Влияние условий коагуляционной обработки на эффективность очистки лигнинсодержащей сточной воды по данным планированного эксперимента

УДК

628.314

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.4.159

Аннотация

Эффективным способом удаления лигнинных веществ из стоков предприятий ЦБП является обработка коагулянтами. Согласно схеме локальной очистки лигнинсодержащая сточная вода обрабатывается отдельно, то есть до смешения с общим стоком предприятия. Для изучения эффективности процесса коагуляции лигнина алюмо- и железосодержащими реагентами предложено использовать метод планированного эксперимента – ротатабельный центральный композиционный план второго порядка для трех факторов. Объектом исследований служила модельная вода с концентрацией сульфатного лигнина 400 мг/л. Изучено влияние дозировки коагулянта, рН и продолжительности обработки сточной воды на степень ее очистки по лигнину и цветности. Все полученные модели оказались адекватными. Были построены поверхности отклика, демонстрирующие влияние режимных параметров на выходные характеристики. Установлено, что существенное влияние на эффективность удаления лигнина оказывают рН и дозировка коагулянта. Определены оптимальные интервалы рН и дозировок для исследуемых реагентов: сульфата и оксихлорида алюминия, алюмокалиевых квасцов и сульфата железа (III). Продолжительность обработки коагулянтом в интервале от 1 до 4 мин влияния на степень очистки практически не оказывает. Наилучшие результаты были получены при использовании оксихлорида алюминия: эффективность очистки по лигнину и цветности превысила 90 %. Определены оптимальные условия: рН 6,7...7,0, дозировка – 50...55 мг Al₂O₃/л.

*Статья опубликована в рамках реализации программы развития научных журналов
в 2019 г.

Сведения об авторах

Е.Л. Седова, аспирант; ORCID:0000-0003-0903-7304
К.Б. Воронцов, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: P-2313-2019, ORCID: 0000-0001-6369-7245
С.А. Буркова, магистрант; ORCID: 0000-0003-1710-8280
Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: lelenasedova@mail.ru, k.vorontsov@narfu.ru, burkovasv@bk.ru

Ключевые слова

коагуляция, коагулянт, очистка сточных вод, планированный эксперимент, целлюлозно-бумажная промышленность

Для цитирования

Седова Е.Л., Воронцов К.Б., Буркова С.А. Влияние условий коагуляционной обработки на эффективность очистки лигнинсодержащей сточной воды по данным планированного эксперимента // Лесн. журн. 2019. № 4. С. 159–167. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.159

