Улавливание древесного волокна из сточных вод и использование его в производстве древесно-волокнистых плит Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Технологии

УДК 628.315.1

УЛАВЛИВАНИЕ ДРЕВЕСНОГО ВОЛОКНА ИЗ СТОЧНЫХ ВОД И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЕГО В ПРОИЗВОДСТВЕ ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ

© А.В. Рубинская', В.Н. Матыгулина, Н.Г. Чистова, А.П. Чижов

Лесосибирский филиал Сибирского государственного технологического университета, ул. Победы, 29, Лесосибирск, 662543 (Россия), e-mail: rubin1@krasmail.ru

В работе представлены результаты исследований по улавливанию древесного волокна из сточных вод методом дисперсионной флотации, использованию его в основном производстве древесно-волокнистых плит и оценке физикомеханических показателей готовых ДВП.

Ключевые слова: флотация, древесное волокно, плотность, набухание, древесно-волокнистая композиция, древесно-волокнистый осадок,

Введение

На современном этапе перед деревообрабатывающей промышленностью остро стоит проблема более полного удовлетворения возрастающих потребностей в древесно-волокнистых плитах (ДВП). Реально обозначена проблема снижения расхода сырья, материалов и энергии без снижения качества готовой продукции, а в ряде случаев - и повышения определенных показателей ДВП. Постоянный рост стоимости основного сырья, его дефицитность требуют нового подхода к вопросам его комплексного использования.

Исходя из этого, важнейшей составной частью экологической политики деревоперерабатывающих предприятий, производящих ДВП мокрым способом, наряду с контролем и сокращением промышленных отходов, является их утилизация. Это в особенности касается древесных волокон, которые в значительном количестве содержатся в сточных водах данного производства. Наличие древесных волокон в промышленных стоках ухудшает работу комплекса очистных сооружений предприятий. Утилизация производственных отходов тесно связана с возможностью снизить загрязнение биосферы, повысить эффективность производства продукции, сохранить лесные массивы.

Для решения существующей задачи на предприятиях лесного комплекса предлагается улавливание вторичных древесных волокон с помощью флотации диспергированными пузырьками воздуха, что, на наш взгляд, является наиболее приемлемым и эффективным в условиях данных производств по сравнению с существующими способами.

----------------------------------------------- В результате очистки оборотной воды образу-

Рубинская Анастасия Владиславовна - доцент, кандидат ется волокносодержащий осадок, состоящий в ос-

новном из древесных волокон, который необходимо утилизировать или возвращать в основную композицию. Таким образом, были проведены исследования по изучению возможностей использования осадка, образующегося при флотационной очистке оборотных вод производства ДВП.

* Автор, с которым следует вести переписку,

технических наук, e-mail: rubin1@krasmail.ru Матыгулина Венера Нурулловна - доцент, кандидат технических наук, e-mail: caress-lsib@rambler.ru Чистова Наталья Геральдовна - профессор, доктор технических наук, e-mail: chistova_n_g@mail.ru

Чижов Александр Петрович - директор, кандидат технических наук, e-mail: info@lfsibgtu.ru

Экспериментальная часть

Для установления предельно возможной массовой доли уловленного волокна в составе исходной древесно-волокнистой композиции без снижения ее качества и качественных показателей готовой продукции экспериментально в промышленных условиях определяли плотность и набухание плит при исходной толщине 3,2 мм. Для этого согласно плану эксперимента и выбору основных характеристик моделей был реализован четырехфакторный эксперимент по выявлению зависимостей физико-механических показателей плит от массовой доли уловленного древесного волокна, массовой доли парафиновой эмульсии, массовой доли осадителя и температуры древесной массы. Выбор массовой доли парафиновой эмульсии и раствора серной кислоты в качестве входных факторов обусловлен тем, что необходимо выявить возможность возврата уловленного волокна в основное производство без введения в основную массу добавок, так как уловленное волокно уже содержит на своей поверхности гидрофобную добавку и осадитель. Выбор температуры уловленной массы в качестве входного фактора обусловлен тем, что в производственных условиях получения ДВП при работе флотатора уловленная масса будет подаваться в бассейн, откуда далее будет поступать в бак для проклейки и на отливочную машину. В таких условиях температура древесной массы может быть различной, тем самым может повлиять на показатели качества плиты.

