Очистка сточных вод предприятия

• Сульфитный способ производства целлюлозы
• Сточные воды предприятия
• Расчет сточных вод предприятия
• Локальная очистка сточных вод
• Централизованная очистка сточных вод
• Заключение
• Использованная литература

Сульфитный способ производства целлюлозы

Долгое время сульфитный способ варки древесины занимал ведущее место. При производстве сульфитной целлюлозы используются малосмолистые хвойные породы древесины — ель и пихта. Сульфитный способ получения целлюлозы относится к кислотному, сущность которого сводится к обработке растительного сырья при 140 — 170 °C, под давлением 4 — 6 атм., растворами кислых и нейтральных солей сернистой кислоты.

Производство сульфитной целлюлозы состоит из следующих основных процессов (принципиальная схема представлена на Рис.1):

Окорка древесины.

Окорка древесины является операцией технологического процесса, которая может проводиться в окорочных бункерах или в барабанах. Количество сточных вод, образующихся при окорке баланса, 3 — 10 куб. м на каждый куб. м обработанной древесины или 15 — 50 куб. м на т целлюлозы.

В настоящее время на вновь построенных предприятиях окорка древесины проводится «мокрым способом» в барабанах, в которых можно использовать воду повторно от других цехов завода.

Следующей, после окорки, операцией подготовки древесины является измельчение ее на щепу на рубительных машинах. Получение щепы и ее сортировка относится к сухим процессам. Отсортированная щепа пневмотранспортом или ленточными транспортерами направляется в бункера, размещаемые над варочными котлами.

Приготовление сульфитной варочной кислоты

Сырая сульфитная кислота образуется в результате реакции сернистого ангидрида с раствором одного из оснований: углекислого кальция, окиси кальция, окиси магния, гидрата окиси магния, аммиака и др.

Сернистый ангидрид получают при сжигании колчедана или серы в печах. Печной газ очищают, затем охлаждают до 30 — 35 °C и подают на поглощение в башни (турмы), наполненные известковым камнем и орошаемые сверху водой, или в барботажные колонны, которые орошаются известковым щелоком: гидратом окиси магния или раствором соды. Варочная кислота получается в результате насыщения сырой кислоты крепким сернистым газом, сдуваемым из варочных котлов, где он образуется при варке целлюлозы. Печной газ, наряду с сернистым ангидридом, содержит серный ангидрид, селен, мышьяк, пыль, огарок и др. Для его очистки широко применяются мокрые электрофильтры, скрубберы и пенные аппараты. В печных аппаратах идет одновременный процесс охлаждения и очистки газа от серного ангидрида, огарковой пыли, селена и его соединений.

Варка и промывка целлюлозы.

Подготовленную щепу из бункера подают в варочный котел и по окончании загрузки в него закачивают варочную кислоту. Варка щепы производится при 140−170°C и под давлением до 6 атм. По окончании варки содержимое варочного котла выдувают или выливают в сцежу.

В процессе сульфитной варки целлюлозы в раствор переходит основная часть лигнина и значительное количество гемицеллюлоз. При сульфитной варке на 1 т целлюлозы образуется около 10 — 13 куб. м сульфитных щелоков, вес сухого вещества которых составляет более 10 проц. Органическая часть сухого остатка сульфитного щелока достигает 85 проц.

Лигнин находится в растворенном состоянии в виде лигносульфоновых соединений, количество которых зависит от жесткости сваренной целлюлозы и составляет в среднем 50 — 60 проц. от количества органических веществ. Чем меньше жесткость, т. е. чем более облагорожена целлюлоза, тем больше из нее извлекается лигнина, гемицеллюлоз и смолы. Максимальное извлечение этих соединений происходит при варке целлюлозы, предназначенной для химической переработки. В результате сложных химических реакций в сульфитном щелоке присутствуют цимол, смолы, муравьиная, уксусная и глюконовая кислоты, метиловый спирт, фурфурол, ацетон, соединения серы.

Параллельно с этим увеличивается количество гидролитически расщепленной гемицеллюлозы — сахаров. Вес находящихся в щелоке простых углеводов составляет около 30 проц. от общего количества сухих веществ. Около половины углеводов представлены сбраживаемыми гексозанами.

