ВВЕДЕНИЕ
Основными источниками загрязнения атмосферы с сульфат-целлюлозном производстве являются: содорегенерационный, варочно-промывной, известерегенерационный и отбельный цеха, окислительная установка, цех приготовления отбельных растворов.
В зависимости от принятой схемы производства могут возникнуть дополнительные источники загрязнения из отделений цеха переработки побочных продуктов (очистки и дезодорации скипидара, получение одоранта сульфана; ректификации скипидара; разложения сульфатного мыла; ректификации таллового масла и др.).
(ЦБП)невозможно без осуществления учета объема сточных вод, поступающих в соседние спредприятием водоемы. Для метрологического учета сточных вод необходимысоответствующие расходоизмерительные приборы: расходомеры и водосчетчики.
Большиеобъемы сточных вод в ЦБП предполагают необходимость измерения их расхода втрубопроводах большого диаметра или в открытых каналах. Также необходимоучитывать, что в стоках предприятий ЦБП находится большое количество взвешенныхчастиц и химических веществ, поэтому расходомеры должны безупречно работать взагрязненных и агрессивных жидкостях.
ГЛАВА 1. ВЫБРОСЫ В АТМОСФЕРУ И СБРОСЫ В ГИДРОСФЕРУ В СУЛЬФАТ-ЦЕЛЛЮЛОЗНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Варочно-промывной цех. В этом цехе имеется несколько источников выбросов.
При периодическом методе варки с терпентинной сдувкой, вместе с паром удаляются; остаточный воздух из щепы, скипидар, сероводород, метилмеркаптан (ММ), диметилсульфид (ДМС), диметилдисульфид (ДМДС). Парогазовая смесь терпентинной сдувки, от которой в щёлокоуловителях отделяются захваченные капельки щёлока, конденсируется в теплообменниках. Отсюда непрерывно удаляются несконденсировавшиеся газы, количество и состав которых зависит от вида вырабатываемой целлюлозы и связанного с этим расхода щёлочи на варку, а также от температуры воды, подаваемой на теплообменник.
При непрерывной варке целлюлозы, выдувочные пары направляются в систему пропаривания щепы, откуда избыток паров поступает в холодильник, аналогичный терпентинному конденсатору. Кроме этих источников загрязнения, есть ещё вентиляционные выбросы из-под колпаков вакуум-фильтров, вытяжки из выдувного резервуара (при холодной выдувке), бака слабых щёлоков, бака- пеносборника.
Выпарной цех. Главным источником выбросов в этом цехе является парогазовая смесь, которая удаляется вакуум-насосом из межтрубного пространства корпусов. Основной компонент, загрязняющий воздух, – сероводород. Кроме того, в выбросах содержится также метилмеркаптан и, в незначительных дозах, диметилсульфид, диметилдисульфид и метанол. Появление сероводорода и метилмеркаптана обусловлено изменением pH при упаривании и воздействием температуры и разрежения. Это приводит к разложению сульфида и меркаптида натрия и выделению этих кислых газов в паровое пространство.
Окислительная установка. Общее количество выбрасываемой ею газовоздушной смеси зависит от расхода воздуха на окисление, количества газов, подаваемых на установку, и типа окислительной установки.
Содорегенерационный цех. Дурнопахнущие компоненты в дымовых газах появляются в тех местах, где чёрный щёлок соприкасается с газами: в топке и в газоконтактном испарителе. Перегрузки содорегенерационных котлоагрегатов(СРК), также способствую повышению количества выбросов дурнопахнущих компонентов с дымовыми газами. В дымовых газах СРК содержатся не только газообразные соединения, но и твёрдые частицы, составляющие пылевой унос.
Содержание пылевого уноса в дымовых газах СРК перед газоочистным аппаратом изменяется в зависимости от количества сульфата натрия, добавляемого к щёлоку перед сжиганием, от схемы СРК и аэродинамического режима его работы, а также от соотношения органической и минеральной частей сухого вещества чёрного щёлока и выхода целлюлозы из древесины.
Газоконтактный испаритель. Он предназначен для уплотнения чёрного щёлока 50– 65 % сухих веществ. Щёлок, находясь в газоконтактном испарителе, поглощает из дымовых газов углекислый газ, сернистый и серный ангидриды, обуславливающие выделение сероводорода и метилмеркаптана вследствие понижения pH; выделению сероводорода при газоконтактной выпарке способствует также повышение концентрации остаточного сульфида натрия в чёрном щёлоке. Чем выше сульфидность белого щёлока, тем большее количество остаточного сульфида натрия и сероорганических соединений оказывается в чёрном щёлоке и тем загрязнённее дымовые газы.
Растворитель плава (РП). Плав, образующийся при сжигании чёрных щёлоков в СРК и состоящий из карбоната и сульфида натрия с небольшой примесью невосстановленного сульфата натрия, поступает в растворитель. Здесь плав растворяется в щёлоке. При контакте щёлока с плавом выделяется значительное количество парогазовой смеси, которая удаляется из растворителя плава через вытяжные трубы и выбрасывается в атмосферу. Пылевой унос из растворителя плава на 90 % состоит из соды. В зелёном щёлоке содержится значительное количество сульфида и меркаптида натрия, что предопределяет содержание сероводорода в газовой фазе.
