Отходы целлюлозно-бумажной промышленности
Волокнистый материал, применяющийся при производстве бумаги и других продуктов, получают как из древесных, так и из травянистых растений после химического расщепления лигнина. Однако этот процесс сопровождается потерей большого количества древесины и образованием огромного количества отходов. Все это должно стимулировать разработку альтернативной химической технологии.
В настоящее время применяют два процесса получения древесной пульпы. Основной из них — это щелочная варка (сульфатный процесс), в результате которой образуется темная сульфатная варочная жидкость. Эти отходы содержат трудно перерабатываемые ароматические продукты расщепления лигнина и низкомолекулярные органические кислоты (глюкоизосахариновую, молочную, уксусную и муравьиную). При получении пульпы из смолистой древесины сосны образуются талловое масло и терпены, широко использующиеся в промышленности. Сульфатную варочную жидкость не удается перерабатывать биологическими способами, которые могли бы применяться в промышленном масштабе; гораздо экономичнее упаривать эту жидкость и сжигать ее, получая таким образом энергию из отходов.
Сульфатная варка целлюлозы применяется реже; она дает отходы следующего состава: лигносульфонаты с ароматическими элементами (60%), сахара (манноза, галактоза, глюкоза, ксилоза, арабиноза (36%), уксусная кислота, метанол и фур-фураль). Эти жидкие отходы — хорошее сырье для ферментации благодаря высокому содержанию в них углеводов. Их ферментация в широких масштабах начата в 1909 г. В настоящее время традиционным методом удаления пентоз, гексоз и уксусной кислоты из таких отходов служит их ферментация при участии дрожжей. Помимо этих традиционных методов, вскоре будут использоваться и новые процессы превращения отходов в грибной белок с помощью Paecilomyces variotii, Sporotrichum pulveralentum и Chaetomicum cellulolyticum.Неподдающиеся переработке соединения можно концентрировать и сжигать. Лигносульфонаты применяют в качестве связывающих веществ и вспомогательных средств при бурении; щелочным окислением при повышенном давлении их можно превращать в ванилин. Вообще говоря, главное в переработке отходов целлюлозно-бумажной промышленности — это понижение энергозатрат, а какой химический принцип при этом используется, менее существенна.
Основная экологическая проблема, порождаемая целлюлозно-бумажной промышленностью, это очистка сточных вод, а также обработка конденсатов, образующихся в испарителях и реакторах. Сточные воды осветляют путем нейтрализации и отстаивания, окисления в одно- и двухстадийных установках с активным илом, в аэрируемых отстойниках или путем сочетания биологических и химических способов окисления. Эти методы пригодны для эффективного удаления соединений, подверженных биодеградации, а также токсичных производных фенола, однако они оказываются дорогими и неэффективными в случае производных лигнина, с трудом поддающихся переработке. Отбеливатели, содержащие хлорпроизводные бифенилов, можно обесцвечивать с помощью грибов — возбудителей белой гнили.
Среди побочных продуктов сульфитного процесса получения целлюлозы преобладают химически модифицированные лигнины, образующиеся во многих реакциях между активным сульфитом и каким-либо сложным природным полимером. Структура лигносульфонатов в деталях неизвестна. Они представляют собой гетерогенную смесь соединений с широким спектром молекулярных масс (300-100000); состав смесей определяется природой перерабатываемой древесины. Образование сульфонатов приводит к частичной солюбилизации лигниновых фрагментов. Сложность структуры лигносульфонатов затрудняет изучение их биодеградации. Для упрощения задачи обычно используют модельные соединения, например дегидрополимеры кониферилового спирта или другие низкомолекулярные продукты. Низкомолекулярные лигносульфонаты чувствительнее к биодеградации, чем высокомолекулярные; с другой стороны, производные лигнина, видимо, устойчивее к разрушению, чем сам лигнин. Следовательно, образование сульфопроизводных затрудняет переработку.
