ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ СТАНЦИИ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ

 

Торопков Н.Е.¹, Кутугин В.А.²

¹Кандидат технических наук, ²Кандидат технических наук, Национальный исследовательский Томский политехнический университет

ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ СТАНЦИИ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ

Аннотация

В статье рассмотрены – возможности переработки отходов станции обезжелезивания и применения их в качестве пигментов для окрашивания бетонов.   

Ключевые слова: отходы, железосодержащий пигмент, обезжелезивание, композиционные материалы.

Toropkov NE¹, Kutugin VA²

¹Candidate of Technical Sciences, ²Candidate of Technical Sciences, National Research Tomsk Polytechnic University

POSSIBLE WAYS OF RECYCLING DEFERRIZATION STATION

Abstract

The article considers the possibility of recycling of iron removal station and their application as pigments for coloring concrete.

Keywords: waste, iron-containing pigment, iron removal, composite materials.

Введение

В городах и селах на территории Западной Сибири для питьевого водоснабжения используют железистые подземные воды, ввиду сильного загрязнения поверхностных вод. Во время водоподготовки на станциях обезжелезивания образуется значительное количество сточных промывных вод, загрязненных соединениями железа.

Для отделения осадка от промывной воды на Томском водозаборе существует система повторного использования воды. После промывки скорых фильтров промывная вода с большим содержанием взвешенных частиц поступает в отстойник, где в течение трех-четырех часов должно происходить ее отстаивание до мутности 10 мг/л. Затем, для дальнейшего осветления, вода должна повторно подаваться на скорые фильтры, а осадок с помощью иловых насосов - на иловые поля для дальнейшей утилизации.

Актуальность исследования связана с тем, что в процессе аэрации подземных вод на станции обезжелезивания Томского водозабора выделяется более 600 т отходов в виде железосодержащего осадка (ЖСО) в год. Существующая технологическая схема утилизации ЖСО предусматривает только его захоронение. Ни в Западной Сибири, ни в других регионах проблема хранения или утилизации осадков водоподготовки не решена.

Цель работы: поиск возможных путей переработки железосодержащего осадка, промывной воды скорых фильтров    станции обезжелезивания Томского водозабора.

Задачи исследования:

1. Определить состав железосодержащего осадка промывной воды.
2. Изучить возможность использования железосодержащего осадка для очистки производственных сточных вод.
3. Исследовать возможность использования ЖСО для получения пигментов в производстве строительных материалов.

Проведенные ранее исследования показали, что основу ЖСО составляет немагнитная фаза -оксогидроксида железа (гетит -FеООН).

Нами был изучен химический и минералогический состав осадка станции обезжелезивания Томского водозабора. Образец 1 - осадок, выделенный при безреагентном коагулировании и последующем фильтровании, образец 2 получен при использовании флокулянта – полиакриламида, отстаивании и фильтровании. В среднем валовом составе осадков преобладает оксид железа (42 и 44%). Существенно более низки доли оксидов кремния (5,4 и 2,4%), кальция (4,2 и 2,8%) и магния (2,0 и 4,9%). Близкий состав осадков наблюдали и другие исследователи [2].

Минералогический состав осадков определяли с помощью рентгенофазового анализа. Установлено, что в качестве основной фазы преобладают аморфные не закристаллизовавшиеся продукты. В виде кристаллической фазы идентифицируются в осадках α-гематит и кальцит. Минералы в образце 1 (естественное осаждение) являются более закристаллизованными по сравнению с образцом 2 (осаждение с флокулянтом).

