РАЗЛОЖЕНИЕ ОТРАБОТАННЫХ ВОДОЭМУЛЬСИОННЫХ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ КИСЛОТАМИ
РАЗЛОЖЕНИЕ ОТРАБОТАННЫХ ВОДОЭМУЛЬСИОННЫХ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ЖИДКОСТЕЙ КИСЛОТАМИ
Фазуллин Д.Д.¹, Маврин Г.В.²
1, 2 Камская государственная инженерно-экономическая академия, Набережные Челны, Россия
² Московский государственный горный университет, Москва, Россия
Аннотация
Нефтесодержащие сточные воды представляют значительную токсикологическую опасность для водных экосистем и для человека. В работе рассмотрен процесс кислотного разложения смазочно-охлаждающих жидкостей, с целью удаления нефтепродуктов и органических загрязнителей содержащихся в водной фазе эмульсии.
Ключевые слова: эмульсия, разложение кислотой, очистка, смазочно-охлаждающие жидкости.
Keywords: emulsion, acid decomposition, cleaning, cutting fluids.
Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) представляет собой устойчивую эмульсию типа "масло в воде", в состав смазочно-охлаждающих жидкостей входят различные стабилизаторы, также большое количество присадок (антикоррозионные, бактерицидные, противозадирные и др.).
Основными причинами замены смазочно-охлаждающих жидкостей являются наличие в них большого количества взвешенных веществ (металлическая пыль, частицы абразивных материалов), расслаивание и загнивание. Возникает необходимость разложения отработанных эмульсий.
Известен способ разложения отработанной смазочно-охлаждающей жидкости по патенту РФ №2129990 (М. Кл. С 10 М 175/04, опубл. в БИ №13, 1999 г.), включающий предварительное подкисление их фосфорной кислотой до рН=4‑6 (т.е. в количестве 1,5-2% по массе), экстракцию с помощью алифатического спирта (изоамилового, гексилового или бутилового) с последующим замораживанием до температуры кристаллизации, равной минус 3 - минус 4°С, а затем оттаиванием до температуры 0 - плюс 5°С с одновременным удалением органической фазы с экстрагентом [1].
К недостаткам указанного способа разложения отработанных смазочно-охлаждающих жидкостей можно отнести следующее. Во-первых, сложность реализации способа, так как потребуется громоздкое оборудования. Во-вторых, используются дорогостоящие реагенты (фосфорная кислота), экстрагенты (алифатические спирты). В-третьих, водную фазу с рН=4-6 после отделения от нее органической фазы необходимо нейтрализовать. В-четвертых, ухудшается экологичность производства в связи с использованием реагентов и экстрагентов.
Задача кислотного разложения состоит в том, чтобы уменьшить себестоимость процесса разложения отработанных СОЖ за счет удаления нефтепродуктов, органических загрязнителей содержащихся в эмульсиях, тем самым продлить срок службы мембранных элементов применяемых для доочистки водной фазы эмульсии.
К разложению подвергались следующие отработанные смазочно-охлаждающие жидкости «Кампрол-3» (рН=8,5) и «Инкам-1» (рН=8,9). 8 % отработанная эмульсия «Кампрол-3» содержит нефтепродукты (минеральное масло) – 5 %, НПАВ - 1,9 %, жиры ‑ 1,05 %, взвешенные вещества 0,13 %, вода. 3 % отработанная эмульсия «Инкам-1» содержит нефтепродукты (минеральное масло) – 0,77 %, жиры ‑ 0,53 %, НПАВ - 0,48 %, взвешенные вещества 0,16 %, вода.
Количественные измерения проводили согласно принятым методикам в аккредитованной лаборатории кафедры химии и экологии ИНЭКА.
Для разложения эмульсии в лабораторных условиях брали 100 мл эмульсии. Схема разложения включала: подкисление концентрированной серной кислотой (ρ = 1,84); отстой разложенной эмульсии; нейтрализация щелочью (раствор гидроксида натрия 100 г/л); разделение фаз.
При подкислении эмульсии рН=1-2 серной кислотой происходит расслаивание СОЖ на три фазы: верхний слой – масло, средний слой – органическая фаза, нижний слой – водная фаза с механическими примесями.
Нейтрализацию проводили после подкисления кислотой очищенной от свободного масла эмульсии. Результаты эксперимента представлены в таблице.
Таблица – Процесс разложения эмульсий
|
Эмульсия |
Vкисл.(Н2SO4), мл |
рН эмульсии после подкисления, ед. рН |
Время разложения, мин |
Vщел.(NaOH 100 г/л), мл |
рН эмульсии после нейтрализации, ед. рН |
|
«Кампрол-3» |
0,25 |
4 |
60 |
1,5 |
7,5 |
|
1,0 |
1,8 - 2 |
5-10 |
11,5 |
7 |
|
|
2,5 |
1,5 |
5 |
35 |
5,5 |
|
|
5,0 |
1 |
5 |
69 |
7,5 |
|
|
«Инкам-1» |
1,0 |
2 |
80 |
14,5 |
7,8 |
|
2,5 |
1,7 |
50 |
35 |
7,1 |
|
|
10 |
1 |
5 |
140 |
7,5 |
Органическая фаза, по данным химического анализа, состоит из комплекса воды с ПАВ и взвешенных неорганических частиц. Маслообразный продукт состоит из нефтепродуктов – 89%, неорганические вещества – 3%, вода и другие вещества – 8%.
Содержание нефтепродуктов в водной фазе (при рН=7) эмульсии «Кампрол-3» составляет: 150 мг/л, жиры – 50-85 мг/л, НПАВ – 60 мг/л. Водная фаза эмульсии «Инкам-1» содержит нефтепродукты 100 мг/л, жиры – 50 мг/л, НПАВ – 50 мг/л.
Результаты исследования разложения эмульсии показывают, что для разложения 1 л эмульсии «Кампрол-3» требуется 2,5 мл концентрированной серной кислоты (ρ = 1,84) и 50 мл раствор гидроксида натрия с концентрацией 100 г/л для нейтрализации. Для разложения 1 л эмульсии «Инкам-1» расход серной кислоты равен 10 мл, и расход раствора гидроксида натрия составит 145 мл. После процесса нейтрализации минерализация водной фазы эмульсии «Кампрол-3» составляет 4 – 4,5 г/л, у эмульсии «Инкам-1» минерализация 7 г/л.
Для удаления оставшейся в водной среде органической фазы и нефтепродуктов, проводят электрофлотацию, далее ультрафильтрацию. Высокая минерализация водной фазы устраняется нанофильтрацией либо обратным осмосом.
Список литературы / References
1. Способ разложения синтетических и полусинтетических СОЖ [Электронный ресурс]. http://www.ntpo.com/patents_water/water_1/water_123.shtml (дата обращения 20.10.12.).