Целлюлозно бумажной промышленности. Реферат: Целлюлозно-бумажная промышленность России

22.06.2019Рубрика: Работа по найму

ВВЕДЕНИЕ

отходы целлюлозный геоэкологический

В настоящее время защита и сохранение окружающей среды является одной из приоритетных задач в области экологии. Необходимо осознавать, что природа не бесконечна, и мы должны в полной мере нести ответственность за результаты своей деятельности. В XI веке производственная мощность практически всех видов промышленности продолжает возрастать, что является следствием огромного воздействия на окружающую среду .

Целлюлозно-бумажная промышленность была и остается потенциальным источником загрязнения окружающей среды из-за выбросов и сбросов загрязняющих веществ в атмосферу, водные объекты, почвенные ресурсы . Последствия хранения, складирования, утилизации отходов производства представляют большую опасность. Твердые производственные отходы оказывают большое влияние, как на окружающую среду, так и на устойчивость территорий. Это выражается в первую очередь в том, что для размещения и утилизации отходов необходимы большие территории - объекты размещения отходов.

Для сохранения биосферы и процветания жизни будущих поколений мы должны обеспечить безопасность и создать благоприятные условия для жизнедеятельности, стараться снижать негативное воздействие хозяйственной и производственной деятельности на окружающую среду, а также обеспечить рациональное использование природных ресурсов.

Цель исследования - изучение влияния твердых промышленных отходов Котласского целлюлозно-бумажного комбината на окружающую среду.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Изучены теоретические вопросы по деятельности целлюлозно-бумажной промышленности Архангельской области и Котласского целлюлозно-бумажного комбината и его влияние на окружающую среду;

2. Охарактеризованы объект, материалы исследования и сформулированы методы работы;

3. Приведена геоэкологическая характеристика города Коряжмы и близлежащих территорий;

4. Проведена оценка влияния твердых производственных отходов на окружающую среду и проанализированы методы мониторинга объектов размещения отходов.

Предмет исследования - анализ объемов, состава и размещения твердых производственных отходов предприятия.

ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Целлюлозно-бумажная промышленность России

Целлюлозно-бумажная промышленность России (ЦБП) - отрасль тяжелой промышленности. Целлюлозно-бумажная промышленность - одна из ведущих отраслей лесного комплекса - объединяет технологические процессы получения целлюлозы, бумаги, картона и бумажно-картонных изделий (писчей, книжной и газетной бумаги, тетрадей, салфеток, технического картона и другие). Технологический цикл отрасли четко подразделяется на два процесса: получение целлюлозы и производство бумаги .

В России эта отрасль изначально возникла и развилась в Центральном районе, где было сосредоточено потребление готовой продукции и имелось необходимое текстильное сырье, из которого прежде делали бумагу (не случайно один из первых центров производства бумаги в стране получил название Полотняный Завод). В дальнейшем технология изготовления бумаги изменилась, для нее стало использоваться древесное сырье, и ареал размещения отрасли сдвинулся к северу, в лесоизбыточные районы [Там же].

Первый в России целлюлозный завод, вырабатывающий целлюлозу из древесины, был построен в 1875 году в селе Кошели Боровичского уезда Новгородской губернии, но он проработал недолго из-за его нерентабельности .

Целлюлозно-бумажная промышленность - наиболее сложная отрасль лесного комплекса, связанная с механической обработкой и химической переработкой древесины. Она включает производство целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них .

Эта отрасль характеризуется следующими особенностями [Там же]:

Высокой материалоёмкостью: для получения одной тонны целлюлозы необходимо в среднем пять-шесть м 3 древесины;

Большой водоёмкостью: на одну тонну целлюлозы расходуется в среднем 350 м 3 воды;

Значительной энергоёмкостью: одна тонна продукции требует в среднем около 2000 кВт/ч.

Предприятия ЦБП ориентируются на лесные ресурсы вблизи крупных водных источников. В основном они размещаются на европейской части страны. В бывшем СССР располагались некоторые производители целлюлозы располагались вне лесной зоны и работали на камышовом сырье (в Астрахани, Кзыл-Орде, Измаиле), но в современной России таких предприятий нет. В любом случае создание крупного целлюлозного предприятия возможно лишь вблизи крупного водотока или водоема. К таким гидрологическим объектам можно отнести Северную Двину (предприятия в Архангельске и Новодвинске), Вычегду (Коряжма), Ангару (Усть-Илимск и Братск), Волгу (Балахна и Волжск), Байкал (Байкальск), Онежское озеро (Кондопога), Ладожское озеро (Питкяранта и Сясьстрой). Ориентация на потребителя в целлюлозной отрасли вторична, поэтому значительная часть отечественной целлюлозы вырабатывается в слабозаселенной Восточной Сибири .

Выработка целлюлозы в России производится на целлюлозно-бумажных комбинатах (ЦБК), целлюлозно-бумажных заводах (ЦБЗ) и целлюлозно-картонных комбинатах (ЦКК). Почти на всех этих предприятиях целлюлоза в дальнейшем перерабатывается в бумагу или картон. Однако имеются исключения: в Усть-Илимске, Советском Выборгского района, Питкяранте стадия производства целлюлозы - завершающая, товарная целлюлоза, полученная здесь, идет на другие предприятия отрасли для дальнейшей переработки .

