СИСТЕМА РЕГЕНЕРАЦИИ МОЮЩИХ РАСТВОРОВ НА ВОДНОЙ ОСНОВЕ

Полезная модель относится к области машиностроения и химической технологии, более конкретно к системе регенерации отработанных технических моющих растворов на водной основе и может найти применение при создании современных промышленных систем очистки машинных агрегатов и регенерации технологических сточных вод.
Известна система регенерации технических моющих растворов на основе легкокипящих органических растворителей, содержащая промывочную ванну и несколько камер для регенерации паров растворителя (см. Белянин П.Н., Данилов В.М. Промышленная чистота машин, М., Машиностроение, 1982 г., с.107).
Недостатком известной системы является значительный уровень потерь легкокипящих органических растворителей (бензин, уайт-спирит, дихлорэтан и др.), достигающий при регенерации 50%. Другим серьезным недостатком системы является пожаро- и взрывоопасность органических растворителей, что приводит к необходимости обеспечения системы сложным противопожарным оборудованием.
Известна установка для регенерации моющих растворов, образующих эмульсии типа вода-масло, содержащая корпус с перегородками, разделяющими его на сообщающиеся между собой приемную, электродную и выходную камеры, перфорированные титановые электроды в виде пакетов, при этом соотношение объема промежутка между пакетами и объема занимаемого одним электродным пакетом составляет 1:3 (см. патент РФ №2058431, бюл. №11, 1996 г).
Известная установка предназначена для использования в производстве, связанном с мойкой и обезжириванием изделий от органических загрязнений в режиме непрерывной регенерации моющего раствора. Использование в рабочем объеме известной установки перфорированных титановых электродов инициирует диффузионный перенос раствора из приемной в выходную камеры и препятствует поддержанию в них оптимальных значений рН моющего раствора. Указанные особенности известной установки ухудшают характеристики моющего раствора в процессе регенерации и снижают эффективность системы очистки агрегатов.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является система регенерации моющих растворов на водной основе, содержащая моющую камеру, емкости для отработанного моющего раствора, подачи свежего раствора и вывода загрязнений, электрокоагулятор и тракт циркуляции моющего раствора (см. патент РФ №2094383, бюл. №30, 1980 г. - прототип).
2
Особенностью известной системы регенерации моющих растворов на водной основе является выполнение электрокоагулятора в виде емкости с растворяемыми железными электродами, зазор между которыми составляет 5 мм при плотности тока на электродах 1 А/дм и скорости прохождения раствора через электрокоагулятор около 10 л/мин. Тракт циркуляции такой системы включает последовательно соединенные моющую машину ММД-12, рабочую емкость с отработанным моющим раствором, электрокоагулятор и камеру с фильтром для отделения твердой фазы. Соответствующий данному устройству способ регенерации моющих растворов обеспечивает вынос шламов и продуктов коагуляции из межэлектродного зазора в динамическом режиме быстрым потоком жидкости.
К недостаткам известной системы регенерации с прерывистым циклом очистки следует отнести сравнительно малую степень отделения в сильно загрязненных моющих растворах некоторых видов органических и взвешенных загрязнений, в том числе, из-за отсутствия средств для обеспечения оптимального значения щелочности моющего раствора в рабочей емкости с отработанным моющим раствором, в электрокоагуляторе и в камере для отделения твердой фазы. Кроме того, в известном устройстве используется электрокоагулятор с расходуемыми электродами, материал которых также служит источником загрязнений моющего раствора, при этом возникает дополнительная потребность в периодической замене указанных электродов.
Решаемой задачей является создание безопасной и эффективной современной промышленной системы регенерации отработанных технических моющих растворов на водной основе для использования в системах очистки сточных вод, технологических растворов промышленных предприятий, в сфере услуг, на транспортных предприятиях и в мастерских. Дополнительной к указанной является задача расширения вида удаляемых при регенерации сильных загрязнений органического и неорганического происхождения, в том числе, нефтепродуктов, остатков масел, продуктов коррозии, компонентов паст и др., которые оказывают неблагоприятное воздействие на технические характеристики, функциональные возможности, надежность и ресурс работы машин и агрегатов.
Решение указанной задачи достигается тем, что в системе регенерации моющих растворов на водной основе, содержащей моющую камеру, емкости для отработанного моющего раствора, подачи свежего раствора и вывода загрязнений, электрокоагулятор и тракт циркуляции моющего раствора, согласно полезной модели, электрокоагулятор выполнен двухкамерным, его анодная и катодная камеры разделены катион обменной мембраной и содержат графитовые электроды, соединенные с источником питания постоянного тока, вход указанной анодной камеры соединен через первый насос с первым выходом первой емкости для отработанного моющего раствора, второй выход которой соединен с входом второй емкости для слива нефтепродуктов с поверхности отработанного моющего раствора, третий выход первой емкости соединен с входом третьей емкости для осевших загрязнений, первый выход указанной анодной камеры соединен через второй насос и фильтр с первым входом первой емкости, второй вход которой соединен через третий насос с выходом моющей камеры, второй выход анодной камеры соединен с входом четвертой емкости для осевших загрязнений, вход катодной камеры электрокоагулятора соединен с выходом пятой емкости для подачи воды с добавлением кальцинированной соды, выход указанной катодной камеры соединен через четвертый насос с первым входом моющей камеры, второй вход которой соединен с выходом шестой емкости для подачи в моющую камеру свежего моющего раствора и добавочных компонентов моющего средства.
