книги / Очистка и рекуперация промышленных выбросов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

ОЧИСТКА И РЕКУПЕРАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ

Методические указания к лабораторным работам по разделу «Очистка сточных вод

целлюлозно-бумажных предприятий»

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2017

1

3

ВВЕДЕНИЕ

Целлюлозно-бумажная промышленность является одной из наиболее водоемких отраслей народного хозяйства, что обусловливает большие объемы сточных вод и потребность в дорогостоящих очистных сооружениях. В целом по отрасли ежегодный расход свежей воды составляет более 3600 млн м3 и сбрасывается в сток более 3400 млн м3 сточных вод.

Сточные воды предприятий целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) содержат значительные количества взвешенных, коллоидных и растворенных веществ органического и неорганического характера. Их состав очень разнообразен. В среднем в 1 м3 сточных вод содержится по сухому веществу 0,04 % взвешенных, 0,1 % растворенных и коллоидных органических и 0,01 % минеральных веществ.

Взвешенные вещества представлены частицами коры, волокном и каолином, которые попадают в сточные воды из древесно-подгото- вительного, варочного, промывного цехов и картонно-бумажных фабрик. Их количество зависит от технологии и оборудования окорки древесины, варки и промывки целлюлозы, от композиции бумажной массы и эффективности улавливания волокна на внутрицеховых установках.

Растворенные и коллоидные вещества поступают в сточные воды главным образом с разбавленными щелоками варочно-промывных цехов и от ступени отбелки целлюлозы. Чем выше выход целлюлозы по варке, степень регенерации отработанных щелоков и замыкания схем водопользования, тем меньше этих загрязнений поступает в сточные воды.

Органическая часть щелоков включает лигнин и продукты разрушения углеводного комплекса древесины. При сульфатной варке целлюлозы от общего количества органических веществ на долю щелочного лигнина приходится около 30−50 %, продукты разрушения углеводов (оксикислоты, летучие и карбоновые кислоты) составляют 30−35 %. В меньшем количестве присутствуют компоненты аромати-

4

ческого характера, образующиеся при разрушении лигнина (фенолы, фенолкислоты и др.). В состав сульфитных щелоков входят лигносульфоновые кислоты и их соли (до 50 %), моно- и олигосахариды (25−36 %), летучие в нелетучие органические кислоты, спирты, альдегиды, экстрактивные вещества и другие органические компоненты.

Для сточных вод сульфитцеллюлозного производства характерны значения рН в диапазоне 3,5−6. Сточные воды производства сульфатной целлюлозы имеют рН около 8−10. Поэтому необходимой стадией подготовки сточных вод ЦБП к биологической очистке являются их нейтрализация и добавка биогенных солей.

В практике биологической очистки основными показателями загрязненности сточных вод являются биохимическое потребление кислорода, определяемое в течение 5 суток (БПК5), химическое потреб-

ление кислорода (ХПК) и концентрация взвешенных веществ.

Органические компоненты сточных вод можно условно разделить на легко- и трудноокисляемые. К легкоокисляемым компонентам, имеющим высокую скорость биоокисления и отношение БПК5:ХПК около 0,5 и выше, относятся летучие кислоты, оксикислоты, моно- и дисахара, другие органические вещества, легко подвергающиеся расщеплению бактериальными ферментами. Наиболее трудноокисляемыми являются щелочной лигнин и лигносульфонаты, которые практически не биодеградируют в процессе биологической очистки. Показатель БПК5:ХПК, характеризующий глубину и скорость биоокисления веществ, для щелочного лигнина черного щелока производства сульфатной целлюлозы с выходом 48−50 % составляет 0,01, сульфатной полуцеллюлозы − около 0,05. Из остальных органических компонентов сточных вод наиболее трудно биологически окисляются фенолкислоты и смоляные кислоты, количество которых при очистке в аэротенках снижается только на 30 %.