Известерегенерационные печи (ИРП). В печах при обжиге каустизационного шлама и природного известняка образуются дымовые газы. Основными компонентами дымовых газов являются пыль кальциевых солей (12 г/нм3), образующаяся в результате механического уноса газовым потоком, и сернистый ангидрид (0.86 г/нм3 сухого газа), образующегося при сжигании высокосернистого мазута, а также сероводород и другие серосодержащие газы.
Отбельный цех. В процессе отбеливания целлюлозы традиционно используют либо сам хлор, либо его производные (оксид хлора, хлораты и гипохлориты).
Одним из наиболее опасных с точки зрения охраны окружающей среды объектов сульфат-целлюлозного производства является содорегенерационный котлоагрегат и его технологический узел – бак-растворитель плава (РП СРК).
Из результатов обследования количества и состава парогазовых выбросов РП СРК ведущих предприятий сульфат-целлюлозного производства следует, что расходы выбросов зависят от мощности котлоагрегата, высоты и диаметра вытяжной трубы, по которой они выводятся из бака растворителя в атмосферу, угла раскрытия шиберных устройств на этих трубах, состава слабого белого щёлока и уровня его в баке-растворителе, времени года и региона расположения производства.
Сбросы в гидросферу и педосферу в сульфат-целлюлозном производстве.
Основными источниками загрязнения гидросферы и педосферы в сульфат-целлюлозном производстве являются отбельный, варочный и кислотный цеха.
Варочный и кислотный цеха. В сток попадают органические соединения, образующиеся при варке, и остаточные химикаты. Так при выпуске 3 млн. т. в год целлюлозы образуется 3.5 млн. т. в год отработанных щёлоков в пересчёте на сухое вещество или около 7 млн. т. в год в пересчёте на 50 % концентрат.
Из них около 2 млн. т. в год можно утилизировать в виде спирта, кормовых дрожжей и технических лигносульфонатов. Остальные 70 – 75 % сухих веществ отработанных щёлоков сбрасывается в очистные сооружения или непосредственно в водоёмы.
Отбельный цех. В процессе отбеливания целлюлозы традиционно используют либо сам хлор, либо его производные (оксид хлора, хлораты и гипохлориты), а при делигнификации древесины содержащей фенольные фрагменты лигнин (содержание которого в древесине лиственных пород 20 – 30 %, в хвойных породах – до 50%) взаимодействует с хлорными реагентами, образуя диоксины и фураны (или их предшественников), которые являются высокотоксичными экотоксикантами.
Сбросы в реки и почву с ЦБК увеличивают содержание взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, органических соединений, ряда металлов, веществ метоксильных, карбоксильных и фенольных групп. По этим параметрам ПДК превышены в несколько раз.
Глава 2. ИМИТАЦИОННЫЕИСПЫТАНИЯ РАСХОДОМЕРОВ СТОЧНЫХ ВОД ДЛЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНСЬБУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
(ЦБП)невозможно без осуществления учета объема сточных вод, поступающих в соседние спредприятием водоемы. Для метрологического учета сточных вод необходимысоответствующие расходоизмерительные приборы: расходомеры и водосчетчики.
Большиеобъемы сточных вод в ЦБП предполагают необходимость измерения их расхода втрубопроводах большого диаметра или в открытых каналах. Также необходимоучитывать, что в стоках предприятий ЦБП находится большое количество взвешенныхчастиц и химических веществ, поэтому расходомеры должны безупречно работать взагрязненных и агрессивных жидкостях.
Погружныевихревые расходомеры являются новыми перспективными приборами, предназначеннымидля измерения расхода различных технологических жидкостей ЦБП, в частностисточных вод [1]. Но выпуск и эксплуатация таких приборов существенно сдерживаетсяпрактическим отсутствием в России проливных установок на диаметры, превышающие300 — 400 мы. В результате невозможно осуществить первичную и периодическуюповерку таких приборов, испытания после ремонта и т.д. Поэтому крайне актуальнаразработка оборудования и методов для имитационных испытаний. Особенно важна,на наш взгляд, возможность технологических испытаний расходометрическойаппаратуры на таких стендах в рабочих условиях, в частности на реальнойизмеряемой среде. Поэтому основные задачи нашего исследования — разработкаконструкции имитационного стенда, имитирующего гидродинамические воздействия наприемник-преобразователь вихревых колебаний (ППВК) расходомера, математическоймодели для оптимизации его параметров и расчета системы управления.
На рис. 1показан стенд, позволяющий не только поверять и испытывать одиночный прибор, нои сравнивать работу двух его экземпляров. При этом каждый из них может работатьна разных жидкостях, например на чистой воде и сточных водах.
Считаярасходомер, установленный в воде образцовым, можно исследовать дополнительныефакторы, возникающие при работе прибора на различных технологических жидкостяхцеллюлозно-бумажного производства. Анализ полученных данных позволяет учестьвлияние условий эксплуатации на показания прибора и ввести, если этонеобходимо, коррекцию в его показания.
