Разработка ученых Пермского Политеха позволит повысить экологичность производства целлюлозы

Для производства бумаги и картона основным сырьем является целлюлоза – волокнистый материал, который получают химической обработкой древесины. После ее изготовления образуются жидкие отходы – сульфитные щелока, состоящие в основном из высокомолекулярных химических соединений. Их переработка является сложной технологической и экологической проблемой, поскольку при попадании в природные водоемы они усиливают их зарастание. Поэтому перед сбросом туда их нужно сначала нейтрализовать – отправить на специальные очистные сооружения. Проблема в том, что основным компонентом сульфитных щелоков являются лигносульфонаты – вещества, сброс которых в очистное оборудование приводит к нарушению их работы и, как следствие, плохой очистке отходов. Для того, чтобы этого избежать, ученые Пермского Политеха разработали способ разрушения лигносульфонатов, что позволит уменьшить нагрузку на очистные сооружения на 70-80%.

На изобретение выдан патент №2832778. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Целлюлозу производят из древесины и других растительных материалов – хлопка, льна, бамбука. Ее получение включает химическую обработку сырья, которая позволяет отделить целлюлозу от лишних примесей. После этого процесса остаются отходы – сульфитные щелока, жидкие растворы, которые состоят преимущественно из высокомолекулярных химических соединений.

Их необходимо утилизировать, поскольку вещества в составе сульфитных щелоков приводят к зарастанию воды, дефициту кислорода в ней и нарушению экосистемы. Чаще всего их смешивают со сточными водами и очищают на специальных сооружениях, чтобы затем без вреда для окружающей среды сбросить в водоемы.

Очистка происходит с помощью микроорганизмов, которые разлагают органические вещества на более простые и безопасные соединения – поэтому такой процесс называется биологическим методом. Но есть проблема: основным компонентом (60%) сульфитных щелоков являются вещества под названием лигносульфонаты, которые обладают высокой биологической устойчивостью, а, значит, плохо поддаются такой обработке. Именно их сброс на биологические очистные сооружения приводит к нарушению работы и снижению эффективности очистки сточных вод.

Ученые Пермского Политеха разработали способ, позволяющий снизить устойчивость лигносульфонатов и таким образом обеспечить эффективную обработку производственных отходов.

– Лигносульфонаты – это природные полимеры с высокой биологической устойчивостью и свойствами поверхностно-активных веществ, поэтому при попадании их в водоемы снижается уровень кислорода, что приводит к зарастанию и ухудшению качества воды. Основными показателями, которые используются для оценки уровня загрязнения жидкости органическими веществами, являются химическое и биохимическое потребление кислорода, а возможность применения биологических методов очистки определяет соотношение этих двух параметров. Поэтому именно на них мы и ориентировались, создавая свой метод – поясняет Алена Жуланова, доцент кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ, кандидат технических наук.

– Сначала мы разбавляем щелок сточными водами, которые остаются после промывки целлюлозы. Предварительно туда добавляли 10-процентный раствор соляной кислоты. Затем проводим окислительную обработку разбавленного щелока реактивом Фентона – специальной смесью для разрушения лигносульфонатов – при температуре 18-20 °С в течение 1-3 часов. Применение данного метода позволяет повысить соотношение химического и биохимического потребления кислорода в воде с 0,075 до 0,45 (учитывая, что при соотношении ХПК к БПК ниже 0,4 биологическую очистку применять невозможно, т. к. микроорганизмы просто не смогут выжить), – рассказывает Ирина Глушанкова, профессор кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ, доктор технических наук.

Предложенный учеными Пермского Политеха метод позволяет снизить нагрузку на биологические очистные сооружения на 70-80%. Это делает процесс очистки жидких отходов более эффективным и экологически безопасным. Разработка данного способа является важным шагом на пути к созданию более экологичных технологий в целлюлозно-бумажной промышленности.