CC BY
82
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОРФЯНЫХ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
ПЛЕХАНОВ К. А.. РУДОЙ Г. Н
ООО <:У ГМК-холдинг» СУВОРОВА. Л., ЯТЛУГЮ. Г. Институт органического синтеза УрО РАН ГРЕВЦЕВИ В., АЛЕКСАНДРОВ Б. М. Уральская государственная горно-геологическая академия
В силу специфического развития Уральского региона, наличия на его территории богатых торфяных запасов с различными качественными характеристиками, актуальным является использование торфа в природоохранных технологиях, в частности, для очистки промышленных стоков от ионов тяжелых металлов.
Возможность эффективного использования торфа для охраны окружающей среды обусловлена специфическими физико-химическими свойствами торфа и продуктов его переработки, а также способностью взаимодействовать с различными веществами искусственного, животного и растительного происхождения, в том числе вредными для человека. Из физических свойств торфа обращает на себя внимание величина его полной влагоемкости, в десятки раз превышающая влагаем кость почв и фунтов. Большая склонность подсушенного торфа к связыванию ыаги и других материалов может быть использована для поглощения жидких компонентов и газов, очистки стоков.
Наиболее опасными и вредными загрязнениями сточных вод являются загрязнения ионами тяжелых металлов. Эффективным методом очистки сточных вод является сорбционный метод, позволяющий эффективно концентрировать металлы и нефтепродукты из больших объемов сточных вод, одновременно обезвреживая их и обеспечивая возможность оборотного использования очищенной воды.
В качестве сорбента находит применение как нативный торф, так и модифицированный, прошедший механическую переработку - гранулирование, химическую активацию, термохимическую обработку. Чем глубже степень переработки торфа, тем большей эффективностью очистки обладает сорбент, полученный на основе торфа. Сорбционный метод очистки используется как самостоятельно, так и в комплексе с другими методами очистки [1-6].
Эффективность использования природного мохового торфа «Магелланикум» в качестве поглотителя вредных техногенных соединений свинца, ртути, кадмия, хрома, нефти выше, чем из целлюлозных материалов. Применение этого вида торфа эффективно при невысоких скоростях фильтрации стоков. Использование же гранулированного методом окатывания тор^а позволяет расширить диапазон действия торфяного соэбента благодаря более высокой проницаемости потока фильтруемой жидкости.
Во ВНИИТП разработана схема получения формованных торфо-минеральных композиций, | позволяющая достичь обменной емкости по меди до 3 мг-экв/г при увеличении степени поглощения по ионам никеля и цинка. Химической обработкой - алкинированием и перетарификацией низшими спиргами образцов сфагново-пушнцевого торфа со степенью разложения 35-40 % получены сорбенты, обладающие высокой обменной емкостью и поглотительной способностью. Высокой ионообменной активностью обладают полиамиды фибридного типа, полученные на основе гуминовых кислот, выделенных из низинных видов торфа. Фибридные иониты обладают максимальной сорбционной емкостью по отношению к катионам Си2' н Сг'.
Экспериментальные исследования сорбционной способности нативного (естественного) и модифицированного торфа были выполнены в исследовательской лаборатории АО «Уралэлектро-медь». Для проведения экспериментальных исследований сотрудниками УГГГА были подготовлены образцы торфяных сорбентов (табл. I).
При благоприятном взаимном расположении карбоксильных и фсиольных групп торф отчасти может быть комплексообразуюшим ионообменником. Так, он будет связывать ионы металлов и в кислой среде (так же. как и без предварительной нейтрализации) за счег своих комплексо-образующих свойств. Однако наличие в торфе природного набора ионов различных металлов может быть вредным (если эти металлы дают более прочные комплексы, например, алюминий, желс-
зо, чем поглощаемый металл, - медь) или полезным (если эти металлы дают менее прочные плексы, например, кальций).
В связи с тем, что избирательно удалять ионы невозможно, для предварительных было сочтено целесообразным иметь торф в кислой форме, отмытый от всех ионов кислотой., необходимо для определения его кислотной обменной емкости и нейтрализованный торф - для определения его солевой обменной емкости. Отмывка осуществлялась соляной той. Для нейтрализации использовалось наиболее дешевое основание - гидроокись кальииа шемая известь).
