Способ очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства

Способ очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства

Реферат

Изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства (ЦБП).

Известно, что очистка сточных вод ЦБП осуществляется исключительно биологическим методом, при котором основные загрязнители сточных вод, а именно лигносульфонаты (ЛС) и хлорорганические соединения, образующиеся при отбелке целлюлозы, в частности хлорлигнин, не устраняются и, следовательно, попадают в природные водоемы с биологически очищенными сточными водами.

Актуальной задачей является поиск способов и средств для селективного удаления из сточных вод ЦБП лигнинных веществ.

Известен способ обработки сточных вод ЦБП солями металлов с переводом лигнинных веществ в нерастворимое состояние с последующим их отделением. (Чернобережский Ю.М., Дягилева А.В., Барышева И.А. Коагуляционная очистка сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной промышленности //ЖПХ. 1994. - Т.67. - №3. - с.402-406.). Способ включает обработку модельного водного раствора ЛС солью алюминия при рН 4,8 с последующим отделением осадка. Содержание ЛС при использовании данного способа снижается на 92%. Однако проведенная нами экспериментальная проверка этого способа непосредственно на сульфитном щелоке показала его низкую эффективность.

Известен способ очистки сточных вод от хлорорганических и лигносульфонатных соединений путем их осаждения в форме водонерастворимых смешанных комплексов с использованием соли цинка в сочетании с имидазолом или его производными (Патент РФ №2129532, МКИ 6 С 02 F 1/58, 1999 г.). Данное решение принято нами за прототип.

При испытании данного способа на модельном растворе лигносульфонатов достигается высокая эффективность очистки по ЛС - 90%. Однако на натуральной сточной воде способ не испытывался; кроме того, предложенный способ характеризуется очень высоким расходом реагентов: расход солей - от 80 до 120%, так же, как и имидазола (дорогостоящего и дефицитного реагента) от 80 до 120% по отношению к изымаемым загрязнителям. Это является непреодолимым препятствием к практическому использованию способа.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, - снижение расхода реагентов и удешевление способа очистки сточных вод ЦБП.

Это достигается тем, что в способе очистки сточных вод ЦБП, включающем введение солей металлов и отделение образующихся взвесей, сточные воды обрабатывают солями металлов в комбинации с соединениями кальция (оксид, гидроксид или соли), при их дозировках от 45 до 150 мг-экв/л, при этом обработку проводят при рН среды не ниже 10,5, после чего выпавшие в осадок лигнинные вещества отделяют известными приемами.

Сравнение предлагаемого способа со способом по патенту РФ №2129532 позволило выявить следующие новые признаки: а) обработку стоков солями металлов проводят не в комбинации с имидазолом, а в комбинации с соединениями кальция, б) обработку стоков проводят при рН среды не ниже 10,5, в) дозировка солей металлов составляет от 0,3 до 18 мг - экв/л сточной воды, а дозировка соединений кальция от 45 до 150 мг - экв/л сточной воды.

Для осуществления предлагаемого способа поступают следующим образом: берут сточную воду, содержащую лигнинные вещества, вводят в нее соль металла в комбинации с каким-либо из соединений кальция, в случае необходимости доводят рН среды до значения 10,5 и более с помощью какого-либо щелочного агента, например гидроксида натрия, далее перемешивают и образующийся осадок, содержащий лигнинные вещества, отделяют от обработанной воды одним из известных приемов (отстаивание, фильтрование, центробежное сепарирование).

Возможность осуществление предлагаемого способа проиллюстрировано примерами.

Пример 1.

Брали щелоксодержащую сточную воду, образующуюся в производстве сульфитной вискозной целлюлозы. Вода имела следующие характеристики: содержание лигносульфонатов, найденное по общепринятому методу Пирла-Бенсона, - 2,48 г/л, общее содержание сухих веществ 5 г / л, кислотность в единицах рН 3,35, содержание соединений SO₂: непосредственно титруемый 0,0006%, легко отщепляемый 0,006%. В 100 мл сточной воды ввели раствор сернокислого алюминия концентрацией 64 г/л Al₂О₃ из расчета 6 мг-экв/л и 10%-ный раствор хлорида кальция из расчета 150 мг-экв/л, далее довели рН среды до значения 12 с использованием 17,5%-ного раствора гидроксида натрия, после перемешивания среды и отделения образующегося осадка определили содержание остаточных ЛС - 1,28 г/л, следовательно, эффект очистки с учетом разбавления в процессе обработки составил 48%.

Параллельно для сравнения указанную сточную воду обработали раствором сернокислого алюминия при дозировке 6 мг-экв/л и при значениях рН 4,8; 7,0; 10,5 и 12,0 (при использовании гидроксида натрия); при этом во всех вариантах эффективность очистки не превышала 10%. Параллельно эту же сточную воду обработали только раствором хлористого кальция при дозировке 150 мг-экв/л и рН 12,0, эффективность очистки составила 7,5%.

Параллельно эту же сточную воду обработали при вышеуказанных дозировках сульфата алюминия и хлористого кальция при следующих значениях рН: 4,8; 7,0; 10,0; 10,5; 11,0; 12,0. Результаты обработки представлены в таблице 1, из которой следует, что достаточно высокий эффект очистки достигается лишь при рН среды не менее 10,5.

Таблица 1.
pH среды	4,8	7,0	10,0	10,5	11,0	12,0
Степень удаления ЛС,%	2,5	2,0	14,0	21,0	30,0	48,0

Пример 2.

Для изучения влияния дозировки соли металла использовали сточную воду в условиях примера 1, опыты проводили при постоянной дозировке хлористого кальция 150 мг-экв/л и рН 12,0. Из результатов исследования, представленных в таблице 2, видно, что достаточно ощутимый эффект очистки достигается уже при дозировке соли алюминия 0,5 мг-экв/л. В отдельном опыте, проведенном со сточной водой, содержащей 0,81 г/л лигносульфонатов, установлено, что при обработке ее сульфатом алюминия и гидроксидом кальция (в виде известкового молока) при дозировке 45 мг-экв/л достаточно высокий эффект очистки достигнут уже при расходе соли алюминия 0,3 мг-экв/л.

Таблица 2.
Расход соли алюминия, мг-экв/л	0	0,5	1	2	4	6	8	12	18
Степень удаления ЛС, %	14	27	34	42	48	52	56	60	63

Пример 3.

Для исследования влияния дозировки соединений кальция использовали сточную воду, взятую в условиях примера 1. Соединения кальция вводили в форме ацетата, а в качестве соли металла использовали сульфат алюминия при дозировке 6 мг-экв/л. Обработку проводили при рН 12 с добавлением 17,5% - го раствора гидроксида натрия. Результаты очистки приведены в таблице 3.

Таблица 3.
Дозировка соли кальция, мг-экв/л	0	50	75	100	150	180
Степень удаления ЛС,%	0	6	30	36	49	50

Как видно из представленных результатов, в отсутствие соединений кальция эффективность - 0%, а по мере увеличения дозировки соединений кальция от 50 до 150 мг-экв/л эффективность достигает 50%, при дальнейшем увеличении до 180 мг-экв/л эффект стабилизируется.

Пример 4.

В опытах использовали наряду с солями алюминия также соли железа II и III, цинка и магния при одинаковой их дозировке (6 мг-экв/л). В качестве соединения кальция использовали гидроксид в форме известкового молока при дозировке 70 мг-экв/л. Опыты проводили со сточной водой, взятой в условиях примера 1. рН среды во всех опытах - 12. Результаты представлены в таблице 4.

Таблица 4.
Вид соли	Степень удаления ЛС,%
Хлористый цинк	30
Сернокислое железо II	40
Сернокислое железо III	35
Сернокислый алюминий	52
Азотнокислый алюминий	50
Сернокислый магний	35

Пример 5.

В щелоксодержащую воду, взятую в условиях примера 1, вводили сульфат алюминия в количестве 6 мг-экв/л и соединения кальция: оксид, гидроксид (в виде известкового молока), хлорид, нитрат, ацетат. рН среды во всех опытах - 12. В опытах с солями кальция для поддержания рН среды добавляли раствор гидроксида натрия. Результаты приведены в таблице 5.

Таблица 5.
Вид соединения кальция	Дозировка соединения кальция, мг-экв/л	Степень удаления ЛС,%
Оксид кальция	50	30
Гидроксид кальция (известковое молоко)	50	50
Хлорид кальция	150	50
Нитрат кальция	150	50
Ацетат кальция	150	55

Пример 6.

Взяли сточную воду, образующуюся при отбелке целлюлозы, с содержанием лигнинных веществ 1,56 г/л, обработали сернокислым алюминием из расчета 6 мг-экв/л и гидроксидом кальция (в виде известкового молока) из расчета 40 мг-экв/л. Эффект очистки - 44%.

Только при использовании всех признаков предлагаемого способа в их совокупности достигается эффективная очистка от лигнинных веществ. Так, если использовать только соли металлов, то эффект очистки близок к нулю как при низких, так и при высоких значениях рН (см. пример 1); если использовать только соединения кальция без солей металлов, например гидроксид кальция (в форме известкового молока), то эффективность очистки стоков от лигнинных веществ тоже низка (пример 1); низкая степень очистки достигается также при обработке стоков солями металлов в комбинации с соединениями кальция в том случае, если рН среды менее 10,5.

Существенное влияние на эффект очистки оказывают дозировки солей металлов и соединений кальция. Как видно из примера 2, при дозировке солей металлов менее 0,3 мг-экв/л сточной воды достигаемый эффект очистки незначителен даже при достаточных дозировке соединений кальция и рН среды; увеличение дозировки солей металлов от 0,3 до 18 мг-экв/л повышает эффективность очистки, дальнейшее увеличение дозировки нецелесообразно. Соответственно, из примера 3 видно, что рациональная дозировка соединений кальция составляет от 45 до 150 мг-экв/л. В примере 4 сопоставлены результаты обработки сточной воды солями различных металлов, а в примере 5 сопоставлена эффективность обработки сточной воды солью алюминия в комбинации с различными соединениями кальция.

Способ очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства от лигнинных веществ, включающий введение солей металлов и отделение образующихся взвесей, отличающийся тем, что обработку проводят солями алюминия, железа, цинка или магния в комбинации с соединениями кальция в условиях рН среды не менее 10,5 при следующей дозировке компонентов:

Соли металлов	0,3-12 мг-экв /л
Соединения кальция	40-150 мг-экв /л