Воздействие целлюлозно-бумажной промышленности на окружающую среду

• мгновенного выделения значительного количества парогазовой смеси, особенно при больших стоках плава;
• непрерывности и неравномерности подачи плава и белого щёлока в РП и отведения зелёного щёлока, что приводит к изменению свободного объёма над растворяющей жидкостью и влияет на количество подсосов воздуха.

 

Парогазовые выбросы из РП СРК согласно удельным отраслевым нормам состоят  из:

• водяных паров 70…90 % (1.87 кг/нм³ сухого газа (с.г.));
• подсосов воздуха 5…25 %;
• пылевых частиц плава – до 1.9 % (19 г/нм³ с.г., 4500 г/т целлюлозы);
• сероводорода – 0.006 % (0.25 г/нм³ с.г., 56.5 г/т целлюлозы);
• сернистого ангидрида – 0.005 % (0.18 г/нм³ с.г., 40.3 г/т целлюлозы;

 

Пылевые частицы состоят в объёмных процентах из:

• карбоната натрия – 70 %;
• сульфида натрия – 23 %;
• сульфата натрия – 5 %;
• нерастворимых частиц (огарка) – 2 %.

 

Температура парогазовых выбросов может меняться от 85 до 125 ⁰С. В среднем, количество парогазовых выбросов из РП на 1т вырабатываемой целлюлозы составляет 226 нм³ с.г.

 

Сбросы в гидросферу и педосферу в сульфат-целлюлозном                 производстве.

 

Основными источниками загрязнения  гидросферы и педосферы в сульфат- целлюлозном производстве являются отбельный, варочный и кислотный цеха.

Варочный и кислотный  цеха. В сток попадают органические соединения, образующиеся при варке, и остаточные химикаты. Так при выпуске 3 млн. т. в год целлюлозы образуется 3.5 млн. т. в год отработанных щёлоков в пересчёте на сухое вещество или около 7 млн. т. в год в пересчёте на 50 % концентрат. Из них около 2 млн. т. в год можно утилизировать в виде спирта, кормовых дрожжей и технических лигносульфонатов. Остальные 70 – 75 % сухих веществ отработанных щёлоков сбрасывается в очистные сооружения или непосредственно в водоёмы.

Отбельный цех. В процессе отбеливания целлюлозы традиционно используют либо сам хлор, либо его производные (оксид хлора, хлораты и гипохлориты), а при делигнификации древесины содержащей фенольные фрагменты лигнин (содержание которого в древесине лиственных пород  20 – 30 %, в хвойных породах – до 50 %) взаимодействует с хлорными реагентами, образуя диоксины и фураны (или их предшественников), которые являются высокотоксичными экотоксикантами.

 

Сбросы в реки и почву с ЦБК увеличивают содержание взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, нефтепродуктов, органических соединений, ряда металлов, веществ метоксильных, карбоксильных и фенольных групп. По этим параметрам ПДК превышены в несколько раз.

 

Самыми опасными и заслуживающими дальнейшего рассмотрения токсинами, безусловно, являются диоксины и фураны.

Диоксины – группа высокотоксичных  экотоксикантов – полихлорированных  дибензодиоксинов (ПХДД, I) и дибензофуранов (ПХДФ, II).

 

                                             O

    Cl_n                                                                           Cl_n

                                             O

      ПХДД (I)

 

 

   Cl_n                                                                 Cl_n

 

 

                                       O

                                    ПХДФ (II)

 

Здесь n = 2…4. Причём фуранами мы называем дибензофураны, хотя это не совсем корректно. Диоксины и фураны могут иметь в своём составе чётное (обычно 4, 6 и 8) или нечётное (как правило, 5 или 7) число атомов хлора. Для обозначения положения атомов хлора в бензольных кольцах диоксинов и фуранов используют цифры в соответствии с правилами «Женевской номенклатуры органических соединений». Нас интересуют следующие изомеры хлорзамещённых соединений:

ТХДД (III) – тетрахлор дибензодиоксин, ПХДФ (IV) – пентахлор дибензофуран, ГкХДД (V) – гексахлор дибензодиоксин, ГпХДФ (VI) – гептахлор дибензофуран и ОХДФ (VII) – октахлор дибензофуран.

