Чистая пресная вода приобретает все большую ценность. В этих условиях возникает необходимость создания многоуровневых систем водозащиты и водоочистки, и техническое совершенствование способов…

Проблема глубокой химической очистки сточных вод – различных по составу промышленных и коммунальных, а также поверхностных диффузных стоков приобретает в нашей стране особую актуальность как с медико-экологических, так и с экономических позиций. Все они в той или иной степени связаны с поверхностными и подземными источниками водоснабжения. В то же время 70% токсикантов попадает в организм человека с водой, что приводит к разным заболеваниям и является одной из причин преждевременной смертности. Кроме того, даже в нашей «водообильной» стране источники экологически чистой пресной воды приобретают коммерческую ценность, которая в зарубежном мире уже в ближайшей перспективе сопоставляется с нефтяной. В этих условиях возникает необходимость создания многоуровневых систем водозащиты и водоочистки, концептуально рассмотренных ранее и рекомендованных для промышленного и густонаселенного Волжского бассейна.

Важнейшим компонентом этих систем должно стать совершенствование существующих способов водоочистки, в том числе за счет создания межрегиональных (бассейновых), региональных и муниципальных и, наконец, локальных территориально-производственных и городских центров производства наиболее эффективных средств водоочистки – коагулянтов и флокулянтов. Сетевой принцип организации этих производств, с одной стороны, требует всестороннего рассмотрения основных источников химического загрязнения среды обитания, наличия исходного алюмосиликатного сырья (нефелинового, бокситового, алунитового, каолинитового, анортозитового, лейцитового и др.), состояния его техноэкологической изученности и географии размещения.

С другой стороны, очевидна необходимость оценки возможностей коммерциализации выпуска профилирующих средств водоочистки, включающей организацию их попутного производства крупными компаниями, специализированными на выпуск глиноземного и алюминиевого сырья (РУСАЛ, СУАЛ и др.), а также автономными и самостоятельными малыми и средними горно-технологическими и инновационно-техноэкологическими предприятиями (соответственно МГТП и МИТЭП), ориентированными на комплексную переработку рассматриваемых видов природного и техногенного  сырья и выпуск, помимо коагулянтов и флокулянтов, широкого ассортимента сопутствующей высоколиквидной химической продукции.

С этих позиций в качестве наиболее универсального и эффективного способа водоочистки и герметичной консервации дисперсных и токсичных отходов производства и потребления рекомендуется инновационная разработка НИЦ «ЭПЭ» ОИВТ РАН, осуществленная в начале 90-х годов и доказавшая свою эффективность как в опытно-промышленных, так и в производственных условиях.

 Основой этой разработки является создание нового алюмосиликатного реагента – АСР, применяемого для очистки промышленных, хозяйственно-бытовых и сточных вод различного состава. Реагент и его применения защищены патентом РФ, на его использование имеется гигиенический сертификат Министерства здравоохранения РФ. Реагент успешно испытан более чем на 20 предприятиях различного профиля. Доказана его применимость и для очистки питьевой воды. Приготовление реагента из исходного природного или техногенного алюмосиликатного сырья сернокислотным методом осуществляется либо локально, т. е. самим потребителем-предприятием, либо централизованно – Центром абонементного обслуживания водоочистки всех потребителей в пределах территорий или водного бассейна в радиусе до 300 км.

Реагент АСР по своим химическим свойствам превосходит традиционные коагулянты (табл. 1), в то время как его стоимость в 2–3 раза ниже сульфата алюминия за счет использования для его приготовления природного и техногенного сырья вместо синтезированных химических продуктов. Данные табл. 2 свидетельствуют о значительно более широких диапазонах рабочих температур и рН у АСР сравнительно с сульфатом алюминия. Специфика состава АСР обусловливает одновременное проявление его свойств как флококоагулянта, что обеспечивает универсальность и эффективность его использования, включая высокую скорость образования и осаждения хлопьев, выпадающих в осадок и концентрирующих все ингредиенты загрязнения водных систем (взвеси, особо ценные и токсичные элементы, радионуклиды и т. д.).

Таблица 1
Сравнительные показатели эффективности традиционного и нового реагентов (1)

Преимущества АСР доказаны результатами испытания его на предприятиях металлургии, металлообработки и машиностроения (Череповец, Мончегорск, Москва), на бумажно-целлюлозных и деревообрабатывающих производствах (Архангельск, Сегежа, Подосиновец и др.), при очистке от масел и нефтепродуктов (Москва, Казань), а также на Войковских кустовых очистных сооружениях в Москве. При замене 1 тыс. т сульфата алюминия (3200 руб/т) на АСР (300–500 руб/м3) и расходовании его в объемах 0,5–4 л/м3 стоков экономия затрат составляет около 2,5 млн руб.

В качестве примера приводятся результаты применения АСР для очистки промстоков ОАО ГМК «Североникель», аномально обогащенных как профилирующими цветными металлами, так и токсичными компонентами 1-го класса опасности – кадмием и мышьяком (табл. 2). Приведенные результаты анализов свидетельствуют не только о высокой и достаточной относительно ПДК степени очистки промстоков, но и о концентрации в осадках никеля и меди до 3–10 кг/т, кобальта и мышьяка – от 100 до 700 г/т, т. е. в количествах, представляющих интерес для их доизвлечения.

