UNIESZKODLIWIANIE CIECZY OBRÓBKOWYCH ROTRESEL I INNE BADANIA

Transkrypt

1 Daniel NOWAK Janusz WSZOŁEK UNIESZKODLIWIANIE CIECZY OBRÓBKOWYCH ROTRESEL I INNE BADANIA 1. Wstęp Stosowane w obróbce wiórowej i ściernej ciecze obróbkowe spełniają istotne funkcję. Do podstawowych funkcji spełnianych przez ciecz obróbkową w procesie obróbki zalicza się: chłodzenie narzędzia i materiału skrawanego, smarowanie w strefie styku ostrza narzędzia skrawającego z obrabianym materiałem i wiórem, zmniejszenie współczynnika tarcia, poprawę jakości obrabianej powierzchni, ochronę powierzchni obrabianego materiału przed korozją. W wyniku właściwego stosowania cieczy obróbkowych, uzyskuje się zwiększenie wydajności maszyn do obróbki poprzez: zwiększenie prędkości skrawania, poprawę jakości obrabianych powierzchni, przedłużenie żywotności narzędzia skrawającego oraz zmniejszenie zużycia energii. Ze względu na budowę, ciecze obróbkowe można podzielić na: zwykłe emulsje olejowe, emulsje olejowe o właściwościach EP, płyny półsyntetyczne (mikroemulsje) oraz płyny syntetyczne. Dostosowanie prawa polskiego do unijnych wymagań narzuca na użytkowników cieczy obróbkowych obowiązek ewidencjonowania zużytych cieczy obróbkowych - zaliczanych do odpadów niebezpiecznych, oraz kontrolowaną ich neutralizację, bądź utylizację. O ile duże zakłady problem ten mają po części rozwiązany poprzez stosowanie własnych instalacji do unieszkodliwiania tego typu odpadów tak małe i średnie zakłady użytkujące chłodziwa nie zawsze spełniają wymagania prawne dotyczące postępowania ze zużytymi cieczami obróbkowymi. Dla tych zakładów jest to problem nie tylko natury technologicznej - ale także organizacyjnej, a przede wszystkim ekonomicznej. W Polsce z ton koncentratów powstaje rocznie ok. 150 tys. ton zużytych cieczy obróbkowych. Dane te wskazują, że skala problemu zużytych cieczy obróbkowych jest bardzo duża, tym bardziej, że są to odpady niebezpieczne. Biorąc pod uwagę ilość przepracowanych cieczy chłodząco-smarujących - problem z ich utylizacją przestaje być tylko sprawą poszczególnych użytkowników chłodziw, a powinien stać się problemem środowiskowym. Do jego rozwiązania niezbędne są odpowiednie rozwiązania prawne, techniczne i organizacyjne. Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania w Krakowie od lat prowadzi badania nad technologią unieszkodliwiania zużytych cieczy obróbkowych stosowanych w obróbce wiórowej i ściernej. Opracowana w IZTW technologia unieszkodliwiania zużytych emulsji olejowych oparta jest na metodzie elektrostatyczno-elektrolitycznej, należącej do grupy metod elektrochemicznych unieszkodliwiania tego typu odpadów. Rezultatem prowadzonych w IZTW badań w tym zakresie jest urządzenie Rotresel

2 Rys. 1. Urządzenie Rotresel 25 do unieszkodliwiania zuŝytych cieczy obróbkowych 2. Urządzenie Rotresel 25 Urządzenie przeznaczone jest do neutralizacji zużytych emulsji olejowych na bazie olejów mineralnych i półsyntetycznych (zwykłych emulsji oraz mikroemulsji) o stężeniach do 3% i ph 7-9%. Urządzenie Rotresel 25 jest samodzielnym stanowiskiem, umożliwiającym gromadzenie określonej ilości zużytej emulsji i jej neutralizację (rozdział emulsji na wodę poprocesową i odpad poprocesowy stały). Przystosowane jest do pracy w cyklu przepływowym z wydajnością [l/h], oraz pracy w cyklu stacjonarnym polegającym na rozbiciu określonej objętości (objętości komór reaktora urządzenia) zużytej emulsji w określonym czasie. Urządzenie Rotresel 25 składa się z trzech podstawowych zespołów. Pierwszym z nich jest zbiornikmagazyn, w którym gromadzi się zużyta emulsję. Ze zbiornika magazynu, po wcześniejszym napowietrzaniu i filtracji, zużyta emulsja podawana jest do zbiornika reaktora, gdzie zachodzi proces neutralizacji. Zbiornikmagazyn Zasilanie i sterowanie ZESPÓŁ ZASILAJĄCO- STERUJĄCY ZESPÓŁ REAKTORA SPALARNIA ZuŜyta emulsja Odpad poprocesowy KOMORY REAKTORA Zbiornik odpadu poprocesowego Filtr wody poprocesowej Woda poprocesowa KANALIZACJA Rys. 2. Schemat blokowy procesu unieszkodliwiana zuŝytych emulsji olejowych na urządzeniu ROTRESEL

