CC BY
25
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
УДК 628.315.1
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ ОБОРОТНОЙ ВОДЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ДВП
А.В. Рубинская1, Н.Г. Чистова1, Ю.Д. Алашкевич2
'Лесосибирский филиал Сибирского государственного технологического университет а
2ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологич еский университет»
660049 Красноярск, пр. Мира, 82
В данной работе рассматриваются вопросы эффективности очистки оборотных промышленных вод в прои з-водстве древесноволокнистых плит мокрым способом от фенолов , формальдегидов, а также улавливания вт о-ричного древесного волокна и возврата его в основное производство. Предложен метод напорной дисперсионной флотации для очистки оборотных вод от загрязняющих веществ, улавливания вторичных древесных волокон, получены математические зависимости эффективности очистки оборотных вод от техн ологических параметров флотационной машины.
Ключевые слова: сточные воды, напорная дисперсная флотация, флотационная машина
In given work are considered questions to efficiency peeli ngs circulating industrial water in production fiberboard by captive wet way from phenols, formaldehyde, as well as catching secondary wood filament and return him in the main production. The Offered method pressure dispersion flotation for peelings of cir culating water from polluting material, catching secondary wood filaments, are received mathematical dependencies to efficiency peelings circulating water from technological parameter flotation machines.
Key words: sewage, pressure head disperse flotation, flotation machine
ВВЕДЕНИЕ
На предприятиях лесохимической промышле н-ности, в частности в производстве древесноволо к-нистых плит мокрым способом в сточные воды п опадает большое количество загрязняющих веществ. Поэтому процесс очистки сточных вод данного производства весьма трудоемкий и дл ительный, включающий в себя несколько этапов очистки.
Несмотря на существующие способы очистки в настоящее время на предприятиях деревоперераб а-тывающей и целлюлозно-бумажной промышленности нельзя считать решенной пробле му очистки сточных вод, так как, в силу технологического пр о-цесса данных производств, потребляя большие об ъ-емы воды, имеют высокую степень их загрязненн ости, нанося тем самым значительный урон окр у-жающей среде. Действующие очистные сооруж е-ния многих лесохимических предприятий требуют высоких доз реагентов, сложны и н естабильны в работе.
В Лесосибирском промышленном узле успе шно функционирует ряд деревопер ерабатывающих предприятий. Наиболее крупными из них являются ЗАО “Новоенисейский лесохимический комплекс” и ОАО “Лесосибирский лесопильно -деревоперерабатывающий комбинат №1”, в состав которых для улучшения показателя комплексной переработки древесины входят и успешно работают линии по производству древесноволокнистых плит (ДВП) мокрым и сухим способом. Так на одну тонну готовых плит, полученных мокрым способом, расходуется в среднем до 230 м3 чистой воды.
Все сточные воды с заводов поступают на л о-кальные очистные сооружения, которые находятся
за пределами цехов, где происходит частичное ос а-ждение взвешенных веществ и первичное осветление стоков. Существующие методы очистки сопряжены с большими капитальными и эксплуатацио н-ными затратами.
Одними из самых токсичных веществ, соде р-жащихся в сточных водах настоящих производств, являются фенолы и формальдегиды. Решение данной задачи для предприятий является первостепе н-ной, так как существующие очистные сооружения гидравлически перегружены и не обеспечив ают качественную очистку сточных вод, происходит непрерывное загрязнение акватории реки Енисей, концентрация этих веществ в сточных водах превышает предельно допустимые концентрации в несколько раз. В свою очередь, норматив платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду устанавливается (индексируется) ежегодно Правительством РФ и имеет тенденцию возрастания.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧА СТЬ
Для решения существующей задачи на пре д-приятиях лесного комплекса, в настоящей работе предлагается метод флотации диспергированными пузырьками воздуха для очистки сточных промы ш-ленных вод от фенолов, формальдегидов, а также улавливания вторичных древесных волокон, который на наш взгляд, является наиболее приемлемым и эффективным в условиях данных производств. Эффективность этого процесса при всех равных условиях зависит от размера воздушных пузырьков: с уменьшением диаметра пузырьков эффективность очистки повышается. При очень маленьких пузыр ь-
ках, когда масса оседающей частицы, сорбирова н-ной на поверхности пузырька, соизмерима с выта л-кивающей силой, действующей на него, частица с прикрепленным пузырьком может оставаться во взвешенном состоянии, что отрицательно влияет на эффективность очистки.
