Oczyszczanie ścieków w produkcji opakowań kartonowych

• 1. Ścieki powstające podczas produkcji opakowań i kartonów
• 2. Zastosowanie systemów flotacji z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza w przemyśle opakowań kartonowych
• 3. Przykład sukcesu
• 4. Instalacja pilotażowa dla branży wykładzin i powłok podłogowych

1. Ścieki powstające podczas produkcji opakowań i kartonów

Ścieki powstające podczas produkcji opakowań i kartonów mają pewne cechy charakterystyczne w porównaniu ze ściekami powstającymi w ramach innych rodzajów działalności w sektorze papierniczym i pokrewnych. Można je podsumować w następujący sposób:

• Ilość wody wymagającej uzdatnienia jest mniejsza niż w typowych papierniach.
• Zanieczyszczenia o zmiennym charakterze i wysokim stężeniu.
• Obecność substancji toksycznych, takich jak farby, kleje, rozpuszczalniki itp.

Zakłady produkcyjne wytwarzają strumienie ścieków, których objętość zazwyczaj nie przekracza 200 m³ dziennie, dlatego często stosuje się oczyszczanie partiami.

Pro ces wsadowy przebiega w następujących etapach:

• 1. Napełnianie reaktora
• 2. dozowanie odczynników (jeśli dotyczy) i mieszanie
• 3. osadzanie się szlamu
• 4. dekantacja
• 5. Odbiór fazy klarowanej
• 6. usuwanie osadu

W przypadku ciągłego uzdatniania wody przez 24 godziny należy zainstalować zbiornik wyrównawczy o pojemności wystarczającej do przechowywania ilości wody odprowadzanej w tych fazach procesu, w których nie można wprowadzać takiej ilości wody.

Jedną z największych trudności związanych z procesem wsadowym jest określenie odpowiedniego czasu trwania poszczególnych faz i cykli, zwłaszcza faz dekantacji i ekstrakcji. Ryzyko związane z klasycznym procesem wsadowym można podsumować w następujący sposób:

Do obsługi tego typu instalacji potrzebni są wykwalifikowani operatorzy. Do podstawowych zadań należą: regulacja dawek środków chemicznych, ustalanie czasów trwania poszczególnych etapów oraz kontrola stopnia oczyszczenia ścieków i usuwanie osadu.

Ryzyko wystąpienia błędów w procesach wsadowych, zarówno w odniesieniu do czasu trwania poszczególnych etapów, jak i dozowania odczynników.

Długie czasy reakcji. Aby zapewnić prawidłowe działanie, zazwyczaj wydłuża się czas trwania krytycznych faz cyklu, co wiąże się z koniecznością stosowania reaktorów o większej pojemności.

Złożoność kontroli parametrów i regulacji dawek środków chemicznych ze względu na dużą pojemność reaktorów.

Problemy związane z osadzaniem się lub dekantacją. Nawet przy odpowiedniej flokulacji i wysokiej jakości procesu klarowania nie ma gwarancji, że zdolność osadzania się osadu pozwoli na ostateczne oczyszczenie wody we wszystkich cyklach.

Problemy z wyodrębnieniem i/lub obliczeniem frakcji osadzonej. Ponieważ nie można dokładnie określić objętości wody osadzonej i osadu, położenie zaworów spustowych frakcji osadzonej jest nieprecyzyjne. Aby uniknąć tego problemu, stosuje się wyciągi pływające lub przechylne połączone z czujnikami mętności lub zawiesiny, co skutkuje powstaniem bardziej zaawansowanych i kosztownych systemów.

Aby uniknąć niewłaściwego doboru środków chemicznych, często stosuje się wieloskładnikowe lub wielofunkcyjne odczynniki w dużych dawkach, co wiąże się z wysokimi kosztami operacyjnymi oraz ryzykiem powstawania nadmiernej ilości pozostałości chemicznych w oczyszczonej wodzie.