Необходимо заметить, что предельно допустимая концентрация (ПДК) диоксинов и фуранов для взрослого человека составляет 320 триллионных частей грамма в день и что такая ежедневная доза приводит к риску возникновения рака и других онкологических заболеваний. Если сопоставить два вида смертельных доз диоксинов и фуранов: минимальную летальную дозу MLD (характеризующую общую токсичность) и половину полной летальной дозы LD₅₀ (при которой погибнет 50 % исследуемых живых организмов). Оказалось, что по общей токсичности (MLD, моль/кг) диоксины и фураны (3.1*10^-9) превосходят самые сильные химические яды: кураре (7.2*10^-7), стрихнин (1.5*10^-6), цианистый натрий (3.1*10^-4) и боевое отравляющее вещество диизопропилфторфосфат (1.6*10^-5). Что касается значений LD₅₀ (мг/кг), то они для диоксинов и фуранов изменяются следующим образом: 0.5 (куры), 0.3 (собаки), 0.1 (кошки и мыши), 0.05 (крысы) и 0.001 (морские свинки).

 

Допустимая суточная доза диоксинов и фуранов.

 В США эта доза  равна 0.006 пкг на килограмм  веса человека, тогда как в  России она существенно выше – 10 пкг/кг. Норма загрязнения питьевой воды в нашей стране – 20 пкг/л, а ПДК для атмосферы – 0.5 пкг/м³. Поэтому человек весом в 60 кг при условии, что он потребляет три литра воды в день, может получить с водой лишь 10 % диоксинов и фуранов от суточной нормы. В тоже время расчёты показывают, что при потреблении даже нежирной рыбы (с количеством жира до 5 %), в которой количество диоксинов и фуранов может быть около 50 пкг/г жира, 500 граммов рыбы даст уже 1250 пкг токсикантов, что в 2 раза превышает допустимую суточную дозу, а если речь идёт о рыбе с количеством жира 50 %, которая легко биоаккумулирует хлорорганические экотоксиканты, в этом случае имеют место существенно более высокие уровни накопления диоксинов и фуранов, а, следовательно, более серьёзные экотоксилогические эффекты.

Кроме химического загрязнения  водоёмов происходит тепловое загрязнение  воды. Это происходит вследствие использования  больших объёмов воды в течение  технологического процесса, а также  использования воды в теплообменниках и конденсаторах для охлаждения, после чего нагретая вода попадает со стоком предприятия в гидросферу.

 

Сбросы в  водоёмы и почву в сульфат-целлюлозном  производстве.

Таблица 5.

Ингредиент	Источник сбросов
Взвешенные вещества.	Сульфат-целлюлозное  производство (нерастворимые частицы).
Сульфаты (К2SO4, KHSO4, диорганилсульфаты и органилсульфаты).	Сульфат-целлюлозное  производство.
Хлориды (KCl, NaCl) и хлораты (KClO3, NaClO3).	Отбельный цех.
Нефтепродукты.	ИРП (мазут).
Фенолы.	Лигнин (Сульфат-целлюлозное производство).
Органические соединения (жирные кислоты, сульфатное мыло, ароматические соединения, клейкие вещества и др.).	Производство побочных продуктов, варочно-промывной цех, РП.
Диоксины и фураны.	(фенолы + хлорные реагенты). Сульфат-целлюлозное производство, отбельный цех.
Металлы (Mg, Zn).	Сульфат-целлюлозное  производство.
Тёплая вода.	Газоконтактный испаритель, варочно-промывной цех, выпарной цех, РП СРК, ИРП.

   

Природосберегающие технологии.

 

Мы разобрались с  тем, какие вредные и опасные вещества попадают в атмосферу, гидросферу и педосферу в процессе работы целлюлозно-бумажного комбината. Теперь необходимо разобраться, что необходимо сделать, чтобы уменьшить влияние на окружающую среду вредного производства. Для этого существуют два пути. Первый – совершенствование очистительных установок по очистке выбросов и сбросов от токсикантов. Второй – совершенствование технологического процесса производства, разработка экологически чистых методов производства, методов по уменьшению отходности предприятия и безопасных промышленных установок.

Кроме этого, необходимо затронуть вопросы переработки  макулатуры, отходов бумажных фабрик (их уменьшения и переработки) и деревообрабатывающих предприятий, а также токсичности  выпускаемой продукции.

 

Очистка выбросов в атмосферу на ЦБК.

Очистка газов  от паров летучих органических соединений (ЛОС).

Общая методология.

Адсорбционные методы: это, прежде всего классические рекуперационные методы очистки, основанные на улавливании паров ЛОС активным углем, с последующей десорбцией уловленных веществ водяным паром при повышенных температурах (105 – 120 ⁰С). После совместной конденсации паров воды и десорбированных ЛОС, полученный конденсат органических соединений отделяют в сепараторе от водной фазы. Если десорбируемые органические соединения растворимы в воде, то для выделения органических соединений конденсат подвергают дистилляции.

