Технология утилизации осадков карт-шламонакопителей ОАО «Байкальский ЦБК»

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION

Оригинальная статья / Original article УДК: 504.06

ТЕХНОЛОГИЯ УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ КАРТ-ШЛАМОНАКОПИТЕЛЕЙ ОАО «БАЙКАЛЬСКИЙ ЦБК»

© А.В. Богданов1, А.С. Шатрова2, О.Л. Качор3

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Резюме. Цель. С учетом особенностей режима природопользования в бассейне озера Байкал, определяемого необходимостью сохранения его уникальной экосистемы как мирового наследия, разработка экологически безопасной технологии комплексной переработки отходов ОАО «Байкальский ЦБК» является крайне актуальной. Методы. В 2016 г. планируется приступить к реализации проекта по ликвидации накопленных осадков карт-шламонакопителей объемом около 8 млн м3. Наиболее эффективным способом уплотнения осадков карт-накопителей является создание условий их естественного вымораживания. Результаты. Проведенные камеральные и полевые работы показали, что вымораживание осадков карт-накопителей приводит к разрушению их коллоидной структуры и уменьшению объема, в зависимости от состава, на 30-40%, при этом почти на порядок увеличиваются водоотдающие свойства деструктурированного осадка, снижается его поверхностный заряд, улучшаются агрофизические свойства, а содержание бенз(а)пирена, основного токсического элемента, снижается в 5-6 раз. Заключение. Вымораживание осадков позволяет сократить их объем, улучшить водоотдающие свойства, снизить токсичность и, как следствие, значительно сократить технико-экономические затраты на их утилизацию.

Ключевые слова: вымораживание, шлам-лигнин, осадки карт-шламонакопителей, ОАО «Байкальский ЦБК», коллоидная структура, утилизация отходов.

Формат цитирования: Богданов А.В., Шатрова А.С., Качор О.Л. Технология утилизации осадков карт-шламонакопителей ОАО «Байкальский ЦБК» // XXI век. Техносферная безопасность. 2016. Т. 1. № 2. С. 61-66.

SLUDGE RECYCLING TECHNOLOGIES FOR SEDIMENT STORAGE TANKS OF THE BAIKALSK PULP AND PAPER MILL

A.V. Bogdanov, A.S. Shatrova, O.L. Kachor

Irkutsk National Research Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

Abstract. Purpose. Taking into account the peculiarities of the environmental management regime in Baikal basin determined by the need to preserve its unique ecosystem, the development of environmentally-friendly technologies of the Baikalsk Pulp and Paper Mill waste recycling is a hot issue. Methods. In 2016, it is planned to carry out a project on 8 mln. cum storage tank sludge disposal. The most effective way of sludge thickening is to create the conditions for freezing out sludges. Results. The office and field studies have shown that freezing out sludges causes the destruction of their colloidal structure and volume decrease depending on their composition by 30-40%. In addition, water-repellent properties of the destructured sludge improve significantly, its surface charge decreases, agrophysical properties improve, and the content of benzo(a)pyrene, its main toxic element, decreases 5-6-fold. Conclusion. Freezing out sludges reduces their volume, improves water-repellent properties, decreases toxicity, and, as a result, reduces technical and economic costs for their disposal.

Keywords: freezing out, sludge lignin, Baikal Pulp and Paper Mill, colloidal structure, waste management, toxicity

1Богданов Андрей Викторович, доктор технических наук, профессор кафедры обогащения полезных ископаемых и охраны окружающей среды, e-mail: bogdanov@istu.edu

Bogdanov Andrey, Doctor of Engineering Sciences, Professor of the Mineral Processing and Environmental Protection Department, e-mail: bogdanov@istu.edu

2Шатрова Анастасия Сергеевна, аспирант, e-mail: unicorn1990@rambler.ru Shatrova Anastasia, a post-graduate student, e-mail: unicorn1990@rambler.ru

3Качор Ольга Леонидовна, кандидат технических наук, доцент кафедры обогащения полезных ископаемых и охраны окружающей среды, e-mail: oll_ka@bk.ru

Kachor Olga, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor of the Mineral Processing and Environmental Protection Department, e-mail: oll_ka@bk.ru

Том 1 № 2 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Vol. 1 no. 2 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

For citation: Bogdanov A., Shatrova A., Kachor O. Sludge recycling technologies for sedimment storage tanks of the Baikalsk Pulp and Paper Mill. XXI century. Technosphere Safety. 2016, vol. 1, no. 2, pp. 61-66. (in Russian).

