СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ЭМУЛЬГИРОВАННОЙ ОГРАНИЧЕСКОЙ ФАЗЫ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/58 B01D15/00 

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для очистки органических веществ, стабилизированных в водной фазе поверхностно-активными веществами ПАВ), и солей жесткости.

Известен способ очистки сточных вод от органических веществ и твердых взвешенных примесей [1] включающий их обработку предварительно нейтрализованным отработанным травильным раствором с содержанием, мас, Fe(OH)₃ 10-15; CaCl₂ 5-8; H₂O -остальное (при их расходе 15 20 дм³ на 1 м³ очищаемой воды).

Недостатком известного способа является необходимость предварительной нейтрализации травильного раствора и высокой суммарной концентрации реагентов в очищаемом растворе от 1,06 до 2,17 по сумме кальция и железа. Кроме того, гидроксид железа (III) при указанных концентрациях дает объемные, труднофильтрующиеся гидрофильные осадки.

Наиболее близким к изобретению является способ очистки сточных вод [2] включающий обработку жиросодержащих сточных вод барометрического конденсатора хлоридом щелочноземельного металла и отделение образующегося осадка, причем хлорид щелочноземельного металла (CaCl₂ или MgCl₂) вводят в охлаждающую воду перед ее подачей в барометрический конденсатор в количестве 14 20 мас. от общего содержания жира в сточных вода.

Недостатком прототипа является высокий расход реагента и необходимость частой очистки технологического оборудования от выпавшего осадка.

Задача изобретения создание технологически простого, дешевого способа очистки сточных вод от органических веществ, стабилизированных в водной фазе ПАВ.

Техническим результатом изобретения является высокая степень очистки воды от органических веществ и солей жесткости, это позволяет использовать очищенную воду для технических целей, что сокращает водопотребление предприятия, очистка осуществляется быстро дешевыми, легкодоступными реагентами, при этом не требуется сложная аппаратура.

Технический результат достигается тем, что в известном способе хлориды щелочноземельных металлов вводят в эмульгированные водно-масляные стоки в соотношении органика: металл ≅ 250 1 по массе, при этом соли жесткости экстрагируют и/или флотируют в органическую фазу.

Органическая фаза может быть очищена от солей жесткости и использоваться для технических целей.

Предлагаемая технология очистки является безотходной и экологически чистой, так как используемые реагенты не опасны для жизни и здоровья людей.

Пример конкретного выполнения способа. Исходную водно-масляную эмульсию готовили с использованием смазки СП-3 (ГОСТ 5702-75), взятой в количестве 50 г/л (R_исх 50 мг/л). Смазка имеет следующий состав; машинное масло 82,0-85,5; олеиновая кислота 10-12; триэтаноламин 4,5-6,0, т.е. 41 42,75 г/л, 5-6 г/л, 2,2-5-3 г/л соответственно. Эмульсию использовали в качестве рабочей жидкости для прокатного оборудования.

Олеиновую кислоту и триэтаноламин использовали для образования ПАВ N(CH₂CH₂OH)₃•C₁₇H₃₃COOH, молекула которого дифильна и состояла из полярной гидрофильной части и неполярного углеводородного гидрофобного радикала. Для стабилизации водно-масляной эмульсии молекулу ПАВ располагали на межфазной границе "масло-вода", причем гидрофильная полярная часть повернута в сторону водной фазы, а гидрофобный углеводородный радикал в масляную фазу.

Разрушение водно-масляной эмульсии осуществляли устранением ПАВ-стабилизатора эмульсии, после чего образовывались два слоя с четкой границей раздела: органическая гидрофобная масляная фаза и неорганическая водная фаза. Электролит, попадая в водно-масляную эмульсию, взаимодействует с молекулой ПАВ с образованием труднорастворимого мыла олеиновой кислоты с ионами кальция, магния и других щелочноземельных элементов, с образованием солей триэтаноламина и соответствующей электролиту кислоты. Возможен также разрыв двойной связи в молекуле олеиновой кислоты с образованием дополнительных связей с водородом, что приводило к образованию воскообразных стеоратов щелочноземельных металлов.

В масляный слой переходили олеиновая кислота и ее соединения, триэтаноламин и его соединения, а также экстрагировали с ними из водной фазы катионы щелочноземельных металлов. Помимо экстракции возможна флотация металлорганических соединений в межфазный слой "масло-вода".