Кроме того, электрокоагулятор может быть выполнен в форме цилиндра с горизонтально расположенной осью, а графитовые электроды могут быть выполнены в виде дисков, расположенных параллельно катион обменной мембране, причем в нижней части, по крайней мере, одного из указанных электродов может быть закреплена насадка в виде металлической сетки.
Такое выполнение системы регенерации технических моющих растворов на водной основе позволяет решить указанную задачу создания сравнительно недорогой, безопасной и эффективной современной промышленной системы регенерации отработанных моющих растворов для использования в системах массовой очистки машин и агрегатов от различных видов органических и неорганических загрязнений, а также в системах очистки и регенерации сточных технологических растворов промышленных предприятий и мастерских.
Выполнение электрокоагулятора с графитовыми электродами в виде двухкамерного электролизера, анодная и катодная камеры которого разделены катион обменной мембраной, позволяет эффективно регулировать протекание в камерах окислительно-восстановительных процессов и обеспечить необходимое изменение величины рН моющего раствора.
Применение катион обменной мембраны устраняет конвективное смешивание растворов, находящихся в анодной и катодной камерах, но делает возможным перенос некоторых компонентов моющего средства, вызывая изменение водородного показателя в обеих камерах электрокоагулятора. При обработке моющего раствора в мембранном электрокоагуляторе значение рН в анодной камере может достигать 2,5...3, а в катодной камере 13...12,8. Следовательно, раствор, сливаемый из анодной камеры электролизера (обладающий низким значением рН), возможно использовать для подкисления загрязненного раствора, подаваемого на регенерацию. Такое техническое решение позволяет предварительно снижать щелочность загрязненного раствора при подаче его из моечной машины в отстойник. Аналогично, подача раствора из катодной камеры электрокоагулятора в моющую камеру и введение в катодную камеру раствора кальцинированной соды позволяет дополнительно регулировать рН исходного моющего раствора, обеспечивая более благоприятные условия процесса его регенерации и очистки от указанных загрязнений.
На фиг.1 показана принципиальная схема системы регенерации моющих растворов на водной основе, на фиг.2 дано поперечное сечение электрокоагулятора с графитовыми электродами.
Система регенерации моющих растворов на водной основе (фиг.1) содержит моющую камеру 1, первую емкость 2 для отработанного моющего раствора и двухкамерный электрокоагулятор 3. Анодная и катодная камеры 4, 5 электрокоагулятора 3 разделены катион обменной мембраной 6 и содержат графитовые электроды 7, 8, соединенные с источником питания 9 постоянного тока.
Вход анодной камеры 4 соединен через первый насос 10 с первым выходом первой емкости 2 для отработанного моющего раствора, второй выход которой соединен с входом второй емкости 11 для слива нефтепродуктов с поверхности отработанного моющего раствора. Третий выход первой емкости 2 соединен с входом третьей емкости 12 для осевших загрязнений. Первый выход анодной камеры 4 соединен через второй насос 13 и фильтр 14 с первым входом первой емкости 2, второй вход которой соединен через третий насос 15 с выходом моющей камеры 1. Второй выход анодной камеры 4 соединен с входом четвертой емкости 16 для осевших загрязнений. Вход катодной камеры 5 электрокоагулятора 3 соединен с выходом пятой емкости 17 для подачи воды с добавлением кальцинированной соды. Выход катодной камеры 5 соединен через четвертый насос 18 с первым входом моющей камеры 1, второй вход которой соединен с выходом шестой емкости 19 для подачи в моющую камеру 1 свежего моющего раствора и добавочных компонентов моющего средства.
Электрокоагулятор 3 (фиг.2) выполнен в форме цилиндра 20 с горизонтально расположенной осью, при этом его графитовые электроды 7, 8 выполнены в виде дисков, расположенных параллельно катион обменной мембране 6. Разделяющая указанные электроды катион обменная мембрана 6 выполнена из материала МК-40 или МК-44. В нижней части электрокоагулятора 3 на одном из указанных электродов (на аноде) закреплена насадка 21 в виде металлической сетки из стальной проволоки диаметром от 0,1 до 1 мм для образования потока всплывающих пузырьков водорода, обеспечивающих дополнительную флотокоагуляцию загрязнений в моющем растворе. Изделие 22 для обработки моющим раствором обозначено пунктирной линией внутри моющей камеры 1.
