СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ И ЛИГНОСУЛЬФОНАТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/58 

Изобретение относится к охране окружающей природной среды и может быть использовано для целей очистки сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий (ЦБП) с помощью химических реагентов.

Как известно, ЦБП являются мощными загрязнителями природных вод объемными и многокомпонентными стоками, в составе которых превалируют весьма токсичные хлорорганические соединения (хлорлигнины, хлорфенолы, и т.д.), а также лигносульфонаты натрия (предельно-допустимая концентрация для хлорфенолов в воде 10^-4 мг/л, для лигносульфонатов 1 мг/л [1]).

Для очистки сточных вод ЦБП от хлорорганических соединений (ХОС) и лигносульфонатов (ЛС-Na) с учетом требований санитарных правил и норм в реальной промышленной практике используют методы коагуляции, седиментации и обработки активным илом (биочистки) [2, 3].

Кроме того, проводятся интенсивные поиски новых методов химической детоксикации водных растворов, в частности от фенола и его производных. В их числе предложены: экстракция гидрофильными спиртами в присутствии высаливателей [4], сорбция на цеолитах [5], фотохимическое разложение с применением промоторов [6].

Однако, как существующие, так и вновь предлагаемые методы, либо недостаточно эффективны, либо нетехнологичны (трудоемки, энергоемки и т.д.), либо в случае гидробионтов активного ила высокочувствительны к токсичным компонентам стоков. Поэтому разработка новых, более совершенных методов локальной очистки вредных стоков ЦБП, по-прежнему, сохраняет свою актуальность.

Целью настоящего предложения является снижение содержания ХОС и ЛС-соединений в сточных водах ЦБП с перспективой повторного использования этих вод для технологических нужд.

Указанная цель достигается осаждением названных загрязнителей из водных растворов в виде нерастворимых смешанных комплексов с солями цинка (ZnCl₂, ZnSO₄, Zn(OAc)₂ и др.) и имидазолом (Im) или его производными.

Примеры реализации изобретения.

Концентрацию ХОС и ЛС-Na в водных растворах (стоках) до и после обработки комплексообразователями и имидазольными производными определяли спектрофотометрически по изменению светопоглощения (оптической плотности) в УФ-области спектра при 280 нм, характерной для лигнинов [7], а содержание ХОС также и по показателю "адсорбируемый органический хлор" (АОХ), характеризующему суммарное содержание всех ХОС, адсорбируемых на активированном угле [8].

Эксперименты по осаждению ХОС проводили на промышленных стоках (фильтратах) хлорирования и щелочения стадии отбелки хлором сульфатной и сульфитной целлюлозы Архангельского ЦБК:
- фильтрат хлорирования - жидкость светло-желтого цвета, pH 2,8 - 4,0, исходное содержание хлорлигнинов 0,08 - 0,19 г/л, АОХ 11,4 - 12,6 мг/л;
- фильтрат щелочения - жидкость темно-коричневого цвета, pH - 10,8 - 11,2, хлорлигнины 0,87 - 1,30 г/л, АОХ 46 - 53 мг/л.

К 50 мл указанного фильтрата с фиксированным по поглощению в УФ-области содержанием хлорлигнинов добавляли соль цинка ZnCl₂ Zn(SO₄), Zn(OAC)₂ и имидазол (при весовом соотношении 1,2 - 0,8 каждого реагента на хлорлигнин), pH реакционного раствора доводили до 6,5 - 8,5 (NaOH, NH₄OH), далее раствор (суспензию) перемешивали на магнитной мешалке 5 - 10 мин при комнатной температуре, выпавший осадок комплекса ХОС-Zn²⁺-Im отфильровывали на бумажном фильтре, а осветленный фильтрат анализировали на остаточное содержание хлорлигнинов и АОХ.

Осаждение ЛС-Na изучали на модельных водных растворах, приготовленных на основе промышленных лигносульфонатов Архангельского ЦБК, представляющих собой жидкости темно-коричневого цвета с pH 4,5 - 5,0 и содержанием сухого вещества 2,4 - 2,7 г/л.

К 50 мл указанного раствора добавляли соль цинка и имидазол (весовое соотношение 1,2 - 0,8 каждого реагента на лигносульфонат), pH реакционного раствора доводили до 6,5 - 8,0, раствор (суспензию) перемешивали 5 - 10 мин при комнатной температуре, выпавший осадок комплекса ЛС-Zn²⁺-Im отфильтровывали, а оставшийся фильтрат анализировали на остаточное содержание ЛС-Na.

Для сравнения на тех же объектах проводили осаждение ХОС и ЛС-Na с помощью известного коагулянта - сульфата алюминия (прототип).

Конкретные загрузки реагентов для опытов с ХОС и ЛС-Na и их оптимизации по достигаемому эффекту очистки сточных вод обобщены в табл. 1.

Как следует из табл. 1, максимальный эффект осаждения обоих загрязнителей наблюдается при загрузке реагентов в весовом соотношении ХОС (ЛС-Na): Zn-соль: Im= 1,0: 2-0,8: 1,2-0,8. Использование соединений цинка и имидазола выше 1,2 (на извлекаемый загрязнитель) неэкономично по отношению к расходу и стоимости реагентов, использование же их ниже 0,8 не обеспечивает должного эффекта.

В соответствии с этим дальнейшие опыты по осаждению ХОС (табл. 2) и ЛС-Na (табл. 3) проведены при весовом соотношении реагентов, равном 1,0:1,0: 1,0.

Как показывают данные табл. 2, предложенный нами способ комплексообразования ХОС солями цинка в присутствии имидазола и его производных обеспечивается 60%-ное и 80%-ное извлечение ХОС из фильтратов хлорирования и щелочения соответственно, т. е. на 20 - 30% выше, чем известным промышленным коагулянтом Al₂(SO₄)₃.

Для лигносульфонатных растворов (табл. 3) эффективность очистки еще выше и составляет 90%.

Таким образом, открываются возможности на основе единой технологии очищать как отдельные стоки, так и лигносульфонатные растворы, что является дополнительным преимуществом данного изобретения.

Изобретение рекомендовано использовать для локальной очистки сточных вод ЦБП на соответствующих стадиях производства перед поступлением их на биологическую очистку.

Литература
1 Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнений (САН П и H N 4630-88), М:М3 СССР, 1988.

2. Сапотницкий С.А. Использование сульфитных щелоков. - М.: Лесная промышленность, 1981. с. 198.

3. Чернобережский Ю.М., Дягилева А.В., Барышева И.А. Коагуляционная очистка сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной промышленности //ЖПК. 1994. - Т. 67. - N 3. - С. 402 - 406.

4. Коренман Я.П., Ермолаева Т.Н., Мишина А.В., Новикова Н.П. Разработка эффективных экстракционных систем для извлечения фенола из водных сред //ЖПК. 1993. - Т. 66. - N 10. - С. 2386.

5. Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Минск: 24-29 мая 1993. - Т. 1. - С. 168 - 170.

6. Бочкова М. М. , Шульпин Г.Б. Фотохимическое разложение фенола и его производных в присутствии соединений переходных металлов //Химия в интересах устойчивого развития. 1996. - N 4. - C. 31.

7. Лигнины (структура, свойства, реакции) // Под ред. К.В.Сарканена, К. Х. Людвига: Пер. с англ. - М.: Лесная промышленность, 1975. - С. 632.

8. ISO 9562. DIN 38409.

Область использования: очистка сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий (ЦБП) от хлорорганических и лигносульфатных соединений - основных загрязнителей природных вод. Сущность изобретения: сточные воды обрабатывают солями цинка и имидазолом или его производными в виде водонерастворимых смешанных комплексов. Способ обеспечивает 70%-ное извлечение хлорорганических соединений (хлорлигнинов) из отбельных стоков ЦПБ и 90%-ное извлечение лигносульфонатов натрия из их водных растворов, что на 20-30% выше по сравнению с известным способом. 3 табл.

Способ очистки сточных вод от хлорорганических и лигносульфонатных соединений путем их осаждения в форме водонерастворимых смешанных комплексов, отличающийся тем, что используют соли цинка в сочетании с имидазолом или его производными при весовом соотношении хлорорганические соединения, лигносульфонат : соль цинка : имидазол или его производные = 1,0 : 0,8 - 1,2 : 0,8 - 1,2.