Сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности

Сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из наиболее водоемких отраслей народного хозяйства. На ее предприятиях ежесуточно расходуется почти 9,2 млн кубических метров свежей воды. В зависимости от качества и ассортимента продукции удельные затраты воды на технологические нужды колеблются в широком диапазоне. Так, на 1 т картона и бумаги, вырабатываемых из неотбеленной целлюлозы, образуется 10—50 м3 сточных вод, из отбеленной целлюлозы — 150—250 м3 и т. п.

Образуются сточные воды: а) при приготовлении химических растворов; б) в процессе варки щепы с химическими растворами; в) во время промывания целлюлозы; г) во время отбеливания целлюлозы; д) во время разливания, прессования и высушивания целлюлозы; е) во время выпаривания щелочей.

Физико-химический состав сточных вод зависит от выпускаемой продукции. Сточные воды содержат волокна целлюлозы, бумаги, наполнители, красители, латексы, эмульсии, клейкие вещества и др. Они разного цвета, с высоким содержание взвешенных и органических веществ, специфическим запахом.

В технологическом отношении различают кислотный (сульфитный) и щелочной (сульфатный) способы получения целлюлозы. Сульфатный способ обеспечивает возможность получения целлюлозы не только из хвойных, но и из лиственных пород.

Характерной особенностью сточных вод, образующихся при сульфатном способе получения целлюлозы, является высокое содержание разнообразных веществ: 33% — неорганических (натрия сульфат, карбонат и хлорид, свободные щелочи) и 67% — органических (в том числе: оксикислоты и лактоны — 33%, фенолы, смоляные и жирные кислоты — 23,65%, лигнин — 35,7%, муравьиная кислота — 1%, уксусная кислота — 0,7%).

Сточные воды сульфит-целлюлозного производства содержат 10% неорганических и 90%) органических веществ. Среди неорганических веществ наиболее распространенные лигнинсульфоновые кислоты (48,4%), моносахариды (30,4%)), полисахариды и продукты распада Сахаров (15,8%>), смолы, белки (2,9%>), уксусная кислота (2,5%>).

Источниками органических веществ в сточных водах целлюлозно-бумажных, картонных комбинатов являются разведенные щелочи, а также продукты деструкции целлюлозы, образующиеся во время ее отбеливания и переработки. Эти вещества принадлежат к разным классам химических соединений: алифатические и терпеновые углеводы, ароматические углеводы фенольного ряда и др.

В зависимости от состава загрязнений на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности выделяют щелочные потоки сточных вод, содержащих преимущественно: кору, щелочи, волокна, кислоты, шлам, золу, вещества с неприятным запахом. Кроме того, образуются условно чистые, а также поверхностные сточные воды с территории предприятия.

Особенностью канализования предприятий целлюлозно-бумажной промышленности является то, что сточные воды, образуемые в результате изолированных производственных процессов, проходят сначала локальную очистку от щелочных загрязнений. Так, кору удаляют из сточных вод при помощи барабанных и сетчатых фильтров. Волокна отфильтровывают через сетчатые фильтры с дальнейшим отстаиванием в горизонтальных или вертикальных отстойниках. Удаляют из сточных вод щелочи. Вещества, имеющие неприятный запах, удаляют хлорированием с отстаиванием. После локальной очистки сточные воды собирают в общий поток, отводят на общезаводские сооружения механической, физико-химической или биологической очистки.

Важным является то, что даже 90—95%> техническая эффективность сооружений биологической очистки не гарантирует достаточного удаления из сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности органических веществ. Биологически очищенные сточные воды имеют высокую цветность (до 400°). Запах сточных вод исчезает при разведении в 200 раз. ХПК биологически очищенных вод достигает 280—350 мг 02/л. При отведении таких сточных вод в поверхностные водоемы вода в них имеет неприятный запах на расстоянии до 20 км ниже участка выпуска. Он исчезает лишь при разведении в 2—5 раз. В 3—4 раза возрастает цветность воды в водоемах, резко снижается концентрация растворенного в воде кислорода. В десятки раз возрастает содержание взвешенных частиц.

Санитарная охрана поверхностных водоемов от загрязнения промышленными сточными водами осложняется разнообразием физико-химического состава и свойств сточных вод, а также численностью предприятий.

Естественно, что аналогично тому, как решаются проблемы водоотве-дения и очистки хозяйственно-бытовых сточных вод на городских очистных канализационных сооружениях, очистка промышленных сточных вод должна осуществляться методами в зависимости от их фазово-дисперсного состава.

