CC BY
53Оригинальная статья / Original article УДК 676.08
DOI: https://doi.org/10.21285/2500-1582-2020-1-8-20
Опытно-промышленные испытания технологии вымораживания
коллоидных осадков шлам-лигнина
ОАО «Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат»
© А.В. Богданов1, А.С. Шатрова2, О.В. Алексеева3, В.А. Кулаков4
1,2Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия 3,4Муниципальное унитарное предприятие "Канализационные очистные сооружения Байкальского муниципального образования", г. Байкальск, Россия
Резюме: Накопленные коллоидные осадки шлам-лигнина ОАО «Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат» объемом более 8 млн м3, складированные в картах-накопителях, занимают более 140 га, наносят огромный вред объектам окружающей среды и могут стать причиной социально-экологической катастрофы оз. Байкал. Цель статьи - описание испытания технологии переработки накопленных отходов ОАО «БЦБК» методом вымораживания и применения их. Исследования свойств коллоидного осадка шлам -лигнина, а также почвогрунта выполнены с использованием комплекса физико-химических методов анализа и аттестованных методик в аккредитованной лаборатории экологического мониторинга природных и техногенных сред ФГБОУ ВО «ИРНИТУ» ROCC RU.0001.518897. Опытно-промышленные испытания проведены на Солзанской промплощадке ОАО «БЦБК» совместно с МУП «КОС г. Байкальск». Показано, что интенсификация процессов естественного вымораживания осадков шлам-лигнина позволяет снизить их влажность, объем и токсичность. Полученный из вымороженного осадка шлам-лигнина почвогрунт соответствует ГОСТ 54534-2011 «Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при использовании для рекультивации нарушенных земель». Руководствуясь принципами применения наилучших доступных технологий, можно утверждать, что наиболее эффективным способом утилизации таких сложно перерабатываемых и многотоннажных отходов как коллоидный осадок шлам-лигнин является технология вымораживания.
Ключевые слова: ОАО «Байкальский ЦБК», шлам-лигнин, утилизация, вымораживание, почвогрунт, интенсификация естественных процессов
Информация о статье: Дата поступления 9 января 2020 г.; дата принятия к печати 5 февраля 2020 г.; дата онлайн-размещения 31 марта 2020 г.
Для цитирования: Богданов А.В., Шатрова А.С., Алексеева О.В., Кулаков В.А. Опытно-промышленные испытания технологии вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина ОАО «Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат». XXI век. Техносферная безопасность. 2020;5(1):8-20. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2020-1-8-20
Industrial testing technology for freezing colloidal waste of sludge-lignin from the Baikalsk Pulp and Paper Mill
Andrei V. Bogdanov1, Anastasiya S. Shatrova2, Olga V. Alekseeva3, Valeriy A. Kulakov4
1,2irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia
3,4Municipal Unitary Enterprise "Sewer Treatment Facilities of Baikalsk", Baikalsk, Russia
3
Abstract: Accumulated Baikalsk colloidal waste of sludge-lignin of more than 8 million m causes great damage to environmental objects and occupy more than 140 hectares. The waste can cause a social and ecological catastrophe of Lake Baikal and the Baikal region. Research on properties of colloidal sludge-lignin, fertile soil was carried out in the accredited laboratory of environmental monitoring of natural and man-made environments of Irkutsk National Research Technical University using physical and chemical analysis methods. Experimental and industrial tests were carried out at the Sol-zan industrial site of the Baikal Pulp and Paper Mill. Studies showed that the intensification of natural freezing of waste sludge-lignin can reduce its humidity, volume and toxicity. It is possible to intensify processes of natural freezing by laying trenches. The fertile soil meets GOST 54534-2011 "Resources saving. Sewage sludge. Requirements for recultiva-
А.В. Богданов, А.С. Шатрова, О.В. Алексеева, В.А. Кулаков. Опытно-промышленные испытания
технологии вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина... Andrei V. Bogdanov, Anastasiya S. Shatrova, Olga V. Alekseeva, Valeriy A. Kulakov. Industrial testing
technology for freezing colloidal waste of sludge-lignin...
tion of disturbed land". Experimental and industrial tests showed that the intensification of natural defrost processes is an effective way to dispose of colloidal sludge. Soil can be used for land reclamation.
Keywords: Baikal Pulp and Paper Mill, sludge lignin, recycling, freezing, fertile soil, intensification of natural processes
Information about the article: Received January 9, 2020; accepted for publication February 5, 2020; available online March 31, 2020.
For citation: Bogdanov AV, Shatrova AS, Alekseeva OV, Kulakov VA. Industrial testing technology for freezing colloidal waste of sludge-lignin from the Baikalsk Pulp and Paper Mill. XXI century. Technosphere Safety. 2020;5(1):8-20. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/2500-1582-2020-1-8-20
1. Введение
В Указе Президента Российской Федерации № 176 от 19.04.2017 г. «О стратегии экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года»1 сказано, что каждый год на территории России образуется порядка 4 млрд тонн отходов. При этом перерабатывается не более 1,6 млрд. Большой вклад в массу не утилизируемых отходов вносит целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП). Одним из таких примеров являются коллоидные осадки прошлых лет, накопленные ОАО «Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат» (ОАО «БЦБК») (г. Байкальск) и группой «ИЛИМ» (г. Братск и Усть-Илимск), ОАО «Селенгинский ЦКК» (п. Селенгинск, Республика Бурятия).
