СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. СБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ 14

2. 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 целлюлозно-бумажной промышленности Финляндии.

3. Схема закрытого водного цикла целлюлозно-бумажного завода, США

4. 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.

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 %. Схема закрытого водного циклацеллюлозно-бумажного завода Metsä-Serla Kirkiniemi, Финляндия

6. 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.

7. 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.

8. 3. Производство серной кислоты • Чтобы снизить выбросы SO2 и SO3 в атмосферу, разработана технология двойного контактирования

9. 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.

10. 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)

11. Энерготехнологическая схема производства серной кислоты из серы под давлением

12. 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 84-86 % непрореагировавшего аммиака в колонну синтеза.

13. Технологическая схема получения карбамида

14. 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.

15. 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.

16. Количество сточных вод

17. Технологическая схема обработки сточных вод Сточная вода разделяется на 2 потока при помощи автоматических регулирующих вентилей.

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. Схема мембранной обработки воды