Способ очистки воздушных выбросов из окрасочных камер и установка для его осуществления

Патент 2077930

Авторы

Классы МПК

Реферат

Изобретение относится к технологии очистки воздушных выбросов из окрасочных камер от паров растворителей и красочной пыли с использованием жидкости в качестве отделяющего агента и может применяться в машиностроительной промышленности. Способ включает предварительную очистку воздушных выбросов водой, содержащей коагулирующую или флокулирующую красочную взвесь добавку, последующую очистку промывной водой, содержащей 6 -7 мг/л водорастворимого полиэлектролита катионного типа, абсорбирующей и накапливающей в себе только органические растворители из паровоздушного потока, направление этой сточной воды на аэрацию воздухом или неинертным газом. При этом концентрация указанного полиэлектролита повышается в ней до 10 - 50 мг/л. Затем осуществляют конденсацию паров летучих растворителей со слабыми и средними водородными связями, а растворители с сильными водородными связями, образующими с водой азеотропные или взаиморастворяющиеся смеси, направляют на мембранную обработку с последующим отбором их в виде товарного продукта. После чего очищенную воду с остаточными концентрациями полиэлектрлита возвращают на поворотное использование в операцию предварительной обработки воздушных выбросов. В качестве активной коагулирующей или флокулирующей добавки используют также водорастворимый полиэлектролит катионного типа на основе полидиметилдиаллиламмоний хлорида в количестве 10 - 1000 мг/л. Установка для осуществления этого способа включает гидрофильтр с отстойной ванной предварительной (первой) ступени очистки, гидрофильтр с отстойной ванной второй ступени очистки, аэратор, конденсатор и мембранный аппарат. 2 с и 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Известна мокрая очистка воздушных выбросов из окрасочных камер с помощью гидрофильтров различных типов, в которых воздух контактирует с водой, проходя многократно через водяные завесы [1] Наивысший коэффициент очистки воздуха дают барботажно-вихревые (безнасосные) гидрофильтры, в которых происходит перемешивание воздуха с водой. При этом по красочной пыли он составляет 98% а по парам растворителей 47 77% [2] Недостаток известного способа и устройств (гидрофильтров) заключается в том, что они не обеспечивают требований по качеству очистки от паров растворителей и делают организацию процесса регенерации растворителей из образующихся сточных вод гидрофильтра нецелесообразной.

Наиболее близким техническими решениями к заявляемым выбраны способ и установка для очистки воздушных выбросов из окрасочных камер от паров органических растворителей и красочной пыли, в которых в качестве орошающей жидкости используется эмульсия масло-в-воде. Часть эмульсии, загрязненной органическим растворителем, непрерывно отводят из отстойной ванны и разрушают, изменяя pH с помощью химических реагентов. При этом образуются две фазы: высококипящая органическая фаза, содержащая растворитель, и водяная фаза. Последняя частично сбрасывается в канализацию без очистки, а частично направляется на повторное использование после смешения со свежей водой.

Высококипящюю органическую жидкую фазу, загрязненную растворителем, подвергают дистилляции или паровой отгонке для выделения органического растворителя и освобожденную от растворителя органическую жидкость вновь используют для приготовления орошающей жидкости [3] Известная установка, выбранная в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит гидрофильтр с отстойной ванной, которая заполнена эмульсией масло в воде, сепаратор для фазного разрушения эмульсии, дистилляционную колонну для выделения растворителя из высококипящей органической жидкости, насосы, смесители и емкости для приготовления эмульсии, а также емкости для химических реагентов [3] Недостаток известного способа и установки заключается в том, что используемая в них орошающая жидкость имеет сложный компонентный состав. Для разрушения и переработки с целью регенерации растворителей и повторного использования эмульсии требуется сложная технологическая схема. Регенерация растворителя осуществляется такими энергоемкими процессами как дистилляция и паровая отгонка. В технологии разрушения отработанной эмульсии используется дополнительный реагент, увеличивающий солесодержание орошающей жидкости, что сокращает ее рабочий ресурс и увеличивает потребление свежей воды на приготовление орошающей жидкости. Установка для осуществления известного способа требует значительных производственных площадей, не позволяющих создать компактную систему, совмещенную с окрасочной камерой.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение условий длительной и высокоэффективной эксплуатации системы гидрофильтра окрасочной камеры с регенерацией растворителей из образующихся сточных вод и повторным использованием очищенной воды.

