Расчёт способов очистки сточных вод, образующихся на деревообрабатывающем предприятии при производстве древесных плит

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования ЭТИ (филиал) СГТУ 

Кафедра «ЭКОС» 
 

Курсовой  проект

По дисциплине   «Промышленная экология»

На тему   «Расчёт способов очистки сточных вод, образующихся на деревообрабатывающем предприятии при производстве древесных плит » 
 
 
 

                                                  Выполнила: студентка 5 курса

                                                                                    Дроздова Ю.С.

                                         Проверила: Лазарева Е.Н. 
 

                                     Энгельс 2008 
 

Содержание 

1. Классификация и свойства древесных плит.                                             3
2. Применение древесных плит.                                                                     4
3. Технологический процесс производства древесных плит.                      5
4. Виды древесного сырья и его подготовка.                                                6
5. Химические материалы для производства древесных плит.

  5.1. Связующие  для производства древесностружечных  плит.                       7

2. Гидрофобные и  упрочняющие добавки для производства плит.      8
3. Материалы для отделки древесных плит.                                           10
6. Защита окружающей среды.                                                                      11   
7. Электрохимические методы очистки воды.                                              15                                           
8. Теоретические основы электрохимических процессов.                          16

8.1. Расчет электрофлотатора.                                                                         19

9. Методика  расчета аппаратов для электрообработки  сточных вод.         21

    10. Список использованной литературы.                                                      26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Классификация  и свойства древесных плит.

    Древесные (древесностружечные и древесноволокнистые) плиты — листовые материалы, получаемые путем обработки натуральной древесины в виде частиц.

    Древесностружечные  плиты изготовляют путем горячего прессования древесных частиц толщиной 0,1—0,5 мм, длиной 5-40 мм и шириной 1-10 мм, смешанных со связующим веществом. Древесные частицы в таких плитах могут располагаться различным образом, что и обусловливает их свойства.

    конструкции:

    - однослойная — плита, у которой по всему поперечному сечению размеры древесных частиц и содержание связующего примерно одинаковы;

    - трехслойная — плита, у которой внутренний слой отличается от наружных слоев размерами древесных частиц и содержанием связующего;

    - многослойная — плита, у которой    внутренние и наружные слои расположены симметрично среднему слою   и отличаются от него типом или размером стружки и (или) других добавок; внутренние слои могут отличаться и ориентацией стружки;  

    Виды используемых древесных частиц:

    - плиты из специально изготовленных стружек;

    - плиты из стружек-отходов;

    - плиты с наружными слоями   из специально изготовленных стружек, из мелкой фракции стружек, из волокна.

    Плиты могут классифицироваться и по другим   признакам (ГОСТ 10632—89):

    - физико-механическим  показателям;

    - качеству поверхности — на I и II сорта;

    - виду поверхности — с обычной и мелкоструктурной  поверхностью;

    - степени обработки поверхности — на шлифованные и нешлифованные;

    - гидрофобным свойствам — с обычной   и повышенной водостойкостью;

          - содержанию формальдегида — на классы эмиссии Е1,Е2, Е3. 

     2. Применение древесных плит

    Древесные плиты — наиболее эффективный конструкционно-отделочный материал. По показателям прочности они приближаются к древесине хвойных пород и, кроме того, имеют почти одинаковые прочностные свойства во всех направлениях вдоль пласти плиты. По другим показателям физико-механических свойств (например, усадке, покоробленности) такие плиты даже превосходят древесину. Древесные плиты хорошо склеиваются как по пласти, так и по кромкам, сравнительно легко обрабатываются деревообрабатывающими инструментами.

    Области применения древесных плит обусловлены  физико-механическими свойствами и  различиями в назначении тех или иных видов плит.

           Древесные плиты используют в мебельном производстве (для изготовления элементов мебели), в строительстве (панели, плиты, строительные конструкции), в стандартном деревянном домостроении, в радио- и приборостроении (футляры, панели и другие детали), в тарном производстве (тара, контейнеры, стеллажи), в судо-, авто- и вагоностроении (детали кузовов автофургонов, перегородки и внутренняя облицовка вагонов, речных судов, автобусов, троллейбусов и трамваев). 