В таких сопряженных окислительно-деградативных процессах почвенные грибы и бактерии более эффективны, чем гнилостные грибы; для осуществления этих процессов требуется также дополнительный источник углерода. Распад лигносульфонатов нередко сопровождается полимеризацией, в результате чего наблюдается сдвиг в распределении полимеров по молекулярным массам. Эти изменения могут коррелировать с присутствием внеклеточных фенолоксидаз (например, лакказы), физиологическая роль которых остается неизвестной. Фенолы превращаются в соответствующие хиноны и фенокси-радикалы, которые спон-; танно полимеризуются. Таким образом, полимеризация и деградация происходят одновременно. Однако в случае некоторых грибов реакции полимеризации не протекают в присутствии целлюлозы. Целлюлоза распадается до целлобиозы, являющейся субстратом для целлобиоза: хинон оксидоредуктазы, которая одновременно окисляет целлобиозу и восстанавливает хиноны и фенокси-радикалы. Может существовать и другая оксидоредуктазная система, в которой легкодоступные источники углерода используются для восстановления хинонов. Возможная роль подобной биологической полимеризации состоит в облегчении осаждения лигно-сульфонатов. Лигносульфонаты применяются как связывающие вещества при производстве отдельных видов картона, где в качестве катализатора полимеризации используют содержащие лакказу культуральные фильтраты. Фенолоксидазы могут играть важную роль в определении судьбы многих ксенобиотиков в окружающей среде, участвуя в полимеризации фенолов и в образовании органических полимеров почвы.
Чувствительность лигносульфонатов к биодеградации увеличивается после их химической или физической модификации. Под действием УФ-облучения и озонирования происходит фрагментация этих молекул, а удаление остатков сульфоновой кислоты хотя и снижает растворимость лигносульфонатов, одновременно уменьшает их устойчивость к биодеградации. Предпринимались попытки использовать для микробного десульфирования анаэробные сульфатредуцирующие бактерии и некоторые виды Pseudomonas. Большими потенциальными возможностями в этом смысле обладают смешанные культуры. Использование таких культур для разрушения лигносульфонатов может оказаться более эффективным, чем применение отдельных штаммов, поскольку при этом могут быть созданы сообщества с широким спектром активностей, например, способные к десульфированию, расщеплению прочных связей, метилированию и деполимеризации. В результате может быть получена высокоэффективная биоокислительная система. В одной из опытных установок для получения БОО из углеводов, содержащихся в отходах целлюлозно-бумажной промышленности, используют Candida utilis, a для разрушения остаточных лигносульфонатов — смешанную культуру. Биомасса, образующаяся на второй стадии этого процесса, не находит сбыта, поэтому ее повторно используют после термообработки для ускорения роста Candida.
Источник
Охрана труда
Наиболее распространенным методом защиты воздушной среды является очистка воздуха в гидрофильтрах, каталитическое дожигание летучих компонентов, рассеивание вентиляционных выбросов (высокие трубы), рациональное размещение производств в жилых районах. Гидрофильтрами оборудуются участки, где производится окраска распылением (их эффективность достигает 90%), но они не очищают воздух от паров растворителей (такая очистка может быть выполнена каталитическим дожиганием при достаточно высокой концентрации паров растворителя в воздухе).
При очистке каталитическим способом применяют металлические, керамические или комбинированные конструкции с использованием катализаторов (платина, палладий, окислы хрома, железа, меди, кобальта). Сжигание обычно осуществляется в пламени природного газа, компоненты которого также окисляются. Эффективное окисление (сжигание) происходит при содержании кислорода в очищаемом выбросе не менее 17%.
В состав гидрофильтра входит орошаемый воздуховод; оросительные приспособления (переливные лотки, перфорированные трубы, форсунки); каплеуловитель и отстойник. Длительная эксплуатация гидрофильтра приводит к забиванию воздуховодных каналов и водоподающих устройств слоем краски, что снижает эффективность улавливания и увеличивает аэродинамическое сопротивление. Процесс очистки трудоемок.