Таблица 2
Распределение полезных и токсичных компонентов в промстоках и продуктах
их очистки с использованием АСР (3)

В ближайшей перспективе широкое использование АСР, ранее рекомендованное для бассейна р. Волги, может быть распространено на рудничные воды, как шахтные, так и обогатительные, а также на фильтраты хранилищ обогатительных хвостов, шлаков, кеков и шламов передельных химико-металлургических и химических производств, полигонов и свалок ТБО и т. д. В Европейской части России, где планируется сосредоточение авторских НИР и НИОКР, к новым первоочередным объектам водоочистки относятся наиболее объемные и токсичные хранилища отходов ГПК, ГМК и ТЭК Карело-Кольского и Уральского горнопромышленных регионов, в Поволжье – хранилища фосфогипса, иловых осадков и шлако-зольных отходов (ШЗО) ТЭС, в Центральном округе и на юге России – полигоны и свалки ТБО, ШЗО и др.

Новым направлением инновационных и внедренческих техноэкологических разработок авторов является использование способности АСР  превращаться со временем (от одного до пятидесяти часов) из золь-раствора в гель и твердый коллоид с полимерно-матричной структурой, который рекомендуется использовать для объемного капсулирования и полной изоляции от окружающей среды, то есть герметизации и консервирования токсичных сыпучих, лежалых, жидких, газообразных веществ, подлежащих складированию, транспортировке и захоронению, включаю отходы потребления и производства, не предназначенные для сортировки и утилизации. Созданы демонстрационные модели объемной иммобилизации диспергированных особо опасных токсичных веществ и различных отходов отвердевшим АСР-гелем (6), исключающим какое-либо взаимодействие исходных веществ с окружающей средой (растворение, газообмен, возгорание и т. д.).

В настоящее время проводятся исследования возможностей закрепления этим способом пылящих поверхностей в хранилищах фосфогипса на заводах по производству минеральных удобрений, по использованию АСР в качестве отвердителя сыпучих веществ для их кускования и гранулирования и одновременно  для герметичной изоляции их хранилищ от водообмена со средой обитания. Разрабатывается система объемной закачки АСР в хранилища твердых диспергированных отходов ГПК, ГМК, ТЭК и полигоны ТБО по буровым скважинам с  «вытеснением» снизу вверх водных фильтратов за счет повышенной плотности относительно них рекомендуемого реагента. Согласно предварительным экономическим расчетам, такая технология значительно экономичнее традиционного земляного захоронения ТБО.

Обе разработки по использованию АСР в целях водоочистки, консервирования хранилищ диспергированных отходов производства и потребления, как и иммобилизации особо токсичных и опасных веществ (ядохимикатов, ОВ, ВВ и др.) отмечены Золотыми медалями и Дипломами «Гран-при» и «Первой степени» на Конкурсе «Безопасные технологии и продукция» недели высоких технологий в Санкт-Петербурге (10.06.2005 г.). В ОИВТ РАН создана действующая демонстрационная установка по приготовлению АСР и его модификаций, а в г. Москве – нефтемаслозавод, где с его применением осуществляется очистка сточных вод от нефтепродуктов в течение восьми лет без рекламаций.

Более того, в соответствии с целевыми заданиями инвесторов производство АСР из местного (или привозного) сырья может сопровождаться получением на том же простом и общедоступном оборудовании по модифицированным схемам целого ряда особо ценных и высоколиквидных химических продуктов – аморфного кремнезема (силикагеля), квасцов, синтетического каолина и редких металлов. Их стоимость, в отличие от дешевого АСР, варьирует в пределах 800–2500 долл/т. Это свидетельствует о возможностях оперативной и эффективной окупаемости производства АСР с получением высокой прибыли за счет реализации сопутствующих и побочных продуктов на внутреннем и внешнем рынках с учетом их низкой себестоимости и высоких отпускных цен.

В перспективе рассматриваются актуальность и возможности распространения технологий приготовления и применения АСР в сибирских регионах России и странах СНГ, среди которых выделены территории с разведанными месторождениями алюмосиликатного различного сырья и первоочередные промышленно-техногенные объекты, нуждающиеся в экологизации своей производственной деятельности. При этом необходимо подчеркнуть, что рекомендуемые инновационные техноэкологические производства относятся к категории малого и среднего предпринимательства, которое может быть организовано в течение 6 месяцев с передачей инвестору – создателю инновационных производств лицензионных прав, технической документации и обучением персонала.

Гелий Мелентьев,
ведущий научный сотрудник
НИЦ «Экология и промышленная энерготехнология»
ОИВТ РАН,
кандидат геолого-минералогических наук,
старший научный сотрудник,
действ. чл. Международной академии минеральных ресурсов

Леонид Делицын,
зав. лабораторией
НИЦ «Экология и промышленная энерготехнология»
ОИВТ РАН,
доктор геолого-минералогических наук,
действ. чл. Академии инженерных наук им. А.М. Прохорова

Александр Самонов,
ведущий научный сотрудник ИГЕМ РАН,
кандидат геолого-минералогических наук,
генеральный директор НП «РЕБС-ТПП-
Агентства по операциям с редкими и редкоземельными металлами»