ВВЕДЕНИЕ
Ткани, производимые из целлюлозы (полностью или частично), обычно подвергаютобработке в жидком аммиаке для уменьшения усадки и обеспечения большегосродства ткани к действию других химических реагентов. В соответствии собщепринятой технологией ткань подвергается кратковременному воздействиюжидкого аммиака, например при погружении в ванну. После истечения необходимоговремени, составляющего обычно
Глава 1.ХАРАКТЕРИСТИКА И СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ ОТХОДОВ
Краткаяхарактеристика отхода
К текстильнымотходам относятся отходы производства:
в виде волокон,пряжи, нитей, лоскутов и обрезков текстильных материалов и отходыпотребления в виде бытовых изношенных текстильных изделий. К отходампотребления относятся также отходы производственно-технического назначения ввиде изношенной спецодежды, скатертей, покрывал, постельного белья, штор,гардин и т.д., образующиеся на промышленных предприятиях, на транспорте, всферах общественного питания и здравоохранения, в медицинских учреждениях, предприятияхбытового обслуживания и т.д.
В самом общемвиде все текстильные отходы могут быть распределены на четыре основные группы:
К первойгруппе могут быть отнесены так называемые волокнистые отходы производства,характеризующиеся высоким качеством, и которые, как правило, не выходят застены тех предприятий, где они образуются, а подлежат переработке в основнуюили дополнительную продукцию без применения специального оборудования.
Например, вхлопчатобумажном производстве к таким видам отходов относятся гребенной икардный очес, рвань ровницы, колечки и мычка (ОСТ 17-88-86), которые посленебольшой дополнительной обработки подлежат переработке в хлопчатобумажнуюпряжу больших линейных плотностей.
Ко второйгруппе относят текстильные отходы производства, которые не могут бытьпереработаны на тех предприятиях, где они образуются, а подлежат отправке наспециальные фабрики по переработке вторичного сырья. На этих фабриках послеопераций измельчения (резки) и, возможно, разволокнения они перерабатываются внетканые материалы различного назначения или в более простую по технологииизготовления продукцию в виде пакли, ваты мебельной и технической, обтирочныхконцов и т.д.
То или иноеназначение нетканого материала зависит, в первую очередь, от сырьевого составаотходов, которые используются для его изготовления. Например, традиционныешерстяные или полушерстяные отходы используются чаще всего для выработкиутеплителей для швейной промышленности – ватинов и мебельных прокладок, аотходы синтетических волокон чаще всего применяются для изготовлениягеотекстильных материалов для транспортного строительства.
К третьейгруппе относятся текстильные отходы производства и потребления, состоящие изхимических, хлопковых и смешанных волокон, которые вследствие отсутствиящипального оборудования не могут быть в настоящее время разволокнены ипереработаны в продукцию ответственного назначения, а используются чаще всегокак обтирочный материал или просто выбрасываются на свалки.
К четвертойгруппе текстильных материалов относятся низкосортные отходы производства, такиекак подметь и пух из пыльных камер и т.п., которые практически непригодны дляпроизводства текстильной продукции. К этой же группе могут быть отнесеныотслужившие свой срок промышленные фильтры, очистка и восстановление которыхэкономически нецелесообразны.
При наличииизмельчающего оборудования они могут быть использованы, например, для получениякомпозиционных материалов, применяемых, в свою очередь, для изготовленияволокнистых строительных плит. В настоящее время отходы этой группы чаще всегоподвергаются уничтожению посредством сжигания или выбрасывания на свалки.
При решениипроблем утилизации текстильных отходов следует иметь в виду, что в настоящеевремя на специализированных предприятиях по переработке вторичного сырья восновном имеется оборудование, для переработки отходов второй группы. Поэтомусбору и заготовке этих отходов следует уделять основной внимание.
Для отходовтретьей группы требуется щипальное оборудование, часто отсутствующее наотечественных предприятиях. Отходы четвертой группы могут быть послесоответствующей подготовки переработаны в плитные материалы строительногоназначения, но и здесь в каждом конкретном случае необходимо решить проблемы,связанные с монтажом оборудования, экологической безопасности производства, егорентабельностью и другие.