Жидкость в гидрофильтре должна периодически заменяться во избежание ее загнивания (целесообразно обеспечить оборотное водоснабжение с очисткой жидкости в бассейне-отстойнике; допускается — с использованием гидроциклона или осуществлять очистку ее во флотационной установке). Полученный осадок после обезвоживания удаляется в шламонакопитель или на свалку. Для предотвращения загрязнения внутренних поверхностей гидрофильтра в воду добавляют кальцинированную или каустическую соду, эмульгатор или гексахлорофен.
Для очистки воздушных выбросов от органических соединений даже при низких концентрациях успешно применяется сравнительно дешевый сорбционный способ, при котором абсорбентом является вода, минеральные масла, раствор едкого натра, карбоната аммония.
Адсорбционный способ очистки воздуха предусматривает контакт с твердыми телами (активированный уголь, мелкопористые материалы), способными выборочно удерживать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Адсорбированные на поверхности твердого тела загрязнители удаляются паром или нейтральными газами.
Загрязненную жидкость в пылеуловителях мокрого типа периодически очищают от уловленных аэрозолей и химических веществ подробно рассмотренными в других, главах способами: механическими, физико-химическими, химическими, электрохимическими, биологическими, термическими и комбинированными.
Удаляемая из пылеуловителей и фильтров пыль накапливается в бункерах, из которых ее регулярно удаляют. Внутренняя поверхность бункеров не должна иметь уступов и большой шероховатости стенок во избежание отложения на них пыли. Геометрические размеры и формы бункера регламентируются требованиями нормативных документов. При этом диаметр цилиндрического бункера должен быть не менее 1,5 диаметра циклона, а диаметр конического — не менее 1,2; высота цилиндрической части — не менее 0,8 диаметра циклона, а угол наклона конической части — не менее 600.
Разгрузка пыли из бункера, особенно в открытую тару, сопровождается интенсивным загрязнением атмосферы, что ухудшает условия труда персонала, повышает опасность возникновения пожара и взрыва.
Удаляемую из бункера пыль и опилки можно использовать для промышленных целей: сжигание (для получения тепла); изготовление брикетов из опилок (массой 0,3-0,4 кг при влажности 12—15%); изготовление древесного угля, плит (добавки пыли и опилок в их средний слой), формирование наружных слоев ДСП, различных прессованных изделий (оконные блоки, тара, контейнеры); переработка вместе с корой на удобрения.
Исследования по сжиганию осадка в горизонтальных и вертикальных циклонных топках промышленного масштаба производительностью до 1т по сухому веществу в час выполнялись на станции аэрации Байкальского целлюлозного завода и Котласского целлюлозно-бумажного комбината. Сжиганию подвергался осадок после термической сушки в сушилке со встречными струями топочных газов. Полученные данные подтвердили целесообразность подачи на сжигание достаточно сухого (менее 30% влажности) и мелкодисперсного осадка.
Огромным полем применения хлора в комбинации с органикой является целлюлозно-бумажные комбинаты и химические заводы, выпускающие пестициды, растворители, присадки для автомобильных нужд. Опасность этого заключается в том, что при наличии «компаньона» хлор становится источником образования диоксинов. В настоящее время всеми силами исключаются из жизни технологии, в которых при производстве бумаги используется хлор.
При горении нейлона; поролона, многих синтетических тканей и покрытий, полиуретановой набивки мебели выделяются цианиды (соли синильной кислоты). Обломки старых деревянных построек также могут оказаться опасными, если они были пропитаны консервантом пентахлорфенолом или окрашены масляными красками, содержащими свинец. Все это при сгорании оказывается в ОС и в легких людей.
При производстве древесноволокнистых плит образуются сточные воды с высокой концентрацией органических веществ (измельченное древесное волокно, целлюлоза, лигнин, полисахариды, органические кислоты, смолы и другие продукты распада древесины), эмульсии фенолоформальдегидных смол или парафины (использовались для придания ДСП водостойкости). Для уменьшения объема сточных вод используется частичный водооборот, но это повышает концентрацию органических веществ в оборотной воде. Типичные параметры сточных вод производства деревоволокнистых плит (ДВП) при использовании в технологическом процессе фенолоформальдегидных смол приведены в таблице.
