СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ НИТРАТОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
METHOD OF WASTE WATER CLEANING FROM CELLULOSE NITRATES

Изобретение относится к области технологии изготовления и может быть использовано в производстве пироксилинов и коллоксилинов различных марок при их изготовлении по периодической, непрерывной и комбинированной технологиям.
3
В настоящее время в производстве нитратов целлюлозы (НЦ), после стадии нитрации целлюлозы и кислотоотжима, все последующие операции обработки НЦ связаны с применением воды или проводятся в водной среде с использованием большого количества технологической воды, достигающей в среднем до 300 м на тонну готовой продукции. При этом отработанными технологическими (сточными) водами на стадиях обработки и после очистных сооружений уносится значительное количество НЦ.
В научно-технической литературе известен способ очистки сточных вод от НЦ (книга: Мойсак И.Е. Химия и технология нитроцеллюлозы. М.: Гос. изд. оборонной промышленности, 1941, с.231-232). Способ включает в себя стадии сбора отработанных (промывных) вод в горизонтальных ловушках и вертикальных отстойниках, выделения в них отстаиванием нитратов целлюлозы, возврата в производство и последующей их переработки.
Согласно этому способу извлечение измельченных и неизмельченных волокон НЦ производят раздельно в вертикальных отстойниках и горизонтальных ловушках (отстойниках). Ловушечный неизмельченный продукт, по мере накопления, периодически направляют в чаны горячей промывки и добавляют в продукцию текущей партии переработки, а измельченный смешанный пироксилин, после дополнительной промывки в лаверах, идет на приготовление продукции специальной ловушечной партии.
Основными недостатками этого способа являются длительное отстаивание в горизонтальных и вертикальных отстойниках сточных вод, извлечение из них нитратов целлюлозы и периодичность возврата их в производство и переработки в низкокачественную продукцию специальной ловушечной партии.
Известен также способ очистки сточных вод от НЦ с применением непрерывно действующих фильтров Вольфа или Фюльнера (см. вышеуказанную книгу Мойсака И.Е., с.232-233), современное название этих фильтров - барабанный вакуум-фильтр. Данный способ включает в себя общий сбор сточных вод от всех стадий производства в сборнике, подача их насосом в фильтр, непрерывное извлечение продукта на поверхности барабана фильтра путем снятия его скребком или сжатым воздухом, сбор извлеченной ловушечной, продукции в ажитаторе, последующее ее взмучивание водой и передача в лавер, обработка ее в лавере и последующее изготовление смесевого пироксилина ловушечной партии.
Недостатками данного способа являются сложность и громоздкость применяемого оборудования, периодичность всего процесса очистки (несмотря на использование непрерывно работающего фильтра), совместная очистка всех сточных вод и, как следствие, периодический выпуск продукции ловушечной партии. Поэтому данный способ не нашел практического воплощения.
Из патентной литературы известен способ очистки отработанных вод (фугата) стадии водоотжима путем рекуперации мелкодисперсных и коллоидных частиц НЦ (патент Франции №2193030 от 16 июля 1972 г., кл. МКИ С08В 5/00), заключающийся в сборе фугата, обработке его коагулянтом (полиакриламидом) в рекуперационном баке с последующим осаждением частиц НЦ, извлечении фильтрацией на барабанном вакуум - фильтре ловушечной продукции и периодическом возврате большей ее части в производство, на стадию водоотжима, для смешения с НЦ текущей партии обработки и другой ее части - в рециркуляционный бак для дополнительного концентрирования фугата перед коагуляцией.
Недостатками способа являются то, что он не универсален и применим только для очистки фугата на стадии водоотжима, где, как правило, и преобладают мелкодисперсные и колодные частицы НЦ, годные для коагуляции. Кроме того, сам способ осуществления является сложным, а применяемая установка - громоздкая. Также можно оспорить утверждение авторов о невлиянии полиакриламида на химическую стойкость нитратов целлюлозы, в особенности, при использовании последних для изготовления пироксилиновых порохов.