Текстильныеотходы потребления в соответствии с действующими нормативно-техническимидокументами сортируются более чем на 90 сортов и подразделяются на группы :
· Тряпье шерстяное,полушерстяное
· Шубнина
· Валяльно-войлочныеизделия
· Тряпьехлопчатобумажное, льняное, полульняное и смешанное
· Тряпье дляобтирочной ветоши
· Мешковина
· Стеганые изделия
· Крученые изделия
· Тряпье изделий изсинтетических волокон
· Тряпье изделий изискусственных волокон
· Тряпьенизкосортное
Основныепоказатели качества вторичного текстильного сырья:
· Влажность
· Массовая доляпыли
· Массовая долянетекстильных примесей
· Массовая долятекстильных примесей
· Массовая доляминеральных примесей
· Массовая доля жира
· Массовая долямелкого сырья
Основныенаправления хозяйственного использования и переработки текстильных отходов
· Получениерегенерированных волокон:
· получениевосстановленой шерсти;
· получениерегенерированных хлопковых, льняных и химических волокон;
· Производствонетканых полотен;
· Производствоваты;
· Производствообтирочных материалов;
· Производствопакли;
· Производствостроительных материалов
Характеристикатехнологий переработки текстильных отходов
Технологияпереработки предусматривает стадию обработки:
· Обработкапроизводственных текстильных отходов предусматривает
· Сортировку
· Обработкатекстильных отходов производственного потребления предусматривает
· Сортировку
· Мойку (илихимчистку)
· Обработкатекстильных отходов бытового потребления включает
· Дезинфекцию
· Сортировку
· Мойку (илихимчистку)
Технологияполучения регенерированных волокон включает следующие операции:
· Резку текстильныхотходов на обрезки длиной от 30 до 90мм
· Эмульсирование иантистатическая обработка
· Разволокнение,чесание
· Контроль качества
· Прессование,упаковка, маркировка
Резкатекстильных отходов осуществляется на резальных машинах различного типа(ротационных, гильотинных)
Разволокнениетекстильных отходов осуществляется на щипальных, концервальных или чесальныхмашинах
Основныепоказатели качества регенерированных волокон:
· Длина волокна
· Массовая долянеразработанных клочков ткани
· Массовая долянеразработанных нитей
· Влажность
· Массовая доляминеральных примесей
· Массовая доляжира
Производствонетканых полотен осуществляется следующим способом:
· вязально –прошивным
· иглопробивным
· валяльно –войлочным
· клеевым
· термическогоскрепления
Производствонетканых материалов вязально-прошивным способом заключается в механическомпровязывании петлями нитей или волокон различных структур (холста, нитей,тканей и их комбинации).
Технологияпроизводства нетканых материалов вязально-прошивным способом включает следующиеоперации:
· Сортировку
· Резку
· Приготовлениесмесовой «постели»
· Разработка на щипальноймашине
· Изготовлениеволокнистого холста
· Провязываниеволокнистого холста на вязально-прошивной машине
· Обрезка кромок
Производствонетканых полотен иглопробивным способом заключается в механическом протаскивании волокон через холстиглами с зазубринами
Технологияпроизводства нетканых полотен включает:
· Резку отходов
· Приготовлениисмеси
· Эмульсированиесмеси
· Изготовлениеполотна на иглопробивном агрегате
· Упаковку
Производствонетканых полотен валяльно-войлочным способом заключается в свойлачивании волокон в холсте иосновано на способности шерсти к свойлачиванию
Технологияпроизводства нетканых полотен валяльно-войлочным способом включает:
· Приготовлениесмеси
· Обработка смесина щипальном и обеспыливающем оборудовании
· Формирование холста
· Свойлачиваниепластин войлока на катальной или универсально-свойлачивающей машине
· Вылеживаниепродукции
· Упаковка
Клеевойспособ производства нетканых полотен заключается в скреплении волокон различными связующими.
Технологическийпроцесс производства нетканых полотен клеевым способом включает:
· Сортировкуотходов
· Резку
· Приготовлениесмесовой «постели»
· Замасливание ивылеживание
· Разволокнение (начесальной машине )
· Формированиехолста
· Пропитка холстаклеем
· Сушка холста
· Обрезка кромок
· Упаковка
Производствонетканых полотен методом термического скрепления заключается в размягчениитермопластичных волокон под действием температуры и последующем скреплениихолста.
