Розробка методів і засобів ресурсозбереження у виробництві паперу і картону з макулатури

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут"

УДК 628.16: 676.12: 628.3: 676.088

Спеціальність 21.06.01 - Екологічна безпека

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Розробка методів і засобів ресурсозбереження у виробництві паперу і картону з макулатури

Коваль Олександр Сергійович

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" Міністерства освіти України на кафедрі екології та технології рослинних полімерів.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Гомеля Микола Дмитрович, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", кафедра екології та технології рослинних полімерів, завідувач кафедри.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Мальований Мирослав Степанович, Національний університет "Львівська політехніка" Міністерства освіти і науки України, м. Львів, кафедра екології та охорони навколишнього середовища, завідувач кафедри;

- кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Денисович Василь Олексійович, Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, відділ медичних сорбентів, старший науковий співробітник.

Провідна установа: Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України, м. Київ.

Захист відбудеться "31" жовтня 2006 р. о 14:30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.05 Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37, корп. 21, ауд. 209.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 03056, м. Київ, просп. Перемоги, 37.

Автореферат розісланий "29" вересня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.002.05 к.т.н., професор Круглицька В.Я.

Анотація

Коваль О.С. Розробка методів і засобів ресурсозбереження у виробництві паперу і картону з макулатури. - Рукопис.

Дисертація на здобуття кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - Екологічна безпека. Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2006.

Приведені результати по вивченню впливу флокулянтів, крохмалів, наповнювачів на процеси формування картону при повторному використанні уловленого на локальних очисних спорудах осаду. Показано, що при повторному використанні скопу без застосування реагентів знижується якість продукції, зростає забрудненість зворотних вод та збільшуються об'єми відходів.

При використанні флокулянтів, катіонних крохмалів, бентоніту підвищуються фізико-механічні показники продукції, знижується каламутність зворотних вод, зменшуються об'єми відходів. При застосуванні флокулянтів підвищується швидкість фільтрування та утримання паперової маси на сітці.

При впроваджені розроблених результатів досягнуто підвищення продуктивності папероробної машини на 10% при підвищенні ступеню утримання маси на сітці з 80-85% до 88-91%.

Визначено вплив домішок, присутніх у зворотних водах, різних реагентів на процеси очищення води методами відстоювання, фільтрування, магніто-сорбційним методом та флотацією. Показано, що каолін є головним компонентом, що спричиняє каламутність зворотних вод та заважає їх ефективному освітленню при застосуванні як коагулянтів, так і флокулянтів. В роботі показано, що підвищити ефективність освітлення води можна при заміні стадії відстоювання на флотацію. Магніто-сорбційний метод в даному випадку є не достатньо ефективний.

Запропоновано технологічну схему очищення зворотних вод виробництва паперу та картону на локальних очисних спорудах із концентрацією завислих речовин до 3000 мг/дм3 при зниженні її до 10мг/ дм3.

Приведена економічна оцінка модернізації процесу формування паперу та картону для цеху продуктивністю 185 000 т/рік.

Ключові слова: ресурсозбереження, зворотні води, коагулянти, флокулянти, освітлення води, флотація, очисні споруди.

Аннотация

Коваль А.С. Разработка методов и средств ресурсосбережения в производстве бумаги и картона из макулатуры. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01. - Экологическая безопасность. Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 2006.

Приведены результаты по изучению влияния флокулянтов, крахмалов, наполнителей на процессы формования картона при повторном использовании уловленного скопа, образующегося при производстве картона из макулатуры. Показано, что при повторном использовании скопа происходит снижение физико-механических показателей продукции, снижается удержание массы на сетке. Это приводит к возрастанию уровня загрязнения подсеточных вод, увеличению забора природной воды, возрастанию объемов отходов и сточных вод.

При использовании катионных флокулянтов, катионных крахмалов, бентонита физико-механические показатели продукции, при содержании скопа в продукции до 20%, существенно возрастают. При этом улучшается удержание массы на сетке, что приводит к снижению потерь сырья и воды, снижению объемов отходов и уменьшению потребления природной воды. Флокулянты позволяют увеличить скорость фильтрования массы и ее удержание на сетке, катионные крахмалы увеличивают прочность бумаги и картона, бентонит способствует снижению загрязненности подсеточных вод. При использовании полиакриламидных флокулянтов и бинарных систем, состоящих из полиакриламидных флокулянтов и полиаминных поликатионитов в процессах формования бумаги и картона, достигнуто повышение производительности картонноделательной машины на 10%. При этом степень удержания массы на сетке возросла с 80-85% до 88-91%. Определено влияние примесей, присутствующих в оборотных водах, разных реагентов на процессы очистки воды методами отстаивания, фильтрования, флотации и магнито-сорбционным методом. Показано, что наряду с мелким волокном подсеточные воды содержат значительные количества крахмалов и наполнителя. Сложнее всех примесей из воды удаляется каолин, который используется как наполнитель и всегда присутствует в макулатурной массе. Данный компонент плохо отстаивается в воде даже при использовании коагулянтов в концентрации 10-100 мг/дм³ и флокулянтов 2-10 мг/дм³. Повысить эффективность осветления воды удалось при переходе от отстаивания к флотации. После флотационной очистки весьма эффективным является метод фильтрования для доочистки воды. Магнито-сорбционный метод был более эффективен по сравнению с отстаиванием, но менее эффективен по сравнению с флотацией.

