Материал: Влияние пероксидной отбелки на эффективность биологической отбелки сточных вод

Влияние пероксидной отбелки на эффективность биологической отбелки сточных вод

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сыктывкарский лесной институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова"

Кафедра "Целлюлозно-бумажного производства, лесохимии и промышленной экологии"

Пояснительная записка выпускной квалификационной работы

Влияние пероксидной отбелки на эффективность биологической отбелки сточных вод

Сыктывкар 2015

Реферат

"Влияние пероксидной отбелки на эффективность биологической очистки сточных вод" проект, СЛИ, кафедра ЦБП, ЛХ и ПЭ. Сыктывкар 2015 г. - Гр. часть 4 л. ф. А1; ПЗ 62 с., 10 рис., 12 табл., 15 источников.

Отбелка, целлюлоза, белизна, диоксид хлора, водород, пероксид водорода, серная кислота.

Проведена мягкая ECF-отбелка лиственной целлюлозы с исходной жесткостью 11,4 ед. Каппа вязкость 963 мл/г и белизна 52,1 по схеме: КЩО- Н2SO4 - Пщ - Д - Пщ, при снижении расхода диоксида хлора до 0,5% от массы а.с.ц по сравнению с ECF-отбелкой на производствах ЦБП, где предусмотрен расход этого реагента 1,3-1,5%.

Для установления значимости факторов (расхода пероксида водорода, продолжительности отбелки и температуры), определяющих качественный показатель (белизна целлюлозы) получены 8 образцов целлюлозы. Методом регресионного анализа определены коэффициенты для оценки их значимости. Результаты обработки экспериментальных данных методом регресионного анализа показали, что наибольнший показатель белизны получен при тестовом значении х2, которому соответствует расход пероксида водорода на 2 ступени 2% от массы а.с.ц , продолжительности 180 мин, 80°С. Именно при этих параметрах были получены получены высокие показатели белизны (88% при расходе перксида водорода 3,%).

Установлено, что соотношение содержания пероксида водорода и фенолов в фильтратах 2 ступени отбелки соответствует установленным данным патентов, которые показали высокую степень деструкции фенолов при отношении 1:1.

Распределение суммарного расхода пероксида водорода между делигнифицирующими ступенями отбелки для исследования содержания остаточного пероксида водорода в фильтратах отбекли составляло: 2% от массы а.с.ц на 2 ступени и 1,0% на 4 ступени отбекли (суммарный расход пероксида водорода 3%), учитывая что на производстве высокие расходы диоксида хлора обусловлены незначительым содержанием этого реагента на ступени ЩОП (0,2%) и Щп (0,1%)

Рассчитан материальный и тепловой баланс отбелки лиственной целлюлозы и определены объемы фильтратов, направляемых на биологическую очистку.

На основании проверенных расчетов сделать следующий вывод: при сокращении объема фильтратов направляемых на биологический очистки экономический эффект составил 15224093,6 руб./год.

Оглавление

Введение

1. Литературный обзор

.1 Модернизация очистных сооружений на Монди СЛПК

.2 Роль остаточного пероксида водорода в повышении эффективности биологической очистки

.3 Патентный поиск по повышению эффективности биологической очистки при участии пероксида водорода

1.3.1 Способ биологической очистки сточных вод от фенола

.3.2 Способ биологической очистки сточных вод от органических соединений

.3.3 Способ биодеструкции фенола

.3.4 Способ аэробной биологической очистки сточных вод

.3.5 Способ биологической очистки сточных вод

. Методическая часть

2.1 Методика отбелки целлюлозы

.2 Метод определения белизны целлюлозы

.3 Методика определения вязкости целлюлозы

.4 Метод определения химического потребления кислорода (ХПК)

.5 Метод определения прочности на разрыв

.6 Метод определения сопротивления раздиранию

.7 Методика озонирования

.8 Методика определения глубины делигнификации

. Экспериментальная часть

.1 Методика отбелки лиственной целлюлозы

.2 Определения остаточного пероксида водорода в фильтратах отбелки

.3 Отбелка лиственной целлюлозы для установления факторов, определяющих эффективность отбелки на 2 ступени

.4 Определение показателя ХПК фильтратов отбелки лиственной 1-4 ступенях отбелки

4. Материальный баланс мягкой ECF- отбелки лиственной целлюлозы

.1 Эколого-экономическая часть

.1.1 Объем оборотной воды мягкой ECF- отбелки лиственной целлюлозы

.1.2 Содержание остаточного пероксида водорода в фильтратах мягкой ECF-отбелки и возможность повышения эффективности биологической очистки

5. Охрана труда

.1 Общие требования безопасности

.2 Характеристика химических реагентов для проведения исследований

.3 Инструктаж по технике безопасности для работ в исследовательской лаборатории

Заключение

Библиографический список

Введение

Целлюлозно-бумажная промышленность по воздействию на окружающую среду является одной из проблемных по величине токсичных выбросов в атмосферу и сбросов в водоемы, поскольку в отбелке используются хлорсодержащие реагенты, которые могут содержаться в готовой продукции.

