Поверхностно-активные вещества (ПАВ) являются неотъемлемым компонентом смесей различного назначения. Их присутствие позволяет создавать устойчивые эмульсии, что является положительным моментов при изготовлении лакокрасочных изделий, пищевых продуктов, медицинских препаратов и т. д. Их присутствие в составе моющих жидкостей и стиральных порошков традиционно, т. к. они усиливают очищающий эффект средств и формируют антистатический эффект на очищаемой поверхности [1].
Однако, их присутствие в стоках после использования моющих растворов негативно сказывается на окружающей среде в силу следующих причин: формирование устойчивых пен в природных условиях [1], бурный рост водорослей в водоемах, приводящий к гибели высших растений и животных [2], негативное влияние на состояние здоровья человека [1], ухудшение качества сельскохозяйственной продукции и др. [2].
В течение последнего пятидесятилетия в различных странах проводились и проводятся исследования по оценке влияния ПАВ разного типа на человека, животных, растения. С этого же периода ведется поиск эффективных путей очистки сточных вод. Трудности в разработке эффективного способа очистки связаны с различной природой и строением ПАВ.
Увеличивающиеся количество использованных поверхностно-активных веществ в составе сточных вод приводит к загрязнению в природных источниках, а также к изменению свойств воды. Поэтому определение оптимальных способов очистки от данных примесей весьма актуальна на данный момент. Одним из признаков присутствия таких загрязнителей в природной воде которые уже попали в стоки является наличие пенных берегов в летнее время. Области применения соединений, содержащих разные типы ПАВ многочисленны. Они входят в состав практически всех моющих средств (шампуни, гели и т. д.), что позволяет добиваться отличных результатов при очистке поверхностей из разного материала. В связи с наличием и доступностью в настоящее время средств такого характера их использование предполагает наличие эффективных способов очистки стоков. Зачастую (особенно, в случае небольших) предприятий очистка не проводится вообще. Увеличение парка автомобилей вызывает увеличение объемов стоков, в составе которых присутствует большое количество ПАВ. При реализации системы оборотного водопользования вновь необходимо решать проблемы удаления ПАВ, т. к. фильтрация на крупнопористых фильтрах не приводит к их удалению, а ультрамикрофильтрование требует затрат времени и, особенно, энергии.
В Таблице 1 приведены химические соединения, которые входят в состав моющих смесей для автохимии и промышленности.
Таблица 1
Поверхностно-активные вещества для автохимии ипромышленной химии [4]
|
Название |
Характеристика |
Применение |
|
Amphotensid CCF Alkyl-(C8–18) Iminodipropionate Иминодипропионат |
Высокопенный пав, высокие гидротропные свойства. Может быть использован в очистителях с высоким содержанием солей и щелочей, увеличивает щелочную стабильность неионогенных ПАВ, образуя однородные прозрачные продукты |
Щелочные очистители металлов. Также может использоваться в кислотных очистителях алюминия, нержавеющей стали и керамических поверхностей |
|
Amphotensid COX Lauramidopropylamin Oxide Лаурамидопропил аминоксид |
Обладает превосходной пенообразующей силой даже в жесткой воде, улучшает загущение рецептуры и совместимость ее с кожей. В связи с его хорошими обезжиривающими свойствами, может использоваться в продуктах для проблемной кожи и шампунях для жирных волос |
Шампуни, пены для ванн, гели для душа, смываемые средства личной гигиены, бытовая химия |
|
Phosfetal 201 Alkyl Polyglycol Ether Phosphate, acid |
Поверхностно-активное вещество бытового и промышленного назначения. Обладает прекрасной моющей способностью, как в кислой, так и в щелочной среде. Обладает антистатическим эффектом |
Кислотные и щелочные очистители металлических поверхностей, кафеля и керамики |
|
Sulfetal 4069 Sodium C8-C10 Alkyl Sulfate Алкилсульфат натрия С8 С10 |
Смачивающий агент для кислотных и щелочных моющих средств, обладает гидротропными свойствами. Высоко пенный |
Бытовая химия, промышленная химия, автохимия |
|
Wachsemulsion 1864 Wax emulsion with non-ionic emulsifier |
Чистящий агент, придающий блеск кузову автомобиля |
Автохимия |
По литературным источникам, для очистки от таких примесей, активно предлагаются методы флотации и электрофлотации. Данные методы не являются чем-то новым или неизвестным, но препятствием для широкого их использования является необходимый точный расчет времени пребывания воды между электродами, плотность тока и напряжение. Поэтому, для рекомендации к использованию данного способа очистки сточных вод для конкретного потребителя, необходимо проведение предварительных испытаний. Дополнительно, необходимо учесть, что метод электрофлотации требует дополнительного потребления электроэнергии, и в случае использования растворимых электродов, идет расход электродов. Однако, по сравнению с методами реагентной флотации, электрофлотация обладает более щадящим отношением к окружающей среде и получение очищенной воды без увеличения количества хлорид- и сульфат-ионов.