Были изучены процессы обезвоживания уловленного скопа. Показано, что при использовании катионных полиакриламидных флокулянтов скорость обезвоживания скопа возросла в десятки раз. Разработаны способы утилизации фильтратов, полученных при обезвоживании скопа.

Предложена технологическая схема очистки сточных вод производства бумаги и картона на локальных очистных сооружениях с концентрацией взвешенных веществ до 3000 мг/дм³ при снижении ее до 10 мг/дм³.

Приведена экономическая оценка процесса формования бумаги и картона для цеха производительностью 185 000 т/год.

Ключевые слова: ресурсосбережение, оборотные воды, коагулянты, флокулянты, осветление воды, флотация, очистные сооружения.

Annotation

Koval O.S. Development of methods and means of resource saving in paper and board production from waste paper. Manuscript.

Dissertation for scientific degree of a candidate of technical science under speciality 21.06.01 - Ecological safety. National technical university of Ukraine "Kyiv polytechnic institute", Kiev, 2006.

The results of the study of influence the flocculants, starches and fillers to the processes of board formation by the reuse of retained scope at local water treatment plants are presented. It has been shown, that during the reuse of the scope without reagents is observing the decrease of the product quality, increase the pollution of rewater and increase of the waste value.

When using of flocculants, cationic starches and bentonites are increasing physical- mechanical properties of the product, decreasing the turbidity of rewater, decreasing the growth

of waste value. The velocity of filtration and retention of paper mass are increases by application of flocculants. When the manufacturing application of developed results has been achieved the productivity increase of board machine to 10% and the increase of the retention level from 80-85% to 88-91% as well.

The influence of admixtures in rewater different reagents to the water treatment by methods such as sedimentation, filtration, magneto- sorption and flotation has been determined. It has been shown that kaolin is the main component caused turbidity of rewater and prevents their effective purification by use as the coagulant as the flocculent. In work has been shown that it is possible to increase the effectiveness of purification by the change from sedimentation stage to flotation. Magneto- sorption method in this case is not efficient.

The new technological scheme of rewater treatment of paper and board production at the local water treatment plant with the concentration of suspended solids up to 3000 mg/dm3 when its decrease up to 10 mg/dm3 has been set.

The economic evaluation of modernization the process of paper and board formation for the workshop with production rate of 185 000 tpy is presented.

Key words: resource saving, rewater, coagulant, flocculant, water purification, flotation, water treatment plant.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Целюлозно-паперове виробництво належить до найбільш крупних споживачів деревини і природної води. Використання макулатури у виробництві паперу і картону дозволяє суттєво знизити споживання природних ресурсів, зменшити забруднення навколишнього середовища. Слід відзначити, що Україна при виробництві паперу і картону займає одне з перших місць у світі по споживанню макулатури. Це зумовлено високими цінами на імпортну целюлозу, незначним об'ємом її виробництва на Україні (у цілому ~ 40 000 т/рік) при суттєвому дефіциті паперової продукції. Сьогодні, за рахунок широкого використання макулатури, виробництво картону досягло рівня 1990 р., коли на Україну поставлялась целюлоза із Росії (526,8 тис. тон у 2004 р., 592,8 тис. тон у 1990 р.). По тарній продукції об'єм виробництва порівнюючи з 1990 р. виріс також суттєво (546,7 млн. м² у 2004 р., 364,7 млн. м² у 1990 р.). Стабільний ріст виробництва паперу, картону і тарної продукції відстежується з 1997 р.

Широке використання макулатури у виробництві паперу і картону є економічно вигідним і має велике значення з точки зору ресурсозбереження. Проте, при цьому виникає ряд проблем, пов'язаних з очищенням стічних вод, переробкою і утилізацією твердих відходів, які утворюються у вигляді гідрофільних осадів з вологістю до 99%. Обумовлено це низькою якістю макулатури, порівнюючи з первинною сировиною, що призводить до погіршення утримання маси на сітці, а значить до підвищення забруднення зворотних вод, збільшення втрат сировини зі стічними водами, збільшення об'ємів твердих відходів і кількості свіжої води при виробництві 1 тони готової продукції. При цьому, повторне використання утриманого волокна суттєво обмежене вимогами до якості готової продукції, яка суттєво знижується при збільшенні вмісту дрібно-волоконної фракції в композиції.

Виходячи з цього, розробка технічних і технологічних рішень, які дозволять підвищити ефективність використання волокнистої сировини у виробництві паперу і картону з макулатури, знизити її втрати зі стічними водами, зменшити кількість твердих відходів, вирішити проблеми їх утилізації, знизити споживання природної води і зменшити об'єми стоків при виробництві продукції, є дуже важливою і актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконувалась згідно з планом науково дослідних робіт кафедри екології та технології рослинних полімерів Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" у рамках науково-дослідних робіт:

"Розробка комплексної технології стабілізаційної обробки води для ресурсозберігаючих замкнутих систем водокористування" (номер державної реєстрації 0104U03423); "Створення нових коагулянтів і флокулянтів для ресурсозберігаючих технологій очищення води і утилізації відходів" (номер державної реєстрації 0203U008656), "Розробка та використання допоміжних хімічних добавок для забезпечення ресурсозбереження у виробництві паперу та картону" (номер державної реєстрації 0206U002373).