Зависимости физико-механических показателей ДВП от исследуемых параметров с учетом введения уловленного волокна в состав основной древесно-волокнистой композиции представлены следующими выражениями:

- плотности:

Р1 = -4618,64 - 60,88с 769,549р + 2539,844к + 30,51591 + 28,035ср + 0,669ск + 0,3726с1 - (1)

- 342,187рк + 8,125р1 - 2,6145к1 + 2,066с2 + 1281,25р2 - 257,422к2 - 0,316312;

- набухания за 24 ч:

N =-379,459 - 10,5986с - 356,887р + 235,899к + 1,12251 - 3,317ср + 1,8142ск - (2)

- 0,0296с1 - 107,906рк + 0,5825р1 + 0,223к1 + 0,56с2 + 608,416р2 - 20,47к2 - 0,02212.

Графические зависимости, построенные по полученным моделям, показывающие влияние входных факторов на выходную величину, представлены на рисунках 1 и 2.

Анализируя полученные уравнения, можно отметить, что, несомненно, наибольшее влияние на плотность и набухание плит по толщине оказывают количества уловленной древесно-волокнистой массы, массовой доли парафиновой эмульсии и осадителя. Температура массы играет меньшую роль, но все равно коэффициенты, стоящие перед этим фактором, говорят о его значимости при исследовании данного процесса.

Зависимость плотности ДВП от массовой доли уловленного древесного волокна, массовой доли гидрофобной добавки, осадителя и температуры древесной массы представлена шестью функциями отклика для анализа влияния исследуемых факторов и их парных взаимодействий на выходную величину.

На рисунке 1 а-в изображены зависимости плотности ДВП от добавления уловленного древесного волокна, парафиновой эмульсии, осадителя и температуры уловленной массы.

На рисунке 1в поверхность функции отклика наглядно показывает, что вышеперечисленные факторы оказывают весьма существенное влияние на величину плотности плит. Данная зависимость носит практически линейный характер и начинает возрастать при содержании уловленного из оборотной воды волокна более 7% в исходной древесно-волокнистой композиции, так как при увеличении массовой доли вторично используемого волокна увеличивается содержание очень мелкого волокна.

Для плит марки Т по ГОСТ 4598-86 плотность должна быть не менее 800 и не более 1000 кг/м3 в зависимости от выпускной группы - А или Б. Так, при значении массовой доли осадителя 0,03% и при массовой доле уловленного волокна в основной композиции от 3,5 до 10,5% плотность меняется в пределах от 880 до 960, при значении количества осадителя более 0,05% и при содержании уловленного волокна более 7% значение плотности выходит за пределы верхнего ограничения плотности по ГОСТ, т.е. более 1000 кг/м3. Такая же картина наблюдается на графиках рисунка 1а и б.

б)

□ 1060 □ 1020

□ 980

□ 940 О 900 О 860

Рис. 1. Зависимость плотности ДВП от исследуемых факторов

в)

О 1040 □ 1020 О 1000

□ 980 О 960 О 940

П 900

Как известно, наличие мелких волокон в составе основной древесно-волокнистой композиции служит наполнителем межволоконного пространства и тем самым увеличивает плотность плит. Далее необходимо проанализировать влияние массовой доли парафиновой эмульсии на плотность плит. Из графика на рисунке

1, а видно, что при взаимодействии фактора массовой доли уловленного волокна и массовой доли парафиновой эмульсии на выходную величину влияние парафиновой эмульсии незначительно. Это можно увидеть из тех условий, что при минимальном значении с, равном 3,5%, при массовой доле гидрофобной добавки от 0,6 до 0,8% изменение плотности находится в следующих пределах: от 930 до 960 кг/м3 значение плотности не превышает 1000 кг/м3 при р, равной 0,7%, и при с, равной 7%, в составе основной композиции.

Таким образом, из анализа графических зависимостей можно сделать вывод о том, что количество парафиновой эмульсии не должно превышать 0,7%, но практически при любом содержании осадителя (в пределах рассматриваемых значений) значение плотности будет изменяться от 930 до 1000 кг/м3.

В некоторых случаях при максимальных значениях факторов плотность плит превышает 1000 кг/м3, что уже не соответствует плитам марки Т, а характерно плотности сверхтвердых плит, т.е., не изменяя технологический процесс производства ДВП, можно получать сверхтвердые плиты.

Анализ представленных зависимостей свидетельствует о возможности получения древесноволокнистой композиции с уловленным волокном, гидрофобной добавкой и различной температурой уловленной древесно-волокнистой массы, соответствующей по основным реологическим показателям предъявленным требованиям и оказывающей сравнительно малое влияние на качественные показатели готовой ДВП.

Зависимость набухания плит по толщине от массовой доли уловленного волокна, доли парафиновой эмульсии, доли осадителя и температуры уловленной древесно-волокнистой массы представлена на рисунке 2.

