Перейти к основному содержанию
ИТарктика
УДК 676:661.728 (075)
Эльвира Ильинична Фёдорова, Анастасия Павловна Купченко
Кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры «Химия и химическая технология», Сыктывкарский лесной институт

Студент, Сыктывкарский лесной институт
«2017 - год экологии: эффективные технологии отбелки целлюлозы и локальная очистка сточных вод в ЦБП с применением компьютерных программ»
Аннотация:

Статья посвящена необходимости разрабатывать и внедрять более экологичные, чем действующие, технологии отбелки целлюлозы, а также формированию комплексной очистки сточных вод, включая и химические методы очистки, поскольку каждая четверная тонна загрязняющих веществ, сбрасываемых всей промышленностью, приходится на долю ЦБП (при отсутствии на предприятиях TCF-отбелки).

Ключевые слова: TCF-отбелка, целлюлоза, экология, локальная очистка, озон..

Введение

Задачи исследования включали разработку перспективных технологий отбелки целлюлозы, не предусматривающих применение отбеливающего реагента диоксида хлора, применение которого не позволяет направлять фильтраты отбелки на выпарные станции, во избежание коррозии оборудования. Это является существенным недостатком действующих целлюлозно-бумажных предприятий, поскольку вторичное их использование для промывки целлюлозы приводит к повышенному содержанию   хлорид - ионов в сточных водах.

Актуальность исследования обусловлена отсутствием в России TCF-отбелки целлюлозы, при которой полностью исключается применение хлорсодержащих отбеливающих реагентов. Продукция TCF-отбелки более конкурентоспособна, востребована на рынке и обеспечивает импортозамещение продукции целевого назначения.

Попытка построить предприятие ЛХП на Енисее «Ангара Пейпа», на котором функционировала бы TCF-отбелка хвойной целлюлозы, не получила поддержки региональных властей. Проблема разработки TCF-отбелки сегодня решается в научно-исследовательских лабораториях и конструкторских бюро. При этом применению пероксида водорода и озона уделяется, несомненно, основная роль.  Это позволило бы кардинально улучшить экологическую чистоту целлюлозы, сократить потребление свежей воды и значительно улучшить качество очищенных сточных вод и газовых выбросов. 

Разработку TCF-отбелки целлюлозы целесообразно осуществлять на основе, разработанной в СЛИ технологии мягкой ECF-отбелки целлюлозы с минимальным   расходом диоксида хлора, как это предусмотрено патентом [1] и при оптимизации ступени отбелки пероксидом водорода [2-3].

Для определения факторов, определяющих лимитирующую скорость стадию процесса делигнификации,  применяли компьютерную программу «Кинетика технологических  процессов».

 По компьютерной программе «Материальный и тепловой баланс» был получен объем фильтратов  всех ступеней отбелки, необходимый  для эколого-экономического расчета разрабатываемой перспективной технологии отбелки целлюлозы.

1 От мягкой ECF-отбелки к TCF-отбелке целлюлозы

5 января 2016 года Президент РФ Владимир Путин подписал Указ о проведении в 2017 году в Российской Федерации Года экологии. Его проведение намечено в целях привлечения внимания общества к вопросам экологического развития России, сохранения биологического разнообразия и обеспечения экологической безопасности. Для отечественных ЦБП год экологии принесет дополнительные возможности и стимулы для перехода к эффективным технологиям отбелки и очистки сточных вод.

На сегодняшний день справочники по наилучшим доступным технологиям (НДТ) являются нормативными документами, закрепленными в Федеральном законе № 162 от 23 июня 2015 года «О стандартизации в Российской Федерации» [4], и это важно, поскольку законодательная база в сфере охраны окружающей среды и использования природных ресурсов не позволяет обеспечить необходимый уровень экологической безопасности.

1.1 Модернизация российской экономики неотделима от ее «экологизации»

Сегодня основная задача предприятий – это замена устаревших технологий, улучшение общей безопасности на комбинате, внедрение дополнительных природоохранных мероприятий и повышение качества продукции. Кроме того, важна модернизация очистки перед сбросом сточных вод в окружающую среду, и предприятия затрачивают немало средств на это мероприятие, например, на аэробную очистку. Однако надо учитывать, что не все компоненты сточных вод подвергаются утилизации в присутствии кислорода. Следовательно, кроме аэробной очистки надо предусматривать и химические методы для снижения содержания в стоках некоторых соединений фенольного характера, например, пирогаллола.

Относительно необходимости внедрения эффективных технологий отбелки целлюлозы следует отметить, что до сих пор предприятия ЦБП используют диоксид хлора с расходом от 13-15 кг/т, а то и больше. Поэтом в сточных водах высокое содержание хлорид - ионов, фенолов, хотя в экологических отчетах для некоторых компонентов сточных вод показана тенденция к их снижению.

1.2 Мероприятия для снижения негативного воздействия на окружающую среду

В особом мнении председателя экспертной комиссии по проекту «Степ» было обращение к предприятиям ЦБП по снижению расхода диоксида хлора в отбелке целлюлозы и минимизации ступеней отбелки эти реагентом.

Режим и расходы реагентов по сокращению диоксида хлора и увеличение расхода экологически безопасного реагента (пероксида водорода) рассмотрены в статьях [1-3].

В справочнике НДТ представлены схемы TCF-отбелки на ряде зарубежных предприятий. С появлением новых природоохранных требований в Европе, ряд   предприятий смогут перейти на TCF-отбелку на том же оборудовании и сырьевых ресурсах.

Поэтому наилучший вариант снижения расхода диоксида хлора -  увеличение расхода пероксида водорода на делигнифицирующей ступени ЩОП (кислород, пероксид водорода, щелочь). В статьях [2-3] показана неэффективность процесса делигнификации на ступени ЩОП при расходе пероксида водорода 3-4 % и целесообразность сокращения расхода хлорсодержащих отбеливающих реагентов при увеличении расхода пероксида водорода.

2 Перспективная технология отбелки лиственной целлюлозы

2.1 Качественные показатели TCF –отбелки лиственной целлюлозы

В справочнике НТД рассмотрены схемы TCF-технологии на ряде зарубежных предприятий ЦБП, например, в Финляндии, Португалии, Швеции, Чехии, Австрии (при количестве ступеней отбелки от 3 до 4). Как правило, ступень озонирования следует после ступени ЩОП, при высоком расходе пероксида водорода.

Задачей перспективной технологии является использование озона на 3 ступени отбелки лиственной целлюлозы. Вместо диоксида хлора было проведено озонирование целлюлозы при средней концентрации массы (30 %), продолжительности не более 1 мин (во избежание деструкции целлюлозы) при 60 -70 °С.

Схема отбелки: КЩО–H2SO4–П–О3/ H2SO4–Пщ, где

  • О3 - озон;
  • П - пероксид водорода в щелочной среде в присутствии стабилизатора;
  • Пщ - пероксид водорода в щелочной среде.

На рисунке 1 показаны показатели белизны при различных вариантах TCF- отбелки, причем этом на 3 ступени принимали участие различные окислители (гидроксильный радикал, гидроксильный катион, озон), в качестве восстановителя применяли моносахариды, полученные при гидролизе арабиногалактана. 

              Наименьший показатель белизны наблюдается при действии на остаточный лигнин гидроксильным катионом, как и для показателя вязкости целлюлозы, рис.2.  

пл   

Для получения бумаги целевого назначения с целью импортозамещение, лучшими реагентами являются моносахариды (продукты гидролиза арабиногалактана).

2.2 Локальная очистка сточных вод при TCF-отбелке целлюлозы

          Принцип метода состоит в том, что в качестве раствора сравнения берут не чистый растворитель, а раствор, содержащий все те же компоненты, что и исходный раствор, но в котором уменьшилось содержание веществ после деструкции, и регистрируют оптическую плотность:

А = Аи – Ао, где

Аи - исходного фильтрата;

Ао - окисленного фильтрата.

          Методом дифференциальной спектрофотомерия было показано снижение поглощения в области фенольных структур в спектрах фильтратов ступени после озонирования, рис.3.

ол

Спектр исходного фильтрата был получен относительно раствора сравнения воды.

          На рис. 4 показано отсутствие поглощения в области  280-290 нм и существенное снижение оптической плотности в области поглощения хромофоров остаточного лигнина.

дло

Содержание фенолов в спектрах озонированных фильтратов отбелки существенно снижается, что имеет существенное значение для сточных вод, поступающих в водоемы.

Заключение

  1. Для повышения уровня конкурентоспособности продукции на внутреннем и внешнем рынках необходимы новые технологические решения отечественных ЦБП.
  2. Проводимые в этом направлении научные исследования предусматривают переход от мягкой ECF-отбелки целлюлозы, соответствующей основному критерию наилучшей доступной технологии (поскольку применяют в 3 раза меньше диоксида хлора) к отбелке полностью исключающей хлорсодержащие реагенты.
  3. В перспективе предприятия ЦБП могут перейти к TCF-отбелке при замене хлорсодержащих реагентов кислородсодержащими реагентами, при этом предусматривая комплексную очистку сточных вод, включая химические методы.

                               

Список литературы

  1. Способ отбелки сульфатной целлюлозы [Текст] : пат. 2413046 РФ, / Э. И. Федорова, А. В. Кузиванова; патентообладатель Э. И Федорова. – № 2009135185/12; заявл. 21.09.2009; опубл. 27.02.2011, Бюл. № 6 . – 3 с.
  2. Федорова,  Э. И.   Эколого–экономические аспекты НР–А производства диоксида хлора
    для перехода к наилучшим доступным технологиям отбелки целлюлозы
    [Текст] / Э. И. Федорова, А. В. Шмелева, А. П. Купченко // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2016. -  № 6. – С. 51-53
  3. Сокращение расхода диоксида хлора в отбелке целлюлозы одно из направлений минимизации негативного воздействия на окружающую среду [Текст] / Э. И. Федорова [и др.] // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2016. -  № 5. – С. 50-52
  4. Информационно–технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 1–2015 "Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона" [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200128661.

References

1. Method of bleaching Kraft pulp [Text] : pat. 2413046 of the Russian Federation / E. I. Fedorova, A. V. Kuzevanov; patentee, E. And Fedorov. No 2009135185/12; Appl. 21.09.2009; published. 27.02.2011, bull. No. 6 . – 3.
2. Fedorova, E. I. Ecological–economic aspects of NR–And the production of chlorine dioxide

for transition to best available techniques bleaching of cellulose [Text] / E. I. Fedorova, A.V. Shmelev, A. P. Kupchenko // Cellulose. Paper. Cardboard. – 2016. - No. 6. – S. ?

3. Reducing the consumption of chlorine dioxide in the bleaching of pulp is one of the areas to minimize the negative impact on the environment [Text] / E. I. Fedorov [et al.] / / Cellulose. Paper. Cardboard. – 2016. - No. 5. – S. ?
4. Information and technical reference on best available techniques in its 1-2015 "Production of cellulose, pulp, paper, and paperboard" [Electronic resource]. – Mode of access: http://docs.cntd.ru/document/1200128661.