СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2005 года по МПК C02F1/52 C02F103/28 

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 среды4,87,010,010,511,012,0Степень удаления ЛС,%2,52,014,021,030,048,0

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/л00,5124681218Степень удаления ЛС, %142734424852566063

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/л05075100150180Степень удаления ЛС,%0630364950

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 солиСтепень удаления ЛС,%Хлористый цинк30Сернокислое железо II40Сернокислое железо III35Сернокислый алюминий52Азотнокислый алюминий50Сернокислый магний35

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 кальцияДозировка соединения кальция, мг-экв/лСтепень удаления ЛС,%Оксид кальция5030Гидроксид кальция (известковое молоко)5050Хлорид кальция15050Нитрат кальция15050Ацетат кальция15055

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.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства от лигнинных веществ. Для осуществления способа сточные воды обрабатывают 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 и отделяют образующиеся взвеси. Способ обеспечивает снижение расхода реагентов для эффективной очистки при удешевлении процесса очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства. 5 табл.

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 /лСоединения кальция 40-150 мг-экв /л