Как следует из экспериментальных данных, представленных на рисунке 2а-в изменение условий структурообразования и обезвоживания древесно-волокнистой массы при содержании уловленного волок -на более 7% отрицательно влияет на качественные показатели ДВП по набуханию плит по толщине. Следовательно, при содержании массовой доли уловленного волокна с (%), от 3,5 до 7% значение набухания составляет не более 23%, а именно от 19 до 22%. Далее при увеличении значения рассматриваемого фактора количества уловленного волокна (с, %) более 7% наблюдается резкое увеличение набухания плит, так как гигроскопичность ДВП и связанные с ней процессы усадки и набухания обусловливаются тем, что узлы макромолекулярного каркаса являются гидрофильными. Преобразование и исключение этих макромо-лекулярных узлов обеспечивает соответствующие гидрофобные свойства.

Обсуждениерезулътатов

Анализируя данные зависимости, можно сделать следующий вывод: добавляя в основную композицию уловленное волокно, массовая доля которого будет превышать 7%, невозможно получить плиты с удовлетворяющими показателями набухания плит по толщине. Естественно и закономерно то, что большое содержание мелких древесных волокон в составе древесно-волокнистой композиции отрицательно влияет на набухание плит в силу того, что мелкие волокна, являясь в плите наполнителем, впитают влаги больше, чем волокно больших размеров, тем более что они заполняют практически все межволоконное пространство. Для получения значения набухания плит по толщине не более 23% необходимо выбрать следующие параметры: к=0,03-0,05% и 1=40-50 °С.

Выводы

Таким образом, результаты экспериментальных исследований показали, что качество волокна, уловленного флотатором, соответствует волокну основной композиции. Расчеты показали, что максимальное количество уловленного волокна не будет превышать 7% и по расчетам составит 3-4% от общего объема волокна, тем самым возвращать в основное производство можно все уловленное в результате очистки обо -ротной воды древесное волокно. Установлено, что уловленное древесное волокно можно и следует воз -вращать в основное производство перед отливочной машиной, не нарушая технологический процесс производства ДВП и не изменяя температурный режим прессования плит.

Список литературы

1. Леонович А.А. Совершенствование технологии древесных плит // Деревообрабатывающая промышленность. 1999. №5. С. 30-32.

2. ГенцлерГ.Л. Развитие теории конструированияводоочистных флотационных аппаратов. Новосибирск, 2004. 318 с.

3. Алексеев Е. В. Исследование и разработка процессов физико-химической очистки сточных вод, содержащих поверхностно-активные вещества : дис. ... докт. техн. наук. М., 2004. 491 с.

Поступило в редакцию 20 апреля 2011 г.

Rubinskaya A.V.*, Matigulina V.N., Chistova N.G., Chighov A.P. CATCHING OF A WOOD FIBRE FROM SEWAGE AND ITS USE IN MANUFACTURE OF WOOD-FIBER PLATES

Siberian State University of Technology Lesosibirsk Branch, Pobedy, 29, Lesosibirsk, 662543 (Russia), e-mail: rubin1@krasmail.ru

Researches on catching a wood fibre by a method of dispersive flotation from sewage of manufacture of wood-fiber plates were carried out. Physicomechanical parameters of ready wood-fiber plates with addition of the caught wood pulp in the basic composition were investigated. The caught wood fibre is possible and it is necessary to return in the basic manufacture not breaking technological process of manufacture of wood-fiber plates and not changing a temperature mode of pressing of plates.

Keywords: Flotation, wood fibre, density, swelling, wood-fiber composition, wood-fiber deposit.

References

1. Leonovich A.A. Derevoobrabatyvaiushchaia promyshlennost’, 1999, no. 5, pp. 30-32. (in Russ.)

2. Gentsler G.L. Razvitie teorii konstruirovaniia vodoochistnykh flotatsionnykh apparatov. [Development of the theory of constructing water treatment flotation devices]. Novosibirsk, 2004, 318 p. (in Russ.)

3. Alekseev E.V. Issledovanie i razrabotka protsessov fiziko-khimicheskoi ochistki stochnykh vod, soderzhashchikh poverkhnostno-aktivnye veshchestva: dissertatsiia doktora tekhnicheskikh nauk. [Research and development of the processes of physical-chemical treatment of waste water containing surfactants: the dissertation of Doctor of Technical Sciences]. Moscow, 2004, 491 p. (in Russ.)

Received April 20, 2011

* Corresponding autor.