ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С ЦЕЛЬЮПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОПКОВОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

АННОТАЦИЯ

В работе приведены результаты исследований по изучению возможности для очистки отработанного щелока и промывных вод использования в процессе получения хлопковой целлюлозы после предварительной очистки.

Объектом исследования являлись варочный раствор, отработанный щелок, промышленные воды после варки и промывки целлюлозы и их санитарные характеристики, а также качественные показатели получаемых продуктов.

Экспериментально изучены обесцвечение отработанных вод, снижение остаточного количество гидроксида натрия, оптическая плотность до и после отбелки, химический состав отработанного щелока после обесцвечивания промывочных вод.

ABSTRACT

The paper presents the results of studies on the study of the possibility for the purification of waste liquor and wash water for use in the process of obtaining cotton cellulose, after preliminary purification. The object of the study was the cooking liquor, waste liquor, industrial waters after cooking and washing of cellulose and their sanitary characteristics, as well as quality indicators of the products obtained

Discoloration of waste water, a decrease in the residual amount of sodium hydroxide, optical density before and after bleaching, and the chemical composition of the waste liquor after bleaching of the wash water have been experimentally studied.

Ключевые слова: низкосортный хлопковый линт, хлопковая целлюлоза, варка, отработанный щелок, варочный раствор, химический состав, щелочь, оптическая плотность.

Keywords: low-grade cotton linters, cotton cellulose, cooking, waste liquor, cooking liquor, chemical composition, alkali, optical density.

Введение. В Узбекистане исключительно большое внимание уделяется проблеме охраны окружающей среды. Данный вопрос за последние годы получил глубокое отражение в Конституции Республики Узбекистан и в основополагающих законах о земле, ее недрах, водах, лесах, атмосферном воздухе и животном мире, а также в специальных постановлениях об охране природы Олий Мажилиса и Кабинета Министров Республики Узбекистан [6; 4].

Президент Узбекистана Ш.М. Мирзиёев своим Указом от 7 февраля 2017 года утвердил Стратегию действий по пяти приоритетным направлениям развития страны в 2017–2021 годах.

Стратегия была разработана по итогам комплексного изучения актуальных и значительных для населения и предпринимателей вопросов, анализа законодательства, правоприменительной практики и зарубежного опыта. Документ был опубликован в глобальной сети «Интернет» и прошел широкое обсуждение с участием экспертов и общественности [4].

В настоящее время в области целлюлозно-бумажной промышленности Республики Узбекистан требуется создание новых технологических процессов, обеспечивающих уменьшение расхода воды, снижение количества и токсичности сточных вод, газовых выбросов, позволяющих организовать замкнутые циклы использования воды и регенерации химикатов, которые являются одним из важнейших направлений научно-технического прогресса.

С учетом выше изложенного целью данной работы является изучение возможности обесцвечивания отработанного щелока и промывных вод, образующихся в процессе получения хлопковой целлюлозы из хлопкового линта, которые являются основными загрязняющими агентами окружающей среды.

Объектом исследования были варочный раствор, после щелочной варки низкосортного линта промывочные воды и показатели качества получаемой хлопковой целлюлозы.

Нами в лабораторных условиях была получена хлопковая целлюлоза путем щелочной варки при следующих условиях: концентрация массы – 7%, расход NaOH – 2%, температура варки – 140 °С, продолжительность – 180 мин.

После щелочной варки целлюлозная масса отжималась, при этом в целлюлозе оставался отработанный щелок массой, в 2–3 раза превышающей массу исходного сырья.

Первые серии опытов были направлены на исследование санитарных характеристик отработанного щелока, расход воды для промывки хлопковой целлюлозы до нейтральной среды и изучение физико-химических свойств получаемой целлюлозы.

Отработанный щелок – это на вид темно-коричневая жидкость, содержащая большое количество органических и неорганических примесей. Темно- коричневую окраску отработанному щелоку придает содержащий в растворе лигнин. Хотя в хлопковом волокне он отсутствует, он попадает в сырье через природные спутники, такие как листья, семена и другие части хлопчатника.

