Ресурсосбережение и повышение экологической безопасности предприятий химико-лесного комплекса с применением методов пиролиза

• Автор: Богданович, Николай Иванович
• Шифр специальности: 11.00.11
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 55 с. : ил.; 20х14 см

Актуальность темы
Масштабы образования вторичных ресурсов в современном химиколесном комплексе России соизмеримы с производимой конечной продукцией. По данным ВНИПИЭИдеспрома общая масса ветвей, сучьев и вершинок на растущих деревьях и не используемых при лесозаготовках составляет 13...14%, ресурсы коры изменяются в пределах от 10 до 14,5% объема товарной древесины, твердые отходы лесопиления достигают 35%, мягкие (опилки) - 10...12% от перерабатываемого сырья. На целлюлозно-бумажных предприятиях в процессах делигнифшсащш древесины на каждую тонну производимой целлюлозы образуется от 0,3 до 1,0 т лигнинсодержащих органических веществ, переходящих, преимущественно, в отработанные щелока. Выход гидролизного лигнина на гидролизных предприятиях достигает 32...38% и зависит от породного состава сырья. К вторичным ресурсам следует отнести и осадки, образующиеся при очистке сточных вод в количестве около 1 млн. т в год при явно недостаточной степени изъятия загрязнений. При отсутствии условий для переработки вторичных ресурсов в полезную продукцию, они превращаются в отходы, иногда весьма опасные для окружающей среды.
Следует считать актуальной такую переработку вторичных ресурсов, при которой из объектов, загрязняющих окружающую среду, они превращаются в продукты, ее защищающие. Наиболее эффективными продуктами подобного назначения являются адсорбенты различных классов. Однако расширенное воспроизводство адсорбентов для охраны окружающей среды по существующим в мире технологиям экономически нереально, так как это потребует отвлечения огромных сырьевых, материальных и людских ресурсов в других отраслях. Поиск технологических решений, позволяющих вырабатывать адсорбенты и другие продукты, пригодные для очистки жидких и газовых выбросов, а значит и для охраны окружающей среды, из отходов и малоценных продуктов предприятий химико-лесного комплекса, является новьм перспективным направлением, развитие которого в комплексе решает многие стоящие перед отраслью экологические и экономические проблемы.
Настоящая диссертационная работа выполнялась по планам ГКНТ СССР в :д*-85 гг. (тема № 08502.0404.10.05Т36 - по проблеме оз. Байкал) и ГНТП РФ .ЦНТП) «Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья» с 'VI г. (темы 5.5.1 п. 1 - 003.001.10, 6.3.2 - 6.21), по грантам Миннауки РФ в >4-95 гг. и 1998-99 гг., проходила координацию в Научном Совете по адсорб-тии АН СССР и РАН с 1990 г. (тема 2.15.5.3), в Научном Совете АН СССР по проблеме «Химия древесины и ее компонентов» с 1982 г. (тема 2.14.4.2 п. 2), в межведомственном координационном Совете АН СССР по проблеме «Комплексное использование и воспроизводство лесных ресурсов» с 1986 г.
(темы 2.4.3, 2.5.1, 2.8.2.3), в координационном Совете АН СССР по проблеме «Человек и окружающая среда» в 1986-90 гг., а также постоянно в отраслевых планах с 1977 г.
Научная новизна
Разработана система комплексных мероприятий, позволяющая использовать методы пиролиза для переработки вторичных ресурсов предприятий химико-лесного комплекса, являющихся в большинстве своем трудно утилизируемыми отходами, с рециркуляцией образующихся при этом продуктов в системы обеспечения экологической безопасности. Впервые обоснована необходимость рассматривать реагенты, вводимые в отходы на определенных стадиях технологических процессов, в качестве катализаторов и реагентов термохимической активации, обеспечивающих направленный синтез адсорбентов различного назначения, пригодных в том числе для очистки жидких и газовых выбросов, а значит для охраны окружающей среды. Приведена классификация отходов и малоценных продуктов переработки древесины в зависимости от их потенциальной ценности для переработки методами пиролиза.
Впервые предложены и научно обоснованы новые методы пиролиза отходов, а именно: метод совмещенного пиролиза-активации измельченных древесных материалов; метод окислительного пиролиза, применение которого наиболее целесообразно для переработки минерализованных отходов, таких как осадки сточных вод; метод энергетически автономного пиролиза кусковых древесных отходов, отличающийся внугрицикловым сжиганием парогазов и выработкой дополнительной тепловой энергии при влажности сырья меньше 58%. Предложен новый формализованный метод теплотехнических расчетов по любым вариантам пиролиза.
Впервые экспериментально доказана и научно обоснована возможность использования пиролизо ванных осадков сточных вод, кондиционированных на стадии механического обезвоживания хлорным железом и известью, а также другими железосодержащими коагулянтами, в качестве эффективных адсорбентов дяя очистки сточных вод от органических загрязнений, в особенности, для очистки кислых стоков. Обосновано использование подобных адсорбентов для обработки жидких сред с высоким содержанием сульфат-ионов без образования перенасыщенных гипсом растворов, что исключает гипсащпо оборудования. Сравнительными исследованиями доказана высокая эффективность адсорбентов из осадков для извлечения сероводорода и сероорганических соединений из газовых выбросов, особенно на стадии санитарной очистки.
С целью подготовки осадков к пиролизу и последующей регенерации коагулянтов разработаны однореагентные! методы кондиционирования, отличаю-

