Очистка сточных вод целлюлозно-бумажного производства
Введение
На современном этапе взаимодействия человека с окружающей седой на первый план выдвигается вопрос устойчивого развития регионов и страны в целом, который можно решить путем резкого сокращения потребления природных средств 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 конкретно 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 одной из наиболее водоемких отраслей народного хозяйства. На ее предприятиях ежесуточно расходуется почти 9,2 млн кубических метров свежей воды. В зависимости от качества и ассортимента продукции удельные затраты воды на технологические нужды колеблются в широком диапазоне. Так, на 1 т картона и бумаги, вырабатываемых из неотбеленной целлюлозы, образуется 10-50 м3 сточных вод, из отбеленной целлюлозы - 150-250 м3 и т. п. .А так же 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 они являются максимально 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. Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности по характеру выпускаемой продукции делятся на:
полуфабрикатные заводы, производящие сульфитную и сульфатную целлюлозу, древесную массу;
бумагоделательные фабрики, производящие из полуфабрикатов разнообразные виды и сорта бумаги;
специальные бумажные производства, перерабатывающие бумагу в асбестную, пергаментную, фибровую и другие виды технической бумаги.
1. Общая характеристика предприятия с точки зрения образования сточных вод
На целлюлозно-бумажном предприятии образуются сточные воды:
при приготовлении химических растворов;
в процессе варки щепы с химическими растворами;
во время промывания целлюлозы;
во время отбеливания целлюлозы;
во время разливания, прессования и высушивания целлюлозы;
во время выпаривания щелочей.
Продукцию целлюлозно-бумажной промышленности потребляют многие отрасли народного хозяйства, причем в немалых количествах.
Тяжелая индустрия и химическая промышленность используют ее в количестве 24,7 процента от общего производства, пищевая промышленность 13,9, торговля и общественное питание-4,7, промышленность строительных материалов и капитальное строительство---5,9 процента и т. д. В будущем, надо полагать, потребность в этой прогрессивной продукции возрастет. Сегодня индустрия бумаги не в полной мере покрывает как нужды производства, так и спрос населения. Чтобы ей взойти на более высокий пьедестал развития, необходимо технически обновить целый ряд производств', реконструировать к перевооружить предприятия с морально и физически устаревшим оборудованием, сдерживающим внедрение прогрессивной технологии, построить новые комбинаты, фабрики и заводы, повысить эффективность всего целлюлозно-бумажного комплекса.
Отечественное бумагоделательное машиностроение не обеспечивает выполнения заказов бумажников, оборудование изготовляет долго, некачественно. Бумажники поэтому вынуждены переадресовывать некоторые заказы иностранным фирмам. Много проблем стоит перед бумажниками, Проблема сырья - одна из важнейших. Баланс волокнистых материалов можно улучшить, вовлекая в переработку макулатуру.
В стране ее достаточно. Но возврат в производство макулатуры составляет порядка 24 процентов от общего потребления бумаги и картона. Почему? Макулатура - не в почете. Сбор и переработка ее в стране организованы из рук вон плохо. Макулатуру вывозят на свалки, сжигают. А ведь это ценнейшее сырье. Одна тонна макулатуры сберегает от вырубки 17 больших деревьев. Сырьевой баланс отрасли бумаги можно было бы улучшить путем создания при предприятиях плантаций по выращиванию быстрорастущих древесных пород, например тополя, как это делают за рубежом, более активного вовлечения в переработку древесины лиственных пород - березы, осины и других, отходов лесопиления к деревообработки, расширения использования эффективных полуфабрикатов - термомеханической и химико-термомеханической массы. Отдельные предприятия получают такой полуфабрикат, заменяющий целлюлозу, на специальных технологических потоках. В XXI веке люди почувствуют более тесное соприкосновение с бумагой через печатное слово, через новые издания и материалы, в которых бумага неизменно будет сопутствовать человеку как верный спутник его трудов, забот и вдохновения.
2. Характеристика сточных вод предприятия
Физико-химический состав сточных вод зависит от выпускаемой продукции. Сточные воды содержат волокна целлюлозы, бумаги ,наполнители, красители, латексы, эмульсии, клейкие вещества и др. Они разного цвета, с высоким содержание взвешенных и органических веществ, специфическим запахом. В технологическом отношении различают кислотный (сульфитный) и щелочной (сульфатный) способы получения целлюлозы. Сульфатный способ обеспечивает возможность получения целлюлозы не только из хвойных, но и из лиственных пород. Характерной особенностью сточных вод, образующихся при сульфатном способе получения целлюлозы, является высокое содержание разнообразных веществ: 33% - неорганических (натрия сульфат, карбонат и хлорид, свободные щелочи) и 67% - органических (в том числе: оксикислоты и лактоны - 33%, фенолы, смоляные и жирные кислоты - 23,65%,
Источниками органических веществ в сточных водах целлюлозно-бумажных, картонных комбинатов являются разведенные щелочи, а также продукты деструкции целлюлозы, образующиеся во время ее отбеливания и переработки. Эти вещества принадлежат к разным классам химических соединений: алифатические и терпеновые углеводы, ароматические углеводы фенольного ряда и др. В зависимости от состава загрязнений на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности выделяют щелочные потоки сточных вод, содержащих преимущественно: кору, щелочи, волокна, кислоты, шлам, золу, вещества с неприятным запахом. Кроме того, образуются условно чистые, а также поверхностные сточные воды с территории предприятия.
Химический состав
Химический состав стоков целлюлозно-бумажной промышленности во многом определяется видом и способом производства, но в целом все они содержат большое количество взвешенных веществ органического происхождения. В их состав входят продукты разложения целлюлозы, попадающие в стоки в течение технологических процессов ее переработки. Помимо этого, эти сточные воды имеют высокую цветность, которая может доходить до 400о по хромо-кобальтовой шкале. В настоящее время существуют два способа, с помощью которых в целлюлозной промышленности идет переработка древесины: кислотный, иначе называемый сульфитным, и щелочной, или сульфатный. Основным сырьем в целлюлозно-бумажной промышленности служит древесное сырье из деревьев хвойных пород, но сульфатный способ позволяет перерабатывать и лиственную древесину.
Состав сульфатных стоков бумажной промышленности
В состав сульфатных стоков, с щелочной реакцией среды, находящейся в пределах 7,8-10,2 значений рН, входит около 70% органических веществ, включающих в основном лигнины, лактоны, смоляные и жирные кислоты, то есть трудноразлагаемая органика, образующая, к тому же, большое количество коллоидных взвесей. Неорганическая составляющая содержит солевые и щелочные растворы, состоящие из применяемых в технологии неорганических соединений, в состав которых входят сульфаты, карбонаты и хлориды натрия. Поэтому такие стоки отличает высокое значение ХПК, доходящее для стоков первичных стадий технологической переработки до 3000 мг/л. БПК при этом составляет около 800 мг/л. Соответственно, соотношение БПК/ХПК, определяющее возможность биологической переработки стоков, имеет значение меньше предельного, составляющего 0,4. По этой причине данные сточные воды требуют обязательной предварительной физико-химической очистки, в результате которой убирается цветность, сокращается концентрация загрязнений, которые находятся во взвешенном состоянии, или коллоидного раствора. Удаление азота и фосфора из таких стоков, как правило, не требуется, поскольку биогенные элементы содержатся в них в незначительных концентрациях.
Состав сульфитных стоков бумажной промышленности
Сульфитные стоки, имеющие кислую реакцию среды с рН 3,5-4,0, включают в себя всего лишь около 10% неорганики, остальная часть приходится на органические загрязнения. Примерно половина из них приходится на лигинсульфоновые кислоты, около сорока пяти процентов составляют моно- и полисахариды, а в оставшуюся часть входят смолы, белки, а также уксусная кислота. При производстве небеленой целлюлозы ХПК составляет 400 - 1000 мг/л при значении БПК, равном 163-380 мг/л, что говорит о меньшем, чем при сульфатном способе, содержании окисляющейся органики. При технологии беленой целлюлозы эти значения увеличиваются для ХПК до 1200-1500 мг/л и БПК до 400-800 мг/л, из-за использования в технологии производства хлоросодержащих окислителей. Но в том и другом случае, перед передачей этих стоков на стадию биологической переработки, требуется их физико-химическаяпредочистка, так как значения БПК/ХПК находятся в пределах, меньших оптимального значения. Количества азотных и фосфорных соединений в них так же незначительны, как и в стоках сульфатно-целлюлозных производств. Очистка сточных вод целлюлозно-бумажного производства дает возможность получить спирты, ванилин, таловое масло и дрожжи и снизить содержание взвешенных веществ на 95%, БПК - на 20%, сократить общий объем сточных вод за счет повторного их использования на 60%. Способ извлечения из сточных вод вредных примесей выбирается в соответствии с физико-химическими свойствами этих примесей и их ценностью.