Мета і задачі дослідження. Мета даної роботи полягала в модернізації технологічного процесу виробництва паперу і картону з макулатури, інтенсифікації процесів очищення стічних вод на цехових та локальних очисних спорудах за допомогою сучасних хімічних допоміжних речовин для зниження витрат сировини, зменшення об'ємів твердих відходів, зниження споживання води.

Для досягнення поставленої мети було необхідно вирішити наступні задачі:

1. Оцінити вплив осадів, які утворюються на локальних очисних спорудах, на фізико-механічні характеристики паперу, виробленого із макулатури, визначити основні напрямки підвищення якості готової продукції при повторному використанні скопу.

2. Дослідити вплив крохмалів, флокулянтів, бентоніту на процеси фільтрування і визначити умови, що забезпечують зниження витрат волокнистої сировини, рівня забрудненості зворотних вод при збереженні і підвищенні якості готової продукції.

3. Розробити засоби катіонування крохмалів за допомогою доступних реагентів для підвищення їх ефективності, як зміцнюючих добавок.

4. Вивчити вплив флокулянтів на процеси формування паперу і картону для підвищення продуктивності папероробних машин, зниження матеріалоємності і споживання природної води на 1 тону продукції, зменшення об'ємів твердих відходів.

5. Дослідити вплив компонентів композицій, що використовуються у виробництві паперу, на забрудненість зворотних і стічних вод, на ефективність очищення води.

6. Визначити умови інтенсифікації освітлення зворотних вод для забезпечення їх повторного використання у виробничому процесі.

7. Провести апробацію отриманих результатів у виробництві, розробити рекомендації по удосконаленню технології для забезпечення ресурсозбереження у виробництві паперу і картону з макулатури.

Об'єкти дослідження. Об'єктами дослідження були тверді відходи, зворотні та стічні води, композиції і композиційні матеріали виробництва паперу і картону з макулатури.

Предмет дослідження. Предметом дослідження були процеси виробництва паперу і картону, очищення зворотних і стічних вод, зневоднення і утилізації осадів, які видаляються при очищенні води.

Методи дослідження.При проведенні досліджень були використані спектрофотометричний, потенціометричний, хімічний і масометричний методи аналізу осадів і води, фізико-механічні методи оцінки якості паперу і картону, математичні методи обробки отриманих результатів.

Наукова новизна отриманих результатів.

- вивчено взаємний вплив скопу, катіонних і аніонних флокулянтів, кукурудзяного, фосфорованого і катіонних крохмалів, бентоніту на якість картону, отриманого з макулатурної маси, та рівень забрудненості підсіткових вод;

- встановлені умови повторного використання виділених при освітленні зворотних вод осадів у виробництві при використанні допоміжних хімічних речовин;

- розроблені нові методи катіонування крохмалю за допомогою доступних реагентів (уротропіну, меламіну, триетаноламіну і епіхлоргідрину) для отримання ефективних зміцнюючих добавок, які поліпшують процеси формування і, як наслідок, якість картону, при зниженні об'ємів відходів.

- вивчено вплив флокулянтів, взаємний вплив флокулянтів і фіксуючих засобів на процеси формування паперу і картону, встановлені умови підвищення продуктивності папероробних машин, поліпшення утримання маси на сітці, що забезпечує зменшення об'ємів відходів і зниження забрудненості зворотних і стічних вод;

- встановлено вплив різноманітних компонентів композицій макулатурної маси, яка використовується у виробництві, на рівень забрудненості зворотних і стічних вод, ефективність їх освітлення при використанні коагулянтів і флокулянтів;

- встановлені умови інтенсифікації і підвищення ефективності очищення зворотних вод методами відстоювання, фільтрування, магніто-сорбційним методом і методом флотації з використанням коагулянтів і флокулянтів з метою зниження водоспоживання виробництва, зменшення об'ємів стічних вод.

Практичне значення отриманих результатів.

Удосконалення процесу формування у виробництві паперу і картону з макулатурної маси при використанні бентоніту, зміцнюючих та фіксуючих добавок і флокулянтів, дозволило підвищити продуктивність виробничого процесу на 10%, вихід продукції на 8-15% водночас із зниженням рівня забрудненості зворотних і стічних вод при значному зменшенні об'ємів відходів. Якщо враховувати можливість повернення утриманого скопу на повторне його використання у виробництві, то слід відмітити значне зниження витрат на зневоднення утриманих осадів та їх поховання. Крім того, підвищення ефективності роботи цехових та локальних очисних споруд забезпечило суттєве зниження споживання свіжої води на 1 тону готової продукції, що дозволяє зменшити забір природної води і скид стічних вод у природні водойми.

Результати досліджень були апробовані та впроваджені на ВАТ "Київський КПК" та ТОВ "Донецьк-Вторма". Наукові результати, рекомендації і підходи, нароблені у дисертації, представляють також інтерес для вирішення проблем ресурсозбереження на інших підприємствах целюлозно-паперової промисловості.

Особистий внесок здобувача.

Здобувач особисто виконав аналіз стану екологічних проблем на підприємствах целюлозно-паперової промисловості. Ним безпосередньо проведені експериментальні дослідження і отримані результати по вдосконаленню процесу формування паперу і картону, утилізації утриманих осадів, інтенсифікації процесів очищення води. Ним була проведена обробка отриманих результатів, зроблена критична оцінка результатів.

Апробація результатів роботи.