Теоретическая обменная емкость торфа в зависимости от его природы и подготовки ляет от 1,8 до 7,2 мг-экв/г. При этом процесс сорбирования может быть как поточным (не ным), так и периодическим, т. е. в виде простого перемешивания раствора с подготовленнь фом, в последнем случае, однако, относительное количество поглощенных ионов будет мен
Характеристик™ обратной торфяных сорбентов
Номер образна Шифр образца Модификация сорбента
1 2 2Са - торф
2 3 ЗСа- торф : древесный уголь - 1:1 (пресс-формованный брикет)
3 4 4Са - торф : древесный уголь =1:1 (мелкий}
4 2 2И - торф (нативный)
5 3 ЗН - торф : древесный уголь ■ 1:1 (пресс-формованный брикет)
6 4 4Н - торф : древесный уголь =1:1 (мелкий)
7 1а Торф (низинный окатанный)
8 2а Торф (верховой кусковой дробленый)
9 За Торф (переходный фрезерный)
Для проведения экспериментальных исследований сорбционной способности торфа очистке шахтных вод был использован реальный раствор шахтной воды АО «Уралэле охарактеризованный в табл.2.
Т
Химический состао раетоорп шахтной воды ОА «Уралэлектромсдь»
№ п/п
Химические элементы, мг/л
Си
N1
7.п
Ре
Са
ме
КислотноеяК
_еУ_
0,38-1,05
2,68-4.07
н'о-0,01
и/о
22.S-43.23
76,0-98 5
Лабораторные исследования сорбционной способности нативного и модифици торфа проводились при выполнении следующих условий: соотношение твердой и жидкой фаз = 1:200; температура 20-22 "С; время контакта : 15 мин, 30 мин, 1 ч, 3 ч, 5 ч, 9 ч.
По результатам анализа сорбционной способности образцов торфяных сорбентов на нии заключения исследовательской лаборатории АО «Урапэлектромедь» сделаны следующие воды:
- представленные образцы торфяных сорбентов поглощают как медь, так и никель, и стический анализ полученных результатов не свидетельствует о какой-либо яркой изби сти торфа к никелю или меди;
- статическая обменная емкость (СОЕ) гранулированного торфа в Н-форме по ионам ных металлов составила: для образцов 4-6 - 0,8 мг/г, для образцов 7-9 - 2,3-4,5 мг/г;
- при использовании в качестве сорбента торфа в Са-формс происходит загрязнение ного раствора ионами Са2', что нежелательно;
- степень очистки шахтной воды с использование торфа Н-форм, при соотношении 1 составила по меди 90-97 %, по никелю 88-96 %;
- абсолютная набухаемостъ торфа составляет от 3,2 до 6,5 мл/г, из-за чего возникает ходимость предварительного замачивания материала перед загрузкой в колонну.
- наиболее эффективным является использование гранулированного торфа Н-формы.
Оценивая целесообразность использования торфа для очистки шахтных вод от примесей
нов тяжелых металлов, необходимо отметить наличие как негативных, так и позитивных
ров. К негативным следует отнести небольшую емкость торфяных сорбснтсв по сравнению с существующими промышленными аналогами. С другой стороны, широкое распространение, доступность и относительная дешевизна торфяного сырья в ряде случаев могут компенсировать определенные недостатки торфяных сорбентов.
Полученные предварительные результаты лабораторных исследований подтвердили принципиальную возможность применения торфа для очистки шахтных вод, содержащих ионы тяжелых металлов.
Для очистки небольших объемов сточных вод возможны варианты одноступенчатой схемы очистки от ионов тяжелых металлов с применением торфа. При одноступенчатой схеме очистки сточные воды с невысоким содержанием ионов тяжелых металлов (менее 50 мг/л) после отстаивания или фильтрования через торф рекомендуется направлять в колонны или открытые фильтры, заполненные загрузкой из гранулированного торфа с более высокой степенью разложения. Для сточных вод с высоким содержанием ионов тяжелых металлов, т. е. более 50 мг/л, рекомендуется после отстаивания или фильтрования проводить очистку в статических условиях, по типу внесения мелкокускового торфа с принудительным перемешиванием.
Для вод, содержащих только ионы меди и цинка, можно рекомендовать как динамический способ очистки, т. с. фильтрование со скоростью 2 м/ч через гранулированный торф, так и статический способ по типу внесения торфяного сорбента либо в мелкокусковом, либо в гранулированном виде. Перед сорбционной очисткой сточных вод от ионов тяжелых металлов целесообразно проводить очистку от взвешенных частиц путем гравитационного отстаивания или фильтрования через торф.
С целью установления возможности применения торфяных сорбентов для сорбции благородных металлов из продуктивных растворов были выполнены лабораторные испытания на опытно-промышленной установке кучного выщелачивания АО «Сафьяновская медь - Медин». Исходный материал для всех образцов - торф верховой, моховая группа, набухасмость 6,25 м7т, насыпной вес 0,23 т/м\ Исследования сорбционных характеристик торфяных сорбентов проводились в динамическом режиме: степень заполнения колонн сорбентом 15 %; скорость прохождения раствора снизу вверх 500 мл/ч. Состав продуктивного раствора приведен в табл. 3.
