CC BY
47
УДК 628.34
С. В. Свергузова, А. А. Внуков, В. А. Юрченко, И. Г. Шайхиев
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ШЛАМА ВОДООЧИСТКИ
БЕЛГОРОДСКОЙ ТЭЦ
Ключевые слова: шлам водоочистки ТЭЦ, физико-химические свойства, эффективность очистки, модельные растворы,
ионы Fe3+.
Предоставлены результаты экспериментальных исследований физико-химических свойств шлама водоочистки Белгородской ТЭЦ. Установлено, что шлам представляет собой тонкодисперсную систему влажностью более 60 %, основная масса частиц в которой (более 80 %) имеет размеры менее 0,2 мм; содержание СаСО3 составляет около 93 %. При использовании обожженного шлама для очистки модельных железосодержащих растворов была достигнута эффективность очистки более 99 %.
Keywords: Belgorod TPP sludge, physical and chemical properties, purification efficiency, model solutions, Fe3+ ions.
Was provided the results of experimental researches of physico-chemical properties of the Belgorod TPP water treatment sludge. Was established that the sludge represents finely dispersed system with humidity about 60 %, in which the bulk of particles (over 80 %) has sires less than 0,2 mm; CaCO3 content is about 93 %. When calcium containing sludge was used for model iron containing solutions purifications was achiever purifications of more that 99 %.
Белгородская ТЭЦ является основным источником теплоснабжения и горячего водоснабжения многоэтажного жилого сектора и объектов соц-культбыта центральной части г. Белгорода. Тепловая сеть выполнена по закрытой схеме. Установленная электрическая мощность станции составляет 30 мВт, тепловая мощность - 442 мВт. Подключенная тепловая нагрузка составляет 310 Гкал/ч, нагрузка горячего водоснабжения - 45 Гкал/ч. Нормативная подпитка теплосети в зимний период равна 60 м3/ч, в летний - 20 м3/ч.
Станция расположена в пойме реки Север-ский Донец, на берегу водохранилища в непосредственной близости от городского пляжа и зоны отдыха.
Основным источником водоснабжения производственных нужд станции является река. Забор воды осуществляется насосами береговой насосной станции.
Перед поступлением в технологический цикл вода подвергается обязательной очистке, после которой образуется осадок - шлам, представляющий собой вторичный отход. Чаще всего шлам водоочистки вывозится на полигон промышленных отходов или на полигон ТБО (твердых бытовых отходов) для изоляции слоев складируемых отходов. Однако в силу своего дисперсного и химического состава шлам ТЭЦ в перспективе может быть использован в различных технологических процессах. Так, ранее было исследовано влияния шлама водоподготовки в рецептуре сухих строительных смесей на показатели гипсовых вяжущих [1-4]. С целью дальнейшего выявления возможности повторного использования шлама Белгородской ТЭЦ исследовались его физико-химические свойства.
Шлам водоочистки Белгородской ТЭЦ представляет собой тонкодисперсную систему желтоватого цвета с влажностью 67,5 %.
Ситовой анализ дисперсного состава шлама, проведенный с помощью стандартного набора сит (табл.1), показал, что максимальную часть частиц
составляют наиболее мелкие фракции - от 0,1 до 0,2 мм (49,86 %) и менее 0,1 мм (43,72 %). Содержание примесей в шламе составляет 1,78 %. Примеси имеют черную окраску с размерами частиц < 2,0 мм.
Таблица 1 - Дисперсный состав шлама
Размер отвер- Остаток на Частный
стии в сетке сите, г остаток на
сита, мм сите, %
> 2,0 0,03 0,06
1,4 - 2,0 0,05 0,1
1,0 - 1,4 0,08 0,16
0,63 - 1,0 0,1 0,2
0,315 - 0,63 0,13 0,26
0,2 - 0,315 2,83 5,66
0,1 - 0,2 24,92 49,84
< 0.1 поддон 21,86 43,72
Насыпную плотность высушенного до постоянной массы шлама определяли путем наполнения взвешенного мерного сосуда до образования конуса, который снимали вровень с краями сосуда без уплотнения материала, после чего сосуд с материалом взвешивали. Насыпная плотность вычислялась по формуле:
Рнас
V
где Ш] - масса мерного сосуда с материалом, г; т0 - масса мерного сосуда, г; V - объем мерного
3
сосуда, см .
Насыпная плотность шлама составила 0,699 г/см3.
Истинную плотность шлама определяли пикнометрическим методом с изобутиловым спиртом. Результаты определения представлены в табл. 2.
Потери при прокаливании шлама при температуре 900° С в течении 1 часа составили 41,4 %.
Для определения минерального состава шлам исходный и шлам после обжига при темпера-
туре 900° С в течении 1 часа подвергали рентгено-фазовому анализу на приборе марки «Uni Quant». Условия проведения анализа: тип анода - Cu; начальный угол - 40; конечный угол - 560; шаг - 0,050; экспозиция - 0,38; скорость - 8.
