Раздел 7. Перспективные технологии

Раздел 7. Перспективные технологии

В разделе 7 приводится описание технологий для целлюлозно-бумажного производства, находящихся на стадии научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ, опытно-промышленного внедрения, а также зарубежных технологий, не получивших в настоящее время широкого внедрения на территории Российской Федерации.

Перечень Перспективных технологий приведен в Приложении Ж.

Описание перспективных технологий для российских производств сульфатной целлюлозы (ПТ-1)

ПТ-1.1 Отбелка озоном

Описание технологии

Отбелка озоном связана с технологиями ECF- и TCF-отбелки. Одной из основных целей применения озона является обеспечение большей способности целлюлозы к делигнификации на последующих ступенях отбелки. Озон активирует целлюлозу в отношении к действию пероксида водорода и пероксида хлора. Это способствует достижению более высокой белизны целлюлозы и снижению расхода пероксида. Поэтому озоновую ступень предпочтительней помещать в начальной части схемы отбелки.

Озоновая ступень отбелки используется на предприятиях почти всех крупнейших ЦБК мира. Промышленные технологии озоновой ступени отбелки реализуют при средней и высокой концентрации массы. Примером одного из более эффективных способов озоновой отбелки является способ Ze Trac, разработанный фирмой Metso Paper и реализованный на предприятиях Европы, Северной Америки, Японии. Способ реализуется не под давлением кислородно-озоновой смеси, как обычно, а под разрежением, что снижает возможность попадания озона в воздух из-за неплотностей в аппаратуре или арматуре (озон очень токсичен из-за своей высокой окислительной активности).

Озон генерируется электрическими разрядами в потоке газообразного кислорода. Отбелка озоном () предполагает высокие капиталовложения вследствие высокой стоимости генераторов озона и вспомогательного оборудования для образования озона, а также из-за высокого энергопотребления на стадии образования озона (10 - 15 кВтчас/кг озона).

Степень проработки

Данная технология находится в РФ на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и может быть освоена как на новых, так и на действующих предприятиях ЦБП. За рубежом озоновая ступень отбелки используется уже более 20 лет.

Достигаемые экологические преимущества

Способ Ze Trac позволяет снизить расход диоксида хлора с 35 до 10 кг/т в.с. целлюлозы по активному хлору при расходе озона - 6 кг/т в.с. целлюлозы и суммарном снижении расходов на отбелку - 32%. При этом, примерно, на 25% снижаются расход воды на отбелку и, соответственно, количество сточных вод; на 30 - 40% - показатели ХПК и БПК; в 2 - 4 раза - показатель АОХ сточных вод и ОХ целлюлозы; на 60 - 65% - цветность сточных вод.

Экономические аспекты внедрения:

- исключение применения (использования) ПАВ для ликвидации "смоляных затруднений";

- исключение ступени кисловки при отбелке целлюлозы из всех пород древесины кроме эвкалипта, где наличие Ahot (горячая кисловка при температуре 80 - 900С#) считается целесообразной;

- исключение из схем легкой ECF-отбелки (с озоном) ступени хелатирования (при TCF-отбелке эта ступень является необходимой);

- применение озона в технологии ECF-отбелки позволяет обеспечить целлюлозе тот же комплекс бумагообразующих свойств, что и при использовании схем отбелки без применения озона;

- на заводах, использующих TCF-отбелку, применение озона и прочих, не содержащих хлор, отбельных химикатов делает менее сложным процесс замыкания потоков фильтратов от ступеней промывки;

- капиталовложения для создания отбельной установки с озоновой ступенью производительностью 1500 т в.с.ц./сут. составляют 12 - 15 млн. Евро. Соответствующие эксплуатационные расходы составляют 1,8 - 2,1 млн. Евро/год.

Справочные материалы: Журнал ЦБК, 2015 N 7

ПТ-1.2 Технология бесхлорной отбелки (TCF)

Описание технологии

TCF-отбелка представляет собой отбелку целлюлозы без использования химикатов, содержащих соединения хлора. Этот процесс довольно быстро развивается, хотя его использование требует, как правило, более существенных изменений в технологическом процессе. При TCF-отбелке обычно используется пероксид водорода, озон (Z) или перуксусная кислота (PA). В том случае, если целлюлоза имеет достаточно низкое число Каппа после продленной варки и кислородной делигнификации, и если переходные металлы (например, ) удаляются на необходимой хелатной ступени (Q-ступени), то в принципе существует возможность добиться достаточно высокой белизны целлюлозы, соответствующей требованиям рынка, с использованием пероксида водорода в качестве единственного отбеливающего химиката. Расход , при этом, как правило, довольно высок. Одним из возможных вариантов снижения расхода является введение озонирования до ступени обработки пероксидом (ZQP или ЗХП). Недостатком применения озона является то, что при значительных его количествах, недостаточном перемешивании газа с массой или при несоответствующем аппаратурном оформлении и режиме он имеет склонность дестркутирующе воздействовать на целлюлозные волокна.

Использование в качестве отбеливающего химиката перуксусной кислоты на ступени, предшествующей отбелке пероксидом водорода, позволяет с успехом замещать озон. Высокой белизны можно достичь даже в том случае, когда число Каппа небеленой целлюлозы не является предельно низким. Недостаток применения перуксусной кислоты заключается в ее достаточно высокой стоимости.

Примеры различных схем TCF-отбелки представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Схемы TCF-отбелки сульфатной целлюлозы из хвойных и лиственных пород древесины

TCF-отбелка хвойной целлюлозы	TCF-отбелка лиственной целлюлозы
Q(EP)(EP)(EP)	QPZP
Q(OP)(ZQ)(PO)	Q(OP)(ZQ)(PO)
Q(EOP)Q(PO)	Q(EOP)Q(PO)
Q(OP)ZQ(PO)	Q(OP)ZQ(PO)
TCF-отбелка хвойной целлюлозы	TCF-отбелка лиственной целлюлозы
Примечание: Q - слабокислая ступень, в которой для удаления металлов используются хелатирующие реагенты ЭДТК и ДТПК; EP - ступень щелочной экстракции, на которой используется гидроксид натрия (NaOH)с добавлением раствора для усиления процесса за счет окисления; ЕОР - щелочная экстракция с добавлением кислорода и для усиления процесса за счет окисления ЕО - ступень экстракции, в которой используется гидроксид натрия и газообразный кислород в качестве; Р - Обработка в щелочной среде; Z - озоновая ступень, где используется газообразный озон () в составе смеси - ; РО - отбелка под давлением кислорода.

В настоящее время TCF-отбелка является хорошо освоенной технологией. Многие заводы в Европе имеют гибкие схемы отбелки, позволяющие производить или TCF-или ЕСF - отбелку. Некоторые заводы производят только ЕСF - целлюлозу, т.к. при TCF - отбелке труднее достичь высокой белизны. Доля TCF-целлюлозы в мире в последние годы не превышает 5 - 7% от всей беленой целлюлозы, хотя в Скандинавии ее доля составляет около 25%.

Степень проработки

Данная технология находится в РФ на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и может быть освоена как на новых, так и на действующих предприятиях ЦБП.

При переходе от ECF- на TCF-отбелку необходимы: хелатная ступень, новая кислородная ступень и дополнительное промывное оборудование. В случае, когда применяется ступень обработки пероксидом водорода или озоном, необходимы две новые отбельные башни, а также модернизация промывных фильтров, отбельного цеха. При отбелке озоном необходимо наличие генераторов озона и реактора для отбелки массы озоном. Для отбелки перуксусной кислотой также необходима одна отбельная башня.

Достигаемые экологические преимущества

При TCF-отбелке не происходит образование АОХ, диоксинов, хлорфенолов; полное исключение АОХ в сточных водах отбельного цеха.

Экономические аспекты внедрения:

Капиталовложения на реализацию отбелки на новых заводах с производственной мощностью в 1 500 т в.с.ц./сут. составляют 7 - 8 млн. Евро; на действующих заводах - 2 - 5 млн. Евро, в зависимости от материала, из которого изготовлено существующее отбельное оборудование. Если материал устойчив к , то расходы будут составлять 2 - 3 млн. Евро. Эксплуатационные расходы при отбелке пероксидом водорода значительно выше, чем при ECF-отбелке из-за более высоких расходов, преимущественно, на и составляют 1,8 - 2,1 млн. Евро/год.

ПТ-1.3 Частичное и полное замыкание водооборота отбельного цеха

Описание технологии

Главной предпосылкой для замыкания водооборота отбельного цеха является снижение объема потока воды, проходящей через отбельный цех. Этого можно достичь посредством использования при промывке целлюлозы противоточного метода, когда свежая и избыточная вода от пресспата подается на промывку целлюлозы после последней ступени отбелки, и далее последовательно проходя все ступени промывки навстречу движению массы. Фильтрат от промывки целлюлозы после КЩД направляется на промывку небеленой целлюлозы и далее в систему регенерации химикатов и тепла. Для повышения степени замкнутости водооборота отбельного цеха необходим дополнительный резервуар для хранения фильтратов отбелки, а также перестройка системы водораспределения.

Частичное замыкание водооборота отбельного цеха обеспечивает снижение количества сточных вод, потребления свежей воды, содержания в сточных водах загрязнений по БПК, ХПК.

Растворенные органические вещества в сточных водах отбельного цеха поступают в регенерационный котел через выпарную установку, что увеличивает энергопотребление.

С частично замкнутым водооборотом отбельного цеха работают несколько предприятий в Европе и Северной Америке.

Степень проработки

Снижение потребления свежей воды в отбельном цехе может быть достигнуто как на новых, так и на действующих предприятиях. Однако на действующих предприятиях капиталовложения для обеспечения хранения оборотной воды, системы ее перекачки, и на организацию системы контроля и управления водными потоками предприятия относительно высоки. Современные заводы, как правило, уже оперируют меньшими количествами воды, благодаря более эффективному оборудованию. Условием для этого является достаточные мощности выпарных установок и регенерационного котла. Следует отметить, что выпаривание сточных вод отбельного цеха легче выполнять при TCF-отбелке. При ECF-отбелке существует повышенный риск коррозии под воздействием хлоридов в регенерационном котле.

Целлюлозные заводы, работающие без внеплощадочной биологической очистки, явились первыми предприятиями, где апробировано снижение сточных вод отбельного цеха с помощью упомянутых технологических мероприятий.

Достигаемые экологические преимущества

Снижение объема сточных вод до 10  в.с. целлюлозы, ХПК - 6 кг/т в.с. целлюлозы.

Экономические аспекты внедрения

Для внедрения данной технологии необходимы значительные капвложения. Необходима полная реконструкция системы водоснабжения в отбельном цехе, включая дополнительные емкости для хранения оборотных вод. Необходимо разработать методику контроля управления водными ресурсами цеха, апробировать и освоить ее. Достоверная информация о стоимости данных мероприятий неизвестна.

ПТ-1.4 Газификация черного щелока

Описание технологии

Газификация является многообещающей технологией, удобной для использования на целлюлозных заводах, и направленной на образование избытка электроэнергии. Принцип газификации черного щелока заключается в пиролизе концентрированного черного щелока с образованием неорганической и газовой фаз посредством взаимодействия щелока с кислородом (воздухом) при высоких температурах. Концептуально варианты процесса газификации черного щелока делятся на два вида. Первый - газификация при относительно низких температурах. При этом газификатор работает при температуре ниже точки плавления неорганических солей (700 - 750°С). Второй вид процессов газификации - это процессы, которые реализуются при температурах выше точки плавления, и в которых используется вода для охлаждения и растворения расплавленных солей натрия.