Лидером на мировом рынке по производству очистного флотационного оборудования, является фирма KWI, inc. (ранее фирма Krofta Waters inc. до 2001г.) которая поставляет радиальные флотаторы для очистки сточных вод в различных отраслях промышленности, таких как целлюлозно -бумажная, пищевая, металлургическая, нефтеперерабатыва ю-щая. За последние годы на предприятиях ЦБП Ро с-сии и СНГ при поддержке фирмы KWI, inc. установлено свыше 50 флотаторов различной конструкции. Однако флотаторы американской Компании KWI, требуют предварительного качественного усреднения стоков по составу и расходу воды, что в условиях действующих производств обеспечить довольно сложно, а так же нуждаются в то чном дозировании реагентов, требуют много времени на запуск и отладку после останова, а также цена да н-ного оборудования довольно высока. К тому же в лесохимической промышленности настоящие фл о-таторы не применялись.
В работе был проведен ряд экспериментов с ц елью успешного решения задач по очистке промы ш-ленных стоков предприятий по производству ДВП мокрым способом. Исследования проводились в едущими специалистами Лесосибирского филиала СибГТУ в рамках научных исследований, для чего была приобретена полупромышленная флота цион-ная установка УНИВЕРСАЛ СМ-1 (Генцлер, 2004), производительностью от 5 до 15 м3/ч, на которой осуществлялись натурные эксперименты по очис т-ке сточных промышленных вод данного произво д-ства по следующим показателям: фенолам, формальдегидам и взвешенным в еществам.
На первом этапе наших исследований был пр о-веден четырехфакторный эксперимент, целью к о-торого являлось определение наиболее значимых факторов, влияющих на эффективность очистки оборотной воды от фенолов и формальдегидов и улавливание вторичного в олокна.
Исследования проводились в следующей п о-следовательности: отбиралась сто чная оборотная вода, объемом 120 л, подавалась в приемный резе р-вуар, где готовился модельный раствор. На основ а-нии выбора плана эксперимента входные параме т-ры варьировали на трех уровнях. Эксперимент производился при заданных значениях производител ь-ности - Р (6,0; 7,0; 8,0 м3/ч), количества эжектируе-мого воздуха - V (1, 3, 5 %), количества водовоздушной смеси - D (20, 30, 40 %) и температуры сточной воды - 1 (30 0, 35 0, 40 0С).
Планирование и реализация эксперимента пр о-изводились с помощью метода греко -латинских квадратов, который позволяет исключить влияние одного или нескольких исследуемых факторов, и с-пользуемых в эксперименте, на выходную велич и-ну, а также неоднородностей, которые могут частично или полностью исказить истинный характер
зависимости функции отклика от фактора и приве с-ти к неправильным выводам по результатам эксп е-римента.
Планирование и реализация четырехфакторн ого эксперимента по определению зависимости э ф-фективности улавливания вторичного древесного волокна и очистки оборотных вод от фенолов и формальдегидов при различных значениях Р - производительности флотатора, V - количества эжек-тируемого воздуха, 1 - температуры исходной сточной воды, D - количества водовоз душной смеси, % представлены следующими зависимостями
Эфен.= f (Р, V, 1, D) (1)
Эформ-д= f (Р, V, 1, D) (2)
Эвв= f (Р, V, 1, D) (3)
Обработка экспериментальных данных прои зводилась в пакете программ STATISTIC A 6 (Рубинская, Чистова, 2006), результаты дисперсионного анализа представлены в таблицах 1, 2 и 3.
Таблица 1 - Дисперсионный анализ для количества эжектируемого воздуха (фен олы)__________________
Эффект Ст.св. SS MS F P
2 516,89 258,45 5,817 0,039395
Ошибка 6 266,59 44,43 - -
Итого 8 783,48 - - -
Таблица 2 - Дисперсионный анализ для количества
эжектируемого воздуха (формальдегиды)
Эффект Ст.св. SS MS F P
2 4326,26 2163,13 35,069 0,00048
Ошибка 6 370,09 61,68 - -
Итого 8 4696,35 - - -
Таблица 3 - Дисперсионный анализ для
производительности (взвешенные вещес тва)
Эффект Ст.св. SS MS F P
2 554,23 277,12 7,1081 0,026143
Ошибка 6 233,92 38,99 - -
Итого 8 788,15 - - -
Согласно плана для оценки значимости лине й-ных эффектов были получены значения Г-критерия и р - уровня (статистическая значимость) для ка ж-дого фактора по всем показателям. По фенолам: Грасч Р = 0,201; РрасчУ = 5,81; Ррасч Б = 1,13; Ррасч 1 = 0,006. Их сравнивали с Гтабл для выбранного уровня значимости. Для р = 0,05, Гтабл = 5,14. Имеем: Грасч Р
^ Гтабл; ГрасчУ ^ Гтабл; Грасч Б ^ Гтабл; Грасч 1 ^ Гтабл. По
формальдегидам: Грасч р = 0,06; Грасчу = 35,06; Грасч б = 0,06; Грасч 4 = 0,12, для р = 0,01, Гтабл = 10,92. Имеем: Грасч Р ^ Гтабл; ГрасчУ ^ Гтабл; Грасч Б ^ Гтабл; Грасч 1 ^
Гтабл. По взвешенным веществам: Грасч Р = 7,1; ГрасчУ = 017; Грасч Б = 0,11; Грасч 1 = 0,77, для р = 0,05, Гтабл =
5Д4. Имеем: Грасч Р > Гтабл; ГрасчУ < Гтабл; Грасч Б ^ Гтабл; Грасч 1 ^ Гтабл.