В основеработы стенда лежит допущение о том, что для получения электрического сигналаопределенной формы и величины с ППВК необходимо воздействовать на негоперепадом давления также строго определенной формы. Если на выходе ППВК будетформироваться сигнал, близкий к реально действующему в приборе на заданномрасходе, то и гидродинамический режим работы прибора будет близок к реальносуществующему.
В составстенда входят: две одинаковые цилиндрические камеры / и 2, торцевые стенкикоторых представляют собой мембраны 3и 4 с жесткимцентром и мембраны 5 и 6 без жесткого центра. Камеры заполняются рабочейжидкостью через патрубки 7 и 8.Через пробки 9 и 10из них выпускается остаточный воздух. Поперек камер устанавливаютсяперегородки Пи 12, в которые черезуплотнения вставляются тела обтекания образцового и поверяемого расходомера.Через патрубки 13 и 14 выпускается жидкость. Боковые стенкитела обтекания расходомеров с отверстиями каналов обратной связи
/>
(КОС) должныбыть направлены параллельно перегородке. С жесткими центрами мембран 3 и 4 соединен линейный электромагнитныйпривод 15, приводящиймембраны в колебательное движение. Привод стенда охвачен обратной связью повыходному сигналу расходомера через регулятор и усилитель мощностиэлектропривода.
Входнымэталонным сигналом для стенда является электрический сигнал с выходаобразцового расходомера на заданном расходе, предварительно записанный напроливной установке и воспроизведенный с помощью ноутбука. При наличии цепиобратной связи в процессе работы стенда на мембранах обоих камер создаютсяодинаковые механические колебания, параметры которых определяются эталонным сигналом.В обеих камерах на срезах КОС создаются знакопеременные перепады давления,возникают знакопеременные перетоки технологической жидкости черезчувствительные элементы образцового и поверяемого расходомера. Таким образом,при одинаковой геометрии камер стенда в них протекают одинаковыегидродинамические явления. Это позволяет считать, что подавая сигналы,предварительно записанные на реальной проливной установке для различныхповеряемых расходов, мы будем имитировать на стенде работу расходомера в условияхразличных расходов.
В процессеповерки электронные блоки образцового и поверяемого расходомеров формируютопределенное число импульсов, пропорциональное некоторому имитационному объемужидкости, прошедшему через приборы. Это количество фиксируется соответствующимисчетчиками импульсов. Сравнивая показания счетчиков импульсов образцового иповеряемого расходомеров, можно судить о погрешности измерения на данномповерочном расходе.
Дляоптимизации конструктивных и метрологических параметров установки, а также сцелью исследования погрешности воспроизведения расхода на имитационном стендеавторы статьи разработали математическую модель стенда в пакете Simulink программы Matlab.
Для тогочтобы описать движение жидкости в герметичных камерах, нужно рассмотретьпротекание жидкости через К8С расходомера. Используя метод контрольного объема [2], получим уравнение для среднейскорости движения жидкости в КОС:
/>
В стендвключен линейный электромагнитный привод, создающий силу которая будетдействовать на мембрану камеры.
Дляимитационной модели блока электропривода инерционные свойства катушки приводаможно задать в виде передаточной функции первого порядка
/>
Поддействием движущейся суспензии в КОС на чувствительный элемент ППВК (гибкийэлектрод) действует сила, приложенная к его центру площади, которая совпадает сцентром масс (для плоского электрода).
В связи сизложенными теоретическими предпосылками, учитывая выражения (1) — (5), разработана имитационная модельстенда в среде Simulink (рис. 2).
Стенд состоитиз подсистем и блоков:
KameraLINEARIZE 1 и Kamera LINEARIZE 2 — подсистема, моделирующая камеры стенда согласно уравнению (5);
Flowmetr 1 и Flowmetr_2 —подсистема, решающая одновременно дифференциальные уравнения движения электродаППВК под действием набегающего потока в КОС и электронного блока, которыйпреобразует отклонение электрода в электрический сигнал;
ЕМР — блок, моделирующийэлектромагнитный привод стенда в соответствие с выражениями (3);
PID — регуляторцепи обратной связи с устройством сравнения сигналов;
Transport Delay — блок,необходимый для устранения фазового сдвига между входным и выходным сигналамипри их вычитании;
Error_% — дисплей,индицирующий динамическую ошибку воспроизведения эталонного сигнала с помощьюблока RMS.
Исследованиемодели стенда проводилось с эталонными сигналами, соответствующими диапазонуреальных скоростей жидкости в трубопроводе от 0,1 до 4 м/с (от минимального дономинального). Выяснилось, что стенд воспроизводит эталонный сигнал со всемиего особенностями с высокой точностью. Пример осциллограммы входного ивыходного сигналов приведен на рис. 3.
В качествекритерия работы стенда был принят показатель динамической погрешности.Динамическая погрешность определялась как отношение разности действующихзначений входного и выходного сигналов к действующему значению входного. Врассмотренном случае погрешность воспроизведения не превышала 2 % во всемисследуемом диапазоне.
