Окружающей среды и природопользования



страница2/31
Дата29.06.2015
Размер4,14 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   31

2 Термины и определения


В настоящем пособии применяют следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 Комплексное природоохранное разрешение: единый разрешительный документ, удостоверяющий право на выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух, специальное водопользование, хранение и захоронение отходов производства с учетом внедрения наилучших доступных технических методов и устанавливающий нормативы допустимого воздействия на окружающую среду, условия осуществления хозяйственной и иной деятельности в части использования природных ресурсов и (или) оказания воздействия на окружающую среду, и заменяющий собой разрешения на выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух, специальное водопользование, хранение и захоронение отходов производства [2];

2.2 Наилучшие доступные технические методы: технологические процессы, методы, порядок организации производства продукции и энергии, выполнения работ или оказания услуг, проектирования, строительства и эксплуатации сооружений и оборудования, обеспечивающие уменьшение и (или) предотвращение поступления загрязняющих веществ в окружающую среду, образования отходов производства по сравнению с применяемыми и являющиеся наиболее эффективными для обеспечения нормативов качества окружающей среды, нормативов допустимого воздействия на окружающую среду при условии экономической целесообразности и технической возможности их применения [3].

3 Основные положения
3.1 Проблемы в области охраны окружающей среды и природопользование целлюлозно-бумажного производства

Целлюлозно-бумажная промышленность считается одним из основных потребителей природных ресурсов (древесины) и энергии (ископаемое топливо, электрическая энергия), в том числе воды, и вносит значительный вклад в поступление загрязняющих веществ в окружающую среду. Тем не менее, в регионах с хорошо развитой целлюлозно-бумажной промышленностью, с помощью ряда экологических мероприятий по улучшению контроля за выбросами, как внутренних, так и внешних, выбросы, как правило, были сокращены на 80-90 % и более по сравнению с 1980 годом.

Основным сырьем, используемым на целлюлозных заводах, является возобновляемый ресурс (древесина). В некоторых странах были реализованы методы устойчивого ведения лесного хозяйства. В 1996 году общее потребление балансовой древесины, используемой для изготовления целлюлозы, в Западной Европе составило 119,5 млн. м3 (плотный объем без коры). Потребление сырья для производства бумаги насчитывает 81,6 млн. т, из которых 45,9 % - целлюлоза, 39,3 % - макулатура, 14,3 % - не волокнистые материалы (такие как наполнители, красители и т.д.) и 0,5 % - другие волокнистые материалы (хлопок, лён, кора, конопля, джут, солома).

На целлюлозно-бумажных комбинатах существует перспектива оборотного водоснабжения, и, следовательно, дальнейшего сокращению сбросов (это в последствии может привести к исключению образования сточных вод). Тем не менее, на сегодняшний день отсутствуют заводы по производству сульфатной целлюлозы, способные полностью восстановить все стоки отбеливающей установки. Один завод по производству химико-термо - механической целлюлозы, включающий завод по производству сульфитной целлюлозы и несколько производств среднего слоя и наружных слоев гофрированного картона с использованием вторичного волокна, позволяет исключить сброс сточных вод.

На протяжении последних лет идет дискуссия о минимизации воздействия производства целлюлозы на окружающую среду. Данная минимизация основывается на концепции с более широким кругом вопросов и проблем, охватывающих снижение потребления ресурсов и выбросов, уменьшение перекрестного загрязнения, с учетом экономических аспектов и условий труда.

Распространение целлюлозных заводов привело к значительным выбросам серы в атмосферный воздух (закисление), однако в последние годы выбросы серы в атмосферный воздух были значительно сокращены за счет больших достижений технологического процесса. В Западной Европе переработка макулатуры достигла высокого уровня, в то же время для некоторых видов бумаги возможно дальнейшее увеличение процента использования макулатуры. Получение энергии из отходов, полученных в процессе целлюлозно-бумажного производства (брак, шлам), возможно, что позволяет избежать захоронения отходов. Однако в этой сфере по-прежнему существует высокий потенциал для более широкого использования эффективных методов на местах. Для химической варки внешняя энергия не требуется, но общие потребление энергии данным технологическим процессом по-прежнему остается на высоком уровне. Механическая варка является наиболее энергоемким процессом из-за спроса на электроэнергию у переработчиков. Процесс производства макулатуры и производства бумаги также являются энергоемкими процессами. Это обусловлено тем, что при производстве бумаги содержание сухого остатка в разбавленной суспензии, состоящей из волокон и наполнителей, составляет около 0,5 %, в то время как требуемого содержания твердых веществ в готовой бумаге должно составлять около 95 %, что достигается с помощью прессования и сушки (испарения воды).

