Доклад координатора экспертного совета журнала «Редкие земли», ст.н.с. Объединенного института высоких температур РАН Г.Б. Мелентьева «О перспективных технологиях ОИВТ РАН: глубокая переработка отходов углесжигания и многоцелевое использование алюмосиликатного реагента-флококоагулянта», сделанный им в рамках Круглого стола «Энергетика будущего. Альтернативный путь развития» VII Научно-практической конференции по экологическим проблемам Московского региона.
На фото: Координатор экспертного совета журнала «Редкие земли», ст.н.с. Объединенного института высоких температур РАН Г.Б. Мелентьев
Проблема переработки промышленных отходов, унаследованная новой Россией от СССР, приобрела значение одной из первоочередных социально-медико-экологических задач. Московский регион (столица и область) обладает необходимым управленческим, социально-экономическим и научно-техническим потенциалом ее решения.
В частности, в лаборатории экологических проблем энергетики Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН (г. Москва) разработана технология глубокой 100%-й переработки отходов углесжигания на ТЭС с последовательным получением широкого ассортимента высоколиквидной продукции: 1) магнитного железосодержащего концентрата (до 60% Fe2O3), представленного микросферами многоцелевого, в т.ч. прецизионного использования; 2) флотационного углеродного концентрата ("недожога"), подлежащего возврату в котлы ТЭС, что позволяет сократить расход угля и транспортные издержки до 20%; 3) глиноземного концентрата, из которого получен товарный глинозем для выплавки алюминия; 4) белитовых шламов 2-х сортов - "цементного" и "керамического". Кроме того, доказана принципиальная возможность получения аморфного кремнезема и концентрирования рассеянных редких металлов, в частности, галлия до уровней, превышающих его содержания в бокситах и нефелинах, служащих традиционными источниками его промышленного производства.
Разработаны доступные технологии получения новых строительных и технических материалов с использованием гидрозолоотвалов угольных ТЭС: аглопорита, зольного кирпича, сверхпрочного гравия и уникального по эффективности и перспективности использования вспененного стеклокристаллического материала — пенозола. Эффективное использование значительных объемов золы в цементных производствах возможно за счет ее облагораживания путем удаления недожога и магнитной фракции, т.е. исключительного использования ее алюмосиликатной части, что актуально для зольных продуктов как гидро-, так и сухого золоудаления. Новые технологии глубокой и комплексной переработки отходов углесжигания могут служить объектами экспорта и быть использованы при восстановлении селитебно-промышленных инфраструктур Донбасса и Сирии.
Максимальные концентрации редких, благородных и цветных металлов обнаруживаются в углях и особенно в золах углесжигания Подмосковного бассейна, что является одним из аргументов в пользу обсуждения проблемы восстановления угледобычи в этом бассейне ЦФО с использованием инновационных технологий полного цикла.
Рекомендована организация автоматизированной системы поликомпоненного геохимического мониторинга процессов угледобычи, углесжигания и углепотребления в целях единовременного решения задач комплексной ресурсно-экологической оценки качества исходного сырья, всех продуктов и отходов его переработки с использованием наилучших доступных технологий.
Таким образом, становятся очевидными возможности и перспективы поэтапной ликвидации переполненных хранилищ гидрозолоотвалов угольных ГРЭС, ТЭС и ТЭЦ в ЦФО, в регионах Северо-Запада, Поволжья и Урала. Москва обладает необходимым для этого потенциалом и может стать пионером в реализации предлагаемой программы. Тем более что в пределах Московского региона расположены ТЭС с объемами складируемых шлако-зольных отходов в десятки млн тонн.
Не менее актуальной является задача создания эффективных и доступных систем водоочистки в пределах Московского и других регионов ЦФО, Северо-Запада, Поволжья и Урала с использованием нового алюмосиликатного реагента АСР (первоначальные аббревиатуры РНК и АККФ). Как известно российские предприятия применяют в целях очистки промстоков, обезвоживания и сгущения осадков на фильтрах либо отечественные реагенты-коагулянты (сульфат алюминия, хлорное железо, оксихлорид алюминия и др.), либо дорогие импортные реагенты. Поэтому актуальность задач производства и использования в указанных целях наиболее дешевого и эффективного отечественного реагента обусловила его разработку и апробацию в начале 90-х годов научными специалистами гг. Москвы (ГИГХС Минхимпрома, ОИВТ РАН) и Апатиты (ИХТРЭМС КНЦ РАН) при поддержке со стороны ОАО «Апатит». Новый реагент, в отличие от традиционных коагулянтов, обладает свойствами как коагулянта, так и флококоагулянта. Это обусловлено его приготовлением за счет растворения нефелина — породообразующего минерала хибинского апатито-нефелинового сырья разбавленными растворами серной кислоты (5-15%), что приводит к образованию в продуктивном растворе сульфата алюминия как коллоидообразующего коагулянта и кремнекислоты — как флокулянта.
Эффективность использования флококоагулянта для глубокой очистки сточных вод, в том числе — с возможностями извлечения из них ценных металлов, доказана поисковыми НИР, выполненными на горно-обогатительных, металлургических, машиностроительных, нефтехимических, бумажно-целлюлозных предприятиях, на ТЭС и городских очистных сооружениях.
