Дипломная работа: Екологічна безпека мастильно-охолоджувальних рідин
Фрезерування сірого чавуна на універсальних фрезерних верстатах звичайно виробляється без охолодження, а ковкого - з охолодженням емульсією. Однак іноді рекомендується застосовувати МОР при обробці сірого чавуна. Так, наприклад, при обробці довгих чавунних деталей типу станин і кареток металорізальних верстатів, що при фрезеруванні без охолодження можуть нагріватися до 60-70°, рекомендується застосовувати охолодження щоб уникнути деформації.
Розроблен останнім часом нові МОР мають, як правило, високі антикорозійні властивості. Так, наприклад, при фрезеруванні чавуна можна застосовувати Укринол-1.
Алюмінієві сплави твердосплавними фрезами доцільно фрезерувати з охолодженням емульсією, Укринолом-1, розпиленою олією або розпиленною емульсією.
Розділ 3. Охорона навколишнього середовища при використанні мор
3.1 Основні методи очистки від МОР
На підприємствах металургійної і машинобудівної промисловості одна з основних категорій стічних вод це масляні стоки.
За концентрацією основного забруднення (масла) вони поділяються на малоконцентрован концентровані. Малоконцентровані стоки утворюються при промиванні металевих виробів після їхньої термічної обробки і після розконсервування.
Концентрован стічні води містять масел до 50 г/л. Це відпрацьовані мастильно-охолоджувальн рідини (МОР), а також відпрацьовані миючі розчини, що представляють собою стійкі емульсії типу "масло у воді". Їхня витрата складає 0,5 - 200 м3/добу у залежності від потужності підприємства і типу його продукції.
На багатьох підприємствах концентровані масловмісні стоки розбавляються великою кількістю умовно чистих вод і перетворюються в малоконцентровані. Вміст у них масла звичайно коливається від 10 до 500 мг/л. Обсяг цих стічних вод досягає 5 - 10 тис. м3/добу.
Технологічні схеми очищення масловмісних стічних вод у нашій країні і за рубежем передбачають змішування усіх видів масловмісних стічних вод, їхнє відстоювання для видалення грубодисперсних і спливаючих домішок, обробку коагулянтами і зневоднювання осадів, що утворюються.
Основним недоліком таких схем очищення є великі витрати коагулянтів і утворення значних кількостей опадів, для зневоднювання яких потрібна додаткова витрата коагулянтів з метою зниження вмісту в них масел. Практика показує, що роздільна обробка коагулянтами малоконцентрованих і концентрованих стічних вод вимагає менших витрат коагулянтів і супроводжується утворенням менших об`ємів осадів.
Основна кількість концентрованих маслоемульсійних стічних вод на підприємствах машинобудування металообробки скидається у вигляді відпрацьованих МОР. Свіжі МОР готують з технічних продуктів - емульсолів, що представляють собою емульсії типу "вода в маслі". При змішуванні 3-10% емульсолу, 90 - 95% води і 0,3% соди утворюються емульсії типу "масло у воді". Для додання емульс достатньої активності необхідне додавання до неї ще одного компонента - емульгатора, здатного сорбуватися на поверхні обох - рідин, що незмішуються. Крім зазначених компонентів, до складу МОР входять різні стабілізатори, а також велика кількість присадок (антикорозійні, бактерицидні та ін).
Середній термін використання МОР коливається від двох тижнів до півтора місяців. Основними причинами заміни мастильно-охолоджувальних рідин при холодній обробці металів наявність у них великої кількості зважених речовин (металевий пил, сажа, частки абразивних матеріалів), розшарування МОР і їхнє загнивання.
3.2 Регенерація відпрацьованих МОР
Регенерація відпрацьованих МОР, що полягає у видаленні з них сторонніх домішок, дозволя повертати їх у виробництво, досягаючи тим самим економії мінеральних олій нших компонентів, що входять до складу емульсолів. Крім того, заощаджуються витрати на приготування, складування і перевезення нових партій емульсолу.
Основною причиною скидання МОР є їхнє загнивання, яке можна попередити за допомогою бактерицидних добавок. Як такі добавки використовуються гексахлорофен, фурацилін, бактерициди типу "Вазин" і "Азин".
