Коагуляционно-адсорбционная очистка лигнинсодержащих сточных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коагуляционно-адсорбционная очистка лигнинсодержащих сточных вод

Седова Е.Л.

Аннотация

В статье приведены результаты экспериментальных исследований системы очистки сточных вод ЦБП, состоящей из двух стадий: коагуляционной обработки и адсорбционной доочистки. Установлено, что применение подобной схемы очистки позволяет удалить из сточных вод до 98% лигнинных веществ.

Ключевые слова: коагуляция, адсорбция, лигнин, активный уголь, целлюлозно - бумажная промышленность

Коагуляция относительно широко применяется для очистки производственных сточных вод. При этом серьезный интерес представляет разработка систем и режимов локальной очистки сточных вод целлюлозно-бумажного производства (ЦБП) от лигнинных веществ с использованием данного метода. Это связано с тем, что традиционно используемый на предприятиях отрасли метод биологической очистки не предназначен для удаления трудноокисляемых веществ, таких, как лигнин.

Лигнин - аморфное, высокомолекулярное ароматическое соединение. Растворимая часть лигнина в составе сточных вод ЦБП практически не разрушается в ходе биологической очистки и попадает с очищенными сточными водами в водоем. Продуктами деградации лигнина являются такие вещества, как ароматические соединения фенольного ряда, метанол, органические кислоты, также в водоем могут поступать хлорлигнины, деградация которых приводит к образованию опасных и устойчивых соединений: хлорированных фенолов, гваяколов и т. п. [2]. В процессе биохимического разложения сульфатного лигнина на стадии биологической очистки появляются водорастворимые фракции, и может возникнуть дефицит кислорода из-за его потребления на окисление исходного лигнина и продуктов его распада [1]. Особенностью лигнина, обуславливающей его высокую опасность, является длительный период его биоразрушения - до 200 суток [4]. Наиболее эффективным способом удаления лигнинных веществ из стоков ЦБП является коагуляционная очистка [3].

Однако, коагуляционная очистка не позволяет полностью удалить данные вещества из растворов. В качестве способа доочистки может быть предложен адсорбционный метод обработки сточных вод, предварительно очищенных коагуляцией.

Целью данной работы являлась оценка эффективности коагуляционно-адсорбционной очистки сточных вод ЦБП от лигнина.

Объектами исследования являлись: 1) лигнинсодержащая сточная вода, приготовленная из сульфатного лигнина; 2) коагулянты - сульфат алюминия (СА) и оксихлорид алюминия (ОХА) и 3) активные угли.

Лигнин не растворим в воде, поэтому его необходимо растворять в щелочи. Щелочную среду создавали с использованием 1н раствора гидроксида натрия. Необходимую навеску лигнина растворяли в минимальном количестве щелочи, переносили в мерную колбу и доводили до метки дистиллированной водой. Сточную воду готовили путем дальнейшей нейтрализации полученного раствора 1н серной кислотой до рН 6,0.

Для обработки лигнинсодержащей воды использовали 1%-ные растворы коагулянтов (по Al2O3), которые вносили в пробы при постоянном перемешивании. Процесс коагуляции проводили в течение 3 минут, при необходимости осуществляли корректировку рН сточной воды.

На стадии адсорбционной доочистки использовали образцы активных углей, полученных на кафедре химических технологий САФУ путем пиролиза шлам-лигнина. Обработку углем проводили путем перемешивания пробы в течение заданного времени на мешалке.

Концентрацию лигнина в пробах воды определяли на спектрофотометре при длине волны 280 нм. В исходных и обработанных пробах по разности концентраций лигнина рассчитывали эффективность очистки по стадиям.

В первом эксперименте исследовали влияние рН на эффективность очистки сточной воды, при этом использовали сточную воду с концентрацией лигнина 400 мг/л, дозировка коагулянтов составила 50 мг/л. Результаты эксперимента представлены на рисунке 1. Эффективность очистки обоими коагулянтами с ростом рН среды снижается, причем при использовании сульфата алюминия наблюдается наиболее существенное снижение до 73%. В то время, как для оксихлорида алюминия снижение эффективности не столь значительное - до 86 - 88%. Наибодее эффективно процесс коагуляционной очистки протекает при рН 4,6-4,8 для СА и 4,8-5,2 для ОХА.

