Для производства бумаги и картона используется целлюлоза — волокнистый материал, который получают путем химической обработки древесины. После ее изготовления образуются жидкие отходы — сульфитные щелока, состоящие в основном из высокомолекулярных химических соединений. Их переработка — сложная технологическая и экологическая проблема, поскольку при попадании в природные водоемы они усиливают их зарастание. Поэтому перед сбросом туда их нужно сначала нейтрализовать — отправить на специальные очистные сооружения. Проблема в том, что основной компонент сульфитных щелоков — лигносульфонаты, то есть вещества, сброс которых в очистное оборудование приводит к нарушению их работы и, как следствие, плохой очистке отходов. Для того, чтобы этого избежать, ученые Пермского Политеха разработали способ разрушения лигносульфонатов, что позволит уменьшить нагрузку на очистные сооружения на 70-80 процентов.
Разработка Пермского Политеха позволит повысить экологичность производства целлюлозы / © freepik freepik
На изобретение выдан патент. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Целлюлозу производят из древесины и других растительных материалов – хлопка, льна, бамбука. Ее получение включает химическую обработку сырья, которая позволяет отделить целлюлозу от лишних примесей. После этого процесса остаются отходы – сульфитные щелока, жидкие растворы, которые состоят преимущественно из высокомолекулярных химических соединений.
Их необходимо утилизировать, поскольку вещества в составе сульфитных щелоков приводят к зарастанию воды, дефициту кислорода в ней и нарушению экосистемы. Чаще всего их смешивают со сточными водами и очищают на специальных сооружениях, чтобы затем без вреда для окружающей среды сбросить в водоемы.
Очистка происходит с помощью микроорганизмов, которые разлагают органические вещества на более простые и безопасные соединения – поэтому такой процесс называется биологическим методом. Но есть проблема: основным компонентом (60 процентов) сульфитных щелоков являются вещества под названием лигносульфонаты, которые обладают высокой биологической устойчивостью, а, значит, плохо поддаются такой обработке. Именно их сброс на биологические очистные сооружения приводит к нарушению работы и снижению эффективности очистки сточных вод.
Ученые Пермского Политеха разработали способ, позволяющий снизить устойчивость лигносульфонатов и таким образом обеспечить эффективную обработку производственных отходов.
«Лигносульфонаты – это природные полимеры с высокой биологической устойчивостью и свойствами поверхностно-активных веществ, поэтому при попадании их в водоемы снижается уровень кислорода, что приводит к зарастанию и ухудшению качества воды. Основными показателями, которые используются для оценки уровня загрязнения жидкости органическими веществами, являются химическое и биохимическое потребление кислорода, а возможность применения биологических методов очистки определяет соотношение этих двух параметров. Поэтому именно на них мы и ориентировались, создавая свой метод», – поясняет Алена Жуланова, доцент кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ, кандидат технических наук.
«Сначала мы разбавляем щелок сточными водами, которые остаются после промывки целлюлозы. Предварительно туда добавляли 10-процентный раствор соляной кислоты. Затем проводим окислительную обработку разбавленного щелока реактивом Фентона – специальной смесью для разрушения лигносульфонатов – при температуре 18-20 °С в течение 1-3 часов. Применение данного метода позволяет повысить соотношение химического и биохимического потребления кислорода в воде с 0,075 до 0,45 (учитывая, что при соотношении ХПК к БПК ниже 0,4 биологическую очистку применять невозможно, т. к. микроорганизмы просто не смогут выжить)», – рассказывает Ирина Глушанкова, профессор кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ, доктор технических наук.
Предложенный учеными Пермского Политеха метод позволяет снизить нагрузку на биологические очистные сооружения на 70-80 процентов. Это делает процесс очистки жидких отходов более эффективным и экологически безопасным. Разработка данного способа является важным шагом на пути к созданию более экологичных технологий в целлюлозно-бумажной промышленности.