Регенерацію відпрацьованих МОР варто проводити в такий спосіб. Відпрацьовану МОР направляють у збірний резервуар і відстоюють у ньому для відділення суспенз спливаючого масла протягом 6 год. Для видалення тонкої суспензії МОР потім подають на фільтр-транспортер з паперовою стрічкою, після чого вона надходить у мність для регенерації. У цю ємність подають емульсол-пасту (суміш емульсолу з водою в співвідношенні 1:
1), воду і розчин бактерицидної речовини. При необхідності в регенеруєму МОР вводять антикорозійні добавки (NaNO2 у дозі 1 г/л) і соду з розрахунку 0,2 - 0,3% (по масі). Суміш перемішують стисненим повітрям протягом 10 хв., відстоюють протягом 60 хв., видаляють олію, що спливла, і повертають у виробництво для подальшого використання. Однак регенерація відпрацьованої МОР можлива тільки в тому випадку, якщо в 1 мл рідини утримується менш 100 млн. бактерій. У протилежному випадку відпрацьована МОР підлягає скиданню на очисн спорудження. Промисловість випускає велику кількість емульсолів різних марок, що значно відрізняються за своїм складом і фізико-хімічними властивостями. У залежності від типу наявних в них емульгаторів усі мастильно-охолоджувальн рідини на основі мінеральних олій можна розділити на три групи:
1. МОР, що містять оногенні емульгатори;
2. МОР що містять неіоногенні емульгатори;
3. МОР, що містять одночасно іоно - і неіоногені емульгатори.
Для очищення відпрацьованих мастильно-охолодних рідин застосовують наступні методи:
1. реагентні (обробка мінеральними солями і кислотами, коагулянтами і флокулянтами);
2. фізико-хімічн (електрокоагуляція, ультрафільтрація).
3.3 Метод деемульгування
Метод деемульгування масляних емульсій шляхом коагуляції дисперсної фази неорганічними електролітами одержав широке поширення в практиці очищення стічних вод. За літературними даними, для очищення маслоемульсійних стічних вод можуть бути використані NaCl, H2SО4, FеSО4, Fе2 (SО4) 3, FeCl3, СаО, А12 (SО4) 3, узяті окремо або в комбінації один з одним. Під впливом електролітів відбувається як зниження електрокінетичного потенціалу масляних емульсій, так і руйнування структурно-механічного бар'єру. Слід зазначити, що багатовалентні катіони здатні перезаряджати масляні глобули з утворенням нестійкої системи - зворотної емульсії, тому визначення оптимальної витрати реагентів є основою для успішного їх застосування. Спільне застосування різних реагентів дозволяє значно підвищити ефективність очищення. У літератур відзначається, що для очищення маслоемульсійних стічних вод використовується дво - і триступінчаста їх обробка реагентами.
Найбільш ефективним коагулянтом для очищення відпрацьованих МОР, що містять іоногенн емульгатори, є сірчанокислий алюміній.
Нижче приведен оптимальні дози Al2 (SО4) 3 для очищення відпрацьованих МОР, приготовлених на основі, емульсолу першої групи.
В даний час особлива увага приділяється скороченню і максимальному використанню різних виробничих відходів, а також створенню в промисловості безвідхідної технолог виробництва. Для очищення відпрацьованих МОР можна використовувати відходи ацетиленових станцій, що містять гідроксид кальцію, а також відпрацьован травильні розчини, що містять H2SO4 і FeSO4, або HCl і FeCl2. Спосіб очищення відпрацьованих МОР на основ емульсолів марки Е-1 (А), Е-2 (Б), Е-З (У) за допомогою сірчаної кислоти (доза H2SО4 3 - 5 г/л) і відходів ацетиленової станції (доза активного оксиду кальцію 1 г/л). Вміст ефіровилучених речовин в обробленій рідині, що має величину рН = 7, у середньому складає 170 - 220 мг/л. Техніко-економічн розрахунки показують, що при хімічному методі очищення маслоемульсійних стічних вод витрати на реагенти складають від 30 до 70% всіх експлуатаційних витрат, тому застосування для очищення різних виробничих відходів значно знижу експлуатаційні витрати.
3.4 Методи електрохімічного очищення
В даний час одним з перспективних методів очищення цього виду стічних вод є метод електрокоагуляції, розроблений харківським відділом ВНИИВОДГЕО. Процес очищення масляних емульсій, що містять іоногенні емульгатори, протікає в такий спосіб. Електрокінетичний потенціал емульсії, що знаходиться в електричному полі, знижується, а емульсія втрачає свою стійкість. Іони алюмінію, що перейшли в рідку фазу, при рН=6-8 у міжелектродному просторі утворюють спочатку колоїдний розчин, а потім у залежності від рН середовища макрочастки гідроксиду або основного сульфату алюмінію. При рН = 5 емульгатор переходить у нерозчинну форму, що ще в більшому ступені сприяє сорбції часток дисперсної фази, тому що відбувається зниження міцності структурно-механічного бар'єру. При подальшому протіканні процесу відбуваються зростання лужності рідини і весь алюміній переходить у нерозчинну форму, створюючи максимум сорбційної поверхні.