Особенно остро стоит проблема утилизации накопленных отходов ОАО «БЦБК» объемом более 8 млн м3, которые складированы в картах-накопителях, расположенных на двух промплощадках -Солзанской площадью более 105 га (рис.1), и Бабхинской площадью более 33 га2 [4]. Несмотря на то, что в 2013 г. комбинат был закрыт, проблемы, связанные с негативным воздействием накопленных отходов на оз. Байкал по сей день остаются нерешенными. При этом возникает и социально-экологическая угроза для населения близ-
лежащих населенных пунктов - г. Бай-кальск, п. Солзан и дачных участков, поскольку район их (населенных пунктов) расположения относится к селеопасным территориям, где с 1902 по 1972 гг. селевые паводки прошли 15 раз. Очередной сход селя произошел в 2014 г. в поселке Аршан с населением около 3 тыс. человек, расположенном в 100 км от Солзанской промплощадки, в результате чего были размыты дороги, разрушены некоторые мосты, при этом пострадало более 200 строений и сооружений, из них около 20 домов не подлежали восстановлению [1; 6; 7]. Периодичность этих событий составляет около 40 лет, следующий сход крупного селевого потока вполне возможен в ближайшие годы. В августе 2019 г. большое выпадение осадков привело к подъему уровня реки Солзан и частичному разрушению полотна автотрассы и моста, соединяющего ОАО «БЦБК» и г. Байкальск, находящегося в непосредственной близости от места складирования опасных отходов. Ситуация обострена еще и тем, что карты-накопители находятся в районе тектонического разлома Байкальской рифтовой зоны, которая характеризуется высокой сейсмической активностью. В случае прорыва гидроизоляционного покрытия карт-накопителей может произойти крупномасштабная социально-
O стратегии экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года: Указ Президента от 19 апреля 2017 г. № 176. М.: Собрание законодательства Российской Федерации, 2017.
2Шатрова, А.С. Разработка экологически безопасной технологии переработки накопленных коллоидных осадков
шлам-лигнина ОАО "Байкальский ЦБК". Дисс. ... канд. техн. наук. ИРНИТУ, 2018. 150 с.
2020;5(1):8-20
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ISSN 2500-1582
(print) ISSN 2500-1574 (online)
И
экологическая техногенная катастрофа, которая повлечет за собой необратимые последствия для всего региона Южного Прибайкалья.
В связи со сложившейся критической ситуацией правительственной комиссией была проведена проверка исполнения законодательства по сохранению оз. Байкал и его экологическому оздоровлению. В целях ликвидации накопленного вреда окружающей среде в результате деятельности ОАО «БЦБК», по итогам которой 12 сентября 2019 г. Президент Российской Федерации утвердил поручения, которые должны быть реализованы до 1 января 2020 г. [11]:
- провести конкурсные процедуры, направленные на выбор и реализацию лучших мировых технологических решений по утилизации и обезвреживанию отходов, в том числе предусмотрев возможность участия иностранных компаний, имеющих
опыт в данной сфере;
- утвердить перспективный проект развития территорий находящегося в процедуре банкротства ОАО «БЦБК».
Таким образом, в связи с отсутствием в настоящее время какой-либо действующей технологии утилизации и обезвреживания отходов, опробованная в опытно-промышленных условиях технология вымораживания осадков ОАО «БЦБК», может быть представлена к рассмотрению как одна из возможных для решения этой проблемы. Достоинство предлагаемой экологически безопасной технологии заключается в круглогодичном сезонном проведении инженерно-мелиоративных и агротехнических работ, направленных на интенсификацию оптимальных условий протекания природных процессов осушения, вымораживания и самозарастания карт-накопителей без использования затратных энергоемких технологий.
Рис. 1. Солзанская промплощадка ОАО «БЦБК», карты-накопители № 1-10, поселок Солзан Иркутской области (фотография В. Короткоручко)
Fig. 1. Solzan industrial site of JSC "BPPM", storage cards No. 1-10, Solzan village, Irkutsk region (photo by V. Korotoruchko)
А.В. Богданов, А.С. Шатрова, О.В. Алексеева, В.А. Кулаков. Опытно-промышленные испытания
технологии вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина... Andrei V. Bogdanov, Anastasiya S. Shatrova, Olga V. Alekseeva, Valeriy A. Kulakov. Industrial testing
technology for freezing colloidal waste of sludge-lignin...