Литература

1. Андреев А.И., Селянина С.Б., Богданович Н.И. Сорбционные свойства лиственных и хвойных сульфатных лигнинов // Химия растительного сырья. 2012. №. 2. С. 33–39.
2. Байбородин А.М., Воронцов К.Б., Богданович Н.И. Коагуляционная очистка сильнозагрязненного стока ДПЦ-3 ОАО «Архангельский ЦБК» // Лесн. журн. 2012. № 4. (Изв. высш. учеб. заведений).
3. Байбородин А.М., Воронцов К.Б., Богданович Н.И. Разработка системы локальной очистки сильнозагрязненных сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий // Вода: химия и экология. 2011. № 8. С. 16–21.
4. Богданович Н.И. и др. Планирование эксперимента в примерах и расчетах // Архангельск: Изд-во САФУ, 2010. 126 с.
5. Варакин Е.А. и др. Влияние сточных вод производства целлюлозы на окислительную способность микроорганизмов очистных сооружений // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2015. Т. 18, № 7. С. 277–280.
6. Гетманцев С.В., Нечаев И.А., Гандурина Л.В. Очистка промышленных сточных вод коагулянтами и флокулянтами. М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2008. 272 с.
7. Дягилева А.Б., Чернобережский Ю.М. Коллоидно-химические аспекты очистки сточных вод от примесей лигнинов. Ч. 2 // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2009. № 8. С. 74–78.
8. Линевич С.Н., Гетманцев С.В. Коагуляционный метод водообработки. М.: Наука, 2007.
9. Личутина Т.Ф., Боголицын К.Г., Гусакова М.А. Экологическая оценка деятельности предприятий целлюлозно-бумажной промышленности. Перспективные направления утилизации отходов // Рос. хим. журн. 2011. Т. 55, № 1. С. 101–107.
10. Смирнова А.И., Дягилева А.Б. Механизм формирования органоминеральных структур на основе сульфатного лигнина и алюмосодержащих компонентов // Лесн. журн. 2011. № 6. С. 112–118. (Изв. высш. учеб. заведений).
11. Хабаров Ю.Г. Методы определения лигнинов // Лесн. журн. 2004. № 3. С. 86–102. (Изв. высш. учеб. заведений).
12. Штамм Е.В. и др. Природа токсического воздействия сточных вод предприятий целлюлозно-бумажного производства на водные экосистемы // Химическая физика. 2015. Т. 34, № 6. С. 22. DOI: 10.7868/S0207401X15060072
13. Birjandi N., Younesi H., Bahramifar N. Treatment of Wastewater Effluents From Paper-recycling Plants by Coagulation Process and Otimization of Treatment Conditions With Response Surface Methodology. Applied Water Science, 2016, vol. 6, no.4. pp. 339–348.
14. Chernoberezhskii Y.M. et al. Recovery of Kraft Lignin From Aqueous Solutions with Oxotitanium Sulfate, Aluminum Sulfate, and Their Mixture. Russian journal of applied chemistry, 2002, vol. 75, no.10, pp. 1696–1699.
15. Irfan M. et al. The Removal of COD, TSS and Colour of Black Liquor by Coagulation– Flocculation Process at Optimized pH, Settling and Dosing Rate. Arabian Journal of Chemistry, 2017, vol. 10, pp. S2307–S2318.
16. Kamali M., Khodaparast Z. Review on Recent Developments on Pulp and Paper Mill Wastewater Treatment. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2015, vol. 114, pp. 326–342.
17. Lindholm-Lehto P.C. et al. Refractory Organic Pollutants and Toxicity in Pulp and Paper Mill Wastewaters. Environmental Science and Pollution Research, 2015, vol. 22, no. 9, pp. 6473–6499.
18. Tir M., Moulai-Mostefa N. Optimization of Oil Removal From Oily Wastewater by Electrocoagulation Using Response Surface Method. Journal Of Hazardous Materials, 2008, vol. 158, no.1, pp. 107–115.
19. Trinh T.K., Kang L.S. Application of Response Surface Method as an Experimental Design to Optimize Coagulation Tests. Environmental Engineering Research, 2010, vol. 15, no. 2, pp. 63–70.
20. Trinh T.K., Kang L.S. Response Surface Methodological Approach to Optimize the Coagulation–Flocculation Process in Drinking Water Treatment. Chemical Engineering Research And Design, 2011, vol. 89, no. 7, pp. 1126–1135.

Поступила 19.06.19

Ссылка на английскую версию:

Influence of Coagulation Treatment on the Efficiency of Lignin Containing Wastewater Purification

UDC 628.314
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.159

Influence of Coagulation Treatment on the Efficiency of Lignin Containing Wastewater Purification*

E.L. Sedova, Postgraduate Student; ORCID:0000-0003-0903-7304
K.B. Vorontsov, Candidate of Engineering, Assoc. Prof.; ResearcherID: P-2313-2019, ORCID: 0000-0001-6369-7245
S.A. Burkova, Master; ORCID: 0000-0003-1710-8280
Nothern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; e-mail: lelenasedova@mail.ru,
k.vorontsov@narfu.ru, burkovasv@bk.ru

An effective way to remove lignin substances from the effluents of pulp and paper mills is the coagulants treatment. According to the local treatment scheme, lignin-containing waste water is treated separately, i.e. before mixing with the general flow of the enterprise. To study the efficiency of the process of coagulation of lignin by aluminum- and iron-containing reagents, it is proposed to apply the response surface methodology, namely – the rotatable central composition plan of the second order for three factors. The object of research was model water containing 400 mg/l sulfate lignin. The effect of coagulant dosage, pH and duration of wastewater treatment on the degree of lignin and chromaticity purification was studied. All the derived models were verified to be adequate. Response surfaces were constructed to demonstrate the effect of regime parameters on the output characteristics. It was found that pH and coagulant dosage have a significant effect on the efficiency of lignin removal. The optimal pH and dosage intervals for the studied reagents were determined: aluminum sulfate and oxychloride, aluminum alum and iron sulfate (III). The duration of coagulant treatment in the range from 1 to 4 minutes has no effect on the degree of purification. The best results were obtained using aluminum oxychloride: lignin and chromaticity purification efficiency exceeded 90 % under the following optimal conditions: pH 6,7...7,0, dosage – 50...55 mg Al2O3/l.
For citation: Sedova E.L., Burkova S.A., Vorontsov K.B. Influence of Coagulation Treatment on the Efficiency of Lignin Containing Wastewater Purification. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 4, pp.159–167. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.159
Keywords: coagulation, coagulant, wastewater treatment, planned experiment, pulp and paper industry.

*The article was published in the framework of implementation the evelopment program of scientific journals in 2019.

