СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ДРЕВЕСНОГО ВОЛОКНА ИЗ СТОЧНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНО-ВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ
METHOD AND SYSTEM TO CATCH WOOD FIBRE FROM INDUSTRIAL WASTE WATERS IN PRODUCTION OF FIBREBOARDS

Изобретение относится к безотходным, малоотходным и ресурсосберегающим технологиям в производстве древесно-волокнистых плит (ДВП), а также к экологии. В частности, к способам извлечения, утилизации и переработки древесных отходов собственного производства ДВП.
До настоящего времени волокно из сточных вод не улавливалось и не использовалось в производстве ДВП. На предприятиях по производству древесно-волокнистых плит в сточные воды попадает большое количество древесных волокон, до 7% от общего объема производимых древесно-волокнистых полуфабрикатов и составляющих основную часть взвешенных веществ, которые безвозвратно поступают на очистные сооружения, ухудшая их работу. Кроме того, в промстоках предприятий по производству ДВП содержится большое количество различных загрязнений, таких как: органические кислоты, фенолы, альдегиды (формальдегид, фурфурол), органические вещества растительного происхождения, щелочи, соли кальция и магния, углеводороды, танниды и др.
Применяемое в настоящее время оборудование для очистки сточных вод деревоперерабатывающей промышленности, содержащих разнообразное количество загрязнений, в основном включает различные комбинации механической, физико-химической, химической и биологической технологий, и, тем не менее, задачу очистки воды от загрязнений и взвешенных веществ, находящихся за пределами цехов, в полной мере, до требующихся норм, они не решают.
Существует способ очистки от формальдегида сточных вод, образующихся на деревообрабатывающих предприятиях [1]. Также известен способ сорбционно-осадительной очистки сточных вод от фтора [2].
Недостатком указанных способов является большой расход реагентов и то, что очистка осуществляется лишь от одного вида загрязнения (формальдегида и фтора соответственно).
Известен способ очистки сточных вод во всех известных отраслях промышленности от различных классов органических соединений методом биохимической деградации органических загрязнений [3].
Однако он может быть реализован только на предприятиях или в городских хозяйствах, где имеются станции аэрации, использующие способ биохимической очистки сточных вод.
Существуют способы утилизации и переработки коммунальных и производственных осадков на очистных сооружениях [4] и обработки сточных вод, таких как необработанный биологический сток [5], которые включают в себя большое количество операций, вследствие чего становятся слишком затратными.
Известен способ очистки сточных вод на установке для биохимической очистки сточных вод с содержанием органических загрязнений по БПКп 100-10000 мг/л, взвешенных веществ до 5000 мг/л. [6].
Однако эффективность способа очистки зависит от соблюдения большого количества необходимых условий.
Известна установка для биохимической очистки сточных вод, содержащая комбинированное устройство, включающее камеру смешения сточных вод с иловой смесью, биофильтр с системой орошения, расположенный над аэротенком-отстойником, имеющим аэрационные колонны для обеспечения струйной аэрации, и циркуляционный насос. Аэрационные колонны выполнены в виде расходящихся пучков труб, внутри верхней части которых имеются выправляющие выступы в виде спиралей, а нижние части труб перфорированы, причем диаметр отверстий увеличивается сверху вниз, а расстояния по окружности и по высоте уменьшаются к низу труб и нижние концы труб равномерно расставлены над плоской частью днища аэротенка с высотой 0,2-0,3 м над ним [6].
Недостатком известного устройства является невозможность очистки сточных вод производства ДВП с последующим использованием уловленного волокна в производстве.
Известна установка для биохимической очистки сточных вод, содержащая циркуляционный окислительный канал, расположенный внутри него вторичный отстойник, аэратор, трубопроводы подачи исходной воды, удаления очищенной воды и избыточного ила, отличающаяся тем, что она снабжена биофильтром в виде тонкослойного модуля отстаивания с трубопроводами подачи в него воды из циркуляционного канала и отвода из него воды в нижнюю часть вторичного отстойника, резервуаром чистой воды с эжектором для озонирования и обеззараживания воды в нем, микрофильтром, расположенным в верхней части вторичного отстойника и сообщенным с резервуаром чистой воды, трубопроводом для возврата активного ила из нижней части вторичного отстойника в циркуляционный канал, а аэратор выполнен в виде водовоздушного эжектора [7].