Поставленная задача достигается тем, что в способе очистки воздушных выбросов из окрасочных камер от паров органических растворителей и красочной пыли, включающем промывку водой с активной добавкой водорастворимого полиэлектролита катионного типа на основе полидиметилдиаллиламмоний хлорида в количестве 6 7 мг/л, согласно изобретению воздушные выбросы предварительно промывают водой, содержащей коагулирующую и флокулирующую красочную взвесь добавку, а промывную воду, содержащую 6 7 мг/л указанного полиэлектролита, абсорбирующую и накапливающую в себе только органические растворители из паровоздушного потока, прошедшего предварительную обработку, направляют на аэрацию воздухом или инертным газом, причем перед аэрированием концентрацию указанного полиэлектролита в ней повышают до 10 50 мг/л, затем конденсируют пары летучих растворителей со слабыми и средними водородными связями, а растворители с сильными водородными связями, образующими с водой азеотропные или взаиморастворяющиеся смеси, направляют на мембранную обработку с последующим отбором их в виде товарного продукта. Очищенную воду с остаточными концентрациями полиэлектролита возвращают на повторное использование в операцию предварительной обработки воздушных выбросов. При этом в качестве активной коагулирующей или флокулирующей добавки используют водорастворимый полиэлектролит катионного типа на основе полидиметилдиаллиламмоний хлорида в количестве 10 -1000 мг/л.

Поставленная задача достигается также тем, что в устройстве для очистки воздушных выбросов из окрасочных камер от паров органических растворителей и красочной пыли, содержащем гидрофильтр с отстойной ванной, заполненной водой, создающей полиэлектролит катионного типа в количестве 6 7 мг/л согласно изобретению, имеется еще один гидрофильтр с отстойной ванной, заполненной водой с коагулирующей или флокулирующей красочную взвесь добавкой в количестве 10 1000 мг/л, являющейся первой ступенью промывки воздушных выбросов, а указанный гидрофильтр с отстойной ванной, заполненной водой с указанными полиэлектролитом в количестве 6 7 мг/л, является второй ступенью промывки. При этом отстойная ванна второй ступени промывки через насос и смеситель с дозатором полиэлектролита соединена с аэратором, имеющим входные штуцеры для воздуха или инертного газа и выходные штуцеры для отвода летучих растворителей со слабыми или средними водородными связями в конденсатор и далее в виде товарного продукта и воды, образующей азеотропную или взаиморастворяющуюся смесь во входной патрубок мембранного аппарата, имеющего также патрубки для вывода пермеата в виде готового продукта и очищенной воды. Причем патрубок вывода очищенной воды соединен с отстойной ванной первой ступени.

Именно наличие паровой ступени промывки воздушных выбросов с заданным количественным интервалом коагулирующей или флокулирующей красочную взвесь добавки позволяет, согласно способу, уловить, накопить красочную взвесь и осадить ее на дно ванны. А затем очищенный от красочной пыли паровоздушный поток промывать во второй ступени гидрофильтра, в отстойной ванне которой происходит накопление уже летучих растворителей и образуется сточная вода с высокой концентрацией растворителей, что позволяет, благодаря корректировке полиэлектролита в сточной воде второй ступени в смесителе из дозирующего устройства до заданных пределов, направлять ее в аэратор, а затем в зависимости от физико-химической природы летучих растворителей направлять их в конденсатор или мембранный аппарат для отделения их в виде готового товарного продукта. Благодаря этому решается поставленная задача. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Таким образом, совместное использование предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволяют выделить растворители, содержащиеся в лакокрасочных покрытиях, в виде товарного продукта, а очищенную воду с остаточными концентрациями полиэлектролита вновь использовать в предварительной промывке воздушного потока.

