2809

Кривая ДСК, означающая зависимость частного дифференциала изменения энтальпии от температуры, является производной от интегральной зависимости изменения энтальпии с ростом температуры. Кривая ТГ выражает зависимость изменения массы образца от температуры и является интегральной кривой [3].

Термические и спектральные методы анализа используются во многих сферах исследования материалов. Методы находят широкое применение в почвоведении, для оценки процесса компостирования ТКО и растительных отходов (P. Melis, P. Castaldi, 2004), для оценки процессов стабилизации осадка сточных вод на полигонах (Y. Zhu, X. Chai et al., 2007). Данные методы также используются для сравнительной оценки образцов с промышленных, реакторных и старых полигонов, отходов после механико-биологической обработки (E. Smidt, K. Meissl, 2007; E. Smidt, K. Boehm, 2011).

Целью настоящего исследования является демонстрация применимости термического и спектрального анализов в области оценки стабильности отходов старых свалок и полигонов.

Для проведения исследований были выбраны объекты захоронения ТКО Пермского края, находящиеся на постэксплуатационном этапе жизненного цикла. Характеристика исследуемых объектов представлена в таблице.

Характеристика исследуемых объектов захоронения ТКО

Перед проведением термического и спектрального анализа образцов отходов они подвергались предварительной подготовке, которая заключалась в отсеивании инертной фракции (стекла, камней, металлов), сушке, измельчении на роторной дробилке и шаровой мельнице до размера фракции не более 0,2–0,3 мм и гомогенизации.

Измерение инфракрасных спектров образцов отходов в инфракрасной области (4000–400 см–1) проводилось с помощью техники нарушенного полного внутреннего отражения (спектр Bruker Alpha ATR Diamond), значения корректировались на фон окружающего воздуха. Для анализа использовались усредненные значения трех спектров каждого из образцов.

131

Термогравиметрические исследования и дифференциальную сканирующую калориметрию образцов отходов проводили на приборе для синхронного термического анализа NETZSCH “STA 449C Jupiter” в среде воздуха. Условия проведения анализа: диапазон нагрева – 35–800 °С, скорость нагрева – 10 °С/мин, скорость газового потока в печи – 40 мл/мин (воздух), материал тигля – платина.

На рис. 1 представлены ИК-спектры для исследуемых образцов отходов. Принадлежность полос поглощения на разных частотах спектра к функциональным группам химических компонентов определялась на основании многочисленных исследований зарубежных ученых,

в частности Ouatmane et al. (2000), Chen (2003), Smith et al. (2005), Smith and Meissl (2007). Различная интенсивность полос спектра указывает на количество того или иного компонента.

Рис. 1. Спектральные диаграммы в ИК-диапазоне спектра для отходов

Исходя из полученных спектральных диаграмм были определены функциональные группы, характерные для полос, различаемых в спектре отходов и пригодных для анализа степени их разложения.

Низкая интенсивность полос спектров функциональных групп органических соединений, таких как метиленовые группы (2920 и 2850 см–1), карбоксилаты, карбоновые кислоты (1640 см–1), говорит о незначительном присутствии органических веществ в составе отходов. Наибольшее содержание органических соединений установлено в отходах свалки города Краснокамска.

132

Увеличение степени разложения органики приводит к снижению интенсивности полос отражения/поглощения органических компонентов и увеличению относительного количества минеральных соединений. Данная тенденция наблюдается с увеличением возраста захороненных отходов.

Высокая интенсивность поглощения неорганических соединений, таких как карбонаты (1420, 875 см–1) и глинистые материалы (1030 см–1), выявлена для отходов свалки г. Кунгура. Интенсивные карбонатные полосы спектра образцов отходов могут говорить о высоком содержании в их составе строительных отходов.

На рис. 2 и 3 представлены кривые ДСК и ТГ для образцов отходов, отобранных с исследуемых полигонов и свалок ТКО, находящихся на различных этапах жизненного цикла.

Для сравнительной характеристики процессов деструкции отходов использовали образцы дерново-подзолистой почвы, так как известно, что сформированный свалочный грунт по физико-химичес- ким характеристикам приближается к состоянию дерново-подзолис- тых почв [4].

На основании анализа кривых ДСК и ТГ было установлено, что интенсивность тепловых потоков и потеря массы при деструкции зависят от длительности захоронения отходов. Термические характеристики образцов отходов и описанные выше спектральные кривые демонстрируют схожие тенденции.

133

следований [5] установлено, что чем ниже соотношение Э (СВ)/Э (ОСВ), тем стабильнее образец отхода.

Кривые ТГ демонстрируют снижение интенсивности горения и абсолютной потери массы образцов с увеличением срока захоронения отходов, что также подтверждается снижением содержания органического вещества. Для образцов отходов свалки города Краснокамска потеря массы составила 36,1 % и 25,8 %, для образца свалки города Кунгура – 20,1 %. Небольшая потеря массы образца свалки «Голый Мыс» (12,44 %) свидетельствует о высокой доле инертной составляющей отходов, их стабильности и завершенности биохимических процессов деструкции.

Сравнение температур полученных пиков с известными температурами сгорания различных фракций ТКО позволяет идентифицировать фракции отходов и по кривым ТГ (потерям массы) определить их содержание по массе отходов.

На основании проведенных исследований были сделаны следующие выводы:

1.Синхронный термический анализ и инфракрасная Фурьеспектроскопия образцов ТКО, отобранных на полигонах и свалках, позволяют оценить качественный и количественный состав отходов, определить степень их стабильности.

