Очистка воды с помощью ионообменных смол и полимерных адсорбентов

Крупные органические ионы, как правило, поглощаются ионитом с высокой степенью избирательности. Сорбция ионитами протекает более эффективно из разбавленных растворов с содержанием ПАВ менее 100 мг/л. Анионоактивные ПАВ сорбируются среднеосновными и сильноосновнымй ионитами, причем для регенерации ионитов рекомендуется использовать водно-ор­ганические растворы солей. Внедрение технологических схем очистки сточных вод с помощью динамического ионного обмена сдерживает тем, что необходима установка большого числа ионитовых фильтров со сравнительно коротким рабочим циклом, после чего необходима их регенерация, связанная с большими затратами энергии и средств на переработку продуктов регене­рации (элюатов). Учитывая также высокую стоимость ио­нитов и их дефицитность, очистка воды от ПАВ методом ион­ного обмена может рекомендоваться лишь в тех случаях, когда к воде предъявляются повышенные требования в части отсутст­вия ПАВ.

Литературных данных по применению полимерных адсорбен­тов для извлечения ПАВ недостаточно. Исследованные ад­сорбенты по эффективности значительно уступают активирован­ному углю. В динамических условиях ПАВ, содержащие в молекуле гидрофобные бензольные кольца, адсорбируются достаточно хорошо. Возможно, полимерные адсорбенты могут быть более эффективными при условии модификации их путем обра­ботки реагентами, повышающими сродство поверхности полиме­ров к адсорбируемым веществам.

Очистка воды пенообразованием

Метод заключается в адсорбции ПАВ на границе раздела фаз раствор-газ и в непрерывном снятии поверхностного слоя пены, Таким образом могут быть удалены многие ПАВ, но необ­ходимо найти оптимальные условия выделения и создать соот­ветствующую аппаратуру.

Большое влияние на степень извлечения ПАВ оказывает их концентрация в стоках. Пенное - концентрирование ПАВ эффективно и уместно лишь при извлечении малых количеств ПАВ в результате резкого увеличения объема Пенного продукта с ростом концентрации вещества.

При очистке пенной флотацией стоков, содержащих контакт Петрова (смеси сульфокислот) степень очистки при исходной концентрации ПАВ 400—1200 мг/л составила 31%. При извлечении ПАВ ОП-7 с содержанием их в стоках до 200 мг/л степень извлечения составила 65%. Эффективность очист­ки стоков от ПАВ пенообразованием зависит от ряда других факторов: рН среды, размера пузырьков барботируемого газа, высоты слоя раствора, температуры, наличия других ионов в растворе. Поэтому в каждом случае проводится подбор опти­мальных условии проведения процесса флотации. Например, в работе отмечается, что степень извлечения алкилсульфатов натрия является наибольшей при скорости подачи воздуха 12 мл/(мин*см²) поперечного сечения аппарата при высоте слоя раствора не менее 10 см.

При исследовании пенной флотации с додецилбензосульфонатом натрия в присутствии иона кальция установлено, что наилучшая флотация обеспечивается при рН=8. Ионы каль­ция связывают додецилбензосульфонат в адсорбционном слое и этим способствуют лучшему протеканию процесса флотации. Эф­фективность процесса зависит от величины поверхности разде­ла фаз, ионной концентрации додецилбензосульфоната, размера зеркала сточных вод во флотаторе, концентрации ионов кальция.

Флотационную очистку стоков, содержащих 120 мг/л алкиларилсульфокислот, предлагается проводить с использова­нием гидроксидов железа и алюминия при рН=8—9. Примене­ние флотации вместо отстаивания позволяет снизить объем об­разующегося осадка с 17—18 до 3,3% и сократить время обра­ботки воды с 2—5 ч до 0,7 ч: Отмечается, что при увеличении концентрации ПАВ до 500—600 мг/л ухудшения качества очист­ки не происходит.

Большое значение в достижении необходимой эффективно­сти очистки имеет размер пузырьков газа. Чем боль­ше размер флотируемых частиц, тем больше должен быть ра­диус пузырьков, необходимых для флотации. К методам насы­щения жидкости пузырьками воздуха или газа относятся подача воздуха через пористые материалы, механическое диспергирование воздуха, флотация с выделением воздуха из раствора, био­логическая флотация, электрофлотация. Экспериментально уста­новлено, что размер пузырьков в вакуумных машинах со­ставляет 0,2—0,5, в компрессионных 0,1—0,2 и в электрофлотационных 0,04—0,2 мм.

