Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
11.06.2015

Оценка эффективности обезвоживания шлам-лигнина методом центрифугирования

Троц Елена Сергеевна
Студентка кафедры химии и химических технологий Северного (Арктического) Федерального университета им. М.В. Ломоносова, г. Архангельск, Российская федерация
Воронцов Константин Борисович
к.т.н, доцент кафедры химических технологий, Северного (Арктического) Федерального университета им. М.В. Ломоносова, г. Архангельск, Российская федерация
Аннотация: В статье приведены результаты экспериментальных исследований обезвоживания шлам-лигнина методом центрифугирования. Введение флокулянта в сточную воду после коагуляции способствует улучшению параметров центрифугирования.
Ключевые слова: шлам-лигнин, обезвоживание, центрифугирование, коагуляция, флокулянт
Электронная версия
Скачать (569.8 Kb)

В ходе очистки практически любых сточных вод образуются осадки. При этом значительная их часть образуется при очистке производственных сточных вод. Обработка данных осадков является технологически сложной и дорогостоящей частью систем очистки.

Осадки сточных вод (ОСВ) относят ко второму (высокоопасные) или третьему (опасные) классу отходов. Они в значительной степени состоят из органических веществ, выделяемых из поверхностных и сточных вод методами механической, биологической и физико-химической очистки. При этом состав органических веществ весьма разнообразен и может включать в себя различные соединения, в том числе и обладающие токсичными свойствами.

Обработка осадков производственных сточных вод может состоять из следующих стадий: уплотнение или сгущение, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание, ликвидация или утилизация. Выбор конкретной технологической схемы обработки осадков зависит от большого числа факторов, таких как свойства осадков, их количеств, наличие необходимого оборудования, уровень энергоемкости процессов и т.д.

Наиболее распространенными сооружениями обработки осадков сточных вод в РФ являются иловые площадки и шламонакопители, однако, их нельзя отнести к экологически безопасным и приемлемым в условиях современности.

В мировой практике прослеживаются тенденции к постоянному увеличению доли механического обезвоживания ОСВ. Основными методами являются: 1) вакуум-фильтрование на барабанных и ленточных вакуум-фильтрах; 2) центрифугирование с использованием осадительных центрифуг и обезвоживающих центрифуг - центрипрессов; 3) фильтр-прессование на камерных, ленточных и шнековых фильтр-прессах. При этом в последнее время происходит постепенный переход на обезвоживание методом центрифугирования.

Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) характеризуется значительными объемами водоотведения. Особенно сточные воды ЦБ предприятий является сложность и непостоянство их состава, а также содержание в них значительных количеств лигнинных веществ. Данные вещества практически не разрушаются на стадии биологической очистки, которая традиционно используется на большинстве предприятий отрасли. Таким образом актуальной задачей является разработка методов очистки сточных вод ЦБП.

На кафедре химии и химических технологий Северного (Арктического) федерального университета имени М.В.Ломоносова разработана технология локальной коагуляционной очистки лигнинсодержащих сточных вод (СВ) ЦБП. [1]. Её сущность заключается в обработке СВ коагулянтом и флокулянтом. В результате образуется осадок, который принято называть шлам-лигнином. Для эффективной реализации данной технологии требуется разработка методов обезвоживания шлам-лигнина.

В данной работе исследовали обезвоживание шлам-лигнина методом центрифугирования. Целью данной работы являлось разработать рекомендации по обезвоживанию осадков.

Объектами исследования являлись: 1) щёлоксодержащая сточная вода, приготовленная из плотного сульфатного щёлока, отобранного на ОАО «Архангельский ЦБК»; 2) шлам-лигнин; 3) коагулянты - сульфат алюминия (СА) и оксихлорид алюминия (ОХА); 4) полиакриламидные флокулянты.

Щелоксодержащую воду готовили разбавлением необходимого количества плотного сульфатного щелока водой. Доводили pH до нейтральной среды и ХПК около 1000 мг О2/л.

Щелоксодержащую сточную воду обрабатывали коагулянтом и флокулянтом, исходя из заданных дозировок. По окончании процесса очистки отстаивали в течение 30 мин; верхний слой сливали путем декантации, а нижний – осадок – центрифугировали.

Центрифугирование осадков производили на лабораторной центрифуге. В калиброванные и пронумерованные пробирки заливали осадки объемом V и помещали в центрифугу. После центрифугирования замеряли высоту слоя фугата, объем уплотнённого в пробирках кека Vк, см3.

Эффективность процесса центрифугирования оценивали по двум показателям: индекс центрифугирования (I) и влажность кека (W).

Индекс центрифугирования вычисляли по формуле: 

1.png

где Vк, V – объемы соответственно исходного кека и осадка, уплотненного в пробирках лабораторной центрифуги, см3.

