Сточные воды целлюлозно-бумажных производств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Заочный факультет

Технология целлюлозы и композитных материалов

Курсовая работа

На тему: Сточные воды целлюлозно-бумажных производств

Выполнила

Студентка группы 7-138

Калачева Надежда Серафимовна

Санкт-Петербург 2015 г.



Введение

Актуальность темы работы состоит в том, что лесопромышленный комплекс (ЛПК) и входящая в его состав целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) являются одними из ведущих отраслей экономики России и, в частности, Северо-Западного федерального округа.

Целлюлозно-бумажная промышленность занимает как бы промежуточное положение между отраслями, осуществляющими механическую и химическую переработку древесины, поскольку технологические процессы ее базируются на тех и других приемах. Основным сырьем, потребляемым отраслью, является древесная масса и целлюлоза из хвойных и лиственных пород дерева.

География отрасли зависит от целого комплекса факторов, так как в процессе производства используются древесина, макулатура, топливо, электроэнергия и вода. Учитывается также и потребительский фактор - размещение полиграфической промышленности и крупных культурных центров страны. В настоящее время наиболее крупные целлюлозно-бумажные производства находятся в Северном, Северо-Западном, Волго-Вятском районах и на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке.

Историческая справка. Целлюлозно-бумажная промышленность - отрасль промышленности, выпускающая различные виды бумаги, картона и изделий из них, целлюлозу, изоляционные волокнистые и твёрдые древесно-волокнистые плиты.

Побочными продуктами отрасли являются этиловый спирт, кормовые дрожжи, канифоль, скипидар и жирные кислоты. ЦБП - одна из старейших отраслей народного хозяйства. Основание первой в стране Красносельской бумажной мануфактуры (ныне Красногородский экспериментальный целлюлозно-бумажный завод) относится ко времени правления Петра I. В дореволюционной России производство бумаги и картона базировалось на заграничном оборудовании. В 1913 оно составило 269,2 тыс. т (или около 2 кг на душу населения). Потребности страны обеспечивались главным образом за счёт ввоза бумаги из-за границы.

За годы первых пятилеток (1929-40) были построены и введены в действие крупнейшие для того времени в Европе Камский и Балахнинский, а также Марийский, Сясьский, Сегежский, Вишерский, Соломбальский, Архангельский и Соликамский целлюлозно-бумажные комбинаты; созданы 5 специализированных целлюлозных заводов для нужд обороны страны. Во время Великой Отечественной войны 1941-1945 оборудование многих предприятий было эвакуировано в восточные районы страны. Выпускалась бумага и целлюлоза для боеприпасов и средств химической защиты, а также для газет и журналов, ученических тетрадей. К 1949 был достигнут довоенный уровень производства.

Новый этап развития ЦБП связан с постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О мерах по ликвидации отставания целлюлозно-бумажной промышленности». В 1960-75 были реконструированы и расширены десятки действующих предприятий, увеличена их мощность, создано практически заново производство высококачественного тарного картона для гофрированной картонной тары, коробочного картона, кордной целлюлозы, различных видов бумаги с покрытиями. Менялась сырьевая база отрасли. Началось интенсивное использование низкокачественной дровяной древесины. Если до 1965 сырьём служила только хвойная древесина (сосна, ель, пихта), то в дальнейшем стали применять мягколиственные породы древесины (берёза, осина), отходы деревообработки. Резко увеличилось потребление дешёвого и экономически выгодного сырья - макулатуры в производстве бумаги и картона (с 865 тыс. т в 1960 до 2026 тыс. т в 1975).

За последние 20 лет наиболее благоприятным для российской целлюлозно-бумажной промышленности явился 1989 год, когда были достигнуты наивысшие показатели объемов производства при полном освоении установленных мощностей.

В дальнейшем, вследствие развития дезинтеграционных процессов в российском лесопромышленном комплексе, начался резкий спад, который прекратился лишь в конце 1998 года после известных событий, связанных с дефолтом.

