ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КАРБОНАТНОГО ШЛАМА ХИМВОДООЧИСТКИ КАК СОРБЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД ТЭЦ

THE USE OF CHEMICAL WATER TREATMENT CARBONATE SLUDGE AS A SORBENT FOR THE PURIFICATION OF OIL-CONTAINING WASTEWATER OF THERMAL POWER PLANT

Moldagali Gulnaz Konysbaikyzy

Master's student, Department of Oil and Gas Engineering, Aktobe Regional University named after K. Zhubanov,

Kazakhstan, Aktobe

Abilova Guzel Kabyletovna

Scientific supervisor, PhD, associate professor, Aktobe Regional University named after K. Zhubanov,

Kazakhstan, Aktobe

АННОТАЦИЯ

В работе рассматривается возможность применения карбонатного шлама химводоочистки (ХВО) теплоэлектроцентралей в качестве доступного и эффективного сорбента для очистки нефтесодержащих сточных вод. Актуальность исследования обусловлена низкой эффективностью традиционных методов удаления эмульгированных нефтепродуктов на ТЭЦ и необходимостью внедрения новых низкозатратных сорбентов. Данные современных исследований показывают, что карбонатный шлам обладает развитой пористой структурой, высокой сорбционной активностью и низкой токсичностью. Модифицированные формы шлама — гидрофобизированные и термообработанные — обеспечивают повышение эффективности сорбции на 65–75%, а степень очистки от нефтепродуктов достигает 95–99%. Использование карбонатного шлама не только улучшает показатели очистки, но и решает проблему утилизации многотоннажных отходов ХВО.

ABSTRACT

This paper examines the possibility of using carbonate sludge generated in chemical water treatment units of thermal power plants as an accessible and effective sorbent for the purification of oil-contaminated wastewater. The relevance of the study is driven by the insufficient efficiency of conventional treatment methods in removing emulsified petroleum products and the need for low-cost sorbent materials. Research demonstrates that carbonate sludge possesses a well-developed porous structure, high sorption capacity, and low toxicity. Modified forms of the sludge — hydrophobized and thermally treated — increase sorption efficiency by 65–75%, achieving purification levels of 95–99%. The use of carbonate sludge enhances wastewater treatment efficiency and addresses the issue of large-scale sludge utilization at thermal power plants.

Ключевые слова: карбонатный шлам; нефтепродукты; сорбция; сточные воды; ТЭЦ; модифицированные сорбенты; химводоочистка.

Keywords: carbonate sludge; petroleum products; sorption; wastewater; thermal power plant; modified sorbents; water treatment.

Очистка нефтесодержащих сточных вод теплоэлектроцентралей является одной из наиболее значимых экологических проблем, поскольку нефтепродукты обладают выраженной токсичностью, устойчивостью и способностью накапливаться в водных объектах, нарушая процессы самоочищения и угнетая биоту. В условиях роста требований к качеству водоотведения и ужесточения нормативов возникает необходимость внедрения эффективных, доступных и экологически безопасных методов очистки. Среди таких методов всё большее внимание привлекают сорбционные технологии, позволяющие удалять нефтепродукты за счёт физико-химического поглощения на поверхности адсорбента. Перспективным низкозатратным сорбентом является карбонатный шлам химводоочистки (ХВО), образующийся в больших количествах на ТЭЦ в процессе известкования и коагуляции природной воды. Карбонатный шлам представляет собой преимущественно минеральный материал, содержащий соединения кальция и магния, обладающий развитой пористой структурой и высокой реакционной способностью. Эти свойства предопределяют его сорбционный потенциал при взаимодействии с различными органическими загрязнителями, включая нефтяные углеводороды. Исследования показывают, что гранулированные формы модифицированного карбонатного шлама способны обеспечивать степень удаления растворённых органических веществ и фенольных соединений до 99,2%, демонстрируя высокую эффективность при динамической адсорбции [1]. Такие показатели сопоставимы с результатами, достигаемыми при использовании более дорогих промышленных сорбентов.

Исходный осветлительный шлам ТЭЦ характеризуется нефтеёмкостью до 1,5 г/г, что позволяет эффективно адсорбировать дизельное топливо, бензин и турбинные масла. Однако из-за выраженной гидрофильности исходного материала наблюдается ограничение его применения в не модифицированном виде [2]. При попадании в нефтесодержащую воду частицы шлама стремятся впитывать влагу, в результате чего снижается эффективность поглощения углеводородов. Для устранения этого недостатка применяется поверхностная модификация сорбента.

Проведённые исследования показывают, что обработка карбонатного шлама кремнийорганическими гидрофобизаторами позволяет увеличить сорбционную ёмкость на 65–75% по сравнению с исходным материалом. Термообработка в сочетании с модификацией способствует образованию разветвлённой пористой структуры, улучшению гидрофобных свойств и увеличению числа активных центров адсорбции [3]. Такие изменения обеспечивают более высокую устойчивость сорбента к влаге, увеличивают скорость и глубину извлечения нефтепродуктов, что особенно важно при очистке сточных вод, содержащих эмульгированные формы загрязнений.

Эффективность применения карбонатного шлама подтверждается тем, что его использование обеспечивает степень удаления нефтепродуктов до 95%, а изотерма адсорбции соответствует типу I по классификации Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ), характерной для микропористых материалов с монослойной адсорбцией [4]. Это означает, что карбонатный шлам функционирует аналогично промышленным адсорбентам, но при значительно меньших экономических затратах. Доступность шлама как вторичного сырья делает его особенно привлекательным для предприятий теплоэнергетики, поскольку применение такого материала позволяет снизить расход дорогих реагентов и одновременно решать задачу утилизации многотоннажных отходов ХВО.

Исследования материалов техногенного происхождения показывают, что минеральные отходы, такие как зола, шлак, глиеж и другие продукты переработки топлива, обладают высокой адсорбционной активностью и могут быть использованы в качестве самостоятельных сорбентов или компонентов композитных материалов [5]. Это подтверждает современный научный подход к вовлечению отходов ТЭЦ в процессы очистки и переработки, что соответствует принципам ресурсосбережения и безотходной технологии. Карбонатный шлам в этом вопросе выступает одним из наиболее доступных и технологически перспективных примеров.

Применение карбонатного шлама химводоочистки в процессах очистки нефтесодержащих сточных вод ТЭЦ является эффективным, экономически выгодным и экологически безопасным решением. Его использование обеспечивает высокую степень адсорбции нефтепродуктов, снижает антропогенную нагрузку на окружающую среду и способствует развитию технологий рационального обращения с техногенными отходами. Карбонатный шлам представляет собой ценное сырьё для создания сорбентов нового поколения и может стать основой для систем очистки, ориентированных на устойчивое развитие и снижение экологических рисков.

Список литературы:

1. Айкенова Н.Е.,  Азат С., Сарсембин У.К., Карасаева Ш.А. Адсорбционная очистка промышленных сточных вод от поллютантов карбонатным шламом //Вестник НЯЦ РК. — 2024.— №2 — С. 5 – 10.
2. Николаева Л.А., Бородай Е.Н., Голубчиков М.А. Сорбционные свойства шлама осветлителей при очистке сточных вод электростанций от нефтепродуктов // Проблемы энергетики. — 2011. — № 1–2. — С. 132–136.
3. Николаева Л.А. Исследование сорбции нефтепродуктов сточных вод электростанций модифицированным шламом осветлителей // Теплоэнергетика. — 2012. — № 5. — С.59-62.
4. Орынбасар Р.О., Бескузов Н.Б.  Очистка промышленных сточных вод от нефти и нефтепродуктов карбонатным шламом // Вестник науки. — 2024. — Т.3. — № 12. — С.1760–1768.
5. Дубровская О.Г., Нечаева Л.В., Жукова Г.А. Исследование сорбционных материалов на основе рециклинга отходов ТЭЦ // Международный журнал перспективных исследований. — 2018. — Т.8 — №2— С.105 – 117.