Рисунок 1 - Влияние рН на эффективность коагуляционной очистки

Во втором эксперименте пробы воды обрабатывали коагулянтами при различных дозировках, при этом рН поддерживали на постоянном уровне: 4,6 для СА и 5,0 для ОХА (рисунки 2,3).

Рисунок 2 - Влияние дозировки сульфата алюминия на эффективность очистки проб сточной воды

коагуляционный адсорбционный очистка сточный

Рисунок 3 - Влияние дозировки оксихлорида алюминия на эффективность очистки проб сточной воды

Из рисунков 2, 3 следует, что с ростом исходной загрязненности пробы сточной воды увеличивается требуемая для достижения одного и того же эффекта очистки дозировка коагулянта. Кроме того, с ростом исходной концентрации сточной воды наблюдается уменьшение удельного расхода коагулянта, выраженный в кгAl2O3/кг удаленного лигнина (таблица 1).

Таблица 1 - Сводная таблица результатов

Таким образом, наиболее целесообразным является очистка более загрязненных сточных вод, при этом удельный расход сульфата алюминия в 1,5…2 раза ниже, чем оксихлорида алюминия.

Адсорбционной доочистке углем подвергали обработанную коагулянтом (сульфатом алюминия) сточную воду с исходной концентрацией лигнина 400 мг/л. Остаточная концентрация лигнина после коагуляции составила 40 мг/л.

На первом этапе исследовали влияние продолжительности обработки адсорбентом. Результаты эксперимента представлены на рисунке 4. Эффективность доочистки зависит от продолжительности процесса. Достаточная продолжительность процесса доочистки - 30 минут.

Рисунок 4 - Влияние продолжительности процесса на эффективность очистки

На втором этапе исследовали влияние дозировки угля на эффективность очистки (рисунки 5, 6).

Рисунок 5 - Влияние дозировки угля на эффективность очистки

Рисунок 6 - Влияние дозировки угля на эффективность очистки

С ростом дозировки происходит увеличение эффективности доочистки, выраженной в процентах, однако, учитывая увеличение количества вносимого образца активного угля, эффективность очистки, выраженная в г/г, несколько снижается. Это свидетельствует о том, что достаточной дозировкой активного угля следует считать 0,2 г/л.

Эффективность адсорбционной доочистки зависит от адсорбционных свойств образцов активного угля, а именно - осветляющей способности по метиленовому голубому. Данный параметр принято использовать для характеристики способности активного угля к адсорбции крупных молекул органических веществ.

Установлено, что с ростом адсорбционных свойств, оцениваемых по вышеуказанному показателю, наблюдается увеличение эффективности доочистки (рисунок 7).

Рисунок 7 - Зависимость эффективности доочистки сточной воды от адсорбционных свойств активного угля

В целом, на основании вышеизложенных результатов экспериментальных исследований можно заключить, что предлагаемая схема двухстадийной коагуляционно-адсорбционной очистки лигнинсодержащих сточных вод ЦБП является достаточно эффективной и ее использование позволяет удалить из стоков до 98 % лигнинных веществ. Важным условием при этом является локальное ее применение, подразумевающее обработку только лигнинсодержащего стока без смешения с другими сточными водами предприятия.

Список литературы

1. Криульков В.А. Лигнин в природных водоемах / Криульков В.А., Каплин В.Т. // Гидрохимические материалы, 1968. Т.46. с. 152-153.

2. Русецкая Г.Д. Физико-химические закономерности выделения лигнина и обезвоживания коллоидных осадков при очистке сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной промышленности: автореферат диссертации на соиск. ученой степ. д-ра техн. наук. - М., 1987. - 33 с.

3. Чалакова Е.С. Оценка эффективности коагуляционной очистки сточных вод ЦБП / Чалакова Е.С., Соловьёва П.В., Воронцов К.Б. // Новые химические технологии, Защитные и специальные покрытия: Производство и применение. Сборник статей Всероссийской научно-технической конференции. АННОО "Приволжский Дом знаний, Пенза, 2013. с. 41-44.

4. Raabe E.W. Biochemical oxygen demand and degradation of lignin in natural waters // Journal Water Pollution Control Federation. Vol. 40, No. 5 (May.1968), pp. R145-R150.

Размещено на Allbest.ru