Обезвоживание осадков, образующихся при реагентном разложении отработанных эмульсионных жидкостей

Одной из разновидностей смазочноохлаждающих жидкостей, применяемых на металлургических и машиностроительных предприятиях, являются эмульсионные жидкости (эмульсии) [1, 2]. Подобные технологические среды получают путем разбавления водой товарных концентратов эмульсий, называемых эмульсолами – сложных коллоидных систем, включающих эмульгаторы, активные присадки, ингибиторы коррозии, бактерицидные добавки и другие компоненты.

В процессе смазки и охлаждения технологического оборудования происходит загрязнение различными примесями, старение и изменение физико-химических свойств эмульсионной жидкости. С целью корректировки состава часть ее удаляют из системы, заменяя новой свежеприготовленной порцией. В результате этого образуется отработанная эмульсионная жидкость, которую необходимо либо переработать и утилизировать, либо обезвредить [3].

Для обработки различных типов маслосодержащих производственных сточных вод в нашей стране и за рубежом широкое распространение находит метод, базирующийся на использовании твердофазных реагентов на основе модифицированных бентонитовых глин и высокомолекулярных флокулянтов [4–6].

Этот способ позволяет из отработанной эмульсионной жидкости получить воду с низким содержанием взвешенных веществ и нефтепродуктов. Кроме того, в сравнении с традиционными коагулянтами применение указанных реагентов не приводит к увеличению концентрации солевых компонентов в обрабатываемой дисперсной системе, поэтому воду можно использовать в производственном водоснабжении.

В настоящее время подобные технологические решения внедрены на ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» [7], ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» [8] и ряде других объектов.

Рассматриваемая технология имеет серьезный недостаток, состоящий в том, что в процессе обработки маслосодержащих производственных сточных вод реагентами образуется значительное количество осадка, который следует обезвоживать и

Инженерное оборудование зданий и сооружений направлять на утилизацию. Однако на предприятиях, как правило, этот вопрос решен неудовлетворительно – осадки сбрасывают в «грязные» оборотные циклы водоснабжения, что приводит к накоплению в них твердой фазы.

Целью данной работы является разработка научно обоснованной технологии обезвоживания осадка, образующегося на стадии отстаивания в процессе разложения отработанной эмульсионной жидкости твердофазным реагентом и флокулянтами.

Объект исследования в работе – осадок действующей установки разложения отработанной эмульсионной жидкости (в терминологии завода – «избыточной эмульсии») механического экспандера № 1 трубоэлектросварочного цеха № 6 ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» (г. Челябинск).

Указанная установка включает в себя реагентное хозяйство, смеситель, отстойник-флокулятор и емкостное оборудование.

На момент отбора проб осадка в технологическом процессе трубоэлектросварочного цеха использовали эмульсионную жидкость, приготовленную на экспандерном масле Wedolit EP-5. Для разложения на данную установку направляли отработанную эмульсионную жидкость со средним содержанием взвешенных веществ 0,2 г/дм3 и масел 10 г/дм3.

Отработанную эмульсионную жидкость смешивали с суспензией твердофазного реагента СФ-А2 концентрацией 60 г/дм3 (доза 9 г/дм3), раствором катионного флокулянта Праестол 650 ВС концентрацией 0,5 г/дм3 (доза 0,135 г/дм3) и раствором анионного флокулянта Аквапол-ФТ2 концентрацией 1 г/дм3 (доза 0,003 г/дм3), после чего она поступала в отстойник-флокулятор, где разделялась на осветленную воду и осадок.

При таком режиме разложения количество образующегося осадка составляет 25 % от расхода отработанной эмульсионной жидкости.

Осадок представляет собой суспензию с содержанием твердой фазы 80–100 г/дм3.