Технологияпроизводства нетканых полотен методом термоскрепления включает:
· Подготовкутекстильных отходов текстильных отходов из натуральных волокон
· Подготовкутекстильных отходов из термопластичных волокон
· Формированиехолста
· Уплотнение холста
· Сложение холстов
· Уплотнение холста
· Скрепление холстана термообрабатывающей машине
· Обрезку кромок
· Упаковку
Технологическийпроцесс производства мебельной и швейной ваты включает:
· Подготовкутекстильных отходов
· Разрыхление,очистку и обеспыливание
· Чесание
· Упаковку ваты
Технологическийпроцесс производства обтирочных материалов включает:
· Дезинфекцию
· Сортировку
· Мойку, отжим
· Сушку
· Упаковку ветоши
· Сортировку
Технологическийпроцесс производства пакли включает:
· Подготовку иобработку текстильных отходов
· Резку, очистку иобеспыливание
· Разволокнение
· Смешивание
· Упаковку
Основныенаправления производства строительных материалов с использованием текстильныхволокон:
· Производствопакли
· Производстворубероида
· Производствотеплозвукоизоляционных материалов
Технологияпроизводства теплозвукоизоляционного материала (ТеЗИП) с использованиемнизкосортных и неутилизируемых текстильных отходов ( кноп,коротковолокнистые текстильные отходы, содержимое пылевых камер и др.)включает:
· Приготовлениераствора связующего
· Подготовкутекстильных отходов
· Смешивание
· Формированиековра
· Сушку
· Резку
Глава 2. АММИАКИЗ СТОЧНЫХ ВОД ТЕКСТИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Ткани, производимые из целлюлозы (полностью или частично), обычноподвергают обработке в жидком аммиаке для уменьшения усадки и обеспечениябольшего сродства ткани к действию других химических реагентов. В соответствиис общепринятой технологией ткань подвергается кратковременному воздействиюжидкого аммиака, например при погружении в ванну. После истечения необходимоговремени, составляющего обычно
В последние годы с разработкой тканей, не требующих утюжки, испециальных тканей возросло значение аммиачной обработки тканей. В производствеиспользуются большие количества аммиака, вследствие чего возникает проблемаутилизации или удаления образующихся сточных вод.
В ходе процесса только небольшая часть, около 5 %, исходного аммиака,действительно расходуется в реакции или составляет потери. Остаток находится ввиде паров аммиака. В силу потенциальной вредности, неприятного запахааммиачных паров и по экономическим причинам необходимо проводить выделениепаров аммиака для сжижения и повторного использования.
К сожалению, не существует эффективных методов выделения аммиака при обработкетканей. Недостатками известных процессов являются взрывоопасность,ненадежность, отрицательные воздействия на процесс первичной обработки ткани.
Немаловажным фактором является высокая стоимость. Поэтому процессвыделения аммиака из сточных вод должен быть достаточно экономичен итехнологичен.
Во многих случаях при использовании больших объемов аммиака еговыделение и повторное использование становятся экономически целесообразными пристепени выделения 90%. При меньшей эффективности выделения процесс проводитьневыгодно. В ситуациях, когда используются небольшие количества аммиака и когдаон находится в смеси с большими объемами воздуха и водяного пара, выделениеаммиака экономически нецелесообразно. В таких случаях отходы, содержащиеаммиак, выбрасывают в атмосферу или сжигают.
Таким образом, существует потребность в разработке методов и устройствдля выделения аммиака в соответствии с техническими и экономическимитребованиями текстильного производства.
В промышленности существует значительная потребность в водном раствореаммиака с концентрацией 20—30 %. Обычно такие растворы получают растворениемгазообразного аммиака в воде. В то же время выделение аммиака из отходов сдостаточно высоким содержанием его может привести к новым путям получения такихрастворов.
Предлагаемый процесс предназначен для выделения аммиака из отходящихгазов, содержащих также воздух и водяной пар. Газы барботируются через водянуюванну холодильника и затем проходят через скруббер при прямом контакте сразбрызгиваемой свежей водой. Скруббер и холодильник объединены в единыйкомплекс таким образом, что водный раствор аммиака из скруббера попадает сразув водяную ванну холодильника. Температура водяной ванны контролируется спомощью температурного датчика, регулирующего скорость подачи охлаждающейжидкости.
Водный раствор аммиака из ванны, отбираемый в качестве продукта, можетвозвращаться в ванну, если концентрация аммиака недостаточна. На рис. 13показана установка для проведения этого процесса.
Отходящие газы, содержащие аммиак, вместе с парами воды и воздухом,подаются в систему по линии /, проходят через фильтр 2, воздушный насос 3, регулятор скоростиподачи 4 и демпфер 5. Насос 3 доводит давление до 700 Па, при этом поддерживается скорость газа,обеспечивающая постоянство уровня водного раствора и уменьшение захвата капельгазовым потоком. Линия / разделяется на линии 6 и 10, ведущие вхолодильник 23. Холодильник состоит из трубной части и корпуса. Трубная часть связана слиниями 27 и 26, по которым циркулирует охлаждающий агент (обычно используется вода). Вкорпусе находится водяная ванна 9.
Отходящие газы по линиям 6,10 поступают в камеру 7 к 11 соответственно(границы камер определяются перегородками 8 и 12). Камерыраспространяются по
/>
Рис. 2.Установка для выделения водных растворов аммиака с использованием промывки иконденсации
всей длине холодильника 23и служат для барботажа газа через ванну 9, где происходитабсорбция части аммиака. После этого газ 16с пониженной концентрацией аммиака (около 10 %)проходит в скруббер 17,расположенный над холодильником 23.
