Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время большое значение придается
ащите окружающей среды от вредных промышленных выбросов в атмосферу
водные объекты. Наиболее неблагополучными по количеству твердых и
ядких отходов на единицу выпускаемой продукции по сравнеіппо с другими
редприятиями Иркутской области являются предприятия
икробиологической промышленности - Зиминский, Тулунский, Бирюсинский Братский гидролизные заводы. Технологические процессы этих производств вязаны с потреблением и сбросом больших объемов воды: расход роизводственной воды на 1 т кормовых дрожжей составляет 150-500 м3, а из аждой тонны перерабатываемой древесины до 150 кг органических веществ ереходят в сточные воды, 300-400 кг - в твердые отходы.
Наиболее загрязненным стоком гидролизных производств является оследрожжевая бражка (ПДБ), которая по объему составляет 20-45%, а по їгрязненности - 70-90% от общего количества загрязнений. Применяемые на редприятиях комбинированные биохимические способы одно- и вухступенчатой очистки ПДБ не достаточно эффективны из-за неспособности икроорганшмов ассимилировать трудноокисляемые и высокомолекулярные, в эм числе лигно-гуминовые вещества (ЛГВ), наличие которых отрицательно пияет на процесс очистки в целом и не позволяет достичь норм сброса в эдоемы по таким показателям, как БПК, ХПК, цветность, взвешенные зщества.
Значительную проблему составляет утилизация гидролизного лигнина "Л), который является многотоннажным отходом производства и почти не ^пользуется. Большие перспективы в его использовании открывает ринципиально новый, относительно дешевый и экологически чистый способ егивации лигнина - электрогидравлический удар (ЭГУ). Воздействие ЭГУ на :теродисперсные водные и водно-щелочные системы ТЛ приводит к элучению активированного, тонкоизмельчешюго, освобожденного от зольных іементов сорбента. Поэтому разработка технологии локальной очистки ПДБ с шовременной утилизацией гидролизного лигнина в качестве сорбента іляется важной и актуальной задачей.
Представляемая работа выполнена в соответствии с тематическим паном научно-исследовательских работ ИрГТУ и госбюджетной темой Создать и освоить прогрессивные системы рационального использования зды для питьевых и технических целей и предотвращения загрязнения здоемов"; № ГР 01950004885; сроки выполнения темы 1994-1998 гг.
Цель работы. Повышение эффективности биохимической очистки точных вод гидролизных производств путем локальной сорбционной очистки зследрожжевой бражки с применением дешевого сорбента на основе отхода :ого же производства - гидролизного лигнина.
В работе решались следующие задачи:
исследование качественного и количественного состава ПДБ, лигниновых сорбентов, и пористой структуры последних;
обоснование возможности применения модифицированных лигнинов для сорбционного извлечения органических компонентов ПДБ гидролизных производств;
изучение закономерностей, определение термодинамических параметров и выявление механизма сорбции органических загрязнений ПДБ лигниновыми сорбентами;
определение технологических параметров процесса очистки ПДБ;
разработка локальной сорбционной технологии очистки ПДБ с применением модифицированного лигнина и ее технико-экономическая оценка
Методы исследований. В работе использовались современные физико-химические методы: ИК- и УФ-спектроскопия, гель-фильтрация, высокоэффективная жидкостная хроматография, функциональный, атомно-абсорбционный и потенциометрический анализы; стандартные методики определения характеристик сточных вод; методы статистической обработки результатов экспериментов с использованием программы STATGRAFICS.
Научная новизна. Впервые установлена способность модифицированных ЭГУ лигниновых сорбентов эффективно извлекать органические загрязнения ПДБ гидролизных производств, в том числе высокомолекулярные трудноокисляемые компоненты.
Впервые изучены кинетические и равновесные параметры сорбции модифицированными лигниновыми сорбентами компонентов ПДБ; рассчитаны термодинамические характеристики процесса (изостерические энтропия, энтальпия и теплота адсорбции, потенциал Гиббса, энергия активации). Установлено, что процесс адсорбции в интервале температур от 20 до 60С определяется физическими силами и протекает во внешнедиффузионной области.
Впервые изучен механизм сорбции компонентов ПДБ на модифицированных лигниновых сорбентах. Установлено, что при сорбционной очистке ПДБ происходит в основном сорбция высокомолекулярных компонентов ароматической природы
Практическая значимость. Выявлен наиболее эффективный сорбент для извлечения органических загрязнений ПДБ - активированный в водно-щелочной среде электрогидравлическим ударом гидролизный лигнин ЩГЛ ЭГУ. Установлены оптимальные параметры технологии сорбционной очистки ПДБ.
Предложена принципиальная технологическая схема узла локальной очистки последрожжевой бражки. Это позволит снизить уровень отрицательного воздействия на окружающую среду за счет значительного снижения общей загрязненности ПДБ и извлечения трудноокисляемых
компонентов бражки до стадии полной биологической очистки. Ожидаемый эколого-экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии на Зиминском гидролизном заводе составит 7,1 млрд. руб в год.
Реализация результатов работы. Проведены опытно-промышленные испытания стадии сорбционной очистки ПДБ Зиминского гидролизного завода сорбентом ЩГЛ ЭГУ, на основе которых разработана принципиальная технологическая схема локальной очистки ПДБ гидролизных производств. Получены положительные результаты агротехнических испытаний при использовании отработанного сорбента в качестве удобрения.
Апробация работы. Материалы диссср іациошіой работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической школе-семинаре "Методы оптимального развития и эффективного использования трубопроводных систем в энергетике" (Иркутск, 1994 г.); международной конференции по проблемам горной химии "MinChem-95" (Стамбул, Турция, 1995 г.); международных конференциях "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды" (Томск, 1995 г.), "Экологически чистые технологические процессы в решении проблем охраны окружающей среды" (Иркутск, 1996 г.), "Современные достижения в угольно-сорбционных процессах" (Иркутск, 1996 г.); II Международном конгрессе "Вода: экология и технология"( Москва, 1996 г.), на международной конференции по экологии разоружения и деятельности ВПК «DEMECO'97» (Мишкольц, Венгрия, 1997 г.».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка литературы го 160 наименований, 15 приложений. Диссертация содержит 149 страниц машинописного текста, включая 32 таблицы и 29 рисунков.