Systemy DAF: wydajna alternatywa dla systemów dekantacyjnych

Alternatywą dla tradycyjnych systemów dekantacji w trybie wsadowym są systemy flotacji powietrzem rozpuszczonym (DAF). Rozwiązanie to oferuje liczne zalety, wśród których na szczególną uwagę zasługują:

• Główną zaletą jest to, że urządzenie do klarowania typu DAF wyposażone jest w mechanizm wymuszający separację faz stałej i ciekłej poprzez ciągłą flotację. Dzięki temu eliminowane są etapy cyklicznego procesu, a tym samym ryzyko awarii. Ponadto skróca się czas przebywania, co pozwala na zmniejszenie gabarytów urządzenia.
• Regulacja dozowania środków chemicznych jest prosta. Najpierw ustala się dawkę odpowiednią do objętości ścieków, a następnie konfiguruje się system sterowania. Następnie sam system dozowania środków chemicznych ustala natężenie przepływu pompy dozującej, zapewniając precyzyjną reakcję.
• Ryzyko związane z nieefektywnym oddzielaniem cząstek stałych od cieczy zostaje wyeliminowane, ponieważ urządzenie DAF przyspiesza prędkość unoszenia się kłaczków i zapewnia ich oddzielenie. Ponadto nasze urządzenia DAF są wyposażone w zbiornik na osad, który w sposób kontrolowany usuwa osadzące się cząstki stałe.
• Nie są potrzebne żadne specjalne odczynniki chemiczne; stosuje się natomiast powszechnie dostępne środki chemiczne, takie jak koagulanty na bazie soli żelaza i/lub glinu oraz flokulanty, które można łatwo nabyć na rynku.

Systemy flotacji powietrzem rozpuszczonym (DAF) firmy SIGMADAF upraszczają budowę oczyszczalni i zajmują znacznie mniej miejsca. Są one wyposażone w zbiornik homogenizacyjny, dzięki czemu nie ma potrzeby stosowania dodatkowych reaktorów o dużej pojemności.

Innym sposobem na zwiększenie niezawodności procesu jest wyposażenie oczyszczalni w dwa zbiorniki wyrównawcze o tej samej pojemności, ponieważ podczas gdy w jednym z nich przetwarzana jest objętość projektowa, w drugim gromadzone są nadwyżki ścieków.

2. Zastosowanie systemów flotacji z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza w przemyśle opakowań kartonowych

Nasze systemy DAF działają w oparciu o system ciągłego nasycania, który służy do wytwarzania mikropęcherzyków. Zasada nasycania powietrzem polega na wprowadzeniu strumienia powietrza do strumienia wody. Strumień powietrza jest wprowadzany pod stałym ciśnieniem w punkcie największej turbulencji w obiegu recyrkulacyjnym osadu. Od tego momentu woda zostaje nasycona powietrzem. Najlepsze warunki osiąga się przy ciśnieniu 6 barów i współczynniku nasycenia powietrzem wynoszącym 10%.

W starszych systemach stosuje się duże zbiorniki (zbiorniki nasyceniowe), w których pompa recyrkulacyjna musi wytwarzać turbulencje, wyrzucając wodę na statyczne elementy mechaniczne. Systemy te są trudne w obsłudze, ponieważ w dużym stopniu zależą od równowagi wodno-powietrznej oraz poziomu wody w zbiorniku.

Nasze urządzenia DAF o wysokim stopniu nasycenia eliminują konieczność stosowania tradycyjnego kotła, wykorzystując samą pompę jako punkt maksymalnej turbulencji i wtłaczając do niej powietrze. Taka konstrukcja ma wyraźne zalety techniczne:

• Urządzenie jest bardziej kompaktowe i zawiera mniej elementów mechanicznych.
• Możliwa jest automatyzacja systemu.
• Ciśnienie stosowane do napowietrzania nie przekracza 1 bara.

Dostępne modele pojazdów DAF

Produkt	Zastosowania	Pojemność	Cechy
FPBC	Woda pitna, elektrownie, osadniki MBBR, przetwórstwo mięsne i rzeźnie (drób, świnie i bydło), przetwórstwo rybne, górnictwo, przemysł petrochemiczny i papierniczy, a także inne branże.	5 – 175m³/h	System przepływu przeciwprądowego. Idealny do procesów fizykochemicznych oraz do wody o średnim lub wysokim stopniu zanieczyszczenia, łatwy w obsłudze, niewymagający częstej konserwacji, kompaktowa konstrukcja, unikalny system skimmera.
FPAC	Reaktory FBR (biologiczne reaktory flotacyjne), zagęszczacze osadu, przetwórstwo mięsne, przemysł ubojowy (drób, trzoda chlewna i bydło), przemysł spożywczy, górniczy, petrochemiczny i papierniczy, a także inne gałęzie przemysłu.	5–160m³/h	System przepływu krzyżowego. Idealny do wstępnego oczyszczania i bardzo dużych ilości osadu. Zagęszczacz statyczny, łatwy w obsłudze, niewymagający częstej konserwacji, wyposażony w unikalny system skimmera.
FPHF	Woda pitna, reaktory FBR (biologiczne reaktory flotacyjne), osadniki MBBR, przemysł ogólny, przemysł tekstylny, rafinerie ropy naftowej, przemysł mleczarski i przemysł papierniczy.	200–1000m³/h	Połączenie przepływu przeciwprądowego i krzyżowego. Idealne rozwiązanie do pracy z dużymi ilościami wody, łatwa obsługa, niewielkie wymagania konserwacyjne, kompaktowa konstrukcja, unikalny system skimmingu.