    Плиты с улучшенной мелкоструктурной поверхностью изготовляют для несущих вертикальных, фронтальных, промежуточных и несущих горизонтальных элементов , корпусной мебели. Применение   таких   плит   обеспечивает экономное расходование древесного сырья и связующих веществ и позволяет изготовлять облегченную мебель с высоким качеством отделки поверхностей. Однако широкому использованию древесностружечных плит в жилых помещениях препятствует   способность плит в процессе эксплуатации выделять вредные   токсические вещества (формальдегид, аммиак, оксид углерода) в результате разложения древесины,   карбамидных   смол и связующих. Основной способ  снижения токсичности  плит — использование специальных карбамидных смол, а также добавок,   связывающих формальдегид (карбамид, аммиак, соли аммония). В зависимости    от содержания    формальдегида   плиты изготовляют трех классов эмиссии: Е1—в 100 г плиты, пересчитанных   на абсолютно сухое состояние, содержится    не более 10 мг формальдегида; Е2 — 10... 30 мг формальдегида и ЕЗ — 30... 60 мг формальдегида.

    Древесноволокнистые плиты, подвергнутые специальной механической обработке — перфорации, обладают эффективными звукопоглощающими свойствами, поэтому они служат для облицовки стен машинописных бюро, кинозалов, радио- и телевизионных студий, телетайпных залов, типографий и других производственных помещений с высоким уровнем шума. Мягкие и твердые плиты используют также на эксплуатационные и ремонтные нужды в различных отраслях народного хозяйства. 

    3. Технологический процесс производства  древесных плит.

    Технологический процесс производства древесностружечных плит отличается стабильностью и последовательностью выполняемых операций независимо от вида изготовляемой продукции. Технологический процесс предусматривает в общем виде следующие операции:

    1.Доставку, выгрузку, укладку и хранение древесного сырья.

    2.Сортировку сырья по виду и породам, подготовку технологической 
щепы (сортировку и очистку от не древесных примесей).

    3. Разделку круглых лесоматериалов на мерные отрезки или переработку его в технологическую щепу.

    4. Переработку длинномерного сырья, мерных отрезков  или технологической щепы в стружку. 

        5.Калибрование стружки по длине и ширине или измельчение стружки, 
опилок, щепы и др. в мелкие древесные частицы (микростружку).

    6. Сушку древесных частиц (стружки).

    7. Сортирование стружки с целью разделения ее по фракциям (потокам) и отделение некондиционных древесных частиц (крупных древесных 
частиц и сколов).

       8. Приготовление связующего и добавок.

      9.  Дозирование стружки, связующего и добавок  и смешивание компонентов.

     10. Формирование стружечного ковра (пакетов).

    11. Разделение непрерывного стружечного ковра на  пакеты и контроль их массы.

    12. Предварительную подпрессовку стружечного ковра или пакетов.

    13. Загрузку подпрессованных стружечных брикетов в пресс и горячее 
прессование плит.

    14. Выгрузку, охлаждение, кондиционирование и выдержку плит. 
       15. Форматную обрезку, шлифование и сортирование плит.

    16. Облицовывание плит бумажно-смоляными пленками.

    17. Раскрой плит на спецификационные заготовки. 

    4. Виды древесного сырья и его подготовка.

    Древесное сырье для производства древесных  плит применяют любых хвойных и лиственных пород, неокоренное и окоренное, как в смешанном виде, так и рассортированное по породам. Для производства ДВП мокрым способом рекомендуется использовать древесину хвойных пород, для производства ДВП сухим способом — древесину лиственных пород. Высококачественные древесноволокнистые плиты можно изготовлять также из щепы с различным соотношением древесных пород, однако это сопряжено с применением дорогостоящих и дефицитных упрочняющих добавок (альбумина, фенолоформальдегидных смол). При возрастании в щепе доли лиственных пород древесины в производстве ДВП требуется внесение изменений в технологические процессы производства плит и поэтому при подготовке древесного сырья необходим постоянный контроль за породным составом щепы.

    В сырье для производства древесных  плит не должно быть наружной трухлявой  гнили и обугленности.

    Технологическая щепа (ГОСТ 15815—83), предназначена для производства древесных плит. В щепе допускается наличие коры до 15%. гнили до 5% и минеральных примесей 0,5... 1,0%. Обугленные частицы и металлические включения в щепе не допускаются. В щепе для производства ДВП не должно быть мятых кромок, а угол среза должен составлять 30... 60°. Количество щепы, не отвечающей этим требованиям, не должно превышать 30% от объема партии. В щепе для производства ДСП качество кромок и угол среза не учитывают. 

    5. Химические материалы для производства  древесных плит.

    5.1. Связующие для производства древесностружечных плит.

    В качестве связующих в производстве древесностружечных плит используют вещества, обладающие способностью при воздействии теплоты и давления склеивать между собой древесные частицы. Эти вещества под влиянием высокой температуры (около 100°С) или отвердителей (катализаторов), а чаще при одновременном воздействии этих факторов переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. Связующими служат смолы: карбамидоформальдегидные и фенолоформальдегидные.

