиц и образование устойчивых соединений.
Отмечается влиянияе рН среды на процесс седиментации загрязненных моечных вод. На рис. 4.4, 4.5 даны зависимости изменений при отстаивании содержания масла и минеральных частиц в моечных водах при различных рН.
Рис. 4.2. Теоретическая |
Рис. 4.3. Кривые изменения |
кривая седиментации |
содержания масла и минеральных |
|
частиц в очищаемой воде |
71
Методика исследований аналогична методике определения эффективности отстаивания с той разницей, что в исследуемый раствор добавляют минеральную кислоту. Определяют рН, щелочность. По этим показателям можно судить о состоянии системы. Определяют зависимость изменения физико-химических характеристик раствора. С изменением рН остаточное содержание загрязнений в воде снижается. Таким образом, изменение рН моечных вод увеличивает эффективность очистки.
Рис. 4.4. Кривые изменения |
Рис. 4.5. Кривые изменения |
содержания масла |
содержания минеральных |
при рН 9,2; 7,1; 2,6 |
частиц при рН 9,2; 7,1; 2,6 |
Гидроциклонная очистка и центрифугирование
Интенсификация процессов разделения эмульсионно-суспен- зионных моечных вод достигается за счет применения центробежных и центростремительных сил в специальных аппаратах (гидроциклонах и центрифугах). Исследования проводят на центрифуге «High speed centrifug type 310» в диапазоне фактора разделения от 1000 до 15 000 1/мин (рис. 4.6, 4.7). Несмотря на привлекательность способа безреагентного центробежного разделения, его применение ограничено возможностями очистных аппаратов. Результаты проведенныхисследованийпозволяютсделатьтриосновныхвывода:
1. Аппараты центробежного разделения, работающие в условиях высоких концентраций и полидисперсных разнонаправленных загрязнений, отсутствуют.
72
2.Эффективность центробежной очистки моечных вод, содержащих синтетические моющие средства, недостаточна для неограниченного оборотного использования моечных вод.
3.В условиях турбулизации разнонаправленных потоков
иотсутствия устройств отделения осадков и пленок гидроциклонная очистка остаётся теоретизированным способом очистки загрязненных моечных вод.
Рис. 4.6. Исследование устойчивости частиц загрязнений к коалесценции: при центрифугировании, прирегулированиирН
Рис. 4.7. Исследование разделения моечных вод от загрязнений в центробежном поле
73
Мембранная сепарация
Для разделения многокомпонентных жидких систем применяют методы с использованием полупроницаемых мембран, в частности, методы ультрафильтрации и обратного осмоса. Сущность разделения системы состоит в пропускании раствора под определенным давлением через поверхность мембраны. Процесс ультрафильтрации проводят при давлении 2−10 кгс/см2. Мембраны выполнены из материалов на основе эфиров целлюлозы, полиамидов, поливинилхлорида, фторлона. Преимущество мембранных методов заключается в низкой энергоемкости, простоте аппаратурного оформления и компактности установок. Компоненты отработанных растворов имеют размеры от 5 Å до 10 мкм: ионы неорганических солей − 5−15 Å; индивидуальные ионы и молекулы ПАВ − 25−50 Å; мицеллы ПАВ − 50−250 Å; частицы эмульгированного масла − 0,05−2 мкм; крупные капли масла и механических загрязнений − 10 мкм. При проведении испытаний в качестве исходного раствора был использован следующий состав гальванического участка: 1,5−5,8 г/л − ПАВ-ОЛ-10, 30−40 г/л − кальцинированная сода в сумме с едким натром, 5−10 г/л − силикат натрия; 1,6−5,7 г/л − масло, до 13 г/л − минеральная взвесь. Использованы полупроницаемые мембраны, эффективные для щелочных сред, из фторлона с размером 500−800 Å. На основании исследований предложена установка производительностью 1 м3 в смену. При проведении всех испытаний отмечено снижение проницаемости мембран. Применение полупроницаемых мембран в условиях ремонтных предприятий затруднительно ввиду присутствия в растворах веществ, отрицательно влияющих на процесс разделения эмульсии.
4.2.2. Фильтрование
Фильтрование – наиболее распространенный способ очистки загрязненных моечных вод. Этот способ может использоваться как самостоятельно, так и совместно с другими, например с реагентной обработкой. В качестве фильтрующих загрузок используется широкий спектр материалов. В условиях высоких концен-
74
траций нефтепродуктов интерес представляют материалы повышенной нефтеёмкости (загрузки на основе древесины, нетканый материал). При большом содержании взвешенных веществ успешно применяются песчаные фильтры, а на стадии глубокой очистки – угольные волокнистые материалы. Главными вопросами при расчетах сооружений являются определение необходимой степени очистки загрязненных моечных вод и определение допустимой нагрузки на фильтр в условиях оборотного использования. Частицы, улавливаемые традиционным фильтрованием, ограничены размером 1–5 мкм. Исследованию процессов очистки загрязненных моющих растворов посвящены работы Д.М. Гетманова. В качестве фильтров им опробованы сетки, нетканый материал, фильтродиагональ, фильтросванбой, фильтробельтинг, капрон, полипропилен, стеклоткань и ряд других материалов. Результаты испытаний приведены на рис. 4.8–4.11.
