1279

Содержание металлов в фильтрате полигона захоронения ТБО

При попадании фильтрата в грунтовые воды может случиться экологическая катастрофа. Опираясь на научные труды прошлых лет, в которых приведены статистические данные, собранные на объектах захоронения ТБО в Пермском крае, делаем вывод, что на большинстве из них не соблюдаются санитарно-гигиенические нормативы, устойчивое интенсивное загрязнение на этих объектах по почвам – на расстоянии 400–450 м, по подземным водам – 250– 300 м. Зона неустойчивого загрязнения по подземным водам с действующих свалок и полигонов ТБО распространялась на расстояние 500–600 м, здесь отмечается превышение ПДК по отдельным компонентам в десятки раз. По поверхностным водам зона загрязнения прослеживалась на расстоянии до 1500 м. Информационные потоки показали, что зона рассеяния ионов тяжелых металлов в водных источниках, почве, растительности выходит за границы санитарно-защитной зоны (СЗЗ) полигона ТБО, которая устанавливается в пределах 500 м. Одним из способов снижения концентрации металлов в фильтрате на полигоне с системой рециркуляции является подщелачивание. При подщелачивании повышается pH среды и снижается содержание металлов, концентрации которых представлены в таблице.

Для подщелачивания применяют любой щелочной реагент, дающий в растворе гидроксил-ионы ОН–; чаще всего применяют едкие, углекислые и двууглекислые щелочи. Наиболее дешевыми реагентами являются Са(ОН)2 (в виде пушонки или известкового

81

elib.pstu.ru

молока), а также карбонаты кальция и магния (в виде дробленого мела, известняка и доломита). Гидроксид натрия и соду применяют только в тех случаях, когда эти реагенты являются отходами местного производства. В качестве реагента известь вводится в виде известкового молока (способ мокрого дозирования) или в виде сухого порошка (способ сухого дозирования); реже применяются мелкодробленый известняк, мел или доломит крупностью зерен не более 0,5 мм (способы сухого дозирования). Предусматривается применение для нейтрализации гашеной извести в виде известкового молока 5%-ной концентрации по активной окиси кальция, в результатеизменяютсяусловия равновесия для гидроокисей, карбонатов, фосфатов, вызывая их выпадение израствора восадок.

Массу реагента, используемую для обработки единицы объема воды, называют дозой. Дозу реагента устанавливают техническими исследованиями с использованием проб с полигона. При отсутствии исследований для предварительных расчетов используют рекомендации по применению дозы реагента.

В нашем случае после произведенных расчетов доза реагента G (Ca(OH)2) для 100 м3 фильтрата составила 6614 кг для полной нейтрализации железа, цинка, меди, никеля, хрома, кадмия и свинца:

G = Kз100/BQ(αA + b1C1 + b2C2 + … + bnCn),

где Kз – это коэффициент запаса расхода реагента, Kз = 1,5; В – количество активной части в товарном продукте, %, В = 70; Q – количество сточных вод, м3, Q = 100; A – концентрация щелочи, кг/м3, A = 5; α – удельный расход реагента на нейтрализацию, α = 0,76; С1, С2, …, Сn – концентрация металлов в фильтрате (см. таблицу); b1, b2, …, bn – количество реагента, требуемое для перевода металлов израстворенного состояния восадок.

При обработке фильтрата гашенной извести необходимо изменить рН до 9,5–10. В результате реакции ионного обмена растворенные соли тяжелых металлов перейдут в нерастворимый осадок гидроксидов этих металлов. После отстаивания не менее 2 ч фильтрат можно подавать на последующую очистку.

82

elib.pstu.ru

Повышение pH и, как следствие, снижение концентраций в естественных условиях возможно и без использования реагентов, но на это потребуется несколько столетий. Нет никакой гарантии, что фильтрат с такой высокой концентрацией металлов и других органических и неорганических загрязнений не причинит непоправимый вред окружающей среде, животным или здоровью людей. Зачем ждать и сидеть на «пороховой бочке»?!

Подщелачивание – актуальный инструмент обезвреживания фильтрата, так как этот метод один из самых дешевых и доступных. Высокая эффективность подщелачивания очевидна – снижение концентраций металлов практически до нуля! Реализовать этот метод возможно на любом полигоне захоронения ТБО.

83

elib.pstu.ru

А.Д. Курзанов, К.А. Сарайкина,

канд. техн. наук, доц. В.А. Голубев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ПОЛУЧЕНИЕ НИТРАТА КАЛЬЦИЯ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ СОДЫ

Кальцинированная сода (натриевая соль угольной кислоты, карбонат натрия, Na2CO3) в безводном состоянии представляет собой бесцветный кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде.

