СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ

СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ЛЕКЦИЯ 14
Закрытые производственные циклы в технологии
неорганических и органических веществ
1. Целлюлозно-бумажная промышленность
Целлюлозно-бумажная промышленность является во всех странах
одним из самых больших загрязнителей воздуха и, особенно, воды.
На рис. показаны тенденции по выпуску и некоторым показателям
загрязнения воды (БПК, взвешенные вещества) в целлюлознобумажной промышленности Финляндии.


2
Схема закрытого водного цикла
целлюлозно-бумажного завода, США
3
В 1996 г. на заводе было принято решение не сбрасывать
сточную воду в реку Миссисипи. Завод производит сульфатную
целлюлозу, термомеханическую целлюлозу и цветную бумагу.
До внедрения закрытого цикла завод сбрасывал ~607000
галлонов сточных вод и 1,14 млн. галлонов воды из градирен в
сутки в реку Миссисипи.
Сточная вода очищалась в аэротенках и после вторичного
осветлителя сбрасывалась в реку.
В настоящее время эта вода дополнительно очищается в
песчаных фильтрах и адсорберах с активированным углем и
далее рециркулируется в качестве питательной воды для
градирни.
После охлаждения в градирне воду снова применяют в процессе
варки целлюлозы и приготовления бумаги.





4
Схема закрытого водного цикла
целлюлозно-бумажного завода Metsä-Serla Kirkiniemi, Финляндия




5
Вода, проходящая бумажную массу на
машине, собирается в баке, откуда ее
перекачивают на сито, где удаляются
целлюлозные волокна.
Фильтрат подают на барабанный фильтр, где
в зависимости от расположения вакуума в
секциях, получают прозрачный фильтрат
(clear filtrate), когда процесс фильтрации идет
через уже образовавшийся осадок на сетке, и
мутный фильтрат (cloudy filtrate), когда осадок
еще не образовался на барабане.
Прозрачный фильтрат направляют в души
(showers) бумажной машины, где требуется
очень чистая, прозрачная вода, а мутный
фильтрат проходит через сито и затем
поступает в систему ультра- и
нанофильтрации (UF/NF).
Используют 10 -15 ротационных (CR) или
вибрационных мембранных фильтров. В
процессе UF в основном удаляются
органические вещества (ХПК снижается на 65
%) и растворенные вещества (TDS) –
примерно на 45 %.
В процессе UF органические соли не улавливаются.
Концентрат процесса UF направляют на мокрое окисление
(WAO), а фильтрат (permeate) поступает в систему NF фильтров.
ХПК снижается дальше на 75 %, TDS на 73 % и содержание
неорганических солей на 90 % (остаются только одновалентные
ионы).
Концентрат из NF также подвергается мокрому окислению.
Биоразлагаемость смеси UF и NF концентратов повышается с 0,3
до 0,7, после чего становится возможным его биологическая
очистка.
После внедрения UF/NF системы для обработки
технологической воды бумажной машины потребление свежей
воды на заводе снизилось с 16 м³/тонну бумаги до 4-5 м³/тонну.
Общая стоимость UF/NF процесса (капитальные и
эксплуатационные затраты) составляют ~0,7-1,5 USD м³/воды.






6
2. Производство кальцинированной соды по методу
Сольве
 Классический пример
 В схеме рециркулируют СО₂ и NН₃ и единственным
отходом производства является СаСl₂.
 В других отраслях неорганической технологии такого
успеха в минимизации отходов достигнуть не удалось.
7
3. Производство серной кислоты
Чтобы снизить выбросы SO2 и SO3 в атмосферу, разработана
технология двойного контактирования

8
Метод двойного контактирования
Сущность метода состоит в том, что окисление SO₂ на
катализаторе осуществляется в два этапа.
На первом этапе степень превращения составляет около 0,9, на
втором этапе 0,95-0,97, и общая степень превращения
составляет 0,995÷0,997.
Содержание SO₂ в отходящих газах снижается до 0,003 %
(объем.).
Газ подается после третьего слоя катализатора в
промежуточный абсорбер 8, из него в теплообменники 4 и 5, а
затем в четвертый (и пятый), последний(-ие) слой(-и)
катализатора.
Охлажденный в теплообменнике газ проходит абсорбер 6 и
выводится в атмосферу.