Способность к биоокислению взвешенных органических веществ зависит и от их размера: чем крупнее частицы, тем ниже скорость их окисления. Основной компонент органической взвеси – волокна целлюлозы. Даже для мелких целлюлозных волокон отношение БПК5:ХПК не превышает 0,1. О низкой степени биоразрушения целлюлозы свидетельствует и опыт эксплуатации аэротенков – распад целлюлозных волокон обычно не превышает 5–10 %.

5

Сточные воды ЦБП, поступающие на внеплощадочные очистные сооружения, имеют БПК5 в среднем 0,2–0,4 кг/м3. Концентрация взвешенных веществ 0,1–0,5 кг/м3, ХПК около 1 кг/м3.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ФИЛЬТРОВАНИЕМ

Для определения концентрации твердых взвешенных органических и неорганических веществ в пробе воды предназначен метод, основанный на выделении взвешенных веществ путем фильтрования и определения их количества взвешиванием после высушивания до полного удаления влаги при (105 ± 2) °С.

Методика определения

Подготовленный стеклянный фильтр, высушенный в сушильном шкафу при (105 ± 2) °С, взвешенный на аналитических весах, помещают в колбу для фильтрования. Через фильтр пропускают 100–500 мл исследуемой воды (объем воды зависит от количества взвешенных примесей). Если фильтрат недостаточно прозрачен, его вторично пропускают через тот же фильтр. Необходимый вакуум в приборе достигается при помощи водоструйного насоса.

Приставший к стенкам фильтра осадок смывают порцией фильтрата. Промывание осадка на фильтре дистиллированной водой не допускается. По окончании фильтрования фильтр с осадком подсушивают сначала на воздухе, затем в сушильном шкафу при (105 ± 2) °С до постоянной массы, после чего охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Содержание взвешенных примесей (В.П.) в мг/л вычисляют по формуле

В.П. a b 1000 ,

V

где а – масса стеклянного фильтра с осадком, мг; b – масса стеклянного фильтра без осадка, мг; V – объем профильтрованной анализируемой сточной воды, мл.

6

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУХОГО ОСТАТКА

Сухой остаток – это масса остатка, получаемого выпариванием профильтрованной пробы сточной воды и высушиванием при (105 ± 2) °С. Величина эта должна выражать суммарное количество растворенных впробе веществ, неорганических и органических. Получаемые результаты, однако, удовлетворяют этому требованиюлишьприближенно.

Методика определения

В прокаленную, охлажденную и взвешенную фарфоровую или кварцевую чашку помещают 50–250 мл анализируемой сточной воды, предварительно профильтрованной. Воду выпаривают на водяной бане досуха. Затем переносят чашку с остатком в сушильный шкаф и высушивают при (105 ± 2) °С до постоянной массы.

Содержание сухого остатка (С.О.) в мг/л вычисляют по формуле

С.О. a b 1000 ,

V

где а –масса чашки с сухим остатком, мг; b – масса пустой чашки, мг; V – объем анализируемой сточной воды, мл.

3. МЕТОД КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОСТИ ВОДЫ

Прозрачность воды является важным признаком ее доброкачественности. Прозрачность зависит от содержания в воде механических взвешенных веществ (мути), химических примесей, солей железа.

Метод количественного определения прозрачности основан на определении высоты водяного столба, при которой еще можно визуально различить (прочесть) черный шрифт высотой 3,5 мм и шириной линии 0,35 мм на белом фоне.

7

Методика определения

Исследуемую воду после взбалтывания наливают в цилиндр Снеллена (рис. 1), отградуируемый по высоте в сантиметрах, с прозрачным плоским дном и имеющий у своего основания тубус с краном для выпуска воды.

Цилиндр ставят на ламинированный образец шрифта, смотрят сверху вниз через столб воды, выпускают через нижнюю трубку воду, пока не будет отчетливо виден шрифт. Высота этого столба воды в сантиметрах определяет степень прозрачности воды.