Кальцинированная сода, известная с давних времен, в настоящее время широко используется в мировой промышленности. Основными потребителями соды являются пищевая, легкая, химическая, целлюлозно-бумажная, стекольная, нефтяная промышленность, предприятия черной и цветной металлургии, машиностроения [1].

На сегодняшний день годовые объемы производства данного продукта превысили отметку в 50 млн т. Крупнейшими странами-производителями являются США, Китай, Индия, Россия.

Современные предприятия организуют производство кальцинированной соды по одному из четырех основных способов, однако базовым является синтез по методу Сольве (аммиачный способ): его доля составляет порядка 75–80 % от общего объема выпуска. Метод Сольве имеет ряд неоспоримых преимуществ [2]:

–широко распространенное недорогое сырье;

–низкие температуры и давление, близкое к атмосферному;

–высокое качество и низкая себестоимость продукта. Наряду с основными преимуществами, аммиачный способ

не лишен и недостатков. Это и значительный расход энергетических ресурсов, и большие удельные капиталовложения, необ-

84

elib.pstu.ru

ходимые для создания производства. Но главным недостатком метода Сольве является образование большого количества (порядка 8–10 м3 на тонну соды) жидких отходов, так называемой дистиллерной жидкости [1].

Актуальность задачи по снижению количества образующихся на производстве отходов становится все более существенной по мере ужесточения требований экологической безопасности и рационального использования природного сырья.

Проблему утилизации дистиллерной жидкости можно решить несколькими способами. Первый способ предусматривает ее захоронение в специальных шламонакопителях, что порождает новую проблему поиска земельных участков для размещения хранилищ. Второй способ – сброс дистиллерной жидкости в окружающую среду – приводит к минерализации расположенных вблизи водоемов и изменению их биологической картины.

Наиболее приемлемым представляется третий способ – вовлечение отходов в производство с целью получения нового продукта. Среди вариантов использования дистиллерной жидкости следует отметить ее использование при разработке нефтяных месторождений, а такжепроизводство хлорида кальция [1, 3].

Еще одним вариантом утилизации дистиллерной жидкости может быть предложенная А.Б. Исаевым методика производства фосфорсодержащих удобрений электролизом [4]. Кроме того, по мнению ученого, при замене одного из компонентов процесса на азотную кислоту и достижении высоких значений рН в электролизере возможно получение кристаллического нитрата кальция (НК), применяемого в различных областях промышленности.

Лидером потребления НК в настоящее время является строительная отрасль (рис. 1), на ее долю приходится практически половина произведенного продукта. Помимо строительства, нитрат кальция применяется в нефтедобывающей, сельскохозяйственной промышленности, при производстве реактивов, стеклопластиков, взрывчатых веществ [5].

85

elib.pstu.ru

В строительстве нитрат кальция применяется в качестве компонента ремонтных технических растворов и при изготовлении тампонажных цементов, но в первую очередь НК – эффективный модификатор бетона. Нитрат кальция – это многопрофильная добавка: в зависимости от ее расхода возможно модифицирование того или иного свойства бетонной смеси или твердеющего бетона (рис. 2).

Рис. 1. Структура потребления нитрата кальция в России

Рис. 2. Применение нитрата кальция в качестве модификатора бетона1

Широкое распространение нитрат кальция получил благодаря применению его в качестве противоморозной добавки и ускорителя схватывания и твердения бетона. Введение нитрата кальция в бетонную смесь в количестве 0,2–1,2 % сокращает сроки схватывания цемента за счет интенсификации процессов гидратации. Кроме того, оказывая положительное влияние на формирование структуры цементного камня, добавка НК приводит к ускорению твердения бетона, выдерживаемого как в естественных условиях, так и в условиях ТВО, а также обеспечивает пролонгированный набор прочности.

1 В скобках даны рекомендуемые дозировки добавки.

86

elib.pstu.ru

При введении нитрата кальция в бетонную смесь в больших количествах (1–3,5 %) происходит снижение температуры замерзания воды, что способствует возможности протекания процессов гидратации цемента даже при отрицательной температуре окружающей среды, вплоть до –25 ºС.

Нитрат кальция, при добавлении его в количестве 2–4 %

вбетонную смесь, выступает в роли ингибитора коррозии стальной арматуры, так как не является электролитом и не вызывает появление электродвижущих сил.

Помимо этого, нитрат кальция благотворно влияет на характеристики затвердевшего бетона: увеличивает трещиностойкость изделий; повышает показатели морозостойкости, водонепроницаемости, сопротивления истираемости.

Благодаря большому количеству лабораторных и натурных экспериментов всесторонне изучены положительные и отрицательные эффекты применения нитрата кальция. На основе известной информации сейчас возможно моделирование «поведения» бетона с добавкой НК на заданных заполнителях и цементе, твердеющего в определенных условиях.

Сегодня в результате долговременного функционирования заводов и предприятий мировой промышленности образовалось большое количество отходов, размещенных в специальных хранилищах и представляющих серьезную угрозу для окружающей среды. Переработка накопившихся отходов производств во вторичное материальное сырье позволяет параллельно решать две экологические проблемы: проблему утилизации техногенных отходов, с одной стороны, и проблему экономии природных ресурсов, с другой стороны.

Электролиз побочных продуктов содового производства позволяет получать востребованный в настоящее время нитрат кальция, применяющийся, главным образом, в строительстве

вкачестве многофункционального высокоэффективного модификатора бетона.

87

elib.pstu.ru

Список литературы

1.Зайцев И.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды. –

М.: Химия, 1986.

2.Насыров Р.Р. Снижение негативного воздействия на окружающую природную среду отходов производства кальцинированной соды: дис. … канд. техн. наук. – Уфа, 2008.

3.Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности: учеб.-справ. пособие. – Ростов н/Д.: Феникс, 2007.

4.Способ получения фосфорсодержащих удобрений: пат. 2398753 Рос. Федерация / А.Б. Исаев [и др.]. – № 2009112148/15; заявл. 01.04.2009; опубл. 10.09.2010.

5.Обзор рынка нитрата кальция в СНГ. – 2-е изд., доп.

Иперераб. – М., 2011.

88

elib.pstu.ru

Ю.Ю. Лимонов,

д-р техн. наук, проф. Т.Я. Ашихмина

Вятский государственный гуманитарный университет, г. Киров

ПРОБЛЕМА ВТОРИЧНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОТХОДАМИ ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА В ПЕРИОД ВЕСЕННЕГО ПАВОДКА Р. ВЯТКИ КАК ВОДОИСТОЧНИКА Г. КИРОВА

Основным источником водоснабжения г. Кирова с 1937 года является р. Вятка. Развитие промышленности города и быстрый рост населения в конце 1920-х годов потребовали значительно большего количества воды, чем могли обеспечить подземные водоисточники. В 1930 году Президиумом Вятского окружного исполкома было принято решение о принятии проекта речного варианта водозабора. Для этой цели были построены водонасосная фильтровальная станции у д. Корчемкино, водовод. В настоящее время очистные сооружения водопровода имеют 4 блока очистки воды с проектной производительностью 290 тыс. м3/сут и ежесуточно подают потребителям областного центра 180 тыс. м3/сут воды питьевого качества в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074–01 «Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». На сооружениях применяется традиционная двухступенчатая система очистки воды, которая включает в себя реагентную обработку речной воды коагулянтом (сернокислый алюминий), осветление в отстойниках, фильтрацию через кварцевый песок, первичное и вторичное хлорирование. Основной сезонной сложностью для сохранения стандартов качества очистки воды является загрязнение водоисточника аммонийным азотом в период весеннего паводка. Данная ситуация начала возникать с 80-х годов прошлого века в связи с накоплением в пойме р. Вятки выше водозабора отходов производства минеральных удобрений завода минеральных удобрений КЧХК. Есть прямая зависимость появления загрязнения в речной воде от уровня подъема воды: чем выше паводок, тем больше загрязнение. Это объясняется подтоплением

89

elib.pstu.ru

загрязненных территорий и вымыванием аммонийного азота через сеть пойменных озер в русло р. Вятки. Поскольку очистные сооружения водопровода г. Кирова спроектированы без учета очистки от данного загрязняющего вещества, это ставит под угрозу водоснабжение г. Кирова в период паводка. Так, в апреле – мае 2010 года при превышении ПДК (СанПиН 2.1.4.1074–01) аммонийного азота в воде после очистки в городе был введен режим ограниченияпотребленияводопроводной водыв пищевых целях.

Возможность эффективного решения проблемы очистки воды от аммонийного азота на сооружениях водоподготовки была предложена НИИ «Водгео». В 2011 году в период паводка ими проведены лабораторные исследования по очистке речной воды от аммонийного азота при помощи сорбента природного происхождения – минерала клиноптилолита. В 2012 году на сооружениях смонтирована промышленная установка по затворению и дозированной подаче пульпы клиноптилолита на блок очистки воды. Это позволило снизить в процессе очистки повышенное содержание аммонийного азота в речной воде до уровня ниже ПДК в очищенной воде (рисунок).

Рис. Содержание аммиака в реке и в питьевой воде на выходе из ОСВ

90

elib.pstu.ru