Целлюлозу в России выпускает около трех десятков предприятий. Производство целлюлозы размещено в 14 регионах, прежде всего в Архангельской, Иркутской, Ленинградской, Калининградской, Пермской областях, республиках Коми и Карелия. Целлюлоза не производится в Центральном и Дальневосточном федеральных округах. Крайне невелики мощности по производству целлюлозы в Южном и Уральском округах. До недавнего времени целлюлоза еще выпускалась на Сахалине, в Хабаровском крае, Астраханской области, но по определенным экономическим причинам стране пришлось отказаться от этих производств (рисунок 1) .

Любопытно, что повышенная концентрация целлюлозных предприятий, пусть и не очень крупных, отмечается в тех частях страны, которые еще относительно недавно - 60 - 70 лет назад входили в состав территории экономически развитых соседей. Речь идет о Карельском перешейке, который был до 1940 года финским (три предприятия, до девяностых годов - четыре, включая закрытый ныне завод в Приозерске); Калининградской области - части бывшей германской Восточной Пруссии (три предприятия); Южном Сахалине (семь предприятий, к настоящему времени все закрыты), до конца Второй мировой войны, являвшимся японским владением [Там же].

Это не случайно, учитывая те обстоятельства, что, во-первых, указанные районы для своих стран были наиболее удобным местом развития отрасли, во-вторых, состояние полиграфии и книгоиздательства в Финляндии и Германии находилось и продолжает оставаться на более высоком уровне, нежели в нашей стране. К настоящему времени все доставшиеся в наследство от соседей ЦБК и ЦБЗ нуждаются в реконструкции, и во многом из-за этого значительная их часть уже закрыта [Там же].

Перспективы развития целлюлозной промышленности в России связаны с совершенствованием технологического процесса, более полным использованием лесных ресурсов на имеющихся предприятиях, а также со строительством новых ЦБК. В настоящее время проектируется создание комплексов по производству целлюлозы и бумаги в Александрове - Владимирской области, Нее -Костромской области, Туртасе - Тюменской области, Амазаре - Читинской области. Проводятся предпроектные изыскания в Кировской, Вологодской и Новгородской областях и некоторых других регионах [Там же].

Рисунок 1 - Схема размещения целлюлозно-бумажной промышленности Масштаб 1:32000000

Мощности по выпуску бумаги распределены по территории России равномернее мощностей по выпуску целлюлозы, здесь большее значение приобретает фактор ориентации на потребителя. Бумага производится в 29 регионах РФ. Лидерами бумажной отрасли выступают Карелия, Пермская и Нижегородская области. Почти не выпускается бумага в Южном федеральном округе (имеется лишь небольшое производство в Ростовской области). На территории Сибири и Дальнего Востока бумагу делают лишь в Красноярском крае (Енисейский ЦБК). Местная целлюлоза перевозится в Европейскую часть страны .

Первое место по выработке бумаги принадлежит Северному экономическому району, в котором особенно выделяется Карелия (Кондопожский и Сержский ЦБК). В Архангельской области размещается Соломбальский ЦБК. Крупные ЦБК расположены в Котласе, Новодвинске, Сыктывкаре .

Второе место занимает Уральский экономический район. Производство почти целиком сконцентрировано в Пермской области: Краснокамске, Соликамске, Перми и других. В Свердловской области ЦБК расположены в Туринске и Новой Ляле [Там же].

На третьем месте Волго-Вятский район. Наиболее крупные предприятия действуют в Нижегородской области (Правдинский Балахнинский ЦБК), в республике Марий Эл (Марийский ЦБК в городе Волжске) [Там же].

Целлюлозно-бумажная промышленность развита и в Северо-Западном экономическом районе, главным образом в Ленинградской области (города Сясьск и Светогорск), в Восточной Сибири (Братский, Усть-Илимский, Красноярский, Селенгинский, Байкальский ЦБК). На Дальнем Востоке производство концентрируется в городах Корсаков, Холмск, Углегорск, Амурск, а также во многих других городах [Там же].

Полученная бумага по своему назначению может быть газетной, книжной, писчей, упаковочной, технической, банкнотной, санитарной и других видов. Объем производства газетной бумаги составляет более половины от всей выпускаемой в стране бумаги. Сегодня предложение на этом рынке на 99 % состоит из отечественной продукции. В России этот вид бумаги производят восемь предприятий, но на долю трех из них (ОАО «Волга», ОАО «Кондопога» и ОАО «Соликамскбумпром») приходится почти 95 % всего производства. Образец газетной бумаги отечественного изготовления вы сейчас имеете перед глазами, она изготовлена на ОАО «Волга» в Балахне. Российская газетная бумага входит в число наиболее конкурентоспособных на мировом рынке. Ежегодно Россией экспортируется около миллиона тонн газетной бумаги. Основными импортерами российской газетной бумаги выступают Индия, Германия, Турция, Великобритания, Иран, Пакистан и Финляндия .

Основной потребитель газетной бумаги в России - крупные полиграфические предприятия. Примерно 12 % всего российского спроса приходится на московское издательство «Пресса», еще 9 % на издательский комплекс «Московская правда», по 4 % на ППО «Известия» и ТОО «Пронто-Принт» [Там же].

Картон выпускают в 46 субъектах всех федеральных округов, кроме Уральского (правда, есть совсем небольшое производство в Свердловской области). Первое место в России с большим отрывом занимает Архангельская область, далее следуют Ленинградская и Иркутская области, республики Коми и Татарстан [Там же].

