Технологии переработки и утилизации отходов легкой и текстильной промышленности

В результате хозяйственной деятельности образуются отходы, которые могут быть использованы в других видах производства. Отходы (текстиль, лом металлов, макулатура, пластмасса, стекло) принято делить на отходы производства и отходы потребления.

Методы физико-химической очистки окрашенных сточных вод, применяемые в легкой промышленности, делят на три группы.

1. Методы, обеспечивающие извлечение загрязнений переводом их в осадок или флотошлам путем сорбции на хлопьях гидроксидов металлов, образующихся при реагентной обработке сточных вод (коагуляция, реагентная напорная флотация, электрокоагуляция). Для них характерны недостатки: невысокая степень очистки (особенно обесцвечивание); необходимость эмпирического подбора реагентов или материала электродов (усложняет обработку при непостоянстве компонентов стоков); трудности при автоматизации процессов дозировки реагентов; наличие значительного количества влажных осадков или флотошлама (требуется наличие дополнительных сооружений для их обезвоживания, складирования или захоронения); опасность загрязнения почвы и грунтовых вод.

2. Сепаративные методы (сорбция на активных углях и макропористых ионитах; обратный осмос, ультрафильтрация, пенная сепарация, электрофлотация). Эти Методы (кроме пенной сепарации и электрофлотации) обеспечивают высокую степень очистки сточных вод, но при условии предварительной механохимической обработки, удаляющей нерастворимые примеси, т.е. имеют все недостатки первой группы. Кроме того, методы 2-й группы сложны в аппаратурном исполнении и имеют высокую себестоимость очистки, что ограничивает их применение в системах замкнутого водоснабжения.

3. Деструктивные методы основаны на глубоких превращениях органических молекул в результате редокс-процессов. Методы 3-й группы имеют высокую эффективность, технологичность, компактность, простоту автоматизации и управления. При их реализации не продуцируются осадки, а в очищаемую воду не вносятся дополнительные загрязнения, характерные для хлоридных, сульфатных и прочих ионов, имеющих место при реагентных методах очистки. Деструктивная очистка на основе разного рода окислительно-восстановительных реакций позволяют изменять структуру органических красителей вплоть до нарушения фромофорно-ауксохромного строения с последующим глубоким их расщеплением до более простых; легко окисляемых органических продуктов или минеральных соединений; обеспечивает полную деградацию ПАВ с потерей их поверхностно-активных свойств.

Из деструктивных методов очистки применяются: очистка сточных вод окислением; реагентная восстановительно-окислительная очистка; электрохимическая очистка и электрокаталитическая деструкция.

Окислительные методы обеспечивают глубокие превращения сложных органических молекул под действием окислителя с образованием простых соединений, легко усваиваемых микроорганизмами в ходе биохимической очистки или в процессе самоочищения. В качестве окислителей используют озон, пероксид водорода, хлор и его соединения. Установлено, что при обработке растворов, содержащих смесь красителей и ПАВ, даже при полном обесцвечивании происходит лишь частичное окисление ПАВ. При озонировании происходит окисление отдельных функциональных групп органических красителей без разрушения ароматических колец. На окисление сопутствующих красителям и ПАВ примесей увеличивается расход озона и продолжительность обработки.

Например, при озонировании стоков ситценабивной фабрики с интенсивностью окраски 1:256 за 90 мин окраска снижается на 95%, а взятых модельных растворов красителей — за 8 мин. К недостаткам озонирования прежде всего относятся: недостаточная степень окисления химически стойких органических веществ, что может привести к образованию более токсичных примесей; большая энергоемкость процесса, достигающая 11 кВт на получение 1 кг озона; сложность аппаратуры для получения озона. Более целесообразно применять озон для доочистки биохимически очищенных стоков или в системах оборотного водоснабжения после предварительной механохимической очистки.

Представляет интерес использовать в технологиях водоочистки экологически чистый окислитель Н2О2 (пероксид водорода). В разбавленных растворах (а стоки именно такие) этот процесс протекает крайне медленно, что требует применения катализаторов. При этом окислительным агентом является не сам пероксид водорода, а продукты его распада с более высоким редокс-потенциалом. Для очистки сточных вод перспективней использовать пероксид водорода после предварительного концентрирования их на специально подобранном адсорбенте-катализаторе (пористый силикагель, покрытый промотирующими добавками оксидов никеля, меди, кобальта).