Рис. 4.8. Изменение пропускной способности нетканого материала при фильтровании моечных вод, содержащих МС-6 (два слоя) 1 – 0,1 г/дм3;
2 – 1,0 г/дм3 (искусственный загрязнитель)
3 – 0,1 г/дм3; 4 – 1,0 г/дм3 (естественный загрязнитель)
75
Рис. 4.9. Изменение пропускной способности нетканого материала при фильтровании моечных вод, содержащих МС-6 (один слой) 1 – 0,52 г/ дм3;
2 – 0,84 г/ дм3 (естественный загрязнитель)
Рис. 4.10. Гидравлические характеристики фильтрационныхматериаловсгидрофобными свойствами: 1 – металлическая сетка; 2 – пористый фторопласт; 3 – стеклоткань; 4 – капрон (3 слоя); 5 – полипропилен
76
Рис. 4.11. Гидравлические характеристики фильтрационных материалов с гидрофильными свойствами: 1 – нетканыйматериал(1 слой); 2 – нетканый материал (2 слоя); 3 – фильтросванбой; 4 – фильтродиагональ
Для уточнения процессов очистки оборотных моечных вод приведём данные по фильтрованию чистых водных растворов моющих средств. На рис. 4.10 и 4.11 приведены гидравлические характеристики исследованных фильтрующих материалов с гидрофильными и гидрофобными свойствами.
Гидравлические характеристики фильтрационных материалов с гидрофильными свойствами при пропускании чистого моющего раствора МС-6 с концентрацией 20 г/дм3 показаны на рис. 4.10. Из рисунка видно, что удельная пропускная способность всех фильтрационных материалов уменьшается. Особенно это проявляется у фильтродиагоналя (в 4,6 раза), фильтросванбоя (в 3,4 раза). У нетканого материала снижение удельной пропускной способности при фильтровании раствора МС-6 наблюдается незначительно (в 1,2 раза). Это объясняется тем, что нетканый материал имеет хаотичное расположение волокон. У остальных гидрофильных материалов поры забиваются компонентами моющих средств, что дает резкое уменьшение пропускной способности. На рис. 4.11 показаны гидравлические характеристики
77
фильтрационных материалов с гидрофобными свойствами. Для уточнения причин изменений гидравлических свойств фильтрационных материалов были проведены дополнительные исследования. Через исследуемые материалы фильтровались растворы отдельных компонентов моющего средства. В качестве фильтра использовался нетканый материал (см. рис. 4.8, 4.9). При добавке
вводу поверхностно-активного вещества «синтанол ДС=10»
вколичестве 1,2 г/дм3 пропускная способность материала увеличивается на 2 %, в количестве 1,6 г/дм3 – пропускная способность увеличивается на 10 %. Раствор триполифосфата натрия при концентрации 5 г/дм3 в начальный период имеет скорости фильтрования несколько выше, затем они снижаются. Пропускная способность фильтра при фильтровании раствора кальцинированной соды при концентрации 8 г/л снижается. Скорости фильтрования резко падают и становятся меньше на 66 % при фильтровании раствора метасиликата натрия. Основной причиной снижения пропускной способности фильтра при фильтровании моющего раствора МС-6, а также других СМС является наличие в их составе силикатов натрия. Силикаты натрия в воде образуют коллоидные растворы, частицы которых забивают поры материалов, снижая тем самым пропускную систему фильтров. Это обстоятельство важно, и его необходимо учитывать в процессах фильтрования растворов синтетических моющих средств.
На рис. 4.12, 4.13 приведены зависимости гидравлических характеристик древесно-стружечных фильтров и показано изменение характеристик при фильтровании загрязненных моечных вод.
Проведены исследования фильтрования вод при разных уровнях стабилизации частиц загрязнений, характеризуемых рН и щелочностью системы. Эффективность очистки увеличивается со снижением рН и щелочности. Это изменение носит нелинейный характер и согласуется с результатами предыдущих исследований устойчивости структур дисперсных систем загрязненных моечных вод.
78
Рис. 4.12. Изменение гидравлических характеристик фильтра при фильтровании загрязнённых моечных вод
Рис. 4.13. Гидравлические характеристики древесно-стружечного фильтра
при ∆ρ=1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0·105 Н/м2
(кривые соответственно 1,2,3,4,5)
79
Получены следующие гидравлические характеристики дре- весно-стружечного фильтра: при перепаде давления от 1,0 до 3,0 Н и для высоты фильтра от 2,7 до 10,8 см скорости фильтрования изменялись от 5 до 100 мм/с.
4.2.3. Метод регулирования рН
В связи с необходимостью сохранения синтетических моющих средств для повторного использования метод регулирования рН, основанный на изменении состояния устойчивости дисперсной системы, наиболее привлекателен. Метод регулирования рН как метод дестабилизации системы и фильтрование как способ отделения дестабилизированного загрязнения позволяют решить задачу селективной очистки загрязненных моечных вод и сохранения СМС.
Основные компоненты СМС – ПАВ, силикаты и фосфаты натрия (рис. 4.14) при изменении рН среды теряют стабилизирующую способность. Поверхностно-активные вещества, зависимые от электролитического состояния системы, меняют защитные функции (рис. 4.15), сохраняя при этом свою обратимость.
Рис. 4.14. Элементы стоимости компонентов синтетических моющих средств:
1 – поверхностно-активные вещества (синтамид-5), 39 %; 2 – силикаты натрия, 24 %; 3 – полифосфаты натрия, 31 %; 4 – кальцинированная сода, 6 %
80