2. Объекты, методы и методики
С января по сентябрь 2019 г. сотрудниками ФГБОУ ВО «ИРНИТУ» и МУП КОС г. Байкальска были проведены совместные опытно-промышленные испытания на Солзанской промплощадке ОАО «БЦБК» по вымораживанию коллоидного осадка шлам - лигнина и получению почвогрунта [2, 5, 12, 14]. В зимний период времени (февраль 2019 г.) с применением колесного экскаватора HMK140W-3 фирмы HIDROMEK было распланировано и сгурто-вано на площади 100 м2, более 60 м3 осадка шлам-лигнина с карты-накопителя № 2 (рис. 2).
Для оценки возможности использования вымороженного осадка шлам-лигнина в качестве почвогрунта на Солзан-ской промплощадке ОАО «БЦБК» в летний
период времени было выбрано четыре деляны. Первая деляна (контрольная) - вымороженный осадок шлам-лигнина; вторая деляна - вымороженный осадок шлам-лигнина и отработанный активный ил КОС г. Байкальска в соотношении (4:1); третья деляна - вымороженный осадок шлам-лигнина, отработанный активный ил КОС г. Байкальска и золы ТЭЦ с карты № 11 ОАО «БЦБК» в соотношении 4:1:1; четвертая деляна - отработанный активный ил КОС г. Байкальска.
Исследования осадка шлам-лигнина вогрунта выполнены лаборатории экологического мониторинга природных и техногенных сред ФГБОУ ВО «ИРНИТУ» ROCC RU.0001.518897 с применением аттестованных методик.
состава, свойств и полученного почв аккредитованной
Рис. 2. Промплощадка вымораживания гидрофильного осадка карты № 2 объемом 60 м3. Февраль 2019 г.
Fig. 2. The industrial site for freezing hydrophilic sediment of 60 m3. February 2019
2020;5(1):8-20
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ISSN 2500-1582
(print) ISSN 2500-1574 (online)
ЭКОЛОГИЯ ECOLOGY
Использован комплекс физико-химических методов анализа. Валовое содержание химических элементов определяли на атом-но-абсорбционном спектрофотометре АА-7000 (SHIMADZU, Япония) и на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно связанной плазмой ICPE-9000 (SHIMADZU, Япония) по методикам ПНД Ф 16.1:2.3:3.1198 «Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений содержания металлов в твердых объектах методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой» и ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.36-02 «Количественный химический анализ почв. Методика измерений валового содержания кадмия, кобальта, марганца, меди, никеля, свинца, хрома и цинка в почвах, донных отложениях, осадках сточных вод и отходах методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии». Биотестирование3 проводили на трех тест-объектах: кресс-салат (Lepidium sativum L.), культура водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer) и дафнии (Daphnia magna Straus) [8, 13]. В качестве биотеста на фитотоксичность использовали семена кресс-салата (Lepidium sativum L.), которые отличаются чувствительностью к наличию фитотоксичных веществ, быстрым ростом и почти стопроцентным прорастанием. Сухие семена погружали в однопроцентный раствор перманганата калия (KMnO4) на 30 мин., затем промывали их дистиллированной водой и обсушивали на воздухе. Проращивание вели при температуре 23-25°С в течение семи (7) суток. Посев проводили на глубине 0,5 см с количеством семян - 13 штук. Биотестирование по культуре водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer) проводилось по методике ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.10-2004. Анализировали фильтрат водной вытяжки из коллоидных
осадков шлам-лигнина, в который добавлялась суспензия с водорослями. Затем фильтрат водной вытяжки помещается в культиватор КВ-05, создающий благоприятные условия для жизнедеятельности культуры водоросли хлорелла. Результат биотестирования фиксировался по изменению оптической плотности тест-культуры водоросли хлорелла в контрольном образце (дистиллированная вода) и тестируемом (водная вытяжка) с использованием измерителя оптической плотности суспензии ИПС-03. Биотестирование осадков шлам-лигнина по смертности дафний (Daphnia magna Straus) проводилось по методике ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.12-06, согласно которой также готовился фильтрат водной вытяжки, подсаживались дафнии в количестве десяти особей, и далее фильтрат вытяжки помещался в климатостат В-3.
3. Результаты и их обсуждение
Опытно-промышленные испытания на Солзанской промплощадке показали, что в процессе естественного вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина карты № 2 происходит полное промерзание всей толщи куч складированного осадка высотой более 2,5 м. В полевых условиях на Солзанской промплощадке процесс вымораживания происходил более интенсивно, чем в лабораторных условиях, что может быть связано с более долгим воздействием отрицательных температур и с наличием естественных циклов вымораживания-оттаивания при колебании температур окружающего воздуха. Также больший объем вымораживаемого осадка может способствовать большему выделению химически связанной коллоидной влаги ввиду большего давления при его оттаивании. Было установлено, что в процессе замора-
3Чеснокова С.М. Биологические методы оценки качества объектов окружающей среды: учеб. пособие. Ч. 2. Методы биотестирования. Владимир: Изд.-во ВлГУ, 2008. 92 с.
