Окт 13 2000

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ГОРЮЧЕГО УГЛЕРОДА ИЗ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ-ОТХОДОВ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

Опубликовано в 16:40 в категории Утилизация

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ГОРЮЧЕГО УГЛЕРОДА ИЗ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ-ОТХОДОВ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

В.Н. Шевкопляс

Институт физико-органической химии и углехимии

им.Л.М. Литвиненко НАН Украины, г. Донецк

Донбасс является одним из основных угольных регионов, где добывается до 80% каменных углей Украины, которые используются как энергетическое топливо или являются исходным сырьем для получения кокса. Однако, донецкие угли - это высокозольные (до 40 % в рядовом угле) органические соединения с большим содержанием пиритной серы (4-10 %). Поэтому, перед использованием в технологических процессах рядовые угли должны пройти предварительную стадию обогащения на обогатительных фабриках. После обогащения углей остаются отходы - угольные шламы, которые накапливаются в отстойниках или илонакопителях, не находят широкого практического применения и являются постоянным источником загрязнения окружающей среды.

На сегодня в 56 отстойниках обогатительных фабрик и илонакопителях Минуглепрома и Укркокса Украины заскладировано 160 млн. т забалансовых угольных шламов или отходов флотации, которые могут быть дополнительным источником энергоносителей [1]. Зольность такой горной массы в отвалах колеблется в пределах 30-70 %, а содержание органического остатка составляет 30-50 %. Однако используемые технологии по извлечению из забалансовых продуктов углеродсодержащей горючей составляющей не позволяют это сделать в полной мере. Они также не могут быть использованы в производстве строительных и дорожных материалов, поскольку содержание органического углерода в породном остатке более 12% [2]. Поэтому, в условиях дефицита энергоресурсов актуальным является проведение в масштабах угольной отрасли целевых научно-исследовательских работ по созданию новых технологий, сокращающих до минимума потери угольного вещества с отходами, а также вовлечению

в теплоэнергетическое использование забалансовых продуктов - отходов флотации и углеобогащения, что позволит существенно снизить материальные затраты на производство одной единицы продукции. Одним из перспективных направлений по извлечению вторичного топлива из отходов углеобогащения может быть биологический способ обогащения угольных шламов, который основан на использовании в технологическом процессе биологических объектов (бактерий и грибов) и позволяет извлекать из шламовых отходов дополнительное количество горючего углерода. Ранее в работе [3] было показано, что на питательной среде, содержащей различный источник углерода микромицеты (микроскопические грибы) могут продуцировать в культуральную жидкость различное количество зкзобелка. Поэтому, в данной работе была сделана попытка найти взаимосвязь между физиологической активностью микромицетов (количество экзобелка) и глубиной обогащения угольного шлама. Такой подход позволяет более эффективно решать проблему утилизации и переработки угольных шламов, уменьшает количество породных и угольных отвалов и, следовательно, создает благоприятные условия для улучшения экологической обстановки в регионе Донбасса и в целом по стране.

Целью данной работы было показать, что микробиологический способ позволяет извлекать из угольного шлама дополнительное количество горючего углерода и вторично использовать обогащенный угле-шламовый концентрат (ОУШК) в качестве энергетического или бытового топлива.

Для исследования был взят угольный шлам из илонакопителя ЦОФ "Трудовская", содержащий 47,7 % органического горючего углерода (Сdt) и 42,3 % породных включений (Аd). Для проведения экспериментов по обогащению угольного шлама использовали чистые культуры микромицетов: Mortierella sp.5A (семейство Mucoraceae, род Mortierella, секция Stylospora) и Penicillium sp.3-98, Penicillium sp.8-98 (семейство Moniliaceae, род Penicillium, секция Monoverticillata). Микромицеты культивировали на питательной среде следующего состава (на 1 л воды): КН2PO4-0,5г; Na3PO4-0,5г; CaCl22H2O-0,1г; KCl-0,1г; FeSO47H2O-0,1г; MgSO47H2O-0,1г с добавленим глюкозы (20 г/л) или глицерина (50 мл/л). Также использовали картофельную среду с добавлением сахарозы (20 г/л). Стерилизацию питательных сред проводили в автоклаве АГ-1 в течение 45 мин. при давлении 1,0 атм. Культивирование микромицетов проводили в колбах (емк. 100 мл) c питательной средой 50 мл в течение 15-30 сут. при температуре 200С.