При электрофлотации образование газовых пузырьков производится путём электролитического разложения воды с выделением на аноде пузырьков кислорода, а на катоде водорода [5]. При использовании растворимых анодов (железо, алюминий) процесс сопровождается выделением ионов металла, который вступает в реакцию с растворенными ПАВ. Принципиальная особенность данного метода заключается в том, что процесс может осуществляться без каких-либо реагентов-собирателей, а также высокая дисперсность пузырьков, это на 1–2 порядка меньше, чем в обычной пенной флотации; это позволяет флотировать более тонкие частицы, вплоть до ионов.
Для определения режима работы электрофлотатора составлены модельные смеси ПАВ-содержащих моющих смесей с водой (концентрация моющего раствора от 1 до 10 процентов (по объему). Пример смесей с различными моющими средствами приведен в Таблице 2. Общий объем загрязненных стоков — примерно 100 л.
Таблица 2
Пример состава смесей для испытания
|
Название |
Информация, представляющаяся потребителю |
Объем моющего средства, мл |
Объем воды, мл |
|
Turtle Wax (автошампунь) |
Содержит оксиэтилаты жирных спиртов |
20 |
30 |
|
Средство для чистки духовых плит |
Содержит сульфат жирных кислот, полигликозид жирных кислот |
15 |
35 |
|
Oven Cleaner (чистящее средство-гель) |
Неионогенные ПАВ, мыло |
10 |
40 |
Очистка проводилась на электрофлотаторе с нерастворимыми электродами из нержавеющей стали/растворимыми анодами из алюминия. Общий объем аппарата — 100 л, объем межэлектродного пространства 60 л, плотность тока регулируется источником тока с 100 до 300 ампер на кв.м (Таблица 3). Время пребывания в ванне для всех смесей варьировалось с контролем взятия проб через 5 минут. Экспресс-контроль проводился при фиксировании электропроводности, значению рН. При истечении времени очистки проводился качественный визуальный тест по наличию сухого остатка на глянцевой поверхности.
Таблица 3
Время полной очистки от ПАВ-загрязнителей
|
Название |
Плотность тока, a/м2 |
Удельное количество электричества, а*ч/м3 |
Время полной очистки, мин |
|
Turtle Wax (автошампунь) |
100–200 |
300–500 |
60 |
|
Средство для чистки духовых плит |
100–250 |
350–500 |
48 |
|
Oven Cleaner (чистящее средство-гель) |
100–300 |
400–600 |
31 |
Таким образом, для дачи конкретных рекомендаций необходимо при учитывать все параметры: температуру смеси (зависит от физических характеристик загрязнителей), общее количество и наличие эмульгирующих агентов, сила тока и напряжение на электродах, время пребывания между электродами. Поэтому исследования будут продолжены с введением дополнительных факторов, в том числе использование реагентов-флокулянтов, электромагнитных и электрических полей, изменение природы растворимых электродов.
Литература:
- Воронов Ю. В. Водоотведение и очистка сточных вод // Ассоциация строительных. -2002. — С.704.
- Мацнев А. И. Очистка сточных вод флотацией Воронов -1974. — С.36–39.
- Когановский А. М., Клименко Н. А., Левченко Т. М. и др. — Очистка и использование сточных вод в промышленном водоснабжении.1983. — 68–69 с.
- Electrocoagulation/Electroflotation: fundamentals, present and future perspectives in ‘Electrocatalyssi’ in Electrolysis: Theory, Types and Application, Edr. Shing Kuai and Ji Meng, ISBN 978–1–60876–619–2, Nova Science Publishers, Inc, NY, USA — V.43, — № 6. — 2009, P.14–17.
- Учебное пособие/ П. А. Николаев, Н. А. Козлов, С. Н. Петрова: Иван. гос. хим.-технол. ун-т. — Иваново, 2007. — 116 с.
