Способ очистки сточных вод

 

Изобретение относится к очистке сточных вод от эмульгированной органики, стабилизированной в водной фазе поверхностно-активными веществами, и экологически вредных электролитов и может быть использовано для очистки сточных вод промышленных предприятий. Задачей изобретения является взаимоочистка стоков эмульгированной органики и экологически опасных электролитов и создание безреагентной экологически чистой технологии очистки сточных вод. Для осуществления способа проводят введение электролита с последующим разделением водной и органической фаз, в качестве электролита используют отработанные растворы ванн травления и/или гальванических ванн, их промывные воды, и/или солевые растворы, и/или кислые, и/или щелочные стоки, причем растворы электролита вводят в эмульгированные сточные воды в соотношении органика: металл, равном (500 ^oC 5) : 1, при этом ионы электролита экстрагируют и/или флотируют в органическую фазу. 2 табл.

Изобретение относится к области очистки сточных вод от эмульгированной органики, стабилизированной в водной фазе поверхностно-активными веществами (ПАВ), и экологически опасных электролитов и может быть использовано для очистки сточных вод промышленных предприятий.

Известен способ очистки маслоэмульгированных сточных вод (АС N 1006382, кл. C 02 F 1/24, 1983 г.) путем двухстадийной реагентной флотации, в качестве реагента на первой стадии используют отработанные травильные растворы, а на второй - известь и полиакриламид.

Недостатком способа является многостадийность процесса: разрушение эмульсии с помощью отработанного технического раствора электролитов, осаждение ионов тяжелых металлов с использованием в качестве нейтрализатора известь, а в качестве флокулянта - полиакриламид.

В этом способе используются не только отходы производства, но и специально вводимые реагенты, что удорожает очистку.

Отделение осветленной водной фазы от осадка потребует введения фильтрации, сушки осадка и его переработки, коррекции очищенной водной фазы по величине pH, умягчения воды, переработки нефтепродуктов и т.п.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ очистки отработанной водной эмульсии (АС N 701956, кл. C 02 F, 1/66, 1979 г. ) путем смешения ее с травильными растворами, содержащими сернокислотные соли меди и цинка в соотношении 1:0,1 - 0,5:1, отделенную от осадка водную фазу обрабатывают щелочью до pH 8-9 и отстаивают.

Недостатком способа является многостадийность процесса: разрушение эмульсии добавкой отработанного технического раствора электролитов, гидролитическое осаждение меди и цинка нейтрализацией раствора щелочью. В этом способе помимо отходов производства используют дорогостоящий реагент.

Осаждение гидроксидов меди и цинка протекает длительное время, образуются объемные, гидрофильные, плохо фильтрующиеся осадки, которые создают проблемы на стадии отделения осветленной водной фазы.

Задачей изобретения является взаимоочистка стоков эмульгировнной органики и экологически опасных электролитов и создание на этой основе безреагентной экологически чистой технологии очистки стоков промышленных предприятий.

Технический результат заключается во взаимоочистке эмульгированной органики и отработанных электролитов без применения дополнительных реагентов, в одну стадию, в возрасте в оборот очищенной воды для технических целей и утилизации выделившейся органической фазы и экологически опасных электролитов.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе очистки сточных вод от эмульгированных органических веществ, включающем введение в сточные воды отработанных технических растворов электролитов с последующим разделением водной и органической фаз, отработанный электролит вводят в количестве, обеспечивающем массовое отношение органических веществ к содержанию металлов в электролите (500-5):1.

В результате осуществления такого способа происходит разрушение эмульсии, разделение органической масляной и водной фаз, осветление водной фазы и экстракции ионов электролита в масляный слой и/или флотация их к межфазной границе масло - водный раствор.

Органическая фаза вместе с экстрагируемыми и/или флотируемыми экологически опасными электролитами отделяется от водной фазы. Осветленная водная фаза, полностью или частично очищенная от экологических опасных электролитов, используется как оборотная вода для технических целей.