Концентрацию экзобелка в культуральной жидкости определяли на спектофотометре СФ-26 при длине волны 595 нм методом Бредфорда [5]. Концентрацию водородных ионов в культуральных фильтратах до и после экспериментов по обогащению определяли потенциометрическим методом на приборе рН-340.

Методика обогащения угольного шлама состояла в следующем. После роста микромицетов на питательной среде с различным источником углерода культуральные жидкости фильтровали. И затем в колбы с культуральным фильтратом (50 мл) добавляли 5 г сухого угольного шлама (фракция менее 0,5 мм) в весовом соотношении 1:10 (угольный шлам-культуральный фильтрат). Приготовленные суспензии в колбах емк. 100 мл помещали в водно-банный встряхиватель - тип 357. Частота встряхивания составляла 100 об./мин., продолжительность эксперимента - 5 дней при температуре 300С. По окончанию эксперимента содержимое колб переливали в мерный цилиндр (высота 30 см), доливали воду до верхней отметки и отстаивали в течение 24 час. За это время полностью происходило разделение содержимого цилиндра (суспензии) на породную взвесь (породный остаток) и донный осадок в виде обогащенного углешламового концентрата (ОУШК). Затем верхний слой водной суспензии отделяли от ОУШК и высушивали при температуре 1050С с последующим определением содержания органического горючего углерода (Cdt) и золы (Ad) в ОУШК и породном остатке по стандартным методикам [4].

В таблицах 1-3 приведены результаты обогащения угольного шлама культуральными фильтратами микромицетов после их роста на питательной среде с различным источником углерода.

Таблица 1. Данные по обогащения угольного шлама культуральными фильтратами микромицетов после роста на питательной среде, содержащей глюкозу (время роста-15 сут.)

Микромицет

PH - среды

Кол-во

экзобелка, мкг/мл

ОУШК,

%

Породный остаток, %

До

опыта

После опыта

Cdt

Ad

Cdt

Ad¢

Penicillium sp.8-98

5,7

6,5

8,9

68,5

31,5

27,6

72,4

Penicillium sp.3-98

4,4

6,3

8,2

63,2

36.8

28,6

71,4

Mortierella sp.5A

5,7

6,0

4,6

61,0

39,0

37,8

62,2

Из таблицы 1 видно, что за 5 сут. обогащения угольного шлама культуральным фильтратом Penicillium sp.8-98 можно получить ОУШК, содержащий 68,5 % органического горючего углерода (Cdt). Эффективность обогащения угольного шлама в культуральных фильтратах Penicillium sp.3-98 и Mortierella sp.5A снижается и составляет только 63,2-61,0%, что, по-видимому, связано с меньшей физиологической активностью микромицетов и более низким количеством экзобелка в культуральном фильтрате.

Таблица 2. Данные по обогащения угольного шлама культуральными фильтратами после роста Penicillium sp.8-98 на питательной среде с различным источником углерода в течение 30 сут.

Источник

углерода

рН-среды

Кол-во

экзобелка,

мкг/мл

ОУШК,

%

Породный

остаток,

%

До

опыта

после

опыта

Cdt

Ad

Cdt

Ad

картофельно-сахарозный

6,3

7,9

25,7

75,0

25,0

31,0

69,0

глюкоза

6,6

5,6

15,7

70,3

29,7

42,5

57,5

глицерин

6,6

5,2

12,1

63,5

36,5

42,0

58,0

Из таблицы 2 видно, что обогащение угольного шлама культуральным фильтратом Penicillium sp.8-98, после роста на питательной среде с картофельно-сахарозным углеродом, в течение 30 сут. позволяет получить ОУШК, содержащий 75 % органического горючего углерода (Сdt). Культуральные фильтраты Penicillium sp.8-98 после роста на питательной среде с глюкозой или глицерином содержали экзобелка значительно меньше, и эффективность обогащения угольного шлама снижалась до 70,3-63,5 % соответственно.