В скруббере 17газ омывается свежей водой, которая подается по линии 13 через вентиль 14 и распыляющеесопло 20. Дополнительное распылительное устройство 19 обеспечиваетраспыление воды на мельчайшие капли 18.Капли движутся вниз по скрубберу, взаимодействуя споступающим газом. При этом аммиак практически полностью поглощается водой, авыходящий газовый поток с содержанием аммиака около 0,5 % выпускается черезвентиль 22. Водный поток 18,поглотивший аммиак из газа 16, стекает вниз иобъединяется с содержимым ванны 9в. корпусной части холодильника 23.
Водный раствор аммиака с содержанием 20—30 % или более выводится изхолодильника 23 через скважину 29,линию 30с вентилем 31и насосом 32и трубопровод 37в емкость для хранения 38. Поток охлаждающейжидкости, циркулирующий по линии 27,трубчатой части холодильника и линии 26, регулируетсяклапаном 27, который в свою очередь управляется датчиком температуры 28. Температура вванне 9 поддерживается в интервале 10—25 °С.
Датчик концентрации 33связан с линией 31и измеряет электропроводящие свойства раствора какфункцию концентрации аммиака в растворе. Датчик осуществляет контроль заработой трехходового клапана 34,направляющего продукт или по линии 37 в емкость дляхранения 38 или по линиям 35и / в ванну 9для создания требуемой концентрации аммиака.
Данный метод предназначен для выделения аммиака из газовых смесей с егонебольшим содержанием; получающиеся водные растворы имеют концентрацию 20—30 %,достаточную для многих практических приложений.
Ранее такие растворы получались пропусканием безводного аммиака черезводу. Описываемый процесс решает две важные задачи — обеспечивает получениеполезного продукта из отходящих газов, переработка которых ранее считаласьэкономически невыгодной, и устраняет вредные выбросы в атмосферу.
Скорость подачи свежей воды по линии 13 (через жиклер 20) регулируетсявентилем 14, управляемым уровнемером 36,связанным с холодильником 23.
Скруббер 17 и холодильник 23предпочтительно располагать в одном корпусе 24. Холодильник имеетформу горизонтально расположенного цилиндра, скруббер находится в средней подлине его части и расположен над ним. Скруббер обычно расположен вертикально ив верхней части 15 имеет выходной вентиль 22.Колодец 29регулирует глубину заполнения ванны 9 так, что насыщениеаммиаком происходит по мере отбора водного раствора по линии 30 в резервуар 38.
С экономической точки зрения в процессе обработки ткани жидким аммиакомнеобходима его регенерация и повторное использование. Во время технологическихопераций аммиак в любом случае загрязняется водой. Теоретически в условияхпериодического процесса отделение воды от аммиака реализуется довольно просто сиспользованием выпаривания или других подобных методов. Однако в условияхнепрерывного производства при.использовании больших количеств аммиака вкачестве реакционной жидкости вода быстро накапливается ие только в процессеобработки ткани, но и в результате проникновения атмосферного воздуха всистему.
Так как вода накапливается в системе непрерывно, она должна непрерывноудаляться по ходу процесса. Предлагаемый процесс обеспечивает высокуюэффективность удаления воды в результате конденсации паров воды и аммиака изотходящих газов в охлаждающей камере, где абгазы контактируют снизкотемпературной массой жидкого аммиака. Охлаждение аммиаком производитсяпосле предварительного охлаждения газа в бесконтактных теплообменниках.
Сконденсировавшаяся масса жидкого аммиака с примесью воды смешиваетсясо свежим жидким аммиаком и возвращается в процесс. Как правило, часть воды,поступающей на обработку, удаляется вместе с тканью, а остаток выводится в видепара, подвергающегося рециркуляции.
Существенным приемом здесь является то, что жидкий аммиак не сразувозвращается в процесс, а подается в охлаждающую камеру, где смешивается сотходящими продуктами. Эта смесь, которая содержит небольшие количества воды,возвращается в процесс. В силу этого, содержание воды в реакционном раствореподдерживается на постоянном низком уровне, обычно 2—3 % при максимальнойнагрузке. При эксплуатации в более мягких условиях количество воды может бытьеще более снижено.
Общая схема процесса обработки ткани и выделения аммиака представленана рис. 14.
Целлюлозная ткань 10из подающего устройства проходит ролики контролянатяжения 2 и пропускается через один или несколько нагревательных валов,образующих секцию предварительной сушки. На этой стадии обработки ткань теряетзначительное количество влаги; после нее материал содержит от 7 до 10 % воды(от массы ткани). Избыточное количество воды в материале может ингибироватьреакцию с участием жидкого аммиака. Обычно такой процесс проводится в средеаммиака с содержанием воды не более 10%.