пользовании схем с биологической очисткой важнейшим условием оперативного контроля за процессом является определение концентрации активного ила. По методу, разработанному автором, продолжительность анализа сокращается в десятки раз [105], что делает ее пригодной для экспресс-контроля процессов с активным илом, в особенности при расчете дозировок реагентов на кондиционирование.
Как уже отмечалось выше, обезвоженные осадки являются потенциально ценным сырьем для пиролиза и производства адсорбентов для физикохимической очистки сточных вод, позволяющих существенно улучшить экологическую обстановку в зоне действия предприятий химико-лесного комплекса.
7. СИНТЕЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ АДСОРБЕНТОВ
ИЗ ОТХОДОВ ХИМИКО-ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА
Автором установлено, что гидроксиды железа, вводимые в осадки сточных вод на стадии кондиционирования, определяют формирование адсорбционных свойств адсорбентов в результате термической переработки осадков в режиме пиролиза [30, 32, 60]. Это обстоятельство позволило предположить, что в определенных условиях обработки углеродных материалов солями железа образующиеся гидроксиды и другие активные окислительно-восстановительные системы на основе железа являются при последующей термообработке химическими активаторами, подобно хлориду цинка, сульфиду калия, серной, фосфорной и борной кислотам, сернистым соединения натрия, персульфату аммония и др., широко используемым в технологии синтеза активных углей. Известно, что методы химической активации при производстве углеродных адсорбентов позволяют регулировать скорость определенных стадий термической деструкции органического материала, тормозят развитие крупных пор и способствуют образованию микропористой структуры. С учетом разработанного автором процесса однореагентного кондиционирования -осадков с использованием солей железа были проведены более широкие исследования, связанные с изучением взаимного влияния гидроксидов железа с древесиной и ее компонентами при термообработке и синтезе железосодержащих адсорбентов [106-116].
В результате рентгеноструктурного анализа установлено, что термическая обработка препарата целлюлозы с Ре(ОН)з в количестве 15% (на РеОг) в интервале температур 400...700°С сопровождается восстановительными реакциями, в результате которых -составляющая в продуктах карбонизации представлена практически только Реъ04 (магнетит) со структурой шпинели [36, 113, 116], с максимумом содержания магнетита при 600°С. Дальнейшее повышение температуры сопровождается уменьшением содержания магнетита, что связано с ло-