очистка сточная вода очистной

Рис. 1. Схема ЦБП

Сточные воды предприятия

Общие показатели загрязненности сточных вод от окорки древесины колеблются от 0,6 до 8 кг БПК на тонну целлюлозы. Сточные воды с корой, измельченной древесиной поступают на короотжимные установки, где происходит частичное обезвоживание взвешенных веществ, которые должны направляться на сжигание. На многих действующих предприятиях кора и древесное волокно обычно отвозятся в короотвалы. На некоторых предприятиях проводится сухая окорка древесины.

В сточной воде этого цеха содержится 4,5 г/л взвешенных веществ, окисляемость ее составляет до 1000 мг/л O, БПК — до 350 мг/л O, она имеет низкую прозрачность (до 10 см), специфический древесный запах и коричневый оттенок.

Сбрасываемая вода должна направляться на сооружения биологической очистки.

В качестве расчетной величины можно рекомендовать среднее значение БПК — 2,5 кг/т целлюлозы общего стока окорочного цеха.

При варке древесины в раствор переходят лигносульфонаты, значительная часть гемицеллюлоз, и в том числе большое количество полисахаридов. Отбор щелоков при сульфитном производстве не высок и в среднем составляет около 70%. При сульфитном способе щелока или сбрасываются (в худшем случае), или утилизируются. Из этого щелока с помощью биохимической обработки можно получить этиловый спирт, кормовые дрожжи, ванилин и т. д. однако следует отметить, что органических веществ в сточных водах этого производства на любой стадии переработки сырья практически всегда бывает больше, чем при производстве сульфатным способом.

Образование промышленных сточных вод в кислотном цехе происходит при очистке печных газов, промывке селеновых камер, кислотных башен (турм) и смыве полов.

Состав промышленных сточных вод кислотного цеха включает серную и сернистую кислоты и механические примеси. Активная реакция (pH) этих стоков равна 1,2 — 4,5, количество взвешенных веществ составляет 100 — 500 мг/л, 95 — 98 проц. которых составляют минеральные вещества (огарковая пыль, селен и др.). Общее количество стоков равно 1,5 — 3,0 куб. м/т вырабатываемой кислоты. Внутрицеховая очистка сточных вод кислотного цеха должна сводиться к нейтрализации и отстаиванию.

Наиболее прогрессивным способом удаления огарков, селена и других механических примесей в золоотвал является гидроудаление, для чего широко может использоваться оборотная вода. Расход воды при этом составляет 30 куб. м на 1 тонну транспортируемого огарка.

Щелокосодержащие сточные воды образуются от варочных, промывных и очистных цехов. Чем меньше отбор щелоков при производстве, тем больше загрязнены сточные воды этого производства. Основной составляющей взвешенных веществ этих стоков является волокно. Волокно, как правило, содержится в небольших количествах 200−500 мг/л. рН щелокосодержащих стоков оценивается в 4,5−6,0. Трудноокисляемую часть органических загрязнений данного стока составляют лигносульфонаты. Если производство имеет цеха по переработки щелоков, то в них по технологии используются биогенные соли, следовательно, в сточных водах содержаться азот и фосфор.

Отбор щелока и промывка сваренной целлюлозы в сцеже проводится в четыре ступени. После окончания выдувки дают стечь первому крепкому щелоку. Первая ступень промывки производится оборотным щелоком от второй ступени промывки, щелок первой ступени имеет высокую концентрацию и утилизируется вместе с крепким щелоком. Промывные воды от второй, третьей и четвертой ступеней промывок вместе с вымытым сульфитным щелоком, а также мелким целлюлозным волокном направляются в канализацию. Масса считается промытой, когда окисляемость отжатой от массы воды не превышает 150−200 мг/л O₂.

Получение спирта из крепких щелоков сокращает величину БПК последних на 30%. На предприятиях, где отсутствует спирто-дрожжевое производство и сжигание щелоков, все они поступают в сточные воды.

Общее количество сточных вод от варочно-промывного цеха, где опорожнение котлов производится выдувкой, составляет 40 — 80 куб. м на тонну готовой продукции. При опорожнении котлов от целлюлозной массы вымывкой образуется от 60 до 90 куб. м сточных вод на тонну продукции, при этом в них попадает большое количество волокна. Общее количество растворимых органических веществ в сточных водах обуславливается количеством оставшегося щелока после отбора его для утилизации и степенью отмывки целлюлозы.