3 W wyniku tego procesu otrzymuje się wodę poprocesową o czystości, która powinna spełniać wymagania stawiane ściekom komunalnym oraz półpłynny odpad będący mieszaniną zaadsorbowanego oleju oraz produktów elektrolizy powstających w trakcie procesu. Odpad ten po wysuszeniu spala się w specjalnych spalarniach. Z 1m 3 zużytej emulsji o stężeniu ok. 1.5% otrzymuje się ok kg wysuszonej masy odpadu poprocesowego. Po napełnieniu zbiornika magazynu urządzenia Rotresel 25 można prowadzić proces neutralizacji. Zużyte chłodziwo w sposób ciągły (za pomocą pompy) podawane jest do zbiornika reaktora urządzenia Rotresel 25, gdzie zachodzi proces neutralizacji. Tam, na powierzchni komór reaktora, wydziela się odpad w formie piany będący mieszaniną fazy olejowej wydzielonej ze zużytego płynu chłodzącego oraz tlenków i wodorotlenków aluminium produktów rozpuszczania aluminiowych elektrod, a także innych zanieczyszczeń jako pozostałości po zużytym chłodziwie. Odpad ten (w postaci piany) z powierzchni komór reaktora zdmuchiwany jest poprzez specjalne dysze - zespoły napowietrzająco-zdmuchującego na zespół rynien, skąd przedostaje się do zbiornika odpadu poprocesowego. W zbiorniku odpadu porocesowego z osadu zostaje odsączony zaolejony odpad wodny, który automatycznie po napełnieniu się zbiornika zawracany jest do zbiornika magazynu. Na sicie zbiornika odpadu poprocesowego gromadzi się odsączony odpad o ciastowatej konsystencji. Po wypełnieniu się sita odpadem pełne sito przesuwa się do specjalnego odstojnika, zastępując je pustym sitem. W odstojniku odpad naturalnie wysycha tworzy się tam rozdrobniony suchy granulat nazywany odpadem poprocesowym stałym. Odpad ten, stanowiący ok. 2-3% masy produktów poprocesowych, można spalać w specjalnych spalarniach (pozostałe 97% odpadu poprocesowego stanowi odpad wodny). Poniższa tabela ukazuje skuteczność redukcji niektórych grup zanieczyszczeń przy zastosowaniu metody elektrotatyczno-elektrolitycznej do neutralizacji zużytych cieczy obróbkowych. Tab.1. Przykładowe wyniki badań odpadu wodnego po neutralizacji zuŝytej cieczy obróbkowej Spirit 703 produkcji ELF, o stęŝeniu 1,5 % * Wskaźnik zanieczyszczenia Zawartość w zuŝytej emulsji Zawartość w odpadzie wodnym po procesie neutralizacji Suma substancji organicznych [g] 49,3 0,062 ChZT [mg0 2 /l] Fe [mg/l] 52,8 0,45 Chlorki [mg/l] 243,7 29,6 Azot ogólny [mg/l] 1099,4 57 Fosfor ogólny [mg/l] 1,24 0,13 Przewodnictwo 25st.C [µs/cm] Zawiesina [mg/l] - 21 * - Woda po neutralizacji zawierała śladowe ilości metali cięŝkich oraz wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Z uwagi na stale rosnący udział cieczy półsyntetycznych i syntetycznych, jako mediów chłodząco-smarujących w przemyśle obróbkowym, podjęto badania nad utylizacją tego typu odpadów metodą elektrostatyczno-elektrolityczną. Przeprowadzone badania wstępne dały zadowalające rezultaty. 18