Полученная входе разработки стенда математическая модель в виде имитационной модели в средеSimulink пакета Matlab позволит входе дальнейшей работы решить несколько задач:
— оптимизировать настройки регулятора электропривода стенда;
• исследоватьвлияние на работу стенда его конструктивных характеристик и выбрать наиболееоптимальные;
• исследоватьвлияние допусков изготовления деталей стенда, например его камер, напогрешность воспроизведения эталонного сигнала;
• выявитьособенности работы стенда на различных технологических жидкостях, напримерволокнистой суспензии различной концентрации, оборотной воде, сточных водах;
• отработатьметодику испытаний расходомеров.
Такимобразом, предлагаемый подход к технологическим испытаниям приборов совместно смоделированием работы отдельных узлов и испытательного оборудования в целомпозволяет выйти на новый уровень проектирования, испытаний и эксплуатацииданного вида расходомеров в целях улучшения экологической обстановки на предприятияхЦБП.
/>
/>
Глава 3. МАТЕРИАЛЫ СПРИМЕНЕНИЕМ ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА И ОТХОДОВ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА
загрязнениеатмосфера гидросфера сточный вода
Применение гидролизноголигнина. Предприятия строительных материалов, расположенные вблизи гидролизныхзаводов, могут утилизировать лигнин — один из наиболее емких отходов лесохимии.
Гидролизный лигнинполучают при переработке древесины хвойных и лиственных пород гидролизомразбавленной серной кислотой. Выход лигнина в зависимости от вида древесинысоставляет 17—32%, его образуется ежегодно около 5 млн. т.
Гидролизный лигнинпредставляет собой природное высокомолекулярное вещество с разветвленнымимакромолекулами, образовавшимися при полимеризации спиртов ароматического ряда.Он имеет молекулярную массу около 11 000, нерастворим в воде и органическихрастворителях. Этот рыхлый продукт с размером кусков до 40 см имеет коричневый цвет и влажность до 70%. При нагревании до температуры 400—600 °С впарогазовой среде он распадается с выделением 40—50% угля (полукокса), 13—20%смолы, 15—30% надсмольной воды, небольшого количества жидких (ацетона,метилового спирта) и газообразных продуктов (СО, С02, этилена).
Сейчас сложилисьследующие основные направления применения гидролизного лигнина: кактопливно-выгорающей добавки в производстве керамических материалов; заменителяопилок в строительных изделиях; сырья для получения феноллигниновых полимеров;пластификатора и интенсификатора измельчения.
Опыт работы рядакирпичных заводов позволяет считать лигнин эффективной выгорающей добавкой. Онхорошо смешивается с другими компонентами шихты, не ухудшает ее формовочныхсвойств и не затрудняет резку бруса. Его применение наиболее продуктивно присравнительно небольшой карьерной влажности глины.
Запрессованный в сырецлигнин при сушке горит. Горючая часть лигнина полностью улетучивается притемпературе 350—400 °С, зольность составляет 4—7%. Для обеспечения кондиционноймеханической прочности обыкновенного керамического кирпича лигнин следуетвводить в формовочную шихту в количестве до 20—25% ее объема. Обладая высокойдисперсностью, лигнин не требует, в отличие от большинства других видоввыгорающих добавок, измельчения.
При использовании обычныхдревесных опилок в кирпиче часто образуются крупные незамкнутые поры. Причинойих появления является то, что такие многозольные добавки как сланцы, бурыйуголь, изгарь, не сгорают полностью из-за трудного доступа воздуха взаполненные золой поры кирпича, а использование лигнина в сочетании с этимидобавками устраняет или ослабляет эти недостатки.
Лигнин может быть использован как порообразующая добавка впроизводстве теплоизоляционных и легких конструкционных керамических изделий.Также он может применяться вместо опилок в производстве аглопорита. Привведении лигнина улучшаются гранулометрический состав шихты (она болееинтенсивно и равномерно спекается) и условия охлаждения аглопорита наагломерационной машине. Добавка лигнина, увеличивая газопроницаемость шихты,тем самым снижает разрежение в вакуум-камерах ленточной агломерационной машинына 200—400 Па. Введение в шихту лигнина увеличивает пористость готовогопродукта за счет образования мелких замкнутых пор с тонкими перегородками, чтопозволяет снизить среднюю плотность аглопоритового щебня на 150—180 кг/м3,уменьшить расход угля на 20—25% и одновременно повысить приведенную прочность(отношение прочности к квадрату средней плотности).
Доказана возможностьприменения лигнина в качестве заполнителя ксилолитовых плит и других изделий.
Гидролизный лигнин можетбыть использован в дорожном строительстве в качестве наполнителя асфальтовыхбетонов и сырья для производства лигниновых вяжущих. Асфальтовый бетон,наполненный лигнином, по основным показателям не уступает бетону, наполненномуизвестняковым порошком.
Лигниновые вяжущиесостоят из двух компонентов: жидкой углеводородной фракции и продукта крекингав ней — гидролизного лигнина. Термический распад лигнина происходит при 300—310°С. В зависимости от вида жидкого компонента и его вязкости соотношение междулигнином и углеводородной фракцией находится в пределах 1:2—1:7,5.
