Утилизация шлама ТЭЦ

Аннотация

Гречаников А.В., Утилизация шлаам ТЭЦ. В процессе выработки тепловой и электрической энергии на ТЭС образуется многотоннажный шлам химводоочистки. Поэтому утилизация и вторичное использование шлама в химических технологиях имеет большое практическое значение, что позволяет решать рядэкономических и экологических проблем.

В Республике Беларусь, а также в России и других странах СНГ до настоящего времени не разработана технология комплексной утилизации неорганического шлама, образующегося при водоподготовке на ТЭЦ. Цель исследования – разработка неэнергоёмкой, ресурсосберегающей, экологобезопасной технологии утилизации шлама продувочной воды ТЭЦ.

В качестве объекта исследования рассматривалась Витебская ТЭЦ. На этой ТЭЦ воду берут из реки Западная Двина и очищают её от примесей и солей жёсткости. Ежегодно на Витебской ТЭЦ в шламонакопителях образуется 50 – 60 тонн отходов (шлама продувочной воды). Ежемесячно образуется около 5 тонн шлама (в расчете на сухое вещество). Отходы хранятся в отстойниках и весной частично попадают в реку. Для очистки воды в качестве коагулянта используют сульфат алюминия, а в качестве флокулянта - полиакриламид. Сбрасывать отходы в реку или использовать их в качестве удобрений нельзя, так как в них содержится 10-12 % соединений алюминия и железа.

Химический состав шлама определялся методами количественного анализа [1]. Анализы проводились в усредненной пробе в трёх параллельных образцах. Образцы массой от 4 до 11 г. высушивались до постоянного веса при 105 – 110 °С. Все анализы выполнялись в пересчёте на безводные навески. Образцы растворялись в соляной кислоте для определения содержания двухвалентного железа. Качественный анализ показал, что ионы двухвалентного железа в пробах отсутствуют. Растворимая часть пробы декантировалась. Проба многократно промывалась разбавленной соляной кислотой, затем дистиллированной водой. Нерастворимый остаток фильтровался и высушивался. Масса нерастворимого остатка составила 30 – 33 %.

Растворимая часть разбавлялась в мерной колбе до 100 или 250 мл и использовалась для анализа. Для определения ионов трёхвалентного железа выбран гравиметрический метод осаждения в виде гидроксида, так как определение ионов железа с помощью ферроцианида калия затруднительно из–за плохого осаждения мелкодисперсного синего осадка и длительного фильтрования. Рассчитанное значение pH осаждения Fe(OH)₃ составляет 9,5. Тщательное выполнение методики осаждения гидроксида железа позволяет определить содержание железа, и в прозрачном фильтрате проводить дальнейшие анализы. Осаждение ионов Fe3+ проводилось 1,5-кратным избытком !ЧН4ОН при нагревании. После проверки на полноту осаждения осадок многократно промывался 2%-ным раствором NH₄OH₃ и дистиллированной водой. После высушивания осадок прокаливался в фарфоровом тигле, в муфельной печи, при температуре 800 °С в течении 25 – 30 минут до постоянной массы. Осадок тщательно промывался от хлорид-ионов, поскольку часть железа при прокаливании может теряться из-за летучести FeCI₃.

Прозрачный фильтрат, после осаждения гидроксида железа, использовался для определения содержания алюминия и кальция. Метод определения алюминия путём его осаждения аммиаком с последующим превращением осадка АlОН)₃ в А1₂0₃ при прокаливании не является точным, поскольку гидроксид алюминия заметно растворим в избытке NH₄OH. Поэтому содержание алюминия определялось с помощью 8-оксихиномина. Раствор подкислялся 2 н. H₂S0₄, затем прибавляли осадитель – уксусный раствор 8-оксихиномина. Осадок оксихинолята алюминия промывался сначала небольшим количеством горячей воды, а затем холодной дистиллированной водой.

Содержание кальция определялось с помощью оксалата аммония. При 900 °С оксалат кальция разлагается с образованием оксида кальция. Недостатком СаО как весовой формы является ее гигроскопичность и способность поглощать из воздуха углекислый газ. В качестве весовой формы более целесообразно использовать сульфат кальция. Осадок оксалата кальция обрабатывали раствором серной кислоты, затем раствор выпаривали и сухой остаток прокаливали при 500 °С в течение 1 часа. Результаты определений приведены в таблице.