Poniżej przedstawiono przykłady udanych zastosowań urządzeń SIGMADAF w oczyszczaniu ścieków pochodzących z produkcji papieru, tektury i podobnych materiałów.

3. Przykład sukcesu

W ramach tego projektu, zrealizowanego w Portugalii w 2021 roku, zainstalowano kompaktowy system flotacji powietrzem rozpuszczonym, obejmujący jednostkę do obróbki fizykochemicznej.

Poniższe dane pochodzą zarówno z dopływu, jak i z odpływu z systemu DAF oraz z systemu oczyszczania węglem aktywnym. Dane przedstawiają średnie stężenie zanieczyszczeń od momentu osiągnięcia stanu równowagi i stabilizacji pracy instalacji. Instalacja ta wyposażona jest w system filtracji węglem aktywnym służący do usuwania mikrozanieczyszczeń.

Wydajność systemu DAF w zakresie usuwania zawiesin stałych wynosi 97%, a w zakresie usuwania ChZT – 78%. Zawartość ChZT nadal nie spełnia limitów dopuszczalnych dla ścieków ze względu na obowiązujące surowe przepisy, dlatego konieczne jest zastosowanie oczyszczania biologicznego w celu usunięcia zanieczyszczeń organicznych i składników odżywczych.

Parametr	Państwo	Wpływowy	Oczyszczanie metodą DAF	Raport DAF	Woda odpływowa z węgla aktywnego
pH	–	9,2	7,0		6,9
BHP	mg/l	1.495	45	97%	34
DOQ	mg/l	3.688	817	78%	673
DBO5	mg/l	#n/a	#n/a		149

4. Instalacja pilotażowa dla branży wykładzin i powłok podłogowych

Ścieki z branży produkcji pokryć podłogowych wykazują wiele podobieństw do ścieków z branży papierniczej i tekturowej ze względu na charakter substancji stałych i cząstek zawartych w matrycy cieczy ściekowej. Skład organiczny, farby drukarskie oraz zawartość włókien mogą być porównywalne ze ściekami powstającymi w branży papierniczej i tekturowej.

Projekt ten, będący instalacją pilotażową dla dużego francuskiego producenta wykładzin podłogowych, obejmuje system DAF oraz prasę filtracyjną do odwadniania osadów. Poniżej przedstawiono najważniejsze wyniki uzyskane do tej pory.

Przed i po: Zdjęcie 1: 10.09.2024 – Zdjęcie 2: 17.09.2024

Poniższa tabela przedstawia wyniki wydajności dla najlepszych sekwencji substancji chemicznych:

Parametr	Państwo	Wpływowy	Oczyszczanie metodą DAF	Wydajność DAF
pH	–	6,7	7,6
BHP	mg/l	420	36	92%
ChZT	mg/l	2.767	1130	59%
DBO5	mg/l	420	180	57%

• Skuteczność eliminacji SST wynosi 92%
• Stopień usunięcia ChZT wynosi 59%
• Stopień usuwania BZT5 wynosi 57%

Wskaźniki zanieczyszczeń organicznych (ChZT i BZT₅) przekraczają ustawowe limity dopuszczalnych zrzutów, dlatego konieczne jest zastosowanie oczyszczania biologicznego w celu usunięcia zanieczyszczeń organicznych i składników odżywczych.

W celu odwodnienia osadów przeprowadzono testy laboratoryjne pras filtracyjnych, które dały następujące wyniki:

• Szlam ulega skutecznej flokulacji dzięki zastosowaniu rozgałęzionego polielektrolitu kationowego, przeznaczonego specjalnie do pras filtracyjnych.
• Flokulowany szlam można przetwarzać w prasie filtracyjnej wyposażonej w system membran ciśnieniowych, uzyskując w ten sposób osad o zawartości 10,54% suchej masy, który jako zwarty odpad jest łatwy w obróbce.
• Woda oczyszczona, odprowadzana z prasy podczas odwadniania, ma mętność wynoszącą 138,3 NTU.

Od lewej do prawej: osad flokulowany; faza klarowana; placki osadu odwodnionego za pomocą prasy filtracyjnej.