Матеріали дисертації були представлені на конференціях:

- 3-ем Международном конгрессе по управлению отходами ВэйстТэк (Москва, 2003 р.);

- Научно-технической конференции "Проблемы сбора, переработки и утилизации отходов" (Одеса, 2004 р.);

- 6-ом международном конгрессе "Вода: экология и технология" ЭКВАТЭК-2004 (Москва, 2004 р.);

- 8й Международной научно-технической конференции "PAP-FOR 2004" (Санкт Петербург, 2004 р.);

- Міжнародній науково-технічній конференції "Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення" (м.Алушта, 2005р.);

- 4-ом Международном конгрессе по управления отходами ВэйстТэк-2005 (Москва, 2005 р.);

- VIII Міжнародній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених "Екологія. Людина. Суспільство" (Київ, 2005 р.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 17 праць: 8 статей, з них 7 у фахових виданнях, 2 патенти України, 7 тез доповідей і доповідей на конференціях.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 208 сторінках, з них 145 сторінок друкованого тексту, і містить вступ, 4 розділи, список використаних джерел, включає 31 рисунок, 53 таблиці і 4 додатки. Об'єм списку робіт 138 джерел.

2. Основний зміст роботи

Перший розділ присвячено аналізу патентної та науково-технічної інформації про використання хімічних допоміжних речовин для забезпечення ресурсозбереження у виробництві паперу і картону. Встановлено, що найбільш перспективними реагентами, які забезпечують реалізацію більш чистого виробництва, ресурсозбереження, зниження об'ємів твердих відходів і стічних вод є високоефективні коагулянти, флокулянти і катіоновані крохмалі.

Також показано, що не дивлячись на різноманітність хімічних допоміжних речовин, мало вивчено їх комплексний вплив на процеси формування паперу і картону при використанні макулатури для забезпечення необхідних як екологічних, так і фізико-механічних показників. У зв'язку з широким використанням катіонованих крохмалів іноземного виробництва, показано, що дуже важливою є задача розробки ефективних методів катіонування крохмалів з використанням доступних на Україні реагентів. Відмічено, що актуальною задачею є інтенсифікація і підвищення ефективності очистки води на локальних очисних спорудах підприємств з використанням сучасних методів і реагентів.

У другому розділі приводяться характеристики зворотних вод, осадів і фільтратів, модельних суспензій, зміцнюючих добавок, методи і методики проведення експериментів.

У третьому розділі вивчено вплив флокулянтів на процеси формування картону із макулатурної маси з використанням скопу. Показано, що із збільшенням вмісту скопу в масі до 50% знижується утримання маси на сітці з 86% до 82%, знижуються фізико-механічні показники картону.

В цілому, вплив флокулянтів на фізико-механічні показники картону був неоднозначний і залежав від типу, дози флокулянту та вмісту скопу в композиції. Кращі результати отримано при використанні флокулянту "Перкол-455" при витраті 0,05%.

При використанні катіонних флокулянтів у кількості 0,025-0,100% від маси абсолютно сухої речовини фізико-механічні показники картону з вмістом скопу до 20% вищі, ніж у випадку використання макулатурної маси без скопу. При використанні флокулянтів також суттєво зростає ступінь утримання маси на сітці - до 95,0-99,0%, в залежності від типу і витрати флокулянту.

Враховуючи неоднозначність впливу флокулянтів на фізико-механічні показники паперу, для вирішення питання підвищення якості продукції та зменшення об'ємів відходів досліджено вплив зміцнюючих добавок на процеси формування та якість картону наряду з флокулянтами. Як зміцнюючі добавки використовували катіонні крохмалі "Катіонаміл", "Церезан", фосфорований крохмаль КМС та кукурудзяний крохмаль. При використанні крохмалів суттєво зростають фізико-механічні показники картону, знижується каламутність підсіткової води та час фільтрування. Ефект зростає в ряду КМС, кукурудзяний крохмаль, "Катіонаміл", "Церезан", тобто із збільшенням катіонного заряду.

При сумісному використанні крохмалів та флокулянтів спостерігаються позитивні тенденції щодо підвищення фізико-механічних показників картону. Це відмічено при використанні в композиціях катіонних флокулянтів з кукурудзяним крохмалем та катіонним реагентом "Катіонаміл". В разі сильнокатіонного крохмалю "Церезан", покращення якісних показників картону при додаванні флокулянтів не відмічено. В даному випадку поверхневого заряду флокулянту достатньо для ефективної флокуляції маси.

Суттєво зростають фізико-механічні показники виробів при застосуванні в композиціях бентоніту, що пояснюється наявністю на поверхні дисперсних часток бентоніту позитивно- та негативно заряджених участків. Це сприяє ефективній флокуляції негативно заряджених волокон з позитивнозарядженими макромолекулами флокулянтів чи катіонних крохмалів. папір макулатура очищення вода

Для розробки методів синтезу катіонованих крохмалів з доступної сировини вивчено процеси модифікування крохмалів з використанням - уротропіну, меламіну, епіхлоргідрину і триетаноламіну. Встановлено, що модифікування крохмалю гексаметилолмеламіном, епоксипропілтриетаноламоній хлоридом призводить до поліпшення якості паперу при додаванні модифікованих крохмалів у масу. Ці модифіковані крохмалі забезпечують фізико-механічні показники паперу, а також утримання маси на сітці на рівні відомих катіонних крохмалів "Катіонамілу" і "Церезану". Кращі результати по утриманню маси на сітці та фізико-механічних показниках паперу отримані при використанні крохмалю модифікованого епоксипропілтриетаноламоній хлоридом.