9
Замкнутая энерготехнологичесская схема
производства серной кислоты из серы


Разработана замкнутая, практически безотходная
энерготехнологическая схема производства серной
кислоты из серы под давлением 12·10⁵ Па (12 атм).
Производительность по серной кислоте 2000 т/сутки при
концентрации SO₂ и SO₃ в отходящем газе не более 0,002 %
(см. следующий слайд)
10
Энерготехнологическая схема производства
серной кислоты из серы под давлением
11
4. Производство карбамида
 В технологической схеме производства карбамида с
рециркуляцией аммиака и диоксида углерода имеются
замкнутые технологические циклы, обеспечивающие
рециркуляцию аммиака, возвращаемого после сепаратора 5 в
поток питания, и рециркуляцию раствора, потока
углеаммонийных солей, подаваемого насосом высокого
давления 9 в колонну синтеза 4. Колонна синтеза работает под
давлением ~ 200 атм и при температуре 200ºС, мольное
соотношение NН₃ : СО₂ : Н₂О = 5 : 1 : 0,8 (см. следующий слайд).
 Включение в схему дистилляционной колонны I ступени (140
атм, 118ºС) и II ступени (1 атм, 105ºС) обеспечивает возврат 8486 % непрореагировавшего аммиака в колонну синтеза.
12
Технологическая схема получения карбамида
13
5. Текстильная промышленность
 На заводе Marijampole (Литва) производят
полиакрилнитриловое (PAN) волокно ~ 6000 тонн/год.
 В процессе производства образуется сточная вода ~ 40500
м3/год.
 Имеющиеся очистные сооружения включали 6 резервуаров
(танков) в серии с переливной системой между резервуарами.
 После такой «предварительной» обработки сточные воды
направляли прямо на коммунальные очистные сооружения.
 Качество обработки было низкое, отсутствовал бассейн для
балансирования качества входящего на очистные сооружения
потока (equalisation tank).
 Содержание Zn превышало норму.
14



Было предложено снизить нагрузку на коммунальные очистные
сооружения путем разделения стока на 2 части: сточная вода
для коммунальных очистных сооружений и сточная вода для
оборотного водоснабжения (для рециркуляции).
Сточная вода (СВ) для направления на очистные сооружения
приходит из процесса крашения и первой ступени промывки. В
этой СВ высокое содержание солей, тяжелых металлов,
органики, красителей и рН > 10. Предполагаемая предочистка адсорбция на активированном угле + биологическая очистка.
Сточная вода для рециркуляции приходит из второй и
последующих стадий промывки. Ее можно повторно
использовать после нанофильтрации или обратного осмоса. В
этой СВ была малая соленость, малые содержания тяжелых
металлов, органики, красителя и рН ≈ 7,0.
15
Количество сточных вод
Сток
Расход м³/ч
Расход м³/сутки
Расход м³/год
Для
рециркуляции
2,0
50
13000
Для
направления
на очистные
сооружения
4,2
100
27500
Итого
6,2
150
40500
16
Технологическая схема обработки сточных вод
Сточная вода разделяется на 2 потока при помощи автоматических регулирующих
вентилей.
17
Схема мембранной обработки воды



18
При использовании
мембранной технологии для
обработки сточных вод для
рециркуляции основной
проблемой явилась адсорбция
катионного красителя в поры
мембраны и ее закупорка
(clogging).
Фирма-производитель мембран
разработала специальные
мембраны для катионных
красителей.
Рекомендовано использовать
двухступенчатую очистку:
нанофильтрация + обратный
осмос.