Соотношение массы аммиака к массе обрабатываемой ткани может меняться вшироких пределах, однако отношение 1: 1 (одна часть раствора аммиака к однойчасти ткани) является широко распространенным. В таком случае при содержании 10% воды в подаваемой ткани в процессе смешивания с аммиаком содержание в немводы составит также около 10 %. Этот уровень нежелателен, поскольку сам аммиактакже содержит некоторое количество влаги. Поэтому на стадии предварительнойпросушки достигается остаточное содержание влаги 3—5 %. Если ткань приходитдостаточно сухой, эти операции могут быть опушены.
После секции предварительной сушки ткань имеет высокую температуру иохлаждается перед подачей в камеру обработки аммиаком 16 струей воздуха от вентилятора 4; при этом ткань приобретает температуруокружающего воздуха.
После просушки, охлаждения и прохождения дополнительного натягивающегоролика 5 ткань вводится вреактор 16 черезгерметическое подающее устройство 6. Как правило, давление в реакторе 16 поддерживается несколько ниже атмосферного и устройство 6 представляет собой двойной герметическийзатвор. Промежуточная камера между затворами функционирует при несколькоменьшем давлении, чем в реакторе, так что при наличии негерметичности протечкибудут направлены внутрь промежуточной камеры и потеря аммиака сводится кминимуму. Обычно реакционная камера работает при разрежении 120 Па, в то времякак в промежуточной камере затвора поддерживается разрежение ~190 Па.
/>
Рис. 3.Схема процесса выделения и вторичного использования аммиака в процессеобработки ткани
В варианте, показанном на схеме, аммиак в реакторе 16 обрабатывается с помощью устройства 8. Оно снабжается жидким аммиаком, подаваемымв контролируемом режиме по трубопроводу 17'. Контроль осуществляется с помощью поплавкового клапана, поддерживающегопостоянный уровень жидкого аммиака.
Далее ткань проходит через валки 7 для отжима избытка аммиака и затемчерез серию барабанов с регулируемой скоростью вращения 9. Через определенное время тканьподвергается нагреванию для отгонки жидкого аммиака.
Для просушки используются сушильные барабаны 10, 13 пальмеровского типа. Каждый из нихсостоит из большого нагревательного барабана 11, вокруг которого наматывается просушиваемаяткань; оба барабана соединены последовательно. В соответствии с технологиейреакция взаимодействия аммиака с тканью практически прекращается приустановлении контакта ткани с первым барабаном. Интервал времени между началомпогружения ткани в жидкий аммиак и началом контакта с поверхностью сушильногобарабана обычно составляет от 0,6 до 9 с. Достижение необходимого времениосуществляется изменением длины пути ткани между устройством 8 и первым барабаном 10, например с помощью изменения скоростивращения валков 9.
После окончания просушки на втором барабане 13 ткань выходит из камеры 16 через выходной затвор 15. Это устройство аналогично 6 и обеспечивает перепад давлений, исключающийутечку аммиака.
В процессе прохождения тканью главной камеры только 5 % жидкогоаммиака, подаваемого в устройство 8, расходуется в реакции, остальное количество отдувается в виде газообразного аммиака. Эти пары представляют опасностьдля здоровья; их повторное использование имеет большое значение для обеспеченияэкономичности непрерывного производства. Выделение аммиака осуществляется путемего отбора из камеры, сжатием паров и их конденсацией. Обычно в смесисодержится большое количество воздуха, однако воздух легко отделяется от аммиака,поскольку он конденсируется гораздо хуже. Газовая смесь из камеры 16 содержит также некоторое количество водыиз подаваемой ткани и влаги воздуха. Несмотря на наличие герметическихустройств ввода и вывода, в реактор попадает воздух, содержащийся в межволоконныхполостях ткани.
Присутствие воды в аммиаке еще недавно представляло значительныетрудности для его очистки и получаемый разбавленный раствор мог использоватьсятолько в качестве низкосортного сырья в других производствах, например приизготовлении удобрений. Предлагаемый процесс позволяет эффективно отделять водув непрерывном режиме; при этом вода не ингибирует реакции и получается довольночистый безводный аммиак. В показанном упрощенном варианте процесса длянепрерывного отвода газовой смеси из главной камеры обработки используетсявсасывающая линия 17. Газовый поток вначале направляется в секцию выделения 18, в которой газы подвергаются сжатию иконденсации и жидкий аммиак отделяется от воздуха. Емкость 19 обеспечивает временное хранение аммиака.Линия 17, посредствомкоторой жидкий аммиак подается в устройство 8, не связана непосредственно с 19, а выходит из секции выделения 18. При этом жидкий аммиак из емкости 19 подается сначала в секцию 18, где он используется в качестве охлаждающейжидкости и только после этого направляется в устройство 8 вместе с избыточной влагой изрециркулируемых газов.
В соответствии со сложившейся практикой выделяемый воздух идет насжигание или в систему удаления отходов 20. Аналогичным образом смесь воздуха и пара из паровой камеры 14, содержащая также некоторое количествоаммиака, по линии 21 удаляется в виде отходов. Из-за низкой концентрации аммиака в этойсмеси его выделение неэкономично.