Мы полагаем, что отходы в сфере водоснабжения должны рассматриваться как сырье для нового производства. В лабораторных условиях на модельном растворе, имитирующем сточную воду гальванического цеха, были исследованы адсорбционные свойства твердого ЖСО с добавлением глины Вороновского месторождения Томской области. Полученные результаты показали, что образец 2, как чистый, так и в сочетании с глиной по сравнению с образцом 1 проявляет более низкую эффективность связывания только в отношении ионов свинца. В отношении ионов цинка и меди все образцы проявили высокую эффективность.    Следующим этапом работы было исследование возможности использования ЖСО в качестве пигмента в производстве строительных материалов. Нами был разработан и экспериментально проверен способ получения пигмента из железосодержащего осадка. Анализ данных РФА прокаленного осадка показал, что преобладающей фазой является α-гематит. Образование α-гематита при получении пигмента подтверждается результатами проведенного термического анализа

Изучение возможности использования полученного пигмента было начато в области использования его в качестве красителя для цементно-песчаных смесей при производстве тротуарной плитки и других объемно-окрашенных изделий. В эксперименте был использован цемент двух видов: серый (марки ПЦ500Д0) и белый (М250). Для получения образцов использовали раствор с соотношением цемент: песок = 30:70. Полученный пигмент вводили в количестве 2, 3, 4 и 8% от массы цемента. Для приготовления раствора исходные компоненты перемешивались в сухом виде, затем затворялись водой в количестве, необходимом для получения раствора заданной густоты.

Из полученного раствора формовали кубики с гранью 3 см в силиконовых формах на виброплощадке. Параллельно готовились контрольные образцы, не содержавшие пигмента. Для каждого состава было изготовлено по 6 образцов. Сформованные образцы в течение 20ч твердели в ванне с гидравлическим затвором. Затем 4 образца каждого состава извлекались и пропаривались в пропарочной камере в течение 4 часов при 95°С. У двух образцов определялись цвет и прочность сразу после пропаривания, а два образца возвращали в ванну с гидравлическим затвором, где они выдерживались в течение 28 суток для сравнения с образцами, твердеющими при нормальных условиях. Определены значения прочности для составов с серым и белым цементом, при различных условиях твердения.

Исходя из полученных данных о возможности использования пигмента в производстве цветных строительных материалов в качестве красителя для цементно-песчаных смесей, полученный пигмент был использован при производстве тротуарной плитки и объемно-окрашенных изделий (цветочный вазон) на предприятии ООО «АкваТом» (содержание пигмента 5%)

Последним этапом работы было изучение возможности использования полученного пигмента в  изготовлении  строительной  керамики. При изготовлении образцов смешивались сухие компоненты: прокаленный железосодержащий осадок и кварцевый песок. В качестве связующего выступало жидкое стекло. На гидравлическом прессе формовались опытные образцы в количестве 9 штук. Твердение полученных образцов происходило в воздушно-сухих условиях. При этом происходит дегидратация жидкого стекла, приводящая к резкому снижению его вязкости, придавая необходимую прочность отформованным образцам. Шесть высушенных образцов подвергались прокаливанию при 500ºС. Оставшиеся 3 образца служили в качестве сравнения.  После прокаливания линейные размеры образцов оставались неизменными, а масса незначительно уменьшалась. На трех прокаленных образцах определялось водопоглощение.

Анализ результатов испытаний показал, что уменьшение массовой доли жидкого стекла в композиционной смеси приводит к понижению прочности обожженных образцов, но при этом снижается водопоглащение  и повышается водостойкость керамического материала. Снижение массовой доли прокаленного ЖСО в исходной смеси приводит только к увеличению водопоглащения. Добавление в композиционную смесь воды делает керамический материал не водостойким К_разм.= 0,58.

 Выводы:

1. Комплексом физико-химических методов исследован состав железосодержащих осадков, выделяемых при обезжелезивании подземных вод (с использованием флокулянта и без такового) и изучены изменения, происходящие в осадках при термической обработке.
2. Получен железооксидный пигмент для цветных строительных смесей из отходов водоподготовки.
3. Полученный железооксидный пигмент является перспективным сырьевым материалом в строительной отрасли.
4. Показана принципиальная возможность использования ЖСО для приготовления сорбционного материала, пригодного для снижения содержания ионов тяжелых металлов в сточных водах гальванического производства. Образец 2 проявляет более низкую адсорбционную активность, что можно объяснить его более аморфным строением по сравнению с образцом 1.