2.По спектральным диаграммам было определено, что с увеличением возраста захороненных отходов выявлена более высокая интенсивность поглощения неорганических соединений.

3.По кривым ДСК выявлено смещения пиков начала горения образцов с увеличением возраста захоронения в более высокую область температур, а также снижение интенсивности тепловых потоков, что может свидетельствовать об увеличении степени разложения отходов.

Результаты, полученные в ходе проведения термического и спектрального анализов отходов, возможно использовать для оценки экологического риска закрытых свалок и полигонов, прогноза будущих эмиссий, разработки мероприятий по снижению негативного воздействия полигонов ТКО на окружающую среду.

135

Список литературы

1.Huber-Humer M., Roeder S., Lechner P. Approaches to assess biocover performance on landfills // Waste Management. – 2009. – Vol. 29. – Р. 2092–2104.

2.Альмяшев В.И., Гусаров В.В. Термические методы анализа: учеб. пособие / СПбГЭТУ (ЛЭТИ). – СПб., 1999. – 40 с.

3.Синхронный термический анализ [Электронный ресурс]. – URL: http://www.spectrosystems.ru/methods/sinc_tga_tda.shtml (дата обращения: 21.09.2015).

4.Армишева Г.Т. Рекуперация ресурсов при захоронении твердых бытовых отходов: дис. … канд. техн. наук / Перм. гос. техн. ун-т. –

Пермь, 2008.

5.Завизион Ю.В., Слюсарь Н.Н., Глушанкова И.С. Использование термического анализа для оценки степени стабильности ТБО // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы межд. науч.-практ. конф. – Пермь, 2015. – Т. 1. – С. 242–247.

Об авторах

Завизион Юлия Владимировна – аспирантка кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский по-

литехнический университет, e-mail: juliagubaha@mail.ru.

Слюсарь Наталья Николаевна – кандидат технических наук,

доцент кафедры охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, e-mail: nnslyusar@gmail.com.

136

УДК 676.088:628.35

Ю.М. Залевская, Е.С. Белик, М.В. Бурмистрова

ПРОБЛЕМА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Изучен российский рынок целлюлозно-бумажной промышленности. Теоретически рассмотрен состав сульфатных и сульфитных стоков бумажной промышленности. Обозначены основные методы очистки сточных вод на цел- люлозно-бумажном комбинате. Рассмотрена возможность применения микроорганизмов на примере BioRemove 1100 для понижения химического потребления кислорода (ХПК) сточных вод целлюлозно-бумажного комбината.

Ключевые слова: сточные воды, целлюлозно-бумажная промышленность, сульфит-целлюлозное производство, сульфатно-целлюлозное производство, анаэробные технологии, аэробные технологии.

Yu.M. Zalevskaya, E.S. Belik, M.V. Burmistrova

WASTEWATER TREATMENT PULP AND PAPER INDUSTRY

In general studied the Russian market pulp and paper industry. Theoretically considered composition sulphate and sulphite waste paper industry. Outlined the main methods of wastewater treatment in the pulp and paper mill. The possibility of using microorganisms to BioRemove 1100 example to reduce the COD of waste water Pulp and Paper Mill.

Keywords: wastewater, pulp and paper industry, sulfite pulp production, the kraft pulp production, anaerobic technology, aerobic technology.

Целлюлозно-бумажная промышленность является ведущей отраслью лесной индустрии и объединяет технологические процессы получения целлюлозы, изготовления картона, бумаги и бумажнокартонных изделий. Технологический цикл целлюлозно-бумажной промышленности подразделяют на два основных процесса: получение целлюлозы и производство бумаги.

137

138

Рис. 1. Производство бумаги и картона в Российской Федерации

138

Российская Федерация экспортирует 84 % производимой товарной целлюлозы и 50 % бумаги и картона. Главным резервом развития отрасли для страны являются темпы роста внутреннего потребления. Прибыль от продажи лесобумажной продукции в 2002 году составила 4,6 млрд долларов. Это означает что предприятия целлюлознобумажной отрасли обеспечивают около 5 % общероссийского объема валютной выручки. На рис. 1 указаны основные предприятия данной отрасли по всей России [1].

В 2013 году объем производства целлюлозно-бумажной промышленности России составил 766 млрд рублей (24,0 млрд долларов). Доля отрасли в объеме выпуска в обрабатывающей промышленности составила 3 %. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что цел- люлозно-бумажная промышленность определяется как прибыльная и стратегически важная отрасль промышленности России.

Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) отличается высокой материалоемкостью: для получения 1 т целлюлозы необходимо в среднем 5–6 м3 древесины. Она также является водо- и энергоемкой: на 1 т целлюлозы расходуется в среднем 350 м3 воды, а 1 т продукции требует в среднем 2000 кВт/ч. Логично, что предприятия ЦБП ориентируются на лесные ресурсы вблизи крупных водных источников.

На этих предприятиях при производстве целлюлозы и бумаги образуется большой объем сточных вод. Сточные воды ЦБК образуются при приготовлении химических растворов, в процессе варки щепы с химическими растворами, во время промывания, отбеливания, разливания, прессования и высушивания целлюлозы, а также во время выпаривания щелочей.

В табл. 1 представлен состав сульфатных и сульфитных сточных вод бумажной промышленности [2].

Сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности проходят через очистительные системы, которые предназначены для разрушения и выведения из вод веществ, не допустимых по принятым нормативам. Общие требования к составу и свойствам воды в водоемах разной категории отражены в табл. 2 [3].

139

Таблица 2

Общие требования к составу и свойствам воды в водоемах разной категории

140