А.В. Богданов, А.С. Шатрова, О.В. Алексеева, В.А. Кулаков. Опытно-промышленные испытания
технологии вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина. Andrei V. Bogdanov, Anastasiya S. Shatrova, Olga V. Alekseeva, Valeriy A. Kulakov. Industrial testing
technology for freezing colloidal waste of sludge-lignin.
живания-оттаивания коллоидного осадка происходит деструкция его коллоидной структуры с переходом из пластинчатой массы в гранулированное состояние. При этом общий объем деструктированного осадка составил порядка 55% по отношению к исходному осадку до вымораживания. Вымораживание осадка в естественных условиях также приводит к уменьшению его объема, в зависимости от его состава на 40-50%, а влажности до 30-40%. При этом существенно изменяются его физико-химические свойства.
При оценке фитотоксичности исходного и вымороженного осадка фиксировали всхожесть семян и длину стеблей растений. В ходе проведенных испытаний установлено, что после вымораживания по сравнению с не вымороженным коллоидным осадком процент прорастания семян увеличился до 25%, что может свидетельствовать о снижении токсичности осадка. Также после вымораживания наблюдается увеличение среднего размера корней и ствола кресс-салата, увеличиваются такие показатели как энергия, дружность и скорость прорастания. Биотестирование коллоидного осадка шлам-лигнина до и после вымораживания на примере культуры водоросли хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer) показала, что водная вытяжка из деструктированного осадка после вымораживания не оказывает токсического действия, тогда как в исходном шлам-лигнине до вымораживания токсическая кратность разбавления равна 17 (семнадцати). Результаты биотестирования по смертности дафний (Daphnia magna Straus) также показали, что водная вытяжка из деструктированного коллоидного осадка шлам-лигнина после вымораживания не оказывает токсического действия, тогда как в исходном шлам-лигнине до вымораживания летальная кратность разбавления равна 6,3 раза, а безвредная кратность разбавления - 316 раз.
На основании результатов биотестирования и критериев отнесения отходов к ¡-V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду (Приказ МПР РФ от 04 декабря 2014 г. № 536), исходный коллоидный осадок шлам-лигнина можно отнести к третьему классу опасности (умеренно опасные) отходов, а вымороженный - к пятому классу опасности (практически неопасные отходы). Вымороженный деструктированный коллоидный осадок шлам-лигнина по своим характеристикам соответствуют отходу ФККО 7 20 000 00 00 0 «Отходы при сборе и обработке сточных вод, вод систем оборотного водоснабжения» и согласно ГОСТ 54534-2011 «Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при использовании для рекультивации нарушенных земель», ГОСТ Р 54651-2011 «Удобрения органические на основе осадков сточных вод. Технические условия» может быть использован в технической и биологической рекультивации отработанных карьеров, откосов дорожного полотна, восстановлении лесополос (компост) и т.д., в соответствии со своим назначением.
Практическое применение отработанного активного ила в качестве добавки для получения почвогрунта [3, 9] определяется его химическим составом, представляющим собой комплекс легких для усвоения растениями компонентов, особенно важными для растительного биосинтеза азотных и фосфатных соединений. Внешне отработанный активный ил напоминает насыщенный влагой обычный речной ил, не имеющий неприятного запаха и не привлекающий насекомых. На каждую подготовленную деляну было высажено по три разных культуры: фацелия (лат. Phacelia), овес посевной (лат. Avenasatíva) и горчица (лат. Sinapis) (рис. 3). Испытания показали, что для получения почвогрунта в качестве добавки наилучшие результаты достигают-
2020;5(1):8-20
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ISSN 2500-1582
(print) ISSN 2500-1574 (online)
ЭКОЛОГИЯ ECOLOGY
ся с вымороженным осадком шлам-лигнином и активным илом КОС г. Байкаль-ска (вторая деляна) (см. рис. 3). На данной деляне наблюдался интенсивный рост всех высаженных культур. На остальных делянах также наблюдался рост культур, однако он был менее выраженным. На контрольной деляне (исходный вымороженный осадок шлам-лигнина) наблюдается снижение интенсивности роста растений из-за недостатка необходимых питательных элементов, таких как фосфор и азот, которые восполняются при добавлении отработанного активного ила.
Полученный почвогрунт исследовался на соответствие ГОСТ 54534-2011 «Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при использовании для рекультивации нарушенных земель»4 (таблица).
ГОСТ 54534-2011 устанавливает возможность применения осадков от очист-
ки сточных вод в качестве субстрата для технической и биологической рекультивации почв, нарушенных земель, откосов дорожного полотна, отработанных карьеров. В документе приведены требования к классу опасности осадков от очисти сточных вод, оцениваются физико-химические показатели, содержание токсичных элементов и питательных компонентов, необходимых для растений.
Как видно из таблицы, по всем показателям, кроме содержания общего фосфора, вымороженный осадок шлам-лигнина ОАО «БЦБК» соответствует ГОСТ 54534-2011, а почвогрунт, полученный из вымороженного осадка с добавлением других компонентов, полностью соответствует нормативным требованиям. Стоит отметить, что содержание металлов, в том числе и тяжелых, в большей степени сосредоточено в образце ШКЗ, что обусловлено
Рис. 3. Опытные деляны выращивания различных с/х культур на полученном из вымороженного осадка шлам-лигнина и осадка КОС г. Байкальск почвогрунте.