В основе технологиилигниновых вяжущих ( 4.8) лежит способ модификации жидкой углеводороднойфракции продуктами термического распада лигнина. В зависимости от вида жидкогокомпонента и его вязкости соотношение между лигнином и углеводородной фракциейнаходится в пределах от 1:2 до 1:7,5.
Технология лигниновоговяжущего включает следующие операции: обезвоживание части каменноугольной смолы(25—35%) в специальном котле при нагреве до 240 °С; подачу смолы в реактор иразогрев ее до 300—310 °С; загрузку лигнина в реактор и нагрев смеси до 310 °Спри перемешивании; крекирование лигнина при 310—320 °С в течение 1 ч;диспергирование продукта крекинга путем перекачки насосом в течение 15—20 мин;подачу в реактор остальной части каменноугольной смолы, разогретой до 90—110°С, и смешивание ее с продуктом крекинга; перекачку вяжущего в котел иперемешивание его с конденсатом, собранным при разогреве смолы и крекингелигнина.
Для производства дорожныхвяжущих предложено нагревать гидролизный лигнин в растворителе при температуре310—320 °С в течение 50—60 мин при хорошем перемешивании. В качестверастворителей для этого процесса могут служить каменноугольные дорожныемаловязкие дегти, смолы, нефтяные гудроны, мазут, сланцевые смолы, смолыпиролиза нефтяных фракций, отходы лавсанового производства. В зависимости отвида растворителя и его вязкости соотношение между количествами лигнина ирастворителя находится в пределах от 1:2,9 до 1:7,5. Количество растворителявыбирается таким, чтобы температура размягчения продукта термопластификациибыла не выше 140-160 °С.
При получении лигниновыхвяжущих для термопластификации лигнина используют каменноугольную смолу илижидкие каменноугольные дегти Д-1— Д-4. Лигниновые вяжущие отличаются хорошейадгезией, превосходят по этому показателю каменноугольные дегти и рекомендуютсяк применению в дорожных смесях для нижних и верхних слоев покрытий.
Бетоны на основелигнино-гудронового и лигнино-смоляного вяжущих по ряду свойств превосходятасфальтобетоны (табл. 4.3). При использовании одинаковых каменных материаловбетон на лигнино-вом вяжущем обладает повышенной водоустойчивостью, меньшимзначением показателя прочности при 0 °С, высокими адгезионными свойствами.
Экономическаяэффективность применения лигниновых вяжущих обусловлена более низкой стоимостьюисходных компонентов и повышенной долговечностью дорожных покрытий.
Имеется положительныйопыт получения связующих на основе лигнина для теплоизоляционных материалов.
Значительный интереспредставляет опыт получения связующих на основе технических лигносульфонатов(ЛСТ) и лигниновых отходов для производства теплоизоляционных материалов. Дляизготовления теплоизоляционных материалов из вспученного перлита и другихзаполнителей требуется большое количество дефицитных связующих. В МИСИ им. В.В.Куйбышева было предложено использовать лигнин, переведенный в водорастворимоесостояние в процессе сульфитной варки целлюлозы, в виде водного растворалигносульфоновых кислот и их солей с примесью золы и редуцирующих веществ.Процесс конденсации лигнина ускоряется в кислой среде и при повышенныхтемпературах. Для создания вяжущего использованы многоосновные кислоты, вчастности, серная и ортофосфорная в количестве 5—20%, образующие ковалентныесвязи между различными частями макромолекул лигносульфонатов в процессеэтерификации гидроксильных групп. Оптимальная температура отверждениясоставляет 220 °С. Для улучшения адгезии к наполнителю в состав связующегоцелесообразно вводить поверхностно-активные вещества (ГКЖ-10, ГКЖ-11).Полученный полимер обладает хорошей водостойкостью. Было установлено также, чтодля повышения когезионной прочности полимера целесообразно в состав вяжущеговводить олигомеры синтетических смол.
На основе лигниновоговяжущего и перлита освоено производство теплоизоляционного материала — лигноперлита.
Для получениялигноперлита было изучено вяжущее, составленное на основе лигносульфонатовмарки КБЖ, ортофосфорной кислоты, фенолоспиртов, мочевино-формальдегидной смолыМФ-17, этилси-ликоната натрия (ГКЖ-10). Отверждение композиции лигносульфонатовс ортофосфорной кислотой и мочевино-формальдегидной смолой проводилось при 80 °С.Наполнителем служил невспученный перлитовый песок. Оптимальное содержание вкомпозиции вяжущего ГКЖ-10 составляет 3—5%, олигомеров синтетических смол — 2—15, ортофосфорной кислоты — 15—20. Изделия формовали из сырьевой омесивлажностью 15—20%. Низкая влажность дает возможность в 2—2,5 раза сократитьрасход топлива на производство изделий из лигноперлита в сравнении стопливоемкостью минераловатных плит повышенной жесткости на синтетическомсвязующем.
