СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ОЧИСТКЕ СЛОЖНЫХ СТОКОВ ТРУБОПРОКАТНЫХ ЦЕХОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПОЛИМЕРНЫХ РЕАГЕНТОВ

Как известно, сточные воды трубопрокатных цехов содержат в себе смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). СОЖ, широко применяемые в процессах резки, формовки и обработки металлов, формируют сложнокомпонентные стоки, содержащие нефтепродукты, эмульгированные масла, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и тяжёлые металлы. Высокая устойчивость эмульсий к деструкции  делает традиционные методы очистки (механические, химические) недостаточно эффективными, требуя внедрения комбинированных физико-химических и биотехнологических подходов. В настоящее время использование полимерных реагентов является одной из актуальных технологий, способных повысить эффективность очистки сточных вод.

Ужесточение нормативов сброса сточных вод и растущие требования к экологической безопасности процессов водоочистки актуализируют поиск реагентов с улучшенным природоохранным профилем. Традиционные синтетические полимерные флокулянты, несмотря на высокую эффективность, вызывают обеспокоенность ввиду потенциальной токсичности мономеров (например, акриламида), низкой биоразлагаемости и образования персистентных метаболитов. Природные полимерные реагенты (биополимеры) представляют стратегически важную альтернативу, отвечающую принципам «зеленой» химии и устойчивого развития.

Таннины — природные полифенольные соединения, извлекаемые из коры, листьев и плодов растений (например, акации, квебрахо, каштана), — активно исследуются как экологически безопасные коагулянты для удаления нефтепродуктов.

Таннины модифицируются реакцией Манниха, где субстрат (например, экстракт акации) взаимодействует с формальдегидом и аминами (этаноламин, диэтаноламин, хлорид аммония). В результате образуются катионные полимеры, которые выполняют следующие функции:

• нейтрализуют отрицательный заряд коллоидных частиц нефтепродуктов и эмульгированных масел, дестабилизируя их;
• формируют хлопьевидные агрегаты с частицами окалины (оксидами железа) через образование координационных связей с Fe³⁺.

Модифицированные таннины обладают пористой структурой, что обеспечивает физическую адсорбцию углеводородов. Например, таннин-аммониевые комплексы демонстрируют сорбционную ёмкость до 470–800 мг/г для нефтепродуктов. Таннины разлагаются микроорганизмами, что снижает токсичность осадка по сравнению с традиционными коагулянтами (например, сульфатом алюминия).

Модифицированные таннины (например, акация-хлорид аммония) удаляют до 99% эмульгированных масел при дозировке 50–200 мг/л. Эффективность обусловлена снижением межфазного натяжения и агрегацией капель. Комбинация таннинов с полиакриламидом повышает скорость осаждения на 30–50%, снижая остаточную концентрацию до 0.5–5 мг/л. Таннины образуют комплексы с Fe₂O₃, осаждая до 90% взвешенных частиц при pH 6–8.

Максимальная эффективность наблюдается при 6.0–7.5. В кислой среде (pH < 5) снижается активность катионных групп таннинов. Диапазон температур 10–40°C не влияет на стабильность реагента. При T > 50°C возможна термическая деградация.

Производство таннинов из коры акации оставляет минимальный экологический след, соответствуют принципам циркулярной биоэкономики, так как использует отходы лесного хозяйства.

Таннины чувствительны к высокой концентрации солей (Na⁺, Ca²⁺). Это в некоторой степени снижает эффективность реакции, поэтому перед применением рекомендуется предварительно смягчить воду. Также таннины подвержены окислению. Добавление антиоксидантов (аскорбиновая кислота) увеличивает срок хранения танинов[1, 2].

Флокулянты серии Биомикрогель представляют собой инновационные экологичные реагенты на основе растительного сырья.

Флокулянты Биомикрогель BMG-C2 обладают амфотерным ионным зарядом, что позволяет им взаимодействовать с частицами нефтепродуктов и СОЖ через электростатические силы. Частицы реагента формируют полимерные сети, захватывая капли масел и эмульсии, что приводит к их агрегации и последующему отделению методами флотации или отстаивания. Благодаря высокой поверхностной активности, Биомикрогель связывает частицы оксидов железа (Fe₂O₃, Fe₃O₄), образуя плотные хлопья. Это особенно актуально для металлургических стоков, где концентрация взвешенных веществ может снижаться на 90–95%

BMG-C2 совместим с неорганическими коагулянтами на основе солей алюминия или железа. Коагулянты нейтрализуют заряд коллоидных частиц, а флокулянты формируют макроагрегаты, упрощая их удаление. Например, при дозировке 10 мг/дм³ BMG-C2 и 30 мг/дм³ коагулянта достигается снижение нефтепродуктов до 0.04–0.068 мг/дм³.

BMG-C2 действует при pH = 5.0–8.0, рабочий диапазон температур: 0–85°C. Дозировка составляет 10 мг/дм³ для BMG-C2, что в 3 раза меньше, чем для традиционных коагулянтов.