Сточные воды варочно-промывного цеха характеризуются неприятным запахом, исчезающим лишь при разведении в 124 раза, большим плотным остатком (5 — 20 г/л), очень высокими показателями окисляемости (3,5 — 15,5 г/л O), ХПК (8,0 — 25,0 г/л O) и БПК (1,80 — 5,0 г/л O). Эти воды и определяют характер общего стока сульфитных предприятий.

Характерным для этих стоков является большая вариабельность их химического состава, а частые случаи нарушения технологии выдувки и промывки приводят к залповым поступлениям в общий сток значительных количеств органических веществ.

Сточные воды отбельного цеха могут содержать хлоорганические соединения, если отбелка осуществляется хлорсодержащими агентами. Отбелка — это дополнительная делигнификация целлюлозы. Если в производстве есть отбельные цеха, то 85−90% цветности стока определяет отбельный цех. Это связано с наличием лигнина и трудноокисляемых продуктов его распада. Процесс биохимического окисления после отбелки идет очень медленно и неполно, поэтому хлорорганические соединения остаются в стоках, которые требуют дополнительной очистки.

Расчет сточных вод предприятия

Для расчета использованы показатели сточных вод на производстве сульфитной целлюлозы, бумаги и картона []

Таблица 1. Качественные и количественные показатели сточных вод предприятия

*В скобках указаны показатели для сушильного цеха для отбеленной целлюлозы Таблица 2. Расчет потоков сточных вод предприятия

ХПК — химическое потребление кислорода, то есть количество кислорода, потребленное при химическом окислении содержащихся в воде органических веществ до неорганических продуктов под действием окислителей.

БПК — биохимическое потребление кислорода, то есть количество кислорода, израсходованное за определенное время (за 5 суток — БПК5) в аэробных условиях на окисление органических веществ, содержащихся в единице объема воды. Как правило, в течение 5 суток при нормальных условиях происходит окисление до 70% легкоокисляющихся органических веществ.

Нормы БПК₅ и ХПК рассматривались по ГОСТ 17 403–72 и ГОСТ 17.1.3.03−77. Исходя из имеющихся фактических данных по состоянию сточных вод и норм была вычислена эффективность очистки, которая потребуется для подготовки сточных вод к сбросу в водоем.

Таблица 3. Расчет необходимой эффективности очистки сточных вод при их едином потоке

Таким образом, при объединении сточных вод различных стадий и цехов производства получаются очень большие показатели по загрязняющим веществам из-за воздействия отдельных цехов. Так, например, большие значения ХПК и количества взвешенных частиц обязаны во многом дерево-подготовительному цеху. Поэтому для каждой стадии требуется своя локальная очистка.

Таблица 4. Баланс водопотребления и водоотведения промышленного объекта

Локальная очистка сточных вод

Локальная очистка коросодержащего потока из ДПЦ направлена на то, чтобы отделить кору и волокно от воды и использовать эту твердую фазу в качестве топливного агента, осветленную воду частично вернуть для повторного использования в данном производстве, а часть локально очищенной воды направить на централизованную очистку. Локальная очистка коросодержащего потока является, как правило, механической и состоит из 2−3 ступеней, причем каждая ступень может быть оснащена оборудованием для каждого производства индивидуально. В данном случае, сточная вода подается на дренажный конвейер, где отделяются крупная взвесь, кора и волокно, концентрация взвешенных веществ снижается до 1000 мг/л. Далее сточную воду направляют на сетчатый барабанный фильтр, который снимает незначительное количество взвешенных веществ (до 700−800 мг/л). Часть воды направляется в оборот, а остальная направляется на следующую ступень очистки в отстойник (чаще всего радиального типа), где концентрация взвешенных веществ может быть доведена до 120−150 мг/л и направлена на ЦОС. После корьевого процесса кора направляется на сжигание или в отвал, отжатая жидкость на прессе имеет малый объем, но сильно загрязнена, имеет темный цвет, много лигнина и специфического загрязнения — смолы. Этот поток принято направлять на ЦОС.