    Карбамидоформальдегидные смолы — продукт поликонденсации карбамида с формальдегидом.

    Фенолоформальдегидные  смолы — продукт поликонденсации  фенола и формальдегида в присутствии катализатора с добавкой модифицирующих и стабилизирующих    веществ    или без них.

    Фенолоформальдегидные смолы в отличие от карбамидоформаль-

дегидных имеют  темный цвет (от красновато-коричневого до темно-вишневого). Использование обычных фенолоформальдегидных смол требует повышенной продолжительности прессования древесностружечных плит, что ограничивает их применение.

    Фенолоформальдегидные смолы используют только при изготовлении специальных плит, изделия из которых предназначены для эксплуатации в условиях со значительными колебаниями влажности воздуха.

    Клеевые соединения на основе карбамидоформальдегидных смол стойки только при воздействии холодной воды: при действии воды температурой свыше 60°С эти, соединения разрушаются. Клеевые соединения на основе фенолоформальдегидных смол не разрушаются под действием горячей воды; даже при выдержке клеевых соединений в кипящей воде их прочность уменьшается незначительно. 

    5.2. Гидрофобные и упрочняющие добавки для производства древесноволокнистых плит.

    Гидрофобные добавки. Древесноволокнистые плиты, как и другие листовые материалы на древесной основе, имеют пористую структуру и могут поглощать влагу либо из воздуха, либо при погружении их в воду. При проникновении влаги плиты подвергаются короблению, что ухудшает их эксплуатационные свойства. Чтобы придать плитам формоустойчивость в условиях изменяющейся влажности, при их изготовлении применяют гидрофобные (водоотталкивающие) вещества, которые, расплавляясь, закрывают поры и тем самым препятствуют проникновению влаги в плиты.

    К гидрофобным веществам относятся  продукты нефтепереработки (нефтяной парафин) и нефтяные остатки (дистиллятный гач, церезин и церезиновая композиция).

    Парафин — смесь твердых насыщенных (предельных) углеводородов, представляющая собой бесцветную воскоподобную массу. Парафин не имеет запаха, нерастворим в воде, но растворим в бензине, бензоле и других органических растворителях; температура плавления его находится в интервале 50-52°С.

    Дистиллятный  гач, широко применяемый в производстве плит, представляет собой смесь твердых нефтяных парафиновых углеводородов с содержанием масел от 2 до 15%. Гач — невзрывоопасный горючий материал; температура самовоспламенения более 350°С; температура плавления 51-54°С.

    Церезин и церезиновая композиция — восковые продукты, состоящие из высокомолекулярных насыщенных углеводородов и имеющие более высокую температуру плавления, чем парафин. Эти добавки применяют ограниченно.

    Гидрофобные добавки вводят в древесноволокнистую  массу в виде специально приготовленных и разбавленных горячей водой щелочных эмульсий. В качестве вспомогательных веществ для получения эмульсий применяют лигносульфонаты технические, едкий натр, аммиак и некоторые другие.

    После перемешивания с древесноволокнистой  массой эмульсии осаждаются на древесных волокнах водными растворами осадителей, в качестве которых применяют серную кислоту или сернокислый алюминий.

    Упрочняющие добавки. Чтобы обеспечить   предусмотренные  ГОСТ 4598—86 прочностные показатели   древесноволокнистых плит в условиях переработки сырья с содержанием древесины лиственных пород более 30%, в древесноволокнистую массу, состоящую из укороченных волокон, вводят упрочняющие добавки.

    Фенолоформальдегидные     жидкие      смолы — растворимые в воде однородные  прозрачные жидкости от красновато-коричневого   до темно-вишневого цвета с содержанием сухого остатка от 38 до 52% и свободного фенола 0,05-0,1%.

    Черный  технический альбумин — это белковый клей, который получают из сыворотки крови животных путем быстрого испарения влаги. Альбумин содержит более 70% водорастворимых веществ. Рабочие растворы альбумина    приготовляют, используя формалин или известь.

    При производстве плит мокрым способом упрочняющие  добавки осаждаются на волокнах водными  растворами: альбуминовый клей - серной кислоты и сернокислого алюминия, фенолоформальдегидная смола — только серной кислоты.

    При производстве плит сухим способом используют фенолоформальдегидную смолу, которой проклеивают древесные волокна.