Применение электрохимических методов для очистки стоков

Как показывает практика применения электрохимических ме­тодов, они обладают существенными преимуществами перед тра­диционными методами обработки воды. И в первую очередь они дают возможность в большинстве случаев отказаться от приме­нения реагентов, реагентного хозяйства, что наряду со сниже­нием стоимости электроэнергии, позволяет прогнозировать на ближайшее время еще более широкое их распространение.

Электрокоагуляция

Этот метод зачастую оказывается более эффективным, чем реагентная коагуляция. Так, при очистке сто­ков от анионоактквных ПАВ типа сульфанол достигается сте­пень очистки 81,8% при плотности тока 0,5—0,7 А/дм². Очистку проводили при повышенной температуре (40—55°С) с использованием железных и алюминиевых электродов при плотности тока 0,4—2,6 А/дм² в проточном и стационарном режимах. Образующийся на поверхности электрокоагулятора пенный продукт удаляли скребковым устройством в пеносборник. Сточные воды, содержащие ПАВ, также обраба­тывали перед электрокоагуляцией хлоридом кальция, который предотвращал пассивацию электродов и соответственно увеличивал эффективность очистки, которая завершалась в течение 15—20 мин при плотности тока 1,0— 1,2 А/дм². Концентрацию сульфанола удалось снизить с 850 до 40 мг/л и взвешенных веществ с 5460 до 25 мг/л при продолжительности электрокоагуляции 20 мин и плотности то­ка 2,5 А/дм². Расход электроэнергии составил при этом 16 кВт-ч/м³.

Электрокоагуляционная очистка проводится при различных значениях рН среды. Например, очистку стоков от алкилсульфонатов осуществляют при рН=11—11,5. В этом случае в качестве щелочного реагента используется ок­сид кальция. При.использовании анода из алюминия, а катодов из меди при плотности тока до 3 А/дм² за 20—30 мин содержа­ние алкилсульфонатов снижается с 3600 до 42,5 мг/л.

Небольшие концентрации ПАВ (около 100 мг/л) удаляют электрокоагуляцией без добавления нейтрализующих агент. При плотности тока 0,23—0,7 А/дм², вре­мени пребывания сточной воды в межэлектродном пространст­ве 1—2 мин при последующем контакте гидроксидов железа с загрязняющими веществами в течение 10—15 мин содержание синтетического ПАВ снижалось с 94 до 4,2 мг/л. Расход электро­энергии составил 2,5 кВт-ч/м³. Для предупреждения пассива­ции электродов через 10—15 мин проводилась переполюсовка.

Рисунок 1

Технологическая схема установки для электрокоагуляционной очист­ки отработанныхСОЖ

1- циклонный разделитель; 2—сборник сточной воды; 3 — сборник масла; 4—смеси­тель-нейтрализатор; 5— колонный электрокоагулятор; б—сборник отходов;7—источник питания; 8 — насосы

Описывается установка для электрокоагуляционной очистки концентрированных маслоэмульсионных сточных вод, образующих в цехах металлообработки предприятий (рис. 1).

Установка включает предварительную обработку воды пу­тем ее подкисления до заданного значения рН среды, электро­коагуляцию и окончательное осветление. Блок предварительной подготовки воды, разработанный в соответствии с рекоменда­циями Харьковского отделения ВНИИВОДГЕО, состоит из при­емного сборника 2 (см. рис. 1) для накопления сточной воды, происходит усреднение качественного состава отработанной сборника 3 для приема отстоявшегося минерального масла, сме­сителя 4 для подкисления раствором соляной кислоты исходной щелочной эмульсии до рН=5,2—5,6, а также насосов 8 для пе­ремещения воды и емкости для хранения минеральной кислоты (на рис. 5.1 не показана). В приемном сборнике сточной воды происходит усреднение качественного состава отработанной СОЖ, осаждение абразивных и металлических частиц и отстой неэмульгированного масла, попадающего в воду из гидросистем смазки станков и в результате разрушения эмульсии в процес­се ее длительной эксплуатации. Отстоявшееся масло из сборни­ка направляется в отделение очистки для его повторного исполь­зования.

Усредненную жидкость из приемного сборника подают в сме­ситель для понижения щелочности среды. При подкислении от­работанной СОЖ, содержащей ПАВ, соляной кислотой проис­ходит вытеснение из молекул ПАВ ионов щелочных металлов (в частности, иона Na^-) протонами сильной кислоты

RCOONa+H⁺®RCOOH+Na^-, т. е. процесс сопровождается накоплением в эмульсии хлористо­го натрия.

