Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗШО В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Шишелова Т.И. Самусева М.Н. Шенькман Б.М.
В статье рассмотрены особенности использования золошлаковых отходов (алюмосиликатных полых микросфер и не сгоревших угольных частиц) в качестве сорбентов для снижения минерализации поверхностных и сточных вод, в качестве сорбентов нефтепродуктов тяжелых металлов.
Проблема очистки поверхностных и сточных вод является одной из кардинальных проблем охраны окружающей среды.

Суммарное количество накопленных золошлаковых отходов (ЗШО) тепловых электростанций (ТЭЦ) ОАО «Иркутскэнерго» составляет около 80 млн. т, из них более 70 млн. т располагаются в зоне особо охраняемой Байкальской природной территории.

В Иркутской области расположены более десяти крупных ТЭЦ. Большинство из них находится в днище долины р. Ангары, примыкая к промышленно-урбанизированным комплексам гг. Иркутска, Ангарска, Шелехова, Усолья-Сибирского, Зимы, Байкальска, Братска и Усть-Илимска. Повсеместно используется гидрозолоудаление и преимущественно оборотное водоснабжение. В связи с этим на ТЭЦ существуют золоотвалы с прудком осветленной воды. Как правило, они не экранированы и, следовательно, имеют свободную гидравлическую связь с грунтовыми водами. Значимая водопроницаемость техногенных осадков приводит к относительно быстрому формированию техногенной верховодки с постепенным ее слиянием с естественным потоком грунтовых вод. Вследствие этого под каждым золоотвалом образуется гидрогеодинамическая структура в виде купола с круговым растеканием просочившихся стоков. Сам купол - особенно его апикальная точка - в процессе заполнения золоотвала мигрирует по мере перемещения по нему прудка. В зависимости от типа отстойника различают и характер взаимодействия техногенных и природных вод. Довольно часто над единой лентой грунтового потока располагается один или несколько эмиссионных объектов. Например, в Ангарске выше по потоку от ТЭЦ-9 находятся шламовые поля Ангарского электро-химического комбината. Таким же образом по отношению к ТЭЦ-1 размещены отстойники и полигоны Ангарского нефте-химического комбината. Еще более сложное взаимоотношение существует в Усолье-Сибирском, где золоотвал ТЭЦ-11 находится в окружении полигонов и шламонакопителей различного назначения.

Каждый источник загрязнения производит сброс в грунтовый горизонт комплекса контоминантов, который мигрирует по потоку до следующего эмиссионного объекта. Если поток встречает на своем пути гидрогеохимические барьеры, то возможно частичное или полное самоочищение загрязненных вод. Отличительная особенность золоотвалов заключается в том, что они по отношению к внешнему воздействию являются одновременно щелочным, восстановительным и сорбционным барьерами. Это означает, что грунтовый поток, в той или иной степени геохимически трансформированный, проходя сквозь золу, освобождается от большей части подвижных контоминантов, особенно тяжелых металлов, не говоря уже о существенном снижении минерализации.

Таблица 1. Химический состав и минерализация воды в районе размещения ТЭЦ-11 (г. Усолье-Сибирское)

Объект

pH

М, г/л

Элементы, мкг/л

Zn

Mn

Sr

Fe

Hg

Ba

Cu

Ni

Выше по потоку от ЗШО

 6.95

1.35

50

675

675

3350

1.45

270

20.4

20.2

Ниже по потоку от ЗШО

7.19

0.74

21

148

222

1110

0.61

30

5.6

3.7

Барьерные свойства золы очевидны. На качественном уровне, на основе длительного (более 40 лет) взаимодействия золоотвала ТЭЦ-1 с загрязненным, транзитным потоком, можно сделать вывод о громадной удельной сорбционной емкости золы. Вероятнее всего, именно этим обстоятельством объясняется масштабная редукция подвижных элементов, которая наблюдается при прохождении грунтового потока под и через золоотвал.

Таблица 2. Изменение микросостава грунтовых вод при прохождении потока под золоотвалом

Место отбора пробы

pH

М, г/л

Элементы, мкг/л

Al

Ni

V

Cr

Cu

Ba

W

Li

Выше по потоку от ЗШО

8,15

0,82

49100

24,6

16,4

24,6

24,8

246

8120

49

Ниже по потоку от ЗШО

7,34

0,52

2100

5,2

0,5

1,0

5,3

104

0,4

2,0

Из приведенного материала следует, что зола является весьма эффективным средством для купирования в фильтрующей среде. Это свойство можно использовать для локализации загрязненных фильтров с неэкранированных шламонакопителей, отстойников, полигонов бытовых и промышленных отходов, в том числе и опасных.