    Пропитывающие составы (сырое талловое масло, пектол, нефтяной гидрофобизатор) применяют при производстве древесноволокнистых сверхтвердых плит мокрым способом. Эти добавки при количественном расходе около 10% к массе абсолютно сухих плит после соответствующей тепловой обработки плит образуют на их поверхностях защитные пленки, значительно улучшающие прочность и водостойкость плит. 

    5.3. Материалы для отделки древесных плит.

    Отделку древесноволокнистых плит осуществляют как в процессе их производства, так и методами облагораживания поверхности готовых плит; древесностружечные плиты отделывают только после их прессования. Отделку древесных плит производят путем окрашивания их поверхности, нанесения рисунков, имитирующих ценные породы древесины, и эмалей, для чего применяют химические материалы, обусловленные технологическими процессами.

    При окрашивании, применяемом при производстве древесноволокнистых плит мокрым способом, используют водные растворы органических красителей для дерева или красителей «Тоноксил-6», придающие готовым плитам темно-коричневый цвет.

      Красители, относящиеся к классу азокрасителей, представляют собой однородный порошок темно-коричневого цвета, трудногорючий,  взрывобезопасный,  хорошо  растворяющийся  в воде температурой 50... 70°С.    Водные   растворы    красителей 3%-ной концентрации наносят на древесноволокнистый ковер с помощью центробежной форсунки методом гидравлического напыления под давлением до 0,4 МПа. Расход   красителей   до 3 г/м² плит. При последующем прессовании плит в горячем прессе красители придают лицевой поверхности плит темно-коричневый цвет независимо от породного состава исходного древесного сырья.

    Перед имитационной отделкой поверхности  плит шлифуют, очищают от пыли и опилок, а затем выравнивают шпатлевкой, которую наносят в два слоя вальцовым способом. При шпатлевании применяют шпатлевки, для увлажнения вальцов — стирол, а для промывки оборудования — этилацетат.

    Выбор шпатлевок, поставляемых в готовом  для потребления виде, зависит от их цвета, поскольку при соответствии расцветки шпаклевочного слоя фону имитируемой породы древесины фоновую грунтовку можно не применять.

    Для формирования необходимого фона под имитируемую древесину применяют фоновые грунтовки.

    Для печатания текстуры на загрунтованной поверхности плит используют краски глубокой печати ГДПИ и ГДПН, а также некоторые импортные печатные краски.

    Отделанную  поверхность древесноволокнистых плит защищают путем нанесения нитроцеллюлозного лака. 
 

    6. Защита окружающей среды.

    Производство  ДСтП дает большую возможность лесозаготовительной  промышленности утилизировать отходы, прежде уничтожаемые сжиганием. Такая утилизация имеет огромное значение в деле защиты окружающей среды и одновременно дает прибавку к начальной стоимости. Однако несмотря на то, что эти производственные комплексы намного чище, чем лесопильные заводы прошлого, проблемы защиты окружающей среды остаются и здесь. Главные источники загрязнения на заводах плит: паровое и силовое хозяйство; открытые хранилища частиц, которыми ветер, может засорить окружающую территорию, загрязнить землю и поверхность выщелачивающимися из частиц экстрактами, содержащимися в древесине; выброс газа из сушилок для измельченной массы, особенно из сушилок без теплообменников; летучие пары и пыль от смесителей; пыль, разлетающаяся из циклонов, служащих для транспортировки шлифовальной пыли или других мелких частиц испарения формальдегида от прессов для горячего прессования и т. д.

    К защите окружающей среды относится  борьба с шумом, который присущ работающему оборудованию для измельчения древесины, топкам сушилок, вентиляторам и насосам высокого давления, шлифовальным и пильным станкам. Что касается другого оборудования с высоким уровнем шума, то его необходимо либо модернизировать, либо заключить в звукоизолирующие кабины, либо перейти к совершенно другому типу оборудования, удовлетворяющему требованиям по уменьшению шума.

    Решение перечисленных проблем, которые, несмотря на совершенствование производства, во многих случаях не получали должного внимания, вызовет увеличение основной стоимости завода не менее чем на 30%.Возрастает также стоимость обслуживания и производства.

    Загрязнение воды. Источником загрязненной воды служит, например, мытье емкостей и линий от связующего и парафина. Совместно с чисткой смесителей оно дает  определенное количество  загрязненной  воды. Если цех покрытия плит входит в состав завода, имеется некоторое количество загрязненной воды (к тому же нагретой) и от этой части производства.

    Загрязнение воздуха. На заводах плит возникает два вида загрязнения воздуха — пылью и выбросом газа.