Приватизация предприятий лесопромышленного комплекса также не стала стабилизирующим фактором в их производственной деятельности и имела целый ряд негативных последствий:

ускоренная приватизация и смена форм собственности привела на большинстве предприятий к резкому снижению объемов и эффективности производства; сложилась весьма размытая структура собственников в лице трудовых коллективов, не обладающих реальными ресурсами и не способных изыскать средства для технического перевооружения и модернизации производства и, собственно, для существования предприятий; в результате чековой приватизации не были решены задачи социальной защиты населения, с одной стороны, и возникло значительное число искусственных, фиктивных субъектов собственности, с другой; содержание планов приватизации большинства предприятий не соответствовало ситуации в стране, носило характер пожеланий и не отражало реальную действительность, в результате такие предприятия не смогли эффективно реализовать свои акции с целью привлечения инвестиций в развитие производства; уставный капитал приватизируемых предприятий был определен в ценах на 1 июля 1992 года (а фактически - в ценах 1991 года), и до 1995 года величина этого капитала не пересматривалась, в результате чего произошло катастрофическое обесценивание уставных капиталов, что привело к массовой скупке акций; продажа акций приватизируемых предприятий лесопромышленного комплекса по бросовым ценам привлекла на этот рынок массу неквалифицированных и зачастую недобросовестных участников;

доходы от приватизации лесопромышленных предприятий не превысили 2% от их реальной стоимости; отсутствие нормативных правовых актов позволило обладателям контрольных пакетов акций наиболее благополучных и привлекательных предприятий, особенно в целлюлозно-бумажной промышленности, не выполнять без особых последствий принятые на себя инвестиционные обязательства; разрыв в процессе приватизации хозяйственных, технологических и кооперативных связей между предприятиями разрушил организационную структуру, способствующую эффективному осуществлению деятельности в рыночных условиях;

потеря управляемости деревоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленностью привела к тому, что предприятия, производящие стратегически важные, экспортные и социально значимые товары, оказались вне среды государственного регулирования; институт представителей государства на предприятиях, в уставных капиталах которых остались государственные пакеты акций, оказался малоэффективным, в результате государство доходов от использования указанных объектов собственности практически не получает.

Относительная стабилизация российской экономики вызвала увеличение спроса на целлюлозно-бумажную продукцию на российском рынке, что в сочетании с благоприятной конъюнктурой внешних рынков, привело к росту объемов производства, в основном, за счет предприятий, введенных в семидесятые годы, которые и составили основу этой отрасли. Из 165 целлюлозно-бумажных предприятий на долю 10 крупнейших приходится 70% производимой в стране целлюлозы, 79% бумаги и 55% картона. Их объем ежегодной выручки составляет около 30% от выручки всего лесопромышленного комплекса.



Глава 1. Целлюлозно-бумажное производство

Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) - наиболее сложная отрасль лесного комплекса, связанная с механической обработкой и химической переработкой древесины. Она включает производство целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них.

В России эта отрасль изначально возникла и развилась в Центральном районе, где было сосредоточено потребление готовой продукции и имелось необходимое текстильное сырье, из которого прежде делали бумагу (не случайно один из первых центров производства бумаги в стране получил название Полотняный Завод). В дальнейшем технология изготовления бумаги изменилась, для нее стало использоваться древесное сырье, и ареал размещения отрасли сдвинулся к северу, в лесоизбыточные районы.

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.

На сегодняшний день производственная деятельность в отрасли осуществляется на 165 целлюлозо-бумажных и 15 лесохимических предприятиях. Несмотря на то, что Россия располагает самыми большими в мире лесными ресурсами леса (81,9 млрд. м3), а целлюлозо-бумажная промышленность могла бы стать локомотивом российской экономики, техническое состояние отрасли и её удельный вес в народном хозяйстве оставляет желать лучшего. Так, имеющиеся производственные мощности в ЦБП используются лишь на 35-50 % (рис. 1). Износ активной части основных фондов составляет 60-70%.

Рис.1. Производственные мощности

Целлюлозно-бумажное производство (включая издательскую и полиграфическую деятельность) характеризуется достаточной конкурентоспособностью на внутреннем рынке и средней конкурентоспособностью на мировом рынке. На внутреннем рынке местная продукция успешно конкурирует с импортом в большинстве сегментов, слабым местом является выпуск изделий из бумаги и картона (включая полиграфическую продукцию) и производство мелованной бумаги, до недавнего времени практически отсутствовавшее в России. На мировом рынке наиболее конкурентоспособна сырьеёмкая продукция (целлюлоза, газетная бумага). Главная проблема сектора -- высокий износ основных фондов и применение устаревших технологий. За последние 15 лет глубокую модернизацию прошли лишь отдельные предприятия, за этот же период запущено в эксплуатацию лишь несколько новых крупных производств.

1.1 Характеристика отрасли

Целлюлозно-бумажная промышленность - наиболее сложная отрасль лесного комплекса, связанная с механической обработкой и химической переработкой древесины.