Главная среда использования картона - упаковочные материалы. В советские времена упаковка не являлась приоритетным направлением развития производства, что и определило ее низкий технологический уровень. Упаковка из стекла была многоразовой, большая часть продуктов питания не упаковывалась заранее, а заворачивалась в торговых точках в дешевую низкокачественную бумагу. В современной России упаковка стала своеобразным продолжением товара, частью дизайна, имиджа, марки, дополнительным информационным каналом. На бумагу и картон приходится 39 % производства упаковки в стране, на более вредные для здоровья полимеры - 36 %. Основная часть упаковочных материалов около 50 % идет в пищевую промышленность [Там же].

Около 70 % всего производства упаковочного картона в России приходится на гофрированный картон. Для изготовления гофрированного картона применяется макулатура и чистая целлюлоза. Картон из чистой целлюлозы более высокого качества, более прочный и мягкий, чем картон из вторичных материалов, который используется главным образом для изготовления транспортной упаковки. Крупнейший производитель гофрированного картона в стране - Архангельский ЦБК. Самый высокий спрос на гофрированную картонную тару в Москве и других крупных городах, где сконцентрировано производство многих потребительских товаров. На Центральный район приходится около 45 % потребления произведенной в стране гофротары .

В 2015 году объём производства в целлюлозно-бумажной промышленности России составил 899 миллиардов рублей. Доля отрасли в объёме выпуска в обрабатывающей промышленности - 3 % .

Корпорации ЦБП: Группа Инвестлеспром, Группа Илим, Континенталь Менеджмент, Группа «Титан», Северо-западная лесопромышленная компания . В перечисленные корпорации, входят следующие предприятия :

1. Архангельский ЦБК, расположен в городе Новодвинск;

2. Алексинская БКФ, расположена в городе Алексин Тульской области. Входит в состав SFT Group;

3. Братский ЛПК (Братск, Иркутская область)

4. Вишерский ЦБК (Красновишерск, Пермский край);

5. ЦБК «Волга» (город Балахна, Нижегородская область);

6. Выборгская целлюлоза (Ленинградская область);

7. Енисейский ЦБК (Красноярский край);

8. Каменская БКФ, расположена в городе Кувшиново Тверской области. Входит в состав SFT Group;

9. Кондопожский ЦБК, расположен в карельском городе Кондопога;

10. Котласский ЦБК, расположен в городе Коряжма Архангельской области, входит в состав Группа Илим;

11. Неманский ЦБК (Калининградская область);

12. Целлюлозный завод «Питкяранта» (город Питкяранта);

13. Светогорский ЦБК (город Светогорск, Ленинградская область);

14. Сегежский ЦБК, расположен в карельском городе Сегежа;

15. Селенгинский ЦКК (республика Бурятия);

16. Сокольский ЦБК (Вологодская область);

17. Соломбальский ЦБК (город Архангельск) - производство остановлено;

18. Сыктывкарский ЛПК (Республика Коми);

19. Сясьский ЦБК (город Сясьстрой Ленинградская область);

20. Усть-Илимский ЛПК (город Усть-Илимск, Иркутская область), входит в состав Группа Илим;

21. ЦБК Кама (город Краснокамск);

22. Марийский ЦБК (город Волжск, Марий Эл);

23. ООО "Кузбасский СКАРАБЕЙ" (город Кемерово, Кемеровская область);

24. ОАО "Соликамскбумпром" (город Соликамск, Пермский край);

25. ЗАО "Пролетарий" (город Сураж, Брянская область).

комплексная отрасль экономики, что обусловлено своеобразием ее производственных процессов. Существует свыше 5000 сортов или типов бумаги, которые обычно делят на три основных класса: 1) собственно бумага, например оберточная, гигиеническая, писчая и печатная; 2) картон, например, используемый для производства бумажной тары; 3) строительный (изоляционный, облицовочный) картон, применяемый главным образом в строительстве. Благодаря технологической близости процессов производства сырья (балансовой древесины и древесной массы) и конечного продукта (бумаги и картона) эта отрасль хозяйства с течением времени становилась все более интегрированной и автономной: изготовитель готовой бумаги обычно является также изготовителем бумажной массы, из которой делается бумага, и заготовителем балансовой древесины, из которой получают бумажную массу.

Аким Э.Л. и др. Технология обработки и переработки целлюлозы, бумаги и картона . Л., 1977
Шитов Ф.А. Технология целлюлозно-бумажного производства . М., 1978
Коган О.Б., Волков А.Д. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажной промышленности . М., 1980