Важливим аспектом в технології виробництва паперу та картону є досягнення високої якості продукції при ефективному використанні обладнання та забезпечення раціонального використання сировини та природної води. Одним із основних факторів підвищення продуктивності папероробних машин є інтенсифікація процесу зневоднення маси при формуванні паперового полотна. Це питання вирішувалось за рахунок застосування хімічних добавок. Зокрема, було вивчено вплив флокулянтів на швидкість зневоднення маси та каламутність підсіткової води при використанні композицій, що застосовуються для виробництва паперу та картону на ВАТ "Київський КПК". На прикладі флокулянту "Перкол 455" показано, що швидкість фільтрування суттєво зростає з підвищенням ступеню утримання волокна на сітці та зниженням каламутності підсіткової води.

Близькі результати були отримані при використанні інших флокулянтів.

Для зниження витрат поліакриламідних катіонованих флокулянтів типу "Перкол", забезпечення високої якості продукції та зниження каламутності підсіткових вод були використані бінарні системи флокулянтів типу "Перкол"-"Алкофікс" та "Перкол"-"Полімін СК". В даному випадку низькомолекулярні полікатіоніти "Алкофікс" або "Полімін СК" забезпечували флокуляцію дрібнодисперсних домішок в композиції (мікрофлокуляція), а високомолекулярні поліакриламідні флокулянти забезпечували флокуляцію волокон та крупнодисперсних часток наповнювача. В цілому застосування бінарних систем, як це показано на прикладі системи "Перкол-455" - "Алкофікс-159", забезпечувало інтенсифікацію процесу фільтрування паперової маси.

Отримані результати були підтверджені при проведенні випробувань на виробництві різних марок картону і паперу. На прикладі картоноробного цеху ВАТ "Київський КПК" показано, що при використанні бінарної системи "Перкол-178" та "Алкофікс-159" продуктивність картоноробної машини збільшується до 10% при збільшенні ступеню утримання маси на сітці від 80-85% до 88-91%.

У четвертому розділі вивчено вплив домішок, присутніх у воді, та коагулянтів і флокулянтів на процеси її освітлення.

Застосування хімічних допоміжних речовин при виробництві паперу та картону в значній мірі дозволяє знизити каламутність підсіткової води. Проте рівень забруднення цієї води досить високий, щоб її використовувати повторно в ряді операцій. Залишкова каламутність води, що повторно використовується, повинна бути не більше 50 мг/дм³, а для промивки сукон - не більше 10 мг/дм³.

Ефективність освітлення зворотних вод на цехових локальних очисних спорудах залежить від якості води, від типу та доз використаних реагентів, а також від вибраного способу очищення води.

Зворотні води в виробництві паперу та картону містять в різній кількості дрібне волокно (мільштоф), дрібнодисперсні частки наповнювачів (в основному каоліну), залишки крохмалів, що застосовуються як зміцнюючі добавки та клеї. Було показано, що в зворотних водах виробництва картону вміст полісахаридів (крохмалів) досягає 200-400 мг/дм³, зольність нерозчинних домішок досягає 40%.

Для визначення впливу домішок на ефективність освітлення води було вивчено процеси освітлення модельних суспензій крохмалів та наповнювачів (каоліну та бентоніту). Було показано, що освітлення суспензії кукурудзяного крохмалю проходило досить ефективно при використанні сульфату алюмінію, 1/3-, 2/3- та 5/6-гідроксохлоридів алюмінію. Гірші результати отримано при використанні алюмінату натрію. Подібні результати отримано і при освітленні суспензії сильнокатіонного крохмалю "Церезан". В даному випадку при застосуванні гідроксохлоридів алюмінію в дозах 2 - 10 мг/дм³ по Al2O3 залишкова каламутність знижувалась до 2-6 мг/дм³ при досягненні ступеню освітлення 96-98%.

Менш ефективним було освітлення суспензій наповнювачів. При освітленні суспензії бентоніту з використанням коагулянтів при тих же дозах, максимальний ступінь освітлення не перевищував 86%. Особливо неефективно освітлювались суспензії каоліну в воді. При використанні коагулянтів в дозах 30-100 мг/дм³ ступінь освітлення відстоюванням не перевищував 45%. І лише при доочищенні суспензії фільтруванням з використанням гідроксохлоридів алюмінію ступінь освітлення досягав 86-97%.

Аналогічні результати отримано при освітленні суспензій згаданих речовин за допомогою флокулянтів фірм Сіба, Штокгаузен та Басф типу "Перкол", "Алкофікс" "Престол", "Магнофлок", "Полімін". В даному випадку вода ефективно очищувалась від крохмалів і малоефективним було видалення каоліну. Каолін видаляється дуже погано не залежно від типу та дози флокулянту, як при відстоюванні так і при фільтруванні.

Із приведених результатів можна зробити висновок, що низька ефективність освітлення зворотних вод паперових виробництв на локальних та цехових очисних спорудах обумовлена наявністю в них домішок каоліну. Cтупінь освітлення зворотної води не достатньо високий, навіть при застосуванні коагулянтів у дозах до 100 мг/дм³ по Al2O3.

Вивчено процеси освітлення зворотних вод і модельних суспензій каоліну з використанням магнітно-сорбційного методу. Встановлено, що метод дозволяє досягти високої ефективності очистки води при використанні магнетиту в композиціях з коагулянтами та флокулянтами. Магнетит застосовували у дозах 0-250 мг/дм³, коагулянти у дозах 10-70 мг/дм³ по Аl2O3, флокулянти у дозах 2-10 мг/дм³. При цьому досягнуто високої ефективності освітлення як суспензії каоліну, так і зворотної води. Так, при використанні магнетиту з 5/6 гідроксохлоридом алюмінію було досягнуто ступеню освітлення ~ 99%. При застосуванні його з флокулянтом "Полімін СК" було досягнуто ступеню освітлення ~ 92%.

При очищенні зворотної води методом флотації було досягнуто високої ефективності процесу при використанні як коагулянтів, так і флокулянтів. Цей метод за своєю ефективністю істотно кращий відстоювання, як при освітленні суспензій каоліну, так і при очищенні зворотної води. В окремих випадках вміст завислих речовин в очищеній воді не перевищував 12 мг/дм³. Таку воду легко можна доочищувати фільтруванням.

Крім процесів освітлення зворотних вод в даному розділі приведені результати досліджень по зневодненню скопу та утилізації фільтратів, що утворюються. Було показано, що швидкість зневоднення скопу зростає в десятки разів при використанні поліакриламідних флокулянтів. Кращі результати по освітленню фільтратів було отримано при їх змішуванні з зворотними водами, що поступають на локальні очисні споруди. Цей підхід вирішує також і проблему утилізації фільтратів, що утворюються при зневодненні скопу.На основі отриманих результатів розроблена технологія очистки зворотних вод на цехових та локальних очисних спорудах з використанням коагулянтів і флокулянтів при включенні в технологічний процес стадії флотації.

Результати економічної оцінки модифікування процесу формування картону приведені в додатку Б дисертації.

Економічний ефект за один рік роботи цеху, продуктивністю 185 000 т/рік, при використанні бінарної системи флокулянтів "Перкол-178 та "Алкофікс-159" склав 1 129 438 грн.

Висновки

1. Вивчено вплив флокулянтів на процеси формування картону із макулатурної маси з використанням скопу. Показано, що при збільшенні вмісту скопу в масі до 50% знижується утримання маси на сітці, знижуються фізико-механічні показники картону. При використанні катіонних флокулянтів у кількості 0,025-0,100% від маси абсолютно сухої речовини фізико-механічні показники картону з вмістом скопу до 20% вищі, ніж у випадку використання макулатурної маси без скопу.

2. Показано, що використання катіонних флокулянтів "Перкол-455" і "Цетаг 7563" разом з кукурудзяним крохмалем забезпечує підвищення рівня утримання маси на сітці, збільшення швидкості фільтрування, підвищення фізико-механічних показників картону, у тому числі і у випадку включення у композицію 20% скопу. Флокулянт "Магнофлок 10" підвищує фізико-механічні показники картону, але мало впливає на утримання волокна.

3. Встановлено, що при включенні в композиції, які містять крім 20% скопу і 0,1% флокулянтів "Перкол 455", "Цетаг 7563" або "Магнофлок 10", крохмалів КМС і "Катіонаміл" фізико-механічні показники картону зростають з збільшенням дози крохмалів, при зниженні мутності підсіткової води і вмісту у воді вуглеводів. Найменш ефективні для утримання маси на сітці флокулянт "Магнофлок 10" і крохмаль КМС.

4. Показано, що використання бентоніту разом з крохмалями, крохмалями і флокулянтами у дозах 0,5 та 5% забезпечує суттєве підвищення якості картону, суттєво підвищує утримання маси при зниженні концентрації вуглеводів в підсітковій воді до 0,95-1,21 мг/дм³ при зниженні швидкості фільтрування. Цей негативний ефект був усунений при використанні флокулянту "Перкол 455" при дозі 0,05%.

5. Показано, що при використанні уротропіну, активованого нагріванням у кислому середовищі при 95-100?С протягом чотирьох годин, в процесі модифікування крохмалю, отримано колоїдний розчин крохмалю у воді, стійкий до ретроградації. Отриманий модифікований крохмаль при додаванні в масу приводить до поліпшення фізико-механічних характеристик паперу. По ряду показників він наближується до катіонованого крохмалю "Катіонаміл". Модифікований уротропіном крохмаль мало сприяє поліпшенню утримання маси на сітці.

6. Встановлено, що модифікування крохмалю гексаметилолмеламіном, епоксипропілтриетаноламоній хлоридом приводить до поліпшення якості паперу при додаванні модифікованих крохмалів у масу. Ці модифіковані крохмалі забезпечують фізико-механічні показники паперу на рівні катіонного крохмалю "Катіонаміл" і сильно- катіонного крохмалю "Церезан". Вони підвищують утримання маси на сітці і за цією характеристикою кращі відомих катіонних флокулянтов.

7. У виробничих умовах встановлено, що використання катіонних флокулянтів, бінарних систем, які складаються з фіксуючих добавок і катіонних флокулянтів, в композиціях у виробництві паперу і картону дозволяє суттєво інтенсифікувати зневоднення маси і підвищити утримання волокна. При цьому слід відмітити підвищення продуктивності папероробної машини до 10% із забезпеченням високої якості продукції при зниженні каламутності підсіткової води та збільшенням ступеню утримання від 80-85% до 88-91%.