Экологические проблемы предусматривают изменение природной среды в результате антропогенных воздействий, ведущее к нарушению структуры и функционирования природных систем и приводящее к негативным социальным, экономическим и иным последствиям.

Известно, что ECF-технология (без использования молекулярного хлора) отвечает мировым унифицированным критериям допустимой меры загрязнения окружающей среды и влияния вредных веществ на здоровье и является "самой доступной технологией" - ВАТ-технологией ("Best Available Technology") в том случае, когда соблюдается минимум содержания хлорсодержащих органических соединений (ХОС). ВАТ-технология при этом не предписывает применения какого-либо определенного способа отбелки. Это создает предпосылки к реализации различных вариантов схем отбелки при внедрении технологий ECF.

Одним из таких вариантов является мягкой ECF-отбелка, предусматривающая сокращение хлорсодержащих отбеливающих реагентов. При этом речь идет о диоксиде хлора, поскольку при отбелке этим реагентов после целлюлозы, прошедшей кислородно-щелочную обработку, возникают проблемы, как образование молекулярного хлора при отбелке и получении этого реагента, и невозможность в перспективе перехода к замкнутому водопользованию и др.

Поэтому актуальны исследования не только в разработке мягкой ECF - отбелки целлюлозы, цель которой установить, при каком минимальном расходе диоксида хлора можно получить беленую целлюлозу с высокими качественными показателями, но и максимально использовать пероксид водорода, который является основным делигнифицирующим реагентом.

Эти исследования важны и потом, что, целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) относится к ведущим отраслям народного хозяйства Республики Коми, так как регион располагает огромными лесосырьевыми ресурсами - метод полного факторного планирования эксперимента.

Задачи дипломного проекта

- провести отбелку целлюлозы по схеме: КЩО - Н2SO4 - Пщ - Д - Пщ. при суммарном расходе пероксида водорода 3% и расходе диоксида хлора 0,5% и определить качественные показаетли целлюлозы:

белизну;

вязкость;

разрывную длину;

- провести кислотно-пероксидную делигнификацию (Н2SO4 -Н2О2) лиственной целлюлозы с целью определения оптимальных значений факторов (температура, расход пероксида водорода, продолжительность отбелки) методом регресионного анализа;

рассчитать материальный и тепловой баланс;

определить избыток оборотной воды на 1-4 ступенях отбелки и направления их использовнаия;

определить остаочный пероксид водорода на 2 и 4 ступенях отбелки методом титриметрического титрования;

на основе патентного поиска по опрелелению соотношения содержания фенолов в стоках и остаточного пероксида водорода, обеспечивающего окислительный стресс микроорганизмов для эффективной деструкции фенолов при биологической очистке, аналогично установить соотношение в фильтратах мягкой ECF-отбелки.

1. Литературный обзор

.1 Модернизация очистных сооружений на Монди СЛПК

марта 2015 г на Монди СЛПК состоялось торжественное открытие новой станции механической очистки сточных вод. Компания реализует масштабный проект по модернизации очистных сооружений. Инвестиции компании в первые два этапа проекта уже составили около 840 миллионов рублей.

Сегодня очистные сооружения Монди СЛПК - комплекс производственных установок и технологических процессов, через которые проходят свыше 80 миллионов кубометров воды в год.

В результате реализации проекта по модернизации очистных сооружений повысилась эффективность их работы, улучшились качественные показатели сточных вод и безопасность труда. Это самая современная станция по очистке сточных вод.

В ходе первого этапа проекта модернизирован аэротенк №3, вторичные отстойники №4 и №7, завершено строительство станции механической очистки сточных вод Сыктывкара и Эжвы, а также камеры смешения. В настоящее время проводится модернизация преаэратора второй ступени. На втором этапе будет модернизирован аэротенк №4, три вторичных отстойника, выполнена активация буферных емкостей. Третий этап проекта по модернизации очистных сооружений пока находится в разработке.

Официальное открытие новой станции механической очистки сточных вод состоялось 3 марта. В мероприятии, имеющем большое значение для коммунального хозяйства г. Сыктывкара и Эжвинского района приняли участие руководители Монди СЛПК, руководители муниципальных администраций, представители природоохранных ведомств, а также региональные СМИ.

Компания Монди ежегодно инвестирует в развитие предприятия, уделяя большое внимание природоохранным мероприятиям, направленным на охрану водных ресурсов региона. В результате реализации проекта по модернизации очистных сооружений мы повысим эффективность их работы, улучшим качественные показатели сточных вод и безопасность труда, - сказал генеральный директор Монди СЛПК Клаус Пеллер.

По словам руководителя администрации г. Сыктывкара Ивана Поздеева, запустив в эксплуатацию станцию механической очистки сточных вод, предприятие сделало очередной шаг в сторону улучшения экологической обстановки в столице республики, и, в первую очередь, в Эжвинском районе города.

Сбросы недостаточно очищенных сточных вод влияют на экосистему водных объектов, отрицательно сказываются не только на экологической, но и на санитарной безопасности населенных пунктов. Понимая всю важность данного вопроса, Монди СЛПК проводит большую работу по снижению отрицательного воздействия на окружающую среду. "Уверен, что этот проект, который, к слову, смело можно называть социальным, принесет только положительные результаты" - сказал И. Поздеев.

Очистные сооружения Монди СЛПК - это комплекс производственных установок и технологических процессов, через который проходит свыше 80 миллионов кубометров воды в год, из которых 30% составляют хозяйственно-бытовые стоки Сыктывкара, Эжвинского района и Северного промышленного узла (включая промышленные стоки Зеленецкой птицефабрики, с. Зеленец и хозяйственно-бытовые стоки с. Выльгорт).

Сточные воды, поступающие на Монди СЛПК, помимо механической очистки от песка, крупного мусора и других минералов, проходят также биологическую очистку от органических соединений с помощью "активного ила", который состоит из питающихся органикой микроорганизмов. Для поддержания их деятельности требуется постоянно насыщать сточные воды кислородом - это обеспечивают особые мембранные аэраторы, подающие воздух в специальные емкости (аэротенки), куда осуществляется также подача "активного ила". На станции биологической очистки сточных вод Монди СЛПК находятся в эксплуатации 8 аэротенков. Вторичные отстойники - последняя стадия биологической очистки, на которой происходит осветление (отделение) ила от воды. Отделенный ил направляется вновь на аэротенки, для очищения сточных вод.

.2 Роль остаточного пероксида водорода в повышении эффективности биологической очистки

Научные исследования в области экологических проблем направлены на усовершенствование технологии отбелки целлюлозы, а также снижение токсичности стоков, поскольку целлюлозно-бумажная промышленность остаётся по-прежнему водоёмкой и потенциально опасной для окружающей среды. Для этого надо владеть методами определения качественных показателей, как целлюлозы, так и стоков отбельного производства.

Актуальность исследований еще заключается и в необходимости повышения эффективности биологической очистки от фенольных соединений в сточных водах отбельного производства,

Новая производственная схема водопользования при ЕCF-отбелке на лиственном потоке предприятия (A/D0 - Еор - D1) все еще функционирует при суммарном расход диоксида хлора 15 кг/т.

Поэтому существует опасность сброса в водные объекты токсичных органических соединений, обладающих канцерогенными свойствами. Их присутствие ухудшает качества природных вод, поскольку в них могут содержаться диоксины, предшественниками которых являются хлорфенолы. Основными источниками выбросов вредных веществ в атмосферу в цехе отбелки лиственной целлюлозы являются башни и фильтры отбельного производства.

Поэтому в отбелке в качестве основного делигнифицирующего реагента целесообразно применять пероксид водород в щелочной среде. Это важный момент, поскольку ECF-отбелка является условно бесхлорной, вследствие образования молекулярного хлора, как при получении этого реагента, так и при отбелке этим реагентом.

Поэтому одним из направлений повышения эффективности биологической очистки является мягкая ECF-отбелка, которая позволяет существенно сократить диоксид хлора и снизить содержание хлорорганических соединений, поступающих на станцию биологической очистки.

Из литературных источников известно, чтообы активный ил при биологической очистке стоков работал эффективнее, микроорганизмам в нем необходимо создать окислительный стресс. Для этого в активный ил необходимо добавить небольшое количество пероксида водорода и обеспечить его подсветку. При таких условиях в активном иле уничтожаются 95-99% органических загрязнений, включая соединения фенольного характера.

Благодаря высокой способности природных микроорганизмов адаптироваться к условиям окружающей среды, перспективны исследования способов очистки стоков с использованием микроорганизмов, обладающих определенным набором ферментных систем.

При стрессовых состояниях значительно изменяется их изоферментный состав, возможно за счет изменений четвертичной структуры белка фермента, рисунок 1.

Сочетание этого фактора с модернизацией станции биологической очистки, предусматривающей повышение аэрации, повышает жизнедеятельность аэробов активного ила при утилизации органических соединений, рисунок 2.

Рисунок 1 - Четвертичная структура белка -фермента

Рисунок 2 - Микрофотография некоторых микроорганизмов активного ила

отбелка целлюлоза сточный фильтрат

Пероксидаза катализирует окисление органических соединений (фенол, пирокатехин, пирогаллол, гидрохинон, резорцин, гваякол, ароматические кислоты и другие соединения) с помощью пероксида водорода, рисунок 3.