Данные по обогащению угольного шлама культуральным фильтратом Penicillium sp.8-98 после роста на картофельно-сахарозной среде в течение 8, 16, 22 и 30 сут. приведены в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что глубина обогащения угольного шлама зависит от времени роста микромицета на картофельно-сахарозной среде и содержания экзобелка в кукльтуральном фильтрате. Также прослеживается взаимосвязь между содержанием экзобелка в культуральном фильтрате и эффективностью обогащения угольного шлама. При этом содержание органического горючего углерода (Cdt) в ОУШК может достигать 75,0 %. Из таблиц 1-3 видно, что при обогащении угольного шлама в породном остатке содержание Cdt снижается. Изменение величины рН-среды после эксперимента (таблицы 1-3) предполагает протекание различных физико-химических реакций на границе твердой и жидкой фаз при обогащении угольного шлама. Однако более подробно влияние величины рН на эффективность обогащения не изучалось.

Таблица 3. Данные по обогащению угольного шлама культуральными фильтратами после роста Penicillium sp.8-98 на картофельно -сахарозной среде течение 8, 16, 22 и 30 сут.

Время роста

Микромицета,

сут.

рН-среды

Кол-во

экзобелка,

мкг/мл

ОУШК,

%

Породный

остаток,

%

До опыта

После опыта

Cdaf

Ad

Сdaf

Ad

8

7,0

6,3

19,3

60,9

39,1

42,0

58,0

16

7,2

6,8

21,4

67,0

33,0

40,0

60,0

22

7,5

8,5

24,3

72,0

28,0

34,0

66,0

30

7,9

8,6

25,7

75,0

25,0

31,0

69,0

Результаты по обогащению угольного шлама позволяют сделать вывод, что наличие экзобелка в культуральной жидкости и его количество является одним из основных критериев физиологической активности микромицета, который может существенно влиять на эффективность обогащения угольного шлама. Так как угольные частицы являются очень окисленными органическими фрагментами шлама и физически инертны то, по-видимому, экзобелки микромицета способны активно взаимодействовать только с гидрофильными породными частицами шлама, усиливать их взаимную адгезию и, таким образом, создавать хорошие предпосылки для эффективного разделения гидрофильно-гидрофобных компонентов угольного шлама на две составляющие: ОУШК и породный остаток.

Предлагаемый способ микробиологического обогащения является одним из перспективных направлений по извлечению горючего углерода из угольного шлама и в сочетании с другими способами переработки и утилизации отходов позволит более эффективно использовать энергетический потенциал Донбасса и одновременно оздоровить экологическую обстановку в регионе.

Литература

1. Лобанов А.В., Иванова Е.В., Пейчев И.Д., Шифрин С.И., Черненко .А.К. Установка для сушки отходов флотации, извлекаемых из илонакопителей // Уголь Украины.-1996.-N12.-С. 32-34.

2. Жаров Ю.Н., Новикова Н.Н., Клер В.Р. О стабильности состава отходов обогащения угля // Уголь.-1990.-N12.-С. 56-57.

3. Шевкопляс В.Н., Саранчук В.И. Состояние и перспективы применения биологического способа утилизации отходов нефтехимии и углехимии// Межд. научно-практ. конф. Экологические проблемы городов и рекреационных зон. Одесса, Украина, 1999.-С. 151-159.

4. Глузман Л.Д., Здельман И.И. Лабораторный контроль коксохимического производства. - М.: Металлургия, 1968.-472 с.

5. Практическая химия белка / Под ред. А. Дарбе .- М.: Мир, 1989.-623 с.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.