ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе взаимодействия человека с окружающей средой на первый план выдвигается вопрос устойчивого развития регионов и страны в целом, который можно решить путем резкого сокращения потребления природных ресурсов и энергии связи с постоянным увеличением водопотребления во многих странах мира все настойчивее выдвигаются требования рассматривать потребляемую воду как общенациональное благо, имеющее стоимостное выражение, и включать расходы на водопотребление непосредственно в производственные издержки, влияющие на стоимость продукции. В то же время наблюдается тенденция к усилению контроля за очисткой сбрасываемых стоков путем разработки норм сброса и законодательных актов.
Целлюлозно-бумажная промышленность является одним из главных потребителей чистой воды. Например, расход воды на выработку одной тонны бумаги, включая производство полуфабрикатов, составляет 100 - 1500 м. Следует отметить, что при производстве целлюлозы и бумаги в сточные воды попадает большое количество минеральных и органических веществ. Например, только в процессе получения волокнистого сырья в раствор переходит 37 - 1708 кг органических веществ на 1 т волокна, которые при отсутствии системы очистки сточных вод попадают в водоемы. Сточные воды целлюлозных заводов содержат также взвешенное волокно за счет промоев при промыве, сортировании целлюлозы и многократных процессов разбавления и сгущения.
|
|
|
Особое место в стоках сульфатно-целлюлозного производства занимают конденсаты выпарного и варочного цехов, в которых почти нет минеральных и взвешенных веществ. Однако в них содержится значительное количество фенолов и сернистых соединений, и поэтому они являются наиболее токсичными стоками с высоким показателем биологического потребления кислорода.
Разнообразие видов загрязнений и их концентраций привело к необходимости создания сложных, многостадийных схем и разнообразных систем очистки воды.
Применение мембранной технологии в целлюлозно-бумажной промышленности
Внутрицеховые системы очистки с помощью ловушек, фильтров и т.д. позволяют очищать стоки в основном от взвешенных веществ. Остальная часть загрязнений поступает на общезаводские очистные сооружения, которые оснащены оборудованием для механической, биологической и химической очистки.
Для механической очистки широко применяется отстаивание, фильтрация и флотация. Этими методами удаляют в основном взвешенные вещества, причем на контактных осветлителях степень очистки составляет 98 - 99 %. Биологическая очистка, осуществляемая в аэротенках, позволяет снизить БПК5 на 88 -90 %.
|
|
|
Применение химической очистки после биологической уменьшает цветность воды с 2000 - 2500° по платиново-кобальтовой шкале до 50 - 100°, а БПК 5 - с 10 - 25 до 3 - 5 мгОз/л. Однако при химической очистке происходит образование большого количества осадка, обезвоживание которого представляет определенную трудность. Кроме того, метод химической очистки стоков требует больших капитальных и эксплуатационных затрат, а применяемые реагенты дороги и дефицитны.
Как уже отмечалось, очистка сточных вод целлюлозно-бумажных заводов осуществляется в несколько стадий, однако качество очищенной воды не всегда соответствует нормам на повторное использование ее в производстве.
В настоящее время в нашей стране все предприятия целлюлозно-бумажной промышленности, в том числе и Байкальский целлюлозный завод, работают с забором свежей воды.
Рис. 1
Для очистки сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий применяют различные методы, в том числе мембранные. Мембранные методы позволяют решать вопросы очистки воды и одновременно осуществлять концентрирование и извлечение из сточных вод ценных растворенных веществ, а также очищать воду от бактерий и взвешенных веществ, органических и неорганических компонентов.
|
|
|
Очищенную с помощью мембранных процессов воду можно использовать в замкнутых оборотных схемах производства (см. таблицу). В качестве мембран для проведения процессов обратного осмоса и ультрафильтрации применяют различные полимерные и неорганические пористые материалы, обладающие свойством селективной проницаемости к компонентам растворов [1].
На рис. 1 приведена схема очистки воды после стадии промывки, которая присутствует во всех технологических процессах производства целлюлозы. В предлагаемой схеме слабый щелок поступает на мембранный аппарат. Полученный концентрат объединяют с крепким щелоком для дальнейшей регенерации и утилизации, а очищенную воду возвращают в технологический процесс. Использование обратноосмотической очистки воды после стадии промывки целлюлозы позволит снизить расход свежей воды на 4,5 - 6 м на тонну продукции. В результате использования такой схемы снижается нагрузка на очистные сооружения, поскольку полностью исключаются поступления слабого щелока в сточные воды предприятия.