Найти "ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ " на

Целлюлозу используют в основном для получения бумаги, химических волокон, искусственного меха, а также заменителя кожи, пластмасс, кинопленки, лаков, бездымного пороха и других продуктов. Ее вырабатывают на целлюлозных заводах и целлюлозно-бумажных комбинатах из древесины, камыша, тростника, соломы и других растений. Основное сырье - древесина, из которой получают 9/10 общего ее количества. Как отмечалось, древесина, кроме целлюлозы, содержит и другие вещества. Поэтому сущностью производства является максимальное удаление из древесины примесей и выделение целлюлозы в чистом неповрежденном виде. От степени очистки клетчатки от примесей зависит ее качество, так как их присутствие, особенно лигнина, ухудшает потребительские свойства конечного продукта: бумага быстро желтеет, снижается прочность волокон и т.д. Целлюлоза наиболее стойкое вещество древесины к химическим соединениям. На этом основан процесс удаления нецеллюлозных компонентов варкой древесины. При этом древесину подготавливают. Сырье на целлюлозных предприятиях поступает на лесную биржу, где древесину сортируют по породам и складируют. Бревна краном подают на разделочные эстакады, разрезают их на балансы - стандартные отрезки длиной 0,75-3,2 м (рис. 14). Их очищают от коры, гнили и на рубильных машинах измельчают в технологическую щепу длиной и шириной до 3 см и толщиной до 3 мм, что облегчает процесс варки. Щепу сортируют, очищают и подают по пневмотрубопроводам на бетонированную площадку для хранения. Из отходов производства - коры, возможно, вырабатывать дубильные вещества, сырье для медицинской промышленности. Техническую щепу получают также из крупнокусковых отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки. В этом случае ее выработка комбинируется с соответствующим основным производством, и готовая щепа поставляется на целлюлозные предприятия. Такая щепа дешевле, чем из балансов. При этом достигается более рациональное использование лесных ресурсов, экономится деловая древесина, сохраняются леса от рубки. Однако использование отходов заготовок древесины, лесопиления в целлюлозной промышленности сдерживается низким уровнем концентрации названных производств.

Щепу варят в котлах периодического и котлах-аппаратах непрерывного действия (рис 15). При этом на сырье воздействуют паром, химикатами, которые называют варочной кислотой. Под их влиянием нецеллюлозные компоненты переходят в раствор, а целлюлоза остается. В зависимости от химического состава варочной кислоты существуют способы производства целлюлозы: кислотный, щелочной и комбинированный. При кислотном или сульфитном способе на щепу в присутствии серной кислоты воздействуют бисульфитом кальция. Его получают в башнях, заполненных известняком, через который снизу пропускают сернистый газ, а сверху орошают водой. Сернистый газ образуется при сжигании серы или колчедана. Бисульфит кальция стекает вниз башни и подают в котел. Он расположен вертикально (высота с десятиэтажный дом) и имеет цилиндрическую форму емкостью несколько сот кубических метров. Варка длится 6-12 часов и осуществляется циклично. В конце процесса продукты варки паром струёй воды выталкивают в специальный резервуар. Котел вновь наполняют сырьем и химикатом. Более совершенная варка непрерывного действия. При этом щепа и варочная кислота непрерывно поступают в котел, а из него непрерывно получают сваренную целлюлозу. Процесс варки сокращается до 1-4 часов. Из продуктов варки выделяют жидкую волокнистую массу, содержащую до 95% целлюлозы (стежа) и растворенные в воде нецеллюлозные вещества древесины - щелоки. В отходы переходит более половины массы древесины. Таким способом варят целлюлозу из малосмолистых пород: пихты, ели.

Щелочным или сульфатным способом получают целлюлозу из любых пород, в том числе отходов древесины. При этом в качестве варочной кислоты используют щелочной раствор каустической соды и сульфата натрия. Продукты варки разделяют на сульфатную целлюлозу и сульфатные щелоки. Этот способ характеризуется меньшим удельным расходом сырья, воды по сравнению с сульфитным. Получают целлюлозу лучшего качества и применяют ее для выработки химических волокон. Щелоки после регенерации повторно используют в технологическом процессе.

Сваренную целлюлозу промывают водой, очищают от непроваренной щепы, мелких сучков, минеральных загрязнений, доводят до высокой степени чистоты и отбеливают кислородом, хлором, его окислами и солями, перекисью водорода, каустической содой. Отбеленную целлюлозу измельчают в мельницах и получают товарный продукт. Готовый продукт в жидком состоянии поступает в бумажное производство. При этом бумажные фабрики комбинируют с целлюлозными заводами и формируют целлюлозно-бумажные комбинаты (ЦБК). Создание таких сочетаний экономит материальные, трудовые, финансовые ресурсы, так как упрощается производственный процесс (рис. 16). Если целлюлозу отправляют на экспорт, предприятия, расположенные в других районах страны, ее превращают в полотно, прессуют, сушат и нарезают листы наподобие толстого картона. У потребителя ее опять превращают в жидкую массу сильной струей воды.

Вырабатывают целлюлозу различных видов и марок, что зависит от способа варки и степени очистки. Выделяют жесткую, нормальную, мягкую, небеленую, полубеленую и беленую целлюлозу.

В результате растворения нецеллюлозных компонентов в зависимости от способа варки на 1 т целлюлозы образуется до 12 т сульфитных и сульфатных щелоков. Присутствие кислоты при сульфитной варке целлюлозы гидролизует сложные сахара, увеличивает в щелоках количество простых сахаристых веществ. Поэтому после нейтрализации из 1 т сульфитных щелоков сбражживанием получают до 100 л этилового спирта. Барда - сырье производства кормовых дрожжей. Обезвоженную барду применяют как крепитель литейной формовочной массы, безобжигового кирпича, при флотации, в выработке моющих средств, электродов, изоляционного картона и других товаров. Из каждой тонны сульфитных щелоков вырабатывают 5-6 кг пищевого ванилина. Из них возможно получать муравьиную, уксусную кислоты, фурфурол, скипидар, дубильные экстракты, метиловый спирт и другие продукты. Сульфатные щелоки не пригодны для получения спирта, так как при варке целлюлозы отсутствует кислота, которая осахаривает гемицеллюлозу. Сульфатные щелоки направляют на регенерацию (восстановление). Из них выпаривают воду, остаток сжигают. Получают пар и химические соединения, которые используют повторно в варочных котлах.