Необходимо заметить, что АСР выгодно отличается от традиционно применяемых коагулянтов широким диапазоном температур (1-80о С), что, в частности, актуально для очистки сточных вод в холодное время года и в условиях Крайнего Севера, значений рН (4,5-11) и скоростным характером (0,5-2 мин.) осаждения взвесей и всех вредных примесей из стоков. Приготовление АСР на месте потребления или в центрах абонементного обслуживания (см. ниже) отличается доступностью для потребителей исходного сырья, наличием серной или соляной кислоты как исходных реагентов, простотой оборудования и технологией приготовления, не требующей значительного персонала для обслуживания (2-3 чел.). 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 рублей.
Более того, в соответствии с целевыми заданиями инвесторов производство АСР из местного (или привозного) алюминийсодержащего 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.
Принципиально 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 применять в качестве поверхностного отвердителя пылящих хранилищ дисперсного исходного сырья, продуктов и отходов производства (бокситов, красных шламов и глинозема, минеральных удобрений и фосфогипса) или в качестве реагента-заполнителя для объемного капсулирования и полной изоляции от окружающей среды, то есть герметизации и консервирования особо токсичных сыпучих, лежалых, жидких, газообразных веществ, подлежащих складированию, транспортировке и захоронению, включая отходы потребления и производства, не предназначенные для сортировки и утилизации.
В то же время АСР может быть использован для очистки фильтратов и стоков с полигонов и свалок твердых коммунальных отходов, что исключительно актуально для Московского региона (столицы и области).
На реагент РНК оформлен и поддерживается патент, имеются гигиенические заключения и допуск к производству, поставке, реализации и использованию для обработки сточных вод на территории Российской Федерации. Он может быть сертифицирован также для очистки питьевой воды, т.к. ранее в СССР в начале 60-х годов неочищенный коагулянт, получаемый из нефелинового концентрата (~ 125 тыс. т в год), применялся в системах водоснабжения. Проведенные авторами в 1990-2010 гг. НИР по применению РНК для обработки воды р. Нева, Кама, Тунгуча и др. показали полную возможность его использования для доочистки питьевой воды.
Разработки ведущих авторов отмечены Золотыми медалями, 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 имеется демонстрационная установка по приготовлению АСР и его модификаций, а также демонстрируются модели объемной иммобилизации диспергированных токсичных веществ и различных отходов отвердевшим АСР-гелем, исключающим какое-либо взаимодействие исходных веществ с окружающей средой (растворение, газообмен, возгорание и т.д.).
Для широкого распространения и внедрения наиболее доступной и эффективной технологии водоочистки с использованием флококоагулянта АСР в ОИВТ РАН разработана и рекомендуется «Система абонементного обслуживания предприятий-потребителей реагентом АСР для очистки природных и сточных вод», предназначенная для малых и средних предприятий, городов, сельских поселений и других районов компактного проживания населения. Дефицит в реагентах создаёт большие социально-экологические проблемы в обеспечении населения качественной питьевой водой. Сброс неочищенных сточных вод так велик, что наносит непоправимый ущерб водному бассейну. При этом, неочищенные сточные воды представляют собой огромные невосполнимые потери воды - одного из важнейших энергоресурсов. На многих предприятиях отсутствуют очистные сооружения, либо их работа недостаточно эффективна, ввиду отсутствия как дешёвых и эффективных реагентов для очистки промышленных и других сточных вод, так и соответствующего доступного оборудования.
При существующей практике крупные предприятия закупают реагенты для обработки водных систем (сульфат алюминия, хлорное железо, синтетические флокулянты и др.) и далее решают свои экологические проблемы самостоятельно. В отличие от этой ситуации «Система…» ставит предприятия на абонементное обслуживание и осуществляет их бесперебойное обеспечение флококоагулянтами, а в случае необходимости и другими физико-химическими средствами очистки водных систем, осуществляет вопросы проектирования и поставки оборудования, научно-техническое сопровождение, контроль за правильностью применения реагентов, решает вопросы утилизации осадков конкретных предприятий, координирует свою деятельность с администрацией городов и природоохранными организациями, выполняет другие функции.
Социально-экологический эффект создаётся за счёт: 1) использования дешёвого и высокоэффективного реагента-флококоагулянта; 2) обеспечения населения питьевой водой требуемого ГОСТом качества; 3) прекращения сбросов сточных вод в природные водоёмы; 4) возврата сточных вод, очищенных до нормативных требований, в промышленный оборот; 5) экономии воды как одного из главных энергоресурсов; 6) создания сети инновационных техноэкологических предприятий и новых рабочих мест; 7) решения медико-экологических проблем.
Авторские разработки и рекомендации ОИВТ РАН будут способствовать импортозамещению в технологиях водозащиты и водоподготовки, а в перспективе – организации экспорта российских техноэкологических инноваций, связанных с решением проблем обеспечения безопасности питьевого водоснабжения.
В 2016 г. журнал "Редкие Zемли" опубликовал и продолжает публикации в Год экологии России статьи ресурсно-экологического профиля, в том числе - посвященные отечественным разработкам наилучших доступных технологий. Тем самым редакция рассчитывает привлечь к ним внимание бизнеса и власти в целях внедрения. Очевидно, что возможности и потребности Московского региона в этом направлении могут сыграть роль "спускового механизма" в решении рассматриваемых проблем и, прежде всего, в пределах Волжского бассейна в соответствии с решением Правительства РФ о мониторинге и очистке р. Волга.
С изложенных позиций представляется целесообразным рекомендовать Департаменту природопользования и охраны окружающей среды Московского Правительства посвятить очередную VIII конференцию обсуждению наилучших доступных технологий и актуализации их использования в Московском регионе.