Глава 3. ТЕХНОЛОГИЯЛОКАЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СТОЧНЫХ ВОД ОТ КРАСИТЕЛЕЙ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Известно, что текстильноепроизводство потребляет большое количество воды — на производство 1 кг ткани затрачивается 100-200 кг воды. Сточные воды текстильных производств в качестве основныхзагрязнителей, содержат красители, соединения тяжелых металлов,поверхностно-активные вещества, вредные органические соединения и др. Очисткасточных вод текстильных производств от этих загрязнителей является основнойзадачей инженерной экологии на текстильных предприятиях. В докладе подробнорассмотрено создание системы локальной очистки сточных вод текстильногопроизводства. В основе этой системы лежит блочный принцип размещениятехнологического оборудования, элементы которого конструктивно связаны друг сдругом тепло- и массообменными потоками. Компактность оборудования и простотатехнологии позволяет использовать предложенное техническое решениенепосредственно в месте образования технологических сточных вод, например, вкрасковарко-печатном цехе текстильных предприятий. Технологические сточныеводы, очищенные от загрязнений, можно будет использовать повторно втехнологических операциях, например, на стадии промывки тканей, что позволитчастично или полностью решить проблему оборотного водоснабжения на текстильныхпредприятиях. Создание локальной системы очистки технологических сточных водна промышленных предприятиях непосредственно в месте образования загрязненныхстоков является в настоящее время наиболее прогрессивной технологическойинициативой, получившей название «cleaner production». Предлагаемыйпуть решения задачи — разработка технологии и оборудования для локальнойочистки производственных стоков от цехов текстильного производства,предусматривает создание для этих целей новой технологии и нового оборудования.Новая технология основана на использовании нового доступного отечественногоуглеродсодержащего гель-сорбента. Особенностью действия этого новогогель-сорбента заключается в том, что образование сорбента происходит непосредственнов процессе выделения красителей и тяжелых металлов из стоков. Сорбент вместе ссорбированными частицами красителя и соединениями тяжелых металлов легковыводится из системы фильтрованием через слой углеродсодержащего материала споследующей термической обработкой фильтрата и переводом красителей и тяжелыхметаллов в биостабильную форму. Новизна оборудования заключается в созданиипередвижного модуля, состоящего из трех основных зон (реагентная зона, зонаосаждения и зона фильтрации) и представляющего собой передвижной колонныйаппарат, в котором основные зоны конструктивно и технологически связанымассообменными и тепловыми потоками. Гель-сорбент имеет следующий состав ихарактеристики: зола 4-6 масс %; летучие 40-60 масс %; содержание общей серы всухом веществе 1-2 масс %; состав (% на сухое беззольное состояние — на горючуюмассу): углерод — 65-80; водород — 3,5-5,5; азот — 0,2-1,5; сера и кислород,суммарно — 20-30; атомное отношение Н/С — 0,5-0,8; атомное отношение О/С-0,2-0,4. Процесс выделения красителей и тяжелых металлов из технологическогораствора проводят путем подкисления растворимой щелочной Na-формыуглеродсодержащего гель-сорбента, имеющей рН = 7.05-13,8. Выделение сорбентапроводят фильтрованием. Фильтровальным материалом является углеродсодержащийматериал. Отработанный фильтровальный материал направляют на стадиютермического окисления, а маточный раствор после фильтрования используют какоборотную технологическую воду на стадиях текстильного производства. Процесс попредлагаемой технологии проводят на установке для очистки сточных вод открасителей и тяжелых металлов, которая представляет собой секционныймногофункциональный аппарат, конструктивно выполненный в виде колонны исостоящий из трех основных зон: реагентной, осаждения и фильтрования. Перспективойулучшения характеристик работы установки для очистки технологических сточныхвод текстильных производств является оптимизация технологических режимов:соотношение и концентрация реагентов, кислотность среды, режим перемешивания идр. Оптимизация работы установки может быть осуществлена в результатенакопления данных о работе установки и детального анализа этих данных. Установкаимеет модульный принцип (имеет три различные функциональные зоны). Высокаянадежность работы обусловлена ее конструкционной простотой. Установка имеет дваэлектропривода: насос для подачи исходной технологической сточной воды вверхнюю реагентную зону и привод перемешивающего устройства, расположенного вэтой же зоне. Поскольку работа установки происходит в широких диапазонахизменения рН (от 2 до 13), оборудование выполнено из соответствующегоматериала. Работа на установке не требует специального обучения рабочегоперсонала, достаточно инструкции на рабочем месте. Единственным ограничениемработы является объем перерабатываемых сточных вод. Текущий ремонт установкипроводится не реже одного раза в месяц (проверка работы перемешивающегоустройства, насосов, вентилей, удаление осадков на технологическом оборудованиии др.), капитальный ремонт — один раз в год. Разработанная технология иустановка предназначена для решения важной экологической проблемы — локальнойочистки производственных стоков от цехов текстильного производства. Врезультате работы установки образуется сорбент и фильтрат. Сорбент (углеродсодержащий)содержит адсорбированные частицы красителей и соединения тяжелых металлов ипосле срабатывания отправляется на стадию термической обработки (сжигание), гдеполностью переводится в биостабильную форму. Фильтрат (технологическая вода) посленейтрализации используется в системе оборотного водоснабжения на текстильномпредприятии. При реализации данной технологии и в ходе работы установкиотсутствуют какие-либо отложенные экологические проблемы.