Июль 2019 г.
Fig. 3. Experimental plots for growing various agricultural plants on the soil from lignine sludge and sediment,
of the Baikalsk disposal facilities, July 2019
ГОСТ 54534-2011 Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при использовании для рекультивации нарушенных земель. М.: Стандартинформ, 2011. 13 с.
А.В. Богданов, А.С. Шатрова, О.В. Алексеева, В.А. Кулаков. Опытно-промышленные испытания
технологии вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина... Andrei V. Bogdanov, Anastasiya S. Shatrova, Olga V. Alekseeva, Valeriy A. Kulakov. Industrial testing
technology for freezing colloidal waste of sludge-lignin...
Соответствие показателей полученных почвогрунтов требованиям
ГОСТ 54534-2011 Compliance of soil indicators to GOST 54534-2011
Требования к показателям
Показатель почво-грунта согласно ГОСТ 54534-2011 * Полученные значения
техническая биологическая
рекультивация рекультивация Ш ШК ШКЗ
Класс опасности осадков IV, V IV, V V IV IV
Влажность, % < 55 <65 48 36 28
Зольность, % > 65 > 65-85 68 72 84
рН солевой вытяжки 5,0-8,5 5,0-8,5 5,6 5,8 7,3
№бщ, % - > 0,5 0,9 2,4 2,0
Фосфор общий, в пересчете на Р2О5, % - > 1,5 0,8 2,6 2,0
Нд, мг/кг <30 <15 0,8 0,4 0,5
Сг, мг/кг <2000 <1000 24,4 25,4 57,4
РЬ, мг/кг <1000 <500 5,2 9,8 9,9
СЬ, мг/кг <60 <30 0,1 0,3 0,4
N1, мг/кг <800 <400 15,2 15,4 40,2
Си, мг/кг <1500 <750 54,1 74,3 140
2п, мг/кг <7000 <3500 61,0 191 220
Дб, мг/кг <40 <20 1,6 1,2 2,4
ХПК водной вытяжки, мг/л < 700 <700 78,3 78,0 65,1
БПК5 водной вытяжки, мг/л < 500 <500 6,2 6,0 4,9
Примечание: Ш - вымороженный осадок шлам-лигнина, ШК - вымороженный осадок шлам-лигнина и осадок КОС г. Байкальска, ШКЗ - вымороженный осадок шлам-лигнина, осадок КОС г. Байкальска, золы ТЭЦ ОАО «БЦБК». Классы опасности осадков делится на пять групп: I - чрезвычайно опасные, II - высоко опасные, III - умеренно опасные, IV - малоопасные, V - практически неопасные.
добавлением в его состав золы ТЭЦ ОАО «БЦБК». Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о том, что наиболее оптимальным является почвогрунт, полученный из вымороженного осадка шлам-лигнина и осадка КОС г. Байкальск (ШК), что также подтверждают и экспериментальные данные, полученные во время опытно-промышленных испытаний на Сол-
занской промплощадке ОАО «БЦБК».
В сентябре 2019 г. было выявлено, что на отвалах, складированного в 2018 г. вдоль борта карт-накопителей осадка, после его естественного вымораживания происходит интенсивный процесс самозарастания (рис. 4), что может говорить о существенном улучшении его качественных характеристик.
2020;5(1):8-20
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ISSN 2500-1582
(print) ISSN 2500-1574 (online)
ЭКОЛОГИЯ ECOLOGY
Рис. 4. Интенсивный процесс самозарастания на отвалах вымороженного коллоидного осадка шлам-лигнина Солзанской промплощадки ОАО «БЦБК», сентябрь 2019 г.
Fig. 4. The intensive process of self-growth on the dumps of frozen colloidal sediment of sludge-lignin of the Solzan industrial site of JSC BPPM, September 2019
Стоит отметить, что еще на стадии проектирования ОАО «БЦБК» коллоидные осадки шлам-лигнина планировалось вымораживать в естественных условиях. Однако ввиду того, что не удалось запустить технологию по сжиганию активного ила, образующегося на стадии биологической очистки сточных вод, отработанный активный ил смешивался с осадком шлам-лигнина и складировался в карта-накопителях, что приводило к биохимическим процессам с выделением избыточного тепла. Немаловажным является и тот факт, что в районе расположения карт-накопителей в зимний период времени года
выпадает большое количество атмосферный осадков, способствующих мощному снежному покрову (1,5-2 м), который препятствует полному промерзанию осадка на всю глубину залегания [4]. Предлагаемая интенсификация естественных процессов вымораживания осадка шлам-лигнина позволит решить эту проблему. Ранее, в 2006 г., проводились опытно-промышленные испытания по вымораживанию схожих отходов Братского ЛПК на пруду № 3 вместимостью 1 100 000 м3. Испытания показали высокую эффективность применения метода вымораживание-оттаивание для утилизации коллоидных
А.В. Богданов, А.С. Шатрова, О.В. Алексеева, В.А. Кулаков. Опытно-промышленные испытания
технологии вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина... Andrei V. Bogdanov, Anastasiya S. Shatrova, Olga V. Alekseeva, Valeriy A. Kulakov. Industrial testing
technology for freezing colloidal waste of sludge-lignin...
осадков целлюлозно-бумажной промышленности [10].
Интенсифицировать способ естественного вымораживания в картах-накопителях можно посредством прокладки траншей на глубину залегания уплотненного осадка по всей длине карт ОАО «БЦБК». При этом извлеченный из траншей осадок может складироваться на борт между траншеями. Технологически осуществляют предлагаемый способ следующим образом.
Первый этап (подготовка карт к вымораживанию): проводят осушение карт-накопителей посредством отвода дождевых вод с их поверхности на локальные модульные очистные сооружения в теплый период времени года.
Второй этап (вымораживание): после наступления устойчивых отрицательных температур ниже -10°С проводить расчистку поверхности карт от снежного покрова, при промерзании осадка от 20-40 см начать проводить прокладку траншей по всей длине карт с шагом 2 м до максимально уплотненных слоев осадка. Извлеченный из траншей осадок складировать на борт между траншеями. Так как коллоидный осадок шлам-лигнина по показателю текучести (^=0,63 д.е.) близок к мягкопластинчатым глинам, то полученные траншеи сохраняют свою форму до полного промерзания всей толщи осадка, при этом траншеи с вертикальными стенками не требуют крепления в картах. Во избежание обвала извлеченного осадка шлам-лигнина обратно в траншею, а также обрушения стенок траншеи, края отвала вынутого осадка следует располагать не ближе 0,3 м от бровки траншеи.
Третий этап (подсушивание и отвод талых вод): при наступлении устойчивых положительных температур и далее в течение лета проводить естественное подсушивание осадка с отводом из траншей талых и дождевых вод через локальные
очистные сооружение.
Четвертый этап (повторное вымораживание): при наступлении устойчивых отрицательных температур вымороженный осадок до установления снежного покрова перекладывать обратно в траншеи, в дальнейшем технологический процесс повторяется со второго этапа, только траншеи выбираются на месте ранее складированного вымороженного осадка.
Пятый этап: осуществление постоянного отвода дождевых вод с поверхности карт с проведением их биологической рекультивации.
4. Заключение
Опытно-промышленные испытания показали, что вымораживание коллоидных осадков шлам-лигнина в картах-накопителях в естественных условиях протекает весьма эффективно. При этом интенсификация последовательных естественных процессов осушение-вымораживание-самозарастание позволяет улучшить физико-химические показатели, снизить объем, влажность и токсичность осадков. В ходе утилизации осадков по предлагаемой технологии образуется ценный продукт - почвогрунт, который может быть использован для рекультивации нарушенных земель, в том числе при ликвидации последствий негативного воздействия ОАО «Байкальский ЦБК» на объекты окружающей среды. Основные выводы результатов работы и рекомендации следующие:
1) технологические решения должны быть направлены на интенсификацию протекания природных процессов - осушение-вымораживание-самозарастание карт без использования технологически затратных энергоемких процессов;
2) должен быть разработан единый комплексный проект, включающий мероприятия по защите от селей и ликвидации всех накопленных отходов, в том числе
2020;5(1):8-20
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ISSN 2500-1582
(print) ISSN 2500-1574 (online)
промышленной площадки ОАО «БЦБК». Черный щелок может быть переработан на МУП КОС г. Байкальска. Демонтированные цеха комбината как строительный мусор-могут быть складированы в опорожненные карты;
3) высвобожденные объемы и площади карт должны быть использованы в том числе и реакреационно-спортивной, деревоперерабатывающей, тепличной и другой разрешенной Законом об оз. Байкал деятельности.
Библиографический список
1. Бабурин В.Л., Бадина С.В., Сократов С.А., Хисма-туллин Т.И., Шныпарков А.Л. Селевой риск в Прибайкалье и Забайкалье // Селевые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита: материалы IV Меж-дунар. конф. (г. Иркутск - пос. Аршан (Республика Бурятия), 6-10 сентября 2016 г.). Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2016. С. 9-13.
2. Бейм А.М. Рекомендации по использованию шлам-лигнина в агропромышленном производстве. В кн.: Биотехнологии вторичных органических субстратов: сб. ст. Улан-Удэ: БНЦ СО АН СССР, 1990. С. 31 -35.
3. Беляева С.Д., Гюнтер Л.И., Ситников В.А., Покровская Е.В. Организация работ по использованию осадков сточных вод в качестве удобрения // Водоснабжение и санитарная техника. 2002. № 12-1. С. 30-33.
4. 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.