К неорганическим сорностям линта относятся пыль, песок и другие, которые попадают в волокно при сборе и транспортировке хлопка сырца.

Промывку полученной хлопковой целлюлозы осуществляли отдельными порциями дистиллированной воды.

Опытным путем установлено, что после щелочной варки для промывки одного объема целлюлозной массы до нейтральной среды расходуется 4 и более равных объема чистой воды в зависимости от степени сорности линта. Поэтому к основным показателям качества линта относится наряду с его зрелостью также и его засоренность.

Отработанный щелок и каждая отдельная порция промывочных вод были направлены на исследование их санитарных характеристик.

Таблица 1.

Физико-химические показатели и санитарные характеристики отработанного щелока, варочных растворов и промывных вод

Опытным путем определен оптимальный расход обесцвечения отработанного щелока и промывных вод, изучены показатели уменьшения рН среды, определены остаточное количество гидроокиси натрия, а также расход промывочных вод.

Результаты исследований физико-химических показателей, санитарных характеристик отработанного щелока и промывных вод представлены в таблице 1, следовательно, оптическая плотность отработанного щелока до и после обесцвечивания имеет довольно небольшую разницу, всего на 0,07. Это показывает, что добавление CaCl₂ для обесцвечивания отработанного щелока удаляет большое количество органических веществ, содержащихся в исходном растворе.

В таблице 1 можно увидеть снижение оптической плотности промывных вод, однако этот процесс наблюдается еще лучше при обесцвечении отработанного щелока. Это указывает на удаление в отработанном щелоке большого количества растворенных органических примесей при использовании CaCl₂ в качестве осадителя лигнина. Обесцвечиванием отработаного щелока добились улучшения санитарных характеристик отработанного щелока, которые приведены на рис. 1 А, Б.

Для сравнения на рис. 1 показаны результаты пробы полученных растворов до отбелки и после отбелки. При исследовании этих проб можно заметить большую разницу прозрачности.

А                                                   Б

Рисунок 1. Щелочная варка:

А – щелок после щелочной варки; Б – после добавления CaCl₂

Данные рисунки подтверждают результаты, представленные в таблице 1. Промывка хлопковой целлюлозы после ШВ позволяет резко снизить оптическую плотность, рН среды, тем самым улучшаются санитарные характеристики раствора.

На рис. 2, 3 представлены результаты содержания элементов после обесцвечивания с CaCl₂.

Рисунок 2. Щелочная варка

Рисунок 3. Щелочная варка после добавления СaCl2

Полученные результаты явились предпосылкой использования вместо свежей воды очищенной воды в последующих варках хлопкового линта после добавления недостающей части щелочи. Также были проведены иследования по определению возможности использования в качестве щелочи золы после прокаливания отработанного щелока, которая на 98% состоит из щелочи, что дает экономию химикатов.

Рисунок 4. Щелочная варка

Рисунок 5. Щелочная варка с добавлением CaCl₂

Рисунки 4, 5 показывают рентгеновскую флюоресценцию получаемого раствора, где можно сравнить и увидеть, какие элементы остались после отбелки.

Кроме выше сказанного, использованную промывную воду после очистки можно использовать при разбавлении массы перед щелочной варкой, отбелкой и кисловкой целлюлозы, а также в промывке полученной хлопковой целлюлозной массы.

Дальнейшие исследования были направлены на определение остаточных химических веществ, содержащихся в отработанном щелоке.

Полученный отработанный щелок после обесцвечивания с CaCl₂ был направлен на анализ для определения остаточных неорганических соединений. Содержание химического состава в отработанном щелоке после обесцвечивания определяли на приборе Rigaku (Applied Rigaku Technologies, lnc.).

В таблице 2 показан химический состав отработанного щелока после его обесцвечивания: в основном на 78% состоит из S, Cl, K, Ca, а остальная часть (22%) – из следующих неорганических соединений, таких как Cu, Ag, Sn.

Таблица 2.

Химический состав отработанного щелока после обесцвечивания

На основании данных таблицы 2 можно сделать вывод о возможности использования отработанного щелока после отбеливания в качестве щелочи в дальнейших варках.