Зависимость прозрачности воды от высоты столба жидкости (h) следующая:

h > 30 см – вода прозрачная,

h = 20÷30 см – вода слабомутная, h = 10÷20 см – вода мутная,

h < 10 см – вода очень мутная.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦВЕТНОСТИ ВОДЫ

Определение цвета воды имеет важное значение при экспрессных методах анализа воды. Например, контроль цветности сточных вод цел- люлозно-бумажных комбинатов позволяет контролировать содержание лигнинных веществбез проведения дорогостоящиханализоворганики.

Чистая вода, наблюдаемая в проходящем свете, на глубине нескольких метров имеет слегка голубоватую окраску, которая может изменяться в присутствии загрязняющих веществ и приобретать множество оттенков. Природные воды в основном имеют желтоватокоричневый цвет из-за наличия в ней частичек железа, глинистых частиц, гумусовых веществ.

8

Цвет, получаемый в присутствии нерастворенного взвешенного вещества, характеризуется как «кажущийся цвет». Международный стандарт ИСО 7887 устанавливает три метода определения цвета:

–метод определения цвета пробы путем визуального изучения пробы воды в бутылке. Методом можно определить только «кажущийся цвет»;

–метод определения цвета пробы воды визуально. Метод может быть использован для природной и питьевой воды, а также для промышленных вод с незначительной окраской. Данный метод является субъективным, поскольку зависит от восприятия оператора;

–метод определения цвета пробы с помощью оптических приборов. Он применим для природной, питьевой воды, а также для промышленных сточных вод с незначительной окраской.

Эти методы можно применять отдельно или в сочетании. Взвешенную муть, создающую помехи при определении действи-

тельного цвета, надо удалить путем фильтрования через бумажный фильтр («синяя лента»). Следует учитывать, что если воздух попадет

впробу во время фильтрования, то в некоторых случаях это приведет к образованию различных окрашенных продуктов. Например, соединения железа или марганца могут оставаться на фильтре или перейти

враствор в виде окрашенных соединений.

4.1. Определение цвета воды путем визуального изучения пробы воды в бутылке

Методика определения

Неотфильтрованную пробу воды помещают в бутылку, проверяют пробу на интенсивность цвета и оттенка в отраженном свете относительно белого фона. Если проба содержит взвешенное вещество, то нужно дать ему осесть до начала проверки.

4.2. Визуальный метод определения цвета пробы воды

Методика определения

Метод основан на определении интенсивности цвета проб путем сравнения со шкалой цветности.

9

Для определения цветности воды данным методом используют цветовую шкалу, которая готовится из двух растворов:

1)в 1 л воды растворяют 0,0875 г К2Сr2О7, 2 г CoSO4·7H2O и 1 мл H2SO4 плотностью 1,84 г/см3. Этот раствор является исходным и отвечает цветности 500о;

2)1 мл H2SO4 плотностью 1,84 г/см3 доводят дистиллированной водой до метки.

Шкалу цветности получают смешением растворов № 1 и 2 в определенных соотношениях (таблица). Полученные растворы стабильны

втечение 1 месяца.

Шкала цветности

Далее заполняют 11 стандартных измерительных пробирок растворами шкалы цветности и 1 пробирку исследуемой водой, которая должна быть предварительно профильтрована. Помещают пробирку на белую поверхность так, чтобы свет отражался вверх через колонки жидкостей. Цвет определяют, смотря вертикально вниз через колонки жидкости. Результат записывают в градусах цветности.

Если исследуемая проба воды имеет цветность более 70°, пробу следует разбавить дистиллированной водой в определенном соотношении до получения окраски исследуемой воды, сравниваемой с окраской шкалы цветности.

Полученный результат умножают на число, соответствующее величине разбавления.

4.3. Фотометрический метод определения цветности воды

Фотометрический метод определения цветности воды заключается в сравнении проб испытуемой воды с растворами, имитирующими цвет природной воды.

10