Экологически безопасный сорбент из золошлаковых отходов теплоэнергетики

Цели. Определение физико-химических свойств (насыпной плотности, зольности, суммарного объема пор, истираемости, влажности, сорбционной емкости) сорбента на основе золошлаковых отходов теплоэнергетики, прокаленного и модифицированного кремнийорганическим гидрофобизатором Типром К.

Методы. Физико-химические свойства модифицированного сорбента определены экспериментальным методом по методикам нормативных документов на оборудовании, поверенном и аттестованном в установленном порядке.

Результаты. Золошлак, отобранный на золоотвале Новочеркасской ГРЭС, высушен, прокален при температуре 600 °С в течение 30 мин и модифицирован гидрофобизирующей кремнийсодержащей жидкостью (ГКЖ) марки Силор. Исследованы соотношения модификант/зола (по массе) 1:20, 1:10, 1:5, 1:3, 1:2. Оптимальным принято соотношение 1:5 при сорбционной емкости по отношению к н-гексану 0.86 г/г. Проведена оптимизация температуры модификации в интервале температур 110–200 °С. Наиболее оптимальным является высушивание образцов при 160 °С до постоянной массы. При температуре 200 °С наблюдалось спекание материала. Выполнен анализ модификаторов ГКЖ по соотношению цена/сорбционные свойства. В качестве ГКЖ рассмотрены марки: Силор, ГКЖ-11БСП, ГКЖ 136-157М, PROFILUX, Типром К, Типром У. Выбран оптимальный модификатор марки Типром К. Экспериментально определены физико-химические свойства модифицированного сорбента, полученного при соотношении 1:5 (по массе) и высушенного при 160 °С. Изучены его сорбционные свойства на водной поверхности по отношению к различным нефтепродуктам: мазуту, керосину, бензину марки АИ-92, нефрасу, нефтешламу и н-гексану. Наименьшая сорбционная емкость получена по отношению к н-гексану, которая составила 0.86 г/г. В ходе эксперимента установлено, что половина величины сорбционной емкости заполнена нефтепродуктом в первые минуты контакта. Время полной сорбции составило 30–40 мин для относительно легких углеводородов (н-гексан, бензин АИ-92, керосин, нефрас), 40–60 мин для нефтешлама и более 60 мин для мазута. Экспериментально выявлено, что процесс сорбции не зависит от матрицы (солености) воды. При визуальной оценке по интенсивности окраски остаточного пятна нефтешлама сделан вывод о значительном содержании нефтепродуктов в случае сорбции нефтешлама кварцевым песком на основе остаточного желтого слоя нефтешлама. В случае сорбции нефтешлама прокаленным и модифицированным сорбентами остаточные нефтепродукты незначительны. Приведен сравнительный анализ данных по эффективности разработанного сорбента и имеющихся в настоящее время аналогов на основе шламов и шлаков.

Выводы. Определены физико-химические свойства сорбента, модифицированного ГКЖ Типром К: насыпная плотность 0.621 г/см³, зольность 97.1%, суммарный объем пор по воде менее 0.05 см³/г, истираемость 8.8%, влажность менее 0.5%; сорбционная емкость, в г/г: по н-гексану 0.86, по бензину АИ-92 0.89, по нефрасу 0.93, по керосину 0.99, по нефтешламу 1.18, по мазуту 1.46. Эффективность очистки твердой поверхности от нефтешлама прокаленным сорбентом составила 97%, а модифицированным – 95%. Модифицированный сорбент обладает высокой плавучестью при насыщении нефтепродуктами и способностью их длительного удержания.

1. Федорова Н.В., Шафорост Д.А., Кривобок Е.А. О возможности использования золошлаковых отходов угольных электростанций Ростовской области в качестве углеродсодержащих сорбентов. Экология промышленного производства. 2016;1(93):20–24.

2. Черенцова А.А., Олесик С.М. Оценка золошлаковых отходов как источник загрязнения окружающей среды и как источник вторичного сырья. Горный информационноаналитический бюллетень. 2013;(S3):230–243.

3. Афанасьева О.В., Мингалеева Г.Р., Добронравов А.Д., Шамсутдинов Э.В. Комплексное использование золошлаковых отходов. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2015;(7–8):26–36. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2015-0-7-8-26-36

4. Подгорецкий Г.С., Горбунов В.Г., Агапов Е.А., Ерохов Т.В., Козлова О.Н. Проблемы и перспективы утилизации золошлаковых отходов ТЭЦ. Часть 1. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2018;61(1):439–446. https://doi.org/10.17073/0368-0797-20186-439-446

5. Худякова Л.И., Залуцкий А.В., Палеев П.Л. Использование золошлаковых отходов тепловых электростанций. XXI век. Техносферная безопасность. 2019;4(3):375–391. https://doi.org/10.21285/2500-1582-2019-3-375-391

6. Пичугин Е.А. Аналитический обзор накопленного в российской федерации опыта вовлечения в хозяйственный оборот золошлаковых отходов теплоэлектростанций. Проблемы региональной экологии. 2019;(4):77–87. https://doi.org/10.24411/1728-323X-2019-14077

7. Черенцова А.А. Эколого-технологическая оценка состава и свойств золошлаковых отходов (на примере Хабаровской ТЭЦ-3). Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2014;19(5):1733–1736.

8. Korotkova T.G., Ksandopulo S.Ju., Bushumov S.A., Burlaka S.D., Say Yu.V. Quantitative Chemical Analysis of Slag Ash of Novocherkassk State District Power Plant. Oriental J. Chem. 2017;33(1):186–198. http://doi.org/10.13005/ojc/330121

9. Bushumov S.A., Korotkova T.G., Ksandopulo S.Ju., Solonnikova N.V., Demin V.I. Determination of the Hazard Class of Ash After Coal Combustion by the Method of Biotesting (Определение класса опасности золы от сжигания углей методом биотестирования). Oriental J. Chem. 2018;34(1):276–285. http://doi.org/10.13005/ojc/340130

10. Korotkova T.G., Bushumov S.A., Ksandopulo S.Yu., Istoshina N.Yu. Determination of the Hazard Class of AshAnd-Slag from a Thermal Power Plant Accumulated on Ash Dumps Under the Scheme Hydraulic Ash Removal. Int. J. Mech. Eng. Technol. (IJMET). 2018;9(10):715–723. URL: https://iaeme.com/MasterAdmin/Journal_uploads/IJMET/VOLUME_9_ISSUE_10/IJMET_09_10_074.pdf. Дата обращения 12.10.2023.

11. Васильев А.М. Обоснование возможности использования золошлаковых отходов в сооружениях очистки поверхностного стока. Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2012;(6):120–122.

12. Singh P., Tripathi P., Chauhan S., Mishra A. Domestic Waste Water Treatment Using Fly Ash Alone or in Combined Form. IOSR J. Electric. Electron. Eng. (IOSR-JEEE). 2016;11(3):34–39. https://www.semanticscholar.org/paper/Domestic-Waste-Water-Treatment-Using-Fly-Ash-Alone-Singh-Tripathi/a78118b380742750b59e8822570e9c2298dbadcf. Дата обращения 12.10.2023.

13. Lin C.-Y., Yang D.-H. Removal of pollutants from wastewater by coal bottom ash. J. Environ. Sci. Health. A: Tox. Hazard. Subst. Environ. Eng. 2002;(6):1509–1522. https://doi.org/10.1081/ese-120013273

14. Dabi N., Patwa N. Flyash: an Effective Method for Treatment of Wastewater. Int. J. Eng. Res. Technol. (IJERT). 2015;3(23. Special Issue – 2015. NCETRASECT-2015 Conference Proceedings). URL: https://www.ijert.org/research/flyash-an-effective-method-for-treatment-of-wastewaterIJERTCONV3IS23014.pdf. Дата обращения 12.10.2023.

15. Sanas M.M.V., Gawande S.M. Fly Ash using in Waste Water Tratment. Int. J. Emerging Eng. Res. Technol. 2016;4(6):11–14. URL: http://www.ijeert.org/pdf/v4-i6/2.pdf. Дата обращения 12.10.2023.

16. Singh N.B., Agarwal A., De A., Singh P. Coal fly ash: an emerging material for water remediation. Review. Int. J. Coal Sci. Technol. 2022;9:Article number: 44. https://doi.org/10.1007/s40789-022-00512-1

17. Batabyal D., Sahu A., Chaudhuri S.K. Kinetics and mechanism of removal of 2, 4-dimethyl phenol from aqueous solutions with coal fly ash. Sep. Technol. 1995;5(4):179–186. https://doi.org/10.1016/0956-9618(95)00124-7

18. Kao P.C., Tzeng J.H., Huang T.L. Removal of chlorophenols from aqueous solution by fly ash. J. Hazard. Mater. 2000;76(2–3):237–249. https://doi.org/10.1016/S03043894(00)00201-6

19. Bushumov S.A., Korotkova T.G. Determination of physical and chemical properties of the modified sorbent from ash-and-slag waste accumulated on ash dumps by hydraulic ash removal. RASÃYAN J. Chem. 2020;13(3):1619–1626. http://doi.org/10.31788/RJC.2020.1335454

20. Николаева Л.А., Вдовин Е.А., Голубчиков М.А., Мавлиев Л.Ф. Способы утилизации отработанного сорбента нефтепродуктов на основе шлама химводоочистки Казанской ТЭЦ-1. Экология и промышленность России. 2014;(7):18–20. URL: https://www.ecology-kalvis.ru/jour/article/view/452. Дата обращения 12.10.2023.

21. Николаева Л.А., Голубчиков М.А., Захарова С.В. Гранулированные гидрофобные адсорбенты на основе карбонатного шлама осветлителей ХВО КТЭЦ-1 для доочистки сточных вод от нефтепродуктов. Энергосбережение и водоподготовка. 2012;4(78):24–29. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17959087. Дата обращения 12.10.2023.

22. Карманова Е.Н., Калинина Е.В. Ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов с твердых поверхностей модифицированными отходами содового производства. Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2018;(4):53–60. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36746277. Дата обращения 12.10.2023.

23. Калинина Е.В., Глушанкова И.С., Рудакова Л.В. Модификация шламов содового производства для получения нефтяных сорбентов. Теоретическая и прикладная экология. 2018;(2):79–86. https://doi.org/10.25750/19954301-2018-2-079-086