При высокой БПКполн (14,5 г/л О2) обработка сточных вод, особенно для небольших населенных пунктов, вызывает большие трудности: из-за высокой концентрации загрязнений в стоках перед сбросом в общую канализацию они обязательно должны пройти предварительную очистку (например, методом анаэробного сбрасывания в метантенках с последующей доочисткой их в аэротенках). Большое распространение получили термические методы обеззараживания сточных вод.
Таблица 6.2. Типичные параметры сточных вод производства ДВП
Источник
КОМПЛЕКСНАЯ УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Целлюлозно-бумажные предприятия (ЦБП) — интенсивные загрязнители окружающей среды. Несмотря на достигнутые успехи и очистке сточных вод ЦБП, проблема утилизации отходов лих предприятий не становится менее острой. Сегодня необходимо решать вопросы рационального использования волокнистых отходов, образующихся на ЦБП.
При работе ЦБП образуются волокнистые отходы различных фракций и состава, в частности мелко- и крупноволокнистые отходы (рис. 1 и 2). Крупноволокнистые отходы, к которым относятся некондиционная древесная масса и древесное волокно (спутанные, слипшиеся волокна), нельзя использовать в бумажном производстве. Такие отходы частично утилизируются при изготовлении древесно-волокнистых плит (ДВП), однако это связано с токсичными связующими кие смолы), что не оптимально. Мелковолокнистые отходы, главным образом короткие волокна целлюлозы, не задерживаются на сетках бумагоделательных машин и со сточными водами поступают на очистные сооружения ЦБП. После извлечения из сточных вод влажные мелковолокнистые отходы в виде так называемого скопа попадают в шламонакопители. Например, Братский лесопромышленный комплекс ежесуточно размещает на шламонакопителях около 90 т скопа в расчете на сухое вещество.
Волокнистые отходы ЦБП представляют собой ценное сырье, которое можно переработать и с помощью предлагаемого авторами технологического процесса. В результате народное хозяйство получит столь необходимые фильтровальные материалы.
Потребность народного хозяйства в фильтровальных материалах постоянно возрастает по целому ряду причин. Во-первых, для современного промышленного производства и новых технологий требуются промышленные фильтры широкого ассортимента. Во-вторых, ужесточение требований к очистке атмосферных выбросов и сточных вод предприятий определяет необходимость внедрения эффективных средств тонкой очистки жидких и газообразных сред. В-третьих, загрязнение окружающей среды требует разработки фильтровальных материалов, позволяющих эффективно очищать питьевую воду и воздух.
Современные фильтровальные материалы изготовляют с использованием природных и синтетических волокон.
Фильтровальные материалы на основе природных волокон (шерстяных, хлопковых, льняных и проч.), такие, как войлок или иглопробивное нетканое полотно, недостаточно эффективны, так как для их изготовления используют грубые фракции волокна. Использование волокон для производства фильтровальных материалов экономически нецелесообразно.
Синтетические полимеры применяют для производства фильтровальных материалов как в виде волокон (штапельных волокон или мононитей), так и в виде фибридов (волокнисто-пленочных полимерных связующих) [1]. Однако производство синтетических полимеров, в частности фибридов, связано с очень высокой опасностью. Например, в производстве полигексаметилентерефталамидных фибридов используются: гексаметилендиамин (1-й класс опасности по ГОСТ 12.1.005-88), гидроксид натрия (2-й класс), дихлорангидрид терефталевой кислоты (2-й класс), а одним из побочных продуктов является терефталевая кислота (1-й класс). Следовательно, организацию производства фильтров на основе фибридов едва ли можно считать прогрессивной с экологической точки зрения.
Одним из самых распространенных видов сырья, используемых для производства фильтровальных материалов, является целлюлоза. Однако при изготовлении собственно целлюлозы образуется большое количество отходов. Эти отходы и можно применять для выпуска фильтровальных материалов «ТЕФМА» [2], не уступающих по своим качествам фильтровальным материалам на основе товарной целлюлозы. Такие фильтровальные материалы можно применять вместо традиционной фильтровальной бумаги и картона в тех случаях, когда использование фильтровальных материалов на основе отходов ЦБП не противоречит санитарным требованиям.
Технологическая схема производства фильтровального материала ‘ТЕФМА» приведена на рис. 3. В качестве исходных веществ используются как крупноволокнистые, так и мелковолокнистые отходы. Соотношение компонентов изменяется, во-первых, в зависимости от свойств конкретных отходов, а во-вторых, при необходимости изготовлять фильтровальный материал с определенными свойствами. Исходные компоненты хранятся в расходных емкостях / и 2, из которых загружаются в дозатор 3. Компоненты из дозатора и вода из расходной емкости 4 поступают в смеситель 5. Из смесителя полученная суспензия перетекает в листоотливной агрегат 6, в котором и формируется лист фильтровального материала в условиях нестационарного гидродинамического режима. Для управления гидродинамическим режимом осаждения применяют управляющее устройство 7. Готовые листы фильтровального материала сушат в сушильном шкафу 8.
Управляя гидродинамическим режимом осаждении волокнистых компонентов, можно в широких пределах варьировать структуру фильтровального материма [3].
Исследования, проведенные авторами, позволили выяснить, что пористость фильтровальною материала не постоянна, а весьма сложным образом изменяется по толщине листа фильтровального материала. Слои фильтровального материала, сформировавшиеся первыми, подвергаются действию более длительное время и в итоге оказываются менее пористыми, чем сдои, осажденные позднее.
После завершения процесса осаждения слои, осажденные первыми, имеют пористость 88 — 94 с с и средний размер пор около 5-10″ м. Пористость слоев, сформировавшихся последними, составляет 95 — 98 °i, а средний размер пор -510м. Такой фильтровальный материал следует располагать таким образом, чтобы более пористые слои были входными. Крупные частицы загрязнений, содержащиеся в фильтруемой среде, задерживанием по входных слоях фильтровального материала, а более меткие частицы, проходя через крупные поры, задерживаются в более плотных слоях фильтровальною материала. Кроме того, срок службы фильтровальною Maicpnала увеличивается.
Технология производства фильтровальною материала «ТЕФМА» на основе отходов ЦБП внедрена на киевском предприятии «Технологические фильтры». I) качестве сырья используется некондиционное древесное подокно Киевского экспериментальною комбинат плитных материалов и скоп с Малипской бумажной фабрики.
Основные характеристики фильтровального материна «ТЕФМА» (в соответствии с ТУ 5439-001-50344934-99) приведены ниже.
Характеристики фильтровального материала «ТЕФМА»
Пропускная способность, м, не менее 2 10 4
Сопротивление продавливанию, МПа, не менее 0,2
Поверхностная плотность, г/м- 950± 300
Цвет От светло-желтого до
светло-коричневого или серого
Размеры листа, мм 900×1000х(6 ± 2)
Влажность кондиционная, %15
Фильтровальный материал «ТЕФМА» применяют; для очистки в энергетике (смазочные масла, топливо, сжатый воздух и хододоно-сители); вентиляции (воздуха от ныли и дымов в приточных, рециркуляционных и вытяжных вентиляционных системах); водоснабжении (вода производственно-технического и хозяйственно-бытового назначения); канализации (производственные и ливневые сточные воды от взвешенных веществ, нефтепродуктов и тяжелых металлов); на транспорте (моторные топлива, смазочные масла, моторный воздух); приборостроении (пробы в газоанализаторах); нефте- и газопереработке (нефти, природного газа и продуктов их переработки от взвешенных веществ и коллоидных примесей); металлургии (но стух, вода, сточные воды от взвешенных веществ и тяжелых металлов); машиностроении (дымов и аэрозолей смазочно-охлаждающих жидкостей в цехах и вытяжных вентиляционных системах, сточные воды от взвешенных нефтепродуктов, тяжелых металлов и смазочно-охлаждающих жидкостей); целлюлозно — бумажной промышленности.