5. Богданов А.В., Шатрова А.С., Тюкалова О.В., Шкрабо А.И. Экологически безопасная технология переработки накопленных коллоидных осадков шлам-лигнина ОАО «Байкальский ЦБК» // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. № 3 (26). С. 126-134. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-3-126-134
6. Шламовые отходы БЦБК могут попасть в Байкал из-за схода селевых потоков с Хамар-Дабана [Электронный ресурс]. ИА «Байкал Инфо». 1^1.: http://baikal-info.ru/shlamovye-othody-bcbk-mogut-popast-v-baykal-iz-za-shoda-selevyh-potokov-s-hamar-dabana (07.08.2019).
7. Лапердин В.К. Мероприятия по утилизации и хранению лигнинсодержащих промышленных и жидких бытовых отходов в бассейне оз. Байкал // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2018. № 3. С. 77-85.
https://doi.org/10.7868/S0869780318030092
8. Маячкина Н.В., Чугунова М.В. Особенности биотестирования почв с целью их экотоксикологической оценки // Вестник Нижегородского университета им. H.H. Лобачевского. Серия: Биология. 2009. № 1. С. 84-93.
9. Поспелов Д.И. Переработка активного ила водоочистных сооружений // Научный альманах. 2017. № 6-1(32). С. 422-424. https://doi.org/10.17117/na.2017.06.01.422
10. Потехин С.А., Стом Д.И., Гончаров А.И., Жданова Г.О., Кондратьев В.В. Некоторые подходы к рекультивации шламонакопителей целлюлозных предприятий Сибири // Известия Иркутского государственного университета. Серия: «Биология. Экология». 2016. Т. 18. С. 74-86.
11. Перечень поручений по результатам проверки исполнения законодательства по сохранению озера Байкал и его экологическому оздоровлению // Krem-lin.ru. URL:
http://kremlin.ru/acts/assignments/orders/61524/print (дата обращения 24.10.2019).
12. Тимофеева С.С. Биоконверсия отходов - один из путей сохранения природных ресурсов // Технологические и экологические аспекты комплексной переработки минерального сырья: тез. докл. Меж-дунар. науч.-практ. конф. (Иркутск, 14-16 апреля 1998 г.). Иркутск, 1998. С. 60.
13. Sheppard S.C., Evenden W.G., Abboud S.A. A plant Life-Cycle Bioassay for contaminated soil, with comparison to other bioassays: mercury and zinc // Arch. Environ. Contam. Toxicol. 1993. No. 25. P. 27-35.
14. Stom D.I., Zhdanova G.O., Balayan A.E., Saksonov M.N., Potekhin S.A., Kondratiev V.V., et al. Assessment of the possibility of using the method of sludge-lignin dehydration of the Baikal Pulp and Paper Mill by the freeze-thaw method // International Journal of Engineering and Technology(UAE). 2018. Vol. 7. No 2. P. 114-118.
А.В. Богданов, А.С. Шатрова, О.В. Алексеева, В.А. Кулаков. Опытно-промышленные испытания
технологии вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина. Andrei V. Bogdanov, Anastasiya S. Shatrova, Olga V. Alekseeva, Valeriy A. Kulakov. Industrial testing
technology for freezing colloidal waste of sludge-lignin.
References
1. Baburin VL, Badina SV, Sokratov SA, Hismatullin TI, Shnyparkov AL. Debris flow risk in the Pribaikalje and Zabaikalje. Debris flows: risks, forecast, protection: Materials of IV International Conference (Russia, Irkutsk -Arshan village (The Republic of Byriatia), September 6-10, 2016). Irkutsk: Publishing House of Sochava Institute of Geography SB RAS; 2016. P. 9-13. (In Russ.)
2. Beim A.M. Recommendations for the use of sludge-lignin in agro-industrial production. In: Biotechnologies of secondary organic substrates: collection of articles. Ulan-Ude: Buryat scientific center of the Siberian branch of the USSR Academy of Sciences; 1990. P. 1-35. (In Russ.)
3. Belyaeva SD, Gunter LI, Sitnikov VA, Pokrovskaya EV. Organization of work on the use of sewage sludge as a fertilizer. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika = Water Supply and Sanitary Technique. 2002;12(1):30-33. (In Russ.)
4. Bogdanov AV, Fedotov KV, Kachor OL. Development of scientific and practical bases of technologies for complex processing of sediments of sludge accumulators. Irkutsk: Irkutsk state technical University; 2009. 203 p. (In Russ.)
5. Bogdanov AV, Shatrova AS, Tyukalova OV, Shkrabo AI. An environmentally-friendly technology for the processing of accumulated colloidal sludge-lignin precipitates in the baikalsk pulp and paper mill. Izvestia Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya = Proceedings of Universitets. Applied Chemistry and Biotechnology. 2018;8(3):126-134. (In Russ.)
https://doi .org/10.21285/2227-2925-2018-8-3-126-134
6. Slime waste from the Baikal pulp and paper mill can get into lake Baikal due to mudflow from Khamar-Daban. IA "Baikal info". Available from: http://baikal-info.ru/shlamovye-othody-bcbk-mogut-popast-v-baykal-iz-za-shoda-selevyh-potokov-s-hamar-dabana (07.08.2019). [Accessed 07th August 2019] (In Russ.)