На рис. 2 представлены действующая и предлагаемая технологические схемы уничтожения черного щелока на Балахнинском целлюлозно-картонный комбинат. Преимущества предлагаемой схемы заключаются в следующем: повышается концентрация черного щелока, поступающего на стадию выпаривания, что обеспечит значительное снижение общих затрат на его уничтожение. Кроме того, применение мембран с невысокой селективностью позволит снизить концентрацию минеральных веществ в концентрированном черном щелоке, который из мембранного аппарата поступает на выпаривание, а затем на сжигание. Одновременно можно добиться снижения содержания минеральных веществ в продуктах сжигания, что позволит получать при сжигании черного щелока активированный уголь, который может быть использован для очистки фенольных сточных вод.
|
|
|
С целью выделения, концентрирования и фракционирования лигносульфонатов для дальнейшей их переработки или утилизации необходимо разработать более сложные технологические схемы, в которых следует предусмотреть возможность ультрафильтрационной и обратноосмотической обработки сточных вод. Такие схемы обеспечивают фракционирование лигносульфонатов по молекулярным массам и повышение концентрации высокомолекулярной части лигносульфонатов до 45 %.
При сульфитном производстве целлюлозы на магниевом основании концентрат после мембранной установки следует нейтрализовать (см. рис. 2), пропуская его через слой кускового брусита (минерала подкласса гидрооксилов Mg(OH)2) [Пат. 2141017 РФ].
При упаривании нейтрализованного до рН = 6 + 7 щело ка в конденсат попадает на 87 - 96 % меньше диоксида серы и летучих органических кислот. Это уменьшает потери серы при утилизации щелока и загрязнение конденсата выпарки, а также снижает нагрузку на очистные сооружения предприятия и, следовательно, позволяет сделать производство более экологически чистым, экономить большие объемы воды, тепло и электроэнергию.
Рис. 2
Методы обратного осмоса и ультрафильтрации наиболее целесообразно применять при создании локальных установок обработки сточных вод. Такой подход позволяет решить задачу очистки стоков целлюлозно-бумажной и других водопотребляющих отраслей промышленности и достичь гораздо более высокой степени "замкнутости" систем водопользования. Наибольшая эффективность применения мембранных методов обеспечивается, как правило, в сочетании с традиционными методами обработки сточных вод.
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В Иркутской области с населением, составляющим 1,9 % населения России, производится: 12,7 % целлюлозы; 10 пиломатериалов и 12 % экспортной древесины. При этом образуется огромное количество твердых отходов, основным является осадок - шлам-лигнин. Систематизированных данных об общем количестве твердых отходов, накопленных к настоящему времени в Байкальском регионе источниках нет. Однако, по нашим данным, общее количество шлам-лигнина только на Байкальском ЦБК и Селенгинском ЦКК составляет приблизительно 8 млн м3.
Первой причиной накопления такого огромного количества промышленных отходов является низкая степень использования ресурсов вследствие несовершенства технологий и недоизвлечения всего заложенного в ресурсе потенциала.
В мировой литературе практически отсутствуют данные о рекультивации площадей, занятых отходами, подобными шлам-лигнину. Это объясняется ограниченным применением лозу, а также трудностями расшифровки взаимодействия веществ в ходе физических, химических и биологических процессов, протекающих в этом антропогенном субстрате. Недостаточно изучено воздействие на эти процессы факторов окружающей природной среды (температуры, инсоляции, фунтовых вод, атмосферных осадков).
Отсутствие реальных решений по рекуперации осадка также объясняется его сложным физико-химическим и дисперсным составом, высокой степенью гидрофильное™, преимущественно представленной химически связанной водой, а также трудоемким и сложным технологическим процессом его переработки. Предлагаемые варианты рекуперации (компостирование, электроосмос, обработка солями железа, вымораживание, транспирация, захоронение) к настоящему времени практического применения не нашли.
