Очистка сточных вод целлюлозно-бумажных заводов (стр. 1 из 3)
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 ибумаги 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 степеньочистки 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 щелока 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 регионеисточниках 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 применениемлозу, 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 твердогогоризонтальной плоскости, так и по глубине (рис. 3, 4, 5).