Оценка эффективности коагуляционной очистки сточной воды от промывки целлюлозы

Оценка эффективности коагуляционной очистки сточной воды от промывки целлюлозы

Актуальной задачей современности является защита окружающей среды от выбросов промышленных предприятий. В частности, в целлюлозно-бумажной промышленности серьезной проблемой следует считать загрязнение природных водоемов стоками, содержащими значительные количества высокомолекулярных и биорезистентных соединений. К таким соединениям относятся лигнинные вещества, которые практически не разрушаются в процессе биологической очистки, традиционно применяемой на большинстве предприятий отрасли. В сток предприятия лигнин попадает на стадиях промывки и отбелки целлюлозы.

Обработка коагулянтами — наиболее перспективный, эффективный и распространенный метод очистки воды от грубодисперсных и коллоидных загрязнений. Коагуляция относительно широко применяется для очистки производственных сточных вод от высокомолекулярных соединений.

Таким образом, значительный интерес представляет разработка систем и режимов очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства от лигнинных веществ. коагулянт очистка сточный Объектом исследований в данной работе служила вода от промывки целлюлозы, отобранная на ОАО «Архангельский ЦБК» и имевшая следующие характеристики: ХПК — 420 мг О 2/л, цветность — 750 оПКШ, рН — 8,6, содержание взвешенных веществ — 0,050 г/л. В качестве реагентов использовали коагулянт — сульфат алюминия и низкокатионный полиакриламидный флокулянт.

Исследования проводили методом планированного эксперимента, который является весьма информативным и может быть эффективно применен по отношению к процессам коагуляционной очистки стоков [1].

В данной работе использовали ротатабельный центральный композиционный план второго порядка для трех факторов. В качестве факторов были выбраны следующие: pH, дозировка коагулянта — Д (в расчете на Al2O3) и продолжительность обработки коагулянтом, ф. Уровни и интервалы варьирования факторов представлены в таблице 1. Выходными параметрами были выбраны: эффективность очистки по химическому потреблению кислорода (ХПК), эффективность очистки по цветности и остаточное содержание взвешенных веществ в осветленной воде.

Пробы сточной воды обрабатывали раствором коагулянта, исходя из заданных дозировок, затем раствором флокулянта (дозировка 0,1 мг/л). Затем воду отстаивали в течение 0,5 часа, в осветленной воде определяли остаточное содержание взвешенных веществ (ВВ, г/л), цветность (в градусах платиново-кобальтовой шкалы, оПКШ) и ХПК (мг О 2/л). По результатам анализов рассчитывали эффективность очистки по ХПК (ЭХПК) и цветности (ЭЦВ), выражаемые в процентах.

Таблица 1 — Уровни и интервалы варьирования факторов

Полученные экспериментальные данные использовали для расчета коэффициентов уравнений регрессии и разработки статистических моделей, связывающих значения выходных параметров с условиями их получения.

Уравнения регрессии для выходных параметров:

• 1) Эффективность очистки по ХПК
• 2) Эффективность очистки по цветности
• 3) Остаточное содержание взвешенных веществ

Все вышеприведенные уравнения и модели адекватны: расчетный критерий Фишера оказался меньше табличных значений.

По уравнениям, описывающим математические модели, строили поверхности отклика, которые наглядно демонстрируют влияние режимных параметров на выходные характеристики и представлены на рисунках 1−3.

Матрица планирования и результаты экспериментов приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Матрица планирования и результаты экспериментов

Увеличение дозировки сульфата алюминия приводит к росту эффективности очистки по ХПК, при этом наиболее существенно данный фактор влияет при продолжительности процесса свыше 2 минут (рисунок 1).