Нами выполнены лабораторные эксперименты по обезвоживанию данного осадка методом фильтрования в гравитационных условиях, под вакуумом и избыточным давлением. Моделирование работы технологического оборудования произведено в соответствии с общеизвестными методиками [9, 10]. В качестве фильтровальной перегородки использована ткань ТЛФ-5 [11].

Установлено, что метод фильтрования в гравитационных условиях для исследуемого осадка не эффективен, поскольку после обезвоживания в течение длительного времени в дренажном бункере осадок представляет собой пасту влажностью 85–90 %, транспортировка которой к месту утилизации или дальнейшей переработки технически затруднительна.

При фильтровании осадка под вакуумом или избыточным давлением на фильтровальной перегородке образуется сильносжимаемый осадок. В подтверждение этому на рисунке приведена зависимость удельного массового сопротивления осадка от разности давлений фильтрования.

В результате аппроксимации экспериментальных данных степенными функциями, как рекомендовано в [12], определено, что средний показатель сжимаемости осадка составляет 1,74. Полученное значение превышает показатели сжимаемости осадков хозяйственно-бытовых сточных вод (0,9–1,14) и осадков станций водоподготовки (1– 1,14).

По-видимому, высокие значения обусловлены специфическими физико-химическими свойствами

Зависимость удельного массового сопротивления осадка (r) от разности давлений фильтрования (Р вак. , Р изб. ):

1 – обезвоживание осадка под вакуумом,

2 – обезвоживание осадка под избыточным давлением

Технологические параметры механического обезвоживания осадка

Тип оборудования Камерный фильтр-пресс Барабанный вакуум-фильтр Разность давлений, фильтрования, кПа 280 50 Фильтроцикл: заполнение камер, ч 0,051 Не производится фильтрование, ч 1,5 0,057 сушка, ч 0,05 0,078 раскрытие плит, ч 0,033 Не производится регенерация, ч 0,333 0,021 сжатие плит, ч 0,033 Не производится ВСЕГО, ч 2 0,156 Коэффициент запаса [6] 1,5 1,3 Удельная нагрузка по сухому веществу осадка с учетом коэффициента запаса, кг/(м2⋅ч) 5 13 Кратность снижения объема осадка 6,2 3,2 Влажность обезвоженного осадка, % 40 75 Толщина обезвоженного осадка, мм 30 10 Отделяемость осадка от фильтроткани ТЛФ-5 Хорошая Удовлетворительная осадка, которые в ходе дальнейшей работы нами будут изучены полнее. На данной стадии исследований можно сделать вывод, что фильтровать рассматриваемый осадок при высоких перепадах давлений нецелесообразно.

На модельном нутч-фильтре при разности давлений фильтрования 15…30 кПа влажность обезвоженного осадка составляет 50 %. Поскольку процесс выгрузки осадка из данного аппарата достаточно трудоемкий, то его целесообразно внедрять в случае образования малого количества осадка.

Ленточный вакуум-фильтр может быть применен для обезвоживания осадка только при использовании слоя фильтровспомогательного вещества [13].

Наилучшие результаты получены при фильтровании осадка на моделях барабанного вакуум-фильтра и камерного фильтр-пресса.

В таблице приведены основные технологические параметры работы промышленного обезвоживающего оборудования, определенные по результатам лабораторных экспериментов.

Использование для механического обезвоживания камерного фильтр-пресса позволяет получить осадок с наименьшей влажностью. Однако удельная производительность этого аппарата по сухому веществу осадка ниже, чем в случае применения барабанного вакуум-фильтра. В то же время после фильтрования под вакуумом осадок хуже отделяется от фильтроткани и имеет большую влажность.

Таким образом, в случае, если осадок можно направить на утилизацию с влажностью 75%, то целесообразно фильтровать осадок на барабанном вакуум-фильтре, а если осадок предполагается дальше обезвоживать методом термической сушки или сжигать, то рекомендуется предусмотреть камерный фильтр-пресс, поскольку величину затрат на теплоноситель будет определять влажность осадка.