CC BY
45
ния при расчете потребностей в топливе, определения вместимости и мощности топливных складов и при решении транспортных задач (рис. 5).
Потребление и маркетинг: производство торфяных материалов затрагивает интересы отраслей, обладающих отходами или производящих дополнительные компоненты, и отраслей, потребляющих производимую продукцию (топливо, металлургия, с/х, экологизация и др.). Потребление и спрос на продукцию зависят от видов продукции (товара, цены, используемых методов распространения и методов стимулирования).
Эколого-экономическая оценка: производство композиционных материалов, как и все добы-вающе-перерабатывающие производств в, оказывает необратимое воздействие на окружающую среду, при этом происходит загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы. Следовательно, выделяют три основных направления мероприятий природоохранного назначения: мероприятия, связанные с ограничением производственного использования торфяных месторождений (истощение торфяных ресурсов); мероприятия по СОЗ, очистке стоков и выбросов в атмосферу; разработка и внедрение новых технологий, которые обеспечивали наиболее полное и рациональное освоение торфяных ресурсов.
Системный анализ на основе модельных представлений системы позволяет взаимно увязать решение различных задач - технических, экологических, экономических.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Афанасьев А. £.. Чураев Н. В. Оптимизация процессов сушки и структурообразования в технологии торфяною производства. М.: Недра, 1992.
2. Богатое Б. А. Управление процессом разработки торфяных месторождений. Минск: Высшая шкода, 1985.
3. Гревцев Н. В. Научные основы технологии торфяных композиционных материалов: Дис. ... д-ра техн. наук. Екатеринбург, 1998.
4. Зобним Б. Б. Моделирование систем: Конспект лекций по дисциплине «Моделирование» для студентов профилизации «Автоматические системы обработки информации и управления» направления 552800 -«Информатика и вычислительная техника». Екатеринбург УГГТА, 2001.
ПРИМЕНЕНИЕ ТОРФЯНЫХ СОРБЕНТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
КОНЕВА Е. В.
Уральская государственная горно-геологическая академия
Стремительное развитие всех отраслей промышленности, энергетики, транспорта, увеличение численности населения и урбанизация, химизация всех сфер жизнедеятельности человечества привели к глубоким изменениям природной среды, нарушили равновесие, сложившееся за длительный срок ее естественного развития. Хозяйственная деятельность человека привела к нарушениям естественного состояния ландшафтов, гидросферы, атмосферы, производству веб большего числа новых веществ, небезопасных для окружающей среды, увеличению количества твердых, жидких, газообразных отходов и др. Совокупность всех воздействий на окружающую среду ведет к формированию новой экологической ситуации, требующей активных действий по предотвращению возможных отрицательных последствий.
В настоящее время разработаны и применяются разнообразные природоохранные технологии по очистке загрязненных стоков и выбросов, рскульгивации земель, нарушенных хозяйственной деятельностью, восстановлению плодородия почв. Проектируются и вводятся в эксплуатацию вредприятия с малоотходными и бессточными технологическими процессам. В природоохранных технологиях широко используются вещества и материалы естественного и искусственного происхождения, такие, как активные угли, иониты, пропиленовые и полиэфирные гранулы и волокна, сульфоуголь, бертаниты и др.
Одним из перспективных материалов на рынке природоохранных технологий является а также продукты его переработки.
Торф - самое молодое слабоуглсфицированнос отложение, образующееся в результате рания растительных организмов в условиях избыточного увлажнения и органического доступа духа.
Торф - многокомпонентная система, в состав которой входят органическая и ми части, а также вода. С физической точки зрения торф - трехфазная полидисперсная система, стоящая из твердой, жидкой и газообразной фаз. В естественном состоянии торф обычно со от 85 до 95 % воды, в сухом - 50 % минеральных веществ.
Вещества, составляющие органическую часть торфа, можно подразделить на четыре вещества, извлекаемые из торфа органическими растворите;! я ми; вещества, извлекаемые из водой, а также растворяющиеся в воде после гидролиза в присутствии минеральных кислот, новые вещества, извлекаемые из торфа раствором щелочи; негидролизуемыс вещества.
Все компоненты торфа находятся в сложном молекулярном взаимодействии, образуя ные по плотности и прочности агрегаты (ассоциаты), размеры которых могут быть самыми образными. Основная роль в ионном обмене принадлежит гуминовым веществам (50 %), затем гемицеллюлозы (30-40 %), клетчатке и лигнин (5-10 %). Носителями ионообменных свойств новых кислот являются карбоксильные и гидроксильные группы, водород которых при бл ятных условиях может замещаться другими катионами. Легкогидролизуемые вещества вст> реакции ионного обмена, так как в них присутствуют карбоксильные - СООН и аминогрут» N42- Лигнин наряду с гидроксильными группами содержит и карбоксильные.
Но торф не только ионообменкик, это прежде всего природный сорбент гидрофильного способный поглощать и удерживать влагу, а также сорбировать газы. Наряду с другими при ми сорбентами (глина, почва) торф можно отнести к нсоднороднопористым сорбентам. Ис вание торфа в качестве сорбента определяется прежде всего его микроструктурой и диспсрс пористостью, клетчатой структурой, достаточно высокой удельной поверхностью, дости для некоторых торфов 200 м /г.
Перспектива практического использования торфа и других гумусоподобных веществ для стки сточных вод основана на том, что эти природные соединения широкодоступны, нето дешевы, технология их доступа проста. Применение торфа в качестве поглотителя ионов " металлов определяется универсальностью его свойств как сорбента. Хотя связывающая с ность торфа по отношению ко многим загрязнениям сточных вод ниже, чем у ряда сорбентов, ко низкая стоимость делает его во многих случаях конкурентоспособным с этими сорбентами
Предложено использовать торф с высоким содержанием гуминовых соединений для ния свинца из сточных вод обогатительных фабрик. Емкость торфа в отношении свинца д 11 % по весу. Озоленный продукт представляет собой пригодный для дальнейшей переработки цовый концентрат.
Исследования селективной сорбции меди, цинка, никеля, которые проведены в Институте фа АН БССР, на сорбентах, синтезированных на основе торфа и полимерных связующих, по что избирательность синтезированного сорбента выше, чем избирательность торфа. Самую 8* избирательность имеет сорбент, полученный на сснове окисленного торфа, который обладает и шими прочностными характеристиками.
Швейцарские исследователи предложили способ удаления ртути, меди, кадмия, цинка, ца никеля, серебра и других металлов путем фильтрования сточных вод через торфяной ф обработанный осадителем. В этом случае рН сточных вод может изменяться от 3 до 12 . Способ влечения из сточных вод меди, кадмия, цинка, свинца, никеля, ртути, серебра основан на сульфидов металлов с помощью металлической ртути на поверхности торфа обработанного нениями сульфидной серы.
Экспериментально была показана перспективность применения торфа с использованием фильтрующих и сорбционных свойств для очистки сточных вод. Степень очистки сточных вол тигает по XI1К 92 %, по ВПК 94 %, по взвешечным веществам 98 %, по фосфатам 97 %, холила очистка от ионов тяжелых металлов.
В Центральном научно-исследовательском институте комплексного использования водных сурсов Минводхоза СССР разработан метол очистки сточных вод. Доказано, что сфагновый торф
собен поглощать металлы из дождевого стока, а также из моечных вод автобаз на 99—100 %, нефтепродукты из стойких эмульсий на 70—80 %. а из слабых — практически полностью.
Перспективным направлением модифицирования торфа является окислительная деструкция, т е. разложение сложных молекул веществ, образующих торф, на более простые под воздействием различных окислителей (кислород воздуха, азотная кислота, двуокись азота, перманганат калия и
Окислительная деструкция азотной кислотой и двуокисью азота подробно изучена в Институте торфа АН БССР. Качественно новый продукт обладает обменной емкостью, 1,5-3 раза выше обменной емкости исходного торфа.
Применяя в качестве реагента 2—3 %-ную соляную кислоту при комнатной температуре, можно снизить содержание в торфе минеральной части, представленной в форме карбонатов и гу-матов. Это позволяет увеличить относительное содержание гуминовых кислот, перевести их в наиболее активную форму.
Другим вариантом кислотной обработки торфа яаляется кипячение его с разведенной серной кислотой. В этом случае из состава торфа удаляется не только большая часть минеральных веществ, но и легкогидролизуемыс соединения, получается продую-, состоящий в основном из свободных гуминовых кислот и лигнина. При обработке торфа 10%-ной соляной кислотой или концентрированной серной кислотой получаются продукты <аорфионнт» и «сульфоторф».
Одним из способов получения ионообменных материалов для удаления ионов тяжелых металлов является обработка бурого угля, торфа или древесных опилок раствором или суспензией Са(ОН)г. Такие материалы могут быть использованы в виде фильтров или добавки к сточным водам. В последнем случае сорбент после контактирования со сточной водой удаляют фильтрованием. Такие сорбенты можно регенерировать или сжигать попутно с утилизацией металла.
Активность торфа, применяемого для очистки сточных вод, может быть повышена при обработке его различными методами. Наилучший результат получен при обработке торфа кислотами и аммиаком. При этом увеличивается сорбционная емкость торфа по отношению к ионам тяжелых металлов.
Срок службы сорбционных материалов в значительной мере определяется сохранением сорб-ционной емкости и гидродинамических характеристик. В процессе эксплуатации происходит изменение объема, плотности, набухаемости, связанных с переходом сорбента из одной солевой формы в другую. Неизбежно возникновение трения при сопри<основении гранул друг с другом, с движущимися рястяорями, что приводит к и-гмАлкчению сорбента.
Главной причиной измельчения является, по-видимому, недостаточная осмотическая устойчивость сорбционных материалов, т. е. разрушение зерен в результате резких изменений объема при введении сухих сорбентов в жидкость или при переходе из одной ионной формы в другую. Чем быстрее набухает или сжимается сорбент, тем интенсивнее разрушение. Циклическое чередование стадий сорбции—регенерации может привести к значительному измельчению зерен сорбента, если он не обладает достаточной осмотической устойчивостью.
В ряду горючих полезных ископаемых торф по теплоте сгорания занимает место между бурыми углями и древесиной. Теплота сгорания торфа изменяется от 4500 до 6500 ккал/кг.
В последнее время значение приобретают такие схемы использования топлива, которые преследуют цель возможно полной реализации не только потенциального тепла, заключенного в топливе, но и одновременного получения из него ценных продуктов для других отраслей промышленности (производство вяжущих, извлечение редких элементов и др.).
Поэтому сжигание торфа после его многоразового использования (в случае его регенерации минеральными кислотами) и разового (в случае больших запасов торфа вблизи предприятия) с последующим использованием тепла на нужды предприятия и извлечением ценных компонентов из зоны является перспективным с учетом невысокой стоимости торфяного сорбента. Таким образом, отработанный торф не складируется в отвалах, не наносит ущерб окружающей среде, а служит сырьем для получения тепла и ценных металлов. 1 т торфа при сжигании дает 6,3 кг металлов, 70 кг золы и (4,5...6,5)106ккал тепла.
