Schémata a metody čištění odpadních vod z celulózek a papíren

Při vývoji a návrhu systémů čištění odpadních vod je nutné vzít v úvahu některá specifika Vlastnosti výroby buničiny a papíru:

• Přítomnost vláknitých nečistot v odpadních vodách. Vlákna absorbují na svém povrchu plyny a velké organické molekuly, což komplikuje praní a mění složení vláknitých nečistot. Tyto jevy mohou vést k pěnění a vzniku mikroorganismů tvořících hlen.
• Odpadní voda z celulózových a papírenských závodů obsahuje dvě skupiny organických látek: snadno a obtížně oxidovatelné biochemickými metodami. V tomto ohledu je nutné zavést kombinované metody čištění, jako je vícestupňové biologické čištění s využitím speciálně vybraných kultur mikroorganismů.
• Odpadní voda má vysokou teplotu (30–40 °C), proto je nutné zajistit autonomní chladicí systémy.

Pokud konkrétní papírna a celulóza vyrábí pouze nebělenou buničinu, lze pro takový podnik vytvořit uzavřený systém hospodaření s vodou. Pro podniky vyrábějící chlorem bělenou buničinu a výrobky z ní je vytvoření uzavřeného cyklu cirkulace vody obtížné nebo nemožné. Důvodem je vnikání organochlorových sloučenin a chloridu sodného do cirkulující vody, což narušuje technologický proces.

Řešení problému uzavřeného systému hospodaření s vodou při výrobě bělené buničiny může spočívat v přijetí nových technologických schémat – využití kyslíku, ozonu a dalších oxidačních činidel obsahujících kyslík pro bělení buničiny. V tomto případě lze odpadní vodu vrátit do oběhu.

Schéma čištění odpadních vod Výroba buničiny a kartonu sulfátovou metodou je uvedena dle údajů z [7]. Systém zahrnuje chemické, biologické a fyzikálně-chemické čisticí jednotky.

1. Předběžné mechanické čištění vody od suspendovaných látek probíhá v radiálních usazovacích nádržích, poté voda vstupuje do míchacího neutralizátoru, kde je okyselena kyselinou sírovou na pH=8. Okyselená voda je posílána do ekvalizéru-předprovzdušňovače, kde jsou po dobu 4 hodin odfukovány sloučeniny síry. Ekvalizér může být opatřen přívodem sedimentu z primárních usazovacích nádrží nebo přebytečného aktivovaného kalu, což sníží index BSK o 30 %.
2. Vyčištěná voda se poté přivádí do míchačky pro chemické čištění vody pomocí činidel (dusíkatých a fosforových solí).
3. Předčištěná odpadní voda je připravena k přivedení do biologických čistíren. Vyčištěná odpadní voda je přiváděna do provzdušňovacích nádrží-míchaček. Sem lze přivádět i domovní odpadní vodu, která prošla mechanickým čištěním. Kalová směs z provzdušňovacích nádrží je přiváděna do sekundárních radiálních usazovacích nádrží a poté je akumulována v kalové nádrži. Cirkulující kal je opět zapojen do procesu čištění v provzdušňovacích nádržích a přebytečný kal je odváděn k likvidaci.
4. Při navrhování systémů biologického čištění by měla být dána přednost vícestupňovým schématům. Například v první fázi čištění probíhá v provzdušňovacích nádržích-míchačích a ve druhé fázi v provzdušňovacích nádržích-vytlačovacích nádržích.
5. Po fázi biologického čištění se voda čerpá k fyzikálnímu a chemickému čištění. Tato fáze probíhá v míchačce činidel a ve flokulační komoře. Čištění činidel pomocí hlinitých solí s polyakrylamidem nebo vápnem umožňuje odstranit z vody vysokomolekulární sloučeniny ligninu a jeho deriváty.
6. Po fyzikálním a chemickém čištění vstupuje voda do horizontální usazovací nádrže a následně je neutralizována v míchačce pomocí hydroxidu sodného. Kal z usazovací nádrže je odváděn do zahušťovačů kalu, kde se oddělená voda vrací do míchačky fyzikálního a chemického čištění a zahuštěný kal je odeslán k likvidaci.
7. Vyčištěná voda se dezinfikuje chlórem a vrací se do systému recyklace vody. Dezinfekce chlórem umožňuje odstranit nepříjemný zápach z vody a neutralizovat nebezpečné kyanidy, sirovodík, hydrogensulfid, sulfidy, methylmerkaptan atd. v odpadních vodách.