/>
Глава 4. ЭФФЕКТИВНОСТЬИСПОЛЬЗОВАНИЯ 8-ОКСИХИНОЛИНА ПРИ УДАЛЕНИИ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОДТЕКСТИЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Проблемаочистки сточных вод в текстильной промышленности стоит достаточно остро.Значительное число предприятий отрасли или совсем не имеет очистных сооружений,или имеющиеся системы не обеспечивают очистку СВ до уровня существующихтребований. В сложившейся ситуации наиболее целесообразным считают организациюсистемы оборотного водопользования и систему локальной очистки с выделением изобщего числа стоков наиболее вредных по составу, например, содержащих тяжелыеметаллы [1].
В текстильнойпромышленности наиболее загрязненными в токсикологическом отношении являютсясточные воды красильно-отделочного производства. Многие красители содержат всвоем составе металлы, а в технологии крашения или отделки используютсяметаллсодержащие химические реактивы. В результате в сточных водахобнаруживаются тяжелые металлы, например, хром, медь, железо, в количествах,намного превышающих допустимые нормы [2].
Такимобразом, существующие в настоящее время на текстильных предприятиях системыочистки сточных вод от тяжелых металлов не позволяют достичь значений предельнодопустимых концентраций, а предлагаемые методы глубокой очистки требуют большихматериальных затрат, соизмеримых со стоимостью самого производства. Поэтомузадача создания доступного и эффективного способа удаления ТМ из СВ текстильныхпредприятий является актуальной.
Содержаниеионов металлов в сточных водах текстильных предприятий, в отличие отпредприятий металлообрабатывающей, химической промышленности и ряда другихпроизводств, относительно невелико — от единиц до десятых и сотых долей мг налитр. Удаление ионов из их разбавленных растворов представляет наибольшуютрудность. Достаточно эффективным приемом в этом случае является переводметалла из растворенной в осажденную форму с произведением растворимости, непревышающим 1.10-8 [3]. На практике ТМ обычно удаляютосаждением в виде гидроксидов, ПР которых значительно меньше указаннойвеличины. Однако образующийся осадок имеет рыхлую структуру, повышеннуюрастворимость за счет высокого солевого фона сточных вод. В случаенизкоконцентрированных растворов металлов образуется слабый коллоидный раствор,требующий дальнейшей операции — коагулирования.
Известенцелый ряд органических соединений, которые образуют с ионами металловмалорастворимые комплексные соединения. В настоящей работе изучаетсявозможность использования 8-оксихинолина (оксина) для реагентного выведенияионов тяжелых металлов из сточных вод текстильных предприятий. Действие этогосоединения определяется наличием в его молекуле функциональной группировкигетероциклического азота />N- сосновными свойствами в сочетании с фенольной R-OH группой, обусловливающейкислотные свойства реагента. В результате в растворе оксихинолинвзаимодействует с ионами многих металлов в широкой области концентраций ионовводорода, образуя устойчивые, малорастворимые хелатные соединения [4]:
\
/>
Важнейшаяособенность 8-оксихинолина состоит в том, что он взаимодействует с ионамиэлементов при тех же значениях рН, при которых эти ионы начинаютгидролизоваться, а произведения растворимости образующихся комплексов, особеннодвухвалентных металлов, на несколько порядков ниже, чем значения ПРсоответствующих гидроксидов. Предлагаемый препарат не селективен, и его избытокможет быть удален с осадком других металлов, например, железа или алюминия,которые вводятся в СВ в качестве коагулянтов.