До 80-х годов прошлого века в целлюлозно-бумажной промышленности происходили значительные сбросы сточных вод в водоприемник сточных вод. Это приводило к снижению концентрации кислорода и гибели рыбы. С конца 1970-х годов до недавнего времени основной акцент был сделан на роли хлорсодержащих веществ, образующихся в отбелочных цехах. После того как в некоторых стоках целлюлозно-бумажных комбинатов были обнаружены диоксины и фураны, общественные обсуждения еще больше сконцентрировались на вреде хлорного отбеливания. Общественное беспокойство о потенциальной экологической опасности, вызванной использованием хлора в отбелочных цехах, привело к резкому снижению использования молекулярного хлора в качестве отбеливателя в течение последнего десятилетия. Во многих странах властями установлены жесткие ограничения на сброс хлорсодержащих органических соединений измеренных как адсорбируемые органические галогенпроизводные в водную среду. Снижение адсорбируемых галогенорганических соединений (далее - АОХ) было достигнуто за счет комбинации нескольких способов:

- применение молекулярного хлора в значительной степени снижено за счет его замены на диоксид хлора и введения других кислородсодержащих химических веществ, таких как молекулярный кислород, перекись водорода и озон. В связи с сильным уменьшением содержания хлорида в сточных водах стала возможной их регенерация. Снижение сброса хлорсодержащих органических соединений и органических веществ, не содержащих хлор, в сточные воды целлюлозных заводов было достигнуто в значительной степени за счет мероприятий, таких как, например: увеличение делигнификации до отбелочного цеха за счет расширенной или модифицированной варки и дополнительных этапов окисления, системы сбора щепы, эффективной промывки и отгонки и повторного использования конденсата. Еще одним фактором в уменьшении сбросов АОХ и токсичных органических соединений, не содержащих хлор, в водоприемники была установка внешних очистных сооружений различных конструкций.

В целях соблюдения требований рынка и охраны окружающей среды в настоящее время тенденцией в целлюлозно-бумажной промышленности является закрытие отбелочных цехов, использующих как технологию частичного бесхлорного отбеливания при помощи диоксида хлора (ECF), так и технологию полностью бесхлорного отбеливания (TCF). На бумажных фабриках увеличилось повторное использование очищенных промышленных сточных вод, которое возможно за счет создания дополнительных систем очистки сточных вод. Как ожидается, такие направления, как экологически безопасное обращение с отходами, минимизация сброса сточных вод, энергосбережение и восстановление, сохранят свой приоритет и в будущем в качестве природоохранных мероприятий в целлюлозно-бумажной промышленности.
3.2 Обзор целлюлозно-бумажного производства

В общем смысле бумага является листом целлюлозных волокон с определенным числом добавленных компонентов, которые влияют на качество листа и его пригодность для предполагаемого использования. Применяется два термина «бумага» и «картон». Термин «бумага» обычно относится к весу листа продукции (граммаж) в диапазоне примерно до 150 г/м2, для более тяжелых листов применяется термин «картон». Целлюлоза для производства бумаги может быть получена из натурального волокна с помощью химических или механических средств или путем повторной варки целлюлозы из макулатуры (волокна вторичной переработки RCF). В процессе варки целлюлозный материал разбивается на отдельные волокна. Основным сырьем является древесина, однако могут быть использованы солома, конопля, трава, хлопок и другие материалы, содержащие целлюлозу. Точный состав древесины будет варьироваться в зависимости от типа и вида, но наиболее важными компонентами являются целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин.

В свою очередь древесина содержит воду (около 50 %) и твердую фракцию (в составе которой около 45 % целлюлозы, 25 % гемицеллюлозы, 25 % лигнина и 5 % других органических и неорганических соединений). При химической варке для растворения лигнина и освобождения волокон применяются химические вещества. Лигнин и многие другие органические соединения, таким образом, переходят в раствор, из которого химические вещества и энергия, содержащаяся в лигнине и других органических веществах, могут восстанавливаться. Степень этого восстановления зависит от используемой химической основы и конфигурации процесса. В процессе механической варки используются механическое оборудование со сдвигающимися частями для разделения волокон при этом большая часть лигнина остается вместе с волокнами, а некоторые органические вещества растворяются.