Таблица 3
Состав прэлуктивного раствора
Химические элементы. мг/л Кислотность РИ
Си Ли Л* Fe
40-140 2,2-3.9 0.17-0.46 40-300 3.5-6.0
В результате проведенных опытов все образцы показали принципиальную возможность сорбционной очистки продуктивных растворов от цветных и благородных металлов, %:
Си - 85-90 Аи- 42-52 Ag-40 Fe - 70-80
Вопрос применения торфяных сорбентов для извлечения драгоценных металлов из продуктивных растворов кучного выщелачивания перспективен. Вопрос очистки промышленных стоков от ионов тяжелых металлов требует более детального изучения.
БИБ/1ИОГРАФИЧ1ХКИЙ СПИСОК
1. Арене В. Ж.. Гридин О. М. Использование торфа в качестве сорбента для извлечения тяжелых металлов из сточных вод// Физиохимия торфа и сапропеля, проблемы их переработки и комплексного использования: Мат-лы VII Междунар. науч.-техн. коно. Ч. II. Тверь, 1994. С. 44-45.
2. Барышникова Т. //., Арканова И. А.. Корякин Б. И. Торф - природный ионсобменик - средство для очистки вод Урала // Горный журнал. 1996. № 5 - 6. С. 139-154.
3. Гамаюнов Н. И. Ионный обмен в набухающих ионообменных материалах // Физика процессов торфяного производства: Сб. Калинин: КГУ, 1983. С. 3-21.
4. Косое В И.. Иванов В. N.. Смирнова А П.. Мирнова Г. П., Усанова Т. И. / Исследование сорбционной способности фильтрующих смесей на основе торфа и сапропеля для очистки сточных вод // Физико -
химия торфа и сапропеля, проблемы их переработки и комплексного использования. Мат-лы VII Междукар^ науч. технич. конф. Ч. II. Тверь, 1994. С. 58-59.
5. Масленников Б.И., Киселева С.А. Физико-химические основы применения торфа в ионообменное технологии и адсорбционных процессах // Торф, промышленность. 1989. № 5. С. 23-25.
6. Михайлов А. В., Колосов Н. А., Сологуб В. Я. Смешанные торфомине-ральные составы для очисти сточных вод // Физиохимия торфа и сапропеля, проблемы их переработки и комплексного использование Мат-лы VII Между нар. науч.-техи. конф. Ч. II. Тверь, 1994. С. 47-48.
ПРИМЕНЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ МЕСТНЫХ ТОПЛИВ
РЫЖКОВА. Ф., КОСТЮНИН В. В.. СИЛИН в. е., лувсандоржж.
Уральский государственный технический университет - УПИ
1. Топливный потенциал растительной биомассы и торфа
Уральский регион обладает большими запасами местных топливных ресурсов (МТЭР) естественного (торф, бурый уголь, штыб тоших углей, древесина и т. д.) и техногенного (нсфтекокс. промышленные и бытовые отходы) гроисхождения. В южных степных районах имеются знач»-тельные запасы отходов переработки сельскохозяйственной продукции (солома и др.). Особое место среди МТЭР по экономическому, топливному и экологическому потенциалу занимает БМЦТ -растительная биомасса многолетнего цикла БМЦ (в первую очередь древесные отходы) и торо (Т). В Свердловской области растительная биомасса многолетнего цикла БМЦ в виде древесных отходов лесоперсработки составляет 0,3 - 0,8 млн т/год, является одним из наиболее дешевых ш доступных источников возобновляемой энергии и имеет практически повсеместное распространение, а залежи торфа можно разрабатывать практически вблизи каждого населенного пункта (табх
О-
Таблица I
Распространенность источников возобновляемой энергии
Город Количество месторождений Запасы торфа. тыс. м
Березовский 39 230.312
В. Пышма 30 666.060
Ивдель 10 1.183.076
Карпинск 5 496.332
Красноуральск 17 517.309
Первоуральск 10 89.998
Ккатеринбург 22 102.724
'Габоринекий р-н 34 12.098.577
Своевременное вовлечение БМЦТ в хозяйственную деятельность может решить проблем, топливообеспечсния коммунально-бытового и частично промышленного секторов региона экологически чистым топливом на многие десятилетия.
Однако энергетическое использование БМЦТ сдерживается низкой разработанностью месторождений, неразвитостью инфраструктуры, отсутствием современной машиностроительной базы (горнодобывакнцей, энергомашиностроительной) и современных технологий их использования.
Ситуацию усугубляют потребность в больших инновационных вложениях, незрелость об-шества и отсутствие у местных админ истраций и хозяйственных элит экономической заинтересованности и должной инициативы по развитию производительных сил собственного региона местными силами.
