Источники и загрязнение СОЖ
При изготовлении и обработке металлических деталей для смазки и защиты от коррозии применяются смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). СОЖ представляют собой многокомпонентные системы, содержащие базовую основу (воду, минеральное масло) и присадки, обеспечивающие комплекс физико-химических, технологических и эксплуатационных свойств.
Главная задача СОЖ - снизить воздействие обрабатывающего инструмента на металл, уменьшить температуру в зоне подготовки и создать условия для качественной работы оборудования. Дополнительно СОЖ помогать избежать вторичной коррозии, удалить стружку и сократить износ оборудования.
Впоследствии смазочно-охлаждающие жидкости загрязняются, приобретают неприятный запах, в составе образуются минеральные соли и загрязняющие частицы. Проникновение масел в СОЖ-содержащие растворы в большинстве случаев наблюдается на производстве и сборке металлических механизмов, а также при обработке деталей. Вдобавок небольшое количество масел загрязняет их на этапе предварительной очистки и обезжиривании деталей.
Отработанные растворы СОЖ являются масляными эмульсиями, содержащими растворенные и эмульгированные нефтепродукты и минеральные масла, эмульгаторы, ПАВ и др. По концентрации основного загрязнения (масла) они делятся на малоконцентрированные и концентрированные.
Малоконцентрированные стоки образуются при промывке металлических изделий после их термической обработки и расконсервирования. Концентрированные сточные воды содержат до 50 г/л масел. Это отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), а также отработанные моющие растворы, представляющие собой стойкие эмульсии типа «масло в воде». Их расход составляет 0,5—200 куб. м/сут. в зависимости от мощности предприятия и типа его продукции.
Слабоконцентрированные эмульсии (содержание в них масел обычно колеблется от 10 до 500 мг/л) являются одним из главных источников загрязнения окружающей среды в машиностроении.
Способы очистки сточной воды от СОЖ зависит от большого количества факторов, начиная от площади производства и заканчивая скоростью очистки и наличия в стоке дополнительных загрязняющих веществ.
В основном, обезвреживание их проводят разделением различными способами на составляющие фазы с целью получения технически чистых оборотных или сточных вод и утилизации органической фракции. Для предварительного извлечения масел используются седиментационные и механические способы, основанные на разделении эмульсий отстаиванием в течение 6—24 часов или в центрифугах. Для повышения эффективности разделения эмульсию подкисляют до РН = 2—4. Способы малопроизводительны и обеспечивают разделение на органическую фазу и устойчивую эмульсию.
Реагентные способы заключаются в разрушении структуры эмульсий химическими продуктами (деэмульгаторами) — растворами кислот и их солей (соляная, серная кислоты, хлористый кальций, сернокислое железо и др.). Существенным недостатком способов является кислая реакция очищенной воды (РН = 1—2) и необходимость в ее щелочной нейтрализации, изготовление аппаратуры из кислотостойких материалов и др.
Коагуляция и флокуляция
Коагуляционные способы основаны на применении коагулянтов (на основе алюминия, железа и др.), обеспечивающих перевод частиц масла и других коллоидных примесей в осадок.
Одним из важных технологических параметров процесса очистки воды от СОЖ является доза коагулянта. Следует учитывать, что при неправильной дозировке возможно образование обратной эмульсии, поэтому крайне важно на этапе подбора и тестирования определить оптимальный расход реагента.
В целом, расход коагулянтов составляет 40—80 г на 1 куб. м эмульсии и зависит от ее исходной щелочности и концентрации. После коагуляционной обработки эмульсия разделяется на водную фазу и всплывшую смесь хлопьев коагулянта, металлических мыл и масла.
Интенсификации процесса способствует режим концентрированного коагулирования: при этом сначала осуществляется введение концентрированного раствора коагулянта в небольшой объем сточной воды для образования многочисленных центров коагуляции. Затем проводят быстрое смешивание с остальным объемом необработанной воды (соотношение 1:15).
Для ускорения коагуляции необходимо перемешивание в течение 5—10 мин. со скоростью 30— 50 об./мин. Однако введением одного коагулянта достигнуть эффективной очистки дисперсных систем не удается.
Для интенсификации очистки сточных СОЖ применяют последующую флокуляцию. Флокуляция загрязняющих примесей в сточных водах происходит в две стадии: адсорбция флокулянта на частицах и образование агрегатов частиц (флокул). Наиболее медленная стадия — адсорбция. В зависимости от природы флокулянта механизм адсорбции может быть различным. Адсорбция ионогенных флокулянтов на частицах дисперсной фазы, имеющих противоположный по знаку заряд, происходит, главным образом, за счет электростатического притяжения.
На практике используют неионогенные, катионные и анионные флокулянты с различной молекулярной массой, распределением заряда вдоль цепи и плотностью заряда.
Процесс флокуляции происходит достаточно интенсивно — введение флокулянта в эмульгированные воды через 1—3 мин после введения коагулянта при перемешивании вызывает практически мгновенную агрегацию частиц и образование флокул.
Флотация и сорбция
Особенно эффективен флотационный способ разделения скоагулированных эмульсий, позволяющий достичь эффекта очистки до 97-99%. Часто во флотируемую эмульсию дополнительно вводят ПАВ (жирные спирты, катионные ПАВ и др.), которые способствуют дестабилизации коллоидных частиц.
Также известны способы сорбционной очистки масло эмульсионных сточных вод, где в качестве сорбента используют активированные угли, гидрофильные глины, силикагели, алюмогели и др. Перечисленные материалы, особенно активированный уголь, дороги. Это обстоятельство существенно сдерживает широкое применение сорбционных методов.
Недостатком данного способа также является недостаточная степень очистки и высокая способность угля к сорбции воды (водопоглощение), что снижает его горючесть в случае сжигания и ухудшает условия регенерации при многократном использовании сорбента.
Технология способа состоит в следующем: сточные воды с компонентами СОЖ отстаиваются и отделяются от масляного слоя, полученный водный слой представляет собой молочно-белую эмульсию с рН 5-7. Для разрушения этой эмульсии ее обрабатывают концентрированной серной кислотой (H2SO4 98%) и доводят рН до 2,5-3 и затем отстаивают в течение 3 суток. Полученный таким образом водный слой направляется затем на сорбцию.