На чертеже представлена технологическая схема установки для осуществления способа.

Установка состоит из гидрофильтров с индивидуальными отстойными ваннами 1 и 2. Ванна 1 заполнена циркулирующей водой, содержащей 10 1000 мг/л флокулирующей или коагулирующей красочную взвесь добавки, например, полиэлектролит катионного типа на основе полидиметилдиаллиламмоний хлорида. Ванна 2 также заполнена циркулирующей водой, содержащей 6 7 мг/л полиэлектролита катионного типа на основе полидиметилдиаллиламмоний хлорида. Ванна 2 через вентиль 3 и перекачивающий насос 4 соединена со смесителем 5. Смеситель 5 связан с дозатором 6 указанного полиэлектролита, а также трубопроводом с аэратором 8, имеющим ввод 9 для подачи воздуха или инертного газа, например, азота. Аэратор 8 через трубопровод 10 соединен с конденсатором 11, имеющим ввод 12 и вывод 13 для охлаждающего агента, а также вывод 14 для сконденсированного растворителя.

С другой стороны, аэратор 8 через трубопровод 15, вентиль 16, перекачивающий насос 17 соединен с мембранным аппаратом 18, разделенным мембраной 19 на полость 20 ввода обрабатываемого раствора и полость 21 пермеата. Полость 21 пермеата имеет вывод 22 пермеата. Полость 20 через вывод 23, трехходовой вентиль 24 и трубопровод 25 соединена с отстойной ванной 1 первой ступени.

Способ осуществляется следующим образом.

Воздух из окрасочной камеры, загрязненный красочной пылью и органическими растворителями, поступает на очистку в первую ступень гидрофильтра (на чертеже не показан), через которую циркулирует вода, содержащая коагулирующую или флокулирующую красочную взвесь добавку, например, водорастворимый полиэлектролит катионного типа на основе полидеметилдиаллиламминий хлорида, в количестве 10 1000 мг/л. В первой ступени промывки происходит улавливание и накопление красочной взвеси в отстойной ванне 1, остающейся на ее дне.

Затем воздух, практически освобожденный от красочной пыли, но содержащий растворители, попадает на вторую ступень промывки гидрофильтра (на чертеже не показан) через которую циркулирует вода, содержащая 6 7 мг/л указанного полиэлектролита. Здесь воздух освобождается от органических растворителей, которые улавливаются из паровоздушного потока и накапливаются в отстойной ванне 2. Концентрация органических растворителей в воде отстойной ванны 2 растет до такой степени, что сточная вода может служить сырьем для последующего получения товарного продукта органического растворителя или смеси растворителей.

Для обеих ступеней промывки может быть выбран любой, существующий ныне гидрофильтр.

С целью получения органического растворителя или смеси органических растворителей сточная вода из отстойной ванны 2 через вентиль 3 и перекачивающий насос 4 направляется в смеситель 5. Из дозатора 6 в сточную воду, находящуюся в смесителе 6, дополнительно вводится указанный полиэлектролит в количестве 10-50 мг/л. Полученная сточная вода направляется по трубопроводу 7 в аэратор 8, где происходит отгонка летучих растворителей воздухом или инертным газом, например, азотом, подаваемым на ввод 9.

Отогнанные летучие растворители подаются на ввод 10 конденсатора 11, где они конденсируются за счет хладоагента, подаваемого на ввод 12 и отводимого через вывод 13. Сконденсированные органические растворители отводятся через вывод 14 в виде товарного продукта, представляющего собой растворитель, либо смесь растворителей со слабыми и средними водородными связями.

После отгонки летучих растворителей сточная вода из аэратора, содержащая растворители, образующие с водой азеотропные и взаиморастворяющиеся смеси, направляются через вентиль 16, перекачивающий насос 17 в полость 20 мембранного аппарата 18, где через мембрану 19 в полость 21 пермеируют органические растворители, образуя пермеат, обогащенный растворителями с сильными водородными связями.