Введение

Ежегодно в России образуется до семи миллиардов тонн отходов и лишь два из них используется как вторичное сырье, при этом отходы целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) составляют 15% и в основном не утилизируются. Главным образом их представляют осадки шлам-лигнина. В плане мероприятий федеральной целевой программы «Охрана озера Байкал и социально-экономическое развитие Байкальской природной территории на 2012-2020 годы» и в рамках долгосрочной целевой программы «Защита окружающей среды в Иркутской области на 2011-2015 годы» в 2016 г. планируется приступить к реализации проекта ликвидации накопленных отходов ОАО «Байкальский ЦБК».

Цель исследования

С учетом особенностей режима природопользования в бассейне озера Байкал, определяемого необходимостью сохранения его уникальной экосистемы как мирового наследия, разработка экологически безопасной технологии комплексной переработки осадков карт-шламонакопителей (КШН), базирующаяся на принципах наилучших доступных технологиях (НДТ) при обращении с отходами, является крайне актуальной задачей.

Материал и методы исследования

Основную массу отходов ОАО «Байкальский ЦБК» составляют осадки шлам-лигнина, складированные в картах-накопителях, расположенных на двух площадках в относительной близости от г. Байкальска. На ОАО «БЦБК» при прохождении химической очистки с применением глинозема и полиакриламида растворенные и коллоидные соединения шлам-лигнина, присутствующие в сточной воде, сгущаются до состояния осадка 0,5% концентрации. К этому осадку добавляется еще избыточный активный ил от биологи-

ческой очистки смеси промышленных и городских сточных вод. Кроме того, осадок содержит некоторое количество мелкого целлюлозного волокна, потерянного сквозь сетки на различных стадиях сгущения массы на барабанных фильтрах. Соотношение компонентов в осадке, по данным лаборатории охраны природы ОАО «Байкальского ЦБК», следующее: лигнинные вещества (40-45%), волокно (15-20%), активный ил (15-20%), зольный остаток (10-20%). Поскольку в качестве коагулянта и флокулян-та при физико-химической очистке сточных вод на Байкальском комбинате используют глинозем и полиакриламид, то их остаточные концентрации присутствуют и в шлам-лигнине. Количество осадка при работе предприятия на полную мощность составляет 50-60 т/сут. (по сухому веществу).

Сами отходы объемом около

о

8 млн м3 складированы в картах-накопителях, имеющих многослойную гидроизоляция из природных и синтетических материалов, предотвращающих дренаж, с сейсмоустойчивостью в 9 баллов [1]. На Солзанской площадке площадью около 105 га располагаются карты-накопители № 1-10. На Бабхинской площадке площадью около 33 га располагаются карты-накопители № 12-14 (рис. 1).

Помимо того, что данные отходы занимают значительные земельные площади, в результате пыления они оказывают вредное воздействие на атмосферный воздух, почвенный покров, растительность прилегающих участков. Байкальский ЦБК находится в зоне повышенной сейсмической активности, и любая техногенная авария или природная катастрофа может привести к разрушению карт-накопителей, прорыву дамб и попаданию огромного количества токсичных отходов в озеро Байкал, что приведет к экологической катастрофе.

12f

К

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION

к/

Том 1 № 2 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Vol. 1 no. 2 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION

к/

J 'I u«  * •

карт« N913

карта №14

карг»Nu 11

MpnNli карта N<3

карта

карта N»5 марта N<6

карта №8

карг л №

10

Рис. 1. Космическая съемка расположения карт-накопитей Солзанской и Бабхинской площадок

ОАО «Байкальский ЦБК» Fig. 1. Space shooting of storage tanks location for Solzansky and Babkhinsky platforms

of the Baikalsk Pulp and Paper Mill

Валовое содержание металлов в почве вблизи карт-накопителей

ОАО «Байкальский ЦБК» Gross proportion of metals in the soil near the storage tanks of the Baikalsk Pulp

and Paper Mill

Элемент, мг/кг / Element, mg/kg Валовое содержание химических элементов в почве, мг/кг / Gross proportion of chemicals in the soil, mg/kg Региональный фон элементов, содержащихся в почве южного Прибайкалья [2], мг/кг / Regional background of elements in the soil of the southern Pribaikal [2], mg/kg ПДК / ОДК, мг/кг / Maximum concentration limit / UEC, mg/kg Превышение регионального фона в N раз / Excess of the regional background n-fold

Co 76 18 - 4,2

Cu 106 49 -/66 2,2

Ni 276 44 -/40 6,3

Zn 115 89 -/110 1,3

Cr 590 98 - 6,0

V 153 108 150/- 1,4

Pb 5,1 10 -/65 -

Cd 3 - -/1 -

Hg 0,0093 0,02 2,1/- -

Mn 1236 1046 1500/- 1,2

Том 1 № 2 2016 Vol. 1 no. 2 2016

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

к

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION

к/

Проведенные в 2015 году исследования состояния почвенного покрова пром-площадки ОАО «Байкальский ЦБК» в аккредитованной лаборатории экологического мониторинга природных и техногенных сред ФГБОУ ВО «ИРНИТУ» показали, что в почве содержится большое количество загрязняющих веществ (таблица).