При этом глубокая деструкция пероксидом водорода органических загрязнений происходит не в жидкой фазе, а на поверхности адсорбента-катализатора, что дает возможность организации процесса в оптимальных условиях. Оптимальная доза пероксида водорода составляет 4 мг на 1 мг О2 (по ХПК) хемосорбированных органических загрязнений, при которой происходит 100% обесцвечивание сточной воды и снижение ХПК на 96% при исходном значении 140 мг/л. Применение ограничивается высокой стоимостью реагента.

Наиболее перспективными в настоящее время считаются деструктивные превращения под воздействием хлора и его соединений. Они не только эффективны по степени обесцвечивания красителей и снижения ХПК, но и достаточно экономичны. Свободный или входящий в состав соединений хлор способен вступать в реакции хлорирования и окисления органических веществ, обладает высоким окислительным потенциалом и относительной дешевизной, что характеризуется концентрацией активного хлора (а. х.). Аппаратурное оформление хлораторных достаточно компактно и поддается автоматизированию. На практике обработку хлором или гипохлоритом часто сочетают с коагулированием, УФ- или гамма-облучением, что позволяет существенно повысить степень очистки стоков в тонком слое обрабатываемой воды или при малом объеме стоков.

К недостаткам применения а.х. относится: высокая хлороемкость сточных вод большой окисляемости; изменение солевого состава воды и увеличение плотности остатка; вероятность образования хлорпроизводных и хлоратов, подлежащих в последующем удалению. Кроме того, процесс очистки длится до двух часов, но и после этого в обработанной воде остается значительное количество а.х., т.e. необходимо принятие специальных мер для дехлорирования.

Метод реагентной деструкции

Очистка окрашенных сточных вод, загрязненных растворенными органическими веществами (красители, ПАВ, ТВВ), является биохимически стойкой. Поэтому для обесцвечивания требуется глубокая деструкция их молекул. В химических технологиях для обесцвечивания окрасок текстильных изделий применяют разрушение красителей проведением реакции восстановления с использованием атомарного водорода, что приводит к нарушению их хромофорно-ауксохромной структуры. Обесцвечивания можно достичь и за счет разрушения красителей белящими веществами, которые также обладают восстановительными свойствами. Изделия обесцвечивают в щелочном растворе гидросульфита натрия или в кислом растворе ронгалита под действием температуры и влаги с выделением разных конечных продуктов, в том числе атомарного водорода:

Использование для физико-химической деструкции гидросульфита натрия или ронгалита нерентабельно из-за значительного расхода этих дефицитных реагентов (даже на слабозагрязненный общий сток до 3 кг/м3), хотя при этом успешно осуществляется глубокое обесцвечивание окрашенных сточных вод. Но полезно помнить, что атомарный водород может быть получен при взаимодействии разбавленной соляной или серной кислоты с металлическими стружками.

Сущность процесса реагентной деструкции заключается в разрушении красителей и ПАВ с помощью кислотного гидролиза; восстановлении атомарным водородом в момент его выделения при взаимодействии подкисленного кислотой стока с железными стружками; щелочного гидролиза и адсорбции продуктов расщепления органических веществ на хлопья гидроксидов железа при последующем подщелачивании.

Метод электрохимической очистки (окисления) получил широкое признание после появления новых, дешевых и коррозионноустойчивых электродных материалов. Достаточно высокая эффективность очистки сточных вод, надежность и быстрый вывод оборудования на рабочий режим, отсутствие осадков также указывает на перспективность этого метода.

Сущность метода электрохимической деструкции заключается в обработке стоков в аппарате с нерастворимыми в условиях анодной поляризации электродами. Это обеспечивается наличием в стоках хлорид-ионов, соответствующим подбором анодного материала и режимом обработки. Глубина минерализации органических загрязнений определяется электродными редокс-процессами (катодное восстановление и анодное окисление) и объемными реакциями под воздействием продуктов электролиза.

Процессы электрохимической очистки стоков протекают с образованием газовой фазы. При наличии внешнего электрического поля на катоде происходит выделение водорода и электролитическое восстановление органических соединений.

В кислых растворах восстановление иона водорода можно представить в следующем виде: сначала происходит разряд катиона с потерей им гидратной оболочки и адсорбция (адс.) на поверхности электрода: Н3О + ё -> Н(адс)+Н2О; затем образуется молекула водорода путем рекомбинации ионов Н(адс) Н(адс) + Н(адс) -> Н2.

В щелочных растворах при ничтожно малых концентрациях Н3О разряд в первой реакции восстановления протекает непосредственно из молекул воды Н2О + ё -» Н(адс) +ОН.