Електрокоагуляційний спосіб рекомендується застосовувати для локального очищення відпрацьованих МОР, для приготування яких були використані емульсоли марок Е-1 (А), Е-2 (Б), Е-3 (У), ЕТ-2 і НГЛ-205. Спосіб застосуємо також для очищення відпрацьованих МОР, приготовлених на емульсолах марок Укринол-1, ЕГТ, СП-3, Аквол-2, Аквол-б, МОТ н.
Сутність способу полягає в руйнуванні емульсії і коагуляції емульгованих олій під дією продуктів електрохімічного розчинення алюмінієвих анодів і флотацій коагуляту воднем, що утвориться на катодах.
Перед електрохімічною обробкою стічні води підкисляють до рН=5 - 5,5 для зниження агрегативной стійкості емульсії.
У процес електролізу величина рН стічних вод зростає до 6,5 - 7,5. Процес очищення стічних вод складається з наступних технологічних операцій: збір, усереднення відстоювання стічних вод, їх підкислення, електрохімічна обробка, відведення продуктів очищення, освітлення відпрацьованої води.
Маслоемульсійн стічні води після усереднення і відстоювання в резервуарі з метою виділення вільного масла (останню видаляють у маслозбірник) потім направляють у змішувач, де підкислюють концентрованою соляною кислотою до рн=5-5,5. Підкислені стічн води направляють у електролізер. Пінний продукт, що утвориться на поверхн оброблюваної рідини, періодично або безупинно видаляють у піноприймальний бак. Оброблену стічну воду освітлюють у відстійнику, після чого скидають у каналізацію населених пунктів (при біологічному очищенні стічних вод на міських каналізаційних очисних спорудах досягається видалення з них залишкових кількостей органічних речовин).
При електроліз підкислених стічних вод відбувається електролітичне розчинення алюмінієвого анода й утворення гідроксиду алюмінію, що володіє високою коагулюючою здатністю.
Очищена вода явля собою прозору безбарвну рідину, що має величину рН =6,5-7,5, величину ХПК 0,5-0,6 г/л, що містить нафтопродуктів 25 мг/л і хлоридів 1,5 г/л (загальний вміст розчинених мінеральних солей 2,5 - 3 г/л).
Електролізер для очищення маслоемульсійних стічних вод являє собою прямокутний сталевий резервуар, футерований зсередини вініпластом або іншим кислотостійким матеріалом. Дно електролізеру має ухил 1: 10 убік випуску стічних вод. До ліво торцевої стінки корпусу електролізеру (вище рівня рідини) прикріплений патрубок для подачі стічної води, до днища приварюють патрубок для відводу очищеної води. Біля правої торцевої стінки апарату вище рівня рідини розташовуються два прямокутних подовжніх вікна: нижнє - для приєднання пінозгінного лотка, верхн - для підключення витяжного повітреходу. На задній стінці корпуса є отвори для приєднання токопідводячих шин. Пінозгінний лоток розташований під кутом 45' до вертикальної стінки. У верхній частині корпусу електролізеру (під електродами) установлюють піновидаляючий пристрій.
Електроліз стічних вод проводять при щільності струму 80 - 120 А/м2, напрузі на електродах 7 - 10 В. Тривалість їх електрохімічної обробки складає 4 - 5 хв., питома витрата алюмінію для видалення 1 г емульсованого масла 0,03 г, питома витрата електроенергії 2,5 - 3 кВт год/м, питома витрата соляної кислоти (35%) на підкислення стічних вод 7 - 8 кг/м3.
Для обробки стічних вод можливе використання перемінного електричного струму, однак у цьому випадку для досягнення того ж ефекту очищення питома витрата електроенерг збільшується на 40 - 50%.
Харківським відділом ВНИИВОДГЕО розроблені дві моделі електролізерів (три - і шестисекційний).
В даний час установки для електрохімічного очищення маслоемульсійних стічних вод діють на ряді машинобудівних підприємств.
Інститутом "Харківський Водоканалпроект" розроблені типові проектні рішення установок "Комплект устаткування для електрокоагуляційної обробки мастильно-охолодних рідин продуктивністю 5 - 10 м3/добу.
У Харківському політехнічному інституті М.М. Назаряном розроблений апарат колонного типу для очищення концентрованих масловмісних стічних вод за допомогою коагулянту - гідроксиду алюмінію, одержуваного шляхом електролітичного розчинення алюмінієвих анодів в електродній камері апарата. Отримана суспензія гідроксиду алюмінію потім змішується зі стічними водами в реакційній камері, а осад, що утворився, відокремлюється від рідкої фази у флотаційній і відстійної камерах.
Для очищення великих об`ємів маслоемульсійних стоків успішно застосовується метод реагентной напірної флотації. Цей метод упроваджений на ГПЗ-2 (м. Москва). Очищення маслоемульсійних стічних вод проводять за наступною схемою: стічна вода надходить у відстійник-накопичувач, де відбувається виділення механічних домішок і вільних масел, а потім у цій же мності виробляється нейтралізація рідини сірчаною кислотою до рн=7-8. Нейтралізована стічна вода надходить у флотатора, куди одночасно подається розчин сірчанокислого алюмінію. Піна, що утвориться в процесі напірної флотації, збирається і направляється в пінозбірник.
Величина - потенціалу емульсійних систем, що містять неіоногенні емульгатори, недостатня для їхньо високої стабільності, а їхні адсорбційні шари не володіють високою структурно-механічною міцністю, тому застосування коагулянтів для очищення подібних стічних вод малоефективно.
3.5 Метод ультрафільтрації
Одним з перспективних методів очищення цих стічних вод є метод ультрафільтрації. Можливість його застосування показана в дослідженнях, проведених на апараті типу фільтр-прес з використанням ультрафільтраційних мембран марок УАМ-500, УАМ-200, УАМ-150, УАМ-50 (цифра позначає середній діаметр пір мембрани в Ангстрем).
Установлено, що продуктивність ультрафільтратів по пермеату практично однакова для всіх марок мембран [10 л/ (сут*м2)]. Вміст масла в рідині, що очищається, може бути знижено до 8 - 10 мг/л. Ступінь концентрування фільтруємої емульс залежить від її стійкості: найбільш стійкі емульсії, наприклад приготовлені на основі емульсолу ІХП, можна концентрувати до вмісту олій 500 г/л. Недоліком цього методу є мала продуктивно ультрафільтрів, що значно стримує його широке застосування. Для підвищення продуктивності ультрафільтрів доцільно застосовувати їхнє промивання розчинами поверхнево-активних речовин (наприклад, 6% -ним розчином препарату Лабомид-161). Таке промивання варто проводити через 150 - 200 год. роботи установки, при цьому продуктивність мембран, підвищується в 2 - 3 рази.
Проведені також дослідження методу ультрафільтрації з використанням як фільтруючий елемент фрагментів трубчастих модулів із фторопласту типу БТУ з діаметром пір 500 А (50 нм). Отримані результати показали, що для реального діапазану концентрацій олій у відпрацьованих МОР (10 - 25 г/л) продуктивність мембран і величина ХПК пермеату практично не залежать від вихідної, концентрації олій у стічній воді. При цьому кінцева ХПК очищеній рідині не залежить також від часу роботи установки складає 100 - 150 мг*об/л. Проникність мембран складає 10 - 15 л/ (м2*ч).
Як випливає з приведеного огляду, у розробці ефективних методів очищення концентрованих масловмісних стічних вод в останні роки досягнуті визначені успіхи. Побудовано введені в постійну експлуатацію установки по очищенню масловмісних стічних вод методами коагуляції, електрокоагуляції, реагентної напірної флотації.
3.6 Розділення відпрацьованих МОР
Спосіб дозволяє розділити відпрацьовані мастильно-охолодні рідини на фракції, причому одержують фракції, які можна використовувати у виробництві. Для здійснення способу відпрацьован мастильно-охолоджувальні рідини нагрівають до 40 - 45oС і піддають поділові в поле дії відцентрових сил. У результаті утворяться дві фази - водна масляна, котрі окремо піддають доочищенню. У водну фазу додають послідовно луг солі алюмінію або заліза, а масляну фазу доочищають відстоюванням на фракц - олія індустріальне відпрацьоване і водно-масляну концентровану емульсію.