Исследование содержания микроэлементов в отходах ТЭЦ проводилось с помощью атомно–эммисионного анализа на спектрографе PGS-2. К таким элементам относятся кадмий, сурьма, висмут, мышьяк, вольфрам, ртуть, таллий, германий, хром, ванадий, никель, кобальт, бериллий, иттерибий, ниобий, скандий, олово, галлий, серебро. Содержание тяжёлых металлов в шламе ТЭЦ зависит от вида топлива, используемого для сжигания. Для ТЭЦ, использующих в качестве основного топлива уголь, обнаружено наличие в золе редких (галлий, ванадий, цирконий и т.д.), редкоземельных (лантан и церий) и радиоактивных (уран и торий) элементов [2].

Вследствие того, что содержание микроэлементов и тяжёлых металлов в отходах ТЭЦ не превышает допустимых санитарных норм, эти отходы можно использовать для последующей переработки.

Отходы (шлам) ТЭЦ можно использовать для изготовления асфальтобетона. Стоимость дорожного покрытия достигает 70 % и более от общих затрат на сооружение дороги. Применяемая в дорожном строительстве органоминеральная смесь для ремонта покрытий автомобильных дорого имеет следующий состав [4]: песчано–гравийная смесь (размер зерен 0,1 – 15 мм) – 62 %; щебень гранитный (размер зерен 5 – 2 0 мм) – 28 %; доломитовая мука (размер зерен 0,1 – 2,5 мм) – 7 %; активатор (гашеная известь) – 3 %; битум нефтяной жидкий с вязкостью 60 с. – 6 % от минеральных материалов. Разработан состав органоминеральной смеси, в котором вся доломитовая мука заменена сухим шламом продувочной воды. Изготовление образцов органоминеральной смеси проводилось следующим образом. Предварительно высушенные и нагретые до 110 С минеральные материалы перемешиваются в механическом смесителе. Затем в смесь добавляют сухой, измельченный шлам и перемешивают в течение 10 минут. Шлам заменяет весь минеральный порошок (доломитовую муку). Постепенно, со скоростью 2–30 в минуту, температуру смеси доводят до 100 °С. Периодически измеряют осадку конуса. Через 30 минут после начала перемешивания в смесь добавляют предварительно разогретый до 65 0 С битум нефтяной, дорожный. На базе государственного объединения УП «Витебскобл ремстрой» получена опытная партия асфальтобетона. Для приготовления асфальтобетонной смеси использовалось следующее оборудование: битумноплавильный агрегат, расходная ёмкость шлама ТЭЦ, шнек подачи шлама, дозатор битума, сушильный барабан, ленточный транспортёр и др. В смесительной установке два основных агрегата: сушильный и дозировочно-смесительный. За время прохождения через сушильный барабан минеральные зернистые материалы просушиваются и нагреваются. Температура нагрева регулируется интенсивностью подаваемого топлива и количеством минеральных материалов: 200–220 °С при использовании холодного минерального порошка и 160–180 °С при горячем минеральном порошке. Шлам ТЭЦ (холодный или горячий) подаётся в отдельный отсек. Из отсеков бункера различные фракции минеральных материалов дозируются с помощью весов. Отвешенные горячие минеральные материалы направляются в мешалку. Сюда же подаётся шлам ТЭЦ. Если отходы применяются горячими, более целесообразным является предварительное объединение щебня и песка с битумом, а шлам ТЭЦ необходимо добавлять на последней стадии перемешивания.

Новая технология утилизации отходов ТЭЦ позволяет заменить минеральный доломитовый порошок в составе асфальтобетона шламом, образующимся на ТЭЦ. Использование отходов удешевляет стоимость строительства автомобильных дорог на 10–15%.

Зольные шламы ТЭЦ (при сжигании угля) можно использовать для извлечения редкоземельных и радиоактивных металлов, в частности, с помощью кучного выщелачивания, а также обработки при повышенной температуре, извлекать алюминий и галлий. Кроме этого при такой обработке из золы частично (на 50–60 %) извлекается и диоксид кремния, который может быть выделен из раствора в достаточно чистом виде и использован для нужд химической промышленности (изготовление катализаторов нефтехимического комплекса, жидкого стекла, лакокрасочных материалов и т.д.)[2].

Разработанные технологии дают возможность утилизировать отходы, образующиеся при водоподготовке на Витебской ТЭЦ, что приведёт к улучшению экологической ситуации.

Список использованной литературы

1. Крешков А.П. Основы аналитической химии: Учеб. для студентов вузов.-3-е изд., перераб.-М.: “Химия”, 1970.-Т 2.-456 с.
2. СТБ 1033-96. Смеси асфальтобетонные дорожные; Введ. 01.01.96. - Минск: Министерство архитектуры и строительства, 1996. - 16 с.