Эмульсия из смесителя самотеком направляется в зону ко­агуляции колонного электрокоагулятора 5, где она смешивается с электролитом, содержащим электрогенерированный коагулянт, и мельчайшими пузырьками водорода, выделяющимися на по­верхности катода. В качестве электролита, подаваемого на электродный блок для образования гидроксида металла, приме­няют очищенную воду из отстойника.

Материалом для растворимого анода служит алюминий или его сплавы. Продукты анодного растворения алюминия непре­рывно удаляются из межэлектродного пространства восходя­щим потоком электролита и выделяющимся на электродах газом и смешиваются с очищаемой жидкостью в зоне над электродами. В результате взаимодействия гидроксида алюминия с капелька­ми масла и разрушения межфазной адсорбционной пленки на их поверхности происходит слипание (коалесценция) капелек. Об­разующиеся укрупненные частицы масла флотируются на по­верхность жидкости пузырьками водорода, а также транспортируются вверх потоком жидкости. Образующийся на поверхности жидкости слой отходов в виде пены непрерывно удаляется путем эжектирования сжатым воздухом.

Очищаемая вода подается в дополнительную зону флотации, расположенную в отстойной камере. В качестве материалов нерастворимых перфорированных кольцевых элект­родов применяется коррозионно-стойкая сталь. Создание в ко­лонном электрокоагуляторе второй зоны флотации позволяет значительно повысить производительность аппарата. Очищенная вода направляется на окончательное осветление в отстойник вер­тикального типа. Масляные шламы накапливаются в специаль­ном сборнике 6 и в дальнейшем направляются на заводы желе­зобетонных конструкций, где используются для смазывания ме­таллических форм взамен чистого минерального масла. Питание электрокоагулятора осуществляется от выпрямительного агрега­та ВАКР-1200. Подобная установка эксплуатируется длитель­ное время на Харьковском заводе «Серп и Молот» и может быть также использована для очистки воды, содержащей ряд других примесей: жиры, нефтепродукты, полимеры.

Авторами также предложена установка для регенера­ции отработанных эмульсий с использованием тех же колонных электрокоагуляторов, которые они считают наиболее перспектив­ными для удаления из системы загрязняющих веществ с после­дующим добавлением в очищенную жидкость недостающего ко­личества эмульсола. Это позволяет создать систему многократ­ного оборотного водоиспользования в цехах металлообработки.

Механизм регенерации отработанных эмульсий СОЖ заключается в селективном удалении из нее избыточного коли­чества частиц дисперсной фазы путем частичной коалесценции капелек масла электрогенерированным коагулянтом. Очищенная таким методом СОЖ удовлетворяет в основном требованиям технических условий к воде для приготовления рабочих раство­ров СОЖ. К таким условиям относятся заданная жесткость во­ды, коррелирующее действие водной эмульсии, склонность к пенообразованию, устойчивость пены и ряд других.

Схема регенерации отработанной эмульсии «Укринол-1» по указанному выше принципу реализована в цехе автоматических линий для обработки деталей на Мелитопольском заводе транс­портных гидроагрегатов. Схема установки представлена на рисунке 2. Установка состоит из четырех колонных электрокоагу­ляторов, работающих параллельно. Отработанная СОЖ из ем­костей насосами подается в коллекторы, расположенные в сред­них частях аппаратов. Одновременно в электродные блоки насо­сами подается чистая техническая вода (электролит) из отстой­ника, разделенного вертикальной перегородкой на две части.

Расходы отработанной эмульсии и электролита контролиру­ются ротаметрами. Процесс очистки длительно эксплуатируемой

Рисунок 2

Технологическая схема регенерации отработанной эмульсии

«Укри­нол-1» с использованием колонных электрокоагуляторов:

1 — электрокоагулятор: 2— циклон; 3, 4 — сборники отходов и отработанной эмульсии; 5, 6—сборники электролита и очищенной воды; 7 — насосы: 8— ротаметры

СОЖ осуществляется в электрокоагуляторах путем ее смеше­ния с восходящим потоком электролита, предварительно насы­щенного гидроксидом металла растворимых электродов. В ре­зультате коалесценции капелек эмульгированного масла, а так­же коагуляции механических примесей с последующей флота­цией шлама на поверхность жидкости она освобождается от за­грязнений и подается в отстойник, а затем в отделение приго­товления свежей эмульсии. Там в нее добавляется эмульсол «Укринол-1» в количестве, достаточном для получения заданной концентрации (обычно 3—5%) эмульсии СОЖ.