Сисх – концентрация сухого вещества исходного осадка, г/см3

Влажность определяли путем высушивания до постоянной массы в сушильном шкафу.

2.png

где m1– масса пробы осадка исходной влажности, г;

m2 – масса высушенной пробы осадка, г.

В первом эксперименте исследовали влияние продолжительности центрифугирования(tцф) на эффективность обезвоживания шлам-лигнина. Результаты представлены на рисунках 1 и 2. С увеличением продолжительности центрифугирования влажность кека уменьшилась до 95% при обработке сульфатом алюминия и до 94% - оксихлоридом алюминия.

Индекс центрифугирования также снижается. Т.о. достаточная продолжительность центрифугирования составила 20 минут.

Во втором эксперименте изучали влияние фактора разделения на эффективность обезвоживания шлам-лигнина. Фактор разделения показывает во сколько раз ускорение центробежного поля, развиваемого в данной центрифуге больше ускорения гравитационного поля. Результаты эксперимента представлены на рисунках 3 и 4.  

Зависимость

Зависимость

С ростом фактора разделения также наблюдается уменьшение влажности кека и индекса центрифугирования. При этом при факторе разделения до 1000 наблюдается резкое снижение индекса центрифугирования. При дальнейшем увеличении данного параметра индекс центрифугирования снижается незначительно.

В третьем эксперименте изучали влияние дозировки катионного флокулянта FO 4115 SH (Дфл), вводимого в пробу сточной воды на стадии коагуляции. Результаты данного эксперимента представлены на рисунках 5 и 6.

5.png

Дозировка флокулянта вводимого в сточную воду после коагуляции незначительно влияет на влажность кека после центрифугирования, но способствует снижению индекса центрифугирования.

В четвертом эксперименте изучали влияние продолжительности обработки(tоб) флокулянтом перед центрифугированием. Обработка осадка заключалась в смешении его с раствором флокулянта и дальнейшем выдерживании в течение определенного времени. После выдерживания пробы, осадок центрифугировали. Результаты эксперимента представлены на рисунках 7 и 8.

6.png

Минимальный индекс центрифугирования наблюдался при использовании неионного флокулянта. Однако достаточный уровень индекса центрифугирования (27) в случае использования катионного флокулянта достигается намного раньше по сравнению с остальными.

В пятом эксперименте исследовали влияние дозировки флокулянта. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты экспериментов

Дозировка флокулянта, г/кг СВ

Флокулянт

Катионный

Неионный

Анионный

W, %

ИЦ

W, %

ИЦ

W, %

ИЦ

0

97,31

33

97,31

33

97,31

33

0,5

97,49

33

96,86

33

98,37

44

1,0

97,48

27

97,04

27

98,72

33

1,5

97,60

22

97,17

27

97,52

33

2,0

96,96

22

96,55

27

97,10

33

2,5

96,75

22

96,63

27

96,89

33


Наиболее эффективным является катионный флокулянт, т.к. его добавление в дозировке от 1,5 г/кг СВ осадка приводит к получению относительно низкого значения индекса центрифугирования (22), в то время как для анионного и неионного флокулянтов такие значения индекса центрифугирования не были получены.

На основании полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы:

- С ростом продолжительности центрифугирования и фактор разделения наблюдается уменьшение влажности кека и величины индекса центрифугирования. Достаточными условиями этих факторов являются: продолжительность – 20 минут, фактор разделения от 2200;

- Введение флокулянта в сточную воду после коагуляции способствует улучшению параметров центрифугирования: достаточная дозировка флокулянта – 0 ,5 мг/л;

- Наилучший эффект, в процессе центрифугирования наблюдается при выдерживании осадка с флокулянтом в статических условиях без перемешивания;

- Для повышения эффективности сгущения осадка методом центрифугирования можно рекомендовать катионный флокулянт с дозировкой 1,5 г/кг СВ осадка;

- Наилучший эффект достигается при продолжительности уплотнения осадка в течении 60 минут. 

Список литературы:

  1. Байбородин А.М., Воронцов К.Б., Богданович Н.И., «Коагуляционная очистка сильнозагрязненного стока ДПЦ-3 ОАО «Архангельский ЦБК»// Журнал – «Известия высших учебных заведений. Лесной журнал», № 4, год 2012;
  2. Байбородин А.М., Воронцов К.Б., Богданович Н.И., «Локальная очистка сильнозагрязненных сточных вод целлюлознобумажной промышленности коагулянтами»// Журнал – «Водоочистка», издательство - Издательский дом "Панорама" (Москва), страницы: 36-38, номер 7, год 2009;
  3. Байбородин А.М., Воронцов К.Б., Богданович Н.И., «Разработка системы локальной очистки сильнозагрязненных сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий»// Журнал – «Вода: химия и экология», издательство - Издательский дом «Вода: химия и экология» (Москва), № 8, 2011. – с.16-21.