Она включает производство целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них. Эта отрасль отличается:

* Высокой материалоёмкостью: для получения 1 т целлюлозы необходимо в среднем 5-6 куб. древесины;

* Большой водоёмкостью: на 1 т целлюлозы расходуется в среднем 350 куб.м. воды;

* Значительной энергоёмкостью:1 т продукции требует в среднем 2000 кВт/ч;

На 8 предприятиях производится более 70 % российской целлюлозы и бумаги, а также более 50 % картона.

Состояние ЦБП России характеризуется высокой степенью износа оборудования, значительным количеством небольших предприятий, оснащенных устаревшим оборудованием небольшой единичной мощности, производящих продукцию ограниченного спроса. На многих предприятиях используются энергоемкие и экологически устаревшие технологии с высоким потреблением древесного сырья, химикатов, энергоресурсов, воды. Не созданы благоприятные условия для значительного вовлечения в переработку вторичного бумажного сырья. Назрела настоятельная необходимость в значительном техническом переоснащении действующих производств отрасли.

Производство целлюлозы - крупный источник загрязнения атмосферы, характер которого обусловлен двумя основными способами производства целлюлозы - сульфитным и сульфатным. Другие способы по характеру выбросов близки к основным.

Следовательно, при строительстве крупных ЦБП очень важным условием является наличие близи лесных ресурсов и надежного источника водоснабжения, хороших условий сброса сточных вод, их очистка и обеспечение чистоты воздушного бассейна.

??Основной целью многочисленных исследований эффективности очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности с помощью полупроницаемых мембран было получение необходимых данных для инженерных расчетов установок очистки и концентрирования сильно разбавленных сточных вод. Оценка эффективности очистки различных типов сточных вод заключалась в определении химического потребления кислорода (ХПК), биохимического потребления кислорода (13ПК), окисляемости раствора, степени удаления ионизированных солен п виде хлоридов из стоков после отбелки и сухого остатка с подразделением на органическую и минеральную части, значений pH в спектрофотометрическом определении оптической плотности или цветности в градусах платино-кобальтовой шкалы как меры концентрации лигнина.

1.2 Воздействия отрасли на окружающую среду

Загрязнение атмосферы

Производство целлюлозы - крупный источник загрязнения атмосферы, характер которого обусловлен двумя основными способами производства целлюлозы - сульфитным и сульфатным. Другие способы по характеру выбросов близки к основным.

Больше всего загрязняют атмосферный воздух предприятия, производящие целлюлозу по сульфатному способу . Основная причина выделения вредных газовых соединений - это использование в технологическом процессе сульфида натрия, что приводит к образованию серосодержащих соединений сероводород, метилмеркаптана, диметилсульфида, диметилдисульфида, сернистый и сетный ангидрид. Все эти соединения выделяются через неплотности из большого количества аппаратов, баков и через вентиляционные трубы эти соединения выбрасываются в атмосферу.

Сульфитно - целлюлозное производство загрязняет атмосферу заметно меньше. Главным загрязнителем атмосферы здесь является сернистый ангидрид, который используется для приготовления варочной кислоты.

С загрязнением атмосферы связаны процессы отбелки как сульфитной, так и сульфатной целлюлозы. Причина - применение для отбелки целлюлозы газообразного хлора и двуокиси хлора. При получении хлора и двуокиси хлора образуются такие токсические соединения, как хлористый водород, пары ртути, сернистый ангидрид, щелочные аэрозоли.

Значительным источником загрязнения атмосферы являются тепловые электростанции, необходимые для снабжения производства паром и электроэнергий. При сжигании топлива, угля, щепы дымовые газы содержат частицы золы. При сжигании высокосернистого мазута атмосферный воздух загрязняется сернистым ангидридом.

Загрязнение объектов гидросферы

Целлюлозно-бумажная промышленность одна из наиболее водоемких отраслей промышленного производства. Она расходует около 9,2 млн. м3 воды ежесуточно. Кроме большого количества воды отрасль использует различные химикаты и топливо, которые частично в виде потерь и отходов попадают в производственные сточные воды.

Количество и степень загрязнения производственных сточных вод зависят от вида вырабатываемой продукции, мощности предприятия, совершенства технологического процесса и схемы производства.

Сточные воды предприятий ЦБП содержат огромные количества взвешенных и растворенных веществ как органического, так и неорганического происхождения. Взвешенные вещества состоят из кусочков коры, волокна, наполнителей. Растворенная органика представляет собой компоненты древесины - сахара, углеводы, лигнин, и другие. Взвешенные вещества, попадая со сточными водами в водоемы, отлагаются на дне в месте спуска сточных вод и накапливаются в огромных количествах, иногда занимая в водоеме большие площади.