Примерами летучих растворителей со слабыми водородными связями служат толуол, ксилол, уайт-спирит и др.

Примерами летучих растворителей со средними водородными связями служат этилацетат, метилэтилкетон и др.

Примерами летучих растворителей с сильными водородными связями служат этиловый, метиловый, бутиловый спирты и др.

Пермеат, обогащенный растворителями с сильными водородными связями, отводится через вывод 22 в виде товарного продукта, а вода, освобождаемая от растворителей, через вывод 23 отводится через трехходовой кран 24 и трубопровод 25 в отстойную ванну 1 первой ступени в качестве подпиточной, образуя таким образом замкнутую систему.

Для экспериментальной проверки заявленного изобретения были проведены лабораторные испытания, подтверждающие граничные пределы количеств активного водорастворимого полиэлектролита катионного типа на основе полидиметилдиаллиламмоний хлорида, используемых в качестве добавки при предварительной обработке загрязненного красочной пылью и растворителями воздуха (первая ступень промывки) для коагулирования красочной взвести, а также на этапе аэрирования при отгонке летучих органических растворителей. Данные экспериментов приведены в примерах 1 6.

1. Использование водорастворимого полиэлектролита катионного типа на основе полидиметилдиаллиламмоний хлорида в качестве коагулянта в первой ступени промывки.

Для опытов использовалась лабораторная установка, включающая две последовательно расположенные поглотительные склянки барботажного типа, заполняемые жидкостью, через которую с помощью вакуумного водоструйного насоса в течение 45 мин пропускается воздух, загрязненный парами растворителя-ксилола и красочной пылью эмали ХВ-16. Воздух забирался из рабочей зоны действующей окрасочной камеры. Последовательно соединенные поглотительные склянки имитировали двухступенчатую систему гидрофильтра и заполнялись жидкостью различного состава. Расход воздуха изменялся с помощью калиброванного газового ротаметра.

Пример 1. Обе склянки заполняются раствором, содержащим 6,6 мг/л полиэлектролита ВПК-402 (торговая марка водорастворимого полиэлектролита катионного типа на основе полидиметилдиаллиламмоний хлорида, выпускаемого в России) по 300 мл в каждую, а затем система подключается к калиброванному ротаметру (газовому) и вакуумному насосу и через них в течение 45 мин пропускается воздух из рабочей зоны камеры, после чего производится анализ жидкости в каждой склянке на содержание красочной взвеси и растворителя.

Анализы показывают, что в первой склянке, имитирующей первую ступень гидрофильтра, содержится 152 мг/л ксилола и 24 мг/л красочной взвеси. Во второй склянке, имитирующей вторую ступень гидрофильтра, обнаружены менее 2 мг/л ксилола и менее 4 мг/л красочной взвеси (ниже чувствительности метода анализа).

Пример 2. Первая склянка заполняется 300 мл раствора, содержащим 10 мг/л полиэлектролита ВПК-402, а вторая 300 мл раствора, содержащим 6,6 мг/л полиэлектролита ВПК-402. Затем система подключается к вакуумному водоструйному насосу и через склянки в течение 45 мин протягивается воздух из рабочей камеры, после чего проводится анализ жидкости в каждой склянке на содержание красочной взвеси и растворителя.

Анализы показывают, что содержание ксилола в первой склянке составляет 38 мг/л, красочной взвеси 28 мг/л, а во второй склянке содержание ксилола составляет 130 мг/л, а красочной взвеси менее 4 мг/л.

Пример 3. Первая склянка заполняется 300 мл раствора, содержащего 1000 мл/л полиэлектролита ВПК-402, а вторая 300 мл раствора, содержащего 6,6 мг/л полиэлектролита ВПК-402. Затем система подключается к вакуумному водоструйному насосу и через них в течение 45 мин пропускается воздух из рабочей камеры, после чего проводится анализ жидкости в каждой склянке на содержание красочной взвеси и растворителя.