Одна из наиболее интересных возможностей, связанных с процессом газификации черного щелока, представляет собой работу газовой турбины в сочетании с паровой турбиной в объединенном цикле. Трудность, которую следует преодолеть, заключается, прежде всего, в чистоте газа, которая необходима для предотвращения повреждений в газовой турбине.

Степень проработки

Первая демонстрационная установка газификации черного щелока с использованием принципа Chermec была введена в эксплуатацию на заводе Frovifors в Швеции в 1991 году. Показательный, работающий под давлением газификатор подобного типа также эксплуатировался в Стокгольме (Швеция). Данный тип процесса с 1997 г. используется в промышленном масштабе в США.

Интегрированная газификация с объединенным циклом (IGCC) внедряется в целлюлозной промышленности постепенно, во взаимосвязи, главным образом, со сроком аммортизации# существующих регенерационных котлов. Более того, газификаторы первоначально будут создаваться только для небольших по мощности заводов, а не для крупных целлюлозных предприятий. Интегрированная газификация может быть интересной для некоторых предприятий, на которых регенерационный котел является узким местом при развитии и/или модернизации производства, а увеличение мощности регенерации химикатов может решить эти проблемы.

Достигаемые экологические преимущества

Возможные преимущества газификаторов черного щелока:

- повышение производства энергии посредством использования объединенного цикла (газовая турбина плюс паровая турбина). Теоретические расчеты баланса показывают, что утилизация черного щелока на основе технологии IGCC может привести примерно к 30%-ной энергетической эффективности, рассчитанной, исходя из теплотворной способности черного щелока. Это можно сравнить с повышением на 12-13% эффективности обычного регенерационного котла. Однако, в то же время общая эффективность (электроэнергия + пар) снизится примерно на 5% до показателя около 75%. Таким образом, производство технологического пара снижается. В ситуации, когда имеется избыток пара, данный вариант является интересным при необходимости повышенного производства электроэнергии, например, для использования вне предприятия;

- низкие выбросы в атмосферу;

- появление возможности повысить производительность целлюлозных заводов, ограниченных в мощности из-за проблем, связанных с регенерационным котлом. Данная система особенно выгодна на заводах, имеющих, но не использующих варочные мощности, а также на тех из них, где увеличено количество сухих веществ в регенерационной системе (например, вследствие внедрения варки целлюлозы до низкого числа Каппа, кислородной делигнификации, повышения количества сухих веществ, направляемых в систему регенерации в составе сточных вод отбельной установки).

Экономические аспекты внедрения

Расширение сферы применения альтернативных видов топлива.

Справочные материалы:

Газификация черного щелока сульфатного производства, учебное пособие. Санкт-Петербург, 2011 г.

ПТ-1.5 Увеличение производства электроэнергии на основе продуктов биомассы и утилизация избыточного тепла

Описание технологии

В мире наблюдается тенденция увеличения использования древесной биомассы (БМ) в системах централизованного теплоснабжения. Станции централизованного теплоснабжения, сжигающие древесную щепу, создаются с целью замещения станций, работающих на мазуте или угле, соединенных с существующими теплосетями, или как новые станции и теплосети (так называемые "урбанизационные" проекты). Котлы для сжигания древесной щепы на станциях централизованного теплоснабжения проектируются для производства тепла в диапазоне мощности от 1 до 10 МВт, со средним значением 3,5 МВт.

На тепловых станциях конденсационного типа зачастую не требуется дополнительного оборудования для очистки продуктов сгорания.

Котельные установки, сжигающие древесную БМ, могут использоваться для отопления отдельных зданий или группы зданий, а также функционировать на промышленных предприятиях для выработки тепла и технологического пара. Типичная котельная для сжигания древесной щепы строится вокруг твердотопливного котла. Системы котельной являются высокоавтоматизированными. Например, загрузка топлива из хранилища на решетку осуществляется посредством управляемого компьютером крана.

Все системы имеют следующие основные компоненты:

- хранилище древесной биомассы;

- транспортно-погрузочное и дозирующее оборудование для обращения с БМ;

- топка и котел;

- система очистки дымовых газов;

- система конденсации дымовых газов.

Степень проработки

Технология реализуется на ряде предприятий.

Достигаемые экологические преимущества

Уровень эмиссии загрязняющих веществ при сжигании древесной щепы на европейских станциях составляет: - 60 мг/МДж, - 90 мг/МДж, твердых частиц - 300  (после очистки в мультициклоне) и 40  - при использовании системы конденсации продуктов сгорания, СО < 0,05 об. %.

Уровень эмиссии СО и NО поддерживается в допустимых рамках за счет соответствующего контроля за процессом горения. Для достижения допустимых концентраций твердых частиц, в основном, используются мультициклоны, для более тщательной очистки - рукавные и электростатические фильтры.

Экономические аспекты внедрения

За последние годы стоимость ископаемых видов топлива резко возросла, что существенно сказалось на уровне использования БМ для производства тепла. Цена древесных отходов на европейском рынке зависит от его качества и в первую очередь - от влажности и зольности. Стоимость топлива определяется видом топлива в пересчете на единицу теплоты сгорания.

Капитальные затраты тепловых станций, работающих на БМ, составляют около 320 $/кВт, включая стоимость здания, котла и системы конденсации продуктов сгорания. С учетом стоимости строительства тепловой сети удельные капитальные затраты составляют порядка 530 $/кВт.

Для обслуживания тепловой станции мощностью 1,5 - 5,0 МВт требуется 1 - 2 человека, для станций, мощностью более 5,0 МВт - 2 - 3 человека.

ПТ-1.6 Автокаустизация при добавлении бората

Описание технологии

Процесс частичной автокаустизации рекомендуется использовать при модернизации сульфатных заводов, когда необходимо повысить производительность отдела каустизации и известерегенерационной печи без дополнительных капитальных затрат.

Суть его заключается в использовании тетрабората натрия (в виде ) для компенсации потерь каустика (гидроксида натрия). При этом уже непосредственно в СРК происходит взаимодействие тетрабората с основным неорганическим компонентом, образующимся при сжигании черного щелока, - карбонатом натрия, с образованием , превращающимся при растворении плава в гидроксид и метаборат натрия ().

Тем самым исключается (по крайней мере частично) необходимость двух этапов процесса регенерации химикатов - стадии каустизации и регенерации извести. Метаборат натрия, наряду с каустиком, успешно может участвовать в варке в качестве щелочного агента. Основные реакции, происходящие при этом в процессе регенерации, могут быть представлены в виде следующих уравнений:

(1)

(2)

(3)

Из совокупности приведенных реакций видно, что из одного моля образуется 8 молей NaOH (т.е. количественно в 8 раз больше), что делает данный процесс экономически целесообразным при каустизации части соды, содержащейся в плаве, несмотря на использование вместо каустика более дорогого тетрабората натрия. Избыток соды, остающийся в плаве, в дальнейшем, после получения из него зеленого щелока, подвергается каустизации взаимодействием с регенерированной известью, т.е. по обычной технологии.

Описанная выше технология автокаустизации с использованием тетрабората натрия была успешно реализована при производстве беленой ХТММ с замкнутым циклом водооборота. Причем, т.к. количество гидроксида натрия, используемого при производстве БХТММ, значительно меньше, чем при производстве сульфатной целлюлозы, экономически оказалось целесообразно весь каустик заменить тетраборатом натрия, т.е. проводить уже не частичную, а полную каустизацию соды этим способом. Кроме того, было установлено, что в процессе отбелки, реализуемой при рН не выше 10, происходит гидролиз метабората натрия с образованием непосредственно гидроксида натрия и тетрабората натрия - исходного реагента, используемого и в данном случае для компенсации потерь натрия в системе, по реакции:

(4)

Следовательно, с учетом также реакций (1)...(3), из одного моля исходного тетрабората в этом процессе образуется уже не 8, а все 10 молей NaOH. (При сульфатной варке реакция (4) не реализуется из-за слишком высокого значения рН процесса - выше 13).

Степень проработки

Данный способ регенерации был реализован в г. Мэдоу Лейк на предприятии по производству БХТММ с замкнутой системой водопользования компании Millar Western (Канада). Принципиальная схема такой регенерации исключительно проста и компактна: плав из регенерационного котла попадает в секционный растворитель, а оттуда - в осветлитель зеленого щелока. Затем, для окончательного освобождения от частиц шлама, щелок фильтруется и часть его направляется в отдел приготовления химикатов, а другая часть - на выпарку. Шлам из осветлителя зеленого щелока обезвоживается на центрифуге и направляется в отвал, а центрифугат - в растворитель плава. Сточные воды также выпариваются и концентрируются перед подачей в регенерационный котел. Тетраборат натрия добавляется в очищенные разбавленные сточные воды перед выпаркой.

Достигаемые экологические преимущества

Технология автокаустизации с применением тетрабората натрия для восполнения потерь бора, упрощает и удешевляет переход предприятий по производству БХТММ на замкнутый цикл водооборота, что и является весьма весомым экологическим эффектом от реализации данной технологии.

Экономические аспекты внедрения

Достоинства и показатели работы технологии регенерации с использованием тетрабората натрия:

- исключается (по крайней мере частично) необходимость двух этапов процесса регенерации химикатов - стадии каустизации и регенерации извести. Метаборат натрия, наряду с каустиком, успешно может участвовать в варке в качестве щелочного агента;

- данная технология целесообразна при организации замкнутой системы регенерации химикатов и системы водооборота при производстве БХТММ;

- замена каустика на тетраборат в подобных случаях экономически эффективна. Годовой расход Na2B4O75H2O в 10 раз меньше расхода каустика; расход тетрабората для зарядки системы перед ее пуском примерно такой же, как и каустика - при 70%-ом выходе продуктов по сравнению со стехиометрическим около 1 кг Na2B4O75H2O заменяет 1 кг каустика;

- основные потери бора имеют место со шламом зеленого щелока. При хорошем обезвоживании и промывке шлама потери бора не превышают 9%;

- в отвал вывозится только незначительное количество золы и шлам зеленого щелока;

- конструкция регенерационного котла требует лишь небольшой модификации в связи с некоторым снижением теплотворной способности сжигаемого щелока.

Последнее требует также некоторого увеличения топлива на "подсветку", однако при этом значительно снижаются эксплуатационные расходы.

ПТ-1.7 Селективное некаталитическое восстановление в регенерационных котлах

Описание технологии

Процесс "Удаление " ( OUT-process) - один из нескольких существующих процессов, использующих принцип селективного некаталитического восстановления (СНВ или СНКВ) для сокращения выбросов . Его сущность заключается в термическом восстановлении оксидов азота до азота с помощью аммиака в соответствии со следующими уравнениями реакций:

При использовании мочевины происходит следующая первичная реакция, в результате которой образуется аммиак:

В полномасштабных испытаниях, проведенных в Швеции, в качестве восстановителя использовался водный раствор мочевины со специальными добавками. Процесс происходит в топке котла, играющей роль химического реактора, и не требует какого-либо дополнительного оборудования в нижней части котла. Реакция обычно проходит в узком температурном диапазоне в районе 1000°С. Если температура слишком велика, образуется больше оксидов азота, если слишком низкая - образование аммиака идет по нежелательным побочным реакциям. В процессе "Удаление " температурный диапазон расширен, а специальные химические добавки подавляют образование аммиака по побочным реакциям. Аммиак, образующийся по нежелательным побочным реакциям, и расход химикатов - главные параметры для оптимизации процесса "Удаление ".

Степень проработки

Шведская компания по производству сульфатной целлюлозы провела всестороннее испытание запатентованного процесса "Удаление " в одном из ее регенерационных котлов. В течение испытания котел работал с нагрузкой между 95 и 105% от паспортной. Инжекторы, через которые подавались химикаты, были установлены на нескольких уровнях. Проект показал, что термическое восстановление оксидов азота, используемое процессом "Удаление ", может быть успешно применено в содорегенерационных котлах.

Достигаемые экологические преимущества

Анализ, допускающий стехиометрию 1:1, отражает следующие результаты процесса "Удаление ":

- средний уровень NOx (без использования процесса "Удаление ") - 80  (сухой газ с 3% );

- средний уровень NOx (с использованием процесса "Удаление ") - около 55  (т.е. снижение примерно на 30%);

- незначительное увеличение аммиака - примерно 3 - 4  (стехиометрия 1:1).

В зависимости от стехиометрии достижимо сокращение до 50% (при стехиометрии 2:1), несмотря на низкий уровень концентрации оксидов азота даже без обработки (но при этом будет наблюдаться некоторое увеличение эмиссии аммиака). В процессе всесторонних испытаний способа не было установлено никаких нарушений или негативных эффектов в работе регенерационного котла и в цикле регенерации химикатов. Общие эксплуатационные затраты сравнительно низки. Требуемые изменения в регенерационном котле могут быть произведены в течение его обычной остановки для технического обслуживания.

Использование мочевины в процессах селективного некаталитического восстановления может быть причиной коррозии в результате возможного образования корродирующих побочных продуктов.

Экономические аспекты внедрения

Единовременные затраты по реализации процесса "Удаление " на регенерационном котле составляют примерно 2,2 - 2,8 млн. евро. Эксплуатационные затраты на обслуживание системы включают затраты на химикаты (мочевина и химические добавки), электричество, тепло, используемое для конденсации дополнительного количества пара от инжектированной воды, и труд. Среди указанных статей расходов наиболее важный фактор - цена мочевины. Трудно дать точную оценку эксплуатационных затрат ввиду различий в ценах в разных частях мира. Тем не менее, в Швеции в процессе испытаний способа затраты на мочевину составили 154 евро/т, а общие эксплуатационные затраты, рассчитанные для данного регенерационного котла, колебались в пределах между 1,0 и 1,4 евро/кг восстановленного .

ПТ-1.8 Удаление хелатирующих реагентов путем биологической очистки при невысокой щелочности или с использованием "промышленных почек"

Описание технологии

Повышенные концентрации хелатирующих агентов (Q) обнаруживаются в сточных водах от производства TCF и ECF-целлюлозы, если в схеме есть пероксидные ступени и, следовательно, предшествующая им Q-ступень. При анализе сточных вод завода, использующего для отбелки целлюлозы TCF-технологии, в них было обнаружено 25 - 40% Q от их общей загрузки. Это соответствует содержанию в сточных водах 10 - 15 мг Q/л при загрузке 2 кг Q/т целлюлозы.

Для снижения потребления и сброса Q, применяемых до ступени отбелки пероксидом водорода, используют так называемые "промышленные почки". На шведском заводе фирмы MoDo в г. Думшье была введена в эксплуатацию технология Kemira NetFloc для утилизации ЭДТК из стоков от Q-ступени. На этом предприятии, применяющем TCF-технологию отбелки, потребление ЭДТК было снижено на 65%. Система Kemira NetFloc проявила себя как очень эффективное средство для удаления из фильтратов целлюлозно-бумажного производства таких проблемных веществ, как экстрактивные вещества и тяжелые металлы.

При реализации этой технологии повышают рН фильтратов и добавляют углекислую соль для осаждения. Металлы, связанные с ЭДТК (или ДТПК), при этом освобождаются из состава комплекса и осаждаются. Для флокуляции в отобранный фильтрат добавляют полиэтиленоксид (ПЭО) с высоким молекулярным весом, водный раствор которого производят на установке для приготовления полимера и вводят в трубу для фильтрата. Реакция флокуляции между оксидом полиэтилена и экстрактивными веществами завершается до того, как фильтрат покидает трубу. В последнее время было обнаружено, что хлопья ПЭО-смолы собирают любые нерастворенные соединения в фильтрате. Это означает, что осажденные соли металлов (например, гидроксиды, сульфаты) и другие нерастворимые вещества переходят в смоляной шлам. Окончательная операция заключается в отделении смоляного шлама от фильтрата, например, во флотационной установке. Очищенный фильтрат с регенерированным Q повторно используется в технологическом процессе; смоляной шлам либо подается на фильтр для отделения и промывки шлама зеленого щелока, либо сжигается, например, в корьевом котле сразу или после обезвоживания в прессе.

Снижение количества металлов, поступающих на отбельную установку, позволяет уменьшить расход хелатирующих реагентов перед ступенью отбелки пероксидом водорода. Кроме того, регенерация Q сама по себе снижает расход этих реагентов. Ожидаемая степень удаления из системы кальция, марганца и железа, а также экстрактивных веществ, составляет свыше 80%. Данная система позволяет также регенерировать до 75% Q и сократить расход свежей воды на отбелку до 5 - 8  в.с. целлюлозы.

Степень проработки

Технология Kemira NetFloc для регенерации ЭДТК в сточных водах отбельной установки уже используется на предприятиях некоторых стран.

Способность к очистке сточных вод от отбельной установки, содержащих ЭДТК, на очистных сооружениях с использованием активного ила в умеренных щелочных условиях была подтверждена как лабораторными исследованиями [C.G. van Ginkel, 1997 a+b], так и на заводской установке биологической очистки сточных вод.

Достигаемые экологические преимущества

На заводской установке по биологической очистке сточных вод при невысокой щелочности (рН = 8 - 9) было получено среднее снижение количества ЭДТК в сточных водах на 50% (примерно 10% при рН = 7). Результаты также указывают на то, что увеличение рН до 8 - 9 оксидом кальция (дозировка примерно 90 мг CaO/л) не мешает нормальной работе биологической очистки активным илом. Концентрации ЭДТК в образцах с ускоренной биодеградацией остались относительно постоянным (2 - 4 мг/л). Биодеградация ЭДТК увеличивает выход азота. Следовательно, увеличенная деградация ЭДТК в установках активного ила, выгодна не только по природоохранным причинам, но также и как способ повышения уровня питательного азота, который обычно недостаточен в сточных водах ЦБК.

Экономические аспекты внедрения

Дополнительные расходы на биодеградацию ЭДТК в установках активного ила при щелочных условиях, главным образом, определяются потреблением CaO.

Данных по экономическим показателям применения системы Kemira NetFloc нет.

ПТ-1.9 Полное замыкание системы с использованием "промышленных почек"

Описание технологии

Поскольку разомкнутую часть предприятия составляет, в основном, цех отбелки, усилия направляют на минимизацию количества лигнина, идущего на окончательную отбелку. Сбор фильтратов в регенерационной системе остается проблемной зоной. Фильтраты должны повторно использоваться в пределах цеха отбелки с тем, чтобы сократить их объем. Это ведет к накоплению растворенных веществ и внепроцессных элементов (ВПЭ) на стадиях отбелки в совокупности с проблемами повышенного расхода химикатов и образования отложений на оборудовании. "Почки" для очистки системы от подобных веществ необходимы как в цехе отбелки, так и при регенерации химикатов.

Согласно проекта Европейского Союза по созданию технологии, работающей по замкнутому циклу при производстве беленой сульфатной целлюлозы, проводятся исследования в области поиска различных возможностей повторного использования фильтратов цехов отбелки, в частности, создания промышленных "почек" для очистки системы.

"Рисунок 7.1 - "Почки" в стадии разработки - согласно проекта Европейского Союза по созданию технологии, работающей по замкнутому циклу при производстве беленой сульфатной целлюлозы:"

1. Повторное использование конденсатов от выпарной установки черного щелока в качестве промывной воды при отбелке, или в качестве производственной воды. Важно отметить, что этот конденсат используется в тех случаях, когда достигнут низкий расход воды. Главная проблема - уничтожение запаха, возникающего в результате присутствия незначительных примесей дурнопахнущих сернистых соединений.

2. Кислые (Q- и D-фильтраты) и нейтральные фильтраты цеха отбелки являются главными источниками внепроцессных элементов, таких как Al, Si, P, Ca, Ba, Mn и так далее, и должны быть очищены. Целью является создание ступени кристаллизации и осаждения в сочетании с раздельной выпаркой, а также определение наилучшего способа использования возвращаемой воды.

3. В отношении щелочных фильтратов, целью является:

3а) Создание минеральных мембран, подходящих для очень тонкой фильтрации (нанофильтрации), которая может использоваться для сокращения количества как органических, так и неорганических веществ, поступающих от ступени пероксидной отбелки.

Также предполагается:

3b) Исследование возможности для разрушения органических соединений комбинации мембранной фильтрации и биохимического разложения.

В конечном счете, в том случае, если предложенные отдельные методы будут интегрированы в один процесс, будут использоваться технологии моделирования для определения последствий для водной среды и расхода химикатов, а в некоторых случаях для составления энергетических балансов. Будет также оценен и риск для инвестиций.

Степень проработки

Существуют разные исследовательские проекты, изучающие различные аспекты концепции замкнутого цикла.

В концепции предприятия с замкнутым циклом для производства беленой целлюлозы могут быть найдены как зоны, в которых могут быть введены новые технологии, которые способствуют достижению этой цели, так и зоны, где необходимо лишь усовершенствование. Полностью замкнутое производство беленой целлюлозы, дающее предприятию теоретическую возможность быть экологически безвредным, все еще невозможно из-за накопления внепроцессных элементов, попадающих в технологический процесс, в основном, вместе с древесиной, а также с химикатами и производственной водой. Эти элементы накапливаются, и должны быть удалены.

Достигаемые экологические преимущества

Усовершенствования, направленные на создание завода с замкнутым циклом, направлены на практически полное прекращение сбросов органических и неорганических веществ в водную среду и минимизацию рассеяния энергии, высвобожденной в пределах системы.

Экономические аспекты внедрения

Нет доступных данных.

Описание перспективных технологий для российских производств сульфитной и нейтрально-сульфитной целлюлозы (ПТ-2)

ПТ-2.1 Отбелка озоном (см. ПТ-1.1)

ПТ-2.2 Технология бесхлорной отбелки - TCF (см. ПТ-1.2)

ПТ-2.3 Частичное и полное замыкание водооборота отбельного цеха (см. ПТ-1.3)

ПТ-2.4 Увеличение производства электроэнергии на основе продуктов биомассы и утилизация избыточного тепла (см. ПТ-1.5)

ПТ-2.5 Удаление хелатирующих реагентов путем биологической очистки при невысокой щелочности или с использованием "промышленных почек" (см. ПТ-1.8)

ПТ-2.6 Полное замыкание системы с использованием "промышленных почек (см. ПТ-1.9)

ПТ-2.7 Делигнификация перекисью водорода в присутствии катализатора в кислой среде

Описание технологии

Метод позволяет проводить глубокую делигнификацию после промывки как сульфатной, так и сульфитной небеленой целлюлозы. Содержание остаточного лигнина после кислой перекисной обработки сравнимо с содержанием лигнина после ступени хлорирования или первой ступени двуокиси хлора.

Степень проработки

Стадия опытно-промышленных испытаний.

Достигаемые экологические преимущества

Фильтрат от промывки целлюлозы после кислой перекисной делигнификации может направляться в противоточную промывку небеленой целлюлозы, что позволяет значительно снизить расход химикатов на отбелку, образование АОХ в отбелке, содержание органических соединений в сточных водах отбельного цеха. Гидравлическая нагрузка на выпарную станцию не увеличивается, что ведет к снижению удельного расхода тепла на единицу продукции.

Экономические аспекты внедрения

Экономия химических реагентов на отбелку.