Таблица 2 - Результаты определения истиной плотно-
сти шлама
mi m тз
Масса
Масса Масса пикно-
пустого пикно- метра со
пикно- метра со шламом
метра, шла- после
г мом, г кипяче-
ния, г
18,4509 21,6362 40,4936
т2 т0 Рист
Масса Истин-
пикномет- Навес- ная
ра с изо- ка плот-
бутило- шла- ность
вым спир- ма, г шлама,
том, г г/см3
38,6346 3,1853 1,921
На рентгенограмме исходного шлама (рис. 1а) минеральная составляющая представлена кальцитом (CaCO3): (А°) = 3,036; 3,854; 2,493; 2,283; 2,094; 1,911; 1,874; 1,625; 1,603; 1,525; 1,440. После обжига шлама на рентгенограмме (рис. 1б) пики, характерные для CaCO3, исчезают, но появляются другие, характерные для Ca(OH)2: (А°): 4,935; 3,11; 2,63; 2,108; 1,931; 1,795; 1,685; 1,487. Других минералов на представленных рентгенограммах не выявлено, что свидетельствует о высокой степени однородности шлама.
(
о о о ( ) ( X) сР О 0
i 5 1Г
5 : 1 s = г § 1 - л f? 3 ÎT
à i i
A- A-
-
4- ] —i - k— i-
JM - — ffiP ¡TJ«2 —>- -s si a!
Рис. 1 - Рентгенограмма исходного (а) и обожженного (б) шлама: о - CaCO3; Д - Ca(OH)2; □ - CaOAl2O3 -однокальциевый силикат
Результаты количественного минерального рентгенофазового анализа показали высокую массовую долю CaCO3, входящего в состав исходного шлама (92,9 %), незначительное содержание Са8О42Н2О (2,1 %); 8Ю2 (2,01 %); МаА!813О8 (3,0 %).
Обожженный шлам содержит: СаО - 49,52 %; МдО - 3,5 %; 8Ю2 - 2,28 %; Ре203 - 0,862 %; А!203 - 0,418%; С02 - 42,63 %; примеси - 1,156 %.
Исследования позволили выявить присутствие в исходном шламе свободных ионов Са2+, что объясняется недостаточно полной нейтрализацией Са(ОН)2, используемого в процессе водоочистки. рН водной вытяжки шлама (Т:Ж = 1:10) составляет 8,52.
Таким образом, благодаря высокому содержанию в обожженном шламе СаО, который при контакте с водой вследствие его гидратации превращается в Са(ОН)2, шлам водоочистки Белгородской ТЭЦ в перспективе можно использовать для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, например, железа, никеля, меди и др. При этом в щелочной среде, создаваемой в растворах при добавлении обожженного шлама, будут происходить реакции образования малорастворимых гидроксидов металлов:
Ме2+ + 2ОН- ^ Ме(ОНЫ, где Ме2+ - катион 2-х валентного металла.
Подтверждением высказанного предложения является результат экспериментального исследования, в ходе которого было установлено, что уже при добавлении 0,5 г обожженного шлама к 100 см3 модельного раствора, содержащего 10 мг/дм3 ионов Ре3+, достигается эффективность очистки 99,8 % (рис. 2).
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
0,6
0,7 m, г
Рис. 2 - Зависимость эффективности очистки мо-
дельных растворов, содержащих добавки обожженного шлама
ионы Fe , от
Таким образом, в исследованиях была экспериментально достигнута высокая эффективность очистки модельных растворов, что подтверждает перспективность исследования шлама водоочистки Белгородской ТЭЦ для очистки сточных вод.
Это особенно актуально в связи с накоплением в России и во всем мире огромного количества невостребованных отходов, которые в силу своих физико-химических и дисперсных свойств могут быть вовлечены в процесс переработки и вторичного использования в различных технологических процессах, в том числе и для очистки сточных вод [5-7].
а
б
0
Литература
1. Р.Ш. Валеев. И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 13, 41-45 (2011).
2. Р.Ш. Валеев. И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета,3, 35-37 (2012).
3. Р.Ш. Валеев. И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета,10, 111-113 (2012).
4. Р.Ш. Валеев. И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 12, 74-75 (2012).
5. С.В. Свергузова, Ю.Н. Малахатка, А.В. Шамшуров, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 3, 175-177 (2012).
6. Г.В. Сакалова, С.В. Свергузова, М.С. Мальованый, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 4, 151-156 (2014).
7. М.Н. Спирин, С.В. Свергузова, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 5, 187-191 (2014).
© С. В. Свергузова - д.т.н., профессор, зав. каф. промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, pe@intbel.ru; А. В. Внуков - аспирант каф. промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова; В. А. Юрченко - д.т.н., профессор, зав. каф. безопасности жизнедеятельности и инженерной экологии Харьковского национального университета строительства и архитектуры; И. Г. Шайхиев - д.т.н., зав кафедрой инженерной экологии Казанского национального исследовательского технологического университета.
© S. V. Sverguzova - Dr. sc. techn, professor, head of industrial ecology cathedra of Belgorod State Technological University of Shukhov, pe@intbel.ru; A. V. Vnukov - graduate of industrial ecology cathedra of BSTU; V. A. Urchenko - Dr. sc. techn, professor, head of life safety and engineering ecology cathedra of Kharkov National University of constructing and architect; I. G. Shaikhiev -Dr. sc. techn, head of engineering ecology cathedra of Kazan National Research Technological University.