Кроме щелоков, образуются газообразные отходы, содержащие окислы углерода, азота, серы, сероводород, углеводороды и другие соединения. Они частично абсорбцией улавливаются и утилизируются для получения сульфатного мыла, таллового масла, жирных кислот. Сернистые соединения применяют как вещество, придающее запах природному газу.

Лигнин щелоков возможно использовать для частичной замены фенолов в производстве пластмасс, оболочковых форм, как наполнитель искусственной кожи, частичный заменитель сажи в шинной промышленности.

Неполная утилизация отходов, отсутствие и плохая работа очистных сооружений обусловливают попадание вредных веществ в воздух, водоемы. Вопросы охраны окружающей среды целлюлозного производства усиливаются высокой водоемкостью и использованием химически активных веществ. Особого внимания заслуживает загрязнение воды непроваренными остатками древесины, волокнами целлюлозы, которые в виде мощного слоя органики накапливаются на дне водоемов, подвергаются разложению. Как следствие, нарушение водно-химического состава воды, что приводит к гибели растительности, животных. Особенно это проявляется в водоемах с качественной водой, где минимальное нарушение ее состава имеет отрицательное последствие для уникального биологического мира, как на озере Байкал. Выбросы вредных веществ в воздушное пространство вызывают высыхание растительности. Улучшение экологической обстановки в центрах целлюлозного производства связано с совершенствованием технологических процессов, при которых вредные выбросы в атмосферу, водоемы сведены до минимума или вовсе исключены. Разработаны способы варки целлюлозы без серосодержащих соединений, которые требуют больших затрат на создание безвредных процессов для окружающей среды из-за высокой стоимости очистных сооружений. Снизить потребление природной воды, образование и выбросы грязных стоков в водоемы в 10 раз позволяют внедрение водооборотных систем.

Технико-экономическая специфика целлюлозного производства состоит в высокой материало- и водоемкости. На 1 т целлюлозы расходуют около 5 куб.м древесины, 100 кг серы и 200 кг известняка, 50 кг сульфата натрия, 20 кг каустической соды и 500-650 куб.м воды. Большой расход сырья обусловливает территориальное макроположение предприятий в районах лесных ресурсов. Конкретное расположение здесь заводов зависит от водных ресурсов. При этом значение имеет не только общая водообеспеченность территории, но качество воды, так как производство целлюлозы высокой химической чистоты для конденсаторной, кабельной бумаги требует воды с малым содержанием солей. Значение водных ресурсов в размещении целлюлозных предприятий усиливается сплавом леса по рекам, озерам.

Производство целлюлозы из камыша, тростника осуществляют хлорно-щелочным способом. Сырье заготавливают зимой. Такую целлюлозу получают в районах, хорошо обеспеченных данными растениями (Астрахань-Россия, Кзыл-Орда - Казахстан, Измаил - Украина).

Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) – наиболее сложная отрасль лесного комплекса, связанная с механической обработкой и химической переработкой древесины. Она включает производство целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них.

Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности по характеру выпускаемой продукции делятся на:

полуфабрикатные заводы, производящие сульфитную и сульфатную целлюлозу, древесную массу;

бумагоделательные фабрики, производящие из полуфабрикатов разнообразные виды и сорта бумаги;

специальные бумажные производства, перерабатывающие бумагу в асбестную, пергаментную, фибровую и другие виды технической бумаги.

На сегодняшний день производственная деятельность в отрасли осуществляется на 165 целлюлозо-бумажных и 15 лесохимических предприятиях. Несмотря на то, что Россия располагает самыми большими в мире лесными ресурсами леса (81,9 млрд. м3), а целлюлозо-бумажная промышленность могла бы стать локомотивом российской экономики, техническое состояние отрасли и её удельный вес в народном хозяйстве оставляет желать лучшего. Так, имеющиеся производственные мощности в ЦБП используются лишь на 35-50 % (рис. 1). Износ активной части основных фондов составляет 60-70%.

Рис.1. Производственные мощности.

Целлюлозно-бумажное производство (включая издательскую и полиграфическую деятельность) характеризуется достаточной конкурентоспособностью на внутреннем рынке и средней конкурентоспособностью на мировом рынке. На внутреннем рынке местная продукция успешно конкурирует с импортом в большинстве сегментов, слабым местом является выпуск изделий из бумаги и картона (включая полиграфическую продукцию) и производство мелованной бумаги, до недавнего времени практически отсутствовавшее в России. На мировом рынке наиболее конкурентоспособна сырьеёмкая продукция (целлюлоза, газетная бумага). Главная проблема сектора - высокий износ основных фондов и применение устаревших технологий. За последние 15 лет глубокую модернизацию прошли лишь отдельные предприятия, за этот же период запущено в эксплуатацию лишь несколько новых крупных производств.

Характеристика отрасли.

Целлюлозно-бумажная промышленность – наиболее сложная отрасль лесного комплекса, связанная с механической обработкой и химической переработкой древесины.