Катастрофических размеров достигло также загрязнение океана, в него попадает 30 млн.т нефти в год. Площадь нефтяной пленки на поверхности составляет 1/5 площади океана. Нефтяная пленка в таких размерах очень опасна. Она нарушает газо- и влагообмен между атмосферой и гидросферой, угнетает развитие жизни, особенно планктона, обусловливает более высокое (на 2-3 %) альбедо, чем поверхность чистого океана. Ежегодные потери нефти оценивают миллиардами долларов. Только из-за аварий нефтепроводов в России ежегодно разливается 5 - 7% добытой нефти, или 15 - 20 млн. тонн. Суммарная оценка прямых потерь нефти составляет в среднем около 2 млрд. долларов. Однако экологический ущерб от таких инцидентов многократно превосходит прямые потери. Известно, что один литр нефтепродуктов может исключить из питьевого баланса 1 млн. литров воды; один килограмм образует на поверхности воды нефтяную пленку площадью 1 га, губительную для обитателей акватории. Наиболее эффективным способом очистки от этих видов загрязнений является сорбционная очистка. Общим требованием к вышеперечисленным веществам является то, что они должны обладать олеофильными и гидрофобными свойствами. Способы очистки включают равномерное нанесение на нефтяное пятно сорбирующего вещества, впитывающего нефть или нефтепродукты, с последующим извлечением полученного пласта с водной поверхности механическими средствами. Недостатками известных сорбционных способов очистки водной поверхности от нефтепродуктов являются использование дефицитных материалов (древесины, опилок, активированных углей); необходимость обработки сорбентов гидрофобными реагентами и регенерации сорбентов - активированных углей.

С целью очистки поверхности воды от нефти и нефтепродуктов в НИО ДонНУ [1] разработан сорбент на основе отходов производства, обладающий высокой сорбционной емкостью. В качестве сорбента используют золошлаковые отходы угольных ТЭС. Усиливающими сорбционные свойства элементами золошлаковых отходов является несгоревшие угольные частицы (НУЧ) и алюмосиликатные микросферы (АСПМ), получающиеся при сжигании органического топлива на ТЭС (ГРЭС) и концентрирующиеся в золошлаковых отходах (ЗШО).

АСПМ - мелкодисперсные сферические частицы, оболочка которых состоит из оксидов кремния, железа, заполненных инертным газом, главным образом азотом. Толщина оболочек 2 - 30 мкм, диаметр 50 - 130 мкм. Химический состав АСМС, мас. %: SiO2 - 60,00; Al2O3 - 21,75; Fe2O3 - 9,00; CaO - 2,70; Na2O - 2,15; MgO - 1,6; SO3 - 1,50; п.п.п. -1,30. Насыпная плотность - 350- 400 кг/м³; истинная плотность (оболочек) - 2,27 кг/м³; коэффициент теплопроводности, l, - 0,100 - 0,105 Вт/м·К; удельное сопротивление - 1012 - 1013 Ом·м; диэлектрическая проницаемость - 2,2-2,6.

Полученные с использованием АСПМ и НУЧ сорбенты [1, 2] позволяют собирать разлитую нефть с высокой эффективностью.

Отработанный композиционный сорбент из золошлаковых отходов после отделения из него нефти можно использовать как котельное топливо, таким образом, устраняется необходимость его регенерации.

Таким образом, ЗШО эффективно используют для очистки сточных и поверхностных вод.

В свою очередь сорбционная способность минеральных отходов энергетического и угледобывающего производств создают предпосылки для расширения сферы и наращивания масштабов вторичного использования техногенного сырья.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Пономарева И.Б., Шаранина Л.Г., Ермаченко А.Б., Двигало Н.В. «Порошкообразные сорбенты из отходов производства для очистки воды от нефти», Донецкий ГМУ им. Горького, Донецкий национальный университет, г. Донецк, www.echutos.ru
  2. Кизильштейн Л.Я., патент № 95107387 «Способ приготовления адсорбента для очистки воды от нефти и нефтепродуктов», 2005 г.

Библиографическая ссылка

Шишелова Т.И., Самусева М.Н., Шенькман Б.М. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗШО В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД // Современные наукоемкие технологии. – 2008. – № 5. – С. 20-22;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=23910 (дата обращения: 25.05.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074