Известен также способ очистки сточных вод от нитратов целлюлозы (см. книгу: Гиндич В.И. Технология пироксилиновых порохов, т.1. Производство нитратов целлюлозы и регенерация кислот, Казань, 1995, с.80-82, 361-364). Этот способ аналогичен способу очистки, приведенному в книге Мойсака И.Е., с.231-232, и осуществляется в горизонтальных ловушках и вертикальных отстойниках гравитационным осаждением волокон целевого продукта. Извлеченные НЦ периодически возвращаются в производство и перерабатываются в продукцию.
Прототипом данного изобретения авторами выбран вышеуказанный способ (по книге Гиндича В.И.) очистки сточных вод от целевого продукта по периодически действующей технологической схеме изготовления смесевого пироксилина.
Способ очистки по прототипу осуществляется следующим образом.
Сточные воды, содержащие неизмельченный продукт и отводимые со стадии предварительной стабилизации (промывные воды из чанов горячей промывки и транспортные воды) и измельчения (сифонные воды от ажитаторов неизмельченной продукции, транспортные воды и фильтрат от барабанного и шнекового сгустителей перед мельницами и голландерами), очищаются в горизонтальных ловушках раздельно как по типу продукции (пироксилин №1 и №2), так и по стадиям обработки. При этом уловленные в ловушках пироксилин №1 и №2 стадии предварительной стабилизации возвращают на эту же стадию (в чаны горячей промывки) соответствующих технологических линий изготовления пироксилинов №1 или №2 и перерабатывают в составе текущей продукции. По такой же схеме возвращают и перерабатывают и неизмельченные пироксилины со стадии измельчения.
3
Далее очищенные в ловушках воды с этих стадий и содержащие НЦ в количестве 0,1…0,3 кг/м направляют на станцию нейтрализации, где кислые и щелочные воды нейтрализуют и затем сбрасывают в стоки. Эффективность очистки сточных вод от неизмельченных НЦ в горизонтальных ловушках согласно прототипу равна 80-95%.
Извлечение же измельченных пироксилинов из сточных вод производства осуществляют вместе, в вертикальных отстойниках, для чего сифонные воды лаверов, смесителей общих партий и ажитаторов, а также фугат от водоотжимочных центрифуг собирают в отдельном сборнике, откуда насосом их перекачивают в вертикальные отстойники. Периодически, по мере накопления, смешанный ловушечный пироксилин (№1, №2 и смесевой) перекачивают в лаверы и после дополнительной промывки их подмешивают к общим партиям смесевого пироксилина для выпуска продукции специальной ловушечной партии.
3
Остаточное содержание НЦ в осветленных водах после отстойников, при максимальной производительности производства, может доходить до 0,3-0,4 кг/м и более.
Эффективность очистки сточных вод с измельченной продукцией в вертикальных отстойниках равна 60-80%. Аналогичный способ очистки сточных вод от НЦ применяется на предприятиях отрасли в технологическом процессе изготовления нитратов целлюлозы (смесевых пироксилинов и различных марок коллоксилинов).
Вышеописанный способ очистки (прототип), однако, обладает рядом существенных недостатков, а именно:
1. Способ очистки является периодическим процессом, следовательно, периодическим являются и возврат уловленной продукции в производство и ее последующая переработка.
2. Очистка сточных вод по технологическим стадиям переработки осуществляется только при обработке неизмельченной продукции.
3. Совместная и продолжительная очистка в вертикальных отстойниках всех видов стоков, содержащих измельченную продукцию, приводит к образованию смешанного ловушечного пироксилина (№1, №2 и смесевой пироксилин) и периодическому изготовлению на его основе продукции специальной ловушечной партии. Эта продукция изготовлена после длительного (до 12…20 суток и более) нахождения ловушечного пироксилина в неблагоприятных химических условиях (сильная щелочность, кислотность, механические примеси и т.д.) и изменения некоторых его физико-химических свойств, имеет, поэтому, пониженные качественные показатели и может быть использована только в некоторых неответственных изделиях (низкоазотный пироксилин, целлулоидный и линолеумный коллоксилины и др.). Однако полное отсутствие в настоящее время спроса на такие изделия делает невозможным дальнейшее использование ловушечной продукции по прямому назначению, и предприятия, использующие в технологии данный способ очистки, несут из-за этого огромные расходы по их обезвреживанию или уничтожению.
