1 of 20

ФГБОУ ВО «Иркутский Национальный Исследовательский Технический Университет» �

​

ПРИРОДОПОДОБНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЛИГНИНСОДЕРЖАЩИХ ОСАДКОВ ЦБП

​

​

Докладчик:

к.т.н., с.н.с. - Шатрова Анастасия Сергеевна

​

Аккредитованная лаборатория экологического мониторинга природных и техногенных сред № РОСС RU.0001.518897

Телефон: (3952) 40-59-21, e-mail: bogdanovav@istu.edu

2 of 20

​

1. Наличие большого количества накопленных отходов целлюлозно-бумажной промышленности в России, в том числе на территории Байкальского региона:

- ОАО «БЦБК» (более 1,5 млн. т. – коллоидный осадок шлам-лигнина, всего отходов более 6 млн. т.).

- ОАО «СЦКК» (более 50 тыс. т. в год).

- Братский и Усть-Илимский ЛПК (более 1 млн. т различных отходов в год).

​

​

​

​

​

​

​

2. Угроза для устойчивого развития и социально-экологического благополучия Байкальского региона в случае попадания отходов в озеро Байкал (объект Всемирного наследия ЮНЕСКО).

​

3. Заинтересованность физических и юридических лиц в недорогих, но качественных удобрениях или почвогрунтах с широким спектром применения (от использования при рекультивации нарушенных земель до выращивания сельско-хозяйственной продукции).

2

ПРОБЛЕМА И АКТУАЛЬНОСТЬ

3 of 20

4) Большое количество почв, загрязнённых тяжелыми металлами

- бывший аккумуляторный завод «Востсибэлемент» (Pb, As, Cu)

​

​

​

​

​

​

  • ГОК «Вернинский» (As, Cu, Zn)

​

​

​

​

​

3

ПРОБЛЕМА И АКТУАЛЬНОСТЬ

3

4 of 20

Технология естественного вымораживания отходов ЦБП для получения почвогрунтов и удобрений, соответствующих ГОСТ 54534-2011 «Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при использовании для рекультивации нарушенных земель» и ГОСТ Р 54651-2011 «Удобрения органические на основе осадков сточных вод. Технические условия».

Отходы шлам-лигнина ЦБП

Предлагаемая технология

Конкурентоспособные удобрения и почвогрунты

4

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ – ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДОПОДОБНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

5 of 20

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

5

6 of 20

Промплощадка вымораживания гидрофильного осадка карты №2 объемом 100 м. куб (влажность 85%, четвертый класс опасности (малоопасные отходы) (II этап – складирование осадка между траншеями).

6

Планировка площадки вымораживания осадка (II этап – выборка траншей).

Формирование делян почвогрунта с вымороженным осадком шлам-лигнина, золой ТЭЦ БЦБК и осадков БОС МУП г. Байкальска.

ОПЫТНО–ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ИРНИТУ И МУП КОС Г. БАЙКАЛЬСКА НА КАРТЕ №2 В 2019-2020 ГГ.

7 of 20

Наименование показателя

Норма для

Полученный почвогрунт

​

группа I

группа II

Массовая доля, мг/кг сухого вещества, не более:

​

​

 

- свинец

130,0

250,0

4,8

- кадмий

2,0

15,0

0.45

- цинк

220,0

1750,0

78

- медь

132,0

750,0

18

- никель

80,0

200,0

48

- хром

90,0

500,0

24

- ртуть

2,1

7,5

0,024

- мышьяк

2,0

10,0

0,84

Массовая доля влаги, %, не более

70

38

Массовая доля органического вещества на сухой продукт, %, не менее

30

78

Показатель активности водородных ионов солевой суспензии, ед. рН

6,0-8,0

6,8

Массовая доля питательных элементов (в пересчете на сухое вещество), %, не менее:

​

 

- азот общий

0,6

3,2

- фосфор общий

0,7

2,1

- калий общий

0,1

0,24

Исследования по соответствию полученного почвогрунта на ГОСТ Р 54651-2011 «Удобрения органические на основе осадков сточных вод. Технические условия» по токсикологическим и агрохимическим показателям

Группа I - удобрения для выращивания технических, кормовых, зерновых и сидеральных культур, в личном подсобном хозяйстве при выращивании рассады овощных и цветочных культур;

Группа II - удобрения, используемые под посадки лесохозяйственных культур вдоль дорог, в питомниках лесных и декоративных культур, цветоводстве, для окультуривания истощенных почв, рекультивации нарушенных земель и откосов автомобильных дорог, рекультивации свалок твердых бытовых отходов.