Описание перспективных технологий для российских производств механической массы (ПТ-3)

ПТ-3.1 Отбелка механической массы пероксидом водорода

Описание технологии

Процесс отбелки механической массы в принципе отличается от процесса отбелки химической целлюлозы, так как в его основе лежит принцип сохранения лигнина, а не его удаление, как при варке или отбелке целлюлозы. Отбелка древесной массы реализуется путем перевода хромофорных групп лигнина в бесцветную форму. Таким образом, при повышении белизны снижение выхода волокна минимально. Процесс отбелки с сохранением лигнина происходит в 1 - 2 этапа, в зависимости от того, какая степень белизны должна быть достигнута. Процессы отбелки механической массы различаются в зависимости от вида используемого реагента.

Снижение выхода продукции при отбелке пероксидом составляет приблизительно 2%. Это происходит, в основном, из-за щелочной среды, сохраняемой в процессе отбелки и приводящей к возрастанию количества растворимого органического вещества древесины, что приводит к увеличению нагрузки на очистные сооружения.

Степень проработки

Технология внедрена на ряде предприятий.

Достигаемые экологические преимущества

Использование ступени промывки небеленой массы перед ее отбелкой является эффективным методом снижения в ней содержания металлов и, таким образом, позволяет снизить расход дорогостоящих хелатов. Современный процесс отбелки пероксидом проходит при концентрации массы 25 - 35%.

Экономические аспекты внедрения

Отбелка пероксидом влияет на свойства массы - кроме большей белизны, повышается прочность целлюлозы, при этом, содержание экстрагируемых веществ снижается и водный баланс улучшается. Если использовать максимально допустимое с экономической точки зрения количество пероксида, то можно повысить белизну на 20 единиц - до 78 - 84% ISO. При наличии в системе ионов тяжелых металлов в результате отбелки получают механическую массу с меньшей белизной, при этом требуется более высокий расход пероксида вследствие его частичного разложения. Поэтому до отбелки добавляют хелаты (например, ЭДТК, ДТПК), чтобы образовать стабильные комплексы с тяжелыми металлами (Fe, Мn, Сu, Сr). Это позволяет избежать снижения белизны массы и деструкции пероксида. ЭДТК и ДТПК содержат азот, который в их составе появляется в сточной воде.

ПТ-3.2 Процесс Thermopulp

Описание технологии

В этом процессе на первой ступени размола имеют место относительно низкие температура (120° - 125°С) и величина УРЭ 500 - 600 кВтч/т. Давление и температура повышаются перед второй ступенью размола, которые достигают очень высоких значений - до 700 кПa и 170°С. По имеющимся данным использование процесса позволяет экономить 10 - 20% энергии. При данной технологии уменьшение расхода энергии может сопровождаться незначительным снижением сопротивления раздиранию (примерно на 5 - 6%) и белизны (60% ИСО вместо 62%).

Основными особенностями технологии RTS по сравнению с традиционной технологией являются сокращенная продолжительность гидротермической обработки щепы, но при более высокой температуре, превышающей температуру стеклования лигнина, а также в 1,7 - 2 раза более высокая скорость вращения дисков рафинера на первой ступени размола.

Особенностями технологии Thermopulp является относительно низкая температура щепы и малоинтенсивный размол на первой ступени при высоких значениях давления и температуры на второй ступени размола.

Технология АРМР (ЩПММ) производства беленой ХТММ с использованием пероксидной отбелки в щелочной среде, и ее модификация - технология РRC-АРМР, отличаются наличием одной - трех ступеней интенсивной пропитки щепы щелочным раствором пероксида водорода путем предварительного вытеснения из нее воздуха и воды посредством интенсивного механического сжатия в специальных аппаратах импресфайнерах. Размол в две ступени ведется при атмосферном давлении с промывкой массы между ступенями размола. Отбелка осуществляется по мере движения массы по технологическому потоку при отсутствии отбельных башен. В способе PRC - APMP часть отбельных химикатов вводится в рафинер первой ступени, вследствие чего повышается эффективность использования энергии и химикатов. Кроме того, после рафинера первой ступени установлен бассейн массы высокой концентрации для более полного завершения процесса отбелки.

Основные и побочные технологические эффекты

Если основным эффектом при реализации способов RTS и Thermopulp является значительное снижение расхода энергии на размол, то в качестве побочных эффектов можно указать повышение прочностных характеристик массы (на 6 - 11%), снижение количества отходов и особенно грубых волокон и костры, уменьшение количества экстрактивных веществ. В способе ЩПММ основные эффекты - возможность обойтись без башен отбелки и низкий расход энергии на собственно размол. Побочные положительные эффекты - более высокая белимость волокна, гибкость процесса за счет варьирования расходом каустика и пероксида. Однако имеются и отрицательные побочные эффекты - повышенный расход химикатов на отбелку, возможность появления отложений на рабочих поверхностях рафинеров в результате использования силиката натрия, повышенный расход энергии в импресфайнерах и их ускоренный износ.

Степень проработки

Технология внедрена на европейских предприятиях

Экологические аспекты

Несколько более высокий выход, снижение количества отходов приводят к меньшим потерям волокна со сточными водами, а также к снижению их ХПК. При технологии ЩПММ выход повышается также за счет большего сохранения лигнина, что также снижает ХПК сточных вод. Использование только окислительной отбелки пероксидом исключает наличие в сточных водах соединений серы.

Снижение расхода электроэнергии опосредствованно приводит к сжиганию меньшего количества топлива при получении электричества и, тем самым, к снижению эмиссий в атмосферу углекислого газа, , а также золы в виде твердых отходов.

Экологические аспекты

Снижение расхода электроэнергии на размол на 15 - 25%, снижение капитальных и эксплуатационных затрат (в способе ЩПММ на 25% ниже, главным образом, за счет отсутствия отбельных башен), повышение конкурентоспособности продукции на рынке вследствие улучшения ее показателей.

Мотивация для внедрения технологий

Основной мотивацией для внедрения этих технологий является снижение расхода энергии, снижение капитальных и эксплуатационных затрат, улучшение качества массы, повышение выхода, улучшение экологических показателей сточных вод.

ПТ-3.3 Внедрение технологии получения ТММ-ХТММ из хвойной щепы по методу RTS (см. 4.3.3)

ПТ-3.4 Внедрение технологии получения ХТММ из лиственной щепы по щелочно-перекисному способу (см. 4.3.4).

ПТ-3.5 Внедрение технологии получения ТММ из хвойной древесины по методу по щелочно-перекисному методу (см. 4.3.6).

ПТ-3.6 Удаление хелатирующих реагентов путем биологической очистки при невысокой щелочности или с использованием "промышленных почек" (см. ПТ-1.8)

ПТ-3.7 Полное замыкание системы с использованием "промышленных почек" (см. ПТ-1.9)

ПТ-3.8 Биосорбция на избыточном активном иле.

Описание технологии

Метод разработан компанией KWI.

Избыточный активный ил сооружений биологической очистки сточных вод обладает хорошей сорбционной способностью по отношению к трудно-окисляемым высокомолекулярным органическим соединениям. Метод хорошо работает как локальная очистка сточных вод ДПЦ, ступени щелочения после первой ступени отбелки, концентрированных сточных вод ХТММ. Наилучшим применением метода является сочетание биосорбции с флотацией. В этом случае коагуляция и флотация может проводиться без использования химикатов (коагулянтов и флокулянтов).

Степень проработки

Опытно-промышленные испытания.

Достигаемые экологические преимущества

Эффективность по снижению ХПК достигает 50%. При этом наиболее высокий эффект наблюдается по отношению к трудно-окисляемой биологическими методами органике. Абсорбированная на иле органика после совместной флотации, за счет образования капилляров из мелких пузырьков воздуха, обезвоживается легче, чем после отстаивания.

Значительное снижение поступления органических соединений в систему биологической очистки, что значительно повышает общую эффективность очистных сооружений по снижению БПК и ХПК.

Экономические аспекты внедрения

Снижение нагрузки на биологическую очистку позволяет повышать производительность основного производства без реконструкции сооружений биологической очистки. Применение технологии в качестве локальной очистки высококонцентрированных сточных вод позволяет значительно повысить степень водооборота за счет использования очищенной сточной воды вместо свежей.

Описание перспективных технологий для производства бумаги и картона (ПТ-4)

ПТ-4.1 Снижение расхода воды и удельных сбросов при организации максимально возможного замкнутого цикла использования оборотной воды

Описание технологии

С целью сокращения расхода свежей воды и снижения сбрасываемых сточных вод, удаляемую из бумажной массы в процессе формования полотна на БДМ или КДМ воду используют как оборотную на стадии роспуска волокнистых полуфабрикатов, при разбавлении бумажной массы перед сортированием и очисткой, регулировании концентрации бумажной массы).

В зависимости от места образования и содержания взвешенных и растворенных веществ оборотную воду разделяют на три потока (цикла).

Первый поток образует регистровая вода из зоны формования бумажного полотна сеточной части, обогащенная волокном, наполнителями. Эта вода без осветления направляется на разбавление в массоподготовительный отдел и в поток бумаго/картоноделательной машины.

Вода второго потока (из отсасывающих ящиков, гауч-вала, прессовой части, промывки сеток) содержит в два-три раза меньше взвешенных частиц, чем регистровая вода. Эта вода отправляется на локальную внутрицеховую очистку, после чего осветленную воду используют в технологическом процессе вместо свежей воды. Уловленное волокно от локальной очистки возвращается в поток.

Вода третьего потока содержит избыточную оборотную воду из вторичного цикла (от очистителей, сортировок и др.). Из-за высокой степени загрязненности ее, как сточную воду, направляют на химико-механическую и/или биологическую очистку на очистные сооружения предприятия.

Преимуществом использования такой технологии является снижение потерь сырья и энергии, снижение объема сточных вод и потребления свежей воды.

Описанные технологии внедрены на многих европейских, североамериканских предприятиях по производству бумаги.

Степень проработки

Мероприятия по снижению потребления воды могут выполняться как на действующих, так и на вновь создаваемых предприятиях. Однако, разделение водных систем производств целлюлозы и бумаги на интегрированных предприятиях, или высокая степень замыкания водной системы - мероприятия более дорогостоящие для старых предприятий, так как для создания замкнутой системы водопользования, весьма вероятно, потребуется реконструкция системы трубопроводов и серьезная модернизация мокрой части БДМ.

Достигаемые экологические преимущества

В зависимости от начального технического состояния предприятия достижимые уровни потребления свежей воды для разных видов бумаги составляют:

- газетная бумага: 8 - 13 ;

- немелованная бумага высокого качества: 5 - 12 ;

- мелованная бумага высокого качества: 5 - 15 ;

- тонкая мелованная бумага: 10 - 15 ;

- суперкаландрированная бумага: 10 - 15 ;

- многослойный гофрокартон: 8 - 15  (из первичного волокна);

- флютинг (бумага для гофрирования): 4 - 10  (из первичного волокна);

- санитарно-гигиенические виды бумаги: 10 - 15  (из первичного волокна; продукты с большой массой 1  или низшие сорта); 15 - 25  (из первичного волокна; продукты с малой массой 1  или высшие сорта).

Экономические аспекты внедрения

Общей информации о структуре расходов для создания замкнутой системы водооборота нет, поскольку каждое предприятие представляет собой отдельный случай в этом отношении. Затраты зависят в основном от технических характеристик предприятия и местных условий. Стоимость этих мероприятий зависит в каждом конкретном случае от степени реконструкции основного и вспомогательного оборудования.

ПТ-4.2 Оптимизация схемы очистки сточной воды с использованием новых технологий внутрицеховой очистки "искусственной почки"

Описание технологии

Традиционная фильтрация не позволяет хорошо удалять взвешенные и коллоидные вещества с эффективным размером менее 1 мкм. Таким образом, малые бактерии и коллоиды проходят через фильтр.