Technologické schéma čištění odpadních vod v celulózce a papírně:

• zadržování velkých nečistot na roštu;
• čištění odpadních vod v lapačích písku od těžkých minerálních nečistot;
• odstranění sloučenin dusíku v denitrifikátoru;
• biochemické čištění v provzdušňovacích nádržích s nitrifikací;
• čištění odpadních vod a odstraňování kalů ve vertikální usazovací nádrži;
• odstranění fosforu čištěním činidlem;
• hluboké dočištění odpadních vod pomocí biofiltru a biosorbéru;
• dezinfekce odpadních vod chlorací;

V závislosti na zvoleném schématu se vyčištěná voda vrací do systému cirkulačního zásobování vodou nebo se vypouští do nádrže.

Snížení spotřeby vody a snížení objemu odpadních vod z průmyslu celulózy a papíru

Mezinárodní environmentální organizace vypracovaly řadu doporučení pro celulózky a papírny ve výstavbě a modernizaci s cílem snížit škodlivé emise, vypouštění a minimalizovat spotřebu vody (dle [2], [7]).

Pro výrobu sulfátové buničiny:

• suché odkorňování dřeva;
• modifikované rozvlákňování;
• efektivní praní a čištění a třídění nebělené buničiny v uzavřeném cyklu;
• delignifikace kyslíku;
• bělení bez molekulárního chloru nebo zcela bezchlorové bělení s recirkulací alkálií;
• čištění kondenzátů a jejich opětovné využití ve výrobě;
• zajištění možnosti odpařování nebo úplného spalování černého louhu;
• systémy pro opětovné použití při úniku a přetečení;
• sběr a opětovné použití podmíněně čisté vody;
• zajištěné nádoby pro sběr a ukládání přebytečné vody;
• primární čištění odpadních vod;
• biologické čištění odpadních vod.

Pro výrobu sulfitové buničiny:

• suché odkorňování dřeva;
• prodloužená delignifikace – kombinace prodlouženého vaření a kyslíkové delignifikace;
• efektivní praní a uzavřený cyklus čištění a třídění nebělené buničiny;
• minimalizace a zachycení všech úniků a přetečení;
• částečné uzavření systému cirkulace vody v bělicích provozech během vaření na hořčíkové bázi;
• uzavřený systém cirkulace vody pro bělicí provozy během vaření na bázi sodíku;
• zcela bezchlórové bělení;
• neutralizace alkálií před odpařováním;
• oddělené biologické čištění kondenzátů pro jejich úplné opětovné použití;
• vyrovnávací nádrže určené pro skladování pracovních roztoků a vláknitých hmot;
• primární čištění odpadních vod;
• biologické čištění odpadních vod.

Celkové snížení spotřeby vody ve výrobě lze doplnit následujícími opatřeními: provoz s vysokými koncentracemi celulózy, který snižuje spotřebu čerstvé vody a zvyšuje používání recyklované vody; konzistentní využívání vody v několika provozech se sníženými požadavky na její kvalitu; přechod na technologii bezvodého tvarování papíru.

Systémy určené k čištění jsou vybaveny zařízením, které umožňuje odstranit škodlivé látky a nečistoty. Rovněž dodávají a míchají dezinfekční činidla s vodou. Důležitou součástí léčebných komplexů jsou flotátory. Zajišťují odstranění jemných nerozpustných částic, které zůstávají ve vodě po průchodu filtry a sedimentačními nádržemi.

Co je to flotátor

Flotační metoda zahrnuje čištění kontaminovaného kapalného média od nečistot, částic a úlomků, což zajišťuje, že všechny pevné frakce vyplavou na povrch, kde se snáze shromažďují a oddělují od vody. Plovoucího efektu je dosaženo zavedením rozptýleného vzduchu do kapaliny. Pod vlivem bublin vykazují nečistoty hydrofobní nebo hydrofilní vlastnosti. Všechny procesy probíhají ve speciálním zařízení zvaném flotátor.

Flotátor pro čištění odpadních vod je kapacitní technologické zařízení určené k odlučování a odstraňování různých druhů nečistot z kapalného média: organických látek, olejů, tuků, tenzidů, ropných produktů a dalších druhů nečistot. Jednou z hlavních částí instalace je otevřená nádrž vyrobená z plastu nebo oceli.

Nádrž obsahuje škrabací zařízení určená ke sběru zpěněného kalu z hladiny vody. Konstrukce je vybavena trubkami. Některými se přivádí vzduchová směs ze saturátoru, jinými se odstraňují nečistoty. Kontaminovaná voda je také dodávána a vyčištěná kapalina je vypouštěna.

Princip činnosti

Provozní postup plováku:

1. Odpadní voda je přiváděna do přijímací nádrže.
2. Kapalná frakce je nasycena plynem.
3. Bublinky se spojují s jemnými částicemi, které jsou nerozpustné ve vodě a pohybují se nahoru.
4. V důsledku jejich vzlínání se na povrchu objeví pěnový film. Některé částice se hromadí na dně a tvoří sediment.
5. Pěna, nazývaná také kal, se shromažďuje pomocí specializovaných stíracích zařízení a umístí se do sběrače kalu.
6. Voda očištěná od nečistot se posílá do skladovací nádrže.
7. Kal je odeslán k likvidaci.
8. Sediment se odstraní.

Do nádrže, kde probíhá flokulace, se často přidávají alkálie, koagulanty a flokulanty. Zvyšují rychlost tvorby kalu a také zlepšují kvalitu čištění. Účinné látky mají dobré adhezivní vlastnosti. Pomáhají mechanickým částicím lépe ulpívat na plynových bublinách. Pro výběr správné účinné látky potřebujete znát chemické složení kontaminantů a také jejich koncentraci.

Výhody a nevýhody

Flotátory se často používají k odstranění nečistot z odpadních vod. Metoda se používá jako jeden z čistících stupňů v komplexních filtračních komplexech komunálních služeb a průmyslových organizací. Hlavní výhody:

• Široce používané ve všech oblastech lidské činnosti.
• Nízké náklady na výstavbu a údržbu.
• Snadno použitelné zařízení.
• Dobrá separace nečistot.
• Při srovnatelné účinnosti je rychlost čištění vyšší než při usazování.
• Je možné získat kal se sníženým obsahem vlhkosti.
• Možný stupeň čištění je 95-98 %.
• Odstraněné prvky lze znovu použít.
• Dochází k provzdušňování kapalného média.
• Sníží se počet škodlivých mikroorganismů.
• Snadno se odstraňují oxidované a povrchově aktivní látky.

Mezi nevýhody této metody patří nutnost dodatečného čištění pomocí jiných metod. Flotace v jakémkoli čistícím komplexu bude proto pouze jednou z fází odstraňování kontaminantů. Je zaznamenáno neúplné odstranění ropných produktů. Zařízení je také citlivé na hrubé nečistoty a před vstupem do flotátoru musí být odpadní voda očištěna od písku, polymerů a velkých pevných částic.

Сферы применения

Čištění odpadních vod je vyžadováno téměř ve všech zařízeních, kde se provozuje hospodářská činnost. Nejčastěji se flotátory používají k odstranění emulgovaných a suspendovaných prvků z vody. Flotátory se používají při výrobě potravin k likvidaci biologického odpadu. Zařízení slouží na sanitárních stanicích k separaci kalu od kapalné frakce a slouží k odstraňování zbytkových chemicky aktivních látek z odpadních vod.

Flotátory jsou instalovány v komunálních čistírnách odpadních vod a používají se ve výrobních závodech a v průmyslu rafinace ropy. Zařízení připravuje vodu k opětovnému použití nebo k vypuštění do městské kanalizace. Odpady spojené s průmyslovou činností jsou z vody odstraněny.

Typy flotačních zařízení

K čištění odpadních vod domácího i průmyslového původu se používá několik flotačních metod. Základní princip fungování instalací je stejný, liší se však způsobem vytváření vzduchových bublin:

• Mechanická metoda – bubliny se tvoří v důsledku provozu mechanických zařízení, jako jsou míchadla.
• Tlaková metoda – plyn se uvolňuje v důsledku prudkého poklesu tlaku v roztoku.
• Elektrická metoda – vzhled bublin nastává v důsledku průchodu elektrického proudu roztokem.

Každá metoda má výhody, nevýhody, provozní vlastnosti a také svůj vlastní rozsah použití.

Mechanické

Konstrukce mechanického flotačního zařízení má rotační prvek, který působením v kapalném prostředí nasyceném plynem ničí jeho velké nahromadění. Účinnost zařízení se zvyšuje protlačováním vzduchu malými otvory ve dně komory. Jejich průměr je 1-2 mm a plyn je dodáván pod tlakem do 0,5 MPa.

Mícháním roztoku pomocí oběžného kola vzniká v kapalném médiu několik vírových proudů. Rychlost ničení nahromaděných plynů závisí na rychlosti otáčení. Změnou frekvence a také množství přiváděného plynu lze upravit velikost bublinek.

Mechanické flotační jednotky jsou dobré při odstraňování kontaminantů z roztoků, které jsou náchylné k nasycení plynem a tvorbě pěny. Obvykle nepoužívají činidla, protože vířivé proudy ničí vločky vytvořené činidlem. Mechanická metoda je nejvhodnější pro odstraňování olejových frakcí z kapalného média.

tlaková hlava

V první fázi provozu tlakového flotátoru je vzduch pod tlakem rozpuštěn v odpadní vodě. Tento proces probíhá ve speciálním zařízení – saturátoru. Pomocí tryskového ejektoru je působením čerpadla přiváděn do vody vzduch z atmosféry. Voda se nasytí vzduchem a poté se potrubím přivede do další fáze zpracování.