8. Показано, що ефективність освітлення зворотних вод виробництва паперу і картону, в яких містяться значні концентрації волокнистих матеріалів, вуглеводів (до 400 мг/дм³) і мінеральних наповнювачів, зростає при переході від алюмінату натрію до гідроксохлориду алюмінію при збільшенні дози коагулянту.

9. На прикладі освітлення модельних суспензій крохмалів при використанні коагулянтів і флокулянтів встановлено, що крохмалі ефективно видаляються з води навіть при невеликих дозах реагентів (2-10 мг/дм³) і не впливають на каламутність очищеної на локальних очисних спорудах води, не дивлячись на значну їх концентрацію в підсіткових водах.

10. Показано, що при освітленні суспензій бентоніту відстоюванням коагулянти забезпечують більш ефективне освітлення порівняно з флокулянтами. Ефективність зростає з переходом від сульфату алюмінію до гідроксохлоридів алюмінію. Ці реагенти показали високу ефективність при доочищенні освітлених суспензій фільтруванням.

11. Проведені дослідження показали, що каолін утворює в воді стійкі суспензії, які погано відстоюються навіть при використанні коагулянтів і флокулянтів незалежно від типу і дози реагенту. Зниження концентрації каоліну у воді досягли при обробці її реагентами при фільтруванні. Каламутність в цьому випадку знижується до 11-15 мг/дм³.

12. Встановлено, що ефективного освітлення води можна досягнути при використанні гідроксохлоридів алюмінію на другій стадії відстоювання при двохстадійному відстоюванні води. Глибокого освітлення води (залишкова каламутність 0,5-5 мг/дм³) можна досягнути при доочищенні води фільтруванням.

13. Вивчено вплив магнетиту на освітлення зворотних вод та суспензій каоліну. Встановлено, що магніто-сорбційний метод дозволяє досягнути високої ефективності освітлення води при використанні магнетиту у дозах до 250 мг/дм³, коагулянтів у дозах 70-100 мг/дм³ (по Al2O3) і флокулянтів у дозах 5-10 мг/дм³.

14. Показано, що при доочищенні попередньо відстояної води методом флотації можна досягнути високої ефективності процесу при використанні коагулянтів і флокулянтів. Даний метод по своїй ефективності суттєво кращий відстоювання, як при освітленні суспензій каоліну, так і при очищенні зворотної води. Метод надає можливість при використанні насипних фільтрів отримувати освітлену воду з вмістом завислих речовин < 10 мг/дм³.

15. Встановлено, що катіонні флокулянти типу "Перкол", "Цетаг", "Праестол", "Алкофікс" при використанні в концентраціях 0,1-50 мг/дм³ не токсичні для активного мулу Бортничівської станції аерації і очисних споруд ВАТ "Київський КПК".

16. Вивчені фільтрати з установки по зневодненню скопу і показано, що їх характеристики змінюються у широкому діапазоні в залежності від характеру зворотних вод, з яких виділяється скоп. Відмічено добре освітлення фільтратів при відстоюванні. При використанні коагулянтів і флокулянтів ефективність процесів освітлення фільтратів, а також їх суміші з зворотними водами підвищується. Ступінь освітлення >90% при дозах коагулянтів 10 ? 70 мг/дм³ (по Аl2O3) і дозах флокулянтів -2 ? 10 мг/дм³.

17. Розроблена технологія очистки зворотних вод на цехових і локальних очисних спорудах з використанням коагулянтів і флокулянтів з включенням в технологічний процес стадії флотації.

18. Показано, що економічний ефект за рік по цеху продуктивністю 185 000 т/рік при використанні бінарної системи флокулянтів склав 1 129 438,40 грн., за рахунок модифікації очисних споруд склав 2 652 926,00 грн..

Основний зміст дисертації викладений у публікаціях

1. Гомеля Н.Д., Коваль А.С., Шаблий Т.А. Снижение объема твердых отходов на картонно-бумажных производствах // Сборник науч. Статей ОЦНТЭИ. Одесса. - 2004. С. 148-153. Внесок здобувача: експериментальні дослідження по визначенню впливу реагентів та скопу на якість картону та каламутність підсіткової води, аналіз та обробка результатів.

2. Гомеля Н.Д., Коваль А.С. Влияние химических вспомогательных добавок на эффективность осветления оборотной воды // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2005. - №1. - С. 47-51. Внесок здобувача: дослідження процесів освітлення зворотних вод та модельних суспензій, впливу на них хімічних допоміжних речовин, аналіз результатів.

3. Гомеля Н.Д., Коваль А.С. Обеспечение ресурсосбережения в производстве бумаги и картона с помощью флокулянтов // Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2005. - №2. - С. 29-32. Внесок здобувача: експериментальні роботи по вивченню впливу флокулянтів на процеси формування паперу та картону, аналіз та обробка отриманих результатів.

4. Гомеля М.Д., Коваль О.С., Шаблій Т.О. Застосування хімічних допоміжних речовин для забезпечення ресурсозбереження у виробництві паперу та картону // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2005. - №2. - С. 14-19.

Внесок здобувача: вивчено вплив реагентів на утримання маси на сітці, забрудненість підсіткової води, аналіз та обробка отриманих результатів.