Действие на биоту водоемов

Органические вещества, осевшие на дно (кора, волокно), в анаэробных условиях загнивают, выделяя вредные газы (СО2 , СН4 , Н2 S), и тем самым образуют очаги вторичного загрязнения. Продукты гниения и распада веществ придают воде водоемов неприятный вкус, отравляют атмосферный воздух. При высокой концентрации газов в водоеме могут погибнуть растительность, микроорганизмы и рыбы.

Неосевшие взвешенные вещества засоряют жабры рыб, что приводит к их гибели. Сточные воды, содержащие щелока, имеют темно - коричневый цвет, что придает воде водоемов темную окраску, препятствует проникновению света на глубину, тормозит процесс фотосинтеза, уменьшает прирост органических соединений, уменьшает кормовую базу для рыб.

Происходит нарушении кислородного баланса водоемов. Растворенные в сточной воде вещества (хлор, углекислый газ, сернистый ангидрид, сероводород, метилмеркаптан), попадая в водоем, придают свежей воде неприятный запах и привкус, который сорбируется мясом рыб, и рыба становится непригодной для пищи. Летучие газы, десорбируясь из воды водоемов, загрязняют атмосферный воздух, губительно действует на окружающую растительность и здоровье человека.

Особую опасность для водоемов представляет ртуть (сточные воды хлорного завода), присутствие которой в ничтожно малых концентрациях (менее 0,001%) способствует подавлению и полному прекращению биологических процессов и делает невозможной очистку воды на сооружениях биологической очистки и в естественных водоемах. Ртутные соединения накапливаются в рыбе.

Образование твердых отходов.

Долгое время кора являлась отходом и ее отвозили в отвал, на что тратились значительные средства, а для отвалов требовались большие площади. Так на одном из предприятий ЦБП под свалку коры при высоте слоя ее 5-6 м был занят участок около20 га. При постройке в настоящее время мощных предприятий, количество коры на отдельных из них достигает 250 м3 /час и больше. В этих условиях перевозка коры в отвал как по затратам, так и из-за невозможности выделения огромных территорий совершенно недопустима. Также твердыми отходами являются зола от сжигания топлива, шлаковые отходы.

Глава 2. Сточные воды ЦБП

загрязнение сточный вода метанол

Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из наиболее водоемких отраслей народного хозяйства. 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 м3сточных вод, из отбеленной целлюлозы - 150-250 м3 и т. п.

Спуск неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности в водоемы, особенно в маловодные реки, непроточные озера и водохранилища, ведет к сильному их загрязнению. Крайне неблагоприятная обстановка складывается на участках водоемов, где на сравнительно небольших отрезках рек расположены два целлюлозно-бумажных комбината, как это имеет место на реке Сухоне, Неман и др.

Как уже было указано выше, предприятия целлюлозно-бумажной промышленности загрязняют водоемы сульфитными и сульфатными щелоками, древесным волокном, корой, отходами древесины, кислотами, щелочами, активным хлором, дурнопахнущими веществами. Некоторые предприятия сбрасывают вместе со стоками, используя гидроудаление, колчедановые огарки и пыль из сульфиткислотного цеха, золу и шлак из ТЭЦ, известковый шлам из хлороразводного цеха и нейтрализационного отдела сульфит-спиртового завода и т.д.

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

Степень загрязнения определяется в основном количеством сбрасываемых вод, их качественной характеристикой и гидрологическими особенностями водоема.

Наибольшую опасность для водоемов представляет спуск сульфитных щелоков, один литр которых для своей минерализации требует около 40 г кислорода, в связи с чем расходуется весь свободный кислород водоема и нарушаются дальнейшие окислительные процессы.

Углеводная часть сульфитных щелоков, являясь прекрасной питательной средой для нитчатых бактерий, водных грибков и многих других микроорганизмов, вызывает их бурное развитие. Это ведет к появлению в воде обрастаний, от которых могут отделяться слизистые хлопья, размер которых может достигать метра. Хлопья уносятся течением реки и, осаждаясь, вызывают вторичное загрязнение реки, а плавающие хлопья могут явиться серьезной помехой для водозаборных сооружений, гидроэлектростанций, гидротехнических устройств, для развития и жизни рыб, а также орошения земель.

Количество обрастаний и хлопьев может достигать десятков тонн.

Минеральные и органические кислоты, содержащиеся в щелоках, поступая в водоем, резко снижают pH воды и оказывают токсическое воздействие на водную флору и фауну, неблагоприятно влияют на рыб и их кормовые объекты за счет уменьшения содержания растворенного кислорода, появления лигнина, фурфурола, смол и др. веществ.

Воздействие на водоем сульфатных щелоков в основном аналогично воздействию сульфитных щелоков, но содержание в них сероорганических веществ - меркаптана, диметилсульфида, сероводорода и др. придает воде водоема особенно неприятный запах и привкус, передающиеся мясу рыб, обитающих в этих водоемах. Водоемы, загрязненные сульфатными щелоками, распространяют, особенно летом, неприятный запах.

Волокно, содержащееся в сточных водах, поступая в водоемы, отлагается на дне непосредственно у места выпуска сточных вод и вызывает сильное загрязнение на большом участке. Так, в Ладожском озере на расстоянии 750 м от коллектора, через который сбрасываются сточные воды Сясьского ЦБК, слой волокна на дне составляет 2,6 м, а на расстоянии 1850 м в обе стороны от коллектора в 250 м от берега этот слой составляет 3 м. Жители расположенного здесь поселка лишены возможности пользоваться озером на этом участке.

В Онежском озере за счет сброса сточных вод Кондопожского ЦБК на площади 5 га слой волокна достигает 6 м, за счет сброса сюда же колчедановых огарков, коры, золы и шлака ТЭЦ и других отходов производства этот участок озера превратился в остров. Неприятный привкус и запах воды в озере, обусловленный скоплением волокна, отмечается населением, живущим по берегам озера, на расстоянии 13 км от места сброса.

Скопление волокна имеет место также и в реках с медленным течением - р. р. Прегель, Сухона, Ляля, Боровской затон р. Камы, устье р. Вуоксы у Ладожского озера. Так, в последнем случае слой волокна на дне доходит до 6 м, затрудняя лесосплав и судоходство, в связи с чем ежегодно производится очистка реки. За 8 лет из реки Вуоксы извлечено 548000 тонн волокна. Отложение волокна в р. Прегель привело к образованию мели, мешавшей судоходству.

Разложение волокна, особенно в летний период, за счет распада белковых соединений и выделения из донных отложений неприятно пахнущих веществ неполного распада клетчатки - сероводорода, сероуглерода, метана и других обусловливает изменение органолептических качеств воды водоема - вкуса и запаха. В связи с этим отмечается и загрязнение воздуха в прибрежной зоне. Так, за счет загрязнения р. Прегель сточными водами Калининградского ЦБК население, живущее на расстоянии до 200 м от реки и далее, на всем протяжении реки в пределах города жаловалось на неприятный запах.

Разложение волокна сопровождается выделением из толщи воды большого количества сероводорода. При работе с такой водой наблюдались случаи конъюнктивита, вызванного воздействием сероводорода. Разложение волокна служит причиной уничтожения кормовой базы для рыбы и ухода ее из сферы загрязненных вод.

В реках с большим расходом и большим разбавлением сточных вод волокно уносится на большие расстояния от места выпуска сточных вод, загрязняя реку на значительном протяжении. При этом сильно возрастает количество взвешенных веществ, нарушается кислородный режим, появляется выделение газов. Волокно забивает жабры рыб, в связи с чем неоднократно наблюдалась их гибель, затрудняет работу водопроводных сооружений и гидротехнических устройств, препятствует использованию воды для орошения сельскохозяйственных земель, снижая урожайность луговых трав.

Кора, поступающая в водоем со стоками окорочных цехов и гидролотков, непосредственно ухудшая воду, при разложении выделяет смолистые вещества, являющиеся сильным ядом для рыб.

Свободный хлор, находящийся в сточных водах, оказывает неблагоприятное влияние на рыб и их кормовые объекты. В соответствии с предельно допустимыми концентрациями вредных веществ в воде водоемов, утвержденными Главным государственным санитарным инспектором СССР 16.03.1960 N 321-60, и предельно допустимыми концентрациями вредных веществ в воде рыбохозяйственных водоемов, утвержденными Министерством рыбной промышленности СССР 06.06.1957, наличие свободного хлора в воде водоемов не допускается.

При сжигании некоторых видов колчедана и серофлотационных хвостов в стоки кислотных цехов сульфит-целлюлозного завода могут поступать селен и мышьяк.

Таким образом сточные воды целлюлозно-бумажных предприятий оказывают на воду водоемов самое разнообразное неблагоприятное влияние.

2.1 Источники образование сточных вод

На предприятиях ЦБП имеются многочисленные источники образования загрязненных сточных и технических вод:

· При подготовке растворов химических реагентов.

· В процессе варки древесной щепы в варочном растворе.

· При промывке целлюлозы.

· В процессе отбеливания целлюлозы.

· Во время технологических операций разливания, прессования и высушивания целлюлозы.

· В ходе выпаривания щелочных растворов.

Небольшие объемы сточных вод дополнительно образуются при производстве древесной массы и тряпичной полумассы и предварительной обработке сырья (сортировка, обезвоживание, промывка, размол), а также при отбелке сырья хлором и другими окислителями.

Основными источниками загрязнения природных вод при производстве целлюлозы сульфатным методом являются отбельные, варочные и сульфатные цеха.

По характеру содержащихся загрязнителей сточные воды разделяют на следующие группы:

· щелокосодержащие;

· кислото-щелокосодержащие, с минеральными примесями;

· волокносодержащие;

· коросодержащие;

· дурнопахнущие;

· дренажно-дождевые и бытовые.

Предприятия ЦБП загрязняют природные водоемы сточными водами с содержанием сульфитных и сульфатных щелоков, волокнами древесины, корой и древесными отходами, кислотами и щелочами, активным хлором, дурнопахнущими веществами.



2.2 Физико-химический состав сточных вод

Состав сточных вод целлюлозно-бумажных производств зависит от метода получения целлюлозы и от вида выпускаемой продукции.

В общем случае сточные воды ЦБП содержат волокна целлюлозы, частицы бумаги, минеральные наполнители и красители, частицы клея, эмульсии и латексы. Цвет сточных вод может варьироваться в широком пределе, сточные воды бывают сильно загрязнены взвешенными веществами и органикой. Все стоки ЦБК отличает специфический запах и повышенная температура.

В зависимости от вида технологического процесса -- сульфатного или сульфитного, и качества полученного продукта (беленая или небеленая целлюлоза) отличаются составы и концентрации загрязнителей в сточных водах.

Сточные воды, образованные при сульфатном процессе получения целлюлозы, отличаются высоким содержанием как органических, так и неорганических веществ. Из неорганических веществ (33%) в таких стоках содержится соли натрия (сульфаты, карбонаты и хлориды) и свободные щелочи.

В органическую составляющую сульфатных стоков (67%) входят:

· оксикислоты и лактоны -- 33%;

· фенолы, смоляные и жирные кислоты -- 24%;

· лигнин --36%;

· муравьиная кислота - 1%;

· уксусная кислота --0,7% [5].

В сточных водах сульфатного производства может содержаться до 17 разновидностей фенолов. Из физических и органолептических показателей сульфатных стоков можно отметить повышенную цветность, запах и высокие значения содержания сухого остатка (2200-2800 мг/л).

Загрязнители в сточных водах сульфит-целлюлозного процесса на 90% состоят из органических веществ и на 10 % -- из неорганических. В сульфитных стоках высокое содержание лигнинсульфоновых кислот, моно- и полисахаридов (а также продуктов распада сахаров), дополнительно в них определяются частицы смол, белков, уксусная кислота. Из органолептических и физико-химических показателей можно выделить наличие запаха и повышенную жесткость этих стоков.

2.3 Схемы очистки сточных вод ЦБП. Технологическая схема

При разработке и проектировании систем очистки стоков необходимо учитывать некоторые специфические особенности целлюлозно-бумажного производства:

Наличие в стоках волокнистых примесей. Волокна сорбируют на своей поверхности газы и крупные органические молекулы, а в итоге усложняется промывка и изменяется состав волокнистых примесей. Эти явления могут привести к пенообразованию и появлению слизеобразующих микроорганизмов.

В стоках ЦБК присутствуют две группы органики -- легко и трудноокисляемые биохимическими методами. В этой связи приходится внедрять комбинированные методы очистки -- например, многоступенчатую биологическую очистку специально подобранными культурами микроорганизмов.

Сточные воды имеют повышенную температуру (30-40 °С), поэтому нужно предусматривать автономные охлаждающие системы.

Если на конкретном ЦБК производится только небеленая целлюлоза, то для такого предприятия можно создать замкнутую систему водопользования. Для предприятий, производящих беленую хлором целлюлозу и продукцию из нее, создание замкнутого водооборотного цикла затруднено или невозможно. Причина -- попадание в оборотную воду хлорорганических соединений и хлорида натрия, нарушающих технологический процесс.

Решение проблемы замкнутой системы водопользования при производстве беленой целлюлозы может быть в принятии новых технологических схем -- использовании для отбелки целлюлозы килорода, озона, и других кислород-содержащих окислителей. В этом случае сточные воды будет возможно вернуть в оборот.

Принципиальная схема очистки сточных вод целлюлозно-картонного производства, работающего по сульфатному методу, приведена по данным. Схема включает в себя блоки химической, биологической и физико-химической очистки.

Предварительная механическая очистка воды от взвешенных веществ происходит в радиальных отстойниках, затем вода поступает в смеситель-нейтрализатор, где подкисляется серной кислотой до pH=8. Подкисленная вода направляется в усреднитель-преаэротор, где в течение 4 часов происходит отдувка сернистых соединений. В усреднитель может быть предусмотрен подвод осадка из первичных отстойников или избыточного активного ила, что снизит показатель БПК на 30%.

Затем очищаемая вода подается в смеситель для химической очистки воды реагентами (солями азота и фосфора).

Предварительно очищенные таким образом стоки готовы к поступлению на биологические очистные сооружения. Подготовленные стоки поступают в аэротенки-смесители. Сюда же могут подаваться бытовые сточные воды, прошедшие механический этап очистки. Иловая смесь из аэротенков поступает на вторичные радиальные отстойники, а затем аккумулируется в емкости для ила. Циркулирующий ил снова участвует в процессе очистки в аэротенках, а избыточный ил отводится для утилизации.

При проектировании биологических систем очистки предпочтение стоит отдавать многоступенчатым схемам. Например, когда на I ступени очистка идет в аэротенках-смесителях, а на II- в аэротенках-вытеснителях.

После этапа биологической очистки вода насосами подается на физико-химическую очистку. Этот этап проходит в реагентном смесителе и в камере хлопьеобразования. Реагентная очистка солями алюминия с полиакриламидом или известью позволяет удалить из воды высокомолекулярные соединения лигнина и его производные.

После физико-химической очистки вода поступает в горизонтальный отстойник и затем нейтрализуется в смесителе при помощи каустической соды. Шлам из отстойника отводится на шламоуплотнители, где отделенная вода возвращается в смеситель физико-химической очистки, а сгущенный шлам отправляется на утилизацию.

Очищенная вода дезинфицируется хлором и возвращается в систему оборотного водоснабжения. Обеззараживание хлором позволяет удалить из воды неприятный запах и нейтрализовать в стоках опасные цианиды, сероводород, гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и др.

Технологическая схема очистки стоков ЦБК:

· задержание крупного мусора на решетке;

· очистка стоков в песколовках от тяжелых минеральных примесей;

· очистка от азотных соединений в денитрификаторе;

· биохимическая очистка в аэротенках с нитрификацией;

· осветление стоков и удаление ила в вертикальном отстойнике;

· удаление фосфора способом реагентной очистки;

· глубокая доочистка стоков на биофильтре и биосорбере;

· дезинфекция сточных вод хлорированием;

В зависимости от принятой схемы очищенная вода возвращается в оборотную систему водоснабжения или сбрасывается в водоем.



Рис.2. Технологическая схема очистки сточных вод на ЦБП

Снижение водопотребления и уменьшение объемов стоков ЦБП.

Международные экологические организации разработали ряд рекомендаций для строящихся и модернизируемых ЦБП с целью уменьшения вредных выбросов, сбросов и минимизации водопотребления.

Для производств сульфатной целлюлозы:

· сухая окорка древесины;

· модифицированная варка целлюлозы;

· эффективная промывка и замкнутый цикл очистки и сортирования для небеленой целлюлозы;

· делигнификация кислородом;

· отбелка без молекулярного хлора, либо полностью бесхлорная отбелка с рециркуляцией щелочи;

· очистка конденсатов и их повторное использование в производстве;

· обеспечение возможности выпарки или полного сжигания черного щелока;

· системы повторного использования утечек и переливов;

· сбор и повторное использование условно-чистых вод;

· предусмотренные ёмкости для сбора и хранения переливов;

· первичная очистка стоков;

· биологическая очистка стоков.

Для производств сульфитной целлюлозы:

· сухая окорка древесины;

· удлиненнаяделигнификация -- сочетание продленной варки и делигнификации кислородом;

· эффективная промывка и закрытый цикл очистки и сортирования небеленой целлюлозы;

· минимизация и сбор всех утечек и переливов;

· частичное замыкание водооборотной системы отбельных цехов при варке на магниевом основании;

· замкнутая система водооборота отбельных цехов при варке на натриевом основании;

· полностью бесхлорная отбелка;

· нейтрализация щелочи до выпарки;

· отдельная биологическая очистка конденсатов для их полного повторного использования;

· предусмотренные буферные емкости для хранения рабочих растворов и волокнистых масс;

· первичная очистка стоков;

· биологическая очистка стоков.