Целлюлоза для производства бумаги, полученная различными способами, имеет различные свойства, которые делают ее пригодной для производства конкретного вида продукции. Наибольшее количество целлюлозы производится с целью последующего изготовления бумаги или картона. В то же время целлюлоза может быть предназначена для других целей, таких как производство древесноволокнистых плит или изделий, изготовленных из растворенной целлюлозы.

Процесс производства бумаги с использованием макулатуры в качестве источника волокна включает некоторую очистку от загрязнений перед использованием, кроме того может потребоваться окраска в зависимости от качества материала, полученного из вторичного сырья, и требований, предъявляемых к конечному продукту. Волокна могут использоваться повторно несколько раз, в зависимости от качества повторно используемого материала и требований, предъявляемых к конечному продукту. Бумага может также содержать до 45 % наполнителей, покрытий и других веществ.

Бумажная промышленность выпускает множество различных изделий, которые в общем случае можно разделить на следующие категории:

- газетная бумага;

- немелованная печатная бумага и писчая бумага;

- мелованная бумага и писчая бумага;

- упаковочная бумага;

- упаковочный картон*

- бумага для гофрированного слоя;

- туалетная бумага;

- бумага специального назначения.

* От высококачественного картона до ряда качественной картонной упаковки.
Для каждой из этих категорий продукции требуется как наличие определенных свойств готового изделия, так и выбор наиболее подходящего технологического маршрута. Например, газетная бумага представляет собой продукт, необходимый в большом объеме на постоянной основе, но требуется только, чтобы она имела среднюю прочность, непрозрачность, пригодность для печатания и относительно короткий срок службы. Таким образом, технологический маршрут, который включает в себя высокий выход целлюлозы за счет максимально достижимой прочности, яркости и структуры бумаги могут способствовать эффективному использованию сырья.

В отличие от газетной бумаги, самым важным свойством упаковочной бумаги является ее прочность, чтобы она была пригодна для использования по назначению. В этом случае будет получен меньший выход, присущий другим технологическим маршрутам, для того, чтобы достичь требуемой прочности. Для печатной и писчей бумаги требуется другой баланс яркости, структуры и прочности, а часть такой бумаги должна сохраниться на долгие годы. Основным требованием к туалетной бумаге является хорошая впитываемость и прочность во влажном состоянии, при этом она используется только один раз и не применяется для получения вторичного сырья.


3.3 Общее описание наилучших доступных технических методов

В данном разделе приведены некоторые общие рекомендации по выбору наилучших доступных технических методов (далее – НДТМ), применяемых в целлюлозно-бумажной промышленности.

Для описания НДТМ, применяемых в целлюлозно-бумажной промышленности, должны быть приняты во внимание следующие особенности:

- для целлюлозно-бумажной промышленности эталонный (универсальный) НДТМ отсутствует. Однако, перечень методов, которые можно рассматривать в качестве НДТМ, предоставляет много различных вариантов, которые могут комбинироваться.

- концепция НДТМ – это процессный подход, связывающий воздействие на окружающую среду с каждой стадией технологического процесса, таких как варка, отбеливание, отмывание печатной краски с макулатуры, окрашивание и т.д. Технологические процессы, используемое сырье и требуемые свойства готового продукта определяют воздействие завода на окружающую среду. Применительно к целлюлозно-бумажной промышленности это означает, что при использовании различных типов сырья и технологических процессов воздействие на окружающую среду отличается.

- в связи с тем, что продукция целлюлозно-бумажного производства весьма разнообразна, а процессы использования для одного и того же изделия могут сильно отличаться, необходимо приняты во внимание многие параметры технологического процесса, чтобы гарантировать высокий уровень защиты окружающей среды. Для целлюлозно-бумажной промышленности НДТМ не характеризоваться исключительно описанием единичного процесса. Вместо этого в качестве субъекта должно рассматриваться оборудование. НДТМ в целлюлозно-бумажной промышленности связаны с показателями воздействия заводов на окружающую среду.

- существуют различные варианты комбинаций технологических процессов в зависимости, помимо прочего, от требований, предъявляемых к готовой продукции. Как следствие, технологически-ориентированный подход должен быть выражен в специализированной концепции, т.е. НДТМ должен быть связан с показателями воздействия заводов на окружающую среду, где производится конкретный вид продукции. Таким образом, в данном пособии НДТМ представлены отдельно для каждого вида заводов.