    Загрязнение воздуха пылью заключается в  присутствии в нем взвешенных частиц и выпадении их из воздуха. Так как производство базируется на утилизации грубых и тонких древесных отходов с интенсивным использованием пневматических транспортных систем, возникает рассеивание частиц. Источники этого рассеивания в соответствии с природой возникновения и видом сопутствующих им проблем можно разделить на три категории: сгорание, перевозка и хранилища, циклоны. При сгорании проблему составляют дым и мельчайшие частицы, выпадающие или остающиеся в воздухе во взвешенном состоянии на большой площади. Подобные проблемы создают котельные, костры, ямы для сжигания. Некоторые виды топок, так же как костры или ямы для сжигания, почти полностью защищены. Существуют более сложные системы с применением бездымных топок. При перевозках и при нахождении в хранилищах вредное воздействие создается сдуванием частиц. Для устранения этого явления используют крытые машины и склады.

    Главными  источниками загрязнения на заводе остаются циклоны, которые много лет используются с оборудованием для производства частиц, сушилками, сепараторами, шлифовальными станками и другим технологическим оборудованием и создают неприятности; связанные с выпадением частиц. Очень тонкие частицы запыляют воздух в округе. Обычно наибольшее рассеивание имеют циклоны, связанные со шлифовальными станками или сушилками и оборудованием для сухих и измельченных тонких частиц.

    Контроль  рассеивания от циклонов — одна из наиболее трудноразрешимых проблем. Циклоны должны иметь последующие очистительные устройства воздуха от пыли. На большом заводе необходимо иметь много пылеуловителей, чтобы обеспечить вторичную очистку воздуха. Собранную во время этой очистки тонкую пыль можно направить в топку сушилки или котельной. Имеется несколько конструкций пылеуловителей, в которых для сбора пыли используются войлочные или тканые закрытые фильтрующие натуральные и синтетические материалы (мешки). Пылеуловитель должен иметь достаточную производительность. Наибольшей производительности требуют шлифовальные станки. Устройства, эксплуатируемые на других участках технологического процесса, будут перерабатывать   намного   меньшие   объемы   воздуха.   Отношение   объема   воздуха площади (м³/м² площади) будет колебаться от 5:1 до 10-12:1 в зависимости от вида операций и физических характеристик транспортируемых частиц и типа коллектора. При очистке мешков возникают трудности, связанные с присутствием в древесине смолы и летучих веществ, накапливающихся на фильтрующем материале.

    Имеются и другие средства, исключающие или снижающие степень загрязнения воздуха. Это механические конвейеры, замкнутые пневматические системы и транспортировка высоким давлением.

    Загрязнение воздуха выбросами газа происходит в основном от сушилок. Техническая сушилка соединяет в себе высокую производительность в относительно небольшом пространстве и в пределах довольно жестких ограничений. Одновременно могут возникать, нежелательные излучения, которые классифицируются как взвешенные в воздухе частицы (обычно невидимые) и жидкие частицы, или голубой туман, конденсирующегося гидрокарбоната, обычно очень заметные. Последние явления обычно—результат перегрузки сушилок при излишних температурах сушки, вызывающих выделение летучих гидрокарбоната, которые при разгрузке конденсируются в окружающем воздухе. При работе большинства сушилок используются большие объемы воздуха для транспортировки разноразмерного материала с последующей пневматической разгрузкой его в циклон. Высокая скорость потока через циклон приводит к образованию мелкоразмерного легкорассеиваемого материала.

     Имеется несколько методов очистки, применимых для борьбы с излучениями из сушилок. Среди них водная очистка, послегорение (со шлифовальной пылью или в природном газе), дополнительная сушильная способность, сгорание в котельной. Они используются для похожих твердых и жидких взвешенных излучений и в других отраслях промышленности.

    В производстве плит возможны следующие  методы очистки загрязненной воды — отстаивание, выпаривание и сжигание. Техника отстаивания сточных вод — наилучший вариант в настоящее время, поскольку в сухом процессе производства плит отработавшей воды получается относительно небольшое количество.

    Для наиболее полной очистки сточных  вод, рекомендуется применение электрохимических методов. 

7.Электрохимические методы очистки воды.

     В последнее время привлекают внимание многих исследователей электрохимические  очистки сточных вод благодаря  высокой эффективности, компактности установок, сравнительной простате автоматизации их работы. В ряде случаев применение электрохимических методов несвязанно с использованием реагентов, не сопровождается увеличением солевого состава очищенных сточных вод, образованием осадков, позволяет значительно упростить технологические схемы очистки и эксплуатацию производственных установок. В силу указанных преимуществ электрохимическая очистка является прогрессивным направлением в технологии обезвреживания сточных вод.