Исследование сульфата магния для очистки сточных вод производства целлюлозы из рапса

Э. Ш. Гаязова, И. Г. Шайхиев, Н. П. Григорьева,

С. В. Фридланд

ИССЛЕДОВАНИЕ СУЛЬФАТА МАГНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ ИЗ РАПСА

Ключевые слова: производство целлюлозы, рапс сточная вода, коагуляция, флокуляция.

Исследована очистка сточной воды производства целлюлозы из рапса с применением магнийсодержащего коагулянта и совместное применение данного коагулянта совместно с флокулянтами различной активности. Представлены графики скорости осаждения. Обнаружено, что применение данного коагулянта возможно для данного типа сточных вод, при этом достигается значительное увеличение светопропускания и уменьшение значений ХПК.

Keywords: production of pulp, canola, wastewater, coagulation, flocculation.

Investigated the treatment of wastewater from the pulp of rape with the use of magnesium-containing coagulant an coagulant combined use offlocculants withdifferent activity. Shows plots of the deposition rate. It was found that the use of thecoagulant is possible for this type of waste water, with a significant increase in light transmission and a decrease in COD value.

В настоящее время недревесное растительное сырье, в частности, отходы сельскохозяйственных культур не находят квалифицированного применения, так как большая часть их остается на полях и обычно сжигается, тем самым, причиняя экологический ущерб окружающей среде. Особо остро проблема переработки отходов сельского хозяйства стоит для тех территорий (Китай, Индия, страны СНГ, ряд российских регионов), где производство крупяных и хлебных злаков является основной отраслью, на которой строится их благосостояние. Основным достоинством недревесного сырья является его ежегодная воспроизводимость и невысокая стоимость. В то же время, однолетние растения являются источником ряда ценных продуктов природного происхождения, в том числе и целлюлозы. Производство последней из однолетних растений по сравнению с целлюлозой из древесины характеризуется более высоким расходом воды, электроэнергии и пара (на тонну произведенной целлюлозы): расход воды ~200 м3, расход пара — 3,5 т, расход электроэнергии — 250-400 кВт ч, по сравнению с 80-100 м3, 1,7-0,9 т и 150-200 кВт ч целлюлозы из древесины соответственно. Следовательно, вышеназванные обстоятельства способствуют образованию следовательно образуется большого количество сточных вод (СВ) со сложным химическим составом. Высокое содержание щелочи и дисперсной фазы не позволяет напрямую направлять на биологические методы очистки, поэтому для предварительной очистки стоков целесообразно применять методы коагуляции и флокуляции [1,2].

В настоящей работе исследовалась коагуляционная очистка СВ производства целлюлозы из рапса. Технология выделения последней описана в работе [3]. Ранее было показана возможность применения сульфата магния в качестве коагулянта для предварительной очистки СВ производства целлюлозы из льняного сырья [4]. Исследуемые сток имеет следующий состав: ЫаОИ - 0.56%, ПАВ - 0,16%,

гемицеллюлоза - 0,66%, лигнин - 0,5%, углеводы -0,3%, азотсодержащие вещества - 0,1%, соли жирных кислот и воски - 0,7%, минеральные вещества -

0,5%, рН = 12,50, ХПК = 14625 мгО2/л, светопро-пускание ( 1 = 5 мм, X = 750 нм) = 5%, и несколько отличается от представленного в работе [4].

В качестве коагулянта в работе использовался 30% - ный раствор сульфат магния при различных концентрациях.

В мерные цилиндры, содержащие по 100 мл исследуемой сточной жидкости добавлялся раствор вышеназванного коагулянтав дозировках 0,5 - 15 г/л в пересчете на сухое вещество реагента. Пробы воды с исследуемым раствором Мд8О4 тщательно перемешивались в течении 2 мин по окончании процесса определялась скорость осаждения коагу-люма в течении 24 часов. Кинетика оседания приведена на рис.1.

120

а 5 IQ 15 2D 25 30

Время ч

—^а,5г —№ 1г -*-1г -»^5г Юг —15г

Рис. 1 - Зависимость объема осадка от

концентрации коагулянта и времени оседания

Как следует из приведенных на рис.1 графиков, с увеличением дозировок сульфата магния объем оседающего коагулюма увеличивается. При дозировках коагулянта более 10 г/л осадок практически не подвергается

седиментации и находится во всем обьеме реакционного сосуда.

Образовавшийся коагулюм

отфильтровывался на тканевом фильтре, сушился до постоянной массы и взвешивался, а фильтрат анализировался, в частности, на изменение значений рН, ХПК и светопропускания. Полученные показатели названных параметров приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-химические показатели фильтратов в зависимости от дозировки коагулянта

Доза коагулянта, г/л рН ХПК, мгО2/л Светоро- пускание, %

0,5 12,43 13045 14

1 12,42 12896 19

3 11,96 10912 56

5 11,14 10416 65

10 10,55 9424 69

15 10,28 9424 69

Как следует из приведенных в таблице 1 данных, с увеличением дозировки введенного коагулянта значения ХПК понижаются, а показатель светопропускания повышается, что свидетельствует об осветлении стоков и удалении части органической дисперсной фазы в осадок. Найдено, что увеличение концентрации МдБС4 более 10 г/л не приводит к изменению вышеназванных параметров и дальнейшие эксперименты проводились со стоками , обработанными коагулянтами в указанной дозировке.