Очистка и обезвреживание промышленных сточных вод является важным мероприятием в деле санитарной охраны поверхностных водоемов. Результаты многочисленных научных исследований свидетельствуют, что в нашей стране успешно осуществляется проектирование и строительство очистных канализационных сооружений для большинства промышленных предприятий.

При проектировании и размещении промышленного предприятия на территории или вблизи города или при решении вопроса о совместной очистке и обезвреживании сточных вод от нескольких предприятий промышленной зоны и приближенного к ней жилого массива загрязненные промышленные сточные воды могут быть отведены непосредственно в городскую канализационную сеть. При этом они должны соответствовать нормам отведения в канализационную сеть. В данном случае будет осуществляться совместная очистка смеси промышленных и бытовых сточных вод на единых городских очистных сооружениях канализации. Загрязненные промышленные сточные воды обычно содержат специфические загрязнения, которые могут отрицательно влиять на условия эксплуатации канализационной сети города и городских очистных сооружений. При поступлении специфических загрязнений промышленных сточных вод в поверхностные водоемы может нарушаться режим их водопользования.

С целью предупреждения отрицательного влияния промышленных сточных вод на канализационную сеть населенного пункта, режим эксплуатации очистных сооружений или их отдельных элементов, а затем и на водоемы, куда сбрасывают очищенные сточные воды, содержащиеся в них загрязнения не должны привести к превышению ПДК этих веществ в воде поверхностных водоемов. Это необходимо учитывать на этапах проектирования, строительства и ввода в эксплуатацию новых и реконструированных промышленных предприятии. Соответствие таким требованиям может быть достигнуто внедрением на промышленных предприятиях малоотходных и безотходных технологий, систем повторного и оборотного водоснабжения, созданием бессточных и безотходных производств.

При выпуске промышленных сточных вод в канализационную сеть населенного пункта к ним предъявляется ряд требований, регламентированных соответствующими "Правилами приема производственных сточных вод в системы канализации населенных пунктов". Промышленные сточные воды, выпускаемые в канализационную сеть города, не должны:

а) иметь БПК20 выше уровня, указанного в проекте очистных сооружений канализации;

б) нарушать работу канализационных сетей и очистных сооружений;

в) иметь температуру свыше 40 °С и pH ниже 6,5 или выше 9,0;

г) содержать вещества, способные засорять канализационные трубы, колодцы, решетки или откладываться на их поверхностях. Это твердые отходы, почва, абразивные порошки и другие грубодисперсные взвеси, гипс, известь, песок, металлическая или пластмассовая стружка, жиры, смолы и др.;

д) разрушать трубы и элементы очистных сооружений;

е) содержать горючие примеси и растворенные газообразные вещества, способные создавать взрывоопасные смеси в водоотводных сетях и очистных сооружениях;

ё) содержать только неорганические вещества или вещества, не подвергаемые биологическому разложению;

ж) содержать опасные бактериальные, вирусные, токсические и радиоактивные загрязнения;

з) содержать биологически жесткие поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые подвергаются разрушению;

и) ХПК превышать БПК5, более чем в 2,5 раза.

Если промышленные сточные воды не отвечают указанным требованиям, их следует предварительно подвергнуть очистке на промышленном предприятии. Степень такой очистки обязательно согласовывают с городскими государственными администрациями и организациями, проектирующими очистные канализационные сооружения населенного пункта.

Среди методов очистки промышленных сточных вод заслуживает внимания классификация М. И. Лапшина. В ней рассмотрен метод очистки промышленных сточных вод в зависимости от их фазово-дисперсного состава. В классификации выделены три группы основных методов очистки промышленных сточных вод: методы, основывающиеся на удалении примесей без изменения их химического состава; на преобразовании примесей с изменением их химического состава и биохимические методы.

Первая группа методов очистки промышленных сточных вод подразделяется в свою очередь на две подгруппы. Первая подгруппа предусматривает непосредственное (механическое) удаление примесей из воды. Их удаляют при помощи механических решеток, сеток, микропроцеживания, отстаивания и осветления, центрифугирования, фильтрации, флотации, мембранного электрофореза.

Вторая подгруппа предусматривает удаление примесей без изменения химического состава, исходя из характера распределения фаз: дегазацию, отгонку, эвапорацию (примеси — газовая фаза; вода — жидкая фаза); выпаривание (примеси — жидкая или твердая фаза; вода — газовая фаза); коалесценцию, экстракцию (примеси и вода — две жидкие несмешиваемые фазы); вымораживание (примеси — жидкая фаза; вода — твердая фаза); кристаллизацию, сорбцию, коагуляцию (примеси — твердая фаза; вода — жидкая фаза).