7

8 of 20

В 2021 Г. ИРНИТУ ПРОВЕДЕНЫ УСПЕШНЫЕ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПО ПОЛУЧЕНИЮ ПОЧВОГРУНТА ИЗ ВЫМОРОЖЕННЫХ ОСАДКОВ ШЛАМ-ЛИГНИНА, ОРГАНИЗОВАННЫЕ ФГУП «ФЭО» (РОСАТОМ)

8

​

По результатам количественного химического анализа аккредитованных лабораторий ФГБОУ ВО «ИРНИТУ» (№ РОСС RU.0001.518897) и ФГБУ «ЦЛАТИ по СФО» (№  RA.RU.510472) после вымораживания осадка карты №4 происходит снижение концентрации токсичных компонентов в 2-5 раз, наиболее токсичного бенз(а)пирена в 13 раз, снижение влажности с 82 до 46 %. Осадок переходит с четвертого (малоопасные) в пятый класс (практически неопасные) отходов.

По данным ФГБУ «Иркутская межобластная ветеринарная лаборатория»( (№ РОСС RU.0001.21ПО90) полученный почвогрунт соответствует требованиям ГОСТ 54534-2011 «Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при использовании для рекультивации нарушенных земель».

9 of 20

ДИНАМИКА РЕКУЛЬТИВАЦИОННОЙ СУКЦЕССИИ НА СОЛЗАНСКОЙ ПРОМПЛОЩАДКЕ ОАО «БАЙКАЛЬСКИЙ ЦБК»

2019 г.

2021 г.

2022 г.

2024 г.

9

10 of 20

Опытные деляны выращивания плодово-ягодных культур (малина, клубника) на полученном из вымороженного осадка шлам-лигнина и осадка КОС г. Байкальск почвогрунте. Июнь-сентябрь 2020-2024 г.

10

11 of 20

11

Малина (лат. Rubus idaeus), высаженная в полученный почвогрунт (2022-2023 г.) на Солзанской промплощадке ОАО «Байкальский ЦБК»

Показатель

Плоды клубники

Плоды малины

Нормы содержания

Pb, мг/кг

0,11

0,25

0,4

Cd, мг/кг

0,008

0,012

0,03

As, мг/кг

0,052

0,095

0,2

Hg, мг/кг

0,005

0,008

0,02

Cu, мг/кг

0,93

2,1

5,0

Zn, мг/кг

3,6

6,2

10,0

Содержание тяжелых металлов в плодах малины и клубники, выращенных на почвогрунте из вымороженных лигнинсодержащих осадков

11

12 of 20

СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РЕКУЛЬТИВАЦИОННОЙ СУКЦЕССИИ ЗЕМЕЛЬ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ�(Патент № 2797056 РФ, авторы - А. В. Богданов, А. С. Шатрова, А.И. Шкрабо)�

12

 

Компоненты могут вторично загрязнять окружающую среду (микробиологическое, химическое загрязнение)

Необходимость компостирования / стабилизации смеси

Возможность рекультивации нарушенных земель, загрязненных высоким содержанием тяжелых металлов

Аналог 1 (пат. №2723401)

+

(тяжелые и редкоземельные металлы)

-

-

(способствует накоплению тяжелых и редкоземельных металлов в растениях)

Аналог 2 (пат. № 2086521)

+

(микробиологическое загрязнение – навоз, помет)

+

(необходимость компостирования)

-

(в способе нет указаний на такую возможность)

Аналог 3 (Заявка № 2019114539)

-

+

(необходимо проводить регулярную аэрацию и внесение влаги)

-

(в способе нет указаний на такую возможность)

Прототип

+

(активный ил - микробиологическое загрязнение, запах; золы ТЭЦ – бенз(а)пирен, тяжелые металлы)

±

(необходимость использовать отработанный и стабилизированный активный ил канализационных очистных сооружений, при этом сама смесь не требует стабилизации)

±

(состав говорит о возможности использования, однако не регламентирует точной нормы внесения в нарушенные земли)

Предлагаемый способ

-

-

+

12

13 of 20

Опытно-промышленные испытания по рекультивации высокозагрязненных тяжелыми металлами земель промплощадки бывшего аккумуляторного завода «Востсибэлемент» с использованием вымороженных лигнинсодержащих осадков ОАО «Байкальский ЦБК»�(начаты в 2025 г, планируемый срок выполнения – до декабря 2026 гг.)

13

14 of 20

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

- Разработанная технология может быть отнесена к природоподобным технологиям (малоотходность, ресурсосбережение, взаимосвязанность всех компонентов технологии, направленность на восстановление окружающей среды, использование природных процессов).

- Решается не только проблема ликвидации отходов ЦБП но и проблема нехватки сырья для рекультивации нарушенных земель, а также возможность использовать на месте почвогрунты для выращивания сельхоз продукции.

