CC BY
37
УДК 628.34
С. В. Свергузова, М. Ф. Сахаб, И. Г. Шайхиев ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ШЛАМА БЕЛГОРОДСКОЙ ТЭЦ В ВОДООЧИСТКЕ ОТ ИОНОВ НИКЕЛЯ
Ключевые слова: шлам ТЭЦ, термообработка, очистка от ионов никеля, эффективность.
Описаны результаты исследования физико-химических свойств, гранулометрического и фазового состава шлама водоподготовки Белгородской ТЭЦ. Установлено, что исходный шлам содержит до 85 % СаСО3, содержание микропримесей в шламе (Pb, Zn, Cu, Ni, Cr) составляет менее 0,001 %. После обжига шлам содержит до 75 % СаОакт и при использовании его для очистки никельсодержащих модельных растворов обеспечивает эффективность очистки около 98 %.
Keywords: CHPP sludge, heat treatment, purification from nickel ions, efficiency.
The results of the investigation of the physical and chemical properties, granulometric and phase composition of the Belgorod CHPP water treatment slurry are described. It is established that the initial slurry contains up to 85% CaCO3, micro impurities level (Pb, Zn, Cu, Ni, Cr) is less than 0.001%. After roasting, the slurry contains up to 75% CaOact and when using for nickel-containing model solutions cleaning, it provides a purification efficiency of about 98 %.
С первых лет развития теплофикации в нашей стране основным теплоносителем для теплоснабжения городов и промышленных предприятий, не связанных с высокотемпературной технологической обработкой сырья и материалов, была выбрана вода, которая в промышленной теплоэнергетике используется в двух целях: в качестве теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения; для получения пара, используемого в производстве электрической энергии.
Применение воды позволило наиболее полно использовать теплоту отработавшего пара низкого давления и получить максимальную комбинированную выработку электроэнергии и тепла.
Однако, работа водогрейного оборудования на ТЭЦ зависит от качества оборудования и от состава используемой воды. Для бесперебойной работы такого оборудования вода должна соответствовать определенным требованиям. Например, для паровых газотурбинных котлов, работающих на жидком топливе, общая жесткость воды не должна превышать 35 мкмоль/дм3; питательная вода для водотрубных котлов с рабочим давлением пара до 4 МПа должна иметь жесткость не более 30 мкмоль/дм3 [1-3]. Поэтому использование воды в энергетике сопряжено с необходимостью водоочистки [4, 5]. Очистку воды для энергосиловых установок осуществляют с помощью различных физико-химических методов [6].
При химической водоподготовке в процессе обработки воды в осветлитель дозируются известь и коагулянт (сернокислое железо). В результате обработки образуется карбонатный шлам, состоящий, в основном, из СаС03, Мд(ОН)2 и Fe(OH)3, а также из органических веществ типа гуматов и пр. [7].
В настоящее время на территории Российской Федерации действуют свыше 300 электроцентралей. Только в Белгородской области их три. За год на ТЭЦ средней мощности образуется около 1500 т шлама водоочистки, а в масштабе Российской
Федерации, общее количество образующихся шламов составляет более 450 000 т в год [8].
Карбонатные шламы можно использовать при производстве сухих строительных смесей [9-14], рекультивационных смесей [15] и других строительных материалов.
В работе [16] отмечено, что самым радикальным методом утилизации шламов является их сушка и сжигание. Такой способ не является экологически безопасным, потому что требуется очистка отходящих газов, расходуется значительное количество энергии, а проблема утилизации отхода остается, поскольку остается минеральная часть осадка.
Однако, в настоящее время большинство шламов ТЭЦ классифицируются как отход и вывозится в отвалы, отчуждая многие гектары земли и загрязняя окружающую среду. Поэтому разработка способов рационального использования подобных шламов является актуальной задачей.
В литературе описаны способы очистки сточных вод различными производственными отходами [17, 18]. При этом возможно достижение высокой эффективности очистки.
Нами исследовалась возможность использования шлама Белгородской ТЭЦ для получения реагента, пригодного к применению в водоочистке.
Исследования проводили на модельных растворах, содержащих ионы №2+.