2
В результате проведенных исследований на стендах и опытном оборудовании МГАУ им. В.П.Горячкина были экспериментально найдены оптимальные технологические и конструктивные характеристики основных агрегатов системы регенерации моющих растворов на водной основе и электрокоагулятора 3 с графитовыми электродами 7, 8. Оптимальное расстояние между графитовыми электродами 7, 8 выбрано равным 40 мм при диаметре электродов 300 мм. Рабочий объем моющей камеры 1 составляет около 100 л, емкости 2 для отработанного моющего раствора - около 50 л, рабочего объема электрокоагулятора - около 4 л. Источник питания постоянного тока выполнен на параметры, обеспечивающие плотность тока на электродах электрокоагулятора - до 4 А/дм.
Система регенерации моющих растворов на водной основе функционирует следующим образом.
Изделие 22 размещают внутри моющей камеры 1 и подвергают струйной обработке моющим раствором на водной основе с помощью форсунок. Удаляемый с помощью насоса 15 отработанный моющий раствор направляют по тракту циркуляции в первую емкость 2, а затем с помощью насоса 10 - в анодную камеру 4 электрокоагулятора 3. Слив нефтепродуктов с поверхности отработанного моющего раствора из емкости 2 осуществляется во вторую емкость 11. Нижний выход первой емкости 2 соединен с третьей емкостью 12 для сбора осевших загрязнений.
Моющий раствор, представляющий собой суспензию нефтепродуктов, прошедший электрокоагуляцию в анодной камере 4 при достижении значения рН=2,8 подается с помощью насоса 13 через поверхностный фильтр 14 на вход первой емкости 2 для корректировки отработанного моющего раствора до рН=8,5. Так как раствор, подаваемый из анодной части обладает повышенной кислотностью, подача его в емкость 2 позволяет снизить водородный показатель отработанного моющего раствора и более эффективно провести регенерацию с меньшими затратами электроэнергии.
Для вывода осевших загрязнений из анодной камеры 4 она соединена нижним патрубком с емкостью 16. В процессе работы системы одновременно осуществляют подачу воды с добавлением 0,05% кальцинированной соды из емкости 17 в катодную камеру 5 электрокоагулятора 3.
Раствор с рН=12,5 из катодной камеры 5 с помощью насоса 18 подается на вход моющей камеры 1 для обработки изделия 22. Свежий моющий раствор и добавочные компоненты моющего средства подаются в моющую камеру 1 из емкости 19. В процессе функционирования системы регенерации моющий раствор циклически проходит через анодную камеру 4 электрокоагулятора 3, изменяя величину рН моющего раствора при электролизе с разделением продуктов электродных реакций, что дает возможность эффективно использовать в качестве материала электродов графит. Графитовый анод 7 окисляется кислородом, выделяющимся из молекул воды в процессе прохождения через раствор электрического тока, а размещенная в межэлектродном пространстве мембрана препятствует прохождению компонентов моющего раствора из одного электрического пространства в другое.
Повышение эффективности регенерации моющего раствора в электрокоагуляторе 3 может достигаться также за счет процесса электрофлотации, при котором полученные при электролизе раствора газовые пузырьки, всплывая в объеме жидкости, взаимодействуют с частицами загрязнений, в результате чего происходит их взаимное слипание, обусловленное уменьшением поверхностной энергии частиц загрязнения и пузырька газа на границе раздела фаз.
Суммарная плотность образующихся агрегатов меньше плотности воды, что обуславливает их транспортировку на поверхность жидкости и накопление в виде шлама. Для реализации этого процесса в нижней части электрокоагулятора 3 на одном из указанных электродов (на аноде) закреплена насадка 21 в виде металлической сетки из стальной проволоки для образования потока всплывающих пузырьков водорода.
Эффективность предложенной системы регенерации во многом зависит от уровня концентрации и состава загрязнений, от соблюдения кислотно-щелочного баланса моющего раствора на всех стадиях его прохождения через указанные элементы системы, от режимов токовой нагрузки электродов в анодной и катодной камерах электрокоагулятора, режимов флотокоагуляции и времени электрообработки моющего раствора.
2
Проведенные в МГАУ им В.П.Горячкина исследования по очистке моющих растворов на водной основе типа МС выявили, что оптимальный режим для проведения электрокоагуляции, совмещенный с процессом флотации, соответствует плотности тока на графитовых электродах около 400 А/м при времени обработки моющего раствора порядка 100 минут.
После проведения регенерации при заданных параметрах в моющем растворе остается от первоначальной концентрации 65...70% метасиликата натрия и кальцинированной соды, до 25% триполифосфата натрия и около 5% НПАВ. Моющая способность регенерированного раствора ТМС в дальнейшем может быть восстановлена за счет выравнивания содержания компонентов ТМС при введении в раствор 40% триполифосфата натрия и 50% НПАВ или за счет восстановления первоначальной концентрации ТМС. Эффект очистки при этом будет составлять 95...97%.