По физико-механическим итехническим свойствам лигноперлит не уступает эффективным теплоизоляционнымматериалам этого класса. Средняя плотность лигноперлитовых плит и скорлуп —130— 250 кг/см3; предел прочности при сжатии — 0,2—1 МПа, при изгибе — 0,1—0,8;водопоглощение — 4—10% по объему; коэффициент размягчения — 0,8—0,85;морозостойкость—не менее 25 циклов, теплопроводность — 0,04—0,08 Вт/(м°С). Взависимости от содержания связующего лигноперлит относится к группамнесгораемых и трудносгораемых материалов. Лигноперлит при содержании связующегоне более 7% относится к несгораемым материалам, а не более 20% — ктрудносгораемым. Содержание связующего в формовочной массе 5— 20%. На 1 м3 теплоизоляционного материала расходуется в среднем (кг): лигносульфонатов — 14, фенолоспиртов —2, ГКЖ-10 — 0,8 и ор-тофосфорной кислоты — 3,2.
Плиты выпускают длиной 1,шириной 0,5, толщиной 0,04—0,06 м. Их используют в качестве теплоизоляционногослоя по профилированному металлическому настилу без устройства стяжки подрулонную кровлю, а также в 3-слойных железобетонных стеновых панелях.Установлена эффективность применения лигноперлита в качестве термовкладышей воднослойных керамзитобетонных панелях. Этот материал может служить и тепловойизоляцией оборудования при температуре до 200 °С.
Лигноперлитовые плитыизготавливают по полусухой технологии, которая включает: перемешиваниесвязующего с перлитовым песком; формование изделий из сырьевой смеси приудельном давлении 0,2— 0,5 МПа и их тепловую обработку при 220 °С. В отличие оттрадиционных технологий изготовления перлитовых теплоизоляционных изделий,предусматривающих сушку до 24 ч, хорошая смачиваемость связующим поверхностиперлитового песка позволяет снизить влажность сырьевой смеси и сократитьпродолжительность тепловой обработки до 1,5—2 ч.
Практический интереспредставляет использование лигнина вместо формальдегида при получении полимеровфенолоальдегидного типа. Поликонденсацию фенола с лигнином выполняют принагревании в присутствии серной кислоты. По основным свойствам фенол-лигниновыеполимеры, изготавливаемые в виде жидких резольных и твердых новолачных смол,близки к фенолоформальдегидным. Жидкие смолы используются в производстведревесностружечных плит, слоистых пластиков и фанеры. Также из феноллигниновыхсмол изготавливают литьевые формы. На основе твердых смол новолачного типамогут приготавливаться пресс-порошки для получения вентиляционных решеток,электроарматуры, плитки для облицовки стен и покрытия пола.
В производстве цементалигнин можно использовать как пластификатор сырьевого шлама и интенсификаторизмельчения сырьевой смеси и цемента. Дозировка лигнина в этом случаесоставляет 0,2— 0,3%. Разжижающее действие гидролизного лигнина объясняетсяналичием в нем веществ фенольного характера, снижающих вязкость известняково-глинистыхсуспензий. При помоле лигнин уменьшает слипание мелких фракций материала, атакже препятствует их налипанию на мелющие тела.
Гидролизный лигнин может быть использован в качественаполнителя пластмасс, резинотехнических изделий, линолеума и др. Длядостижения низкой влажности (до 10%) лигнина перспективно совмещение сушки сизмельчением. Разработан и применяется метод струйной сушки и измельчениялигнина. Влажный лигнин, пройдя сепарацию, подается в противоточную струйнуюмельницу, где захватывается потоками перегретого пара при температуре 400 °С идавлении 0,7 МПа. В камере смешения мельницы при столкновении потоков лигнинапроисходит его сушка и измельчение.
Рациональномуиспользованию лигнина и других мелкозернистых и слабоструктурированныхматериалов способствует их брикетирование — окускование при давленияхпрессования от 15 до 150 МПа. Для брикетирования лигнина и подобных емуматериалов эффективно применение валковых прессов высокого давления ( 4.9,4.10).
Применение отходовцеллюлозно-бумажного производства. К этому виду сырья относятся осадки сточныхвод целлюлозно-бумажного производства после первичной очистки — скоп.Минеральная часть скопа составляет свыше 50% и содержит до 90% каолина.Органические включения представлены в основном целлюлозными волокнами.
Скоп является эффективнойдобавкой при производстве аглопори-тового гравия на основе зол ТЭС. Он, обладаянизкой кажущейся плотностью, высокими сорбционными свойствами и пластичностью,улучшает условия комкования зольной шихты и способствует увеличению прочностикак влажных, так и сухих сырцовых гранул.
Испытания этогозаполнителя в бетоне показали, что на его основе могут быть получены легкиебетоны классов В12,5—В20 со средней плотностью от 1350 до 1800 кг/м3 прирасходе цемента соответственно от 215 до 435 кг на 1 м3 бетона.
