Пиролиз осадков сточных вод ЦБП с получением органо-минеральных адсорбентов для очистки промышленных стоков Кузнецова, Лидия Николаевна

Введение к работе

Актуальность темы. На предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности ежегодно образуется значительное количество органических, минеральных и органо-минеральных отходов, среди которых осадки сточных вод являются наиболее трудно утилизируемыми. Проблема утилизации осадков, образующихся при очистке производственных и бытовых сточных вод, приобретает особое значение, так как она связана не только с решением природоохранных задач, по и способствует экономическому развитию регионов вследствие восполнения сырьевых и материальных ресурсов. Одним из перспективных методов переработки осадков является пиролиз с получением органо-минеральных адсорбентов, пригодных для очистки сточных вод. Пиролиз осадков является незаменимым в тех случаях, когда в них содержатся вредные, токсичные вещества и их нельзя использовать непосредственно как удобрения, компосты, кормовые и другие продукты.

Сорбционные методы очистки промышленных сточных вод, ввиду своей универсальности в отношении различных классов загрязнений, получают широкое распространение в мировой практике. Применительно к предприятиям ЦБП, располагающим развитой системой биологической очистки, методы сорбции следует рассматривать как процессы для удаления неассимилируемых активным илом органических веществ, образующихся на стадии делигнификации древесины и отбелки целлюлозных полуфабрикатов. Однако использование сорбцион-ных методов сдерживается отсутствием на рынке эффективных и достаточно дешевых адсорбентов, пригодных для очистки промышленных выбросов.

Работа выполнена по плану ГНТП «Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья» (направление 6, тема 6.3.2) и проходила координацию в Научном Совете по адсорбции РАН (тема 2.15.3.У).

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы - разработать процесс и технологию термической переработки илосодержащих осадков целлюлозно-бумажных предприятий с получением адсорбентов, пригодных для очистки сточных вод.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи: 1. Изучить влияние скорости нагрева на выход и адсорбционные свойства науглероженных материалов, образующихся при пиролизе осадков сточных вод в атмосфере парогазов.

1. Изучить влияние температуры и продолжительности пиролиза осадков на выход и адсорбционные свойства полученных адсорбентов при очистке сточных вод.

2. Изучить влияние солей железа и кальция, вводимых в осадки на стадии кондиционирования, на формирование адсорбционных и других свойств адсорбентов, образующихся при пиролизе.

3. Исследовать' влияние водяного пара и кислорода воздуха, вводимых в реакционную зону при пиролизе, на формирование адсорбционных свойств получаемых адсорбентов. '

4. Исследовать возможность использования адсорбентов из осадков для очистки сточных вод в режиме биосорбции.

5. Разработать способ и технологию получения органо-минеральных адсорбентов из осадков, пригодных для очистки сточных вод.

Научная новизна. Экспериментально доказано, что в результате пиролиза в температурном интервале 900...920С осадков сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий, кондиционированных на стадии механического обезвоживания хлорным железом и известью, получаются эффективные адсорбенты для очистки сточных вод от органических загрязнений. Дополнительная парогазовая активация при этом не требуется.

Впервые показано, что гидроксиды железа, образующиеся при кондиционировании осадков хлорным железом и известью, определяют формирование пористой структуры пиролизованных осадков сточных вод (ПОСВ). Известь, не вступившая в реакцию с FeCb, не влияет на формирование ПОСВ как сорбента, но участвует в процессе очистки воды вследствие коагуляции лигноподобных соединений и осаждения образовавшихся гелей на внешней поверхности и в макропорах ПОСВ.

Использование хлорированного купороса вместо хлорида железа (III) при кондиционировании осадков приводит к значительному увеличению адсорбционных свойств ПОСВ как в отношении общепризнанных сорбатов, так и при очистке сточных вод по показателям ХПК и БПК.

Экспериментально доказано, что синтезированные в присутствии гидро-ксидов железа адсорбенты из осадков обладают ферромагнитными свойствами. Это позволяет осуществлять их отделение от обрабатываемых сред при очистке сточных вод методами магнитной сепарации.

Практическая ценность. Разработана технологическая схема окислительного пиролиза осадков сточных вод. В результате проведенных опытно-промышленных испытаний на Архангельском ЦБК циклонного реактора в режиме окислительного пиролиза осадков получен науглероженный остаток, выводимый из системы гидрозолоудаления, который проявляет адсорбционные свойства при очистке сточных вод ЦБП на разных стадиях образования на уровне промышленно выпускаемого осветляющего угля ОУ-А. Испытания его для очистки сточных вод в режиме биосорбции показали, что ввод адсорбента в системы аэрации стабилизирует процесс биологической очистки и делает ее менее подверженной внешним неблагоприятным воздействиям. При этом улучшаются показатели очистки сточных вод, седиментационные и фильтрационные свойства активного ила.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на международных конференциях и совещаниях: 7^th European Conference on Bio-mass for Energy and Environment, Agriculture and Industry (Италия, 1992), Vybrane procesy pri Chemickom spracovani dreva (Словакия, 1996); на Y Всероссийском симпозиуме «Современные теоретические модели адсорбции в пористых средах» (Москва, 1999); на YI Всероссийском симпозиуме «Актуальные проблемы теории адсорбции и синтеза сорбентов» (Москва, 2000); на III Национальном симпозиуме «Теоретические основы сорбционных процессов» (Москва, 1997); на конференции «Экология-99» (Вологда, 1999); на Всесоюзных научно-технических конференциях (Рига, 1981; Архангельск, 1983) и на ежегодных научно-технических конференциях АГТУ (Архангельск, 1979-1999).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 работ, в том числе получено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Положения выносимые на защиту:

- Экспериментальные данные, характеризующие влияние гидроксидов
железа и кальция, вводимых в осадки на стадии кондиционирования, на выход,
адсорбционные и ферромагнитные свойства органо-минеральных адсорбентов,
получаемых при пиролизе.

Результаты исследований влияния водяного пара и кислорода воздуха на выход и адсорбционные свойства пиролизованных осадков сточных вод (ПОСВ).

Результаты исследований биосорбционной очистки сточных вод ЦБП с использованием сорбентов ПОСВ.

Характеристика пористой структуры и поверхности органо-минераль-ных адсорбентов из осадков сточных вод по данным изотерм адсорбции из водных растворов.

Способ и технология получения органо-минеральных адсорбентов из осадков, пригодных для очистки сточных вод.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, общих выводов, списка использованной литературы, содержащего 256 источников, и приложений. Работа изложена на 190 страницах машинописного текста, включая 41 рисунок, 28 таблиц и 20 страниц приложений.