Отмечено снижение числа молекул, обладающих высокой молекулярной массой (показаны стрелками), а также наблюдается сужение пика, что свидетельствует о деструкции низкомолекулярной фракции.
Анализ чувствительности к механическим воздействиям (удар, трение) не показал структурных изменений в образцах после их обработки.
При этом экспериментально показано, что увеличение продолжительности биообработки до 75 суток не приводит к повышению эффективности процесса биодеградации.
С учетом полученных данных, а также по результатам обзора литературы был сделан вывод о необходимости предварительной обработки НЦ раствором щелочи для повышения эффективности последующей утилизации НЦ.
Для экспериментальных исследований щелочного гидролиза нитратов целлюлозы использовали пластиковую емкость объемом 19 дм, куда помещали образец шламов массой 2 кг. Содержание влаги в образце составляло 66,2%. Массовое содержание нитратов целлюлозы в составе образце составляло 96%. В эту же емкость внесли 4 дм раствора NaOH концентрацией 3% таким образом, чтобы образец шламов был полностью погружен в раствор щелочи. Предварительно экспериментальным путем было установлено, что при указанном соотношении гидролизующего раствора к шламу минимальная концентрация раствора щелочи, при которой протекает гидролиз, составляет 3%. При этом значение рН раствора соответствовало 11,9.
На 16 и 19 сутки процентное содержание нитратов целлюлозы осталось неизменным и составило 95% по массе, содержание оксидов азота 188,2 мг/л и 185,0 мг/л соответственно. При этом было отмечено снижение значений рН до 9,5.
С целью повышения рН среды и ускорения процесса гидролиза произвели замену надосадочной жидкости на вновь приготовленный раствор NaOH концентрацией 3%.
В последующие 4 суток эксперимента визуально отмечено уменьшение размеров частиц НЦ настолько, что внешний вид осадка напоминал песочную массу, рис. 4.
Рисунок 4 — Внешний вид образца до (а) и после (б) щелочной обработки При этом значение рН среды составляло 11,8. В образце осадка после эксперимента обнаружены следовые значения содержания НЦ, что свидетельствует о полном протекании щелочного гидролиза шламов.
По результатам проведенных экспериментальных исследований показано, что для эффективного протекания гидролиза НЦ необходимо поддержание рН на уровне 11−12 ед. При этом длительность процесса составляет 20−25 суток. В зависимости от исходного содержания НЦ в составе шлама.
Таким образом, экспериментально показано, что отдельная утилизация осадков сточных вод исследованными микробными ассоциациями характеризуется крайне низкой эффективностью.
Одним из путей интенсификации процесса является проведение предварительного щелочного гидролиза осадков. В результате исследований была выбрана концентрация щелочи, достаточная для инициации гидролиза НЦ, составившая 3%.
Подобраны основные технологические режимы протекания предварительной обработки осадков сточных вод для последующей утилизации продуктов гидролиза.
Заключение
Традиционные схемы обезвреживания сточных вод производства нитратов целлюлозы являются недостаточно эффективными, что обусловливает интерес к разработкам новых способов очистки стоков вышеуказанных производств.
В качестве основной ступени очистки сточных вод на промышленном объекте производства нитратов целлюлозы на современном этапе предлагается биологическая очистка с использованием аэрируемых биофильтров, дополненная щелочным гидролизом продуктов деструкции НЦ. Основанием для этого является возможность комплексного удаления растворенных и коллоидных примесей большим количеством биомассы, накопленной в иммобилизованном виде на поверхности загрузочного материала биофильтра. В плотном слое загрузки развиваются различные группы микроорганизмов, участвующие в процессах удаления примесей органических веществ, превращениях неорганических соединений азота и серы из сточной воды.
Полученная в процессе биофильтрации очищенная вода может использоваться в качестве оборотной воды в производстве, а донные иловые отложения после соответствующей обработки можно использовать в качестве удобрений для сельского хозяйства.
Список литературы
Закощиков
А. П. Нитроцеллюлоза. — М.: Оборонгиз, 1950. — 371 с.
Забелин Л.В., Закощиков А. П. Хлопковая целлюлоза. — М.: ЦНИИНТИ, 1976. — 280 с.
Пономарев Б.А., Русин Д. Л., Серегин В. В., Леонова Е. В., Беликова Т. А. Получение нитратов целлюлозы из льняной целлюлозы с учетом экономических и экологических факторов // Успехи в химии и химической технологии. 2011. Т. 25. № 12 (128). С. 40−44.
Куликов А.В., Супырев А. В. Современные безопасные методы получения высококачественных нитратов и эфиров целлюлоз // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 24. С. 36−41.
Гиндич В. И. Производство нитратов целлюлоз / В. И. Гиндич. — М.: ЦНИИНТИ, 1984. — 360с.
Позин М. Е. Технология минеральных удобрений / М. Е. Позин. — Л.: Химия, 1983. — 336с.
Позин М. Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот) / М. Е. Позин. — Л.: Химия, ч. II, 1974. — 768с.
Петрова, О. Е. Трансформация нитроэфира целлюлозы сульфатредуцирующей бактерией Desulfovibrio desulfuricans 1388: дис. … канд. техн. наук: 03.
00.07: защищена 12.
01.04: утв. 25.
06.04 / Петрова Ольга Евгеневна. — М., 2004. — 114 с.
Петрова О.Е., Давыдова М. Н., Тарасова Н. Б., Мухитова Ф. К. Сульфатредуцирующие бактерии в биологической переработке промышленных отходов, содержащих нитроцеллюлозу // Вестн. Моск. Ун-та. — 2003. — Т.
44. — № 1. — С. 43−45.
Зарипов С.А., Наумов А. В., Суворова Е. С., Ярусов А. В., Наумова Р. П. Начальные этапы трансформации 2,4,6-тринитротолуола микроорганизмами // Микробиология. — 2004. — Т. 73.
-№ 4. — С.
472−478.