4. В процессе очистки стоков с неизмельченной продукцией, из-за периодичности процесса осуществления, возврат извлеченной продукции на свои стадии переработки производится с большим запаздыванием (до 3…5 суток и более), вследствие чего ловушечный продукт перерабатывается в составе продукции другой партии. При этом из-за низкого качества неизмельченного ловушечного продукта (длительное нахождение в ловушках в среде кислотности или щелочности, а также присутствие различных механических примесей) происходит существенное снижение качественных показателей изготавливаемой конечной продукции.
5. Длительность процесса извлечения ловушечного продукта из сточных вод (от 4…7 часов и до суток), осуществляемого в ловушках и отстойниках за счет гравитационного отстаивания, обуславливает периодичность проведения процесса очистки.
3
6. Недостаточно высокая эффективность очистки, которая при средней загруженности отстойного хозяйства не превышает 60…85%. Поэтому в очищенных сточных водах еще содержится значительное количество нитратов целлюлозы (до 0,3…0,4 кг/м и более), что обуславливает попадание их в окружающие природные водоемы и загрязнение последних.
7. Вследствие несовершенной технологии очистки безвозвратные потери нитратов целлюлозы только со сбрасываемыми после очистных сооружений водами достигают 90…120 кг на 1 т выпускаемой продукции.
8. Создание и обслуживание отстойного очистного сооружения, вследствие их большого количества (ловушек - около - 6…8 шт., вертикальных отстойников - не менее 6 шт.), крупных габаритов (отстойники диаметром 5…6 м и высотой 9…12 м, ловушки длиной 25…50 м, шириной 2…5 м и глубиной до 2 м) и высокой металлоемкости, связано со значительными капитальными и эксплуатационными затратами.
Техническим результатом настоящего изобретения является исключение изготовления НЦ в виде отдельной ловушечной партии, сохранение качества выпускаемой продукции, повышение экономичности производства и резкое уменьшение загрязнения природных водоемов нитратами целлюлозы.
Технический результат достигается тем, что в отличие от прототипа очистку по данному изобретению организуют на стадиях переработки в ходе технологического процесса, т.е. осуществляют в основном постадийный процесс очистки. При этом на каждой технологической стадии производится раздельная очистка стоков как по типу продукции (пироксилин №1 и пироксилин №2, смесевой пироксилин), так и по степени их технологической обработки (измельченные, неизмельченные, стабилизированные и нестабилизированные волокна НЦ).
Кроме того, процесс очистки, в отличие от прототипа, осуществляют полностью непрерывно, что позволяет все операции очистки провести одновременно и произвести непрерывный возврат и переработку извлеченной из сточных вод продукции на своей же стадии, в составе продукции своей же технологической партии.
При этом в процессе непрерывной очистки на стадиях переработки в технологическом процессе не происходит смешения извлеченной продукции ни по типу, ни по степени обработки, а также запаздывания по времени при поступлении извлеченной продукции для переработки на соответствующие стадии. Отсутствие при очистке образуемого ловушечного продукта способствует сохранению качественных показателей выпускаемой продукции на высоком уровне.
В новом, предлагаемом авторами способе очистки высокая эффективность извлечения унесенной сточными водами продукции достигается за счет организации на стадиях переработки двух видов очистки - предварительной очистки в одну ступень и окончательной очистки (доочистки), осуществляемой в две ступени. Такая организация работы позволяет в конечном итоге достичь высокой эффективности очистки и исключить использование в качестве очистительного оборудования горизонтальных ловушек и вертикальных отстойников.
3
3
При организации процесса очистки, для исключения разбавления технологических взвесей возвращаемой продукцией, возврат извлеченного целевого продукта с предварительной очистки и первой ступени доочистки на свои же стадии переработки осуществляют в виде концентрированной взвеси с содержанием НЦ соответственно до 10…50 кг/м и 3…6 кг/м, извлеченную же водную взвесь со второй ступени доочистки смешивают с подлежащими доочистке исходными водами - см. чертеж.
3
3
Ввиду незначительности уноса НЦ (до 0,5 кг/м) промывными водами стадии предварительной стабилизации в новом способе производится совместная очистка отработанных вод стадий предварительной стабилизации и измельчения с возвратом извлеченной продукции на стадию предварительной стабилизации, что позволяет исключить попадание не прошедших первичную стабилизацию волокон НЦ на последующую стадию обработки. В то же время при постоянном содержании НЦ в исходных водах более 0,5 кг/м, для достижения более высокой степени очистки, доочистку вод этих стадий необходимо осуществить раздельно.
Известно, что в сточных водах (фугате) стадии водоотжима преобладают мелкодисперсные, трудноизвлекаемые при гравитационном осаждении частицы НЦ, которые в смеси с крупнодисперсными волокнами извлекаются лучше, в особенности, при центробежном соосаждении продукции в напорных гидроциклонных аппаратах. Поэтому в предлагаемом способе предварительную очистку и доочистку сточных вод стадий формирования общих партий и водоотжима продукции осуществляют вместе, с возвратом извлеченной продукции для переработки на стадию водоотжима, т.к. перерабатываемая на этих стадиях продукция по степени обработки одна и та же. Совместная очистка этих вод выгодна также и экономически - исключаются дополнительные сборники, насосы и другое оборудование.
В отличие от ловушек и отстойников (по прототипу) в предлагаемом способе используются напорные гидроциклонные аппараты нашей конструкции, имеющие большую производительность, непрерывный тип работы и базирующиеся в своей работе на мощные центробежные силы.
3
В данном способе очистки авторами применяются два типа гидроциклонных аппаратов: батарейный гидроциклонный аппарат двухступенчатого действия с центральным металлическим гидроциклоном грубой очистки (первая ступень) и радиально расположенными пластмассовыми единичными гидроциклонами тонкой очистки (вторая ступень) и батарейный гидроциклонный аппарат (только с радиально расположенными единичными пластмассовыми гидроциклонами) одноступенчатого действия. Первый из аппаратов способен работать стабильно и надежно, без забивок, при любых концентрациях стоков и с неизмельченной твердой фазой, второй - на малоконцентрированных стоках. Центральный гидроциклон имеет диаметр 200 мм, а пластмассовые единичные гидроциклоны (у обоих аппаратов) имеют диаметр 40 мм и составляют по 12 шт. на 1 аппарат. Гидроциклонные аппараты компактны (диаметром 0,7…0,9 м, высотой около 1,5…1,8 м) и высокопроизводительны (по 45 м/час каждый).
3
При предварительной очистке сточных вод, содержащих как крупнодисперсную (неизмельченную) твердую фазу, так и высококонцентрированную взвесь (содержание НЦ может достигать 5…10 кг/м и более), для исключения случаев забивки используют двухступенчатый гидроциклонный аппарат с центральным гидроциклоном. Частично осветленную (очищенную) воду далее направляют на окончательную очистку (доочистку).
3
3
3
Процесс доочистки осуществляют на двух последовательно соединенных гидроциклонных аппаратах: на первой ступени для приема концентрированных стоков применяют двухступенчатый гидроциклонный аппарат с центральным гидроциклоном, на второй ступени - одноступенчатый гидроциклонный аппарат, причем, если содержание твердой фазы в исходных дочищаемых стоках незначительно и постоянно не превышает уровня 0,4 кг/м, процесс доочистки производят в одну ступень на батарейном гидроциклонном аппарате одноступенчатого действия. Также процесс доочистки осуществляют в одну ступень на одноступенчатом гидроциклонном аппарате, если очищенные воды с отдельных стадий производства впоследствии используются повторно, в качестве оборотных. Повторно используемые воды могут применяться в любом объеме для разгрузки чанов, как транспортные, для промывки лаверов и т.д. Для этой цели используют как полностью очищенные (с остаточным содержанием НЦ 0,010…0,020 кг/м), так и частично доочищенные воды (с остаточным содержанием НЦ 0,040…0,130 кг/м). В последнем случае процесс доочистки осуществляют лишь в одну ступень на гидроциклонном аппарате одноступенчатого действия (например, типа БГЦА 40×12).
Оптимальными режимами работы батарейных гидроциклонных аппаратов в процессах очистки и доочистки являются: для гидроциклонного аппарата двухступенчатого действия - давление питания аппарата 0,40…0,50 МПа, одноступенчатого аппарата - давление 0,35…0,45 МПа.