Скоп может быть использован в качествезаполнителя конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона (скопобепгон).Скопобетонная масса приготавливается в смесителях принудительного действияпутем перемешивания портландцемента и влажного скопа без добавления воды.Уплотнение массы осуществляется трамбованием или прессованием при удельномдавлении 0,08—0,12 МПа. Режим твердения — естественная или искусственная сушка.На основе ско-побетона можно изготавливать стеновые блоки с классом попрочности не менее В1,2, средней плотностью 600—700 кг/м3, теплопроводностью0,15 Вт/(м • °С) и морозостойкостью до F35 и более. Расход портландцемента дляизготовления скопобетонных блоков составляет 220—230 кг/м3 и может быть доведендо 180—200 кг/м3 за счет введения добавки золы-уноса.
Скоп можно использовать впроизводстве теплоизоляционных волокнистых плит с применением как органических,так и неорганических вяжущих. Экспериментально-конструкторское бюро ЦНИИСК им.В.А. Кучеренко разработало составы для изготовления теплоизоляционныхматериалов, включающие скоп — 60—90%, вспученный перлит 8—20%, фтористый натрий0,5—2,5%, и связующее — продукт совместной нейтрализации ортофосфорной кислоты,мочевины, формалина 1 — 12%. Показана возможность применения в качествесвязующих глины, фторангидритового вяжущего. Теплоизоляционные плиты на основескопа имеют среднюю плотность 300—400 кг/м3, прочность при изгибе 0,17—0,24 МПаи прочность при сжатии 3,5— 5 МПа, водопоглощение 20—60% по массе итеплопроводность 0,063— 0,087 Вт/(м • °С).
Разработаны такжетеплоизоляционные материалы на основе активного ила. Последний, так же, как ископ, относится к многотоннажным отходам целлюлозно-бумажной промышленности.Активный ил образуется при вторичной биологической очистке сточных вод ипредставляет собой белково-углеводный комплекс. Активный ил может служитьпластифицирующей добавкой для дисперсных систем на основе вяжущих веществ исвязующим компонентом в смесях из органических волокон.
Производствотеплоизоляционных изделий на основе смеси скопа и избыточного активного илавключает следующие основные процессы: уплотнение смеси скопа и активного ила доконцентрации 2,5—4%; смешивание отходов с перлитовым песком и гидрофобиза-торомв гидросмесителе; формование плит в вакуум-прессе с влажностью 90% или наконвейере с влажностью 87%; их сушку в тоннельных сушилках при температуре150—230 °С до влажности 2—5%. Готовые изделия имеют предел прочности при изгибене менее 0,3 МПа, среднюю плотность не более 200 кг/м3, водопоглощение не выше70% по массе и теплопроводность 0,051 Вт/(м • °С).
Глава 4. ОЧИСТКАСТОЧНЫХ ВОД ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА МЕТОДОМ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ
Проблемавлияния целлюлозно-бумажного производства (ЦБП) на состояние водных экосистемносит многоплановый характер. Для ее решения требуется, с одной стороны,совершенствование технологических процессов, а с другой — разработкаэффективных систем водоочистки с учетом экологических требований. Дляпредприятий, производящих целлюлозу сульфитным (бисульфитным) способом,характерно наличие щелокосодержащих стоков с большим количеством лигнинныхзагрязнений, что осложняет биологическую очистку сточных вод, принятую в ЦБП. Апоскольку при использовании биологической очистки лигносульфонаты (ЛС)практически не разлагаются, то большая их часть сбрасывается в водоемы. Остротуположения усугубляют объемы стоков, содержащих эти загрязнители — 60 — 800 м/тцеллюлозы В настоящее время на многих предприятиях ЦБП снижен отбор щелоков навыпарку или они вообще не упариваются.
Сброс щелокаи последрожжевой бражки, как и недостаточно очищенных сточных вод, вестественные водоемы значительно повышает химическое потребление кислорода(ХПК) в них и нарушает экологическое равновесие.
Извлечениелигнинсодержащих соединений путем комп-лексообразования основных загрязняющихвеществ сточных вод ЦБП и перевод их в нерастворимые комплексные соединенияпозволит повысить эффективность очистки стоков и снизить загрязненность водныхобъектов. Образующиеся осадки — комплексы представляют собой органическоесырье, которое может быть использовано в следующих направлениях:
• для получениясорбентов тяжелых металлов [2];
• в качествекомпонентов искусственных почвогрунтов для рекультивации земель, нарушенныхтехногенным воздействием [3];
• в качестветоплива с высокой теплотворной способностью (низшая теплота сгорания 5067ккал/кг).
Ранее былопоказано, что анионный полиэлектролит (ПЭ) лигносульфонат натрия (JIC-Na) способен кмежмолекулярному взаимодействию с противоположно заряженным кати-оноактивным ПЭполиэтиленпо-лиамином (ПЭПА) с образованием полиэлектролитных комплексов,стабилизированных электростатическими, водородными связями и силамиВан-дер-Ваальса [4, 5].