Вместо единичных значений показатели воздействия бумажных фабрик на окружающую среду выражаются в виде диапазона значений. Это показывает, что производство различных сортов бумаги требует различного количества и качества сырья (например, сульфатная целлюлоза, различные древесные волокна, смесь из волокнистых материалов и т.д.), в результате чего происходят выбросы разных уровней. В определенной степени, более высокие выбросы, связанные с использованием более загрязненного сырья или менее «чистых» процессов, могут быть компенсированы за счет больших усилий по предотвращению и контролю загрязнения. Приводя диапазоны значений, также считается, что выбросы могут изменяться со временем в определенной степени, например, между годами, даже если используются те же методы.

Многие заводы сначала стремились снизить сброс сточных вод и потребление воды, а затем уменьшить выбросы в атмосферный воздух. В этих направлениях они достигли значительных результатов, в то же время сокращение образования твердых отходов не являлось первостепенной задачей. В соответствии с целями стратегии Комплексного предотвращения и контроля загрязнений заводы должны попытаться управлять целой системой интегрированным способом, чтобы сократить воздействие на окружающую среду в целом.

Окончательный выбор подходящей комбинации методов предотвращения загрязнения и контроля, как правило, несколько отличается на только построенных и давно существующих заводах. Кроме того, для уже действующих заводов применение НДТМ является в целом более затратным. Это связано с определенными ограничениями в изменении уже сформировавшихся схем расположения оборудования, затратами на модернизацию, в том числе время, в течение которого заводы не могут работать на полную мощность (издержки вследствие простоя), и тем, что некоторые методы могут использоваться меньшее время, чем на новых заводах (меньшее время амортизации). Однако помимо вышеперечисленного и возможных ограничений в пространстве для действующих предприятий, НДТМ, приведенные ниже, если не указано иное, могут применяться как для действующих, так и для новых заводов.

Предотвращение загрязнения является наиболее эффективным и предпочтительным подходом по уменьшению воздействия на окружающую среду. Кроме предотвращения загрязнения снижение воздействия на окружающую среду может быть достигнуто за счет внедрения технических средств в технологический процесс. Наименее прогрессивным способом снижения воздействия на окружающую среду является подход «конца трубы».

4 Технологический процесс производства сульфатной (крафт) целлюлозы

Производство сульфатной (крафт) целлюлозы составляет примерно 80 % мирового производства целлюлозы и является наиболее распространенным способом химической варки целлюлозы. В течении последних лет важность процесса производства сульфитной целлюлозы заметно снижается. В настоящее время только 10 % мирового производства целлюлозы получают этим способом. «Сульфат» образуется при разложении сульфата натрия, который добавляют в цикле восстановления, чтобы компенсировать химические потери. В процессе химической варки целлюлозы волокна целлюлозы высвобождаются из древесной массы, за счет растворения лигнина в химическом растворе в процессе варки при высокой температуре. Часть гемицеллюлозы также растворяется в процессе варки. При варке сульфатной целлюлозы используется сульфатная варочная жидкость (белый щёлок), в состав которого могут входить гидроксид натрия (NaOH) и сульфид натрия (Na2S). В результате использования большого количества гидроксида натрия, значение рН в начале варки находится в пределах 13-14 (щелочной способ варки). Затем значение pH непрерывно уменьшается в процессе варки, за счет высвобождения органических кислот из лигнина и углеводородов.

Сегодня процесс производства сульфатной целлюлозы является преобладающим способом химической варки, вследствие более высокой прочности целлюлозы по сравнению с процессом производства сульфитной целлюлозы, возможности применения ко всем видам древесины, а также эффективной регенерации химических веществ. Однако, процесс производства сульфатной целлюлозы связан с проблемой применения дурнопахнущих веществ.

В результате химических реакций на стадии варки хромофорные группы остаточного лигнина образуют пульпу, которая имеет более темный цвет, чем исходная древесина. В связи с более высоким значением рН, процесс сульфатной варки приводит к образованию большего количества хромофоров, чем при сульфитной варке целлюлозы и небеленой крафт-целлюлозы, и имеет значительно более низкую начальную яркость, в сравнении с небеленой сульфитной целлюлозой.


4.1 Применяемые методы и технологии

На рисунке 1 представлена общая схема процесса производства сульфатной целлюлозы [4].