Разрушение эмульсии осуществляется воздействием на ПАВ - стабилизатор эмульсии путем вытеснения слабой олеиновой кислоты сильной кислотой, и/или образованием олеатов тяжелых металлов, и/или образованием комплексов ионов тяжелых металлов с триэтаноламином. Полученные продукты экстрагируются и/или флотируются в масляную фазу.

Условия экстракции и/или флотации создаются оптимальным соотношением между органикой и металлом и величиной pH раствора.

При нарушении указанных условий может образоваться помимо масляной и осветленной водной фаз третья фаза - осадок гидроксидов или гидроксокомплексов, как это происходит в известных способах.

Пример. Исходную водно-масляную эмульсию готовили с использованием смазки СП-3 (ГОСТ 5702-75), состоящей из смеси машинного масла (82,0-85,5%), олеиновой кислоты (10-12%), триэтаноламина ()4,5-6,0%) и воды.

Эмульсия с содержанием органической фазы вышеприведенного состава (смазка СП-3) с концентрацией органики 50 г/дм³ использовалась в качестве рабочей жидкости для прокатного оборудования.

Результаты взаимоочистки свежеприготовленной водно-масляной эмульсии и растворов экологически опасных электролитов и разделения фаз представлены в таб. 1, где даны температура (^oC) и концентрация иона электролита (г/дм³) по металлу в исходном объединенном стоке водно-масляной эмульсии и водного раствора электролита в момент его образования, время разделения фаз (ч), остаточная концентрация растворенной органики (г/дм³), представленная количеством химически поглощенного кислорода (ХПК) и количеством растворенной органики R, коэффициент распределения экологических опасных ионов электролитов K.

Общий объем объединенных стоков в момент их образования 200 дм³.

Обща концентрация всей органики (машинное масло, олеиновая кислота и триэтаноламин) в исходном объединенном стоке в момент его образования составляла 50 г/дм³.

Количество растворенной органики R рассчитывали по ХПК, исходя из стехиометрии реакции окисления триэтаноламина до образования высших оксидов CO₂ газ, H₂O_ж и азота N₂. Следует иметь в виду, что проба на ХПК дает завышенное содержание растворенной в воде органики, т.к. окислитель может взаимодействовать не только с углеводородными восстановителями, но и с металлами в низших степенях окисления.

Коэффициент распределения экологически опасных ионов электролитов K рассчитывали как отношение концентраций указанных ионов в органической и осветленной водной фазах.

В большинстве представленных в табл. 1 примеров время разрушения эмульсии и отстоя фаз не превышало 2 ч, в табл. 1 указано время отстоя, после которого осуществлялся химический анализ на содержание в осветленной водной фазе после разделения фаз растворенной органики и катиона электролита.

Анализ водной фазы осуществляли через сутки или более суток после разделения фаз. В отдельных опытах при продолжительном отстое в водной фазе происходил гидролиз растворенных электролитов, а также образование сгустков полимерных структур.

Опыты 1-27 (см. табл. 1).

В качестве электролитов использовали сульфаты тяжелых металлов, содержащиеся в стоках гальванических ванн и промывных вод гальваники. Данные экспериментов показывают, что минимальная концентрация металла в сливаемых объединенных стоках, приводящая к разделению фаз, составляет 100 - 1150 мг/дм³, что соответствует концентрации промывных вод, а массовое отношение органика : металл (40-500):1.

Опыты 28-39 (см. табл. 1).

В качестве электролита использовали хлориды меди, железа, нитраты железа, находящиеся в стоках ванн травления печатных плат и их промывных вод. Минимальная концентрация металла, приводящая к разделению фаз, составляет 0,200-6,580 г/дм³, а массовое соотношение органика:металл (8-250):1.

Опыты 40-51 (см. табл. 1).

В качестве электролита использовали хлориды и сульфаты натрия, а также натриевую щелочь. Минимальная концентрация металла, приводящая к разделению фаз, составляет 5-25 г/дм³, а массовое отношение органика:металл (2-10):1.

Опыты 52-59 (см. табл. 1).

В качестве электролита использовали кислоты. Показана возможность разделения фаз с их использованием при pH ≅ 5.