По результатам проведения и анализа четыре х-факторного эксперимента, определены основные входные параметры, влияющие на процесс очистки оборотной воды, которыми явились количество
эжектируемого воздуха V, % и производительность флотационной машины Р, м3/ч. Результаты реализации и оценки четырехфакторного экс пери-мента показали, что наибольшее влияние на пр о-цесс очистки оборотной воды от фенолов и фо р-мальдегидов оказывает количество эжектируем ого установкой воздуха, являющегося технологич е-ским параметром флотационной машины. Производительность установки на каче ство очистки этих загрязнений явного влияния не оказывает, на о сновании чего можно сделать вывод, что флотат оры такого типа любой производительности будут улавливать фенолы и формальдегиды из сточных вод с одинаковой эффективностью. Наибольшее влияние на процесс улавливания вторичного древесного волокна оказывает производительность флотатора. Было установлено, что количество в о-довоздушной смеси оказывает незначительное влияния на процесс очистки оборотной воды от волокон.
Получены зависимости эффективности очистки оборотной воды от фенолов и формальдегидов Э Фен и ЭФор-д,% от эжектируемого воздуха и зависимость улавливания вторичного волокна ЭВВ, % от производительности флотационной машины, и доказано, что именно эти факторы оказ ывают наибольшее влияние на исследуемый процесс.
V
Рисунок 1 - Зависимость эффективности очистки сточной воды от количества эже ктируемого воздуха (фенолы)
V
Рисунок 2 - Зависимость эффективности очистки от количества эжектируемого воздуха (формальдегиды)
Р
Рисунок 3 - Зависимость эффективности улавливания вторичного волокна от производительности флотатора
На следующем этапе экспериментальных исследований на основании четырехфакторного эксперимента был спланирован и реализован двухфа к-торный эксперимент, по определению влияния у с-тановленных факторов на выходную величину и их парное взаимодействие.
Для получения регрессионных зависимостей был спланирован и реализован В - план второго порядка, в основе которого лежит регрессионный анализ. На наш взгляд, реализация такого плана исследований наилучшим образом подходит для обработки результатов представленного экспер и-мента.
Обработка результатов эксперимента осуществлялась в пакете программы 8ТАТ18Т1СА-6. Расчет производился по Квази-Ньютоновскому методу.
В результате обработки экспериме нтальных данных получены зависимости эффективности оч истки оборотной воды Э, % по таким показателям как фенолы, формальдегиды и взвешенные вещес т-ва от технологических параметров флотационной установки: количества эжектируемого воздуха ( У, %) и производительности машины (Р, м3/ч).
В результате обработки экспериментальных данных получены зависимости эффективности оч истки оборотной воды (Э, %) по трем химическим показателям от технологических параметров фл о-тационной установки.
ЭФ = -488,0012 + 161,8175 Р - 9,221 У -12,11 Р2 + 0,3763 У2 + 1,4225 РУ (1)
ЭФорм = 351,216 - 81,8325 Р + 4,00416 У +
6,265 P2 + 1,4412 У2 - 2,0575 РУ (2)
ЭВВ = - 608,686 + 201,229 Р - 6,083 У -14,662 P2 -0,1619 У2 + 0,1413 РУ (3)
Полученные математические модели являются адекватными. Коэффициенты, стоящие перед фа к-торами, говорят -о значимости входных параметров и влиянии их на исследуемые факторы, а также их парное взаимодействие на выходную величину.
Наглядное представление о влиянии входных факторов на выходную величину дают графические зависимости, построенные по полученным мод е-
лям. На рисунках 4, 5 и 6 представлены графические изображения откликов по полученным мод елям от двух варьируемых факторов.
Таблица 4 - Основные факторы и уровни их варьирования
Обозначения Интервал Уровень варьирования фактора
Наименование фактора норма- варьирования нижний основной верхний
лизов. фактора (-1) (0) (+1)
Производительность, м3 /ч Р XI 1 6 7 8
Количество эжектируемого во здуха, % V Х2 2 1 3 5
Рисунок 4 - Зависимость эффективности очистки по фенолам от производительности флота тора и количества эжектируемого воздуха
Из графика, представленного на рисунке 4 хорошо видно, как изменяется эффективность очистки оборотной воды при изменении производител ь-ности флотатора и количества эжектируемого во з-духа. Так, при увеличении значения производ и-тельности до 7,2 м3/ч, эффективность очистки максимально увеличивается до значения 67 %. При этих же значениях производительности, при пост о-янном увеличении количества эжектируемого во з-духа, наблюдается тенденция к увеличению знач е-ния Эфен, соответственно результаты обработки данных показали, что наилучшие показатели дост и-гаются при значениях Р.=7,2 м/ч , У=5,5 %.
На рисунке 5 представлена зависимость э ф-фективности очистки сточной воды по содерж а-нию формальдегидов и фенолов от производ и-тельности флотатора и количества эжектируемого воздуха. Из графика видно, что при уменьшени и количества эжектируемого воздуха до 2,8 % значение эффективности очистки уменьшается до 68%, при дальнейшем увеличении колич ества эжектируемого воздуха величина э ффективности увеличивается до 95%. При тех же значениях эжектируемого воздуха и производител ьности равной 6,7 м3/ч наблюдается минимальное значение эффективности очистки. Это объясняется тем, что для окисления формальдегида в воде необх о-димо большое количество кислор ода, исходя из этого, можно сказать, что для нейтрализации фо р-мальдегида в оборотной воде необходимо устанавливать такие значения количества эжектиру е-мого воздуха, чтобы флотатор раб отал в режиме отдувки, то есть значения эжектиру емого воздуха должны быть больше чем 2,8 %.
Рисунок 5 - Зависимость эффективности очистки по формальдегидам от производительности флотатора и количества эжектируемого воздуха
Из графика, представленного на рисунке 6 видно, как изменяется эффективность очистки оборотной воды по взвешенным веществам при изменении производительности флотатора и количества эжектируемого воздуха. Так, при увелич е-нии значения производительности до 7,0 м 3/ч, эффективность очистки максимально увеличивается до значения 88 %. При тех же значениях произв о-дительности и при увеличении количества эже к-тируемого воздуха от 1,5 до 3%, наблюдается те н-денция к увеличению значения ЭВВ, %, соответственно результаты обработки данных пок азали, что наилучшие показатели достигаются при зн ачениях Р=7,0 м/ч , У = 2,1 %.
Рисунок 6 - Зависимость эффективности очистки по взвешенным веществам от производительности флотатора и количества эжектиру емого воздуха
Результаты эксперимента показали, что на пр о-цесс очистки оборотных сточных вод производства древесноволокнистых плит действительно оказ ы-вают существенное влияние технологические пар а-метры флотационного аппарата. Наибольшее вли я-ние на эффективность очистки оказывают произв о-дительность установки и количество эжектируем ого воздуха.
Таким образом, исследование в данной области являются актуальными и должны быть направлены на решение проблемы по загрязнению природных водоемов сточными водами лесохимических пре д-приятий. Исследования для решения данной задачи необходимо вести в следующих направлениях:
1 рационально использовать воду на лесохим и-ческих предприятиях, что позв олит уменьшить сброс сточных вод в вод оемы. Для чего необходимо совершенствовать технологические процессы, п о-зволяющие сократить количество и загря зненность сточных вод;
2 внедрять высокоэффективные водоочистные технологии и конструкции. Используя метод физико-химической очистки сточных вод в сочетании с методами биологической очистки, получить воду, удовлетворяющую требованиям, предъявля емым предприятиям к ее качеству;
3 решать проблему загрязнения водоемов п утем создания замкнутых систем водоснабжения и канализации промышленных предприятий с повторным использованием очищенных сточных вод с возможностью улавливания как можно большего количества отходов данных прои зводств и возврата их в основное производство.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Генцлер, Г.Л. Развитие теории конструирования водоочистных флотационных аппаратов [Текст] / Г.Л. Генцлер - Новосибирск: Наука, 2004. - 318 с. Генцлер, Г.Л. Эжекторные системы защиты насосов в установках напорной флотации / Г. Л. Генцлер // Известия вузов. Строительство. - 1994. - № 9-10. -С. 84-88.
Рубинская, А.В. Совершенствование очистки сто чных вод в производстве ДВП / А.В. Рубинская, Н.Г. Чистова // Актуальные проблемы лесного комплекса: сб. научн. трудов. - Брянск, 2006. - С. 84-85.
Чистова, Н.Г. Проблемы очистки сточных вод в производстве древесноволокнистых плит мокрым спос обом / Н.Г. Чистова, Ю.Д. Алашкевич, А.В. Рубин-ская // Экология и безопасность жизнедеятельн ости: сб. материалов IV международной науч.-практич. конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2004. - С. 145-146.
Поступила в редакцию 15 марта 2008 г. Принята к печати 27 августа 2008 г.