5. Гомеля М.Д., Коваль О.С. Оцінка впливу домішок та флокулянтів на ефективність освітлення зворотних вод виробництва картону // Наукові вісті НТУУ "КПІ". - 2005. - №2. - С. 119-125. Внесок здобувача: проведено дослідження по визначенню впливу флокулянтів на ефективність освітлення зворотних вод, модельних суспензій, проведено аналіз отриманих результатів.

6. Гомеля М.Д., Коваль О.С., Шаблий Т.А. Нові модифіковані крохмалі для виробництва паперу та картону // Наукові вісті НТУУ "КПІ". - 2005. - №3. - С. 137-142. Внесок здобувача: виконано експериментальні дослідження по визначенню впливу способу модифікації крохмалю на якість зразків картону, утримання маси на сітці, аналіз отриманих результатів.

7. Гомеля Н.Д., Коваль А.С., Радовенчик В.М. Повышение степени осветления оборотных вод при производстве бумаги и картона с применением магнетита // Химия и технология воды. - 2005. - т. 27. - №3. - С. 283-293. Внесок здобувача: Проведено оцінку ефективності магніто-сорбційного методу при освітленні зворотних вод виробництва картону, проаналізовано отримані результати.

8. Гомеля Н.Д., Коваль А.С., Овсяник А.В. Снижение объемов отходов при производстве бумаги и картона из макулатуры // Міжнародна науково-практична конференція "Екологічна безпека: проблеми й шляхи вирішення": Зб. наук. Статей у 2-х томах. - Укр. НДІЄП. - Харків. - 2005. - Т. 2. - С. 19-24. Внесок здобувача: Визначено вплив флокулянтів та фіксуючих добавок на швидкість фільтрування маси та ступінь її утримання на сітці, проведено промислові випробування, аналіз отриманих результатів.

9. Гомеля Н.Д., Коваль А.С., Радовенчик В.М. Использование магнетита для осветления оборотных вод производства бумаги и картона // Материалы 6-го Международного конгресса: "Вода: экология и технология" ЭКВАТЭК - 2004. В двух частях. - Москва. - 2004. - Ч.II. - С. 875-876. Внесок здобувача: досліджено процеси освітлення води з використанням магнетиту та флокулянтів, визначено ефективність методу.

10. Гомеля Н.Д., Коваль А.С., Радовенчик В.М. Влияние флокулянтов на качество картона при повторном использовании волокносодержащих отходов // Материалы 3го межд. Конгресса по управлению отходами Вэйст Тэк - 2003". Москва , 2003. - С. 189. Внесок здобувача: вивчено вплив скопу та реагентів на якість картону та утримання маси на сітці, проведено обробку отриманих результатів.

11. Гомеля Н.Д., Коваль А.С. Интенсификация процессов обезвоживания и формования бумажного полотна при производстве бумаги и картона с использованием макулатуры // 8-я Международная научно-техническая конференция PAP - FOR -2004. Информационные сообщения. Санкт-Петербург. -2004. - С. 79-81. Внесок здобувача: проведено оцінку впливу фіксуючих добавок та флокулянтів на процес формування паперового полотна, обробку отриманих результатів.

12. Гомеля Н.Д., Коваль А.С., Шаблий Т.А. Повышение эффективности переработки макулатуры при производстве бумаги и картона // Сборник докладов 4го межд. конгресса по управлению отходами ВэйстТэк - 2005. Москва . - 2005. - С. 221-222. Внесок здобувача: проведено дослідження по визначенню впливу флокулянтів на якість паперу отриманого з макулатури з використанням скопу.

13. Гомеля Н.Д., Коваль А.С., Шаблий Т.А. Предотвращение потерь волокнистой массы, увеличения объемов отходов при производстве картона // Сборник докладов 4-го Международного конгресса по управлению отходами Вейс Тэк - 2005. - Москва. -2005. - С. 224. Внесок здобувача: вивчено вплив реагентів на утримання маси при виробництві паперу та картону.

14. Коваль О.С., Овсяник А.В., Білан А.Д. Інтенсифікація процесів освітлення зворотних вод виробництва картону // Збірка тез доповідей VIII Міжнародної конференції "Екологія. Людина. Суспільство." - Київ. - 2005. - С. 89. Внесок здобувача: вивчено вплив флокулянтів на швидкість фільтрування паперової маси, проведено аналіз отриманих результатів.

15. Коваль О.С., Овсяннік А.В. Забезпечення ресурсозбереження у виробництві паперу та картону // Збірка тез доп. VIII Міжнарод. к-ції "Екологія. Людина. Суспільство." - Київ. - 2005. - С. 90. Внесок здобувача: досліджено вплив реагентів на утримання маси на сітці та забруднення підсіточної води.

16. Пат. №9814 Україна, МКВ С08G59/10; С08G73/06. Спосіб отримання катіонованих крохмалів для виробництва паперу та картону. Гомеля М.Д., Шаблій Т.О., Коваль О.С.(Україна).-№-u200503154; Заявл. 05.04.2005; Опубл. 17.10.2005. Бюл. №10. Внесок здобувача: вивчення впливу катіонованих крохмалів на фізико-механічні показники паперу.

17. Пат. №9815 Україна, МКВ С08G59/10; С08G73/06. Спосіб модифікування крохмалів. Гомеля М.Д., Шаблій Т.О., Коваль О.С. - №-u200503155; Заявл. 05.04.2005; Опубл. 17.10.2005. Бюл. №10. Внесок здобувача: вивчення впливу способу модифікування крохмалів на якісні показники картону.

Размещено на Allbest.ru