Анализы показывают, что содержание ксилола в первой склянке, имитирующей первую ступень гидрофильтра, составляет 32 мг/л, красочной взвеси -21 мг/л, а во второй склянке, имитирующей вторую ступень гидрофильтра, содержание ксилола составляет 138 мг/л, а красочной взвеси менее 4 мг/л.

Результаты опытов, описанных в примерах 1 3 сведены в табл. 1.

Во всех трех примерах в первой склянке, имитирующей первую ступень очистки воздушного потока, содержание взвешенных веществ колеблется в пределах 21 28 мг/л независимо от концентрации /л независимо от концентрации ВПК-402 в жидкости. Однако концентрация растворителя при дозе ВПК-402 10 1000 мг/л значительно меньше, чем при 6,6 мг/л полиэлектролита, т.е. повышение концентрации полиэлектролита по сравнению с оптимальным обеспечивает достаточную очистку паровоздушного потока от красочной взвеси, но значительно снижает эффективность очистки от паров ксилола (примерно на 75%).

Во всех трех примерах во второй склянке, имитирующей вторую ступень очистки паровоздушного потока из окрасочной камеры, содержание взвешенных веществ остается менее 4 мг/л (ниже чувствительности метода определения). Однако концентрация растворителя в примерах 2 и 3 по сравнению с примером 1 различна. В примерах 2 и 3 наблюдается накопление растворителей без загрязнения красочной взвесью, что позволяет рассматривать формирующийся раствор в качестве источника для последующей регенерации растворителей.

В примере 1 наличие второй склянки (второй ступени очистки) практически бесполезно.

Следует также указать, что в примерах 2 и 3 суммарное содержание растворителей в первой и второй склянках несколько выше (на 9 10%) чем в примере 1, что свидетельствует о более эффективной очистке паровоздушного потока из окрасочной камеры.

II. Использование водорастворимого полиэлектролита катионного типа на основе полидиметилдиаллиламоний хлорида в качестве добавки в сточную воду второй ступени промывки для отгонки летучих органических растворителей на этапе аэрирования.

Пример 4. В лабораторный стеклянный аэратор барботажного типа заливается 300 мл раствора, содержащего 6,6 мг/л полиэлектролита ВПК-402 и ксилол в количестве 150 мг/л. Осуществляется аэрирование с отбором проб на анализ через определенные промежутки времени. Расход воздуха составляет 0,2 л/мин. После 15-минутного аэрирования остаточная концентрация ксилола составляет 100 мг/л и при дальнейшем аэрировании практически не меняется. Эффективность процесса составляет 33% Пример 5. В лабораторный стеклянный аэратор барботажного типа заливается 300 мл раствора, содержащего 6,6 мг/л полиэлектролита ВПК-402 и ксилол в количестве 150 мг/л. Добавляем 3,4 мг/л полиэлектролита ВПК-402, т.е. поднимаем его суммарную концентрацию до 10 мг/л. Осуществляем аэрирование в течение 15 мин с отбором пробы на анализ. Расход воздуха составляет 0,2 л/мин. В пробе обнаруживается остаточная концентрация ксилола 13 мг/л, что соответствует эффективности процесса 91,4% Пример 6. В лабораторный стеклянный аэратор барботажного типа заливается 300 мл раствора, содержащего 6,6 мг/л полиэлектролита ВПК-204 и ксилол в количестве 150 мг/л. Добавляем полиэлектролит до суммарной концентрации 50 мг/л. Остаточная концентрация растворителя в растворе после 15-минутного аэрирования составляет менее 2 мг/л, что соответствует эффективности процесса более 98,7% Дальнейшее увеличение концентрации полиэлектролита нецелесообразно.

Результаты экспериментов, описанных в примерах 4 6 сведены в табл. 2.