Как видно из таблицы, содержание некоторых металлов на порядок превышает региональный фон химических элементов, содержащихся в почвах южного Прибайкалья, а также нормативные показатели, что может быть связано с их миграцией из осадков шлам-лигнина.

Также были проведены исследования почвы на ее токсичность на трех тест-объектах: кресс-салат, хлорелла, дафнии. Данные исследования также показали, что отходы карт-накопителей повышают токсичность почвы, а исследования на фито-токсичность выявили, что по сравнению с дистиллированной водой (контроль) всхожесть семян кресс-салата, выращенного на водной вытяжке, приготовленной из отобранной почвы с площадки ОАО «Байкальский ЦБК», снижается на 15%.

Руководствуясь Федеральным законом № 89-ФЗ от 24 июня 1998 года «Об отходах производства и потребления», отходы, содержащиеся в картах-накопителях, необходимо рассматривать как техногенное сырье, подлежащее переработке с целью получения из них ценных компонентов. Однако, ввиду своей специфики, предложенные варианты рекуперации отходов не рентабельны, поэтому рекуперацию данных отходов необходимо рассматривать в связке с ФЦП. Наиболее перспективным направлением может служить использование зол шлам-лигнина для получения экобетонированной смеси при ликвидации отходов карт-накопителей или сорбента в случае необходимости доочистки поверхностных вод при их сбросе в водоем. При этом, независимо от способа утилизации коллоидных

осадков карт-шламонакопителей, необходима разработка экологически безопасной технологии комплексной переработки осадков КШН, базирующаяся на принципах наилучших доступных технологиях (НДТ) при обращении с отходами. Наилучшая доступная технология представляет собой технологию производства продукции (товаров), выполнения работ, оказания услуг, определяемая на основе современных достижений науки и техники и наилучшего сочетания критериев достижения целей охраны окружающей среды при условии наличия технической возможности ее применения. Причем, согласно ГОСТ Р 536922009 «Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Этапы технологического цикла отходов», стадия ликвидации отходов включает в себя процессы принятия следующих решений: определение характера предликвидационной подготовки объекта и возможные направления разложения, уничтожения и/или захоронения конкретных отходов; оценку показателей утилизируе-мости (утилизационной пригодности и утилизационной способности) техногенной составляющей объекта и/или отхода; обеспечение безопасности и ресурсосбережения процессов ликвидации объекта и/или отходов, в том числе при их утилизации и/или удалении.

Стоит отметить, что целесообразно предварительно уменьшить объем осадков шлам-лигнина, что фактически позволит пропорционально сократить технико-экономические затраты. Как показали проведенные исследования, наиболее эффективным способом уплотнения осадков карт-накопителей является создание условий их естественного вымораживания путем освобождения поверхности карт от снежного покрова, который является своеобразным защитным экраном, предотвращающим промораживание осадка на всю глубину его залегания. Например, в Канаде и США этот метод реализуют следующим образом: зимой отходы наносят тонким слоем около 10

ff

Том 1 № 2 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Vol. 1 no. 2 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION

см на плоскую песчаную поверхность. После замерзания нанесенного слоя выкладывают поверх еще один десятисантиметровый пласт; затем процедуру повторяют. Когда весной лед тает, то вода через скоа-гулированный шлам фильтруется сквозь слой песка. Осадок собирают бульдозером, а с наступлением новой зимы все повторяется.

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенные камеральные и полевые работы [3] показали, что вымораживание осадков карт-накопителей приводит к разрушению их коллоидной структуры и уменьшению объема, в зависимости от состава, на 30-40%, при этом почти на порядок увеличиваются водоотдающие свойства деструктурированного осадка, снижается его поверхностный заряд, улучшаются агрофизические свойства, всхожесть семян кресс-салата увеличивается на 10-20%, а содержание бенз(а)пирена, основного токсического элемента, снижается в 5-6 раз.

Общая концепция по утилизации осадков КШН ОАО «БЦБК» (представлена на рис. 2) позволяет уменьшить объем

осадка за счет разрушения его коллоидной структуры и получить три исходных материала: первый - деструктированный коллоидный осадок (35%); второй - минерализованные надшламовые воды (5%); третий -деминерализованные надшламовые воды (60%), самотеком каскадно сбрасывающиеся в заранее подготовленную карту № 2, служащую отстойником-осветлителем, в который для получения нормативных показателей качества воды «ПДКрыбохоз.» добавляется модифицированный флокулянт «Zetag-64». После осаждения остаточных загрязняющих веществ очищенная вода подается в имеющийся пруд-аэратор ОАО «БЦБК» и далее в озеро Байкал.