Недостатком известной установки является необходимость в непрерывном возобновлении дорогостоящего биологически активного ила, также очищенные воды требуют дополнительной очистки. Это устройство также невозможно использовать для очистки сточных вод производства ДВП с последующим использованием уловленного волокна в производстве.
В последнее время делаются попытки расширения области применения биологических процессов в направлении увеличения глубины очистки. Следует принять во внимание также то, что лесоперерабатывающие предприятия, как правило, сбрасывают сточные воды в коммунальные системы водоотведения, конечным звеном которых являются станции биологической очистки сточных вод. Поэтому задачи систем очистки производственных сточных вод должны определяться не только технологическими требованиями к качеству оборотной или повторно используемой воды, но и условиями минимизации содержания биологически стойких компонентов (таких как древесное волокно) при отведении воды в коммунальные системы. В технологии очистки сточных вод от органических загрязнений широко применяются такие разделительные процессы, как коагуляция, выпаривание и сорбция. Реже используются мембранные и ионообменные процессы. Кроме этого разработан ряд процессов с использованием сильных физико-химических воздействий, которые в настоящее время широко не применяются вследствие их высокой энергоемкости.
Таким образом, существующие методы очистки на лесоперерабатывающих комбинатах сопряжены с большими капитальными и эксплуатационными затратами и в большинстве своем однотипны.
Все известные способы очистки сточных вод при производстве ДВП и различные устройства для очистки сточных вод не решают задачу улавливания и возврата вторичного древесного волокна непосредственно в местах их образования в производство.
Изобретения аналогов не имеют.
Изобретения решают единую задачу создания частично замкнутого производственного цикла с возможностью улавливания и возврата вторичного древесного волокна непосредственно в технологический цикл без его дополнительной обработки.
Техническим результатом изобретения является разработка простого и дешевого способа и системы для извлечения, утилизации и переработки отходов собственного производства ДВП с возможностью улавливания и возврата вторичного древесного волокна непосредственно в технологический цикл без его дополнительной обработки.
Указанный технический результат достигается за счет процесса десорбции газа (воздуха). Способ улавливания древесного волокна из сточных промышленных вод производства ДВП включает подачу сточных промышленных вод после отливочно-формирующей машины в накопитель-усреднитель, перекачку их по байпасному трубопроводу в приемную камеру диспергатора с одновременной подачей воздуха из атмосферы в байпасный трубопровод, образование структурированной водовоздушной смеси с заданным размером пузырьков и движущихся с определенной скоростью в диспергаторе, дальнейшую подачу структурированной водовоздушной смеси в динамический абсорбер с образованием флотокомплексов, дальнейшую подачу их в приемную камеру флотатора, где происходит разделение на уловленное волокно в виде пены, которую сгребают пеногонным механизмом в пеносборный карман и далее подают в отливочно-формующую машину, и очищенную воду, поступающую в накопитель очищенной воды.
Система для осуществления способа улавливания древесного волокна из сточных промышленных вод производства ДВП содержит накопитель-усреднитель для сбора сточных промышленных вод, байпасный трубопровод для образования водовоздушной смеси, диспергатор для образования структурированной водовоздушной смеси, динамический абсорбер для образования флотокомплексов, флотатор с приемной камерой, пеногонным механизмом и пеносборным карманом для отделения уловленного волокна в виде пены и очищенной воды, накопитель очищенной воды.
На чертеже представлена система для улавливания древесного волокна из сточных промышленных вод производства ДВП на примере пилотной полупромышленной установки периодического действия.