Пример 7. В результате очистки паровоздушного потока окрасочной камеры в основной ванне 2 сформировалась сточная вода, содержащая 5 мг/л полиэлектролита ВПК-402 и 20 г/л органического летучего растворителя бутанола. Полученная сточная вода насосом 4 направляется в смеситель 5, где концентрация полиэлектролита была увеличена до 50 мг/л. Из смесителя 5 сточная вода с концентрацией полиэлектролита 50 мг/л направлялась в аэратор 8, куда в течение 25 мин. с расходом 40 дм³/лч. барботировался азот. Выделившиеся пары бутанола направлялись в конденсатор 11, охлаждаемый твердой углекислотой. Конденсат собирался в стеклянную емкость и содержал 90% бутанола.

При этом концентрация бутанола в сточной воде снизилась примерно на 71% и составила 5,8 г/л. Эту сточную воду направили в мембранный аппарат 18 с композиционной мембраной МДК на основе блоксополимера "Лестосил" производства п/о "Полимерсинтез", г. Владимир. Из полости 21 мембранного аппарата 18 отводился пермеат с удельным потоком 0,4 л/м²ч. при селективности, равной 20, с концентрацией растворителя в пермеате 107,7 г/л. Для получения более концентрированного раствора бутанола пермеат может быть направлен в полость 20 мембранного аппарата на повторную обработку. Очищенную сточную воду из полости 20 направляли в дополнительную отстойную ванну 1 для повторного использования в качестве подпиточной воды.

Использование предлагаемого способа очистки воздушных выбросов из окрасочных камер, загрязненных красочной пылью и растворителями, и технологической схемы для его осуществления позволяет регенерировать растворители, выделяющиеся из распыленных лакокрасочных материалов, и получить их в виде товарного продукта, а воду, используемую для промывки воздушного потока и освобожденную от растворителя, вновь вернуть в процесс очистки паровоздушного потока. Другими словами, предлагается ресурсосберегающая, замкнутая, малоотходная технология очистки воздушных выбросов из окрасочных камер, применяемых в машиностроительной промышленности.

Формула изобретения

1. Способ очистки воздушных выбросов из окрасочных камер от паров органических растворителей и красочной пыли, включающий промывку водой с активной добавкой, отличающийся тем, что в качестве активной добавки используют водорастворимый полиэлектролит катионного типа на основе полидиметилдиаллиламмоний хлорида в количестве 6 7 мг/л, при этом воздушные выбросы предварительно промывают водой, содержащей активную коагулирующую или флокулирующую красочную взвесь добавку, а промывную воду, содержащую 6 7 мг/л указанного полиэлектролита, абсорбирующую и накапливающую в себе только органические растворители из паровоздушного потока, прошедшего предварительную обработку, направляют на аэрацию воздухом или инертным газом, причем перед аэрированием концентрацию полиэлектролита в ней повышают до 10 50 мг/л, пары, полученные после аэрации и имеющие в своем составе летучие растворители со слабыми и средними водородными связями, конденсируют, а воду, содержащую растворители с сильными водородными связями, образующими с водой азеотропные или взаиморастворяющиеся смеси, направляют на мембранную обработку с последующим отбором их в виде товарного продукта, очищенную воду с остаточной концентрацией полиэлектролита возвращают на повторное использование в операцию предварительной промывки воздушных выбросов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве активной коагулирующей или флокулирующей добавки используют водорастворимый полиэлектролит катионного типа на основе полидиметилдиаллиламмоний хлорида в количестве 10 1000 мг/л.

3. Установка для очистки воздушных выбросов из окрасочных камер от паров органических растворителей и красочной пыли, включающая гидрофильтр с отстойной ванной, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным гидрофильтром с отстойной ванной, расположенным перед основным гидрофильтром, а также насосом, смесителем с дозатором, аэратором, имеющим входной штуцер для воздуха или инертного газа, конденсатором и мембранным аппаратом со штуцерами для вывода пермеата в виде товарного продукта и воды, при этом отстойная ванна основного гидрофильтра через насос и смеситель соединена с аэратором, один штуцер которого соединен с конденсатором, а другой с мембранным аппаратом и отстойной ванной дополнительного гидрофильтра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2