REFERENCES

1. Аndreev А.I., Selyanina S.B., Bogdanovich N.I. Sorption Properties of the Shortand Long Fiber Sulfate Lignins. Khimija Rastitel’nogo Syrya , 2012, no. 2, pp. 33–39.
2. Bayborodin A.M., Vorontsov K.B., Bogdanovich N.I. Coagulation Treatment of Heavily Polluted Flow at DPC-3 “Arkhangel’sk Pulp and Paper Mill, PLC”. Lesnoy Zhurnal, 2012, no. 4.
3. Bajborodin A.M., Voroncov K.B., Bogdanovich N.I. Elaboration of the System of the Heavily Polluted Flows Treatment at a Pulp and Paper Mill. Water: Kimiya i Ekologiya, 2011, no. 8, pp. 16–21.
4. Bogdanovich N.I. et al. Design of Experiment in the Examples and Calculaions. Arkhangelsk, NARFU Publ., 2010.
5. Varakin E.A. et al. Impact of The Waste Water of a Pulp Production on the Oxidizing Ability of the Microorganisms at the Sewage Treatment Plant. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta , 2015, vol.18. no. 7.
6. Getmancev S.V., Nechaev I.A., Gandurina L.V. Treatment of the Industrial Waste Water by the Means of Coagulants and Floctuants. Moscow, Association of the Construction Engineering Institutes Publ., 2008.
7. Dyagileva А.B., Chernoberezhskij Yu.M. Colloidal-Chemical Aspects of the Lignin Impurities Clearing of the Waste Water. Part 2. Tsellyuloza. Bumaga. Karton . 2009, no.8. pp. 74–78.
8. Linevich S.N., Getmancev S.V. Coagulative Method of Water Treatment. Moscow, Nauka Publ., 2007.
9. Lichutina T.F. Ecological Assessment of the Pulp and Paper Enterprises Activity. Advanced Direction of the Effluents Recovery. Rossijskiy khimicheskiy zhurnal, 2011, no. 1, pp. 101–107.
10. Smirnova А.I., Dyagileva А.B. Mechanism of Formig of the Organo-mineral Structures Based on the Sulfate Lignin and Aluminium-containing Components. Lesnoj Zhurnal, 2011, no. 6, pp. 112–118.
11. Khabarov Yu.G. Lignins Determination Methods. Lesnoj Zhurnal, 2004, no. 3, pp. 86–102.
12. Shtamm E.V. et al. Character of the Toxic Impact of the Pulp and Paper Mills Waste Water on the Hydrologic Systems. Khmicheskaya Fizika. 2015, vol. 34, no. 6, p. 22.
13. Birjandi N., Younesi H., Bahramifar N. Treatment of Wastewater Effluents From Paper-recycling Plants by Coagulation Process and Otimization of Treatment Conditions With Response Surface Methodology. Applied Water Science, 2016, vol. 6, no.4. pp. 339–348.
14. Chernoberezhskii Y.M. et al. Recovery of Kraft Lignin From Aqueous Solutions with Oxotitanium Sulfate, Aluminum Sulfate, and Their Mixture. Russian journal of applied chemistry, 2002, vol. 75, no.10, pp. 1696–1699.
15. Irfan M. et al. The Removal of COD, TSS and Colour of Black Liquor by Coagulation–Flocculation Process at Optimized pH, Settling and Dosing Rate. Arabian Journal of Chemistry, 2017, vol. 10, pp. S2307–S2318.
16. Kamali M., Khodaparast Z. Review on Recent Developments on Pulp and Paper Mill Wastewater Treatment. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2015, vol. 114, pp. 326–342.
17. Lindholm-Lehto P.C. et al. Refractory Organic Pollutants and Toxicity in Pulp and Paper Mill Wastewaters. Environmental Science and Pollution Research, 2015, vol. 22, no. 9, pp. 6473–6499.
18. Tir M., Moulai-Mostefa N. Optimization of Oil Removal From Oily Wastewater by Electrocoagulation Using Response Surface Method. Journal Of Hazardous Materials, 2008, vol. 158, no.1, pp. 107–115.
19. Trinh T.K., Kang L.S. Application of Response Surface Method as an Experimental Design to Optimize Coagulation Tests. Environmental Engineering Research, 2010, vol. 15, no. 2, pp. 63–70.
20. Trinh T.K., Kang L.S. Response Surface Methodological Approach to Optimize the Coagulation–Flocculation Process in Drinking Water Treatment. Chemical Engineering Research And Design, 2011, vol. 89, no. 7, pp. 1126–1135.

Received on June 19, 2019