 

Литература 

1. Минеральные новообразования на водозаборах Томской области. Покровский Д.С., Дутова Е.М., Рогов Г.М., Вологдина И.В. и др./ под ред. Д.С. Покровского.- Томск: Изд-во НТЛ, 2002.-176 с.
2. Лисецкий В.Н. Улавливание и утилизация осадков водоподготовки на водозаборах г. Томска. / В.Н. Лисецкий, В.Н. Брюханцев, А.А. Андрейченко Томск: Изд-во НТЛ, 2003. – 164с.
3. Экологический и технологический аспекты очистки железосодержащих сточных вод.О.Д. Лукашевич, А.А. Андрейченко, И.В. Алгунова, О.Ю. Гончаров, Е.М. Маршев, Е.И. Патрушев, М.Н. Селехова// Вода и экология. 2003.-№4.-с.38-45.
4. Химический анализ и технология силикатов. Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу: «Основы технологии тугоплавких  неметаллических и силикатных материалов» - Томск. изд. ТПУ, 1994.-с.28
5. Краснобай Н. Г., Лейдерман Л. П., Кожевников А. Ф. Производство железоокисных пигментов для строительства.//Строительные материалы. – 2001, №8. – с.19.
6. К.С.Станкевич, Н.Т.Усова, О.Д.Лукашевич. Выделение и утилизация отходов водоподготовки Томского водозабора. Бюллетень «Использование и охрана природных ресурсов в России», 2010, № 3,с12-15
7. Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. Изд. 4-е, пер. и доп.Л., «Химия», 1974 – 656с.
8. Дзюбо В.В., Саркисов Ю.С. Технология получения сурикоподобного пигмента и краски на его основе. – Инф. Лист №50-97 Сер.:Р61.65.31. – Томск: ТМТЦНТИП. – 5с.

 References

1. Mineral'nye novoobrazovanija na vodozaborah Tomskoj oblasti. Pokrovskij D.S., Dutova E.M., Rogov G.M., Vologdina I.V. i dr./ pod red. D.S. Pokrovskogo.- Tomsk: Izd-vo NTL, 2002.-176 s.
2. Liseckij V.N. Ulavlivanie i utilizacija osadkov vodopodgotovki na vodozaborah g. Tomska. / V.N. Liseckij, V.N. Brjuhancev, A.A. Andrejchenko Tomsk: Izd-vo NTL, 2003. – 164s.
3. Jekologicheskij i tehnologicheskij aspekty ochistki zhelezosoderzhashhih stochnyh vod.O.D. Lukashevich, A.A. Andrejchenko, I.V. Algunova, O.Ju. Goncharov, E.M. Marshev, E.I. Patrushev, M.N. Selehova// Voda i jekologija. 2003.-№4.-s.38-45.
4. Himicheskij analiz i tehnologija silikatov. Metodicheskie ukazanija k vypolneniju laboratornoj raboty po kursu: «Osnovy tehnologii tugoplavkih nemetallicheskih i silikatnyh materialov» - Tomsk. izd. TPU, 1994.-s.28
5. Krasnobaj N. G., Lejderman L. P., Kozhevnikov A. F. Proizvodstvo zhelezookisnyh pigmentov dlja stroitel'stva.//Stroitel'nye materialy. – 2001, №8. – s.19. K.S.Stankevich, N.T.Usova, O.D.Lukashevich. Vydelenie i utilizacija othodov vodopodgotovki Tomskogo vodozabora. Bjulleten' «Ispol'zovanie i ohrana prirodnyh resursov v
6. Rossii», 2010, № 3,s12-15
7. Belen'kij E.F., Riskin I.V. Himija i tehnologija pigmentov. Izd. 4-e, per. i dop.L., «Himija», 1974 – 656s.
8. Dzjubo V.V., Sarkisov Ju.S. Tehnologija poluchenija surikopodobnogo pigmenta i kraski na ego osnove. – Inf. List №50-97 Ser.:R61.65.31. – Tomsk: TMTCNTIP. – 5s.