Она включает производство целлюлозы, бумаги, картона и изделий из них. Эта отрасль отличается:

Высокой материалоёмкостью: для получения 1 т целлюлозы необходимо в среднем 5-6 куб. древесины;

Большой водоёмкостью: на 1 т целлюлозы расходуется в среднем 350 куб.м. воды;

Значительной энергоёмкостью:1 т продукции требует в среднем 2000 кВт/ч;

На 8 предприятиях производится более 70 % российской целлюлозы и бумаги, а также более 50 % картона.

Состояние ЦБП России характеризуется высокой степенью износа оборудования, значительным количеством небольших предприятий, оснащенных устаревшим оборудованием небольшой единичной мощности, производящих продукцию ограниченного спроса. На многих предприятиях используются энергоемкие и экологически устаревшие технологии с высоким потреблением древесного сырья, химикатов, энергоресурсов, воды. Не созданы благоприятные условия для значительного вовлечения в переработку вторичного бумажного сырья. Назрела настоятельная необходимость в значительном техническом переоснащении действующих производств отрасли.

Следовательно, при строительстве крупных ЦБП очень важным условием является наличие близи лесных ресурсов и надежного источника водоснабжения, хороших условий сброса сточных вод, их очистка и обеспечение чистоты воздушного бассейна.

Основной целью многочисленных исследований эффективности очистки сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности с помощью полупроницаемых мембран было получение необходимых данных для инженерных расчетов установок очистки и концентрирования сильно разбавленных сточных вод. Оценка эффективности очистки различных типов сточных вод заключалась в определении химического потребления кислорода (ХПК), биохимического потребления кислорода (13ПК), окисляемости раствора, степени удаления ионизированных солен п виде хлоридов из стоков после отбелки и сухого остатка с подразделением на органическую и минеральную части, значений pH в спектрофотометрическом определении оптической плотности или цветности в градусах платино-кобальтовой шкалы как меры концентрации лигнина.

Воздействия отрасли на окружающую среду.

Загрязнение атмосферы

Производство целлюлозы – крупный источник загрязнения атмосферы, характер которого обусловлен двумя основными способами производства целлюлозы – сульфитным и сульфатным. Другие способы по характеру выбросов близки к основным.

Больше всего загрязняют атмосферный воздух предприятия, производящие целлюлозу по сульфатному способу. Основная причина выделения вредных газовых соединений – это использование в технологическом процессе сульфида натрия, что приводит к образованию серосодержащих соединений сероводород, метилмеркаптана, диметилсульфида, диметилдисульфида, сернистый и сетный ангидрид. Все эти соединения выделяются через неплотности из большого количества аппаратов, баков и через вентиляционные трубы эти соединения выбрасываются в атмосферу.

Сульфитно – целлюлозное производство загрязняет атмосферу заметно меньше. Главным загрязнителем атмосферы здесь является сернистый ангидрид, который используется для приготовления варочной кислоты.

С загрязнением атмосферы связаны процессы отбелки как сульфитной, так и сульфатной целлюлозы. Причина – применение для отбелки целлюлозы газообразного хлора и двуокиси хлора. При получении хлора и двуокиси хлора образуются такие токсические соединения, как хлористый водород, пары ртути, сернистый ангидрид, щелочные аэрозоли.

Значительным источником загрязнения атмосферы являются тепловые электростанции, необходимые для снабжения производства паром и электроэнергий. При сжигании топлива, угля, щепы дымовые газы содержат частицы золы. При сжигании высокосернистого мазута атмосферный воздух загрязняется сернистым ангидридом.

Загрязнение объектов гидросферы

Целлюлозно-бумажная промышленность одна из наиболее водоемких отраслей промышленного производства. Она расходует около 9,2 млн. м3 воды ежесуточно. Кроме большого количества воды отрасль использует различные химикаты и топливо, которые частично в виде потерь и отходов попадают в производственные сточные воды.

Количество и степень загрязнения производственных сточных вод зависят от вида вырабатываемой продукции, мощности предприятия, совершенства технологического процесса и схемы производства.

Сточные воды предприятий ЦБП содержат огромные количества взвешенных и растворенных веществ как органического, так и неорганического происхождения. Взвешенные вещества состоят из кусочков коры, волокна, наполнителей. Растворенная органика представляет собой компоненты древесины – сахара, углеводы, лигнин, и другие. Взвешенные вещества, попадая со сточными водами в водоемы, отлагаются на дне в месте спуска сточных вод и накапливаются в огромных количествах, иногда занимая в водоеме большие площади.

Действие на биоту водоемов

Органические вещества, осевшие на дно (кора, волокно), в анаэробных условиях загнивают, выделяя вредные газы (СО2 , СН4 , Н2 S), и тем самым образуют очаги вторичного загрязнения. Продукты гниения и распада веществ придают воде водоемов неприятный вкус, отравляют атмосферный воздух. При высокой концентрации газов в водоеме могут погибнуть растительность, микроорганизмы и рыбы.

Неосевшие взвешенные вещества засоряют жабры рыб, что приводит к их гибели. Сточные воды, содержащие щелока, имеют темно – коричневый цвет, что придает воде водоемов темную окраску, препятствует проникновению света на глубину, тормозит процесс фотосинтеза, уменьшает прирост органических соединений, уменьшает кормовую базу для рыб.

Происходит нарушении кислородного баланса водоемов. Растворенные в сточной воде вещества (хлор, углекислый газ, сернистый ангидрид, сероводород, метилмеркаптан), попадая в водоем, придают свежей воде неприятный запах и привкус, который сорбируется мясом рыб, и рыба становится непригодной для пищи. Летучие газы, десорбируясь из воды водоемов, загрязняют атмосферный воздух, губительно действует на окружающую растительность и здоровье человека.