Щелокосодержащие сточные воды на современном этапе локальной очистке не подвергаются. Могут быть выделены сточные воды выпарки, варочно-промывных цехов и непосредственно самого варочного цеха (конденсаты). Делаются попытки локальной очистки сточных вод отбельных цехов и промывных цехов. Сточные потоки после процессов отбелки в сульфитном производстве возможно очистить в биореакторах нового поколения. Для очистки вод от цехов отбелки используют ионообменные установки, однако эта воды требует предварительной очистки от органики.

Сточные воды варочных и выпарных цехов — это дурнопахнущие сточные воды. Локальная очистка этих конденсатов направлена на выделение сульфидной серы. Это значит, что очистка направлена на выделение или разрушение сероводорода, метилмеркаптана, диметилсульфида, метанола, этанола, ацетона. Варианты доочистки могут быть следующие:

1. Аэрация стока, при которой в определенных условиях отдуваются летучие компоненты, а затем поглощаются белым щелоком;

2. Отгонка паром — ректификация;

3. Процесс окисления в присутствии катализатора, что позволит очистить воду по нормируемым показателям до 99%.

Волокносодержащие сточные воды образуются в сушильных цехах и картонно-бумажном производстве. В сушильных цехах можно использовать различные модификации сетчатых барабанных фильтров, флотаторов, ловушек и другого технологического оборудования.

Централизованная очистка сточных вод

Смесь сточных вод от всех цехов и локальных систем очистки собирается в усреднителе.

Принципиальная схема очистки сточных вод приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема очистки сточных вод на ЦБП

Сточные воды поступают на механическую очистку в первичные отстойники радиального типа (наиболее часто используемые для этих целей в технологии очистки). Вода поступает в центр сооружения, осветленная вода через лотки отводится на вторую ступень очистки — биологическую.

Требованиями к сточной воде, которая поступает на биологическую очистку, являются следующие: рН — 6,5−8,5; концентрации взвешенных веществ не более 125 мг/л, причем большая часть из них может быть волокно; БПК и ХПК могут быть неограниченны и составлять 800 мг О2/л, соотношение реагентных добавок биогенных солей составляет БПК5/N/P=100/4/1.

В аэротенках идут сорбция и окисление органических веществ. Из аэротенка выходит иловая смесь, которая разделяется во вторичных отстойниках. После отстойников вода имеет БПК 12−25 мг О2/л, Свв 15−20 мг/л. В этих стоках присутствуют трудноокисляемые вещества.

Часть избыточного активного ила, равную приросту биомассы, необходимо выводить из системы. Осадки первичных и вторичных отстойников отводят на обезвоживание и обработку.

Если эффективность биологической очистки обеспечивает норматив на сброс, то после нее можно производить выпуск воды в водные объекты, если нет — необходимо применять доочистку биологически очищенных сточных вод, например физико-химическую. Для осуществления этого процесса важно правильно определить требуемую дозу коагулянта.

Осадки, которые образуются после механической очистки, называют шлам-лигнином. Этот осадок может быть переработан путем пиролиза с получением адсорбента-коагулянта, который может быть использован повторно в технологии очистки.

Все очистные сооружения являются источниками образования осадков. На централизованной станции очистки воды образуется скоп и избыточный активный ил.

Осадки сточных вод — это примеси в виде твердой фазы, которые отделяют при механической очистке.

Скоп — это смесь волокна, наполнителей, частиц коры, известкового шлама и хлопьев коагулянта. Такого рода осадки могут образоваться при производстве бумаги, картона и при механической очистке волокносодержащих потоков.

Скоп на некоторых предприятиях после обезвоживания может использоваться в качестве вторичного сырья для производства ДВП. С точки зрения выделения и обработки — это самый простой осадок в данной промышленности.

Осадок первичных отстойников имеет влажность 95−98%. Шлам-лигнин может иметь различную влажность, в зависимости от способа его выделения.

Обработка осадков может иметь несколько стадий. В целлюлозно-бумажной промышленности используют следующие операции при обработке осадков:

· Уплотнение осадков в илоуплотнителях для снижения влажности до 97% (следует отметить, что при уплотнении некоторые осадки снижают водоотдающую способность);

· Кондиционирование осадков — улучшение реологических и водоотдающих свойств осадков. Это может быть достигнуто реагентной обработкой, замораживанием с последующим оттаиванием;

· Обезвоживание осадков до влажности 70% (при использовании современных технологических решений возможно достижение влажности 65%);

· Термическая сушка производится в сушилках различного типа до влажности 20−25%;

· Высокотермическая сушка с возможным последующим сжиганием в многотопливном котле.

