Отпадъци от целулозно-хартиената промишленост

Отпадъци от целулозно-хартиената промишленост - раздел Екология, биотехнологии и преработка на производствени отпадъци Отпадъци от целулозно-хартиената промишленост. Използван влакнест материал.

Отпадъци от целулозно-хартиената промишленост. Влакнести материали, използвани в производството на хартия и други продукти, се получават както от дървесни, така и от тревисти растения след химично разграждане на лигнин.

Този процес обаче е придружен от загуба на голямо количество дървесина и образуване на огромни количества отпадъци. Всичко това трябва да стимулира развитието на алтернативни химически технологии. В момента се използват два процеса за получаване на дървесна маса. Основният е алкалното готвене (сулфатен процес), в резултат на което се получава тъмна сулфатна течност за готвене. Тези отпадъци съдържат ароматни продукти за разграждане на лигнин, които са трудни за обработка, и органични киселини с ниско молекулно тегло (глюкоизозахарин, млечна, оцетна и мравчена). Когато се получава целулоза от смолиста борова дървесина, се образуват талово масло и терпени, които се използват широко в промишлеността.

Сулфатната течност за готвене не може да бъде преработена по биологични методи, които биха могли да се използват в промишлен мащаб; много по-икономично е да се изпарява тази течност и да се изгаря, като по този начин се получава енергия от отпадъците.

Сулфатното варене на целулоза се използва по-рядко; той дава отпадъци от следния състав: лигносулфонати с ароматни елементи (60%), захари (маноза, галактоза, глюкоза, ксилоза, арабиноза (36%), оцетна киселина, метанол и фурал). Тези течни отпадъци са добра суровина за ферментация поради високото си съдържание на въглехидрати. Ферментацията им в голям мащаб започва през 1909 г. В момента традиционният метод за отстраняване на пентози, хексози и оцетна киселина от такива отпадъци е ферментацията с участието на дрожди.

В допълнение към тези традиционни методи, скоро ще бъдат използвани нови процеси за превръщане на отпадъците в гъбичен протеин с помощта на Paecilomyces variotii, Sporotrichum pulveralentum и Chaetomicum celulolyticum. Нерециклируемите съединения могат да се концентрират и изгарят. Лигносулфонатите се използват като свързващи вещества и пробивни средства; те могат да се превърнат във ванилин чрез алкално окисление при повишено налягане. Най-общо казано, основното нещо при преработката на отпадъци от целулозно-хартиената промишленост е да се намали консумацията на енергия и кой химичен принцип се използва в този случай е по-малко значим.

Основният екологичен проблем, поставен от целулозно-хартиената промишленост, е пречистването на отпадъчни води, както и пречистването на кондензати от изпарители и реактори. Пречистването на отпадъчните води става чрез неутрализация и утаяване, окисляване в едно- и двустепенни инсталации с активна утайка, в аерирани седиментационни резервоари или чрез комбинация от биологични и химични методи на окисление.

Тези методи са подходящи за ефективно отстраняване на биоразградими съединения, както и на токсични производни на фенола, но са скъпи и неефективни при трудни за обработка производни на лигнин. Избелващите агенти, съдържащи хлорирани бифенили, могат да бъдат обезцветени, като се използват гъби от бяло гниене. Сред страничните продукти на сулфитния процес на получаване на целулоза преобладават химически модифицирани лигнини, които се образуват при много реакции между активен сулфит и някакъв сложен естествен полимер.

Структурата на лигносулфонатите не е известна в детайли. Те са хетерогенна смес от съединения с широк диапазон на молекулни тегла (300-10); съставът на смесите се определя от естеството на обработената дървесина. Образуването на сулфонати води до частично разтваряне на лигнинови фрагменти. Сложността на структурата на лигносулфонатите затруднява изследването на тяхното биоразграждане.

За да се опрости проблемът, обикновено се използват моделни съединения, например кониферилов алкохол дехидрополимери или други продукти с ниско молекулно тегло. Нискомолекулните лигносулфонати са по-чувствителни към биоразграждане, отколкото високомолекулните; от друга страна, лигниновите производни очевидно са по-устойчиви на разграждане от самия лигнин. Следователно образуването на сулфопроизводни усложнява обработката. При такива свързани окислително-разградителни процеси почвените гъби и бактерии са по-ефективни от гнилостните гъби; тези процеси изискват и допълнителен източник на въглерод.

Разграждането на лигносулфонатите често се придружава от полимеризация, което води до промяна в разпределението на молекулното тегло на полимерите. Тези промени могат да корелират с наличието на извънклетъчни фенол оксидази (например лаказа), чиято физиологична роля остава неизвестна. Фенолите се превръщат в съответните хинони и фенокси радикали, които са спон; танно полимеризира.

По този начин полимеризацията и разграждането протичат едновременно. При някои гъбички обаче реакциите на полимеризация не протичат в присъствието на целулоза. Целулозата се разлага до целобиоза, която е субстрат за целобиоза: хинон оксидоредуктаза, която едновременно окислява целобиоза и намалява хиноните и фенокси радикалите. Може да има и друга оксидоредуктазна система, в която леснодостъпните въглеродни източници се използват за намаляване на хиноните.

Възможна роля за такава биологична полимеризация е да улесни утаяването на лигносулфонати. Лигносулфонатите се използват като свързващи вещества при производството на някои видове картон, където културалните филтрати, съдържащи лаказа, се използват като катализатор на полимеризация. Фенол оксидазите могат да играят важна роля за определяне на съдбата на много ксенобиотици в околната среда, като участват в полимеризацията на фенолите и в образуването на органични почвени полимери.

Чувствителността на лигносулфонатите към биоразграждане се увеличава след тяхната химическа или физическа модификация. Под действието на UV облъчване и озониране настъпва фрагментация на тези молекули и отстраняването на остатъците от сулфонова киселина, въпреки че намалява разтворимостта на лигносулфонатите, едновременно намалява тяхната устойчивост на биоразграждане. Правени са опити да се използват анаеробни редуциращи сулфат бактерии и някои видове Pseudomonas за десулфуризиране на микроби. Смесените култури имат голям потенциал в този смисъл.

Използването на такива култури за унищожаване на лигносулфонати може да бъде по-ефективно от използването на отделни щамове, тъй като това може да създаде общности с широк спектър от дейности, например способни на десулфуризация, разцепване на силни връзки, метилиране и деполимеризация. В резултат на това може да се получи високоефективна биооксидантна система. Candida utilis се използва в една от пилотните инсталации за производство на BOO от въглехидрати, съдържащи се в отпадъците от целулозно-хартиената промишленост, а смесена култура се използва за унищожаване на остатъчни лигносулфонати.

Биомасата от втория етап на този процес не намира пазар, така че тя се използва повторно след термична обработка, за да ускори растежа на Candida. 5.3