аспирант с 01.01.2015 по настоящее время
Рассмотрены причины накопления техногенных отходов за годы работы Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, а также история строительства и заполнения хранилищ отходами, в частности шлам-лигнином
сульфатная целлюлоза, очистка сточных вод, шлам-лигнин, утилизация промышленных отходов
В процессе варки целлюлозы по сульфатному способу получают отработанный раствор, называемый черным щелоком и содержащий наряду с минеральными веществами около половины органических компонентов исходной древесины, большую часть которых составляет лигнин.
Практически единственным способом утилизации лигнина, получаемого в виде раствора черного щелока, является его сжигание. При этом часть лигнина, содержащаяся в щелоке от промывки целлюлозы и в отходах от разложения сульфатного мыла, попадает в сточные воды и загрязняет их.
Необходимость глубокой очистки и осветления сточных вод, сбрасываемых Байкальским целлюлозно-бумажным комбинатом (БЦБК) в период его работы в озеро Байкал, обусловила применение на предприятии двухступенчатой системы очистки:
– биологическая очистка, заключающаяся в обработке сточных вод активным илом. В результате удаляются легко окисляемые вещества углеводного характера как растворенные, так и не растворенные в воде (волокно) и снижается биологическое потребление кислорода более чем на 90 % [1];
– химическая очистка – коагуляция солями поливалентных катионов, например, полиакриламидом или сульфатом алюминия, позволяющая удалять лигноподобные вещества и обесцвечивать сточные воды [2]. Гидроокиси коагулянтов образуют агрегаты, которые сорбируют из сточных вод коллоидные частицы, в том числе и лигнин. В то же время сами агрегаты могут сорбироваться на поверхности взвешенных частиц. В результате образуются агрегаты из коагулянта и веществ, находящихся в сточной воде [3].
Далее, в процессе флотации или осаждения формировался осадок – гелеподобная масса, называемая шлам-лигнином (ШЛ). Осветленная сточная вода из отстойников поступала на фильтровальную станцию, затем в пруд-аэратор и далее по рассеивающим коллекторам сбрасывалась в Байкал, а ШЛ влажностью 99,6–99,8 % направлялся в карты-осадконакопители.
При работе на полную мощность БЦБК образовывалось 50-60 т ШЛ в сутки (по сухому веществу), или 10 млн м3 шлам-лигниновой суспензии в год. В 1966 году, когда БЦБК был принят в эксплуатацию, готовой технологии утилизации ШЛ не существовало. Было известно, что с помощью отстаивания его можно сконцентрировать примерно в 10-20 раз. Поэтому было решено построить накопители для хранения ШЛ в количестве, достаточном для накопления его в течение 10 лет, а за этот срок разработать технологию утилизации.
Для хранения ШЛ по проекту 1964 года было построено семь карт-накопителей, представляющих сложные в инженерном отношении сооружения с многослойной гидроизоляцией из природных и синтетических материалов.
Лабораторные эксперименты показали [4, 5], что при замораживании меняется структура ШЛ, происходит его коагуляция. Поэтому ожидалось, что зимой в результате уплотнения и вымораживания осадок на картах будет накапливаться при высоких концентрациях. Однако этого не произошло: на поверхности жидкости образовывался только тонкий ледяной покров (толщиной около 50 см), а сам ШЛ не промерзал, и не коагулировал. Его концентрация в слое 0,5–1,0 м от поверхности воды не превышала 6-7 %.
Невозможность уплотнения и вымораживания осадков, находящихся в картах, можно объяснить следующим. Проектом предусматривалось обезвоживать и сжигать образующийся в результате биологической очистки активный ил. Однако запустить цех по обезвоживанию и сжиганию активного ила не удалось из-за несовершенства технологии. Поэтому весь избыточный активный ил смешивали с ШЛ и откачивали в карты. В смеси активного ила и ШЛ несомненно должны были протекать биологические процессы, которые в энергетическом отношении являются экзотермическими. При изучении фазового состава старого ШЛ не обнаруживается волокна целлюлозы [4], хотя его массовая доля в свежем ШЛ не менее 20 %. Это свидетельствует о том, что в картах-осадконакопителях протекают биологические процессы, в основном за счет биологической деструкции волокна. По этой причине вымораживание осадка на картах-осадконакопителях невозможно.
В 1975-1976 годах имеющиеся карты были заполнены и выведены из эксплуатации. Позднее были построены новые карты-накопители, которые в настоящее время также заполнены. В них поддерживается постоянный уровень воды, а излишки, образующиеся от выпадения атмосферных осадков, откачиваются и вывозятся за пределы г. Байкальска. Когда карты оказались практически заполненными, строить новые было негде. По этой причине в 1973 году был построен цех переработки осадков для флотационного сгущения, механического обезвоживания и сжигания ШЛ. Однако данный проект не увенчался успехом. Согласно плану, ШЛ после предварительного сгущения путем флотации должны были пропускать через ленточные фильтр-прессы, а фильтрат возвращать в очистные сооружения. Однако, при отжиме на полотне накапливался слой концентрированного ШЛ и даже под высоким давлением вода из него практически не выходила, процесс шел очень медленно. Многократные попытки модифицировать оборудование не увенчались успехом [6].
В итоге, в 1988 году цех по переработке ШЛ был полностью реконструирован. Твердые отходы, образующиеся в очистных сооружениях, обрабатывали коагулянтом, и концентрировали путем флотации. Сконцентрированный до 5 % ШЛ еще раз обрабатывали флокулянтом, и пропускали через центрифугу. Это позволило увеличить концентрацию ШЛ до 20–30 %. Полученный концентрат высушивали в барабанной сушилке. Сухой остаток сжигали в печах с псевдоожиженным слоем. Летучую золу собирали, и захоранивали.
На протяжении долгих лет предпринимались попытки по утилизации отходов и рекультивации карт БЦБК, однако, все они не дали желаемых результатов. И поэтому в 2013 году комбинат был закрыт, а проблема утилизации содержимого карт-осадконакопителей по-прежнему чрезвычайно актуальна.
1. Мазинг, Л. А. Усовершенствования технологических процессов сульфатного производства / Л. А. Мазинг, А. А. Ковалева. - М.: ЦНИИН и ТЭИ, 1963. - 39 с.
2. Иваненко, А. Д. Шлам сточных вод - химическое сырье / А. Д. Иваненко, В. М. Никитин // Бумажная промышленность. - 1970. - № 5. - С. 23-24.
3. Иваненко, А. Д. Шлам сточных вод сульфатно-целлюлозного производства - сырье при получении смол для склеивания фанеры / А. Д. Иваненко, В. М. Никитин // Химическая и механическая переработка древесины и древесных отходов. Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 3. - Л.: РИО ЛТА. - 1977. - С. 49-52.
4. Отчет о научно-исследовательской работе: "Исследование процессов уплотнения и обезвоживания осадка с применением реагентов-собирателей и отходов производства ЦБП в лабораторных и промышленных условиях". - Ир-кутск: ИПИ. - 1987. - 79 с.
5. Богданов, А.В. Исследование физико-химических свойств осадков шлам-лигнина ОАО «Байкальский ЦБК» при вымораживании / А.В. Богданов, О.Л. Качор, А.С. Шатрова // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2015. - № 8 (103). - С. 99-107
6. Заключительный отчет о поисках путей рекультивации карт-накопителей шлам-лигнина БЦБК. - Байкальск: БЦБК. - 1997. - 13 с.