Все осадки производственных сточных вод можно разделить на два класса: инертные и токсичные. Кроме того, осадки могут быть стабильные и нестабильные (загнивающие).

Если в производстве образуются загнивающие осадки, то после уплотнения необходимо проводить стабилизационную обработку.

Стабилизация может быть достигнута следующими способами:

· Минерализация органических веществ с помощью анаэробного метанового сбраживания, аэробное окисление, тепловая обработка, биотермическое разложение, жидкофазное окисление;

· Изменение рН среды до высоких значений путем введения щелочей;

· Высушивание осадков;

· Введение ингибиторов.

Сточные воды картонно-бумажного производства, в зависимости от вида продукции, содержат в своем составе волокна целлюлозы, наполнители, пигменты, красители, латексы, эмульсии, проклеивающие вещества и др. Свойства каждого из этих веществ (размеры частиц, заряд поверхности) и их сочетание в составе сточных вод влияют на выбор метода очистки. Размер волокон зависит от степени помола целлюлозы, а величина заряда поверхности — от вида целлюлозы. Большинство целлюлозных волокон и наполнителей имеют отрицательный заряд, величина которого может изменяться в процессе производства бумаги. Все это может оказать влияние на качество очистки сточных вод.

В реальных сточных водах каждый вид взвешенных веществ встречается отдельно или в смеси с другими видами примесей.

В нашем случае ведется производство газетной бумаги, которая относится к малозольному типу с помолом 70−72°ШР. Для очистки таких сточных вод целесообразно применять методы флотации.

Заключение

Основными видами загрязнений сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности являются взвешенные вещества, которые поступают в сток из древесно-подготовительного, очистного, отбельного и сушильного цехов. Потери волокна при этом могут составлять до 5 проц. от количества сваренной целлюлозы.

Вторым видом загрязнений являются растворимые легко окисляемые органические вещества — сахара, спирты, кислоты и трудно окисляемые — смолы, жиры и особенно растительный полимер фенольной природы, лигнин, основными источниками, которых являются промывные воды, содержащие отработанный варочный щелок из цехов сортирования и сушки целлюлозы, грязные конденсаты варочного и выпарного цехов, стоки различных ступеней отбелки целлюлозы. Третьим видом загрязнений являются шлакои золосодержащие сточные воды. Обычно в проектах выделяется еще и, так называемый, условно-чистый поток.

В результате поступления в водоем сточных вод указанного состава снижается прозрачность, изменяется цвет, появляется специфический неприятный запах и привкус, увеличивается содержание взвешенных веществ, сухого и плотного остатка, сульфатов и сульфидов, возрастает окисляемость, БПК, ХПК, уменьшается содержание растворенного кислорода.

Использованная литература

1. Дягилева А. Б., Лоренцсон А. В., Чернобережский Ю. М. Промышленная экология: учебное пособие / СПБ ГТУ РП. — СПБ., 2012. Часть 2. — 109 с.

2. ГОСТ 17 403–72 Гидрохимия. Основные понятия. Термины и определения.

3. ГОСТ 17.1.3.03−77 ГОСТ 17.1.3.03−77 Охрана природы. Гидросфера. Правила выбора и оценки качества источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

4. Промышленная экология: учебное пособие для студентов вузов; рец.: М.Х. — Г. Ибрагимов, В. В. Куличихин. — М.: Академия, 2009. — 521 с.

5. Промышленная экология: Учеб. пособие для судентов вузов; Под ред.В. В. Денисова, МО РФ. — М. — Ростов н/Д: МарТ, 2007. — 720 с.

6. Промышленная экология: Учебное пособие для студентов вузов; Рец.: Р. Г. Мелконян, Б. С. Ксенофонтов. — М.: Академия, 2004. — 432 с.

7. Санитарные нормы предельно допустимого содержания вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДК — предельно допустимые концентрации, ОДУ — ориентировочные допустимые уровни)