Очистка сточных вод ЦБП

Внеплощадочные методы очистки

I. Механическая очистка

· Решетки

· Радиальные отстойники

II. Биологическая очистка

· В естественных условиях (почва или в водоеме)

· Аэротенки

III. Химическая очистка

Внутренние методы очистки

1. Фильтры

2. Отстойники

3. Седифлоторы

4. Осветлители

5. Скрубберы

Общее снижение водопотребления производства может быть дополнено следующими мероприятиями: работа на высоких концентрациях целлюлозы, что позволяет снизить потребление свежей воды и повысить использование оборотной; последовательное применение воды в нескольких операциях с понижением требований к ее качеству; переход на безводную технологию формирования бумаги.

2.4 Перспективы экологического развития

· В ЦБП неизбежным является образование отходов, для устранения которых необходима модернизация и реконструкция производств с доведением до стандартов экологических показателей действующих в ЕС.

· ЦБП России нуждается в развитии наукоемких технологий продукции. Необходим переход на технологию бесхлорной отбелки целлюлозы.

· Предприятия ЦБП должны начать производство биотоплива в виде энергетической щепы для собственного потребления и на экспорт; в виде энергопеллет.

· Экологически целесообразным будет способ производства многослойного картона для плоских слоев гофрированного картона и бумаги на основе композиции макулатуры (это может покрыть потребность волокон на 25 - 50 %. Это реальная экономия древесины и является решением утилизации многотоннажного отхода). Перспективно применение золя шлам - лигнина в качестве сорбента для извлечения из сточных вод широкого спектра загрязнений.

· Необходима корректировка действующего российского природоохранного законодательства, так как экологические нормативы не базируются на принципах применения наилучших существующих технологий.

· Улучшение качества продукции и экологических характеристик производства может быть достигнуто путем обеспечения единства методов контроля, как качества продукции, так и промышленных сбросов и выбросов загрязняющих веществ.



Заключение

Целлюлозно-бумажная промышленность - одна из наиболее важных отраслей РФ. Она составляет 1,24% от объема промышленной продукции России и около 2% от мирового производства. Но обладая такими возможностями и потенциалами, как в нашей стране, эти цифры должны быть на уровне 12 - 15 %.

Использование активного угля, полученного методом термохимической активации, в качестве носителя биомассы при биологической очистке сточных вод, применение специально наработанного селекционного биопродукта и введение хозяйственно-бытового стока на 2-ю ступень биологической очистки - все варианты существенно повышают качество биологической очистки сточных вод ЦБП.

Установлено, что при биологической очистке сточных вод с использованием определенной марки активного угля в качестве носителя биомассы, полученного методом термохимической активации с гидроксидом натрия наблюдается снижение показателя токсичности до 50 %, БПК и ХПК до 12 и 22 %, соответственно.

Периодическое введение в систему биологической очистки биопродукта в количестве 40 мг/л снижает БПК и ХПК на 2 и 4 % соответственно, а также токсичность стоков (до 10 раз). Активность биопродукта, разово введенного в систему биологической очистки, сохраняется, а в ряде опытов даже усиливается на протяжении длительного времени.

Наиболее целесообразной схемой очистки сточных вод является схема с перераспределением потоков сточных вод, а именно 50% хозяйственно-бытовых сточных вод, поступающих на очистку, следует подавать непосредственно на 2-ю ступень, минуя 1-ю. Эффективность введения хозяйственно-бытовых вод повышается при одновременном введении биопродукта.

Выявлено положительное влияние введенного селекционного биопродукта на снижение содержания специфических загрязнений сточных вод: фенолов, метанола и сульфатного лигнина. Перераспределение хозяйственно-бытовых вод благоприятно в отношении снижения содержания фенолов и сульфатного лигнина



Список литературы

1. Воробьев Е.В. Кислотные цеха сульфит-целлюлозных производств. "Производственные сточные воды", т. 3, Медгиз, 1952 г

2. Друблянец Э.Э. Биохимическая очистка производственных сточных вод гидролизных заводов. Журнал "Гидролизная и лесохимическая промышленность", 1955, N 7.

3. Павлинова Р.М. Целлюлозные заводы. "Производственные сточные воды", т. 1, 1948 г.

4. Сборник "Очистка промышленных сточных вод". М., 1957 г.

5. Сапотницкий С.А. Осаждение органических веществ из сульфатно-спиртовой барды в целях ее обеззараживания. "Производственные сточные воды", т. 4, Медгиз, 1954 г.

Размещено на Allbest.ur