Насыпную плотность, истинную плотность, влажность шлама определяли в соответствии с [19], рН водных сред - с помощью рН-метра по методике [20]. Фазовый состав шлама, а также его количественный состав определялся с помощью рентгенофазового анализа. Съемку проводили в непрерывном режиме на рентгеновском дифрактометре марки «ДР0Н-2.0». Идентификация пиков проводилась с помощью программного комплекса PDWin 4.0. Ситовой анализ высушенного шлама проводился с помощью стандартного набора сит согласно методике [21, 22]. Содержание СаОакт после растирания пробы в фарфоровой ступке определялось объемным титриметрическим методом с индикатором фенолфталеином по методике [23].
Концентрация ионов №2+ в растворах измерялась фотоколориметрическим методом.
Согласно данным химической лаборатории Белгородской ТЭЦ, шлам водоочистки содержит 7585 % СаСО3; Fe(OH)3 - 5-8 %; Мд(ОН)2 - 5-8 %. Остальное - инертные примеси ^Ю2), а также микропримеси, содержание которых указано в таблице 1.
Таблица 1 - Микропримеси, содержащиеся в шламе
РЬ, % Zn, % Си, % % Fe,% Мп, % Сг, %
<0,001 <0,001 <0,001 <0,001 0,133 0,0065 <0,001
Насыпная плотность шлама составляет 0,58 г/см3. истинная плотность - 2,93 г/см3, рН водной вытяжки - 9,32.
Минеральная составляющая шлама,
определенная с помощью рентгенофазового анализа (рисунок 1), представлена такими соединениями, как СаСО3, Са(ОН)2 и СаО.
Рис. 1 - Рентгенограмма обожженного шлама: •- СаСОз, ♦ - СаО, ■ - Са(ОН)2
После обжига шлама на рентгенограмме (рисунок 1) пики, характерные для СаСО3 исчезают, но появляются другие. характерные для Са(ОН)2: (Ао) 4,935; 3,11; 2,3; 2,108; 1,931; 1,795; 1,685; 1,487. Других минералов на представленных рентгенограммах не выявлено, что свидетельствует о высокой степени однородности шлама.
Содержание активного оксида кальция (СаОакт) в исходном шламе составляет 7,2 %.
Результаты ситового анализа шлама (рисунок 2) показали, что наибольшую часть частиц составляют наиболее мелкие фракции - 0,1-0,14 мм (80,8 %).
Для получения реагента из шлама, пригодного к использованию в водоочистке, последний подвергался обжигу в муфельной печи в течение различных интервалов времени при температурах от 300 до 1100 оС.
Обжиг при температуре 1100 оС в течение 30 мин дал возможность получить шлам с содержанием 75,3 % СаОакт. Полученный после обжига реагент (условное название ШР), использовался для очистки модельного раствора с содержанием ионов №2+ 20 мг/дм3. После добавления расчетной навески ШР к модельному раствору в объеме 100 см3,
перемешивания и фильтрования, в очищенном растворе определялась концентрация ионов №2+ фотоколориметрическим методом при длине волны X = 445 нм с индикатором диметилглиоксимом.
..=»100
Размер ячеек сига,мм
Рис. 2 - Диаграмма дисперсного состава шлама
Эффективность очистки определялась по формуле:
Э = (Сисх - Скон) / Сисх • 100 %,
где Сисх и Скон - исходная и конечная концентрации раствора, мг/дм3.
Зависимость эффективности очистки от температуры обжига шлама представлена на рисунке 3, от концентрации добавляемого шлама -на рисунке 4.
Рис. 3 - Влияние температуры обжига на эффективность очистки
Результаты исследования, представленные на рисунке 3, показывают, что эффективность очистки увеличивается с повышением температуры обжига.
Эффективность очистки исходным шламом составляет около 10 %; при термообработке шлама при температурах до 500 оС эффективность очистки увеличивается незначительно; при повышении температуры обжига от 500 оС до 700 оС эффективность очистки увеличивается до 81,6 %; при температуре от 700 оС до 900 оС эффективность очистки увеличивается незначительно. Данное обстоятельство свидетельствует, что температура обжига 700 оС является достаточной для
достижения высокой степени очистки раствора от
2+
ионов N .
Как видно из результатов исследований, высокая эффективность очистки модельных растворов от ионов №2+ достигается при использовании шлама ТЭЦ, обожженного при температуре 900 оС в
течение 30 мин, концентрация добавляемого к модельному раствору шлама составляет 6 г/дм3.