Способ улавливания древесного волокна из сточных промышленных вод заключается в следующем. Из горизонтального бассейна отливочно-формирующей машины сточная вода (перелив) проступает в накопитель-усреднитель, откуда забирается насосом и перекачивается по байпасному трубопроводу, оснащенному запорно-регулирующей арматурой. Одновременно в байпасный трубопровод подается воздух из атмосферы.
Образовавшаяся водовоздушная смесь насосом подается в диспергатор для образования структурированной водовоздушной смеси. Диспергатор позволяет получать пузырьки заданных размеров и определенной скоростью движения. Далее водовоздушная смесь поступает в динамический абсорбер для образования флотокомплексов. Из динамического абсорбера смесь подается в приемную камеру флотатора. Во флотаторе прямоугольного сечения осуществляется разделение волокна и воды. Уловленное волокно в виде пены всплывает на поверхность зеркала воды и пеногонными механизмами непрерывно сгребается в пеносборный карман, откуда насосом подается в напускной ящик отливочно-формующей машины без дополнительной обработки. Очищенная вода через выступ днища флотационной камеры поступает в регулятор уровня и через патрубок самотеком отводится в накопитель очищенной воды, откуда возвращается в производство для повторного использования.
Система для осуществления способа улавливания древесного волокна из сточных промышленных вод производства ДВП содержит накопитель-усреднитель 1 для сбора сточных промышленных вод, байпасный трубопровод 2 с эжектором 3. Диспергатор 4 соединен всасывающим трубопроводом 5 с динамическим абсорбером 6. Флотатор 7 прямоугольной формы содержит приемную камеру 8, пеногонный механизм 9 для отделения уловленного волокна в виде пены от воды и пеносборный карман 10. В днище флотатора 7 выполнено отверстие для слива очищенной воды, которая через отводящий трубопровод 11 поступает в накопитель очищенной воды 12. Уловленное волокно из пеносборного кармана 10 самотеком поступает в накопительную емкость 13, откуда насосом 14 подается в напускной ящик отливочно-формующей машины без предварительной обработки.
3
Пример. Улавливание вторичного древесного волокна выполнено на пилотной полупромышленной установке периодического действия, работа которой основана на принципе дисперсионной флотации. Производительность флотатора от 5 до 15 м в час.
3
Исходная сточная вода объемом 1,8 м (концентрация волокна 3,5%, температура 35-40°С), забираемая непосредственно из бассейна отливочно-формирующей машины, подается в накопитель-усреднитель 1, соединенный байпасным трубопроводом 2 с диспергатором 4. Одновременно через байпасный трубопровод из атмосферы в диспергатор 4 эжектируется воздух объемом 3% от объема воды через эжектор 3. Затем водовоздушная смесь поступает во всасывающий трубопровод 5. Образовавшаяся смесь под давлением последовательно проходит динамический абсорбер 6, где осуществляется изменение ее свойств и образование флотокомплексов, и подается во флотатор 7. Флотокомплексы флотируются во флотаторе 7 и в виде пены поднимаются на поверхность воды. Очищенная вода через выступ днища приемной камеры 8 через патрубок самотеком изливается в отводящий трубопровод 11 и уходит из флотатора 7 в накопитель очищенной воды 12. Древесное волокно пеногонным механизмом 9 непрерывно сгребается в пеносборный карман 10, откуда самотеком поступает в отдельно стоящую емкость 13 для последующей подачи насосом 14 в напускной ящик отливочно-формующей машины без дополнительной обработки.
В таблице 1 приведена требуемая эффективность очистки сточных вод цеха производства ДВП; в таблице 2 приведены результаты флотационной очистки стоков и оборотной воды на пилотной полупромышленной установке периодического действия.
Организация очистки избыточной оборотной воды предлагаемым способом, не требующим капитальных затрат, непосредственно в цехе дает экономию волокнистых полуфабрикатов, уменьшение расхода свежей воды, уменьшение объема сброса производственных стоков и их концентрацию, позволяет исключить существующие локальные сооружения за пределами цеха, а уловленное волокно в полном объеме вернуть в производство.