Флокулянты Биомикрогель полностью разлагаются в водной среде в соответствии с ГОСТ 32509–2013, что исключает накопление токсичных веществ в экосистемах. Производство реагентов исключает выбросы парниковых газов, а использование растительного сырья минимизирует зависимость от нефтехимических продуктов [3-5].

Коагулянт Zeoturb — экологически безопасный реагент на основе модифицированных природных минералов (цеолиты, бентонит) и органических полимеров.

В составе Zeoturb содержатся биоразлагаемые полимеры (например, модифицированный хитин), которые нейтрализуют ζ-потенциал эмульгированных нефтепродуктов (-30 мВ) и формируют хлопьевидные агрегаты. Комбинация цеолитов и полимеров ускоряет осаждение загрязнений, повышая скорость процесса в 2–3 раза по сравнению с традиционными коагулянтами. Наночастицы оксидов металлов (Fe₃O₄), включенные в состав Zeoturb, катализируют разложение нефтепродуктов под действием кислорода или УФ-излучения, превращая их в CO₂ и H₂O.

Рабочий диапазон среды = 5.0–8.5. При pH < 5 цеолиты теряют ионообменную активность, при pH > 9 происходит гидролиз полимеров. Эффективность реагента сохраняется в диапазоне температур 5–50°C. Дозировка составляет 50–200 мг/л в зависимости от мутности и типа загрязнений.

Zeoturb снижает концентрацию эмульгированных масел на 95–98% при дозировке 50–150 мг/л. Эффективность удаления окалины достигает 90–95% при pH 6–8 за счет ионообмена и хелатирования. Zeoturb демонстрирует на 30–50% более высокую эффективность, чем сульфат алюминия, при меньшем объеме образующегося шлама.

Zeoturb подвергается полной биоразлагаемости (стандарты OECD 301B), также у него отсутствует токсичные остатки (ПДК по Al³⁺ <0.2 мг/л). Коагулянт снижет затраты на утилизацию шлама на 40–60% [6].

Карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) — водорастворимый анионный полимер, получаемый модификацией целлюлозы. Благодаря высокой гидрофильности, способности к гелеобразованию и сорбционной активности КМЦ применяется для удаления нефтепродуктов, смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и механических примесей (окалины) из промышленных стоков.

КМЦ имеет формулу [C₆H₇O₂(OH)_x(OCH₂COONa)_y]_n, где степень замещения (DS) определяет её растворимость и адсорбционную ёмкость. Карбоксильные группы (-COO⁻) обеспечивают электростатическое взаимодействие с положительно заряженными частицами (например, катионами металлов в окалине) и связывание нефтепродуктов через гидрофобные участки и водородные связи. При взаимодействии с двухвалентными катионами (Ca²⁺, Mg²⁺) КМЦ образует гелевые мостики между частицами окалины и нефтепродуктами, усиливая их агрегацию.

Комбинация КМЦ с неорганическими коагулянтами (FeCl₃, Al₂(SO₄)₃) повышает эффективность за счет нейтрализации заряда коллоидных частиц, увеличения размера хлопьев (до 2–5 мм) и скорости их осаждения.

Карбоксиметилцеллюлоза имеет следующие показатели очистки сточных вод:

1. Адсорбционная ёмкость. КМЦ с DS = 0.7–1.2 демонстрирует сорбцию масел до 200–400 мг/г в статических условиях.
2. Деэмульгирование. При дозировке 50–150 мг/л КМЦ снижает концентрацию эмульгированных масел на 85–92% (исходный уровень — 500–1000 мг/л).
3. Сорбция оксидов железа. КМЦ образует комплексы с Fe³⁺, осаждая частицы окалины (Fe₂O₃, Fe₃O₄). Эффективность достигает 75–90% при pH 6–8.

Максимальная эффективность полимера осуществляется при 6.0–7.5. В кислой среде (pH < 4) карбоксильные группы протонируются, снижая реакционную способность. Рабочий диапазон температуры — 10–40°C. При T > 50°C происходит термическая деградация полимера.

Преимуществом КМЦ является нетоксичность и способность разлагаться микроорганизмами, минимизируя экологический ущерб. Карбоксиметилцеллюлоза эффективна против широкого спектра загрязнений, включая ПАВ и тяжёлые металлы.

Недостатком КМЦ является чувствительность к ионной силе. Высокая концентрация солей (Na⁺, Cl⁻) снижает адсорбционную ёмкость. Избыток КМЦ может увеличивать БПК очищенной воды. Ещё одним недостатком является высокая стоимость полимера [7-9].

Безусловно, природные полимерные реагенты представляют собой научно обоснованное и технологически перспективное решение, не только обеспечивающее соответствие ужесточающимся экологическим нормативам сброса, но и способствующее снижению эксплуатационных затрат за счет уменьшения объемов осадка и энергоемкости процессов его утилизации в контексте устойчивого развития металлургической отрасли.