0 2 4 6 8
Концентрация шлама, г/дм3
Рис. 4 - Зависимость эффективности очистки от концентрации ШР в растворе
Таким образом, в ходе исследований доказана перспективность использования шлама
Белгородской ТЭЦ в процессе очистки сточных вод от ионов никеля.
Литература
1. ПБ 10-574-03-2003. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей
3. Э.П. Гужулев, В.В. Шалай, В.М. Гриценко, М.А. Таран, Водоподготовка и водно-химические режимы в теплоэнергетике, Изд-во ОмГТУ, Омск, 2005. 384 с.
4. Водоподготовка на ТЭЦ [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://t-water.ru/category/vodopodgotovka/vodopodgotovka-na-tets.
5. Б.А. Соколов, Котельные установки их эксплуатация, Академия, Москва, 2008. 432 с.
6. Н.Д. Чичерова, А.А. Чичеров, Ю.А. Петрушенко, И.Х. Гайфуллин. И.Ю. Силов, Экологическая безопасность ТЭС, Экологические системы, 7 (2010).
7. РД 34.02.401 (МТ 34-00-030-87) Методика разработки норм и нормативов водопотребления и водоподготовки на предприятиях теплоэнергетики.
8. Л.Н. Николаева, Е.Н. Бородой, Ресурсосберегающая технология утилизации шлама водоподготовки на ТЭС, КГЭУ, Казань, 2012. 110 с.
9. Е.А. Алибина. Автоклавные строительные материалы из побочных отходов ТЭЦ, Стройиздат, Л, 1986. 128 с.
10. Р.Ш. Валеев. И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 13, 41-45 (2011).
11. Р.Ш. Валеев. И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологическогоуниверситета,3, 35-37 (2012).
12. Р.Ш. Валеев. И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 10, 111-113 (2012).
13. Р.Ш. Валеев. И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 12, 74-75 (2012).
14. Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев, Экология и промышленность России, 2, 28-29 (2010).
15. В.И. Авксентьев, Н.М. Морозов, В.Г. Хозин Шлам химической водоочистки - эффективный наполнитель в самоуплатняющихся песчаных бетонах. Известия КГАСУ. №4(30), С. 249-254 (2014).
16. В.П. Сучков, Э.В. Киушкин. Сборник докладов международной научно-методической конференции (Белгород. гос. технол. акад. строит. материалов). Белгород, 2002. Ч. 3. С. 127-131.
17. С.В. Свергузова, М.Н. Спирин. Очистка маслосодержащих сточных вод отходами производства сахара. Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, № 5, С. 187-191 (2014).
18. С.В. Свергузова, И.В. Старостина, Е.В. Суханов, Д.В. Сапронов, И.Г. Шайхиев. Коагулянт на основе пыли ЭСПЦ. Вестник технологического университета, № 6. Т. 18, С. 202-205 (2015).
19. В.С. Горшков, В.В. Тимашев, В.Г. Савельев, Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. Высшая школа, Москва, 1981. 33 с.
20. Г. Юинг, Инструментальные методы химического анализа, Мир, Москва, 1989. 608 с.
21. ГОСТ 21119.8-75. Общие методы испытаний пигментов и наполнителей. Определение насыпной и истинной плотности.
22. ГОСТ 8784-75. Материалы лакокрасочные. Методы влагоемкости.
23. В.А. Пьячев, А.М. Спиридонова, Химический анализ вяжущих веществ, Москва, 2005. 35 с.
© С. В. Свергузова - д.т.н., профессор, зав. кафедрой промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, e-mail: pe@intbel.ru, рабочий тел. 8(4722)55-47-96; М. Ф. Сахаб - магистр кафедры промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова; И. Г. Шайхиев - д.т.н., зав кафедрой Инженерной экологии Казанского национального исследовательского технологического университета.
© S. V. Sverguzova - Ph.D., professor, head of Shukhov's Belgorod State Technological University industrial ecology cathedra, e-mail: pe@intbel.ru, phone. 8(4722)55-47-96; M. F. Sakhab - master of Shukhov's Belgorod State Technological University industrial ecology cathedra; I. G. Shaikhiev - Professor, Head of Department of Environmental Engineering, Kazan National Research Technological University.