Мембранные технологии, в зависимости от размера пор мембраны (которые примерно соответствуют "молекулярному весу" удаляемых органических соединений) и давления фильтрации, теоретически способны удалять почти 100% органических веществ без использования нежелательных соединений в водной среде. В зависимости от размера пор мембраны мембранные процессы делятся на микрофильтацию, ультрафильтрацию и нанофильтрацию.

Недостатком методов мембранной фильтрации является то, что ни один из них не способен справиться с внезапными пиковыми нагрузками по взвешенным веществам.

Основными аспектами, влияющими на выбор мембранной технологии являются: параметры потока воды на входе, требуемое количество и качество очищенной воды, требования к техническому обслуживанию.

При рассмотрении этих аспектов, ультрафильтрация может использоваться как "искусственная почка", очищающая оборотную воду и дополнительно замыкающая водооборот.

"Искусственная почка" для очистки оборотной воды в технологическом потоке может состоять из дискового фильтра, дуговых сит и системы ультрафильтрации. Предварительно отфильтрованная оборотная вода поступает в расходный бак системы ультрафильтрации. Производительность по очищенной воде зависит от числа работающих фильтров. Перепад давления поддерживается на возможно низком уровне, например, 0,7-0,8 бар. Качество фильтрата достаточно хорошее, чтобы его можно было использовать, например, в спрысках, для уплотнения или разбавления химикатов, используемых на БДМ. Концентрат с фильтров может подаваться на основные очистные сооружения.

Для процесса ультрафильтрации (для обеспечения работы насосов) требуется электроэнергии 2,6 кВтч на 1  очищенной оборотной воды. Нет никаких данных для сравнения экологических параметров работы обычных систем биологической очистки с использованием активного ила и систем, использующих интегрированную УФ + биологическую очистку концентратов. Для мембранной фильтрации решающей проблемой является проблема переработки жидких или твердых отходов.

Степень проработки

Промышленные испытания мембранных технологий очистки, в особенности для очистки оборотной воды БДМ или КДМ, проводились только на нескольких предприятиях в Европе.

Достигаемые экологические преимущества

Мембраны УФ удаляют практически 100% ВВ, 99% бактерий, 100% мутности (удаляется весь коллоидный материал), 45% - 70% анионов. ХПК по растворенным веществам снижается примерно на 10% - 20%. Мембраны подлежат утилизации после истечения срока использования. Технология по их утилизации отсутствует.

Экономические аспекты внедрения

Капитальные затраты при использовании мембранной фильтрации оборотной воды составляют примерно 0,3 (данные соответствует производительности 5000  очищенной оборотной воды). Обслуживание и ППР (замена мембран и часы работы) - в пределах 0,05 , стоимость электроэнергии - 0,07 , стоимость химикатов для промывки - 0,02 . Общие эксплуатационные затраты составляют примерно 0,14 .

Справочные материалы: Материалы РАО "Бумпром", 2005 г.

ПТ-4.3 Повышение сухости бумажного полотна после прессовой части БДМ с использованием новых технологий обезвоживания массы

Описание технологии

При обезвоживании бумажного полотна в прессовой части БДМ/КДМ, оснащенных прессами с обычной зоной прессования, давление в зазоре прессов, достигая своего верхнего предела, обеспечивает сухость бумажного полотна в диапазоне 45 - 50%. Для повышения сухости бумажного полотна после прессовой части БДМ/КДМ используют прессы с расширенной зоной прессования, так называемые башмачные прессы, позволяющие интенсифицировать процесс обезвоживания бумажного полотна в прессовой части и увеличить его сухость. В таком прессе один вал прижимается к другому гидравликой.

Конструкция башмачного пресса позволяет значительно расширить зону прессования и время контакта в зазоре, по сравнению с традиционными прессами. Высокая сухость после прессования дает экономию энергии, улучшает прохождение полотна в сушильной части благодаря его возросшей прочности.

Степень проработки

Башмачный пресс применяется как на новых, так и на старых БДМ для производства большинства видов бумаги.

С 1997 года все новые высокоскоростные БДМ укомплектованы башмачными прессами. В 1998 г. в США введена в эксплуатацию БДМ для производства высококачественной бумаги с двумя башмачными прессами.

В сфере производства тестлайнера и бумаги для гофрирования в Германии известны следующие установки (Papierfabrik Adolf Jass/Fulda, Papierfabrik

Klingele/Weener, Papierfabrik Schoellershammer/Dren, Papier- und Kartonfabrik Varel/Varel, SCA Packaging Industriepapier/Aschaffenburg.

Достигаемые экологические преимущества

Сухость бумажного полотна после прессовой части увеличивается на 3 - 12%. Экономия удельного потребления пара на сушку бумаги - 20 - 30%, соответственно, снижение выбросов в атмосферу, увеличение производительности - до 30%.

Экономические аспекты внедрения

Капитальные расходы на установку башмачного пресса на БДМ шириной 5 м составят примерно 10 млн. евро (включая все монтажные работы). Эксплуатационные расходы, включая сукна, покрытие валов, их шлифовку, электроэнергию на привод башмачного пресса примерно такие же, как и для обычного пресса. Экономия по пару в сушильной части составляет от 10 до 15 евро/т пара, что при удельном расходе 2 т пара/т бумаги экономит от 20 до 30 евро/т бумаги.

При реконструкции прессовой части обычный период окупаемости составляет примерно 2,5 года, если нет других ограничений для увеличения скорости машины.

ПТ-4.4 Регенерация и повторное использование сточных вод процесса мелования бумаги и картона

Описание технологии

В процессе производства мелованных видов бумаги и картона в сточные воды попадают пигменты, красители, связующие вещества. Регенерация и повторное использование осветленных сточных вод от меловальной кухни и установки по нанесению покрытий снижают количество твердых отходов до 70%, что обеспечивает, одновременно, сокращение расхода химикатов, используемых для приготовления меловальной пасты, и некоторое уменьшение потребления воды.

Система ультрафильтрации включает мембранный фильтр, емкости, трубопроводы, запорно-регулирующую арматуру, КИПиА.

Степень проработки

В последнее время вводятся в эксплуатацию меловальные установки для производства высококачественной мелованной бумаги, имеющие в своем составе установки по очистке и регенерации твердых отходов мелования.

Достигаемые экологические преимущества

Снижение содержания в сточных водах от меловальной установки количества твердых отходов до 70%, увеличение степени использования осветленной оборотной воды, снижение нагрузки на очистные сооружения.

Экономические аспекты внедрения

Затраты на установку производительностью 200 - 400  в сутки составляет примерно 0,5 - 1,5 млн. евро. Эксплуатационные затраты - 0,1 млн. евро.

ПТ-4.5 Локальная предварительная очистка сточных вод от процесса мелования бумаги и картона

Описание технологии

Облегчается работа системы биологической очистки сточных вод, возможно повторное использование осветленного фильтрата. Снижается эксплуатационная нагрузка на очистные сооружения по общим взвешенным веществам, уменьшается вероятность залповых сбросов взвешенных веществ, уменьшаются сбои в работе первичного осветлителя.

Оборудование - выравнивающий бассейн, ступенчатый сетчатый фильтр, смеситель, осветлитель пластинчатого типа.

Степень проработки

Частичное внедрение.

Достигаемые экологические преимущества

Обеспечивается утилизация осадка сгустителя.

Экономические аспекты внедрения

Затраты на локальную очистку сточных вод процесса мелования при помощи флокуляции 1,2 - 1,4 млн. евро/тыс. т. Эксплуатационные расходы составляют 75-150 тыс. евро/год, не включая расходы на захоронение.

ПТ-4.6 Проклейка бумаги и картона

Описание технологии

В мировой практике сложился следующий набор наилучших технологий проклейки бумаги и картона:

- псевдонейтральная технология проклейки с использованием дисперсий канифольных продуктов;

- нейтральная проклейка с использованием дисперсий алкилкетен димеров (АКД);

- нейтральная проклейка с использованием эмульсий алкенилянтарных анигидридов (АСА).

Степень проработки

В России в настоящее время реализуются все три варианта указанных технологий.

Для реализации пседвонейтральной проклейки используются преимущественно дисперсии укрепленной канифоли под названием Сакоцелл 309 производства фирмы Кемира. Псевдонейтральная технология пришла на смену традиционной кислой технологии. Оборудование для дозирования клея Сакоцелл простейшее: расходная емкость и дозировочный насос с расходомером.

Для реализации проклейки АКД используют дисперсии АКД следующих компаний: Геркулес, Кемира, Акзо-Нобель. В последние 2 года в России компанией "СКИФ" организовано производство дисперсий АКД, по своим качествам не уступающей мировым аналогам. Продукты этой фирмы под названием Ультрасайз в настоящее время медленно вытесняют продукты указанных выше компаний. Оборудование для дозирования дисперсий АКД простейшее: расходная емкость и дозировочный стандартный насос с расходомером.

Экологические аспекты

Псевдонейтральная проклейка позволила, прежде всего, минимизировать расход сульфата алюминия. Если на обычной канифольной проклейке предприятия расходовали на 1 т бумаги 25 - 40 кг сульфата алюминия, то с переходом на псевдонейтральную - 7 - 21 кг/т. Снизился и расход самого канифольного продукта с 9 - 25 кг/т до 6 - 16 кг/т. Кроме того, предприятия стали производить продукцию при рН 5,5 - 6.5, вместо 4,3 - 5,5. Следовательно уменьшилась концентрация сульфат ионов в процессной и сточной воде.

Экономические аспекты внедрения

Проклейка с помощью АКД многовариантна, но наиболее распространенный вариант включает следующую комбинацию химикатов: катионный крахмал средней степени замещения, который дозируют в густую бумажную массу в количестве 5 - 7 кг/т, затем дозируют карбонат кальция, далее вводят дисперсию АКД и, наконец, перед смесительным насосом в оборотную воду вводят либо силиказоль 1 - 4 кг/т, либо бентонит 1 - 4 кг/т. В оборотную воду иногда вводят полиалюминий хлорид в количестве до 1 кг/т. Оборудование для обеспечения данной технологии:

- автоматический джет-кукер, который производит варку крахмала в автоматическом режиме по заданной программе. Джет-кукеры изготавливают многие компании (например, BVG, Германия, Valmet-Raisio, Финляндия, Cerestar (Германия) и др. В России джет-кукеры не производятся;

- емкости с мешалками и насосы для приготовления суспензии карбоната кальция и подачи его в массу;

- расходная емкость и дозировочный насос для подачи АКД в массу;

- расходная емкость и дозировочный насос для подачи силиказоля в массу;

- автоматическая установка для приготовления суспензии бентонита и подачи его в массу;

- расходная емкость и дозировочный насос для подачи полиалюминий хлорида в массу.

Основные преимущества проклейки АКД вместо канифольной:

- бумага изготавливается в слабощелочной среде, что очень способствует повышению устойчивости бумаги к старению;

- бумагу можно производить с большим содержанием наполнителя, при этом можно отказаться от каолина и перейти на более дешевый, и оказывающий меньшее влияние на прочность бумаги, карбонат кальция;

- расход дисперсии АКД существенно ниже (2 - 4 кг/т), чем расход канифольного клея, а применение сульфата алюминия не требуется;

- технология исключительно экологически дружественна, так как сточные воды содержат лишь взвешенные вещества.

Этот метод проклейки на крупных предприятиях постепенно замещается проклейкой АСА, как еще более экономичной.

Для реализации проклейки АСА используют АСА - масла различных компаний: Кемира, Акзо-Нобель и др. Данная технология довольно уверенно распространяется на предприятия России, так как она позволяет получать требуемые показатели впитываемости при расходах АСА масла 1,0 - 1,5 кг/т. Она дешевле, чем проклейка дисперсиями АКД. Однако использование АСА требует комбинации специального оборудования:

- кукера для приготовления специализированного катионного крахмала для эмульгирования АСА;

- эмульгатора, в котором с помощью раствора крахмала АСА - масло переводят в очень тонкую эмульсию, которую немедленно направляют к точке дозировки. Технология может быть отнесена к наилучшим технологиям проклейки по своей наиболее высокой экономичности (АСА дешевле, чем АКД; приготовление эмульсии АСА на предприятии дешевле, чем приготовление дисперсии АКД у изготовителя) и экологической безопасности. По всем другим параметрам данная технология мало отличается от проклейки АКД.

ПТ-4.7 Упрочнение бумаги и картона

Описание технологии

Для упрочнения бумаги и картона в массе в России используют главным образом катионные крахмалы от различных компаний. Поставщиками крахмалов для упрочнения являются следующие компании: Райсио (Финляндия), Ибредькрахмал (Россия).

Для упрочнения в массу вводят катионные крахмалы предпочтительно средней степени замещения или несколько выше. Расходы крахмалов составляют 4 - 12 кг/т. Для приготовления растворов крахмалов на крупных предприятиях (например, Сегежский ЦБК) используют автоматические джет-кукеры от различных производителей. Сваренные при 125°С 2% растворы крахмала поступают в расходную емкость и оттуда дозировочными насосами направляются к точкам дозировки.

Джет-кукер способен проводить автоматическую варку крахмала в интервалах температур 110 - 165°С. Производительность аппаратов может достигать 1 - 2 т/час, что вполне достаточно, чтобы обслуживать БДМ 200 - 300 т/час. В то же время такие аппараты занимают площадь не более 20 . Важнейшим преимуществом варки крахмала в джет кукере являются практически полное отсутствие пыли, очень небольшие потери крахмала (менее 0,5%), легкая управляемость.

Степень проработки

Реализовано промышленное внедрение

Экологические аспекты

Технологию варки крахмалов для упрочнения на кукерах можно отнести к наилучшим из существующих, так как эта технология практически полностью исключает тяжелый ручной труд, полученные растворы крахмала имеют одинаковую концентрацию.

Экономические аспекты внедрения

Нет необходимости иметь большие емкости для хранения рабочего раствора крахмала. Нет необходимости иметь специального оператора. Указанные преимущества данной технологии оказали настолько сильное влияние на технологов, что в настоящее время джет-кукеры получили самое широкое распространение на абсолютном большинстве современных предприятий, где необходима непрерывная варка крахмала.

ПТ-4.8 Регулирование удержания компонентов бумажной массы на сетке БДМ

Описание технологии

Для удержания компонентов бумажной массы при формовании бумажного полотна на сеточном столе используются следующие наиболее прогрессивные варианты удерживающих систем:

- система Композил (комбинация катионного крахмала и силиказоля);

- система, в которой комбинируются катионный крахмал и анионный бентонит;

- система, в которой комбинируются катионный полиакриламид и бентонит.

Система Композил предусматривает обработку массы последовательным введением катионного крахмала и силиказоля. Оборудование для реализации этой системы простейшее, за исключением джет-кукера для варки катионного крахмала. Эта система в России в основном внедрена специалистами компании Ека - Нобель.

Система, комбинирующая катионный крахмала и суспензию бентонита предусматривает последовательное введение в массу сначала раствора крахмала, а затем бентонита. Эта система имеет очевидное преимущество над системой Композил. Бентонитовый порошок привозят на предприятие сухим, что особенно важно для России, где минусовые температуры (недопустимые для водных дисперсий силиказоля) являются обычным делом. Для варианта наилучшей технологии для данного случая необходим джет-кукер для варки крахмала и автоматическая установка для приготовления суспензии бентонита. Такая система реализуется, например, на предприятии Монди Сыктывкар. Система очень компактна, предельно легка в управлении, требует минимального внимания, надежна в эксплуатации. Такая система может работать годами без ремонта. Используя данную технологию можно получать весьма высокий уровень удержания (до 82%) при минимальных затратах на химикаты.

Степень проработки

Все эти системы удержания освоены главным образом на крупных предприятиях. На мелких и средних предприятиях используются либо более простые однокомпонентные системы, либо многокомпонентные на основе полиакриамидов (Кемира).

Система, комбинирующая катионный полиакриламид и бентонит находится в стадии опытно-промышленных исследований. В отличие от системы катионный крахмал-бентонит, эта система требует кроме джет-кукера еще автоматической установки для приготовления раствора полиакриламида. Такие установки поставляют компании Кемира, Налко и др.

Экологические аспекты

За счет повышения удержания компонентов бумажной массы в сеточной части БДМ/КДМ снижается содержание взвешенных веществ в подсеточной воде и соответственно снижается нагрузка на очистные сооружения.

Экономические аспекты внедрения

Увеличение скорости обезвоживания бумажного полотна в сеточной части. Увеличение удержания мелкого волокна и наполнителей снижает нагрузку на очистные сооружения и тем самым экономится энергия на перекачку меньших объемов сточных вод на очистку.

Описание перспективных биотехнологий, технологий, основанных на новых физико-химических методах (ПТ-5)

ПТ-5.1 Биоотбеливание сульфатной небеленой целлюлозы

Описание технологии

При предварительной обработке сульфатной небеленой целлюлозы ксиланазами, процесс отбеливания проходит заметно интенсивнее. Это позволяет разработать технологию отбеливания, которая дает возможность вовсе отказаться от применения элементарного хлора и полностью перейти на отбеливание двуокисью хлора и пероксидом водорода. (или технология отбеливания, в которой потребление двуокиси хлора меньше на 15 - 20%, а каустика на 10 - 15%. Ксиланазы эффективны и при кислородно- щелочной отбелке. Все это привело к резкому снижению диоксиновой опасности. В настоящее время заводы в Финляндии, производящие сульфатную небеленую целлюлозу, используют ферменты ксиланазы и не используют элементарный хлор. Расход фермента ксиланазы составляет 100 - 300 г/т целлюлозы в зависимости от эффективности фермента и подготовленности целлюлозного потока для данной технологии.

Сущность технологии с следующем:

- в целлюлозу после промывки и сгущения вводят небольшие количества кислоты для регулирования рН до необходимого уровня и затем вводят ксиланазу в количестве 100 - 300 г/т целлюлозы. Далее в отдельной башне в течение 30 - 90 минут при температуре 50 - 70°С проводят ферментацию и далее, не отделяя продуктов расщепления, направляют массу на процесс отбеливания двуокисью хлора. Дозировка ферментного препарата позволяет обходиться самым простейшим набором оборудования.

Степень проработки

В настоящее время ксиланазы для отбеливания целлюлозы производит множество компаний. Ферменты производят из культуральных жидкостей в основном грибов и бактерий. Эффективность ферментного препарата сильно зависит от технологии изготовления препарата и присутствия других ферментов. В Финляндии и др. странах ксиланазы находят применение при отбеливании как лиственной сульфатной небеленой целлюлозы, так и хвойной главным образом по экологическим соображениям.

Процесс биоотбеливания постепенно распространяется по странам мира. В настоящее время кроме Финляндии этот процесс освоен на некоторых предприятиях Канады, США, Швеции, и др.

В России технология биоотбеливания в опытно-промышленных масштабах внедрено на 2 заводах: Ксиланазы для отбеливания поставляет компания Банмарк. Расход ферментов на тонну целлюлозы до 300 г.

Экологические аспекты

Технология с применением ксиланаз позволяет сэкономить 15 - 20% дорогостоящей двуокиси хлора, расход каустика на 10 - 15% и практически избежать образования хлорлигнинов, которые попадая в сточные воды, служат источником опаснейших ядов диоксинового типа.

Экономические аспекты внедрения

Применение ксиланаз снижает расход двуокиси хлора на 15 - 20% и позволяет отказаться от применения элементарного хлора и таким образом резко повысить уровень безопасность технологии отбеливания и экологическую безопасность сточных вод от отбельного производства.

Оборудование, используемое для дозировки ферментов простейшее: к контейнеру на 1  подключен дозировочный микронасос с расходомером.

ПТ-5.2 Биодеинкинг (производство бумаги/картона из макулатуры)

Описание технологии

Деинкинг - это процесс удаления печатной краски из макулатуры в процессе ее переработки на волокнистую массу. В стандартной технологии деинкинга используют: 1 - 3% каустика, 1 - 3% силиката натрия, 0,5 - 1% перекиси водорода и около 0,5% поверхностно-активных веществ на 1 т полученного волокна. Обработка макулатуры такой системой приводит к сильному загрязнению и минерализации процессной воды, очистка которой требует немалых затрат. Кроме того, классическая система деинкинга малоэффективна при переработке офисной макулатуры, в которой тонер глубоко проникает в толщу бумаги и даже отдельных волокон. Более того, у классического процесса деинкинга есть довольно слабое место - это измельчение частиц краски в процессе механического воздействия на волокнистую массу. В результате возрастает доля очень дисперсных частиц краски, которые плохо поддаются процессу пенной флотации и плохо удаляются из волокнистой массы.

Использование целлюлаз интенсифицирует процесс отделения краски от поверхности волокон в отсутствии других химикатов при мягком механическом воздействии на отделяемую печатную краску и особенно тонер. Исследования показали, что если подобрать условия, благоприятные для гидролитического воздействия ферментов целлюлаз на волокнистую матрицу, то возможет хороший деинкинг с использованием одних ферментов без добавления щелочи и других химикатов.

Степень проработки

В настоящее время процесс биодеинкинга в ряде случае доведен до практической реализации и его можно рассматривать как наилучшую альтернативу классическому процессу деинкинга.

Экологические аспекты

Процесс привлекателен с точки зрения резкого снижения ресурсоемкости процесса деинкинга и резкого уменьшения минерализации процессной воды. Особенно важно то, что процесс можно проводить совершенно без применения традиционных сильно щелочных химикатов: силиката натрия и каустика.

Экономические аспекты внедрения

Биодеинкинг не требует какого-либо сложного и дорогого оборудования. Процесс можно осуществлять в обычных емкостях при слабом перемешивании.

Сущность процесса биодеинкинга: в волокнистую массу с максимальной концентрацией (6 - 15%) и температурой 40 - 60°С водят 300 - 500 г/т целлюлозы и ферментируют при мягком перемешивании 30 - 90 минут. Затем массу разбавляют до требуемой концентрации и направляют на флотацию. Исследования показали, что биодеинкинг вполне может конкурировать с классическим деинкингом в части удаления краски, а по экологической и экономической эффективности его превосходит. Поскольку дозировка фермента невелика, для хранения и дозирования фермента не требуется специального оборудования. Ферментный препарат поставляется в емкости на 1 м3 и устанавливается в удобном месте поблизости от места дозирования. Для дозирования используют стандартный дозировочный микронасос с расходомером.

Технология биодеинкинга позволяет снизить потери волокна с флотационной пеной, отказаться от использования большого количества экологически недружественных химикатов (20 - 40 кг/т), получить продукт с меньшей себестоимостью. Используемый же ферментный препарат на основе целлюлюлаз является абсолютно безвредным биологически разлагаемым продуктом.

В настоящее время целлюлозы для биодеинкинга производят многие фирмы

В России биодеинкинг пока не используется прежде всего потому, что деинкинг как таковой практически отсутствует (работает лишь небольшой цех на Каменногорской бумажной фабрике). Однако в ближайшие 4 - 5 лет развитие деинкинга неизбежно. Следовательно, найдут применение и целлюлазы.

ПТ-5.3 Ферментативное снижение смоляных затруднений

Описание технологии

Смоляные затруднения (отложения частиц смолы на оборудовании) обусловлены липкими смолами, присутствующими в древесине. Смоляных отложения характерны как для хвойных волокнистых полуфабрикатов, так и для лиственных, хотя по составу липкие вещества хвойных пород и лиственных пород существенно отличаются. Наиболее сильно проявляются смоляные отложения при переработке хвойной целлюлозы, сваренной сульфитным способом. Имеют место смоляные отложения при получении древесной массы их древесины хвойных пород.

Главной причиной липкости древесных смол хвойных пород являются триглицериды жирных кислот. Если разрушить эти триглицериды, то отложения смолы на оборудовании резко снизятся. Применение липаз, ферментов, расщепляющих триглицериды на жирные кислоты и глицерин, показало хороший эффект. Смоляные отложения резко снизились. Технология была апробирована в Японии при получении древесной массы их хвойной древесины.

Сущность технологии: раствор липаз в воде дозируют в волокнистую массу (лучше при повышенной температуре) в количестве 100 - 300 г/т дозирующим микронасосом из пластмассового контейнера на 1 . Липкость смолы резко снижается.

Данная технология, наряду с технологий адсорбционного блокирования вредной смолы тальком может быть рассмотрена как наилучшая, так как она предельно проста и абсолютно экологически безопасна.

Степень проработки

Технология находится в стадии развития.

Липазы для снижения смоляных затруднений производят лишь некоторые компании. Например, компания "Новозим".

ПТ-5.4 Ферментативное расщепление крахмала при приготовлении клеильных растворов для клеильных прессов

Описание технологии

Для поверхностной проклейки упаковочных материалов, а также печатных видов бумаги и офисной бумаги в массовом количестве используют модифицированные крахмалы. Модификация направлена на снижение вязкости клеильных растворов и улучшение связующего потенциалала крахмального покрытия.

Существуют следующие схемы реализации процесса получения модифицированного крахмала для приготовления клеильного раствора:

- модифицированный крахмал закупается у изготовителя модифицированного крахмала в бумажных мешках по 20 - 25 кг; этот крахмал подвергается варке в кукере периодического или непрерывного типа (джет-кукер) и полученный раствор направляют на клеильный пресс;

- нативный крахмал подвергают окислительной варке непосредственно на предприятии (окисление гипохлоритом или персульфатом аммония) и полученный раствор крахмала направляют на клеильный пресс;

- нативный крахмал подвергают ферментативному расщеплению с помощью фермента альфа амилазы в специальном аппарате, где это процесс производится автоматически по специально разработанной программе.

Практика показала, что наилучшая технология - это автоматическая технология получения крахмального раствора с помощью гидролитического расщепления альфа амилазами. Эта технология имеет следующие преимущества перед другими имеющимися:

- расход альфа амилазы ничтожен (первые сотни граммов на 1 т), что обуславливает дешевизну модификации;

- альфа амилаза абсолютно безвредный бесхлорный продукт и не представляет никакой потенциальной опасности (в отличие от гипохлорита натрия);

- автоматическое проведение процесса по установленной программе гарантирует получение раствора со стабильными свойствами и минимальные потери крахмала (менее 0,5%).

Когда мы говорим о наилучшей технологии биорасщепления крахмала для получения клеильного раствора для клеильного пресса, то мы имеем в виду комбинацию следующих наилучших элементов:

- альфа амилазы;

- оборудования (установки) для реализации процесса расщепления;

- программного обеспечения процесса;

- технологической и экологической безопасности процесса и оборудования.

Степень проработки

В настоящее время установки и технологию для ферментативного расщепления крахмала предлагает несколько компаний, в том числе Metso Paper, Ciba-Raisio, Cerestar, BVG и др.

В России технология ферментативного расщепления крахмала для поверхностной обработки используется пока на 2 предприятиях: на заводе Интернешнл Пэйпа и Монди Сыктывкар.

Экологические аспекты

Крахмальные растворы легко комбинируются с гидрофобирующими дисперсиями и это позволяет в ряде случаев вообще отказаться от проклейки (гидрофобизации) в массе. Особенно это важно для предприятий, на которых волокнистая масса сильно загрязнена анионными веществами и проклейка в массе, а также использование катионных крахмалов в массу практически не дают экономически приемлемых результатов.

Экономические аспекты внедрения

Технология поверхностной проклейки, при которой приготовленный крахмальный раствор комбинируют с небольшим количеством гидрофобирующего агента, очень экономична. Действительно, если проклеивать сильно загрязненную бумажную массу "в массе", то для получения показателя впитываемости не более 30  потребуется 15 - 16 кг канифольных продуктов и применения сульфата алюминия 18 - 22 кг/т, в то время как поверхностная проклейка с добавлением в состав гидрофобирующего агента позволяет обеспечить показатель впитываемости 23 - 27  при расходе гидрофобирующего агента всего 1,5 - 2,0 кг/т.

ПТ-5.5 Вторичная или биологическая очистка аэробным способом

Описание технологии

В основном применяется для предприятий, использующих вторичное волокно. Возможно комбинировать биологическую ступень с озонной очисткой или мембранной фильтрацией. Эффективность очистки достигается системами активного ила с низкой нагрузкой, в зависимости использования оборудования (биофильтров, реакторов с подвижным биослоем, реакторами с подвижными питателями, погружным фильтрами). Соотношение ХПК/БПК в отфильтрованных пробах сточной воды после биологической очистки от 4 до 7 или от 7 до 10.

Степень проработки

Частичное внедрение.

Достигаемые экологические преимущества

Система активного ила с высокой нагрузкой потребляет 0,3 - 0,5 кг /кг удаленного . Система активного ила с низкой нагрузкой требуют 1,5 - 2. Удельное энергопотребление на разложение (удаление) 1 кг составляет 0,3 - 3,0 кВт.ч.

Экономические аспекты внедрения

Затраты (по опыту работы бумажной фабрики Франции для системы очистки активного или в производстве печатных видов бумаги мощностью 300 тонн бумаги в сутки - 3 млн. Евро, гофрированной бумаги - (100 т/сутки) - 1,5 млн. Евро.

ПТ-5.6 Физико-химическая очистка сточных вод ДПЦ

Описание технологии

В процессе подготовки сырья: от окорочных барабанов, размораживающего конвейера, короотжимных прессов образуются сточные воды, содержащие большое количество трудно окисляемых органических соединений. После грубой механической очистки на барабанных решетках, где удаляются крупные включения, сточные воды поступают в приемный резервуар, куда подаются реагенты (коагулянт и флокулянт) или избыточный активный ил, который хорошо адсорбирует на себя высокомолекулярные органические соединения. Из приемной камеры сточные воды подаются в смеситель, где смешиваются с циркулирующей водой, насыщенной воздухом, и поступают во флотатор. Растворенный в циркулирующей воде под давлением воздух при смешении со сточными водами выделяется в виде мельчайших пузырьков, которые прилипают к скоагулированным органическим загрязнениям, в результате чего они всплывают и в сгущенном виде удаляются с поверхности флотатора.

Степень проработки

Проводятся опытно-промышленные работы по внедрению способа.

Достигаемые экологические преимущества.

Сточные воды древесно-подготовительного цеха содержат большое количество трудно окисляемых органических соединений и для полного окисления требуют значительно более долгой биологической обработки, чем это происходит на традиционных сооружениях биологической очистки. Кроме того, при разбавлении в общем объеме сточных вод концентрация таких загрязнений снижается, что так же приводит к снижению эффективности очистки. Удаление значительного количества трудно окисляемых органических соединений физико-химическим способом позволяет заметно снизить нагрузку на сооружения биологической очистки и объем прироста активного ила, что положительно сказывается на его дальнейшей утилизации.

Экономические аспекты внедрения

Традиционно сточные воды древесно-подготовительного производства подвергаются механической очистке от крупных включений и сбрасываются в общезаводскую канализацию. Очищенные сточные воды можно использовать повторно, что снижает общее потребление воды и уменьшает гидравлическую нагрузку на очистные сооружения.

Снижение на 20 - 30% трудно окисляемых органических загрязнений, сбрасываемых на очистные сооружения от цеха подготовки древесного сырья.

ПТ - 5.7 Очистка сточных вод

Описание технологии

Наилучшими технологиями при очистке сточных вод являются:

- организация раздельного обезвоживания осадков первичных отстойников и избыточного активного ила;

- устранение условий образования вторичных загрязнений (застойные зоны, подача уловленных на последних ступенях загрязнений на вход очистки и т.п.);

- применение физико-химических методов (флотация) уплотнения избыточного и циркулирующего активного ила. Это позволяет избежать содержания активного ила в анаэробных условиях и снизить гидравлическую нагрузку на сооружения биологической очистки;

- применение флото-фильтров для доочистки сточных вод после ступени биологической очистки;

- применение биосорбции с использованием избыточного активного ила с последующим физико-химическим методом удаления взвешенных веществ из сточных вод перед подачей на биологическую очистку;

- применение в качестве оборудования для обезвоживания избыточного активного ила аппаратов, не допускающих попадания в фильтрат мелкодисперсной части ила;

- применение локальных физико-химических систем очистки особо загрязненных сточных вод производства;

- организация отдельного потока сточных вод, не содержащих органические соединения (например, сточные воды с повышенным солесодержанием от продувки барабанов котлов) в обход системы биологической очистки.

Степень проработки

Внедрено частично.

Достигаемые экологические преимущества

Снижение загрязнений в сточных водах за счет избирательной системы очистки.

Увеличение количества неутилизируемых отходов, увеличение площадей для размещения шламов от физико-химической очистки.

Экономические аспекты внедрения

Снижение расхода воды за счет комбинированного использования водооборота.

Увеличение расходов на химикаты.

ПТ-5.8 Использование низкопотенциального тепла

Описание технологии

Использование низкопотенциального тепла от процессов для получения компоста из избыточного активного ила и отходов подготовки древесины (смет с территории приемки древесного сырья, содержащий кору, древесные отходы, землю). Метод разработан ЦЭПЛ РАН и Спб ГТУ РП.

Избыточный активный ил в своем составе содержит "Природное соотношение" органики, азота и фосфора в формах наилучшим образом усваиваемых растениями.

В качестве органической основы компоста выступает обезвоженный избыточный активный ил с абсорбированной органикой. Измельченные коро-древесные отходы, содержащие землю и песок, являются наполнителями, улучшающими структуру компоста и позволяющие легко аэрировать (методом рыхления) субстрат при компостировании. Для ускорения компостирования площадку для созревания компоста можно подогревать с использованием избытков тепла от процессов и поддерживать необходимую влажность используя очищенные сточные воды. Так же можно осуществить засев компоста червями, что обеспечивает созревание компоста в течение 2 - 3 месяцев. После созревания в компост хорошо добавить золу от сжигания древесных отходов. Зола содержит значительное количество микроэлементов, необходимых для улучшения роста растений.

Полученный компост хорошо подходит для выращивания саженцев для лесовосстановления, восстановления плодородия лесных почв после рубок, ландшафтного восстановления после строительства, рекультивации карьеров, выведенных из эксплуатации промышленных площадок, организации плантаций ускоренного роста технических культур и древесины.

Степень проработки

Стадия опытных испытаний технологии.

Достигаемые экологические преимущества

Извлечение избыточного активного ила из баланса топлива многотопливного котла утилизатора повышает тепловой КПД и увеличивает удельную выработку тепла.

Экономические аспекты внедрения

Использование компоста в качестве почвообразователя позволяет восстановить плодородие лесных почв и в долгосрочной перспективе, значительно увеличить съем древесины с единицы расчетной лесосеки.

ПТ-5.9 Водный пиролиз органических отходов

Описание технологии

Обработка органических отходов в водной среде при сверхкритических параметрах. Смесь органических отходов (опилки, осадки, ил и т.п.) с водой - реакционная смесь, обрабатывается при высокой температуре под давлением.

При высоких температурах происходит термическое разложение органических веществ, сходное с пиролизом. Вода играет роль теплоносителя с хорошим коэффициентом теплопередачи. После проведения разложения смесь поступает в теплообменник, в котором основная часть тепла возвращается в процесс для предварительного нагрева реакционной смеси. Таким образом в процесс возвращается значительное количество тепла, которое безвозвратно теряется при обычном пиролизе. Охлажденная смесь поступает на сепарирование, а вода возвращается в процесс.

Использование последовательной каталитической обработки горячей реакционной смеси позволит из продуктов разложения органических соединений синтезировать нерастворимые в воде или легко летучие органические соединения, которые легко отделить от воды, и которые могут использоваться в качестве топлива.

Степень проработки

На стадии экспериментальных исследований.

Достигаемые экологические преимущества

Утилизация древесных отходов для получения альтернативного вида топлива.

Экономические аспекты внедрения

Вовлечение отходов основного производства для получения энергоресурсов и возможности использования для других целей.

ПТ-5.10 Пропитка щепы перед варкой

Описание технологии

Противоточная пропитка проводится в пропиточной колонне, устанавливаемой перед варочным котлом непрерывного действия способствует улучшению пропитки щепы перед варкой и равномерности ее провара.

Горячий щелок из зоны отбора крепкого щелока поступает в нижнюю часть пропиточной колонны и двигается навстречу столбу щепы, загружаемой в верхнюю часть пропиточной колонны. При этом щепа по мере движения сверху вниз пропитывается, нагревается. Остаточная активная щелочность частично расходуется на омыление легкоомыляемых компонентов (органических, жирных и смоляных кислот), которые выводятся вместе со щелоком из верхней части пропиточной колонны.

Противоточная пропитка позволяет лучше использовать остаточную щелочность и тепло щелока, отбираемого из котла. При этом сокращается удельный расход белого щелока на варку, а также расход тепла на нагрев щепы в котле до температуры варки.

Улучшается равномерность провара щепы. Снижается удельная гидравлическая нагрузка на выпарную станцию. Улучшает степень провара, повышает выход и механическая прочность целлюлозы. Снижается количество отходов сортирования и расход реагентов на отбелку.

Степень проработки

Проводятся опытно-промышленные работы по внедрению способа.

Достигаемые экологические преимущества

Улучшение равномерности провара щепы снижает удельный вынос органических веществ в отбелку, снижает удельный расход химикатов на отбелку и количество органических соединений в сточных водах отбельного цеха.

Экономические аспекты внедрения

За счет увеличения выхода полуфабриката снижаются удельные расходы сырья и химикатов на варку.

ПТ-5.11 Промывка целлюлозы

Описание технологии

Наилучшей технологией считается использование диффузоров давления после промывки внизу котла (для непрерывной варки) или после вытеснения крепкого щелока и замещения фильтратом (при периодической варке). Высокая температура, которую можно держать при использовании диффузоров давления, позволяет повысить степень вытеснения и лучше удалять высокомолекулярную часть органических соединений черного щелока. В итоге ХПК поступающее в отбелку снижается.

Наилучшей технологией при применении промывных прессов является применение в сочетании с ними емкостей для выдержки разбавленной массы после пресса, в которых происходит диффузия органических веществ, находящихся во внутренних полостях волокна.

Степень проработки

Промышленные испытания.

Достигаемые экономические преимущества

Снижение показателя ХПК на промывку снижается. Применение промывного пресса в качестве последней ступени промывки позволяет значительно снизить расход промывной воды на промывку, что значительно снижает гидравлическую нагрузку на выпарную станцию.

Экономические аспекты внедрения

Снижение расхода промывной воды на промывку позволяет незначительно экономить электроэнергию за счет снижения объемов перекачек.

ПТ-5.12 Сортирование целлюлозной массы

Описание технологии

Наилучшей технологией считается расположение узла сортирования до ступени КЩО, что позволяет повысить эффективность удаления костры и непровара из массы перед отбелкой.

Размол "сучков" и возврат на повторное сортирование или на варку не должен применяться.

Степень проработки

Промышленные испытания.

Достигаемые экологические преимущества

Снижается расход отбеливающих реагентов при отбелке целлюлозы и содержание органических загрязнений в сточных водах отбельного цеха.

Экономические аспекты внедрения

При установке сортирования перед ступенью КЩО, мелкая костра в массе после сортирования "пробеливается" на ступени КЩО, что позволяет уменьшить количество отходов сортирования и снижает расход белящих реагентов при отбелке целлюлозы.

Размол сучков и непровара приводит к увеличению содержания непроваренных волоков в массе, что приводит к увеличению расхода химикатов на отбелку и увеличивает содержание органических соединений в сточных водах процесса отбелки.

ПТ-5.13 Отбелка целлюлозы

Описание технологии

Применение в качестве промывных аппаратов прессов в сочетании с насосами средней концентрации для обеспечения выравнивания концентрации загрязнений внутри волокна и в фильтрате.

Применение динамических смесителей средней концентрации для более равномерной степени перемешивания массы с химикатами.

Организация противоточной промывки массы после ступеней отбелки отдельно кислыми и щелочными потоками.

Применение в качестве промывной воды избыточной оборотной воды сушильного цеха или буммашины.

Степень проработки

Внедрено частично.

Достигаемые экологические преимущества

Значительное снижение расхода воды, химикатов на отбелку, а также снижение содержания загрязнений в сточных водах отбельного цеха, поступающих на очистные сооружения.

Экономические аспекты внедрения

Для промывки целлюлозы между ступенями отбелки используются промывные прессы. После прессов масса разбавляется фильтратом с промывки следующей ступени отбелки для лучшей подготовки массы к следующей ступени отбелки. После насосов средней концентрации устанавливаются динамические смесители средней концентрации для равномерного перемешивания белящих реагентов. В такой конфигурации снижается удельный расход химикатов тепла и воды при отбелке целлюлозы.

ПТ-5.14 Газификация мелкой фракции отходов сортирования щепы

Описание технологии

Метод газификайии# мелкой фракции сортирования щепы позволяет снизить использования газа, угля или мазута на технологические нужды (за исключением пусковых операций).

Мелкая фракция отходов сортирования щепы через уплотняющий шнековый пресс поступает в камеру газификации. На выходе из шнека происходит газификации древесных отходов плазмой. В результате, в камере образуются горючие пиролизные газы под давлением, которые можно на прямую подавать в форсунки печей для обжига извести, нагревателей воздуха аэрофонтанных сушилок и в другие места, где сжигается мазут или газ.

Степень проработки

Ведутся работы по подготовке к внедрению.

Достигаемые экологические преимущества

При сжигании древесных отходов выбросы значительно ниже, чем при сжигании мазута. Снижение использования ископаемого топлива снижает выбросы парниковых газов при производстве.

Экономические аспекты внедрения

Применение в качестве топлива, сжигаемого в форсунках мазута, требует наличия сложной и дорогой системы приемки, разгрузки, хранения, постоянного подогрева и циркуляции. Стоимость единицы тепла, полученной от сжигания мазута значительно превышает стоимость тепла, полученного от сжигания древесных отходов.

ПТ-5.15 Переработка осадков сточных вод (кек - уплотненный или высушенный ил и осадок) методом сверхкритических технологий (СКТ)

Описание технологии

Процесс СКТ заключается в обработке (в проточном режиме) углеродсодержащей биомассы около 90% влажности (сгущенного ила и осадка, кека) без доступа воздуха при температурах 300 - 500°С и давлении 220 - 250 атм., что формирует условия при которых отсутствует процесс образования канцерогенов (фуранов и диоксинов).

После СКТ процесса получается технически чистая вода, минеральный остаток и газообразная составляющая с последующей ее утилизацией в различные виды энергоносителей.

Степень проработки

На стадии опытных работ.

Экологические аспекты

СКТ обеспечивает низкий уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете на объем производимой продукции сульфатной целлюлозы.

Дополнительно эта технология позволяет исключить стадии уплотнения и механического обезвоживания с добавлением флокулянтов, снизить объемы потребления воды и сократить затраты на утилизацию осадков сточных вод на 20 - 30%.

Экономические аспекты внедрения

Капитальные затраты в 25 раз ниже затрат на сжигание осадка и в 10 раз ниже затрат на термическую сушку осадка, эксплуатационные расходы в 3 раза ниже затрат при сжигании осадка и в 1,3 ниже эксплуатационных затрат при термической сушке осадка.

ПТ-5.16 Технологии производства и использования наноцеллюлозы в производстве картонно-бумажной продукции

Описание технологии

Полимерные материалы, в том числе целлюлозосодержащие, являются сложными гетерогенными (многокомпонентными) системами, свойства которых определяются химическим строением компонентов, характером и интенсивностью взаимодействия между ними, а также микро- и макроструктурой материала. Использование в композиции целлюлозосодержащих композиционных материалов наноразмерных элементов целлюлозы-наноцеллюлозы (НЦ) позволяет регулировать характеристики получаемой продукции.

Получение наноцеллюлозы из древесной пульпы включает процессы измельчения до получения волокон диаметром 50 - 1000 нм и длиной несколько миллиметров с последующим химико-механическим измельчением, включающим селективный кислотный гидролиз в течение 2 - 3 часов при температуре 60 - 100°С, с использованием соляной или серной кислоты; отделение продукта от водной фазы путем центрифугирования, фильтрования в вакууме, гомогенизацию в специальных аппаратах под высоким давлением. Использование криосушки и обработки жидким азотом увеличивает себестоимость продукта.

Степень проработки

На стадии опытных работ.

Экологические аспекты

Введение наноцеллюлозы в композицию бумажной массы способствует удержанию мелкого волокна и наполнителей в сеточной части БДМ. Ускоряются процессы образования межволоконных связей, что способствует более эффективному структурированию, уплотнению бумажного листа и снижению "провала" в подсеточные воды мелких волокон, наполнителей на 15 - 20%, тем самым снижает нагрузку на очистные сооружения.

Экономические аспекты внедрения

Наибольшее влияние добавка НЦ оказывает на следующие показатели качества бумаги, картона: сопротивление продавливанию (12 - 15%), сопротивление плоскостному сжатию гофрированного образца бумаги (15 - 20%), разрушающее усилие (10 - 15%); сопротивление торцовому сжатию гофрированного образца бумаги (12 - 20%).

Характерными свойствами использования наноцеллюлозы является высокая механическая прочность, сопоставимая с прочностью углеродных нанотрубок и способность образовывать двух- и трехмерные армирующие сетки с химическими связями в составе нанокомпозиционных материалов.

Области применения наночастиц целлюлозы различного типа определяются не только высокой прочностью нанофибрилл и нанокристаллитов, но и такими характеристиками, как высокая химическая чистота, биосовместимость, развитая поверхность, высокая адсорбционная способность, нерастворимость, неволокнистая структура.

При получении полимеров для упаковки используются в качестве армирующего наполнителя стекловолокно, углеродные нанотрубки и т.п. Но ни один из подобных материалов не разлагается за короткий срок. Полимеры, содержащие НЦ, за два - четыре месяца в почве полностью "распадаются" на воду, углекислый газ и гумусные вещества. С этой точки зрения НЦ в перспективе имеет преимущества при получении экологически чистой биоразлагаемой упаковки.

Имеются другие направления эффективного использования НЦ.

Перечень перспективных технологий приведен в Приложении Ж