3
3
3
В полностью очищенных водах остаточное содержание НЦ обычно не превышает значений 0,010…0,020 кг/м, и далее эти воды (предварительно нейтрализуя при надобности) направляют в стоки. ПДК на нитраты целлюлозы в водоемах отсутствует, и по отраслевым нормам допускается содержание НЦ в сбрасываемых водах в среднем 0,015 кг/м. При необходимости остаточное содержание НЦ можно еще снизить (например, до значений 0,002…0,005 кг/м) путем применения более тонкой очистки в дисковых фильтрах или фильтрах с использованием фильтроэлементов Крапухина (ФЭК, патент СССР №1834679) с дополнительно нанесенным подслоем из перлита или порошковой целлюлозы.
В предлагаемом способе непрерывной очистки, в отличие от прототипа, полностью отсутствует ловушечная продукция из ловушечного хозяйства, добавляемая обычно к основной продукции; отсутствует также и изготовление нитратов целлюлозы отдельной ловушечной партией и, следовательно, не происходит никакого ухудшения качественных показателей выпускаемой основной продукции.
Данный способ очистки применим к любой технологии изготовления НЦ (периодической, непрерывной или комбинированной). Гидроциклонная установка для очистки является непрерывного действия, устанавливается на отдельных технологических стадиях производства (над технологической емкостью, куда необходимо вернуть извлеченный унесенным продукт) и работает непрерывно (при непрерывной технологии изготовления НЦ) или периодически (при периодической технологии) подключается к очистке по мере накопления минимально необходимого уровня отработанных вод, и при прекращении их поступления установка отключается автоматически.
Основными отличительными признаками нового способа очистки от прототипа являются:
1. Введение очистки сточных вод по технологическим стадиям переработки.
2. Осуществление на стадиях переработки предварительной и окончательной очистки сточных вод, с проведением их соответственно в одну и две ступени.
3. Раздельная очистка всех сточных вод как по типу продукта, так и по степени его технологической обработки.
4. Непрерывное проведение процессов очистки и доочистки, т.е. сбор сточных вод, извлечение из них целевого продукта, возврат в производство и его переработка осуществляется одновременно и непрерывно.
5. Быстрое (за считанные секунды) извлечение целевого продукта из сточных вод, осуществляемое с помощью центробежных сил в напорных гидроциклонных аппаратах.
6. Возврат всей извлеченной (измельченной) продукции на свою же технологическую стадию и переработка - в составе продукции своей же технологической партии.
3
3
7. Возврат в производство извлеченной продукции после предварительной очистки и первой ступени доочистки в виде концентрированной взвеси с содержанием твердой фазы соответственно до 10…50 кг/м и 3…6 кг/м и смешение слабоконцентрированной водной взвеси, извлеченной со второй ступени, с подлежащими доочистке исходными водами.
3
8. Осуществление раздельной или совместной доочистки вод стадий предварительной стабилизации и измельчения в зависимости от концентрации образующихся на этих стадиях исходных стоков (соответственно больше или меньше значения 0,5 кг/м).
9. Совместное проведение процессов предварительной и окончательной очистки сточных вод стадий формирования общих партий и водоотжима, с возвратом извлеченной продукции для переработки на стадию водоотжима.
10. Проведение предварительной очистки на гидроциклонном аппарате двухступенчатого действия, доочистки - на двух последовательно соединенных гидроциклонных аппаратах: на первой ступени с использованием двухступенчатого аппарата, на второй ступени - одноступенчатого аппарата.
3
11. Выполнение процесса доочистки только в одну ступень на гидроциклонном аппарате одноступенчатого действия при условии, что содержание твердой фазы в дочищаемых стоках не превышает уровня 0,4 кг/м, или при повторном использовании на отдельных стадиях производства очищенных вод в качестве оборотных.
12. Оптимальные параметры проведения процессов очистки и доочистки: на двухступенчатом гидроциклонном аппарате - давление питания 0,40…0,50 МПа, на одноступенчатом аппарате - давление питания 0,35…0,45 МПа.
Таблица 1Примеры осуществления предварительной и окончательной очистки сточных вод от НЦ стадии предварительной стабилизации пироксилина №2 (С<sub>исх. вод</sub> больше 0,5 кг/м<sup>3</sup> и С<sub>дооч. вод</sub> меньше 0,4 кг/м<sup>3</sup>)
№ п/п
Показатели
Примеры
прототип
1
2
3
4
5
Предварительная очистка: в одну ступень на двухступенчатом гидроциклонном аппарате БГЦА 200/40×12
Гориз. лов-ка
1
Содержание НЦ в исходной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,550
0,610
0,650
0,630
0,580
0,650
2
Содержание НЦ в очищенной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,151
0,128
0,123
0,094
0,159
3
Содержание НЦ в сгущенной фракции, кг/м<sup>3</sup>
5,50
10,20
32,00
50,90
41,00
4
Давление питания, МПа
0,38
0,40
0,45
0,50
0,58
5
Степень очистки<sup>*</sup>, %
72,5
79,0
81,0
85,0
73,0
Доочистка: в одну ступень на одноступенчатом аппарате БГЦА 40×12
1
Содержание НЦ в исходной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,151
0,128
0,123
0,094
0,159
2
Содержание НЦ в очищенной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,029
0,019
0,014
0,012
0,025
0,098
3
Содержание НЦ в сгущенной фракции, кг/м<sup>3</sup>
0,15
0,21
0,28
0,30
0,20
4
Давление питания, МПа
0,32
0,35
0,40
0,45
0,50
5
Степень очистки<sup>*</sup>, %
80,0
85,1
88,6
87,2
84,3
85,0
6
Суммарная степень очистки, %
94,7
96,9
97,8
98,0
95,7
85,0
<sup>*</sup> - степень очистки сточных вод оценивается по формуле:
<img file="00000001.tif" he="12" wi="46" img-content="undefined" img-format="tif" />где:С<sub>исх</sub> - концентрация исходной воды (содержание НЦ в исходной воде), кг/м<sup>3</sup>;С<sub>очищ</sub> - концентрация очищенной воды, кг/м<sup>3</sup>;Е - степень очистки, %.
Таблица 2Примеры осуществления предварительной и окончательной очистки смешанных сточных вод от НЦ стадии предварительной стабилизации и измельчения пироксилина №1 (С<sub>исх. вод</sub> меньше 0,5 кг/м<sup>3</sup> и С<sub>дооч. вод</sub> больше 0,4 кг/м<sup>3</sup>) Вариант: С<sub> предв. стаб.</sub>=0,2÷0,4 кг/м<sup>3</sup>, С<sub> исх. изм.</sub>=0,95÷1,7 кг/м<sup>3</sup>.
№ п/п
Показатели
Примеры
прототип
6
7
8
9
10
Предварительная очистка: в одну ступень на двухступенчатом гидроциклонном аппарате БГЦА 200/40×12
Гориз. лов-ка
1
Содержание НЦ в исходных смешанных водах, кг/м<sup>3</sup>
1,00
1,21
1,82
2,00
1,80
1,50
2
Содержание НЦ в очищенной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,390
0,451
0,510
0,470
0,590
3
Содержание НЦ в сгущенной фракции, кг/м<sup>3</sup>
7,40
10,80
38,90
50,10
10,00
4
Давление питания, МПа
0,35
0,41
0,46
0,50
0,56
5
Степень очистки, %
61,0
62,8
72,0
76,5
67,2
Доочистка: первая ступень на двухступенчатом аппарате БГЦА 200/40×12
1
Содержание НЦ в исходной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,390
0,451
0,510
0,470
0,590
2
Содержание НЦ в очищенной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,105
0,112
0,104
0,087
0,171
3
Содержание НЦ в сгущенной фракции, кг/м<sup>3</sup>
1,50
2,90
4,00
6,10
4,11
4
Давление питания, МПа
0,37
0,40
0,45
0,51
0,54
5
Степень очистки, %
73,0
75,1
79,5
82,0
71,0
Доочистка: вторая ступень на одноступенчатом аппарате БГЦА 40×12
1
Содержание НЦ в исходной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,105
0,112
0,104
0,087
0,171
2
Содержание НЦ в очищенной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,029
0,020
0,015
0,012
0,035
0,225
3
Содержание НЦ в сгущенной фракции, кг/м<sup>3</sup>
0,20
0,28
0,27
0,33
0,32
4
Давление питания, МПа
0,33
0,35
0,41
0,45
0,50
5
Степень очистки, %
72,4
82,0
85,6
86,0
79,5
85,0
6
Суммарная степень очистки, %
97,0
98,3
99,0
99,4
98,0
85,0
Таблица 3Примеры осуществления предварительной и окончательной очистки сточных вод стадии окончательной стабилизации пироксилина №1
№ п/п
Показатели
Примеры
прототип
11
12
13
14
15
Предварительная очистка: в одну ступень на двухступенчатом гидроциклонном аппарате БГЦА 200/40×12
Вертик. отст-к
1
Содержание НЦ в исходной воде, кг/м<sup>3</sup>
1,53
1,89
3,10
2,91
2,32
2,05
2
Содержание НЦ в очищенной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,350
0,410
0,450
0,465
0,510
3
Содержание НЦ в сгущенной фракции, кг/м<sup>3</sup>
9,30
12,0
30,14
50,98
11,0
4
Давление питания, МПа
0,36
0,40
0,45
0,50
0,55
5
Степень очистки, %
77,1
78,3
85,5
84,0
78,0
Доочистка: первая ступень на двухступенчатом аппарате БГЦА 200/40×12
1
Содержание НЦ в исходной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,350
0,410
0,450
0,465
0,510
2
Содержание НЦ в очищенной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,105
0,101
0,085
0,079
0,137
3
Содержание НЦ в сгущенной фракции, кг/м<sup>3</sup>
1,90
3,00
5,20
6,10
3,30
4
Давление питания, МПа
0,35
0,40
0,46
0,50
0,55
5
Степень очистки, %
70,0
75,3
81,1
83,0
73,1
Доочистка: вторая ступень на одноступенчатом аппарате БГЦА 40×12
1
Содержание НЦ в исходной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,105
0,101
0,085
0,079
0,137
2
Содержание НЦ в очищенной воде, кг/м<sup>3</sup>
0,032
0,020
0,018
0,015
0,040
0,400
3
Содержание НЦ в сгущенной фракции, кг/м<sup>3</sup>
0,20
0,26
0,25
0,35
0,31
4
Давление питания, МПа
0,31
0,35
0,40
0,45
0,50
5
Степень очистки, %
69,5
80,2
78,3
81,0
70,8
80,0
6
Суммарная степень очистки, %
97,9
98,9
99,4
99,4
98,3
80,0
3
В таблице 1 приведены примеры выполнения предварительной и окончательной очистки сточных вод от стадии предварительной стабилизации пироксилина №2 для варианта концентрации исходных стоков больше 0,5 кг/м. Очистка осуществляется следующим образом.
3
3
3
3
Сточные воды подаются из сборника насосом для предварительной очистки в батарейный гидроциклонный аппарат типа БГЦА 200/40×12 двухступенчатого действия, где при давлении питания 0,40…0,50 МПа осуществляется непрерывное центробежное разделение водной взвеси НЦ на твердую и водную фазу. При этом содержание НЦ в очищенных после предварительной очистки водах равно 0,094÷0,128 кг/м (примеры 2-4), т.е. меньше уровня 0,4 кг/м, и поэтому доочистку этих вод далее производили в одну ступень на гидроциклонном аппарате типа БГЦА 40×12 одноступенчатого действия, при давлении питания 0,35÷0,45 МПа. Извлеченную же после предварительной очистки взвесь с содержанием нитратов целлюлозы 10÷50 кг/м непрерывно возвращали обратно на эту же стадию для переработки в составе продукции своей же технологической партии, а очищенные воды после первой ступени доочистки, с остаточным содержанием НЦ на уровне 0,012÷0,019 кг/м, отводили после нейтрализации в сток.
В табл.2 и 3 приведены примеры очистки, показывающие и другие приемы и параметры из данного описания изобретения, в частности примеры осуществления полного цикла предварительной и окончательной очистки, применение для очистки гидроциклонных аппаратов, варианты и режимы очистки при различных концентрациях исходных сточных и дочищаемых вод и др.
