снижение экологических рисков при химической переработке

СНИЖЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ ПРИ ХИМИЧЕСКОЙ
ПЕРЕРАБОТКЕ ДРЕВЕСИНЫ
М.А. Гусакова, А.С. Аксенов, А.П. Вишнякова, Т.Ф. Личутина
Институт экологических проблем Севера УрО РАН, г. Архангельск.
Мембранные методы разделения жидких сред уже сегодня заняли прочное место
в арсенале промышленных технологических процессов, хотя полное становление и
отдача от мембранных технологий ожидается в X X I веке. Спектр вариантов их
применения увеличивается благодаря преимуществам с точки зрения экологической
безопасности. Их относят к малозатратным экономически и технологически
обоснованным процессам переработки материалов, отходов и получения на их базе
полезных и необходимых для общества продуктов.
В процессе переработки древесины с целью получения целлюлозы образуется
отработанный варочный раствор, который упаривается и сжигается с целью
регенерации химикатов (в большей степени сульфатный способ). Сульфитный щелок
чаще подвергается биохимической переработке, после чего упаривается и реализуется в
качестве товарных лигносульфонатов. В том и в другом случае существуют риски
негативного воздействия на окружающую среду как при выбросах в атмосферу, так и
при попадании в водоем трудноразлагаемых соединений.
Применение мембранных технологий позволяет сокращать потребление свежей
воды, снижать энергетические затраты, а также повышает
комплексность
использования древесного сырья за счет получения продуктов с высокой добавленной
стоимостью.
К настоящему моменту мембранные процессы все чаще реализуются в
технологических потоках при производстве целлюлозы как сульфатным, так и
сульфитным способами. Первая установка была пущена в 1975 году в Финляндии для
переработки сульфатного щелока (Metsaliitto). За последние 30 лет подобных вариантов
промышленного использования насчитывается более 50.
В качестве материалов для изготовления мембран используют ацетат
целлюлозы, полисульфон, полиэфирсульфон, полиамид, и другие полимерные
вещества, а также существуют керамические мембраны. Полимерная природа
материала мембран позволяет им сохранять свойства при температурах до 80... 100 V и
в диапазоне рН 1...13, что расширяет направления их использования в жестких средах
при комплексной переработке древесины. Размер пор мембран находится в пределах от
0,1 нм (при обратном осмосе) до 50-100 нм (ультрафильтрация), что соответствует
размерам большинства растворенных веществ в стоках ЦБП.
Ультрафильтрация - это баромембранный процесс, заключающийся в том, что
жидкость под давлением «продавливается» через полупроницаемую перегородку. При
обратном осмосе создается давление раствора, превышающее осмотическое.
Очень наглядным вариантом использования ультрафильтрации в ЦБП является
концентрирование отработанного щелока перед выпарными станциями. В Институте
экологических проблем Севера УрО РАН был проведен анализ возможности
использования процесса ультрафильтрации в переработке бисульфитных щелоков.
Экспериментально подтверждена целесообразность применения мембранных методов
для концентрирования щелока.
В условиях возрастания цен на энергоносители представляет неоспоримый
интерес предварительное концентрирование щелока без существенных затрат на
производство пара. С точки зрения экономии энергии использование мембранной
технологии, исключающей энергозатратный фазовый переход воды, имеет
несомненные преимущества. Практическая реализация этих преимуществ определяется
технологичностью конкретных мембранных технологий, а также надежностью и
стоимостью мембран.
В наших исследованиях одно- и двухступенчатой
ультрафильтрации
использовался бисульфитный щелок лабораторных варок. В результате разделения с
использованием мембран щелок был сконцентрирован с 10... 12 % до 21...29 % по
содержанию сухих веществ.
При ультрафильтрационном разделении бисульфитного щелока происходит его
распределение на два раствора: концентрат, обогащенный высокомолекулярными
компонентами и пермеат, содержащий компоненты с размерами, меньшими диаметра
пор.
Образующийся
пермеат,
содержащий
низкомолекулярную
фракцию
лигносульфонатов, может быть дополнительно подвергнут процессу обратного осмоса
для дальнейшего снижения содержания сухих веществ. Современные установки
позволяют на этом этапе дополнительно очищать стоки по ХПК на 97 %, БПК на 94 %.
В этом случае, очищенная вода возвращается в технологический поток на стадию
промывки, тем самым сокращая потребление свежей воды.
Получаемый в результате мембранного разделения концентрат в основном
содержит высокомолекулярную фракцию лигносульфонатов, представляющих собой
уникальные
соединения
с широким
диапазоном
свойств.
В
результате
фракционирования с помощью ультрафильтрации происходит облагораживание
лигносульфонатов. После упаривания и (или) сушки эта часть щелока может стать
готовым товарным продуктом с высоким содержанием высокомолекулярной фракции.
Следовательно, еще одним вариантом использования ультрафильтрации является
разделение бисульфитного щелока для получения из укрепленного раствора товарных
модифицированных лигносульфонатов.
Мембранные технологии являются
перспективным
направлением для
переработки водных потоков в целлюлозно-бумажной промышленности. Снижение
экологических рисков при химической переработке древесины переработке древесины
при использовании мембранных методов проявляется в сокращении потребления
свежей воды, а также в решении энергетических проблем. Кроме того, появляется
возможность получения новых продуктов на основе биополимеров. Для вновь
строящихся предприятий, а также при реконструкции существующих необходимо
учитывать возможность использования процессов мембранного разделения.
5