После проведения плана сокращения водопотребления и создания замкнутых схем на отдельном участке технологического процесса с использованием флотационной очистки на сооружениях биологической очистки городских очистных сооружениях значительно снизится гидравлическая нагрузка.
Таблица 1
Требуемая эффективность очистки сточных вод цеха производства ДВП
Наименование вещества
До очистки*, мг/л
После очистки, мг/л
Фенолы
0,160
0,08
Формальдегиды
0,460
0,20
ХПК
5487
4000
Взвешенные вещества
447
200
*среднестатистические данные, допускаются колебания в пределах 30%.
Предложенные для внедрения в цехах по производству древесно-волокнистых плит система и способ извлечения, утилизации и переработки отходов собственного производства ДВП являются эффективной мерой для улавливания древесного волокна и очистки промышленных сточных вод данного производства и решают технологические, экономические и экологические задачи:
1) возможность использования очищенной технологической воды для повторного ее использования на различных этапах технологического процесса производства ДВП: напорный ящик, вакуумные насосы, гидромойка;
2) снижение объема водопотребления свежей воды;
3) улавливание и возврат для повторного использования вторичных древесных волокон в основное производство без дополнительной его обработки непосредственно в напорный ящик, в среднем около 80% от общей массы попадающего волокна в сточные воды;
4) применение этого оборудования позволит отказаться от существующих локальных очистных сооружений за пределами цеха;
5) экономия заводских площадей;
6) возврат уловленного волокна в производство позволит уменьшить расход свежего волокна на 1,31 тыс.т/год;
7) возможность создания частично замкнутой системы водопотребления цеха по производству древесно-волокнистых плит мокрым способом.
Таким образом, очистка сточных вод от взвешенных и растворенных в воде веществ с помощью флотационного оборудования позволит сократить содержание загрязняющих веществ в сточных водах до предельно допустимой концентрации.
Источники информации
1. RU 2085500, заявка №94040420/25, МПК C02F 1/58, опубл. 27.07.97.
2. RU 2228911, заявка №2003110043/15, МПК C02F 1/28, C02F 1/58, C02F 1/52, опубл. 20.05.04.
3. RU 2091331, заявка №94021720/26, МПК C02F 3/00, опубл. 27.07.97.
4. Заявка РФ №95102205/26, 1995, МПК C02F 1/50, C02F 11/18.
5. RU 2075198, заявка №94044447/26, МПК C02F 3/00, опубл. 10.03.97.
6. RU 2220915, заявка №2001101677/15, МПК C02F 3/00, опубл. 10.01.04.
7. RU 2060969, заявка №95116402/25, 1995, МПК C02F 3/12, опубл. 27.05.96.
Таблица 2
Результаты флотационной очистки стоков и оборотной воды
Вид воды
Фенол, мг/л
Формальдегид, мг/л
ХПК, мг O<sub>2</sub>/л
Взвешенные в-ва, мг/л
рН
до
после
Э,%
до
после
Э,%
до
после
Э,%
до
после
Э,%
до
после
ОС
следы
отс.
100,00
0,016
0,002
87,5
194
77
60,31
134
18
86,57
6,41
6,71
ОС
0,018
0,0012
93,33
0,089
0,046
48,31
1234
699
43,35
245
21
91,43
6,41
6,71
СП
0,0102
0,0095
6,8
0,101
0,079
21,78
1850
905
51,08
249
35
86,0
6,41
6,71
ОВ
0,147
0,006
95,92
0,147
0,058
60,54
1439
822
42,88
258
25
90,31
6,41
6,71
ОС
0,023
0,0056
75,65
0,076
0,021
72,36
1547
514
66,71
302
26
91,39
6,15
6,35
СП
0,015
0,0091
39,3
0,125
0,083
33,6
1946
854
56,12
289
36
87,54
5,98
6,14
ОВ
0,138
0,0045
96.74
0,136
0,049
63,97
1598
415
74,03
287
26
90,94
6,12
6,28
Примечание. ОС - общий сброс; СП - сброс пресса; ОВ - оборотная вода; ХПК - химическая потребность в кислороде; Э - эффективность очистки.