3
3
3
Как видно из приведенных в таблицах 1…3 данных, суммарная степень очистки исходных стоков с различным содержанием НЦ, осуществленная по данному способу, достигает 97…99%, что значительно выше, чем по прототипу (85% - для ловушки и 80% - для отстойника). Из приведенных данных также следует, что остаточное содержание нитратов целлюлозы в окончательно очищенных водах по предлагаемому способу равно 0,012÷0,020 кг/м, а по прототипу оно равняется 0,1÷0,3 кг/м (для ловушки) и 0,3…0,4 кг/м (для отстойника). При этом извлеченные концентрированные взвеси НЦ, после предварительной очистки и первой ступени доочистки, возвращали на стадии предварительной стабилизации (примеры 7-9) и окончательной стабилизации (примеры 12-14), а уловленную взвесь со второй ступени доочистки подавали для смешения к исходным дочищаемым водам этих же стадий.
Применение предлагаемого способа очистки в производстве НЦ, по сравнению с прототипом, обеспечивает следующие преимущества.
1. Непрерывность осуществления всего процесса очистки.
2. Высокая эффективность очистки сточных вод от НЦ, достигающая в итоге 97…99%, что резко уменьшает унос сточными водами нитратов целлюлозы в природные водоемы и их экологическое загрязнение.
3. Резкое снижение в производстве безвозвратных потерь НЦ со сточными водами.
4. Возможность повторного использования очищенных вод в производстве в любом объеме в качестве оборотных.
5. Полное исключение образования и изготовления нитратов целлюлозы в виде продукции отдельной ловушечной партии.
6. Исключение из технологического процесса использования громоздкого и металлоемкого отстойного оборудования и затрат на их содержание.
7. Применение в новом способе очистки недорогих, компактных и высокопроизводительных гидроциклонных аппаратов непрерывного действия нашей конструкции.
8. Использование разработанного способа очистки стоков в промышленной технологии позволит существенно повысить качество выпускаемых нитратов целлюлозы и экономичность их производства.
В дальнейшем, с применением данного способа очистки можно будет создать современные, универсальные, экономичные и экологически безопасные технологии непрерывного изготовления нитратов целлюлозы широкого ассортимента марок.
Пояснительная записка к чертежу (схеме) изобретения «Способ очистки сточных вод от нитратов целлюлозы»
Чертеж прилагается только для облегчения восприятия сути изобретения.
Обозначения технологических стадий:
ПС - стадия предварительной стабилизации пироксилинов №1 и №2.
ИЗ - стадия измельчения пироксилинов №1 и №2.
ОС - стадия окончательной стабилизации пироксилинов №1 и №2.
ФОП - стадия формирования общих партий смесевого пироксилина.
В/ОТ - стадия водоотжима смесевого пироксилина.
Обозначения гидроциклонных аппаратов:
1. Батарейный гидроциклонный аппарат двухступенчатого действия (типа БГЦА 40×12) с центральным гидроциклоном - устанавливается на предварительной очистке.
2. Батарейный гидроциклонный аппарат двухступенчатого действия (типа БГЦА 40×12) с центральным гидроциклоном - на 1-й ступени окончательной очистки (доочистки).
3. Батарейный гидроциклонный аппарат одноступенчатого действия типа БГЦА 40×12 - на 2-й ступени окончательной очистки (доочистки).
Обозначения технологических линий:
А - подача исходных сточных вод на предварительную очистку (в аппарат №1).
Б - отвод осветленных вод с предварительной очистки (из аппарата №1) на 1-ю ступень окончательной очистки (доочистки) в аппарат №2.
В - подача извлеченной продукции с предварительной очистки (из аппарата №1) на соответствующую стадию для переработки.
Г - подача осветленной воды с 1-й ступени доочистки (из аппарата №2) на вторую (в аппарат №3).
Д - подача исходных сточных вод непосредственно на очистку в аппарат №2 (варианты осуществления доочистки только в одну ступень на гидроциклонном аппарате одноступенчатого действия - п.п.6 и 8 формулы изобретения).
Е - возврат извлеченной продукции с первой ступени доочистки (из аппарата №2) на соответствующую стадию для переработки.
И - подача извлеченной продукции со второй ступени доочистки (из аппарата №3) на смешение с подлежащими доочистке исходными водами (перед аппаратом №2).
К - отвод окончательно очищенных сточных вод на станцию нейтрализации и далее в стоки (в канализацию).
Л - отвод части окончательно очищенных сточных вод на стадии переработки в качестве оборотной воды.