Рисунок 1 - Общая схема процесса производства сульфатной целлюлозы
Производство сульфатной целлюлозы можно разделить на четыре основные части: подача и подготовка сырья, химическое разделение на волокна (делигнификация) с почти полной регенерацией энергии и химических веществ, отбеливание в открытой водной системе и внешняя система очистки сточных вод. Еще более условным разделением является волоконная линия, система восстановления и внешняя система очистки сточных вод. Некоторые системы вспомогательных устройств, такие как изготовление отбеливающих веществ и вспомогательное производство электроэнергии, связаны с основными этапами производства.
3.1.1 Получение и хранение древесины

Древесина может поступать как непосредственно из леса, так и из других деревообрабатывающих производств, таких как лесопильные и фанерные комбинаты, в качестве побочного продукта – щепы. Бревна в основном поставляются с корой и должны быть окорены перед дальнейшей обработкой. Щепа, как правило, коры не содержит и может быть использована после сортирования и, возможно, промывки. Древесина транспортируется на заводы водным, автомобильным или железнодорожным транспортом, а также в ограниченной степени, путем сплава бревен. При использовании последнего способа происходит некоторое выщелачивание смоляных кислот и питательных веществ во время контакта древесины с водой.

При механических методах варки целлюлозы могут использоваться как бревна, так и щепа, однако, при методах химической варки целлюлозы всегда используется щепа. Целью измельчения сырья в щепу является формирование единых размеров щепы, что приводит к улучшению качества получаемой целлюлозы. Некоторые заводы по производству химической целлюлозы хранят древесную щепу навалом до 40 дней, в течение которых осуществляется некоторое разложение экстрактивных веществ в древесине за счет окислительных и ферментативных механизмов. В течение этого периода созревания температура щепы может значительно увеличится. При хранении щепы более 40 дней можно ожидать, что в последующем уменьшится выход волокна. С другой стороны, для механической варки целлюлозы требуется свежая древесина с определенным содержанием влаги.
4.1.2 Окорка балансовой древесины

Наиболее распространенным способом окорки балансовой древесины является использование окорочного барабана. Удаление коры в окорочных барабанах осуществляется за счет взаимного соударения и трения лесоматериалов в процессе вращения окорочного барабана. Кора и палочки древесины удаляются из окорочного барабана через специальные лотки. Окоренные бревна сбрызгивают водой перед доставкой на целлюлозные заводы.

При мокром способе окорки используются значительные объемы воды. В последние годы линии «сухой» окорки древесины были установлены во многих странах. Способ сухой окорки позволяет получить кору с более низким содержанием воды, что приводит к получению большей энергии при ее сжигании .

В странах Северной Европы перед окоркой замороженные бревна освобождают ото льда и снега. При этом могут применяться как окорочные барабаны с горячей водой или паром, так и специальное антиобледенительное оборудование, устанавливаемое до окорочного барабана.

Кора, полученная при окорке древесины, как правило, попадает в дробильную установку и, если имеет повышенную влажность, спрессовывается для последующего сжигания. Существуют альтернативные способы использования коры, в некоторых случаях она продается, однако наибольший объем, образующийся при работе крупных установок, удаляется на месте и используется в качестве топлива.
4.1.3 Измельчение балансов в щепу и сортирование щепы

При химической варке целлюлозы бревна измельчают в щепу на дробильных установках. Однородный размер щепы необходим для обеспечения требуемой эффективности процесса и высокого качества пульпы. Чем более однородна щепа после измельчения, тем меньше потребление сырья. После прохождения дробильной установки щепа сортируется с целью удаления нестандартной крупной щепы и опилок. Однако, в некоторых случаях опилки также могут быть подвержены варке вместе со щепой или отдельно в варочном котле, а также могут быть сожжены или использованы в других целях. Нестандартная крупная щепа может быть повторно обработана в дробильной установке. Щепу подвергают сортированию по толщине, так как именно этот параметр является критическим, как при химической, так и при механической варке целлюлозы. Часто оптимальная эффективность достигается путем более тщательного сортирования сырья, что обеспечивает стабильные условия обработки, которые, в свою очередь, способствуют более высокому качеству целлюлозы и меньшему загрязнению. Материал, удаленный в процессе сортирования, может быть использован для различных целей или сожжен в котле на твердом топливе с получением энергии.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   31


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница