THE INFLUENCE OF THE CONTENTS OF THE SEDIMENTATION CARDS OF THE BAIKAL PULP AND PAPER MILL ON THE ENVIRONMENT
Abstract and keywords
Abstract (English):
The problem of the influence of the contents of the sedimentation maps of the Baikal Pulp and Paper Mill on the ecological situation in the Baikal region is considered. Data on the com-position and properties of the contents of the drives are given. The factors threatening Lake Baikal are highlighted. Geographical and seismic characteristics of the locality of the dislocation of objects of environmental danger are given

Keywords:
waste disposal, sludge-lignin, ecology
Text
Publication text (PDF): Read Download

За годы работы Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК) в результате очистки сточных вод в картах-осадконакопителях накоплено, по приблизительным подсчетам, около 3,5 млн. м3 или, в пересчете на сухое вещество, 250000 т отходов, представляющих собой обводненный шлам-лигнин (ШЛ) [1].

Карты расположены по берегам р. Большая Осиновка на узкой береговой площади между предгорьями хребта Хамар-Дабан и Восточно-Сибирской железной дорогой, проходящей вдоль озера Байкал (см. рис. 1).

Расстояние от озера Байкал карт, расположенных на левом берегу реки, 0,75 км, а на правом – 0,35 км. Для складирования ШЛ используются значительные земельные участки, общая площадь которых составляет более 150 га. Сведения о конфигурации, количестве и размерах накопителей приведены в таблице 1.

Климатические условия региона относительно мягкие. Этот участок южного Прибайкалья входит в так называемую зону «холодных тропиков», где в летний период выпадает большое количество дождей, а в зимний период ложится мощный снежный покров. Общий объем атмосферных осадков – 700 мм/м2 в год, то есть на отстойники (карты) площадью 1362000 м2 их выпадает около 900 тыс. м3 [2].

 

 

Рисунок 1 – Карты-осадконакопители
на берегу озера Байкал

 

Регион находится в сейсмоактивной области Байкальской рифтовой зоны (юг озера Байкал). Расчетная величина возможных землетрясений – от 10 до 11 балов по 12-балльной шкале. За последние 20 лет в городе Байкальске было два сильных землетрясения – в феврале 1999 г. и в августе 2008 г.

 

Таблица 1 – Сведения о картах-осадконакопителях БЦБК

Конфигурация карты

Количество

Линейные размеры, м

прямоугольная

3

250×70

1

225×85

1

83×64

круглая

11

радиус 26

 

Также стоит отметить, что район расположения обсуждаемого объекта относится к селеопасным территориям [3], при этом с 1902 по 1972 годы селевые паводки прошли 15 раз. Периодичность этих событий составляет около 40 лет, соответственно, следующий сход крупного селевого потока возможен в ближайшие годы.

Термин «лигнин» происходит от латинского слова lignum (дерево) и относится не к индивидуальному веществу, а к группе родственных веществ, обладающих общностью состава, строения и химических свойств. Лигнин является одним из высокомолекулярных компонентов древесины и занимает второе место (после целлюлозы) по распространению на земном шаре среди органических полимерных веществ природного происхождения [4]. Лигнин в составе древесины (в количестве до 30 %) играет роль инкрустирующего материала [5], сравнимого в этом смысле с цементом в железобетоне [6].

Природные лигнины обладают рядом специфических свойств: они легко окисляются, легко взаимодействуют с хлором (что особенно важно при отбелке целлюлозы), обладают способностью растворяться в щелочах при нагревании. Последнее свойство лежит в основе щелочной делигнификации при сульфатном и натронном способах производства целлюлозы.

Основной частью ШЛ является видоизмененный под воздействием активного ила сульфатный лигнин [7], характеризующийся наиболее высокой химической активностью по сравнению с другими техническими лигнинами.

ШЛ, полученный при обезвоживании на центрифуге, представляет собой пастообразный материал черного цвета с влажностью 84–85 % и удельным весом 1,03–1,05 г/см3. Содержание золы 10–20 %, рН = 5,2–6,0.

По данным комбината о содержании микроэлементов и тяжелых металлов в ШЛ после флотации и в золе (продукте его сгорания) составлена таблице 2.