Особую опасность для водоемов представляет ртуть (сточные воды хлорного завода), присутствие которой в ничтожно малых концентрациях (менее 0,001%) способствует подавлению и полному прекращению биологических процессов и делает невозможной очистку воды на сооружениях биологической очистки и в естественных водоемах. Ртутные соединения накапливаются в рыбе.

Образование твердых отходов

Долгое время кора являлась отходом и ее отвозили в отвал, на что тратились значительные средства, а для отвалов требовались большие площади. Так на одном из предприятий ЦБП под свалку коры при высоте слоя ее 5-6 м был занят участок около20 га. При постройке в настоящее время мощных предприятий, количество коры на отдельных из них достигает 250 м3 /час и больше. В этих условиях перевозка коры в отвал как по затратам, так и из-за невозможности выделения огромных территорий совершенно недопустима. Также твердыми отходами являются зола от сжигания топлива, шлаковые отходы.

Целлюлозно-бумажная промышленность объединяет производства, выпускающих целлюлозу, бумагу, картон. Особенность этих производств - измельчение древесины до размера волокна и изготовление из волокна необходимой продукции. Основные химические компоненты древесины (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин) является высокомолекулярными соединениями, которые соединены между собой не только межмолекулярными, но и некоторыми химическими связями. Поэтому обычными способами разделения органических веществ и отделение их невозможно. Этого можно достичь только в результате определенных химических реакций, которые позволяют перевести один или несколько компонентов в водорастворимый состояние.

Целлюлозное производство

Основное сырье производства - специально подготовленная (балансовая) древесина и отходы лесозаготовок, лесопиления, деревообработки.

Главные составные части древесины:

Целлюлоза - 40-50% (клетчатка, полисахарид, образованный остатками глюкозы: (C6H10O6) n, где n = 5000-20000; главная составная часть клеточных стенок растений, обусловливает их механическую прочность и эластичность растительных тканей, в хлопчатника - 95-98 %, в льне - 80-90%, в джуте - 75%);

Лигнин - 20-30% (аморфное вещество, органический полимер, состоящий из различных ароматических спиртов, содержится в клеточных оболочках растений, вызывает их одеревениння)

Гемицеллюлозы - 17-33% (геми... - полу, полисахариды, имеющих разветвленные цепи и степень полимеризации меньше, чем в полисахаридах - η = 100-200)

Волокна целлюлозы в древесине связаны между собой лигнином. Для удаления лигнина и освобождения от него целлюлозы проводят варку древесины в присутствии реагентов, разрушающих или растворяют нецеллюлозные компоненты.

Перевести в водорастворимый состояние лигнин значительно труднее, поскольку он является полимером сетчатой строения, имеющий ароматические ядра и небольшое количество гидрофильных групп (ОН, СООН). Для этого необходимо провести частичную химическую деструкцию макромолекул лигнина с одновременным введением в его структурные единицы достаточного количества гидрофильных групп.

Процессы перевода лигнина в водорастворимый или растворим в органических соединениях состояние и выделения его из древесины называют делигнификации древесины. Процессы делигнификации древесины, которые сопровождаются переводом в растворимое состояние вместе с лигнином большей части гемицеллюлозы, используют для получения целлюлозы и называют варкой целлюлозы.

В результате процессов варки получают технические целлюлозы, которые в зависимости от условий варки и назначения, содержат еще определенное количество лигнина, гемицеллюлозы и экстрактивных веществ. По содержанию в них нецеллюлозные материалов технические целлюлозы разделяют на:

Полуцеллюлозу;

Целлюлозу высокого выхода;

Небеленой целлюлозы.

Технические целлюлозы используют для производства картона, бумажных мешков, оберточной бумаги и тому подобное. Небеленой целлюлозы преимущественно подвергают дополнительной очистке от нецеллюлозные компонентов, в первую очередь от лигнина, процесс состоит из двух операций - отбеливание и облагораживания целлюлозы.

Отбеливание осуществляется в несколько этапов последовательной действием на диспергированных в воде целлюлозную массу различных окислителей: газообразного хлора хлорной воды; гипохлоритов; оксидов хлора пероксида водорода; кислорода в щелочной среде.

Отбеленного целлюлозу используют для производства печатной бумаги, бумаги для тетрадей и тому подобное.

Облагораживания отбеленной целлюлозы осуществляют обработкой ее раствором гидроксида натрия - 0,5 - 2% раствором при температуре 95 - 135 ° С или 4 - 10% раствором при температуре 15-25 ° С. Облагорожена целлюлоза используется для получения химических волокон, пленок, лаков, пластических масс, бездымного пороха и др.

После очистки целлюлозы около 50% массы химических компонентов древесины становятся водорастворимыми и переходят в варочные растворы. Для достаточно полного их удаления на отмывание целлюлозы расходуется значительное количество воды. Например, на производство одной тонны отбеленной целлюлозы - 200 - 300 м3, а на одну тонну облагороженной целлюлозы - 285-500 м3.

Сточные воды содержат значительное количество различных органических веществ - от 100 до 500 кг для производства одной тонны целлюлозы (в зависимости от способа варки и очистки целлюлозы), поэтому их очистки требует значительных капиталовложений, которые составляют 15-40% от стоимости производства.

