Введение к работе
Актуальность работц. Геохимическая деятельность человечества - техногенез - вносит крупные изменения в природную обстановку. Гигантский рост промышленного производства пришел в противоречие с экологическими равновесиями з природе, вследствие чого в ряде районов наблюдается деградация и разрушение экосистем. Очевидна необходимости установления гармонии технических я природных процессов, так как при существующих тенденциях но обеспечивается гомеостазис человека. В связи с этим, изучение химизма разнообразных технологических процессов становится в настоящее ьремя предметом особого внимания геоулмии. Включение в сферу геохимии производственных процессов определяет новые напр; зления геохимических исследований, в частности, изучение геотехнических систем, объединяющих природные и технические компоненты.
В данной работе геохимические аспекты техногенеза пред
ставлены на примере узкого класса геотехнических систем, свя
занных с сульфатцеллвлоэным производством (рис. I). Оптими
зация технологического цикла получения целлюлозы, предусмат
ривающая рациональное соотношение его с естествеиными цикла
ми геосистемы, невозможна без анализа реальной геотехничес
кой системы. ..-..- ...
Техногенез проявляется как в глобальных геохимических циклах, так и в локальных технологических. Природные геохимические чаконы распределения и концентрации элементов сравнимы с законами технологии, т.е. с химическими преодрззоза-чияли, ркоегмнля; промышленностью и хозяйственной деятельно-
Природные потоки вещества и энергии Технические источники
к !^-^ц=. ^ г вещества и энергии
i=Z_
=
.д...
Управляемые
ПОТОКИ
товарна пропук
АТМО ^)
\ /
Отвалы -|
Ч-*- ГГИДРО
ВИО )
Сульфате ллю лоз нов процпподгггвр
Геосистема
Геотехническая система
ТГХР
Твердый и ионный сток неконтролрируемые потоки
Рис^ I. Схема строения геотехнической системы," возникающей при производстве сульфатной целлюлозы (по Емлину Э.Ф.).
стью. Проблема изучения циклов миграции элементов, имеющих високий щдеко токсичности, в технологических процессах различных производств приобретает первостепенное значение. Подобные исследования должны не только констатировать факт загрязнения, а, прежде всего, выявлять источники поступления токсичных алиментов и их перераспределение в процессе производства. Переход в экологических исследованиях от описательной геохимии к разработке системных количественных моделей природных и технологических процессов может обеспечить достоверность оценок предельных антропогенных нагрузок на различные экосистемы и получение значений лимитирующих концентраций химических элементов в различных средах.
Цель и задачи работы. Процесс производства сульфатной целлюлозы сопровождается образованием большего объема жидких и твердых отходов. Это связано с низким КПД большинства технологических процессов. В оульфатцеллюлозном производства при значительных объемах перерабатываемого сырья (древесины) выход готовой продукции (целлюлозы) составляет всего 33 %, т.е. около 67 % приходится на доли отходов. Захоронение отходов сульфатцеллюлоэных производств в отвалах а отстойниках требует отторжения больших земельных учаотков и создает опасность загрязнения практически всех природных:сред - почв, атмосферы, поверхностных и грунтовых вод. На золошламоотвале, например Селенгинского ЦКК, скопилось скола 611 тао« тонн золы и 152 тыс. тонн технологического шлама. В ило- и шламоиа-копителях сконцентрировано до 43 тыс. тонн избыточного активного ила и 124 Тыс. тонн шлам-лигнина. Утилизация накопленных
объемов золы и шлама одерживается, в частности, из-за отсутствия токсикологических исследований по содержанию в отходах токсичных микроэлементов, в том числе наиболее опасных - Cd> Hg»
Pb, Си, As, Mi, Zn, Cr.
В этой связи, была поставлена цель установить факторы, формирующие мжкроэлементчый состав и свойства отходов суль-фатцеллюлозного производства Селенгинского ЦКК. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Определить источники поступления тяжелых металлов в технологический цикл производства небеленой сульфатной целлюлозы.
-
Исследовать циклы миграции 10 токсичних элементов (cd , рь » Hg . Си » zn . Li . Ып і Sr f Ai , Pe ) и рассчитать их балано в сульфатцеллюлозном производстве Селенгинского ЦКК. Установить технолого-геохимический фон производства и факторы его формирующие.
-
Дать оцанку техногенного воздействия отходов комбината на высшую растительность, произрастающую в районах золошламо-отвала и шлаыонакопителей;
-
Разработать принципиально новый способ доочистки сточных вод от тяжелых металлов на искусственных геохимических барьерах.
Научная новизна. Впервые в подобных исследованиях применен геохимический подход к изучению путей миграции и закономерностей формирования баланса микроэлементов на сульфат-целлюлозном предприятии. Разработана модель массообмена в технологической цепи, включающей в себя зоны входа и выхода - реактивов, сырья, продуктов производства и отходов. Упрощенная, но логически выдержанная балансовая модель, позволяет
определить основные источники поступления тяжелых металлов в технологический цикл, ях'пєрераспределекк;) в процессе производства и вынос в окружающую среду. Предлагаемый метод исследований технологических циклов токсичных элементов и составления материального баланса химических производств достаточно универсален, учитывает возможность изменения процесса варки целлюлозы, а главное, без существенных поправок применим к другим технологиям.
Практическая значимость. В технологической цепи сульфат-целлюлозного производства Селенгинского ЦКК выявлены узлы, где происходит загрязнение отходов тяжелыми металлами. Это даст несомненный стимул к поиску более совершенных методов обезвреживания загрязнявших веществ на отдельных звеньях технологической цепи. В качестве принципиально нового способа извлечения микроэлементов из сточных вод целлюлозных производств предложен метод осаждения их на искусственных щелочных геохимических барьерах в неактивных формах (карбонаты, силикаты). Создана физико-химическая модель доочистки сточных вод, которая показала принципиальную возможность осаждения микроэлементов на щелочном геохимическом барьере.
Основные положения, выносимые на защиту.
I..Установлена закономерности формирования геохимического баланса микроэлементов на сульфатцеллюлозном производства Селенгинского ЦКК. .
2. Определен технолого-геохимический фон производства,
нижний предел которого обуславливается физико-химическими осо
бенностями, технологического процесса и природой исходного
сырья. ... ,
-
Выявлены среды, которые оказывается на выходе тяжелых металлов ив кругооборота миграции и являются резервуаром их накопления - это твердые отходы СЦКК. Даяа оценка их негативного воздействия на высшую растительность.
-
Установлен характер засоления и особеннооти действия на серые лесные поч.вы жидких агромелиораитов, гфиготовленных на основе сточных вод комбината.
-
Изучены циклы миграции 10 токсичных элементов ( Cd , ръ і Hg , cu , Zn і Li , ivin , sr , Al , Ре ) в сульфатцеллю-ловном производстве Селенгинского ЦКК.
-
Разработан подход к проектированию технологий охраны окружающей среды, позволяющий на основе физико-химических моделей организовывать производства и выбирать пути обезвреживания отходов, опираясь из термодинамически обоснованные процессы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
Совещании еколого-геохимической рабочей группа межведомственного Сибирского Совета по прикладной геохимии (г. Улан - Удэ,
1990 г.).
Второй всесоюзной научно-производственной конференции "Топинамбур и топинсолнечник - проблемы возделывания v использования" {г. йркугок, 1990 г.). Втором всесоюзном оовещании Во геохимии техногенезе (Минск,
1991 г.). :-.-
Международном симпозиуме "Применение математических методов и компьютерных технологий при решении задач геохимии и охраны окружающей среды" (Львов, 1992 г.).
Чтениях В.И. Вернадского (Иркутск, 1ЭЭ2 г.).
Публикации. По тема диссертации опубликовано 2 статья и 3 тезисов; I статья в почати.
Объем работи. Диссертация состоит из .зведення, пяти глав, заключения, списка литературы из 120 наименований, содержит 162 листа машинописного текста, 11 рисунков, бо таблиц.
Автор благодарен аналитикам Института геохимии СО РАЛ Кузнецовой А.И., Пройдаковой О.А., Лонщгх Н.Л., Андрулайтис Л.Д., Киїлечкиковой B.C., а также сотрудаице гидрохимической лаборатории ИНУСа при Иркутском государственном университете к.х.н. Мшеевой Д.А..
Постоянную поддержку автору в его работе оказывал доктор гаолого-шшералогических наук, профессор Карпов И.К., чья советы и замечания оили учтены в работе. Автор признателен своему научному руководителю доктору,геолого-шшаралогическшс наук Ломоносову И.О.
'СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '
Введение обосновывает.актуальность исследования, сфор
мулированы его цель и задачи, показаны научная новизна в
практическая значимость работи. ., .. .