- Разработанная технология вошла в ИТС 53-2022 «Ликвидация объектов накопленного вреда окружающей среде» (Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям от 12.12.2022 N 53-2022, Применяется с 01.06.2023).

​

Исследование направлено на достижение Цели Устойчивого развития 12: Обеспечение перехода к рациональным моделям потребления и производства.

14

15 of 20

Спасибо за внимание!

15

16 of 20

16

Укрупненные этапы работ предлагаемого технического решения:

1) Осушение карт-накопителей посредством слива дождевых вод с их поверхности на локальные очистные сооружения в теплый период времени года;

2) Вымораживание: после наступления устойчивых отрицательных температур ниже -10°С проводится расчистка поверхности карт от снежного покрова. При промерзании осадка на глубину до 0,5 м проводится прокладка траншей по всей длине карт с шагом 2 м до максимально уплотненных слоев осадка. Извлеченный из траншей осадок складируется на борта между траншеями.

3) Подсушивание и отвод талых вод: при наступлении устойчивых положительных температур и далее в течение лета проводится естественное подсушивание вымороженного осадка с отводом из траншей талых и дождевых вод через локальные очистные сооружения.

4) Повторное вымораживание: при наступлении устойчивых отрицательных температур высушенный торфообразный осадок до установления снежного покрова перекладывается обратно в траншеи. В дальнейшем технологический процесс повторяется со второго этапа, только траншеи выбираются на месте ранее складированного осадка.

После вымораживания осадка происходит разрушение его коллоидной структуры, сопровождающееся образованием торфообразной массы с влажностью менее 50%, что делает невозможным его обратный переход в исходное коллоидное состояние.

17 of 20

Схема залегания коллоидных осадков шлам-лигнина

Параметры карты №2: ДхШ, м – 1000х100.

V осадка шлам-лигнина – около 263 тыс. м. куб.

​

17

① – Надшламовая вода, ДхШхВ, м , - 1000х100х1. Общий V – 100 тыс. м. куб., в теплый период времени сбрасывается на локальные КОС.

② – Осадок шлам-лигнина, ДхШхВ, м – 1000х100х2,1. Общий V – 210 тыс. м. куб., вымораживается посредством прокладки траншей в холодное время года.

③ – Уплотненный осадок шлам-лигнина ДхШхВ, м – 1000х100х0.5. Общий V – 50 тыс. м. куб., вымораживается посредством вертикальной перфорации осадка в холодное время года.

18 of 20

Укрупненный расчет параметров выборки и размещения осадка на площадках между траншеями на примере карты №2�

Vосадка ~ 263,3 тыс. м. куб.

① – Траншеи, ДхШхВ, м – 1000х1,5*2,1 (3150 м. куб. осадка в одной траншее, всего 22 траншеи).

② – Сектора для складирования осадка, извлеченного из траншей влажностью 95-80%, ДхШ, м - 1000х2 (S одного сектора – 2000 м. кв., всего 22 сектора).

③ – Складированный извлеченный из траншей осадок. Высота складируемого осадка – 3150/2000 ~ 1,58 м.

④ – Перфорация уплотненного слоя осадка влажностью ~80%

⑤ – Уплотненный осадок, влажностью ~80%

19 of 20

19

Показатель

(усредненные значения)

Объект исследований

карты № 4-7 (шлам-лигнин, золы ТЭЦ)

карты № 2-3, 8-10 (шлам-лигнин)

до вымораживания

после вымораживания

до вымораживания

после вымораживания

Влажность, %

62

49

86

32

Константа влагоотдачи

6,8

7,6

5,3

7,9

Уменьшение объема осадка�(после декантации), %

–

26,4

–

48,3

ζ-Потенциал поверхности осадка, мВ

–26,4

–11,6

–34,1

–10,1

Удельное сопротивление�фильтрации осадка, см/м3∙ 103

14

2,8

74

5,3

Качественные показатели осадков карт-накопителей ОАО «БЦБК» до и после вымораживания (IV этап работ)

20 of 20

Основные достижения ИРНИТУ по предлагаемому проекту:

- Победитель XVI Национальной экологической премии имени В.И. Вернадского при участии РАН в номинации «Наука для экологии» (г. Москва) – 2019 г.,

- Победитель конкурса на право получения грантов Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук (2020 г.),

- Победитель гранта ФГБУ  «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» по программе "УМНИК" (2021 г.),

- Победа в областном конкурсе в сфере науки и техники Иркутской области – 2022 г.,

  • Защищены 2 кандидатские диссертации, 1 докторская диссертация,
  • Опубликовано более 100 научных работ, входящих в ВАК, Scopus и Web of science, 5 патентов, 2 монографии.

20