Деструктированный осадок и минерализованная вода насосами каскадно перекачиваются с седьмой на нижерасположенные по рельефу карты до их полного последовательного заполнения. Для получения смеси для экобетонирования осадки с КШН № 11-14 подаются по существующему золопроводу. В верхние слои около 10% от объема зол добавляется цемент М400. Для создания условий перемешива-

смрШШМДО» *шш(м|

Рис. 2. Принципиальная схема утилизации осадков карт-накопителей Fig. 2. Schematic diagram of storage tanks sludges disposal

Том 1 № 2 2016 Vol. 1 no. 2 2016

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION

ния золы и цемент подаются в трубопроводы осадков. Конечным результатом технологии является получение экологически безопасного и инженерного сооружения саркофагов. Для обеспечения самотечного стока ливневых вод поверхность саркофагов должна иметь наклон не менее двух градусов и систему сборных лотков, по которым воды отводятся в карту № 2 для их естественной доочистки. Площадь саркофагов может быть использована для постройки легких сооружений (тепличные сооружения, рекреационно-спортивные). Высвободившийся от осадка полезный объем карт может быть использован в качестве бассейнов для рыборазведения, а также спортивно-рекреационной деятельности.

Заключение

Анализ полученных и имеющихся данных по морфологическому составу и физико-химическим свойствам осадков КШН ОАО «БЦБК» впервые дал возможность произвести систематизацию [4], позволяющую определить концепцию технологии дальнейшей утилизации этих осадков, базирующуюся, прежде всего, на их компонентном составе и, согласно НДТ ГОСТ Р 55827-2013, учитывать ресурсный потенциал, необходимость охраны окружающей среды и здоровье людей. Предложенная технологическая схема поможет сократить технико-экономические затраты, а также повысить экологическую безопасность проекта по утилизации осадков карт-шламонакопителей ОАО «Байкальский ЦБК».

Библиографический список

1. Богданов А.В., Федотов К.В., Качор О.Л. Развитие научных и практических основ технологий комплексной переработки осадков карт-шламонакопителей. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. 203 с.

2. Геохимия окружающей среды Прибайкалья, Байкальский геоэкологический полигон / Гребенщикова В.И., Лустенберг Э.Е., Китаев Н.А. [и др.]. Новосибирск: изд-во «ГЕО», 2008. 235 с.

3. Богданов А.В., Шатрова А.С., Качор О.Л. Иссле-

дование физико-химических свойств осадков шлам-лигнина ОАО «Байкальский ЦБК» при вымораживании // Вестник ИрГТУ. 2015. № 8. С. 99-107.

4. Богданов А.В., Федотов К.В., Шатрова А.С. Рекуперация осадков карт-накопителей ОАО «Байкальский ЦБК» // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2013. № 10. С. 60-63.

References

1. Bogdanov A.V., Fedotov K.V., Kachor O.L. Razvitie nauchnyh i prakticheskih osnov tehnologij kompleksnoj pererabotki osadkov kart-shlamonakopitelej [Development of scientific and practical bases for complex recycling of sludges of sediment storage tanks]. Irkutsk, IrGTU Publ., 2009, 203 p.

2. Grebenshchikova V.l., Lustenberg E.E., Kitaev N.A. [at al.]. Geokhimiya okruzhayushchei sredy Pribaikal'ya, Baikal'skii geoekologicheskii polygon [Environmental Geochemistry of Baikal region, Baikal Environmental landfill]. Novosibirsk, GEO Publ., 2008, 235 p.

3. Bogdanov A.V., Shatrova A.S., Kachor O.L. Issledo-

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии интересов.

Поступила 27.04.2016

конфликта

vanie fiziko-himicheskih svojstv osadkov shlam-lignina OAO «Bajkal'skij CBK» pri vymorazhivanii [Research on physical and chemical properties of sludge-lignin of the Baikalsl Pulp and Paper Mill when freezing out sludges]. Vestnik IrGTU - Proceedings of Irkutsk State Technical University, 2015, no. 8, pp. 99-107. 4. Bogdanov A.V., Fedotov K.V., Shatrova A.S. Reku-peracija osadkov kart-nakopitelej OAO «Bajkal'skij CBK» [Recuperation of sludges of storage tanks of the Baikalsk Pulp and Paper Mill]. Tsellyuloza. Bumaga. Karton - Pulp. Paper. Carton, 2013, no. 10, pp. 60-63.

Conflict of interest

The authors declare no conflict of interest.

Received on 27.04.2016

66

Том 1 № 2 2016 Vol. 1 no. 2 2016

XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY