Шлам лигнин чем опасен
Лигнин — экологическое бедствие нашего времени
ФГО СПО «Канский технологический колледж»
В данной научно-исследовательской работе освещена проблема загрязнения окружающей среды г. Канска и Канского района продуктами горения полигона технологических отходов Биохимического завода.
Влияние условий жизни на здоровье людей было замечено еще в глубокой древности. Но лишь в ХХ столетии человечество в полной мере осознало, что многие болезни непосредственно связаны с загрязнением атмосферы.
Целью нашей работы стало узнать, что же за вещество лигнин, какие продукты выделяются при его горении и чем они опасны для здоровья, а также выяснить, возможно ли дальнейшее использование лигнина.
Химический состав древесины.
Древесина — это продукт биологического, а именно растительного происхождения. Она представляет собой очень сложный комплекс, как в анатомическом, так и в химическом отношении.
Давайте же выясним, что из себя представляет лигнин. А природе существует 2 вида лигнина: природный и гидролизный.
Более подробно мы остановимся на гидролизном лигнине, который и горит на полигоне.[2]
В процессе гидролиза древесины, который заключается в обработке серной кислотой происходит распад природного лигнина. Получаемый на заводах технический гидролизный лигнин обычно сильно загрязнен различными примесями, что значительно затрудняет его переработку и использование.
Химическое строение лигнина не установлено окончательно. Молекула лигнина состоит из продуктов полимеризации ароматических спиртов; основной мономер – конифериловый спирт.
Для металлургии – из гидролизного лигнина можно изготавливать брикетированный углеродистый восстановитель или шихтовые брикеты.
Для дорожного строительства – лигнин пригоден в качестве активной добавки в асфальтобетон. [5]
Как мы уже говорили, проблема горения лигнина коснулась и нашего города. Жители Канска и Канского района дышат ядовитым дымом – рядом горят отходы гидролизного производства, оставшиеся в наследство от Канского Биохимического завода. Полигон для хранения отходов Канского Биохимического завода площадью около 22га похож на марсианский пейзаж с ожившими кратерами: здесь находится более 2,5 млн. тонн лигнина, вещества, которое способно самостоятельно возгораться, а потом долго тлеть, выделяя ядовитый дым. Горят отходы на глубине в 25-30 метров.
По данным анализа Канского Росптребнадзора, все показатели (почвы, воздуха, воды) на полигоне находятся в норме, но получается, какая-то нестыковка, потому что прокуратура заводит сразу несколько уголовных дел, по нарушения соответствующего законодательства. В почве полигона обнаружено превышение в несколько раз норм содержания: меди, сульфатов, нефтепродуктов, хлоридов, железа и марганца. И именно это позволяет говорить о признаках экологического преступления.
Так же в ходе исследования мы провели мониторинг среди населения, в котором участвовало 75 человек. Основная цель – выявить уровень знаний о лигнине. Опрашивая людей, мы выяснили, что больше половины опрошенных даже не знают, что такое лигнин, но почти все знают, что горение лигнина опасно и при этом практически никто не знает, какие вещества образуются при горении лигнина.
В Канском районе проблема горения лигнина является злободневной на протяжении многих месяцев. Это явилось причиной обострения заболеваний, загрязнения окружающей среды и напряженности в социальной жизни района. Размышляя над полученной информацией, мы пришли к выводу, что собранный нами материал будет полезен не только как дополнительный материал на уроках школьного курса экологии, об этом необходимо информировать все население нашего города и района.
1. А. И. Артеменко «Органическая химия», Москва «Высшая школа» 1987.[2]
2. Чудаков М. И. Промышленное использование лигнина. М.: Лесная промышленность, 1983, с. 200. [3]
3. Любешкина Е. Г. Лигнин как компонент полимеров, композиционных материалов. Успехи химии, 1983, выпуск 7, с 1203. [4]
4. Энциклопедия для детей, Экология, Москва Аванта 2001г.[5]
5. Справочник химия, Москва «Химия» 1989г.[6]
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Шлам-лигнин
Шлам-лигнин обезвоживается и подвергается термообработке. [1]
Из шлам-лигнина можно получить сульфокатионит, сочетающий высокую обменную и осветляющую способность. Таким образом, отходы от химической очистки сточных вод вновь используются для ионообменной очистки сточных вод. Кроме того, шлам-лигнин может быть применен в композиции дорожных покрытий, как наполнитель при изготовлении резины для получения смол с высокими клеющими свойствами и жизнеспособностью, а также в качестве сырья для изготовления сорбентов типа активных углей и сульфокатионитов. [2]
Вопросы использования шлам-лигнина хотя и не нашли еще практического применения, но широко исследуются в Лесотехнической академии им. [3]
Избыточный активный ил, скоп или шлам-лигнин находят применение в производстве тарного картона, а также в качестве кормовых добавок и удобрения по утвержденным Временным техническим условиям. Результаты вегетационных и полевых исследований показали, что активный ил является быстродействующим удобрением, по эффективности он эквивалентен сульфату аммония и аммонийной селитре. [4]
Для окончательного улавливания мелких взвешенных хлопьев шлам-лигнина обесцвеченный сток очищается на песчаных фильтрах. [5]
При очистке сточных вод образуются отходы в виде скопа, избыточного активного ила, шлам-лигнина и другие, направляемые в шламонакопители, занимающие большие участки земли. Имеются шламы в процессах газопылеочистки. [7]
Среди полученных соединений найдены эффективные реагенты для извлечения слюды из мусковитых сланцев и для очистки сточных вод от шлам-лигнина и активного ила. Оксазолиди-ны I могут быть использованы также для синтеза полиэлектролитов и ионообменных смол. [9]
К техническим щелочным лигнинам следует также отнести талло-вый лигнин и шлам-лигнин. Шлам-лигнин выделяется при очистке сточных вод сульфатцеллюлозного производства. [11]
Из шлам-лигнина можно получить сульфокатионит, сочетающий высокую обменную и осветляющую способность. Таким образом, отходы от химической очистки сточных вод вновь используются для ионообменной очистки сточных вод. Кроме того, шлам-лигнин может быть применен в композиции дорожных покрытий, как наполнитель при изготовлении резины для получения смол с высокими клеющими свойствами и жизнеспособностью, а также в качестве сырья для изготовления сорбентов типа активных углей и сульфокатионитов. [12]
Этот лигнин, содержащий до 47 % таллового масла, растворяется в белом щелоке и перекачивается в отстойники. Возвращение в технологический процесс шлам-лигнина позволяет дополнительно вырабатывать не менее 3 кг таллового масла на 1 т целлюлозы. [13]
Иркутский ученый представил на Плаксинских чтениях результаты вымораживания осадков шлам-лигнина Байкальского ЦБК
Успешные результаты применения технологии переработки осадков карт-накопителей БЦБК, базирующейся на создании условий процессов естественного вымораживания, представил профессор ИРНИТУ Андрей Богданов на Международной конференции «Плаксинские чтения». Форум проводят научный совет РАН по проблемам обогащения полезных ископаемых и Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова РАН. В конференции принимают участие специалисты из России, ЮАР, Чехии, Китая, Казахстана и Кыргызстана.
Заслуженный эколог Иркутской области Андрей Богданов преподает на кафедре обогащения полезных ископаемых и охраны окружающей среды, руководит научно-исследовательской лабораторией экологического мониторинга природных и техногенных сред. Под его руководством разработана технология переработки накопительных коллоидных осадков шлам-лигнина БЦБК.
По информации Андрея Богданова, проектировщики карт-накопителей БЦБК еще в начале 70-х годов прошлого века предложили обезвоживать и сжигать коллоидный осадок, представляющий собой активный ил. Однако в те годы не было подходящего оборудования, поэтому ил забивал все фильтры, и его начали размещать в картах-накопителях. Со временем этот осадок, составляющий 60% от общего объема, начал бродить. Таким образом, сейчас карты можно сравнить со своеобразными огромными термосами, где происходят экзотермические реакции.
«У нас сложилось четкое понимание, что данную проблему нужно решать технологическими приемами, которые позволяют интенсифицировать природные, естественные процессы. Технология должна помогать протеканию природных явлений, а не вредить.
Таким образом, объем отходов уменьшается на треть, что в будущем позволяет транспортировать лигнин из одной карты в другую и использовать освободившиеся для рыборазведения и пр. А то, что будет уплотнено, можно рассматривать как торф, который нормально соседствует с окружающей средой. Если задаться целью полной утилизации, то данный торф можно сжечь и получить золу, на 70% состоящую из оксида алюминия, используемого в качестве модификаторов при производстве цемента и других стройматериалов».
По мнению политеховцев, реализовать предложенное решение можно силами ИРНИТУ при поддержке Института по проектированию предприятий целлюлозно-бумажной промышленности Сибири и Дальнего Востока (АО «Сибгипробум»), который возглавляет Алексей Гончаров, и представителей Лимнологического института СО РАН (Александр Сутурин).
Сто метров до беды: как спасти Байкал от ядовитых отходов?
Российская академия наук (РАН) намерена до конца года найти ответ на вопрос — каким способом ликвидировать миллионы тонн ядовитых отходов бывшего Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК) в Иркутской области, угрожающие полным загрязнением всей южной акватории озера.
«Сейчас экологический оператор, которого курирует Росатом, начал активную работу по этой площадке. Но окончательного решения — что и в какой последовательности делать — пока еще не сформулировано», — сообщил в ходе пресс-конференции президент РАН Александр Сергеев.
Предприятие перестало работать в 2013 году по вполне понятным экономическим причинам, объяснил Сергеев. В мире появились современные технологии производства целлюлозы — подобной той, что делали на БЦБК. Продукция стала неконкурентной. Собственники обанкротились, а накопленный ущерб остался.
Сейчас на территории бывшего комбината насчитывается около 6,2 миллиона тонн ядовитых отходов в нескольких сотнях метров от берега Байкала. В первую очередь в 14 картах-накопителях. В них содержится, в том числе 2,6 миллиона тонн шлам-лигнина.
Карты расположены в разных местах — на Бабхинском и Солзанском полигонах, на промплощадке бывшего БЦБК. Глубина каждой карты — около 7 метров, ширина — около 100. Кроме шлам-лигнина в картах содержатся зола, шлак, бытовые отходы. По оценкам некоторых экспертов, объема ядовитых веществ хватило бы, чтобы построить две пирамиды Хеопса.
«Если бы мы могли гарантировать, что вот оно там хранится в этих резервуарах, вот сколько-то еще там полежит, а мы тихо-спокойно придумаем технологию и все это аккуратно вытащим, переработаем…. Но там селеопасные зоны», — отметил руководитель РАН.
В июле 2019 года обильные осадки уже привели к тому, что резервуары с отходами переполнились водой, и часть из них попала в Байкал. Ситуацию удалось быстро купировать, но она может повториться.
При сходе селя может произойти катастрофа — если большая часть отходов попадет в Байкал, практически одна восьмая часть чистейшего озера на планете будет отравлена на долгие годы.
Поэтому, по словам губернатора Иркутской области Игоря Кобзева, в первую очередь необходимо сделать так, чтобы при чрезвычайных ситуациях токсичные вещества не попали в реки и в Байкал.
Еще две проблемы
Чтобы обезопасить Байкал от выхода надшламовых вод из переполненных резервуаров, нужно создать для потенциального селевого потока русло — если сойдет сель, направиться по «дороге» с бетонными ограждениями, в обход БЦБК, объяснил Кобзев.
Но с этим возникли проблемы. Комбинат находится в центральной экологической зоне, а чтобы построить отводы для селевых потоков, нужно расчистить лес, который закон без согласования рубить запрещает. Губернатор выразил надежду, что согласование от федеральных профильных министерств и ведомств удастся получить уже в этом году.
И еще одна глобальная проблема БЦБК — озеро черного щелока. По предварительным оценкам экспертов, оно содержит более 200 тысяч тонн ядовитого для Байкала вещества.
«Серьезный объект — щелочное озеро — требует другого подхода. Здесь очень важно присутствие ученых, чтобы понять каким образом, что можно сделать по нейтрализации и переработке, чтобы минимизировать возможность загрязнения озера в результате схода селей», — объяснил Сергеев.
Пока ни экологический оператор, ни ученые, ни власти не могут сказать, какие технологии утилизации и рекультивации отходов будут использовать на БЦБК. Первоочередная задача — стабилизировать отходы, не допустив их попадания в Байкал во время чрезвычайных ситуаций.
Параллельно с этим научное сообщество и власти готовы искать решения ликвидации ядовитых захоронений на берегу Байкала. Но даже рекультивация не станет окончательной точкой в наследии БЦБК, подчеркнул губернатор области.
«Ну, хорошо, а что будет дальше? Ну, почистили мы промплощадку, а что дальше?» — задался риторическим вопросом руководитель региона.
Он напомнил, что предприятие в свое время было градообразующим предприятием и давало работу тысячам человек. До сих пор в городе Байкальске живет 12 тысяч человек. И нужно решить, можно ли после рекультивации дать этим людям работу.
Кобзев заметил, что, климат в Байкальске уникальный. И, город, по мнению губернатора, может стать туристическим. Но пока это очень далекие планы.
Шлам лигнин чем опасен
В мировой литературе практически отсутствуют данные о рекультивации площадей, занятых отходами, подобными шлам-лигнину. Это объясняется ограниченным применением физико-химической очистки на предприятиях, производящих целлюлозу, а также трудностями расшифровки взаимодействия веществ в ходе физических, химических и биологических процессов, протекающих в этом антропогенном субстрате. Недостаточно изучено воздействие на эти процессы факторов окружающей природной среды (температуры, инсоляции, грунтовых вод, атмосферных осадков).
Второй причиной является отсутствие практического спроса на возможную товарную продукцию, полученную при переработке шлам-лигнина. И, если вопросы переработки осадка карт-шламонакопителей к настоящему времени все-таки находят практическое решение (в 2004 году, проектируется ввести в эксплуатацию новый цех по переработке осадка карт-шламонакопителей на Усть-Илимской Холдинговой компании), то все научно-технические разработки по использованию шлам-лигнина или продуктов его переработки по тем или иным причинам в настоящее время не нашли практического применения.
Таблица 1. Показатели процесса адсорбции
Показатели качества очистки, сорбаты
Лигносульфатные воды, 350° ХКШ
Время проскока, час
Время полного насыщения, час
Время проскока, час
Время полного насыщения твердой фазы, час
Время проскока, час
Время полного насыщения твердой фазы, час
Универсальность золы шлам-лигнина, объясняется наличием в ее составе определенных компонентов, проявляющих, как индивидуальные сорбционно-коагуляционные свойства, так и суммарный синергетический эффект [2].
Рисунок 1. Кинетические кривые сорбции
По полученной кривой изотермы сорбции высокоцветных хлорлигниносульфонатных вод были рассчитаны энергии активации процесса, которые в начальный период времени соответствует физической адсорбции и составляет 27,8 кДж/моль, а при увеличении температуры свыше 50°С, определяющим фактором процесса, является химическая адсорбция с энергией активации 94,87 кДж/моль, которая нивелирует деструктированные и ассоциированные молекулярные превращения хлорлигнина.
Полученные результаты подтверждены выполненными исследованиями по ИК-спектроскопии. Установлено, что при адсорбции сульфатного лигнина на золах шлам-лигнина образуются как химические, так и физические связи. Вторым направлением переработки осадка шлам-лигнина может быть его регенерация с целью получения коагулянта сернокислого алюминия. Оценку эффективности товарных и регенерируемых коагулянтов проводили по методике пробного коагулирования (рис.2).
Рисунок 2. Выбор оптимальной дозы коагулянта
Из полученных результатов видно, что оптимальная доза солей, полученных из зол ОАО СЦКК и ОАО БЦБК составила 31 мг/г. Значительно хуже проявляет коагуляционные свойства соль, полученная из шлам-лигнина ОАО СЦКК, это связано с наличием в нем до 75% органических веществ, на разложение, которых расходуется значительное количество серной кислоты, происходит недоизвлечение ионов алюминия, оптимальная доза составляет 64 мг/г. Во всех случаях доза товарного сульфата алюминия была меньше дозы исследуемых коагулянтов и составляла 20 мг/г. Так же, при равных качественных показателях процесса коагуляции, доза товарного коагулянта A12(SO4)3 незначительно меньше, в 0,55 раза, по отношению к регенерируемой соли из зол шлам-лигнина, что говорит об экономической целесообразности применения технологии регенерации сульфата алюминия.
Необходимо отметить, что получение золы шлам-лигнина сопровождается выделением в атмосферу различных типов загрязняющих веществ. Однако, проведенные в районе озера Байкал работы, отмечают, что основной вклад в общий эквивалент от 0,1 до 1,4 тэ/кг сухой массы, что является не очень высоким уровнем, равномерно вносят все низкохлорированные гомологи фурана и особенно гексахлорбензофурана [2]. Распределение такого типа гомологов нетипично для ЦБП, а характерно скорее, для загрязнения хлорированными пестицидами или работы сжигающих установок.