Очистка сточной воды - Лаборатория Локальных Технологий

Известно, что водно-дисперсионные лакокрасочные материалы (ВД ЛКМ), получившие широкое распространение относительно недавно (80-х годах), приобрели свою популярность благодаря таким характеристикам, как экологичность и безопасность при использовании. Однако производство такого рода лакокрасочных материалов сопряжено с образованием сточных вод, образующихся при промывке оборудования (диссольверов, смесителей, фасовочных машин и т.п.). Состав сточной воды ВД ЛКМ определяется составом производимого лакокрасочного материала при соответствующем разбавлении водой.
Сточная вода, образующаяся в процессе производства ВД ЛКМ, характеризуется высокой агрегативной устойчивостью, поэтому методы отстаивания не эффективны, а вследствие того, что в состав ВД ЛКМ всегда добавляются тарные и пленочные консерванты биологические методы очистки такой воды не состоятельны из-за подавления биомассы вышеуказанными компонентами. Поэтому наиболее логичным решением данной проблемы представляется организация локальной очистки сточной воды с последующим повторным использованием очищенной воды в дальнейших циклах производства ВД ЛКМ.
Проанализировав состав сточной воды, образующейся в процессе производства водно-дисперсионной продукции, мы пришли к выводу, что основная масса загрязнений находится в виде тонкодисперсных взвешенных частиц, таких как, минеральные наполнитель (тальк, слюда, кальцит, барит  и.т.п.), пигменты (железооксидные, диоксид титана, фталоцианиновые и т.п.) , органобентонит, а также в виде водных дисперсий акрилового сополимера и/или синтетического воска. Чрезвычайно высокая агрегативная устойчивость системы обеспечивается  соответствующим механизмом стабилизации частиц суспензии и дисперсии, изображеным на Рисунке 1. Предполагается, что устойчивость системы обеспечивается наличием отрицательного заряда на поверхности частиц, образуемого, в первом случае, вследствие адсорбции диспергатора, например, соли полиакриловой кислоты, на поверхности частиц суспензии пигментов и наполнителей (Рисунок 1 слева), а во втором случае - вследствие ориентации наружу звеньев акриловой кислоты, которая вшивается в полимерную цепь сополимера в процессе полимеризации акриловых мономеров (Рисунок 1 справа). По-видимому, введение в такую систему частиц с положительно заряженной поверхностью вызовет взаимную коагуляцию. Известно, что положительно заряженные частицы в виде гидроксидов образуются при гидролизе в разбавленных растворах солей железа или алюминия.

Рисунок 1.  Предполагаемый механизм стабилизации частиц суспензии (слева, где M - ионы Fe3+, Mg2+, Ti4+  и т. д. ; X - ионы O2-, (SiO2)2-, (CO2)2- и т. п.) и дисперсии (справа).

Нами предложен метод очистки сточной воды, образующейся в процессе производства водно-дисперсионных лакокрасочных материалов, электрохимически, используя принцип электрокоагуляции с применением алюминиевых электродов. Этот метод позволяет легко отделять частицы суспензии от водного раствора, который далее может использоваться повторно в производстве этой же или другой продукции на водной продукции. Лабораторная установка для очистки сточной воды, образующейся в процессе производства лакокрасочных материлов, представлена на Рисунке 1.

На Рисунке 3 приводим фотографии строчной воды исходной (слева) и обработанной методом электрокоагуляции на алюминиевых электродах после пропускания тока 1 Ач/л. Предварительно в сточную воду был добавлен электролит NaCl в количестве 0,2 г/л.

Рисунок 3. Сточная вода, исходная (слева) и обработанная методом электрокоагуляции (справа).

На Рисунке 4 приводятся фотографии, сделанные с помощью оптического микроскопа, исходной сточной воды (слева) и обработанной методом электрокоагуляции (справа).

Рисунок 4. Фотографии сточной воды под микроскопом: без обработки (а), обработанная методом электрокоагуляции на алюминиевых электродах 1Ач/л. Цена деления объект-микрометра 10 мкм.

Обработка сточной воды, образующейся в процессе производства лакокрасочных материалов, методом электрокоагуляции позволяет скоагулировать основную массу дисперсных частиц в крупные флокулы (Рис. 4 справа), которые легко отфильтровываются через фильтры мешочного типа с микронным рейтингом до 100 мкм. При использовании вышеописанного метода не требуется расчет и подбор коагулянтов, регулирование pH, использование дорогостоящих флокулянтов. Образующийся при анодическом растворении материала анода гидроксид алюминия связывает частицы с отричательно заряженной поверхностью обеспечивая взаимную коагуляцию, а также очищает воду по классическому механизму коагуляции. При этом в обрабатываемой воде никогда не остаются остаточные количества ионов металлов, т.к. на отрицательно заряженном катоде идут процессы восстановления ионов металлов, таких как железо, цинк, алюминий и др. Кроме того, сточная вода претерпевает дезинфекцию, благодаря окислению хлорид ионов на поверхности положительно заряженного анода до молекулярного хлора и гипохлорита. Таким образом, обработанная методом электрокоагуляции отфильтрованная вода, не подвержена биологическому заражению (может храниться сколько нужно), а  концентрация ионов тяжелых металлов снижена на столько, что не возникает проблем с ее повторным использованием в производстве для изготовления соотвествующей продукции.
Образующийся на фильтрах шлам после отделения может быть использован для изготовления эмульсионных битумных составов, либо утилизироваться как твердые отходы.