7. Laperdin VK. Measures on utilization and storage of lignin-containing industrial and liquid municipal waste in the lake Baikal basin. Geoekologiya. Inzhenernaya ge-ologiya. Gidrogeologiya. Geokriologiya. 2018;3:77-85. (In Russ.) https://doi.org/10.7868/S0869780318030092
Критерии авторства
Богданов А.В., Шатрова А.С., Алексеева О.В., Кулаков В.А. имеют равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
8. Mayachkina NV, Chugunova MV. Peculiarities of soil biotests to evaluate soil ecotoxicity. Vestnik Nizhego-rodskogo universiteta im. H. H. Lobachevsky. = Vestnik of Lobachevsky University of Nizhni Novgorod. 2009;1:84-93. (In Russ.)
9. Pospelov DI. Recycling activated sludge of wastewater treatment plants. Nauchnyi al'manakh. 2017;6-1:422-424. (In Russ.) https://doi.org/10.17117/na.2017.06.01.422
10. Potekhin SA, Stom DI, Goncharov AI, Zhdanova GO, Kondratiev VV. Some approaches to recultivation of sludge accumulators of pulp enterprises in Siberia. Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Biologiya. Ecologiya = The Bulletin of Irkutsk State University. Series: Biology. Ecology. 2016;18:74-86. (In Russ.).
11. List of instructions on the results of checking the implementation of legislation on the preservation of Lake Baikal and its environmental improvement. Krem-lin.ru. Available from:
http://kremlin.ru/acts/assignments/orders/61524/print [Accessed 24th October 2019]. (In Russ.)
12. Timofeeva SS. Waste Bioconversion - one of the ways to preserve natural resources. Tekhnologicheskie i ekologicheskie aspekty kompleksnoi pererabotki min-eral'nogo syr'ya: tezisy dokladov Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii =Technological and environmental aspects of complex processing of mineral raw materials: abstracts of the international scientific and practical conference (Irkutsk, 14-16 April 1998). Irkutsk; 1998. p. 60 (In Russ.).
13. Sheppard SC, Evenden WG, Abboud SA. A plant Life-Cycle Bioassay for contaminated soil, with comparison to other bioassays: mercury and zinc. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 1993;25:27-35.
14. Stom DI, Zhdanova GO, Balayan AE, Saksonov MN, Potekhin SA, Kondratiev VV, Ivanov NA, et.al. Assessment of the possibility of using the method of sludge-lignin dehydration of the Baikal Pulp and Paper Mill by the freeze-thaw method. International Journal of Engineering and Technology (UAE). 2018;7(2):114-118. https://doi.org/10.14419/ijet.v7i2.23.11897
Contribution
Bogdanov A.V., Shatrova A.S., Alekseeva O.V.,
Kulakov V.A. have equal copyrights
and bear equal responsibility for plagiarism
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
2020;5(1):8-20
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ISSN 2500-1582
(print) ISSN 2500-1574 (online)
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
The final manuscript has been read and approved by all the co-authors.
Сведения об авторах Богданов Андрей Викторович,
доктор технических наук, профессор кафедры
обогащения полезных ископаемых
и охраны окружающей среды,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия,
e-mail: [email protected]
Шатрова Анастасия Сергеевна,
кандидат технических наук,
Иркутский национальный исследовательский
технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия,
Н e-mail: [email protected]
Алексеева Ольга Викторовна,
Муниципальное унитарное предприятие "Канализационные очистные сооружения Байкальского муниципального образования", 665932, Иркутская обл., Слюдянский р-н, г. Байкальск, тер. Промплощадка, 16, Россия, e-mail: [email protected]
Кулаков Валерий Анатольевич,
директор,
Муниципальное унитарное предприятие "Канализационные очистные сооружения Байкальского муниципального образования", 665932, Иркутская обл., Слюдянский р-н, г. Байкальск, тер. Промплощадка, 16, Россия, e-mail: [email protected]
Information about the authors Bogdanov Andrey Viktorovich,
Doctor of Sci. (Eng.), Professor of the Department of mineral processing and environmental protection, Irkutsk National Research Technical University, 664074, Irkutsk, 83 Lermontov st., Russia, e-mail: [email protected]
Shatrova Anastasia Sergeevna,
Cand. Of Sci. (Eng.),
Irkutsk National Research Technical University, 664074, Irkutsk, 83 Lermontov st., Russia, 0 e-mail: [email protected]
Alekseeva Olga Viktorovna,
Municipal Unitary Enterprise
"Sewage treatment facilities of Baikalsk",
665932, Irkutsk Region, Slyudyanka District, Baikalsk,
16 Industrial site, Russia,
e-mail: [email protected]
Kulakov Valery Anatolyevich,
Director,
Municipal Unitary Enterprise "Sewage treatment facilities of Baikalsk",
665932, Irkutsk Region, Slyudyanka District, Baikalsk, 16 Industrial site, Russia, e-mail: [email protected]