Для выявлениявозможности и условий осаждения ионов металлов из их разбавленных растворов спомощью оксихинолина проводили предварительные исследования на имитаторахметаллсодержащих сточных вод, в качестве которых использовали растворы ионовметаллов — сульфата меди (II) концентрации 7,8.10-6моль/л. Осадитель-комплексообразователь готовили в виде раствора концентрации 7.10-3моль/л в уксусной кислоте при рН 3,5, гидроксида натрия — при рН 13 и вэтиловом спирте. Определенный объем 50 мл исходного раствора металла смешивалис необходимым количеством раствора лиганда и доводили до заданного значения рНраствором NaOH концентрации 0,1 моль/л. Полученный раствор выдерживали прикомнатной температуре для вызревания осадка в течение нескольких часов. Реакцииобразования оксихиналинатов металлов протекают быстро и необратимо. Длявизуального наблюдения осадка использовали стадию созревания, т.к. общееколичество ионов меди в каждом опыте не превышало 0,025 мг. В зависимости отусловий осаждения наблюдали светло-зеленые кристаллы образовавшихся комплексов.Количество оставшихся в растворе ионов металла определялиэкстракционно-фотометрическим методом с диэтилдитиокарбаматом свинца в CCl4[5]. Взаимодействие ионов меди с оксихинолином проводили при различныхзначениях концентрации водородных ионов и соотношениях металл: лиганд, равных1:3, 1:6, 1:9. Осадитель-комплексообразователь 8-оксихинолин малорастворим вводе, поэтому исследовали его растворимые формы в кислоте, щелочи и спирте.Установлено, что наиболее устойчивой формой осадителя являются его кислые, вданном случае ацетатные, растворы. Приготовленный специальным методом, он можетхраниться почти неограниченно долго. Спиртовый и щелочной растворы оксина,менее устойчивые во времени, лучше использовать свежеприготовленными и хранитьна холоде при защите от света.
Видно, чтодля щелочной формы оксина область максимального извлечения ионов меди (90-92 %)наблюдается в широком интервале концентраций ионов водорода, рН 5-11. Длякислой и спиртовой форм максимальная степень удаления ниже, не более 80-86 %, идостигается в более узком диапазоне рН — 7,5-9,5. Оксихинолин, как слабоеоснование, в кислой среде значительно протонируется и находится, главнымобразом, в виде катиона H2R+. В результате многие металлыуже в кислой среде реагируют с лигандом, замещая атом водорода в фенольномгидроксиле и образуя координационную связь с азотом. При этом выделяются двапротона, раствор несколько закисляется. Снижение рН для кислой формыоксихинолина особенно характерно при осаждении в нейтральной и слабощелочнойсреде (табл.). В щелочных растворах лиганд находится в виде аниона R-,и образование комплекса происходит без заметного изменения кислотности среды. Врезультате комплекс Cu2+ c оксином в щелочной форме устойчив в болееширокой области концентраций ионов водорода, чем комплекс Cu2+ соксином в кислой форме (рис. 1).
Для оценкирастворимости оксихинолятов меди раствор реагентов после смешения выдерживали втечение нескольких часов и контролировали образование осадка. Было замечено,что комплексы, полученные лигандом в форме катиона, в области максимальноговыхода в зависимости от времени вызревания образуют ярковыраженный осадок — светло-зеленые хлопья, иглы или пучки. Для спиртовой формы при осаждении Cu2+наблюдали хлопьевидный осадок, который со временем растворялся. Привзаимодействии Cu2+ с оксином в анионной форме раствор оставалсяпрактически прозрачным при выстаивании до 72 часов и девятикратном избыткелиганда. Следует отметить, что в отсутствии комплексообразователя придобавлении щелочи к раствору меди вплоть до рН 12 осадок гидроксида металла необразовался. Следовательно, наибольшей растворимостью при одинаковых условияхобладают медные комплексы щелочной формы оксина, наименьшей — кислой. Различныезначения максимальной степени извлечения ионов меди растворами оксихинолина вкислой, щелочной и спиртовой формах (рис. 1), по-видимому, можно объяснитьразличными значениями констант устойчивости образующихся комплексов К ипроизведений растворимости ПР их осадков.
Зависимостьстепени извлечения ионов меди оксихинолином в щелочной форме от количествалиганда и времени вызревания в условиях оптимального осаждения рН 11представлена на />рис. 2
/>
Видно, чтопри минимальном избытке лиганда, необходимом для количественного осаждения меди- соотношение металл: лиганд 1:3 (50 %-ный избыток против стехиометрии) — можно достичь максимальной степени извлечения 90-95 %, увеличивая времявызревания осадка до 48 часов. Однако это не всегда приемлемо, особенно вусловиях производства. Используя избыток комплексообразователя, можнозначительно уменьшить время осаждения. При 6-ти и более кратном избытке лигандавремя вызревания практически не влияет на полноту удаления ионов меди (рис. 2a).
В результатена примере разбавленных растворов меди было установлено, что 8-оксихинолинявляется эффективным реагентом для удаления ионов металлов из низкоконцентрированныхметаллсодержащих растворов. Осаждение следует проводить в нейтральных ислабощелочных средах в 6-9-кратном избытке комплексообразователя. В качествепоследнего нужно использовать растворы оксина в кислоте рН 3-3,5 или спирте.Степень извлечения составляет 90-95