Дальнейшие исследования были направлены на выявление возможности многократного использования очищенной промывной воды в технологии щелочной варки.

В таблице 2 приведены качественные показатели хлопковой целлюлозы, полученные повторным использованием очищенных промывочных вод в процессе щелочной варки хлопкового линта 2-го сорта Б типа средней сорности.

Вначале с увеличением кратности использования очищенных промывочных вод показатели качества целлюлозы изменялись незначительно. Начиная с пятого цикла использования очищенных промывочных вод наблюдаются незначительное снижение белизны и увеличение содержания экстрактивных веществ и зольных элементов в получаемой целлюлозе.

Следует отметить, что с увеличением кратности использования очищенных промывочных вод наблюдается некоторое увеличение средней степени полимеризации и выхода целлюлозы.

Данные таблицы показывают, что при пятикратном использовании очищенных промывочных вод в процессе щелочной варки можно получить хлопковую целлюлозу с хорошими показателями качества.

Разработанная технология получения хлопковой целлюлозы с повторным использованием очищенных промывочных вод в стадии варки позволяет снизить расход свежей воды в 4–5 раз, кроме этого, способствует снижению расхода гидроокиси натрия только на одной варке до 60–70% от общей потребности.

В производстве хлопковой целлюлозы для химической переработки с многократным использованием оборотных вод рекомендуется обратить внимание на контроль качества хлопковой целлюлозы. Особенно на содержание α-целлюлозы, белизны, золы и жиро-восковых веществ в составе целлюлозы.

Кроме выше сказанного, использованную промывочную воду после очистки можно применять в разбавлении массы перед щелочной варкой, в стадиях отбелки и кисловки целлюлозы, а также в промывке полученной хлопковой целлюлозы.

 Использование очищенных промывочных вод в разбавлении массы перед щелочной варкой, отбелкой и кисловкой, а также в промывке полученной целлюлозной массы позволяет сэкономить используемую воду в 15–16 раз.

Выводы

1. Исследована и показана возможность использования вместо свежей воды очищенной промывочной воды в щелочной варке хлопкового линта и получить целлюлозу без снижения ее качества.
2. В технологической линии щелочной варки показана возможность использования вместо щелочи золы отработанного щелока, которая после выпарки и прокаливания оставшейся массы на 96% состоит из щелочи.
3. Предложено использование очищенной промывочной воды в разбавлении целлюлозной массы перед щелочной варкой, перед стадией отбелки, кисловки, а также в промывке полученной хлопковой целлюлозы.
4. Использование очищенных промывочных вод в щелочной варке хлопкового линта, в разбавлении массы перед щелочной варкой, отбелкой и кисловкой, а также в промывке полученной целлюлозной массы позволяет сэкономить используемую свежую воду в 15–20 раз.
5. Экономия воды и химикатов, также многократный возврат последующих в технологии щелочной варки способствует исключению воздействия вредных выбросов на окружающую среду.

Список литературы:

1. Пути снижения загрязнения сточных вод в производстве хлопковой целлюлозы / Р.С. Сайфутдинов, К.Д. Мирсаидова, У.Д. Мухитдинов // Ҳалқаро конференция «Инновацион техника ва технологияларнинг атроф муҳит муҳофазаси соҳасидаги муаммо ва истиқболлари» (Тошкент, 17 сентябрь 2020 йилнинг).
2. Сайфутдинов Р.С. Разработка химической технологии использования отходов хлопководства для производства древесно-стружечных плит и целлюлозы: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – 1998. – С. 49.
3. Способ получения хлопковой целлюлозы // Авторское свидетельство № 910899. Опубл. 05.03.82 в БИ № 9 / Сайфутдинов Р., Миркамилов Т.М., Аким Г.Л.
4. Стратегия действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017–2021 годах. – Ташкент : Академнашр, 2017. – С. 32, 35.
5. Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова // Технические науки и инновации. – 2020. – № 1.
6. Эргашев Т., Эргашев А. Экологическая безопасность – среда жизни человека. – Ташкент : ChinoENK, 2007. – 155 с.