Výsledný roztok vstupuje do hlavní komory flotátoru. Zde je tlak nižší, takže se ze směsi voda-vzduch začne aktivně uvolňovat plyn (podobně jako při otevírání sycených nápojů). Tvoří se malé vzduchové bublinky. Lepí se na nečistoty a pohybují se nahoru a nesou s sebou pevné částice. Jakmile se dostanou na povrch, vytvoří zpěněný kal, který se následně shromažďuje pomocí mechanických zařízení.

S metodou tlakové flotace fungují dobře různé reagencie. Jejich použití může výrazně zlepšit účinnost procesu a zvýšit stupeň čištění na 95%. Přídavek účinných látek zvyšuje hydrofobnost kontaminujících prvků, činí bubliny odolnějšími vůči mechanickému namáhání a zvyšuje intenzitu vývinu plynů.

Další typ tlakového čištění zahrnuje použití vakuové jednotky. Aby se vzduch uvolnil ve větších objemech a proces proběhl rychleji, je z hlavní komory flotátoru odčerpáván vzduch. Vzduchem nasycená směs je pak vlivem podtlaku nasávána do hlavní nádrže flotátoru. Začíná intenzivní proces tvorby bublin a kalu, který je sbírán škrabkami a odvážen k další likvidaci.

Metoda tlakové flotace se používá pro čištění vody v komunálních čistírnách odpadních vod, dobře se osvědčuje v procesech koagulace kontaminantů a separace kalů. Používá se k čištění odpadních vod od tuků, olejů, vláknitých prvků a ropných produktů.

Elektrické

U elektrických flotátorů prochází odpadní vodou elektrický proud. Proces probíhá bez přidání činidel. Zvláštností metody je vysoká disperze plynových bublin.

Plyn vzniká elektrolýzou vody, která se rozkládá na vodík a kyslík. Bublinky ulpívají na prvcích kontaminantů, pevné frakce houstnou, tvoří se vločky, které pak stoupají na povrch. Zpěněný kal se odstraňuje z hranice povodí mechanicky.

Rychlost odstraňování úlomků a také intenzita reakce závisí jak na parametrech elektrického proudu, tak na chemickém složení kapalného média. Také pro elektroflotaci se používají rozpustné elektrody ke zlepšení zahušťovacích procesů.

Rozsah použití elektroflotace zahrnuje čištění odpadních vod od kovových iontů, hydroxidů kovů, nerozpustných fosfátů, povrchově aktivních látek a ropných produktů a pryskyřičných prvků. Elektrická flotace se nejčastěji používá při výrobě potravin. Je také žádaný ve strojírenských a ropných rafinériích.

Použitá činidla

Pro zlepšení kvality čištění odpadních vod se při flotaci používají různé druhy chemicky aktivních látek:

• Ke změně kyselosti média se používají zásady a kyseliny. Úprava pH je nutná k dosažení lepších podmínek pro interakci nečistot s činidly.
• Koagulanty jsou činidla, která jsou solemi kovů: hliníku, železa (II) a železa (III), po přidání do vody se vytvoří hydroxid kovu, který má malý kladný náboj, díky čemuž se tvoří malé vločky kontaminantů.
• Flokulanty jsou činidla, která jsou polyakrylamidovými strukturami, která přispívají k zahuštění a zvětšení kontaminujících prvků. Oddělte částice nečistot od kapaliny.

Použití činidel umožňuje zvýšit účinnost odstraňování nečistot, ale vyžaduje dodatečné náklady na pracovní sílu během provozu.

Jak vybrat flotátor

Při nákupu flotačních jednotek je třeba nejprve určit požadovaný výkon zařízení. Na tom závisí schopnost včasného čištění požadovaného objemu odpadní vody. Pro různé typy kontaminantů na stejném zařízení může být rychlost zpracování různá.

Flotátory s kapacitou od 0,9 do 30 m 3 /h mají široké možnosti použití. Používají se v potravinářské výrobě, zemědělských podnicích, průmyslových a infrastrukturních zařízeních a používají se k čištění domovních odpadních vod.

Aby flotátor efektivně řešil zadané úkoly, je také nutné vědět, jaké druhy odpadů a v jaké koncentraci se v odpadních vodách objevují. Organizace čistícího komplexu, jeho konstrukce, kvalita a množství požadovaného filtračního zařízení závisí na druhu kontaminantů a jejich množství.

Správný výběr flotátoru vyžaduje důkladnou analýzu struktury kontaminantů, proto je pro nákup vhodného zařízení nejlepší předem konzultovat odborníky.