В связи с высокой сейсмичностью района, особенностями режима природопользования в бассейне оз. Байкала, определяемого необходимостью сохранения его уникальной экосистемы, остро стоит задача рекультивации земель, занятых шламонакопителями. Для этого необходимо было провести целенаправленные исследования и разработать технологию рециклинга осадка карт шламонакопителей.
Данные, полученные в результате исследований карт шламонакопителей ОАО БЦБК, позволили сделать вывод о значительных колебаниях концентрации твердого горизонтальной плоскости, так и по глубине (рис. 3, 4, 5).
Широкий диапазон варьирования концентраций твердых веществ создает предпосылки для разработки технологий поэтапной рекуперации осадка, с применением различных технологических процессов.
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Установлено, что зола шлам-лигнина, содержащая 21,8% а-SiOi; 44,83 -у-ЛЬО,; 6,85 Na20 • AljOi * 6SiО2; 5,2 a-Fe2О3; 18,32 SiО2; 1,6 CaSO4; 1,4 % TiO2, K2О и других веществ, обладает уникальными сорбционно-коагуляционными свойствами [1) и может быть использована в качестве сорбента для извлечения из сточных вод широкого спектра загрязнений, не уступающего в некоторых случаях таким промышленным сорбентам, как активированный уголь типа СКТ, А12О3 и SiO2 .
Универсальность золы шлам-лигнина (ЗШЛ) объясняется наличием в ее составе компонентов, обладающих как индивидуальными сорбционно-коагуляционными свойствами, так и суммарным синергетическим эффектом (А.с. 2136599 РФ).
Технология ОАО БЦБК позволяет в целом решить проблему рекуперации осадка карт шламонакопителей по следующей схеме: сброс верхнего слоя осветленной воды в пруды-аэраторы комбината; перекачка жидкого слоя осадка; флотоуплотнение; обезвоживание и сжигание с получением высококачественного сорбента - ЗШЛ. Но технологию флотации суспензии, основанную на тонкослойной напорной флотации, позволяющей эффек тивно извлекать как шламистые, так и грубодисперсные примеси, содержащиеся в шлам-лигнине, нужно модернизировать (рис. 2).
На рис. 3 показана зависимость времени полного осветления сточных вод от диаметра частиц твердого вещества при напорной и пенной флотации, а также при их совместном протекании.
Из рисунка видно, что время полного осветления меньше при одновременном проведении пенной и напорной флотации. Это связано не только с дегидратацией поверхности частиц пузырьками воздуха и их коалесценцией, но и с прилипанием пузырьков к частице и образованием флотоагрегатов.
В ходе работ, направленных на оптимизацию процесса обезвоживания шлам-лигнина и осадка карт шламонакопителей, возникли трудности, связанные с тем, что существующие методики оценки фильтрационных характеристик осадков (удельное сопротивление и конечная влажность) оказались непригодными для оценки эффективности поверхностно-активных веществ, формирующих водоотда-юшие свойства шлам-лигнина. В связи с этим была разработана адекватная методика и количественные критерии оценки фильтрационных свойств сжимаемого коллоидного осадка шлам-лигнина. Например, среднее удельное сопротивление осадка
где V - объем фильтрата, мэ; К- коэффициент, характеризующий особенности иммобилизации ная удельная поверхность твердой фазы, м2/м3; Е - эффективная пористость, см3/г.
Рассчитав значения г по предлагаемой методике, можно выбрать оптимальные технологические параметры и дать практические рекомендации по внедрению наиболее эффективных реагентных режимов для обработки осадка карт шламонакопителей в процессе обезвоживания.
После флотационного уплотнения и обезвоживания флотош-лама образуются сточные воды, содержащие остаточные концентрации загрязняющих веществ, в основном легкоокисляемую органику, а также непрореагировавшие химические реагенты. Перед сбросом их необходимо подвергать доочистке по предлагаемой технологии (Ас. №7616 РФ), когда процесс биофильтрации интенсифицируется вследствие повышения сорбционной и окислительной способности биопленки (рис. 6).
Рис. 6
Внедрение описанных технологий позволит не только решить одну из важнейших экологических проблем - переработать техногенный шлам-лигнин, но и получить товарный продукт – высокоэффективный сорбент.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 258; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!