Результаты очистки стоков водно-масляной эмульсии хлоридами щелочноземельных металлов и разделения фаз представлены в таблице, в которой даны концентрация добавленных металлов к исходной водно-масляной эмульсии (в мг/л в пересчете на Ca), температура (^oC), в осветленной водной фазе даны pH, остаточная концентрация растворенной органики (г/л), представленная количеством химически поглощенного кислорода (ХПК) и количеством органики R, рассчитанной по стехиометрии реакции окисления органики до образования высших оксидов CO₂ газ, H₂O_ж и азота N₂, и концентрацией щелочноземельного металла (в мг/л), дан условный коэффициент распределения K щелочноземельных металлов, рассчитанный как отношение концентраций указанных металлов (в пересчете на Ca) в органической и осветленной водной фазах.

Для опытов использовали свежеприготовленную водно-масляную эмульсию (объем 200 мл). Нагрев до кипения в течение 15 мин осуществляли сразу же после добавления в эмульсию хлоридов щелочноземельных металлов.

Опыты 1-4 (таблица) в качестве электролита использовали хлорид кальция при его расходе не менее 5 мг кальция на 1 г органики (отношение органика: металл ≅ 200 1), при этом происходит разрушение эмульсии и осветление водной фазы менее, чем за сутки, и снижение содержания кальция в водной фазе (K 7,7 8,0).

Опыты 5-8 (таблица) в качестве электролита использовали хлорид магния при его расходе не менее 6 мг магния на 1 г органики (отношение органика: металл ≅ 170 1), при этом происходит разрушение эмульсии и осветление водной фазы менее чем за сутки и снижение содержания магния в водной фазе (K 9 10).

Опыты 9 20 (таблица) в качестве электролита использовали смесь хлоридов кальция и магния в весовом отношении Ca Mg 1,8; 1,0; 0,6. Расход реагента не менее 4 мг металла на 1 г органики (отношение органика: металл ≅ 250 1), при этом происходит разрушение эмульсии, осветление водной фазы менее чем за сутки и снижение содержания солей жесткости в водной фазе (K 7 19). Таким образом, смесь хлоридов щелочноземельных металлов действует эффективнее каждого хлорида металла, взятого в отдельности (явление, известное под названием "синергизм" ионов).

Из данных таблиц следует, что при расходе хлоридов щелочно-земельных металлов менее 4 мг на 1 г органики (отношение органика: металл ≅ 250 1) не приводит к разрушению эмульсии и осветлению водной фазы в течение суток. Расход хлорида щелочноземельного металла можно уменьшить за счет увеличения времени разделения фаз и осветления водной фазы. Температура ускоряет процессы разделения фаз и осветления водной фазы.

Итак, в результате очистки стоков водно-масляной эмульсии хлоридами редкоземельных металлов водная фаза очищается полностью от эмульгированной органики, в значительной степени от солей жесткости, в то же время остается в водном растворе некоторое количество растворенной органики, преимущественно триэтаноламина. Полученный водный раствор может использоваться как техническая вода: для охлаждения технологического оборудования, повторного приготовления эмульсии, при этом, так как в такой воде уже содержится некоторое количество триэтаноламина, то при повторном приготовлении эмульсии следует уменьшить дозу добавляемого триэтаноламина в составе смазки СП-3, кроме того, следует следить за тем, чтобы концентрация электролита не превышала той, при которой эмульсия разрушается. Почти во всех случаях повторно приготовленная эмульсия сохраняла свою устойчивость более суток. Для удаления остатков растворенной органики можно использовать экстракцию, адсорбцию, озонирование и т.п.

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

Предлагаемая технология по сравнению с прототипом позволяет возвращать в технологический процесс очищенную воду, что сокращает водопотребление, исключает возможность попадания вредных стоков в природные водоемы, экстрагируемые в органическую фазу солеи жесткости могут быть выделены в отдельную фазу для повторного использования, что позволит осуществить замкнутый цикл безотходного производства. Для проведения процесса не требуется сложной аппаратуры и высококвалифицированного обслуживающего персонала. Верхний масляный слой легко отделяется от водной фазы.

Использование: очистка сточных вод от органических веществ, стабилизированных в водной фазе поверхностно-активными веществами, и солей жесткости. Сущность изобретения: для осуществления способа проводят обработку хлоридом Ca и/или Mg, разделение водной и органической фаз, при этом хлориды металлов вводят в стоки водно-масляной эмульсии в отношении органика: металл ≅ 250 : 1 по массе, при этом соли жесткости экстрагируют и/или флотируют в органическую фазу. Возможно осуществление способа при нагревании до 100^oC. Способ обеспечивает повышение степени очистки воды от органических веществ и солей жесткости, снижение времени очистки и расхода реагентов при безотходной и экологически чистой технологии. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ очистки сточных вод от эмульгированной органической фазы, включающий обработку хлоридом кальция и/или магния и разделение водной и органической фаз, отличающийся тем, что хлорид кальция и/или хлорид магния вводят в массовом отношении органика металл ≅ 250 1. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку сточных вод осуществляют при нагревании до 100^oС.