В работе [8] содержатся результаты спектрального анализа структуры ШЛ и его производных. Показано, что ШЛ содержит в своем составе следующие структурные единицы: бензольные кольца, метильные, метиленовые, эфирные и гидроксильные группы. Все эти структурные группы содержатся в природном лигнине [9, 10], что дает основание рассматривать состав ШЛ, в основном, как лигносодержащий.

По результатам исследований, проведенных на комбинате, из ароматических соединений в шламе осадконакопителей преобладают фенол и гваякол. Этот факт может быть объяснен частичной деградацией не только хлорированных соединений, но и самого лигнина при хранении. Промежуточными продуктами метаболизма лигнина могут быть в частности фенолы. Содержание наиболее токсичных хлорароматических соединений (хлорфенолов) снижается по мере хранения ШЛ.

 

Таблица 2 – Содержание микроэлементови тяжелых металлов в ШЛ и в его золе

Элемент

Концентрация, мг/г

ШЛ после

флотации

Зола ШЛ

Na

1,2

2

Al (в виде глинозема)

65

220

Fe

3,3

13,2

Mn

0,6

2,2

Hg

0,001

-

As

0,006

0,011

Cd

0,023

0,016

Pb

0,015

0,009

Sb

0,0007

0,001

Se

0,002

-

Cr

0,035

0,17

V

0,023

0,09

Zn

0,065

0,091

Co

0,002

0,005

Mo

0,12

-

 

Коагулянты и флокулянты изменяют физическую структуру ШЛ [11]. Добавление поликатионитных флокулянтов или сульфата железа вызывает мгновенную коагуляцию, но вследствие малого удельного веса даже при высоких концентрациях шлам практически не оседает.

Известно, что лигнин относится к хими­чески инертным соединениям, но в процессе трансформации он может служить источником образования веществ, обладающих токсично­стью и мутагенной активностью [12]. Влияние лигнинсодержащих соединений – основного компонента ШЛ на окружающую среду связано с их низкой биоразлагаемостью и многонаправ­ленностью химических превращений, вызыва­ющих неоднозначное изменение токсичности и мутагенности [13].

Основную опасность для экосистем представляют высокомолекулярные вещества, обусловливающие цветность, токсичность и мутагенность лигнинсодержащих соединений. Под влиянием ШЛ природная среда, прилегающая к БЦБК, перестраивается в природно-антропогенную. В частности, ежегодно увеличивается пятно органического загрязнения на Байкале, ухудшается качество поверхностных и грунтовых вод.

Одним из наиболее опасных видов техногенных нагрузок, негативно влияющих на состояние окружающей природной среды и создающих серьезную угрозу здоровью населения, являются токсичные отходы. Особую опасность представляют диоксинсодержащие отходы предприятий химической и целлюлозно-бумажной промышленностей [14].

Установлено, что при производстве сульфатной целлюлозы основная масса полихлорированных дибензо-п-диоксинов и дибензофуранов образуется на стадии щелочного облагораживания в процессе ее отбелки хлором. Большая часть стоков, поступающих из технологических цехов на очистные сооружения, освобождается от диоксинов в системе нейтрализации, отстоя и биологической очистки, и, в конечном счете, сосредотачивается в картах-осадконакопителях. Поэтому, карты-накопители ШЛ являются стационарными очагами диоксинов и концентрируют их наибольшее количество.

В более глубоких слоях шлама диоксинов содержится в 2,5 раза больше, чем на поверхности [14]. Это можно объяснить тем, что под действием прямых ультрафиолетовых лучей солнца в верхних слоях лишь небольшая часть диоксинов разрушается, остальная их масса с атмосферными осадками и сложной смесью органических компонентов проникает в глубинные слои, а в случае недостаточно надежной гидроизоляции – и в грунтовые воды.

Карты-накопители ШЛ вызывают деградацию земель, выражающуюся в ухудшении экологического состояния природных комплексов с постоянным отрицательным воздействием на грунтовые воды и атмосферный воздух, снижении их хозяйственного и эстетического потенциала.

Академик Б.Н. Ласкорин подчеркивал: «… миллиарды рублей, затраченные на охрану водоемов от загрязнений путем очистки сточных вод, не дают должной эффективности, так как сами очистные станции без системы утилизации осадков являются источником вторичных загрязнений биосферы».

References

1. Scherbin, S.A. Burovye rastvory na osnove modificirovannogo shlam-lignina. / S.A. Scherbin, O.A. Bragina, B.A. Ul'yanov. - Tekst: neposredstvennyy // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Seriya: Himiya i himicheskaya tehnologiya. - 2003. - T. 46, № 3. - S. 113-115.

2. Vahromeev, A.G. Sposoby utilizacii i primeneniya soderzhimogo shlamovyh nakopiteley Baykal'skogo cellyulozno-bumazhnogo kombinata dlya nuzhd neftegazovogo kompleksa Vostochnoy Sibiri. / A.G. Vahromeev i dr. - Tekst: neposredstvennyy // Himiya v interesah ustoychivogo razvitiya. - 2022. - T. 30, № 4. - C. 354-363.

3. Baburin, V.L. Selevoy risk v Pribaykal'e i Zabaykal'e. / V.L. Baburin. - Tekst: neposredstvennyy // Materialy IV Mezhdunarod. konf. Irkutsk: Izd-vo Instituta geo¬grafii im. V.B. Sochavy SO RAN. - 2016. - S. 9-13.

4. Bogomolov, B.D. Himiya drevesiny i osnovy himii vysokomolekulyarnyh soedineniy. / B.D. Bogomolov. - M.: Lesnaya promyshlennost', 1973. - 400 s. - Tekst: neposredstvennyy.

5. Shorygina, N.N. Reakcionnaya sposobnost' lignina. / N.N. Shorygina, V.M. Reznikov, V.V. Elkin. - M.: Nauka, 1976. - 368 s. - Tekst: neposredstvennyy.

6. Lyubeshkina, E.G. Ligniny kak komponent polimernyh kompozicionnyh materialov. / E.G. Lyubeshkina. - Tekst: ne-posredstvennyy // Uspehi himii. - 1983. - T. 52, № 7. - S. 1196-1224.

7. Svitel'skiy, V.P. Sovremennye issledovaniya v himii lignina. / V.P. Svi-tel'skiy i dr.- Tekst: neposredstvennyy // Materialy Vsesoyuzn. him. seminara. - Arhangel'sk. - 1970. - S. 48.

8. Kazanskiy, V.V. Burovye rastvory na osnove lignosul'fonatov. / V.V. Kazanskiy i dr. - Tekst: neposredstvennyy // Neftyanoe hozyaystvo. - 199. - № 4. - S. 36-39.

9. Bogomolov, B.D. Himiya drevesiny i osnovy himii vysokomolekulyarnyh soedineniy. / B.D. Bogomolov. - M.: Lesnaya promyshlennost', 1973. - 400 s. - Tekst: neposredstvennyy.

10. Roger, D.M. Fractionation-purification, YR, HNMR, CNMR spectral and property studies of industrial based sludge lignin. / D.M. Roger, L. Ky. - Tekst: neposredstvennyy // J. Wood. Chem. and Tech. - 1988. - № 8 (3). - P. 361-378.

11. Zaklyuchitel'nyy otchet o poiskah putey rekul'tivacii kart-nakopiteley shlam-lignina BCBK. - Baykal'sk: BCBK, 1997. - 13 s. - Tekst: neposredstvennyy.

12. Ostrovskaya, R.M. Lignin i pro-dukty ego modifikacii kak mutagennye i biostimuliruyuschie soedineniya. / R.M. Ostrovskaya i dr. - Tekst: neposredstvennyy // Materialy yubileynoy konf. - Irkutsk: Gos. komitet po ohrane okruzhayuschey sredy Irkutskoy obl., 1998. - S. 67-69.

13. Novikova, L.N. Problemy ekologicheskoy himii ligninsoderzhaschih soedineniy. / L.N. Novikova i dr. - Tekst: neposredstvennyy // Materialy yubileynoy konf. - Irkutsk: Gos. komitet po ohrane okruzhayuschey sredy Irkutskoy obl., 1998. - S. 58-59.

14. Nikolaeva, L.A. Tverdye othody himicheskih predpriyatiy - kak odin iz istochnikov zagryazneniya okruzhayuschey sredy dioksinami. / L.A. Nikolaeva - Tekst: neposredstvennyy // Materialy yubileynoy konf. - Irkutsk: Gos. komitet po ohrane okruzhayuschey sredy Irkutskoy obl., 1998. - S. 57.

Login or Create
* Forgot password?