Как указывалось ранее, при внесении исследуемого реагента в сточную жидкость в вышеназванном количестве, образующийся коагулюм занимает весь объем реакционного сосуда, что является неблагоприятным моментом с технологической точки зрения. Визуально отмечено, что частицы дисперсии имеют очень малые размеры и практически не седиментируют в течении 24-х часового отстаивания.

В связи с вышеизложенным, для ускорения скорости оседания коагулюма и интенсификации процесса очистки в скоагулированые образцы стоков, вводились флокулянты анионактивный марки «Праестол 2640», катионактивный марки «Праестол 611» и крахмал с концентрацией последних 0,1 г/л в дозировках 1-3 мг/л. Флокулянты применяют в дополнение к коагулянтам для ускорения процесса хлопьеобразования, упрочнения хлопьев, увеличения скорости их осаждения [5].

Введение флокулянтов указанных марок, визуально, показало укрупнения частиц коагулюма и оказало значительное воздействие на ускорение процесса осаждения последнего.

30

Мэ фгцщулвіНа Грвкт^264003

Врмч.4

^ Пркгш 61103 мг/л — Крахмал С=3 мг/*

Рис. 2 - Зависимость объема осадка от

концентрации флокулянта и времени оседания

Наилучшая скорость осаждения наблюдалась у проб СВ с добавлением флокулянта марки «Праестол 2640» концентрацией 3 мг/л, что демонстрируется графиками седиментации коагулюмов , приведенных на рис. 2.

Физико-химические показатели фильтратов после добавления флокулянтов в различной дозировке приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические показатели фильтратов после добавления флокулянтов в различной дозировке

Флоку ку- лянт Доза флоку- лянта, мг/л рН ХПК, мгО2/л Свето-пропускание, %

Праестол 2640 1 10,5 10400 88

2 10,6 11450 98

3 10,7 11259 96

Праестол 611 1 10,5 10000 75

2 10,6 1000 80

3 10,7 9259 82

Крахмал 1 9,9 11124 65

2 9,9 12151 65

3 9,8 12506 54

Как следует из приведенных в таблице 2 данных, с увеличением дозировки флокулянтов значения ХПК фильтратов повышается. Данное обстоятельство связано с тем, что в водных растворах остаются некоторые количества непрореагировавшего реагента, что способствует повышению рассматриваемого параметра. В то же время следует отметить, что увеличение дозировок исследуемых флокулянтов марок «Праестол» способствует осветлению стоков. В частности, использование флокулянта марки «Праестол 2640» в дозировке 2 мг/л в совокупности с сульфатом магния в дозировке 10 г/л приводит к повышению показателя светопропускания с 5% до 96%.

Отмечено, что использование крахмала в качестве флокулянта негативно сказывается на рассматриваемые параметры (табл. 2).

Таким образом, проведенными исследованиями показана возможность использования растворов сульфата магния и флокулянтов для первичной очистки СВ производства целлюлозы из рапса. Найдено, что совместное использование коагулянта и флокулянтов приводит к образованию хорошо структурирующихся и осаждающихся хлопьев осадка и эффективному осветлению исследуемой сточной жидкости. Наилучшие результаты по ХПК наблюдались при применении флокулянта марки «Праестол 611» концетрацией 3 мг/л.

Литература

1. Яковлев, С. В. Очистка производственных сточных вод / С. В. Яковлев, Я. А. Карелин, Ю. М. Ласков, Ю. В. Воронов. - М.: Стройиздат, 1979. - 320 с.

2. Тимонин, А. С. Инженерно-экологический справочник: в 3 т. Т. 2 / А. С. Тимонин. - Калуга: Издательство Н. Бочкаревой, 2003. - 884 с.

3. Григорьева Н.П. Технология получения целлюлозы из травянистых растений и ее свойства / Н.П. Григорьева, О.К. Нугманов, Д.С. Нусинович, В.Ф. Сопин, Н.А. Лебедев // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, № 3 - С. 165-168

4. Капралова Н.Н., Шайхиев И.Г., Григорьева Н.П., Лебедев Н.А. / Н.Н. Капралова, И.Г Шайхиев., Н.П. Григорьева, Н.А. Исследование сульфата магния в качестве коагулянта для очистки сточных вод производства целлюлозы. 1. Из льняного сырья // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. - Т. 15, № 5 - С. 29-31

5.Запольский А.К. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды / А.К. Запольский, А. А. Баран. - Л.: Химия, 1987. - 208 с.

© Э. Ш. Гаязова - асп. каф. инженерной экологии КНИТУ, elmira910@rambler.ru; И. Г. Шайхиев - д-р техн. наук, зав. каф. инженерной экологии КНИТУ, ildars@inbox.ru; Н. П. Григорьева - зав. научно-поисковым сектором технического отдела ОАО «НИИнефтепромхим», petrowna06@rambler.ru; С. В. Фридланд - д-р хим. наук, проф. каф. инженерной экологии

КНИТУ, fridland@kstu.ru.