Вэкспериментах были использованы технические ЛС-Na филиала ОАО«Группа „ИЛИМ“ в г. Коряжме (ТУ 13-0281036-029-94) и техническийПЭПА (ТУ 2413-357-00203447-99). Осаждение ЛС проводили с использованием ПЭПА.Готовили модельные водные растворы технических ЛС-Na сконцентрацией 1 — 10 г/л. Отношение ПЭПА к ЛС-Na (Z) составлялоот 0,001 до 1. Значение Z=0,1 наиболееблизкок эквимолярному в пересчете на содержание ионоген-ных групп ПЭ, участвующих вкоординации при образовании комплекса-осадка. Содержание ЛС-Na в растворе до ипосле комплексообразования определяли спектрофотометрическим методом поизменению оптической плотности в УФ-области спектра при длине волны 280 нм наспектрофотометре Specord М40. Установлено, что температура (от 20 до 60 °С) ипродолжительность процесса (от 5 мин до 24 ч) не оказывают существенноговлияния на выход комплекса-осадка. Во всей области исследуемых концентрацийЛС-Na при 2=0,1 1 степень извлечения ЛС-Na полиамином составляет 60 — 96 %(рис. 1).
/>
/>
Разработанныйметод был применен для очистки сточных вод и апробирован на реальныхлигносульфонатсодержащих сточных водах филиала ОАО „Группа“ИЛИМ» в г. Коряжме.
/>
Пробы сточныхвод были отобраны в трех точках (в каждой точке по три пробы);
• точка 1 —канал общего стока цеха переработки сульфитных щелоков производства вискознойцеллюлозы (ПВЦ), принимающий сточные воды выпарного цеха, сушильной установкиЛС, производства дрожжей и этилового спирта. В их состав входят ЛС, дрожжи,спирты этиловый и метиловый, углеводы; рН = 4,0 + 7,5; окисляемость до 3000мгО/л;
• точка 2 —канализация варочного цеха ПВЦ, в которую сбрасываются сточные воды варочного цеха,содержащие отработанный сульфитный щелок и волокно. В их состав входят кислыесоли сульфита натрия, Л С, соединения муравьиной, уксусной и альдоновой кислот,углеводы, метанол, фурфурол, формальдегид и незначительное количествоцимола; рН
/>
• точка 3 —канал общего стока ПВЦ, принимающий сточные воды кислотного и варочного цехов,сточные воды со склада соды; рН = 4,3 9,7; содержание взвешенных веществ
Каждую пробусточных вод очищали методом комплексообразования. По стандартным методикамопределяли цветность, окисляемость, ХПК исходных и очищенных стоков, а такжесодержание в них ЛС (рис. 2).
Экспериментальныеданные в целом коррелируют с данными модельных опытов. Но хотя степеньизвлечения ЛС из модельных водных растворов несколько возрастает при увеличе нии 2 от 0,1 до 1, однако качественныехарактеристики очищенных сточных вод ухудшаются. Таким образом, оптимальнымследует считать 2 = 0,1.
На рис. 3показано изменение качественных характеристик сточных вод в процессе очисткипри оптимальном значении 2= 0,1.
применять вкачестве сорбента ионов тяжелых металлов из растворов, компонента искусственныхпочвогрунтов или топлива с высокой теплотворной способностью.
На рис. 3показано изменение качественных характеристик сточных вод в процессе очисткипри оптимальном значении 2= 0,1.
применятьв качестве сорбента ионов тяжелых металлов из растворов, компонентаискусственных почвогрунтов или топлива с высокой теплотворной способностью.
В результатеочистки сточных вод методом комплексообразования показатели качества изменилисьследующим образом: содержание ЛС-Na снизилось всреднем в 20 раз, цветность — в 10 раз,окисляемость — на 40 %, ХПК — на 30 %.
Такимобразом, предлагаемый способ можно использовать для локальной очисткилигносульфонатсодержащих сточных вод с целью снижения нагрузки на станциюбиологической очистки. Образующийся комплекс-осадок можно применять в качестве сорбента ионов тяжелых металлов израстворов, компонента искусственных почвогрунтов или топлива с высокойтеплотворной способностью.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лурье М.С., Елизарьева М.Ю. Расходомеры сточныхвод для предприятий целлюлозно-бумажной промышленности // Экология ипромышленность России. 2004. Декабрь.
2. Дейли Дж., Харленал Д. Механика жидкости: Пер. с англ. М.:Энергия, 1973.
3.Лурье М.С., Жуков СП.Имитационное моделирование вихревых расходомеров // Вестник КрасГАУ. 2005. № 7.
3. Никитин Я.В., Поляков СИ. Использованиеводы на целлюлозно-бумажных предприятиях: М.: Лесная промышленность, 1985.
4. Бровко О.С, Паламарчук И.А., Бойцова Т.А. Ионообменныесорбенты на основе лигносульфонатов // Матер. Всерос. конф. с междунар.участием «Северные территории России: проблемы и перспективыразвития». 23-26 июня 2008 г., Архангельск. [Электронный ресурс].Архангельск: ИЭПС УрО РАН, 2008-1 электрон, опт. диск (CD-ROM): цв.-Загл.с экрана.
5. Парфенова Л.Н., Заручевных И.Ю. Влияниедобавок технических и модифицированных лигнинов на свойства искусственныхпочвогрунтов // Вестник Поморского университета. 2004.№1(5).