В настоящее время используют преимущественно три способа варки целлюлозы - щелочная, сульфатный и сульфитной.

Щелочная варка иелюлозы. Первый технический способ выделения целлюлозы из древесины был разработан в 1854 году К. Ватт и Г. Бургессом. Он заключался в нагревании древесины под давлением с раствором гидроксида натрия (каустическая сода), за что получил название щелочного. Варки проводят в автоклавах. В них помещают деревянные щепки лиственных пород, заливают 4-6% раствор NaOH и нагревают до температуры 165-175 ° С - в течение 2-6 часов. В этих условиях в автоклаве создается давление около 1 МПа. После варки целлюлозную массу отделяют от отработанного варочного раствора, называют натронной лужайкой, очищают от механических примесей и отмывают водой. Получают техническую целлюлозу, которая содержит до 2% лигнина, 20% пентозанов и примерно 78% - целлюлозы. Ее главным образом используют для производства топографического бумаги, хлопковой целлюлозы.

Отработанный варочный раствор, содержащий формальдегиды, каустическую соду и т.п., как правило, испаряют, а вещества, содержащиеся в нем, сжигают для регенерации гидроксида натрия.

Сульфатный варки иелюлозы. Сульфатный способ удаления целлюлозы из древесины также модификацией щелочного способа варки. Основными реагентами варочного раствора в этом способе есть гидроксид и сульфат натрия.

Изобретателем сульфатного варки считают Даля (1884 г.). Даль предложил для компенсации щелочи при натронной варки использовать сульфат натрия, который был в то время промышленным отходом. Это и обусловило название метода. Суть метода заключается в том, что отработанному натронной лужайке во время его сжигания добавляют сульфат натрия.

Сульфатный варки проводят в аппаратах непрерывного действия, в которые подают технологическую щепу любых пород древесины или тростника и варочные растворы, содержащие 4 - 8% NaOH и NaSH. В течение 2-4 часов поднимают температуру до 165-180 ° С. Целлюлозную массу отделяют от отработанного варочного раствора (который называют черным лужайкой) и промывают. Иногда, перед сульфатной варкой, проводят предварительный гидролиз древесины разбавленными кислотами (0,3 - 0,5% H2SO4 или 0,5 - 1,0% НСl при температуре 100-125 ° С в течение 2-5 часов) или водой (при температуре 140 - 180 ° с в течение 0,5 - с часов) с целью выделения из нее гемицеллюлозы. С черного лужайке выделяют сульфатный мыло. Сульфатный мыло представляет собой смесь натриевых, смоляных и высших жирных карбоновых кислот, сложных эфиров, высших спиртов и др. В процессе сульфатной варки хвойных пород древесины с варочного раствора испаряются терпеновые углеводороды, конденсацией которых получают сульфатный скипидар.

Сульфатный способ варки целлюлозы наиболее распространенный в мире, так как позволяет перерабатывать на целлюлозу все виды древесины, а также другие целлюлозосодержащих природные материалы (тростник, солома и т.д.), с экологической точки зрения для приготовления варочного раствора используются относительно токсичные вещества - сульфат натрия и известь. С их помощью получают больше половины всей целлюлозы.

Сульфитной варки целлюлозы. Сульфитный способ варки целлюлозы был внедрен в производство впервые в Швеции - 1874 В отличие от щелочных способов, сульфитной варки целлюлозы проводят в кислой или нейтральной среде. Изобретателем метода считают Ф.Тильгмена, который в 1866 предложил использовать раствор диоксида серы в воде в присутствии солей, серной кислоты. В процессе растворения SO2 в воде образуется сернистая кислота. Как слабая кислота, в водном растворе, она разлагается преимущественно с образованием гидрид-аниона (бисульфит- аниона):

SO 2 + H 2 O → H 2 SO 3

H 2 SO 3 Û H + + HSO 3

Сульфитной варки проводят в варочных котлах, изготовленных из кислотостойкого материала и оборудованных принудительной циркуляцией варочного раствора, в которые подают технологическую щепу (преимущественно хвойных пород древесины) и варочный раствор. В течение 1,5-4 часов постепенно поднимают температуру до 100-110 ° С. Выдерживают, при этой температуре древесину 1-2 часа, а затем температуру повышают до 135 - 150 ° С и выдерживают еще 1-4 часа. Полученную небеленой целлюлозы отделяют от отработанного варочного раствора, называют сульфитным лужайкой, и отмывают.

При производстве одной тонны целлюлозы получают 8-9 м3 сульфитного лужайке, содержащий различные вещества, а именно: углеводороды (С - 4,5%), Альдоны кислоты (0,6 - 0,8%), сернистой кислоты и ее соли, муравьиную и уксусную кислоты и др. Поскольку сульфитный лужайка содержит значительное количество моносахаридов, его подвергают биохимической или химической переработке.

Биохимической переработкой сульфитного лужайке преимущественно получают кормовые белки, этиловый спирт, антибиотики и многоатомные спирты. На одну тонну полученной переработкой лужайке целлюлозы получают 100 -110 кг кормовых белков, или 80 - 100 литров этилового спирта, а также 1,0 - 1,2 тонн концентрата сульфитоспиртовои барды.

Химической переработкой сульфитного лужайке получают ванилин, фенолы, ароматические кислоты. В мире этим способом получают около 30% древесной целлюлозы, используемой для производства различных сортов бумаги и картона.