Рис. 1. Влияние факторов эксперимента на величину эффективности очистки по ХПК:

а — при постоянной продолжительности, бпри постоянной дозировке коагулянта, в — при постоянном рН На основании представленных на рисунке 1 данных также возможно установить оптимальный интервал, в котором необходимо поддерживать значение рН процесса коагуляционной очистки и который составил 5,5…6,0. С увеличением продолжительности обработки коагулянтом наблюдается рост эффективности очистки по ХПК при дозировках более 50 мг/л и в указанном выше интервале рН. Максимальное достигнутое значение степени очистки по ХПК в условиях данного эксперимента составило 65%, для чего требуется создание следующих условий: рН — 5,5…6,0, дозировка коагулянта — 60 мг/л, продолжительность обработки коагулянтом — свыше 2,5 минут.

Рис. 2. Влияние факторов эксперимента на величину эффективности очистки по цветности:

а — при постоянной продолжительности, б — при постоянной дозировке коагулянта, в — при постоянном рН Эффективность очистки по цветности в меньшей степени, чем степень очистки по ХПК, зависит от исследованных факторов. Наибольше значения данного параметра также наблюдали в интервале рН 5,5…6,0. С ростом дозировки эффективность очистки увеличивается. С увеличением продолжительности процесса степень очистки вначале (до 2 минут) возрастает, а затем (после 3 минут обработки) происходит некоторое снижение, что может быть связано с разрушением образовавшихся ранее частиц осадка и появлением повышенного содержания мелкой взвеси. В ходе экспериментов достигнута эффективность очистки по цветности 85% при следующих уровнях факторов: рН — 5,5…6,0, дозировка коагулянта — 65…70 мг/л, продолжительность обработки — 2…3 минуты.

Рис. 3. Влияние факторов эксперимента на величину содержания взвешенных веществ в осветленной воде:

а — при постоянной продолжительности, б — при постоянной дозировке коагулянта, в — при постоянном рН Содержание взвешенных веществ в осветленной воде является параметром характеризующим эффективность процесса очистки с точки зрения формирования седиментационных свойств осадка и укрупнения его частиц в ходе коагуляции и дальнейшего уплотнения осадка под действием силы тяжести. Увеличение дозировки сульфата алюминия способствует более качественному формированию частиц осадка и, соответственно, снижению содержания ВВ. Наименьшие значения исследуемого параметра наблюдаются в интервале рН 5,5…6,0 при дозировках коагулянта свыше 50 мг/л. Фактором, оказывающим весьма заметное влияние на остаточное содержание взвешенных веществ, является продолжительность обработки коагулянтом. При этом, при продолжительности обработки менее 3 минут, с ростом дозировки коагулянта происходит и увеличение ВВ; это объясняется тем, что при больших дозах реагента образуется большее количество твердой фазы — осадка, и продолжительность процесса оказывается недостаточной для формирования приемлемых седиментационных свойств. При низких дозах коагулянта образуется относительно небольшое количество осадка и зависимость становится менее выраженной. В ходе исследований были получены значения содержания ВВ в осветленной воде 0,020 г/л и ниже при условиях обработки: рН — 5,5…6,0, дозировка коагулянта — 60…70 мг/л, продолжительность контакта с коагулянтом — 3 минуты и более.

На основании анализа представленных экспериментальных зависимостей выходных параметров от факторов процесса коагуляционной очистки можно сделать следующий вывод: вода от промывки целлюлозы может быть очищена с использованием методов коагуляции. Для достижения наилучших параметров очистки сточной воды необходимо создать следующие условия: рН — 5,5…6,0, дозировка сульфата алюминия — 60…70 мг/л, продолжительность обработки коагулянтом — 3 минуты. При этом достигается эффективность очистки 65% и 85% по ХПК и цветности, соответственно, и содержание взвешенных веществ в осветленной воде не превышает 0,020 г/л.

1. Birjandi N., Younesi H., Bahramifar N. Treatment of wastewater effluents from paper-recycling plants by coagulation process and optimization of treatment conditions with response surface methodology // Applied Water Science 2014:231 / DOI: 10.1007/s13201−014−0231−5.