Удалять из промышленных сточных вод взвешенные вещества можно в гидроциклонах (открытых и под давлением). С целью удаления из сточных вод мелкодисперсных взвешенных веществ, а также для удаления из осадка ценных продуктов и их утилизации применяют центрифуги непрерывного или периодического действия. Удаление из сточных вод, кроме взвешенных веществ, СПАВ, нефтепродуктов, жиров, масел, смол и других веществ, не выпадающих в отстойниках, осуществляется в разных конструкциях флотационных установок. Для удаления из воды растворенных газов, находящихся в сточных водах в свободном состоянии, используют разные конструкции дегазаторов (работающие при атмосферном давлении или под вакуумом): с барботажным слоем жидкости, насадками разной формы и пустотные распылители.

Методы превращения примесей с изменением их химического состава (вторая группа) подразделяют на подгруппы: а) образование труднорастворимых электролитов; б) образование малодиссоциированных соединений; в) образование комплексных соединений; г) процессы синтеза и распада; д) окислительно-восстановительные процессы, в том числе электрохимические; г) термолиз. Характеристика указанных методов детально описана в специальных изданиях и учебных пособиях водоотведения промышленных предприятий.

Решая вопросы целесообразности применения биологической очистки промышленных сточных вод, следует обратить внимание на наличие в них загрязняющих веществ, способных к биохимической деструкции, и на то, что на эффективность процессов биологической очистки влияют различные факторы, в частности: а) структура примесей; б) токсические вещества; в) уровень питания биомассы; г) биогенные элементы; д) повышенная минерализация; е) активная реакция среды.

Исходя из этого, промышленные сточные воды, подлежащие биологической очистке, должны отвечать следующим требованиям:

а) содержать примеси, подлежащие биохимической деструкции. Накоплен ный опыт эксплуатации очистных сооружений, многочисленные исследования биохимического окисления чистых химических веществ свидетельствуют о том, что их химическая структура может существенно влиять на скорость био-химических процессов. Например, доказано, что первичные спирты окисляются легче, чем вторичные, вторичные легче, чем третичные, и т. д.;

б) содержать токсические вещества в концентрациях, не оказывающих от рицательного влияния на работу сооружений биологической очистки. Такими концентрациями являются те, которые не влияют заметно на работу биологических очистных сооружений (ПДК б 0 с ). При этом следует учитывать, что в промышленных сточных водах могут содержаться токсические химические вещества, вредное действие которых на биологические процессы, происходит при значительно меньших концентрациях. В этом случае, кроме ПДК, следует учитывать ПДК промышленных сточных вод, т. е. концентрацию, превышение которой уже может привести к любому отрицательному действию на процессы биологического окисления и жизнедеятельность микроорганизмов активного ила;

в) суточная нагрузка загрязнений на 1 г беззольной массы активного ила не должна влиять отрицательно на эффективность биологической очистки. При этом учитывают отношение ХПК/БПК. Оно, как уже отмечалось, не должно превышать 1,5;

г) иметь достаточный для нормального процесса синтеза клеточного вещества активного ила запас биогенных элементов питания — органического углерода, азота, фосфора. Это определяют отношением БПК : N : Р (азот аммонийных солей или белковый и фосфор в виде растворенных фосфатов). Согласно рекомендациям СНиП 2.04.03-85, во время обработки городских сточных вод отношение БПК20 : N : Р должно быть не менее 100 : 5 : 1 ;

д) температура сточных вод должна быть в пределах 20—30 °С. В то же время, по нашим данным, аэробные биологические окислительные процессы еще происходят при минимальной температуре не ниже 6 °С. Установлено, что биологическая очистка сточных вод может происходить и при более высокой температуре (36—40 °С). Но, как свидетельствуют данные Ц. И. Роговской (1972), при температуре 37—40 °С (против 20 °С в норме) возрастает в 1,7—2,2 раза расход воздуха для аэрации аэротенков, чаще наблюдается вспухание активного ила;

е) общая концентрация растворенных солей, не влияющая отрицательно на скорость биохимического окисления, не должна превышать 10 г/л. При более высоких концентрациях (до 20 г/л) необходима длительная (до 1 мес) адаптация активного ила;

ё) значение водородного показателя (pH) сточных вод, оптимальное для жизнедеятельности микроорганизмов, должна быть в пределах 6,5—8,5. Превышение значения pH часто способствует пенообразованию, особенно при наличии в сточных водах СПАВ, масел, сульфитных и сульфатных основ.