СПОСОБ АБРАЗИВНО-СТРУЙНОЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
ABRASIVE-JET CLEANING OF SURFACES FROM ORGANIC DIRT

Изобретение относится к методам очистки поверхностей от органических загрязнений, в частности от нефти, нефтепродуктов, технических масел, смазок, нефтяных отложений и др., и может быть использовано, например, при очистке производственного оборудования, емкостей, цистерн, трубопроводов и др.
Широко известны способы очистки поверхности от органических загрязнителей водными растворами моющих средств, подающимися под давлением на очищаемую поверхность (см., например, Патент РФ №2170630, опубл. 20.07.2001 г., Патент РФ №2200637, опубл. 20.03.2003 г., Патент РФ 2357811, опубл. 10.06.2009 Бюл. №16).
Недостатками данных способов является большой расход воды и применяемых реагентов, необходимость применения высокого давления (более 10 атм), дороговизна применяемых реагентов, сложность аппаратурного оформления и др.
Известны способы для поверхностной очистки и обработки поверхности дробью, песком, косточковой крошкой и др. гранулоподобными материалами, направляемыми на очищаемую поверхность в струе несущего газа, например воздуха под избыточным давлением 2-8 атм (см., например, авторские свид-ва СССР №887145, кл. B24C 5/06, 1981; №1038213, кл. B24C 5/06, 1983; Патент РФ №.2008182, кл. B24C 5/06, 1994).
Общим недостатком данных способов является излишнее абразивное воздействие, наклеп и внедрение в поверхность обрабатывающих гранул.
Известны способы очистки поверхности гранулами диоксида углерода (сухой лед). Очистка осуществляется путем подачи гранул диоксида углерода в импульсном режиме в струе несущего газа под избыточным давлением на обрабатываемую поверхность, при этом гранулы снимают загрязнение без абразивного воздействия на поверхность (см., например, Патент РФ №2343066, опубл. 10.01.2009, Бюл. №1, Патент РФ №2365486, опубл. 27.08.2009, Бюл. №24, Патент FR №2837123, опубл. 19.09.2003).
Недостатками данных изобретений является дороговизна и сложность изготовления гранул диоксида углерода, взрывоопасность твердого диоксида углерода (при контакте сухого льда с малым количеством воды). Гранулы имеют очень низкую температуру (около -78,5 C°), в результате чего при работе возникает вероятность получения «холодных ожогов».
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки поверхности мягкими абразивными частицами, в качестве которых используют бикарбонат натрия, который подается под давлением 10-100 psi (0,68-6,8 атм) в потоке воздуха на обрабатываемую поверхность, дополнительно в поток добавляется вода, ПАВ, песок и др. (см. Патент US №5316587, опубл. 21.01.1993). Способ позволяет быстро и эффективно удалять загрязнения путем мягкого абразивного воздействия.
Недостатки прототипа заключаются в том, что в качестве абразива используется значительное количество относительно не дешевого реагента, без возможности его повторного использования. Очистка от органических загрязнителей абразивом-реагентом (содой) происходит за счет абразивно-механического и химического (реакция омыления) воздействия. Однако даже при небольшом увеличении толщины слоя загрязнителя (особенно таких загрязнителей, как высоковязкие технические масла, смазки и др.) расход абразива многократно увеличивается. В способе, после очистки, образуются высококонцентрированные сточные воды с высокими значениями pH, требующие дорогостоящей утилизации.
Задача изобретения состоит в том, чтобы, сохраняя быстроту и мягкость очистки, снизить ее стоимость, повысить эффективность, снизить расход применяемых реагентов, упростить и обезопасить утилизацию образующихся в процессе очистки отходов.
Поставленная задача решается тем, что в способе абразивно-струйной очистки поверхности от органических загрязнителей, включающем подачу под давлением на обрабатываемую поверхность абразива в струе сжатого воздуха, с добавлением в поток воды, ПАВ, согласно изобретению в качестве абразива используют композицию следующего состава:
- мягкий абразив 60-80% масс.,
- твердый абразив 10-30% масс.,
- карбонат натрия 10% масс.
Композиция подается на очищаемую поверхность в струе сжатого воздуха под давлением 8 атм. Дополнительно в поток подается вода в количестве 10-150% масс. от веса расходуемой композиции, содержащая 0,1-2% масс. ПАВа.
В качестве мягкого абразива используются частицы твердостью по шкале Мооса 1-4, с выраженными сорбционными свойствами в отношении органических веществ, в частности высушенные гранулы избыточного активного ила биологических очистных сооружений, например нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий.
В качестве твердого абразива используются частицы твердостью по шкале Мооса 5-9 и крупностью частиц 0,5-2,2 мм, в частности кварцевый песок, оксиды металлов, купершлак, никельшлак, металлические или стеклянные шарики или их смесь.
Процесс очистки происходит за счет мягкого абразивно-струйного воздействия, физической сорбции и реакции химического гидролиза органических загрязнителей.
Образующиеся в процессе очистки сточные воды после отстаивания легко разделяются на три фракции: первая - верхняя - избыточный ил с адсорбированными органическими загрязнителями, вторая - нижняя - осадок, представляющий собой частицы отмытого твердого абразива, и третья - раствор, содержащий незначительное количество водорастворимых органических загрязнителей.
Первая фракция может быть регенерирована с помощью органических растворителей или биологическим методом, за счет деструкции органических загрязнителей микроорганизмами избыточного активного ила на спецполигонах. Вторая фракция, после просушки, и третья фракция могут быть использованы повторно.
Избыточный ил представляет собой крупнотоннажный отход очистных сооружений, удаляемый на иловые карты, где он хранится годами, загрязняя окружающую среду.
3
2
3
Высушенные гранулы избыточного ила представляют собой мягкий гидрофобный абразив (твердость по шкале Мооса 2,5-3, насыпная плотность 650-700 кг/м) с ярко выраженными сорбционными свойствами (удельная поверхность до 1200 м/г [Коршунова Т.Ю., Силищев Н.Н., Логинов О.Н. Микробиологические процессы на очистных сооружениях. - Уфа: Реактив, 2005. - 60 с.]) в отношении органических веществ (маслоемкость 0,9-0,95 кг/м). При взаимоотношении с органическими и неорганическими веществами pH нейтрален.
2
Пример 1. Для проведения опыта готовили рабочую смесь, состоящую из жидкого отработанного машинного масла (70% масс.), мазута (10% масс.), солидола (10% масс.), сажи (5% масс.) и почвенной пыли (5% масс.). Рабочую смесь равномерно наносили на стеклянные пластины размером 40×40×0,6 см, из расчета 0,2; 0,5 и 1 г/см. Исследуемые составы подавались на загрязненную поверхность под давлением 8 атм, время обработки 20 с. Эффективность очистки оценивали по двум критериям: остаточное загрязнение и абразивность воздействия состава. Повторность опыта пятикратная.
Остаточное загрязнение - масса загрязнений, оставшаяся после обработки исследуемыми составами. Определяли весовым методом после экстракции четыреххлористым углеродом.
Абразивность воздействия составов определяли по снижению светопропускания стеклянных пластин после обработки. Светопропускание определяли люксметром для контрольной пластины (чистая необработанная пластина) и после обработки составами (пластины предварительно промывали мягким мыльным раствором и осушали).
В качестве исследуемых составов использовали: водный 4% масс., раствор ПАВ(неонол); сыпучие составы, подаваемые в струе воздуха под соответствующим давлением, с добавлением в струю без предварительного смешивания водного 0,1% масс., раствора ПАВ(неонол), из расчета 50% масс., от расхода абразива: кварцевый песок (крупность фракций 0,5-1,7 мм); порошок бикарбоната натрия (крупность фракций до 0,7 мм); предлагаемая композиция (% масс.: избыточный ил - 70, кварцевый песок (крупность фракций 0,5-1,7 мм) - 20, карбонат натрия - 10). Полученные результаты представлены в табл.1.
Таблица 1
Состав
Остаточное загрязнение, г/см<sup>2</sup> (в % от исходного)
Абразивность состава (снижение светопропускания, в % от контроля)
0,2 г/см<sup>2</sup>
0,5 г/см<sup>2</sup>
1 г/см<sup>2</sup>
Водный 4% масс. раствор ПАВ
0,008 (4)
0,044 (8,8)
0,094 (9,4)
-
Кварцевый песок
0,001 (0,5)
0,001 (0,2)
0,001 (0,1)
27
Бикарбонат натрия
0,004 (2)
0,036 (7,2)
0,098 (9,8)
-
Предлагаемая композиция
0,004 (2)
0,012 (2,4)
0,028 (2,8)
1
Как видно из таблицы, наибольшей очищающей способностью обладает кварцевый песок, однако при этом наблюдается значительное абразивное воздействие. Предлагаемая композиция, при относительно мягком абразивном воздействии, обладает высокой очищающей способностью, даже при высоких концентрациях загрязнителя.
Пример 2. Опыт ставился по схеме примера 1. В качестве исследуемых составов использовали предлагаемую композицию с различным процентным содержанием входящих компонентов (табл.2).
Таблица 2
Входящие компоненты, % масс.
Остаточное загрязнение, г/см<sup>2</sup> (в % от исходного)
Абразивность состава (снижение светопропускания, в % от контроля)
0,2 г/см<sup>2</sup>
0,5 г/см<sup>2</sup>
1 г/см<sup>2</sup>
Избыточный ил - 85
0,011 (5,5)
0,056 (11,2)
0,154 (15,4)
-
Песок - 5
Карбонат натрия - 10
Избыточный ил - 80
0,008 (4)
0,026 (5,2)
0,068 (6,8)
1
Песок - 10
Карбонат натрия - 10
Избыточный ил - 70
0,004 (2)
0,012 (2,4)
0,028 (2,8)
1
Песок - 20
Карбонат натрия - 10
Избыточный ил - 60
0,003 (1,5)
0,006 (1,2)
0,011 (1,1)
4
Песок - 30
Карбонат натрия - 10
Избыточный ил - 55
0,002 (1)
0,004 (0,8)
0,006 (0,6)
15
Песок - 35
Карбонат натрия - 10
Как видно из таблицы, при увеличении доли избыточного ила происходит снижение эффективности очистки, при увеличении доли песка увеличивается абразивность воздействия состава.
Таким образом, оптимальной является композиция следующего состава, % масс.: избыточный ил 60-80, кварцевый песок 10-30, карбонат натрия - 10.