Фильтровальный материал «ТЕФМА» можно применять для очистки сточных вод ЦБП от взвешенных веществ и коллоидно-дисперсного лигнина (нерастворимой в воде коллоидной взвеси). Re нельзя удалить традиционными методами химической, биологической и механической очистки. Для удаления лигнина необходимо применять тонкое фильтрование. Весь технологический процесс получения и использования фильтровального материала может быть организован в совмещенном аппарате. При этом отпадает необходимость в переносе получаемой фильтровальной перегородки и в сушке фильтровального материала. Все это позволяет значительно снизить затраты энергии.
При дополнительной очистке сточных вод ЦБП фильтровальный материал «ТЕФМА» задерживает 80 — 90 % взвешенных частиц целлюлозы и 60 — 85 % коллоидно-дисперсного лигнина. В результате исследований было выяснено, что задерживаемые при фильтровании сточных вод ЦБП вещества являются хорошими связующими и вполне способны заменить обычно используемые в производстве ДВП фенолоформальдегидные или другие синтетические смолы. Отработанный фильтровальный материал может быть переработан по обычной технологии в прочные и экологически чистые ДВП без использования дорогостоящих и токсичных синтетических связующих.
Предложено проектное решение схемы комплексной утилизации отходов ЦБП (рис. 4), где предусматривается размещение цеха комплексной утилизации отходов, который связан трубопроводами с существующими очистными сооружениями ЦБП и заводом ДВП. Осадок мелких целлюлозных волокон из отстойников первой очереди очистных сооружений ЦБП в виде водной взвеси с концентрацией волокон 2-4 %, поступает по трубопроводу в смеситель, расположенный в цехе комплексной утилизации отходов. В смеситель также поступает древесное волокно, получаемое на дефибрере завода ДВП. в виде водной взвеси с концентрацией волокна 2^3 с г. После добавления волы и приготовления равномерной суспензии последнюю перепускают в совмещенный агрегат формирования фильтровальной перегородки и фильтрования. Фильтровальная перегородка формируется в результате осаждения суспензии в нестационарном гидродинамическом режиме. После этого через нее пропускают сточные воды, прошедшие предварительную очистку на сооружениях биологической очистки и отстойниках второй очереди (в настоящее время эти воды сбрасывают непосредственно в окружающую среду). После того как перепад давления на фильтровальной перегородке достигнет 0,06 — 0,08 МПа. отработанный фильтровальный материал вместе с задержанными веществами размывают водой и в виде взвеси направляют на завод ДВП для переработки в ДВП но обычной технологии, но без добавления синтетических смол.
Технологический процесс комплексной утилизации отходов ЦБП не только позволяет уменьшить загрязнение окружающей среды ЦБП, но и обеспечивает экономию средств за счет того, что при изготовлении ДВП синтетические связующие не применяются.
1. Погребная Е.Г., Чаусов Ф.Ф., Германов Ю.Н. Композиционные фильтровальные материалы на основе волокнистых полимерных связующих // Химическое и нефтяное машиностроение. 1996. М., 2.
2. Чаусов Ф.Ф., Германов Ю.Н., Раевская П.А. Новые фильтровальные материалы очистки воды // Экология и промышленность России. 2000. Июль.
3. Чаусов Ф.Ф., Германов Ю.Н. Производство фильтров с применением волокнисто-пленочных композиций // Химическая промышленность. — 1996. № 5
4. Чаусов Ф.Ф., Раевская Г.Л., Германов Ю.Н. Вам нужен чистый бензин. // Экология и промышленность России. 2000. Ноябрь.
5. Терпугов Г.В. Очистка сточных вод и технологических жидкостей машиностроительных предприятий с использованием неорганических мембран / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., 2000.
Дата добавления: 2019-07-15 ; просмотров: 399 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник
