СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ КАРТОННО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА К ПОВТОРНОМУ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ Российский патент 2009 года по МПК D21F1/66 C02F1/52 C02F1/56 D21F1/70 

Изобретение относится к технологии частичного замкнутого водооборота в картонно-бумажном производстве, в частности к способам подготовки оборотной воды картонно-бумажного производства к повторному ее использованию.

Известен способ очистки волокносодержащих сточных вод от взвешенных веществ, включающий введение сульфата алюминия, флоторсагента и полиакриламида с последующим отделением осадка флотацией.

Согласно этому способу в качестве флотореагента используют N,N,N¹,N¹-тетракис(2-оксиэтил)-1,4-диаминобутин-2. В этом способе полиакриламид и флореагент вводят при их соотношении соответственно 1:(0,5-2,0) (1).

Известен также аналогичный способ очистки волокносодержащих сточных вод, согласно которому в качестве флотореагента используют аммониевые соли моноэтаноламина (2).

Однако согласно этим двум известным описанным способам очистки они могут быть осуществлены лишь в статическом режиме, при этом стадии коагуляции и флотации в них разделены во времени, что трудно использовать в промышленных условиях, то есть в динамическом режиме, а используемые флотореагенты являются уникальными, так как получены они в лабораторных условиях.

Известен также способ очистки технологических вод, содержащих взвешенное вещество и масло, включающий введение флокулянта, согласно которому в качестве флокулянта вводят нестехиометрический комплекс полидиметилдиаммонийхлорида и продукта конденсации олеиновой кислоты с диэтаноламином и аминоэфиром серной кислоты, после чего технологические воды подвергают аэрации. Согласно этому способу количество флокулянта составляет 0,4-5,0 г на 1 м³ технологических вод (3).

Отделение твердой фазы от воды проводят в этом способе путем осаждения и аэрацией, что указывает на относительно низкую прочность коагуляционных структур, то есть в турбулентном потоке воды со снижением эффективности очистки воды по взвешенным веществам.

Проведение операции очистки воды предполагается в этом способе также в статическом режиме, то есть при известных содержаниях взвешенных веществ и оптимальных расходах флокулянта для данной концентрации взвеси. При изменяющихся концентрациях взвешенных веществ требуется постоянно изменять и расход флокулянта, что в практике трудно реализовать. Кроме того, в связи с тем, что реакции образования полиэлектролитных комплексов имеют кооперативный характер, достаточно сложно организовать синтез таких комплексных соединений в производственных условиях при выдерживании постоянных свойств. Таким образом, эффективность очистки воды от взвешенных веществ в данном способе является неустойчивой величиной.

Наиболее близким аналогом предлагаемому описываемому ниже способу является способ подготовки оборотной воды картонно-бумажного производства к повторному ее использованию, включающий обработку оборотной воды последовательно коагулянтом и флокулянтом - анионным полиакриламидом с последующим отделением твердой фазы от оборотной воды флотацией (4).

Согласно этому способу в качестве коагулянта используют гидроксид хлорид алюминия.

Данный способ является довольно эффективным, однако процесс сильно зависит от значений рН очищаемой воды, обусловленной условиями гидролиза соли алюминия, что требует постоянного регулирования значений рН. Кроме того, гидролиз солей алюминия протекает во времени, что приводит к разделению процесса на этапы коагуляции и флокуляции, разделенные 30-100 сек. Это обстоятельство усложняет процесс флотации в производственных условиях. Применение солей алюминия приводит к увеличению минерализации обрабатываемой воды, что снижает количество циклов водооборота очищенной воды и, естественно, к снижению степени очистки воды.

Недостатком известного способа являются также трудности, связанные с подбором селективного флокулянта, обеспечивающего гистерезис смачивания, то есть прочное закрепление периметра смачивания полидисперсных частиц, разнородных по химическому составу.

Это приводит к относительно низкой эффективности процесса флотации, требующей изменения режима работы флотатора: расхода флотореагента и/или сатурированной жидкой фазы, а также регулирования значений рН очищаемой воды.

Новым положительным результатом от использования настоящего изобретения является повышение степени очистки оборотной воды, подготовленной к ее повторному использованию, уменьшение содержания сухого остатка в очищаемой воде, а также исключение необходимости постоянного регулирования рН очищаемой воды.