Опыты 60-63 (см. табл. 1).

В качестве электролита использовали смесь сульфатов с массовым отношением металлов Cu:Cr(III):Fe(II):Zn:Ni:Al:Ca = 1:1:1:1:1:1:1. Экспериментами установлено, что смесь электролитов действует эффективнее, чем каждый электролит в отдельности (синергизм ионов), на разрушение эмульсии и разделение фаз. Минимальная концентрация металла, приводящая к разделению фаз, составляет 210-525 мг/дм³, а массовое отношение органика:металла (956-240):1.

Опыты 20-23 (см. табл. 1).

Высокий коэффициент распределения катиона железа получен за счет гидролиза соли, находящейся в водной фазе, при длительном стоянии продукты гидролиза выпадают в осадок в виде гидроксидов или гидроксосолей.

В опытах 1-63 установлено, что нагрев способствует ускорению процесса разрушения эмульсии и разделения фаз.

Коэффициент распределения между органической и водной фазами во всех случаях больше единицы, что позволяет удалять с масляным слоем экологически опасные электролиты и, таким образом, одновременно с очисткой водной фазы от нерастворимых нефтепродуктов (машинное масло и олеиновая кислота) осуществляется очитка водной фазы от тяжелых металлов за счет их экстракции и/или флотации в масляный слой.

Полученный водный раствор можно использовать для технических целей, например для охлаждения технологического оборудования.

Осветленную водную фазу можно возвращать для повторного приготовления эмульсии, если концентрация ионов электролитов не превышает той величины, которая разрушает эмульсию.

В табл. 2 даны экспериментальные данные по использованию эмульсии, приготовленной из осветленной водной фазы. Для повторного приготовления эмульсии из осветленной водной фазы осуществляли разбавление последней водой для снижения содержания металла в ней. Практически в приведенных в табл. 2 примерах приготовленная эмульсия сохраняла свою устойчивость более суток.

С учетом вышеприведенного состава смазки СП-3 для повторного приготовления эмульсии из осветленной водной фазы, содержащей растворенную органику, преимущественно триэтаноламин, достаточно добавить в необходимом количестве недостающие компоненты.

Для удаления остатков растворенной органики из осветленной водной фазы можно использовать озонирование и другие способы окисления.

Масляная фаза, содержащая значительные количества металла, после реэкстракции последнего может быть использована для доочистки осветленной водной фазы путем повторной экстракции ионов металлов.

Масляную фазу можно использовать для смазки, как добавку к топливу, для закалки при термообработке и т.п.

На основании полученных экспериментальных данных для очистки сточных вод от эмульгированных органических веществ отработанный электролит вводят в количестве, обеспечивающем массовое отношение органических веществ к содержанию металлов в электролите (5-500):1.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет возвращать в технологический процесс очищенную воду, что сокращает водопотребление и исключает возможность попадания вредных стоков в природные водоемы. Кроме того, экстрагируемые в органическую фазу экологически опасные вещества выделяют в отдельную фазу, имеющую практическое применение.

Для раздельной очистки вод от эмульгированной органики и ионов тяжелых металлов потребовались бы расход реагентов и специальные условия.

В предлагаемом способе, по-существу безреагентном, в одну стадию, в одном технологическом аппарате, тот же эффект достигается только за счет объединения указанных стоков в таком объемном соотношении, при котором достигается величина pH, концентрация иона электролита, достаточна для разрушения эмульсии, разделения фаз, осветления водной фазы, экстракции тяжелых металлов в масляную фазу без образования осадков гидроксидов, гидроксокомплексов или масляного сгустка вязкой консистенции.

Предлагаемый способ позволяет осуществить замкнутый цикл безотходного производства.

Формула изобретения

Способ очистки сточных вод от эмульгированных органических веществ, включающий введение в сточные воды отработанных растворов электролитов с последующим разделением водной и органической фаз, отличающийся тем, что отработанный электролит вводят в количестве, обеспечивающем массовое отношение органических веществ к содержанию металлов в электролите (5 - 500) : 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3