Если в очищаемом  газе концентрация ЛОС мала (<1 г/м³), то нецелесообразно проводить регенерацию адсорбента водяным паром, а необходимо провести десорбцию горячим (200 – 250  ⁰С) инертным газом (обычно дымовыми газами).

Десорбированные пары ЛОС  не утилизируют, а сжигают каталитическим либо термическим методом.

Адсорбционной разновидностью очистки газов является адсорбционно-каталитический процесс. В этом случае в качестве адсорбента используются оксидные катализаторы, которые в процессе очистки накапливают пары ЛОС, а при регенерации, за счёт нагрева катализатора, происходит каталитическое окисление уловленных ЛОС, на этом же бифункциональном адсорбенте-катализаторе.

Окислительные методы:  эта группа методов основана на  полной окислительной деструкции молекул ЛОС до СО₂ и Н₂О.

• Термические методы – методы сжигания органических загрязнителей воздуха. Обычно используется, когда источник выделения загрязнённого воздуха располагается вблизи какого-либо топочного устройства. В этом случае загрязнённый воздух используется как дутьевой.
• Каталитические методы – методы дожигания конкретных органических соединений на известных катализаторах, в том числе блочных.
• Гомогенные низкотемпературные окислительные процессы.

1. Введение озона в очищаемый газ. При концентрации озона 10 –20 мг/м³ очищаемого газа, эффективность очистки 90 –95 % по фенолу и формальдегидам.

2. Очистка с помощью высокочастотного стримерного разряда. В зоне действия разрядов происходит эффективная очистка от паров органических соединений, таких как бензол, толуол, фенол, стирол. При этом фенол конвертируется в аэрозоль гидрохинона, а стирол в аэрозоль полистирола. Диоксины и фураны переходят в конденсированные соединения.

• Жидкофазное окисление.

1. Процессы, основанные на абсорбции и последующем окислении паров ЛОС, обычно используют для очистки отходящих газов с малой концентрацией веществ с резким неприятным запахом.
2. Очистка водным раствором гипохлорита натрия. Так сернистые соединения улавливаются на 99 %, карболовые кислоты на 98 %, альдегиды и кетоны на 90 %, а фенолы и спирты на 85 %.

• Биохимические методы – методы, основанные на способности некоторых организмов поглощать и окислять ЛОС.

 

Особенности очистки воздуха на ЦБК.

Из приведённого ранее, очевидна необходимость  разработки несложного, доступного и  эффективного способа и аппарата для очистки выбросов в атмосферу от пыли и серосодержащих соединений, ликвидации избыточной влаги парогазового потока и теплового загрязнения. Отличительными особенностями выбросов сульфатно-целлюлозного производства являются многочисленность источников и многокомпонентность выбрасываемых газовых смесей. Кроме того, выбросы от различных источников отличаются по объёму, качественному составу и концентрациям вредных веществ. Подход к очистке выбросов в атмосферу различен в зависимости от качественных характеристик выбросов, подразделяемых на две группы, парогазовые и газопылевые. Такое разделение основывается на различных методах подхода к обезвреживанию выбросов данных групп. Парогазовым выбросам присуще наличие значительных количеств водяного пара, а для ряда выбросов характерно состояние насыщения водяным паром. Большинство вредных веществ в выбросах представляет собой серосодержащие соединения, которые являются токсичными веществами, неблагоприятно влияющими на жизнедеятельность растительного и животного мира.

В настоящее время к вопросу очистки дурнопахнущих парогазовых выбросов сульфат-целлюлозного производства существует двоякий подход: первое – обезвреживание с получением какого-либо ценного побочного продукта; второе – доведение выбросов вредного вещества до санитарных норм, в лучшем случае с рекуперацией уловленного компонента в производство.

Очистка газопылевых  выбросов предусматривает несколько  иной подход.

 Используют пылеулавливающие  установки. Современные установки  для улавливания серосодержащих  газообразных компонентов, присутствующих в дымовых газах СРК, основаны на абсорбционном методе очистки. Различаются эти установки между собой аппаратурным оформлением, режимами управления и свойствами абсорбента, причём последние являются определяющими при выборе схемы газоочистки. В настоящее время для промывки дымовых газов СРК применяются как щёлочные, так и нейтральные растворы, в ряде случаев в щёлочную орошающую жидкость добавляются твёрдые вещества, способные сорбировать и окислять серосодержащие газообразные компоненты.