Водообращение в производстве нитратов целлюлозы

Отмечено снижение числа молекул, обладающих высокой молекулярной массой (показаны стрелками), а также наблюдается сужение пика, что свидетельствует о деструкции низкомолекулярной фракции.
Анализ чувствительности к механическим воздействиям (удар, трение) не показал структурных изменений в образцах после их обработки.
При этом экспериментально показано, что увеличение продолжительности биообработки до 75 суток не приводит к повышению эффективности процесса биодеградации.
С учетом полученных данных, а также по результатам обзора литературы был сделан вывод о необходимости предварительной обработки НЦ раствором щелочи для повышения эффективности последующей утилизации НЦ.
Для экспериментальных исследований щелочного гидролиза нитратов целлюлозы использовали пластиковую емкость объемом 19 дм, куда помещали образец шламов массой 2 кг. Содержание влаги в образце составляло 66,2 %. Массовое содержание нитратов целлюлозы в составе образце составляло 96 %. В эту же емкость внесли 4 дм раствора NaOH концентрацией 3 % таким образом, чтобы образец шламов был полностью погружен в раствор щелочи. Предварительно экспериментальным путем было установлено, что при указанном соотношении гидролизующего раствора к шламу минимальная концентрация раствора щелочи, при которой протекает гидролиз, составляет 3 %. При этом значение рН раствора соответствовало 11,9.
На 16 и 19 сутки процентное содержание нитратов целлюлозы осталось неизменным и составило 95 % по массе, содержание оксидов азота 188,2 мг/л и 185,0 мг/л соответственно. При этом было отмечено снижение значений рН до 9,5.
С целью повышения рН среды и ускорения процесса гидролиза произвели замену надосадочной жидкости на вновь приготовленный раствор NaOH концентрацией 3%.
В последующие 4 суток эксперимента визуально отмечено уменьшение размеров частиц НЦ настолько, что внешний вид осадка напоминал песочную массу, рис. 4.

Рисунок 4 – Внешний вид образца до (а) и после (б) щелочной обработки
При этом значение рН среды составляло 11,8. В образце осадка после эксперимента обнаружены следовые значения содержания НЦ, что свидетельствует о полном протекании щелочного гидролиза шламов.
По результатам проведенных экспериментальных исследований показано, что для эффективного протекания гидролиза НЦ необходимо поддержание рН на уровне 11-12 ед. При этом длительность процесса составляет 20-25 суток. В зависимости от исходного содержания НЦ в составе шлама.
Таким образом, экспериментально показано, что отдельная утилизация осадков сточных вод исследованными микробными ассоциациями характеризуется крайне низкой эффективностью.
Одним из путей интенсификации процесса является проведение предварительного щелочного гидролиза осадков. В результате исследований была выбрана концентрация щелочи, достаточная для инициации гидролиза НЦ, составившая 3 %.
Подобраны основные технологические режимы протекания предварительной обработки осадков сточных вод для последующей утилизации продуктов гидролиза.

Заключение
Традиционные схемы обезвреживания сточных вод производства нитратов целлюлозы являются недостаточно эффективными, что обусловливает интерес к разработкам новых способов очистки стоков вышеуказанных производств.
В качестве основной ступени очистки сточных вод на промышленном объекте производства нитратов целлюлозы на современном этапе предлагается биологическая очистка с использованием аэрируемых биофильтров, дополненная щелочным гидролизом продуктов деструкции НЦ. Основанием для этого является возможность комплексного удаления растворенных и коллоидных примесей большим количеством биомассы, накопленной в иммобилизованном виде на поверхности загрузочного материала биофильтра. В плотном слое загрузки развиваются различные группы микроорганизмов, участвующие в процессах удаления примесей органических веществ, превращениях неорганических соединений азота и серы из сточной воды.
Полученная в процессе биофильтрации очищенная вода может использоваться в качестве оборотной воды в производстве, а донные иловые отложения после соответствующей обработки можно использовать в качестве удобрений для сельского хозяйства.


Список литературы
Закощиков А.П. Нитроцеллюлоза. - М.: Оборонгиз, 1950. – 371 с.
Забелин Л.В., Закощиков А.П. Хлопковая целлюлоза. - М.: ЦНИИНТИ, 1976. – 280 с.
Пономарев Б.А., Русин Д.Л., Серегин В.В., Леонова Е.В., Беликова Т.А. Получение нитратов целлюлозы из льняной целлюлозы с учетом экономических и экологических факторов // Успехи в химии и химической технологии. 2011. Т. 25. № 12 (128). С. 40-44.
Куликов А.В., Супырев А.В. Современные безопасные методы получения высококачественных нитратов и эфиров целлюлоз // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 24. С. 36-41.
Гиндич В.И. Производство нитратов целлюлоз / В.И. Гиндич. – М.: ЦНИИНТИ, 1984. - 360с.
Позин М.Е. Технология минеральных удобрений / М.Е. Позин. – Л.: Химия, 1983. - 336с.
Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот) / М.Е. Позин. – Л.: Химия, ч. II, 1974. - 768с.
Петрова, О.Е. Трансформация нитроэфира целлюлозы сульфатредуцирующей бактерией Desulfovibrio desulfuricans 1388: дис. ... канд. техн. наук: 03.00.07: защищена 12.01.04: утв. 25.06.04 / Петрова Ольга Евгеневна. - М., 2004. – 114 с.
Петрова О.Е., Давыдова М.Н., Тарасова Н.Б., Мухитова Ф.К. Сульфатредуцирующие бактерии в биологической переработке промышленных отходов, содержащих нитроцеллюлозу // Вестн. Моск. Ун-та. – 2003. – Т.44. - №1. – С. 43-45.
Зарипов С.А., Наумов А.В., Суворова Е.С., Ярусов А.В., Наумова Р.П. Начальные этапы трансформации 2,4,6-тринитротолуола микроорганизмами // Микробиология. - 2004. - Т. 73. -№ 4. - С. 472-478.









2