CC BY
47
УДК 544.723.23
Л.Е. ПУСТОВАЯ, А.С. ТЯГНЕНКО, О.С. ПАНЧЕНКО,
М.Н. ЧЕРНОКОЗ, В.В. ТОЛМАЧЕВА
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ОПТИМИЗАЦИИ РЕАГЕНТНОГО МЕТОДА УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ (СОЖ) ЛОПАСТНОГО ЦЕХА ОАО «РОСТВЕРТОЛ»
Исследованы условия оптимизации реагентного метода утилизации СОЖ. Показаны достоинства и недостатки солевого и кислотного способов расслоения СОЖ. Установлено, что применение соляно-кислого расслоения сопряжено с необходимостью антикоррозионной обработки оборудования, повышенными мерами безопасности при работе с едкими веществами и с износом оборудования. В связи с этим экономичнее и экологичнее использовать хлорид натрия с последующей нейтрализацией и доочисткой на сорбционном фильтре.
Ключевые слова: смазочно-охлаждающая жидкость, очистка сточных вод, реа-гентный метод.
Введение. В настоящее время любое машиностроительное предприятие использует в ходе механической обработки смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). СОЖ производятся в виде эмульсолов, которые на предприятиях разбавляются водой, и по характеру происхождения основного эмульгированного компонента (масла) подразделяются на минеральные, полусин-тетические и синтетические. Обладая высокой агрегативной устойчивостью (при обычном отстаивании сроком до трех месяцев концентрация масла снижается на 10...12%) и средним сроком эксплуатации 1,5-2 месяца, водные СОЖ представляют собой объемную и высоко загрязненную категорию сточных вод. Постороннее масло, остающееся на режущем инструменте и обрабатываемых деталях, как правило, снижает точность размеров конечных изделий и может стать причиной появления проблем на последующих стадиях технологической цепочки, таких как покраска. Масло и твердые частицы в смазочно-охлаждающих жидкостях могут привести к повышенному износу металлорежущего инструмента, снижению качества конечной продукции, а также к ухудшению здоровья персонала, причиной аллергических реакций или кожных заболеваний. Поэтому сточные воды нуждаются в очистке перед сбросом в городской коллектор.
Постановка задачи. В лопастном цехе ОАО «Роствертол» также широко применяют СОЖ. До недавнего времени использовали СОЖ типа «Эмуль-сол». Отработанная СОЖ утилизировалась реагентным методом. С помощью хлорида натрия производилось расслоение СОЖ на масляную и водную фракции. После отделения масла водная фракция очищалась путем коагуляции сульфатом алюминия в щелочной среде. В настоящее время качество очищенной воды и масляной фракции не соответствуют действующим нормативам.
После технического перевооружения цеха современными дорогостоящими станками начали применять СОЖ нового поколения марок: «Shell Adrana D407», «Motorex Swisscool 7711», «Blasocut 4000 CF», «ЭКБ-1». Это привело к резкому снижению эффективности очистки отработанной СОЖ и необходимости оптимизации и модернизации существующего метода утилизации. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- подбор реагента для разрушения стабилизатора каждой из исследуемых эмульсий в отдельности и проверка эффективности реагента-дестабилизатора для смеси СОЖ;
- оптимизация условий разделения масляной и водной фракций;
- отделение водной фракции и выбор эффективного способа ее нейтрализации.
Эксперимент. Применяемые в настоящее время методы для очистки сточных вод от компонентов СОЖ и их утилизации можно разделить на следующие группы:
- реагентные, отличительной особенностью которых является добавление к водомасляным эмульсиям в процессе их очистки различных типов реагентов (минеральных солей и кислот, коагулянтов и флокулянтов);
- физико-химические, в основе которых лежат различия в физических свойствах разделяемых веществ и их химического строения (электрокоагуляция, ультрафильтрация, сорбция);
- биологические, с применением специальных штаммов микроорганизмов.
Наиболее часто используется реагентный метод. При реагентной обработке, с применением различных кислот и солей (HCl, H2SO4, H3PO4, CuSO4, NaCl, FeCh, Ah(SO4b, FeSO4, Ca(ClO2)2, Ah(OH)5Cl и др.) в качестве деэмульгаторов и коагулянтов, происходит деэмульгирование (коалесценция) - разрушение мицелл и потеря агрегативной устойчивости эмульсии. В результате нерастворимое в воде масло всплывает, что позволяет его удалить и использовать по назначению. Доочистку сточной воды осуществляют ее нейтрализацией известковым молоком или едким натрием, затем удаляют выпавший осадок [1-5].
На основе анализа существующих способов разрушения эмульсий, а также с учетом особенностей исследуемых СОЖ в качестве реагентов-раз-рушителей стабилизаторов эмульсии были изучены минеральные кислоты: соляная (HCl), серная (H2SO4) и фосфорная (Н3РО4), а также соли: хлорид натрия (NaCl), сульфат железа II (FeSO4), сульфат железа III (Fe2(SO4^), силикат натрия (Na2SD3), нитрит натрия (NaNO2) и карбонат кальция (Са-СОз).
Предварительные исследования кислотного расслоения показали, что наиболее эффективно использование соляной кислоты. Для контроля кислотности использовался рН-метр «Аквилон». С целью оптимизации условий соляно-кислого расслоения СОЖ исследовалось действие соляной кислоты последовательно для растворов с рН от 7 до 1 (табл.1). Установлено, что оптимальной величиной кислотности, необходимой и достаточной
для разрушения смеси эмульсий, является рН=1. Также показано, что 48 часов достаточно для полного расслоения СОЖ.
Таблица 1
Зависимость степени разрушения СОЖ соляной кислотой от уровня кислотности1
Уровень кислотности, рН Марка СОЖ
«Motorex Swisscool» «Shell Adrana» «Blasocut» «ЭКБ-1»
7 - - - -
6 - - - -
5 - - +/- +
4 - +/- +/- +
3 - +/- +/- +
2 +/- + +/- +
1 + + + +
Установлено, что для солевого расслоения всех исследуемых СОЖ целесообразно использовать хлорид натрия в щелочной среде или сульфат железа III - в нейтральной среде (табл.2). Полное расслоение происходит за 7 суток. Экспериментально установлено, что для расслоения смеси различных СОЖ необходимо использовать 100 кг хлорида натрия на 10 м3 сточной воды.
Таблица 2
Солевое расслоение СОЖ в щелочной и нейтральной средах
Соль Марка СОЖ
«Motorex Swisscool» «Shell Adrana» «Blasocut» «ЭКБ-1»
рН=8,5 рН=7 рН=9,4 рН=7 рН=8,3 рН=7 рН=8,7 рН=7
NaCl + + +/- +/- + + + +
FeSO4 - - + +/- + + + +
Fe2(SO4)3 + + + + + + + +
Na2Si03 - - - - - - - -
NaNO2 +/- +/- +/- +/- +/- +/- +/- +/-
СаСОз (рН=6) +/- +/- + +
Необходимо отметить, что использование сульфата железа III менее предпочтительно, так как потребуются дополнительные экономические затраты на последующую очистку водной фракции от примесей ионов Fe3+. Сравнивая достоинства и недостатки солевого и кислотного способов расслоения СОЖ, следует отметить, что применение соляно-кислого расслоения сопряжено с необходимостью антикоррозионной обработки оборудования, повышенными мерами безопасности при работе с едкими веществами, а также с повышенным износом оборудования. В связи с этим экономичнее и экологичнее использовать хлорид натрия.
Для доочистки водной фракции от растворенных в ней примесей необходимо пропустить ее через слой сорбента. Предварительные исследо-
1 Примечание: «-» - нет расслоения, «+» - есть расслоение,
«+/-» - частичное расслоение.
вания показали, что доочистка активированным углем, а также пористыми полимерными сорбентами является приемлемой.
Предлагаемая технологическая схема очистки представлена на рисунке [6]. Процесс очистки происходит следующим образом.
1. Отработанная СОЖ поступает из цеха в емкостях по 1 м3, сливается через решетку (грубая очистка от крупных включений) в накопительную емкость.
2. При достижении объема в 10 м3 срабатывает датчик уровня, включается мешалка, и жидкость перекачивается с помощью насоса через фильтр очистки от металлической пыли в емкость-реактор.
3. В реакторе отработанная СОЖ подогревается до 40° С и смешивается с насыщенным раствором хлорида натрия, который подается из резервуара до полного выливания (100 кг на 10 м3). Раствор перемешивается мешалкой и отстаивается в течение 3-4 суток.
4. После отстаивания всплывшее масло собирается ленточным маслосборником с гидрофобной поверхностью ленты.
5. Далее в реактор с помощью дозирующего насоса подается раствор соляной кислоты (1:1) до срабатывания датчика уровня кислотности при рН=7. Раствор отстаивается еще сутки.
6. Еще раз включается маслосборник для сбора остатков масла, и сточная вода перекачивается с помощью насоса через фильтр тонкой очистки засыпного типа с трехслойным фильтровальным материалом на основе пористых полимерных сорбентов.
Установка работает в периодическом режиме. Цикл очистки составляет семь дней.
Выводы. Таким образом, схема утилизации отработанных СОЖ (см. рисунок) основана на использовании реагентного метода, который заключается в обработке СОЖ хлоридом натрия, отстаивании, нейтрализации до рН=7 соляной кислотой и фильтровании через сорбционный зернистый фильтр. Предложенный способ является экономичным, безопасным и экологичным. Имеется возможность автоматизации процесса очистки и контроля степени очистки.
Библиографический список
1. Пустовая Л.Е. Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический мониторинг / Л.Е.Пустовая, Б.Ч.Месхи - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2008. - 296 с.
2. Пустовая Л.Е. Общая экология: учеб. пособие для техн. вузов / Л.Е.Пустовая, А.Е.Аствацатуров, В.В.Озерянская, И.Н. Лоскутникова. - Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2004. - 109 с.
3. Смирнов Д.Н. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов / Д.Н.Смирнов, В.Е.Генкин. - М: Металлургия, 1989. - 320 с.
4. Бердичевский Е.Г. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки материалов: справочник. / Е.Г.Бердичевский. - М.: Машиностроение, 1984. - 224 с.
5. Ещенко Е.П. Эффективное внедрение СОЖ в металлообрабатывающих производствах / Е.П.Ещенко // Мир техники и технологии. - 2003. -№10. - С.64-65.
6. Тягненко А.С. Модернизация системы утилизации отработанных СОЖ лопастного цеха ОАО «Роствертол»: материалы Междунар. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспектива-2009». Т.7. / А.С.Тяг-ненко, О.С.Панченко, Л.Е.Пустовая - Нальчик, 2009. - С.144-147.
Материал поступил в редакцию 07.07.09.
L.E. PUSTOVAYA, A.N. TAYAGNENKO, O.S. PANCHENKO, M.N. CHERNOKOZ, V.V. TOLMACHEVA INVESTIGATION OF THE CONDITIONS OPTIMIZING
REAGENT METHOD OF DISPOSAL OF USED LUBRICATING-COOLING
LIQUIDS BLADE SHOP ОАО «ROSTVERTOL»
We study the conditions optimizing reagent method of disposal of cutting fluids. Showing the advantages and disadvantages of salt and acid stratific-
ation methods lubricating cooling liquids. It was found that the use of hydrochloric fibrations associated with the need for corrosion-processing equipment, high security with edkimi substance and wear and tear of equipment. In connection with this economical and environmentally friendly use of sodium chloride, followed by neutralization and sorption filters for tertiary treatment.
Пустовая Лариса Евгеньевна, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» ДГТУ, кандидат химических наук (1999). Окончила Ростовский государственный университет (1993).
Область научных интересов - инженерная защита окружающей среды, нанотехнологии.
Имеет публикаций - 52.
Тягненко Анастасия Сергеевна, студентка кафедры «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» ДГТУ.
Область научных интересов - инженерная защита окружающей среды. Имеет публикаций - 3.
Панченко Ольга Сергеевна, студентка кафедры «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» ДГТУ.
Область научных интересов - инженерная защита окружающей среды. Имеет публикаций - 5.
Чернокоз Марина Николаевна, студентка кафедры «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» ДГТУ.
Область научных интересов - инженерная защита окружающей среды. Имеет публикаций - 1.
Толмачева Виктория Владимировна, студентка кафедры «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды» ДГТУ.
Область научных интересов - инженерная защита окружающей среды.
lapus1 @yandex.ru