4 3. Badania nad neutralizacją zużytych cieczy technologicznych o budowie emulsji wodno-olejowych metodą elektrostatycznoelektrolityczną W roku 2006 podjęto próby neutralizacji, innych niż ciecze obróbkowe, zużytych cieczy technologicznych, o budowie emulsji wodno-olejowych. Użytkowana w transporcie kolejowym ciecz chłodząca do silników Diesla lokomotyw spalinowych ma budowę emulsji wodno-olejowej. Sporządza się ją na bazie koncentratu firmy Orlen Oil. Koncentrat ten wytwarzany jest w oparciu o rafinowaną, mineralną bazę olejową, zestaw emulgatorów specyficznych dla cieczy trudnopalnych oraz dodatki antykorozyjne. Zalecane przez producentów stężenie emulsji na bazie takiego koncentratu wynosi od 2 do 10% przy użyciu wody o twardości 10 N (np. dla cieczy hydraulicznych roztwór 2%). Podobne koncentraty stosuje się także w górnictwie jako trudnopalne ciecze hydrauliczne typu HFAE. W ramach badań, na stanowisku laboratoryjnym do neutralizacji zużytych cieczy obróbkowych, wykonano próby neutralizacji cieczy chłodzącej silniki lokomotyw. Przeprowadzono również próby neutralizacji tej cieczy na urządzeniu Rotresel 25. Pobrana próbka zużytej cieczy chłodzącej (70 l), miała stężenie 0,1% i ph 7,6. Poniższe tabele ilustrują przebieg prób oraz otrzymane wartości badań wody odpadowej po procesie neutralizacji na urządzeniu Rotresel oraz stanowisku laboratoryjnym. Tabela 2. Otrzymane wyniki badań wody odpadowej po neutralizacji zuŝytej cieczy chłodzącej silniki lokomotyw na stanowisku laboratoryjnym do neutralizacji zuŝytych cieczy obróbkowych Oznaczenie próbki Czas neutralizacji [min] Wskaźnik ChZT [mg0 2 /dm 3 ] Pozostałość olejowa [mg/dm 3 ] H ,5 H ,5 H ,5 Tabela 3. Otrzymane wyniki badań wody odpadowej po neutralizacji zuŝytej cieczy chłodzącej silniki lokomotyw na urządzeniu Rotresel 25. Oznaczenie próbki Czas neutralizacji [min] Wskaźnik ChZT [mg0 2 /dm 3 ] Pozostałość olejowa [mg/dm 3 ] H ,0 H ,0 H ,5 Badania wody odpadowej po procesie neutralizacji na urządzeniu Rotresel 25 oraz stanowisku laboratoryjnym wykonano w MPWiK Kraków. 19

5 zawartość pozostałości olejowej [mg/dm3] czas neutralizacji [min] Rys. 3. Zawartość pozostałości olejowej w funkcji czasu neutralizacji zuŝytej cieczy chłodzącej na urządzeniu Rotresel 25 Jak widać na powyższym wykresie, spadek zawartości pozostałości olejowej w neutralizowanej cieczy poniżej 100 [mg/dm3] zachodzi już po około 15 minutach trwania procesu. Można zatem szacować, że maksymalna wydajność urządzenia Rotresel 25 przy neutralizacji badanej, zużytej cieczy chłodzącej, będzie wynosić około [l/h]. Istotną skuteczność redukcji oleju obserwuje się przez ok. pierwszych 30 minut trwania procesu, do momentu, gdy zawartość pozostałości olejowej w cieczy spada poniżej 12 [mg/dm 3 ]. Podobne zjawisko zaobserwowano w trakcie prób laboratoryjnych. Maksymalna wartość wskaźnika ChZT otrzymana po neutralizacji cieczy chłodzącej na urządzeniu Rotresel 25 oraz stanowisku laboratoryjnym nie przekracza 506 [mg0 2/dm 3 ] w otrzymywanym odpadzie wodnym. Wartość ta jest niższa od dopuszczalnych wartości wskaźnika ChZT dla kanalizacji komunalnej. 4. Wnioski - Wysoka skuteczność unieszkodliwiania zużytych cieczy obróbkowych (zwykłych emulsji olejowych oraz cieczy półsyntetycznych) na urządzeniu Rotresel 25, umożliwia stosowanie urządzenia jako samodzielnej instalacji do unieszkodliwiania tego typu odpadów. - W porównaniu z innymi metodami neutralizacji zużytych cieczy obróbkowych, metoda Rotresel charakteryzuje się dużą uniwersalnością poprzez możliwość neutralizacji wielu rodzajów i gatunków zużytych cieczy obróbkowych, o różnym stopniu zużycia, stężenia i zanieczyszczenia. - Pozytywne badania neutralizacji płynów technologicznych innych niż ciecze obróbkowe, świadczą o tym, że urządzenie Rotresel 25 może być wykorzystywane jako instalacja do neutralizacji płynów technologicznych o budowie emulsji wodno-olejowych wykorzystywanych w innych niż stosowane w obróbce skrawaniem urządzeniach oraz procesach technologicznych (transport, przemysł górniczy, wiertniczy, drzewny, galwaniczny, naftowy, skórzany, itp.). 20