Указанный положительный результат достигается тем, что в способе подготовки оборотной воды картонно-бумажного производства к повторному ее использованию, включающем обработку оборотной воды последовательно коагулянтом и флокулянтом - анионным полиакриламидом с последующим отделением твердой фазы от оборотной воды флотацией, согласно изобретению в качестве коагулянта используют NN-полидиметил N¹,N¹диаллиламмоний хлорид, и обработку оборотной воды проводят при соотношении коагулянта к флокулянту от 1,3:1 до 6,7:1.

Обработку оборотной воды проводят при соотношении коагулянта к флокулянту преимущественно от 2,6:1 до 4,0:1.

Отделение твердой фазы от оборотной воды осуществляют напорной флотацией. Отделение твердой фазы от оборотной воды осуществляют при концентрации взвешенных веществ 1000-2000 мг/дм³.

Авторами настоящего изобретения было установлено, что высокий катионный заряд и относительно низкая степень полимеризации (10000-1000000), катионного полиэлектролита (коагулянт - N,Nполидиметил N¹,N¹диаллиламмоний хлорид) увеличивает вероятность его прямого взаимодействия с гидрофильной поверхностью целлюлозного волокна с его перезарядкой даже в режиме турбулентного потока обрабатываемой дисперсии на линии подачи реагентов. Это в свою очередь предопределяет эффективность электростатического взаимодействия флокулянта анионного типа (анионный гидролизованный полиакриламид со степенью полимеризации порядка 5-7·10⁶) с модифицированной, в результате адсорбции указанного катионного полиэлектролита, поверхностью целлюлозного волокна. В результате такого взаимодействия за счет реализации кооперативного связывания сегментов поликатионов с полианионами образуются поверхностные интерполиэлектролитные комплексы (ИПЭК), формирующие поверхностные свойства волокон.

При изменении соотношений исходных (при выходе за указанные соотношения коагулянтов к флокулянту) полиэлектролитов при их смешении получаются либо нестехиометрические водорастворимые, либо стехиометрические нерастворимые в воде ИПЭК. При фиксации нанослоев ИПЭК на поверхности целлюлозных волокон регулируются их гидрофильно-гидрофобные характеристики до уровня, обеспечивающего гистерезис смачивания, необходимый для эффективного удаления волокон в потоке воздушных пузырьков, то есть в режиме напорной флотации.

Далее изобретение иллюстрируется конкретными примерами его осуществления в лабораторных и промышленных условиях.

Пример 1. В мерный цилиндр емкостью 1 дм³ в лабораторных условиях помещают 1 дм оборотной воды с концентрацией взвешенных веществ 1400- 1500 мг/дм³. Оборотную воду последовательно обрабатывают сначала коагулянтом N,N-полидиметил N¹,N¹диаллиламмоний хлорид торговой марки «Floquat FL 4540» (Флокат) концентрацией 4 г/дм³, а затем флокулянт - гидролизованный слабоанионный полиакриламид торговой марки «Flopam A N 934SH» (Флопам) концентрацией 1 г/дм³. После введения каждого реагента содержимое перемешивают переворачиванием мерного цилиндра.

Затем осуществляют напорную флотацию для создания пузырьков газа в суспензию, вносят раствор пероксида водорода с добавкой катализатора разложения или используют порошок гидроперита. Разложение реагента приводит к флотации, то есть взвешенные вещества концентрируются в виде шлама в верхней части цилиндра, а оборотная вода очищается.

Результаты анализов, расходы коагулянта и флокулянта, а также их соотношения представлены в таблице 1.

Пример 2. Подготовку оборотной воды картонно-бумажного производства проводят аналогично примеру 1, но используют флотатор картонно-полиграфического комбината Санкт-Петербурга «Посейдон Сатурн» фирмы «Kandant Lomort» производительностью 500-600 м³/ч.

Указанные в примере 1 реагенты (последовательно коагулянт и флокулянт) на линии подачи реагентов в питательный трубопровод очищаемой оборотной воды подают на флотатор до смешения с сатурированной свежей водой. Расход коагулянта составляет 0,3 кг/т продукции, а расход флокулянта - 0,09 кг/т продукции.

Данные по эффективности очистки оборотной воды представлены в таблице 2.

Пример 3. Подготовку оборотной воды проводят аналогично примеру 2 в течение января-ноября 2007 г. с целью оценки надежности и устойчивости работы флотатора, статистические данные, подтверждающие значимость предлагаемого способа, представлены в таблице 3. Дополнительно со снижением содержания взвешенных веществ уменьшается солесодержание в оборотной воде в среднем на 13% (по значениям удельной электропроводности очищаемой воды).

Из таблиц 1 и 2 видно, что предлагаемый способ позволяет значительно повысить степень очистки очищаемой оборотной воды и уменьшить содержание сухого остатка в очищаемой воде. Кроме того, из примеров видно, что предлагаемый способ позволяет исключить необходимость постоянного регулирования рН очищаемой оборотной воды.

Источники информации

1. SU, 1368266, А1, опубл. 23.01.1988 г.

2. SU, 1573004, А1, опубл. 23.06.1990 г.

3. RU, 2162445, Cl, опубл. 27.01.2001 г.

4. RU, 2158327, Cl, опубл. 27.10.2000 г.- прототип.

Таблица 1СпособКонцентрация взвешенных веществ в очищаемой оборотной воде, мг/дм³Расход реагентов, мг/дм³Соотношение коагулянт:флокулянтКонцентрация взвешенных веществ, мг/дм³Степень очистки, %КоагулянтФлокулянт анионный полиакриламидПо прототипу15203056,015687Предлагаемый15002036,76095,9 15001635,36295,8 15001234,05296,5 1500832,67095,2 1500431,39093,9 1400851,64596,8 14008426595,4 14008246095,7

Таблица 2Способ флотации волокнаПроизводительность флотатора, м³/часФлокулянтКоагулянтСоотношение - коагулянт:флокулянтКонцентрация взвешенных веществ, мг/дм³Эффективность очистки, %Степень доочистки фильтр., %Расход,
м³/часКонц.,
г/дм³Расход,
м³/часКонц.,
г/дм³Вход во флотаторПосле флотатораПосле фильтраПосле флотатораПосле фильтра             Предлагаемый5660,842,31,374,02,8141442,5 28,197,098,033,95600,892,131,392,461,8133741,2 40,197,096,92,75360,862,51,402,101,4159059,8 43,496,297,327,4

Таблица 3Месяцы испытанийРасход коагулянта, кг/тРасход флокулянта, кг/тОтношение коагулянт/флокулянтКонцентр, взвешенных веществ в оборотной воде,
мг/дм³, (сред. зн.)Концентр, взвешенных веществ после флотации мг/дм³, (сред. зн.)Эффективность очистки, %рН оборотной воды, (сред. зн.)рН воды после флотации, (сред. зн.)2007 Январь0,240,0653,69213168,896,87,307,24Февраль0,230,092,56173648,397,27,487,45Март0,250,083,13164542,597,47,427,41Апрель0,300,0684,41158745,097,27,667,48Май0,280,0723,88164742,197,47,507,32Июнь0,250,0852,94141336,697,47,527,27Июль0,250,0942,69151041,797,27,387,25Август0,270,0883,07150128,398,17,457,43Сентябрь0,240,0803,00154540,297,37,437,49Октябрь0,30,0983,06130139,796,97,417,52Ноябрь0,30,093,33147749,596,67,507,51Среднее значение0,260,0833,13159043,997,27,467,40

Способ касается подготовки оборотной воды картонно-бумажного производства к повторному ее производству и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности. Оборотную воду последовательно обрабатывают коагулянтом - N,N-полидиметил-N¹,N¹-диаллиламмоний хлоридом и флокулянтом - анионным полиакриламидом с последующим отделением твердой фазы от оборотной воды флотацией. Обработку оборотной воды проводят при соотношении коагулянта к флокулянту от 1,3:1 до 6,7:1, преимущественно от 2,6:1 до 4,0:1. Отделение твердой фазы от оборотной воды осуществляют при концентрации взвешенных веществ 1000-2000 мг/дм³. Техническим результатом является повышение степени очистки оборотной воды, подготовленной к ее повторному использованию, уменьшение содержания сухого остатка в очищаемой воде, а также исключение необходимости постоянного регулирования рН очищаемой воды. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ подготовки оборотной воды картонно-бумажного производства к повторному ее использованию, включающий обработку оборотной воды последовательно коагулянтом и флокулянтом - анионным полиакриламидом с последующим отделением твердой фазы от оборотной воды флотацией, отличающийся тем, что в качестве коагулянта используют N,N-полидиметил-N¹,N¹-диаллиламмоний хлорид, и обработку оборотной воды проводят при соотношении коагулянта к флокулянту от 1,3:1 до 6,7:1.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку оборотной воды проводят при соотношении коагулянта к флокулянту от 2,6:1 до 4,0:1.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение твердой фазы от оборотной воды осуществляют напорной флотацией.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение твердой фазы от оборотной воды осуществляют при концентрации взвешенных веществ 1000-2000 мг/дм³.