Влияние модифицирующих добавок на увеличение сорбционной ёмкости глинистых грунтов

Выводы.

1. Установлены основные закономерности кислотно-основной буферности и поглотительно-сорбционной способности глинистых грунтов, различных по химико-минеральному составу и дисперсности, и грунтов, модифицированных различными добавками извести и жидкого стекла, по отношению к кислым кадмийсодержащим растворам разных концентраций в условиях непрерывной фильтрации при стационарном режиме. Выделены 4 стадии протекания процесса поглощения кадмия на глинистых природных грунтах и грунтах с добавкой извести, а на грунтах, модифицированных комплексной добавкой извести и жидкого стекла, - 5 стадий данного процесса. Стадии выделены по изменениям рН фильтрата и соответствующим изменениям концентраций кадмия, кальция и кремния в зависимости от объёма профильтровавшегося раствора. Для каждой стадии проведены расчёты химических равновесных концентраций ионов кальция, кадмия и кремния в растворе в соответствии с величинами произведений растворимости. Расчётным путём определены наиболее вероятные формы нахождения кадмия, а также формы выщелачиваемых соединений.

2. Произведён расчёт показателей произведений растворимости гидроксидов, карбонатов, сульфидов, орто- и метасиликатов тяжёлых металлов методом графического сравнения термодинамических свойств в рядах веществ и растворимости гидроксидов и солей тяжёлых металлов в растворах, равновесных с осадками одноименных соединений кальция, отсутствующих в справочной литературе. Полученные значения показателей произведений растворимости тяжёлых металлов с различными анионами являются основой для расчёта форм нахождения тяжёлых металлов. Установлен ряд величин растворимости для метасиликатов и ортосиликатов металлов:
а) для метасиликатов:
Ca²⁺ > Mg²⁺ > Mn²⁺ > Cd²⁺ > Fe²⁺ = Co²⁺ > Zn²⁺ > Ni²⁺ > Cu²⁺ > Pb²⁺ > Hg²⁺;
б) для ортосиликатов:
Ca²⁺ > Mg²⁺ > Mn²⁺ > Cd²⁺ > Fe²⁺ > Co²⁺ > Ni²⁺ > Zn²⁺ > Pb²⁺ > Cu²⁺ > Hg²⁺.

3. При данных термодинамических условиях установлены преобладающие формы нахождения кадмия, оценена их миграционная способность и эффективность иммобилизации в глинистых природных и модифицированных грунтах с различными добавками извести и жидкого стекла при фильтрации кислых кадмийсодержащих растворов.

4. В глинистых природных грунтах сорбционная ёмкость кадмия обусловлена ионно-обменной физико-химической поглотительной способностью и контролируется их кислотно-основной буферностью. В глинистых грунтах, модифицированных известью, сорбционная способность кадмия превышает сорбционную способность природных грунтов за счёт дополнительной поглотительной способности - химической сорбции и образования труднорастворимых соединений в виде гидроксидов кадмия. Однако, при дальнейшей фильтрации кислых растворов кадмий легко десорбируется. Комплексная модификация глинистых грунтов известью с жидким стеклом является наиболее эффективной для увеличения сорбционной ёмкости грунтов. Это обусловлено новообразованиями в виде силикатов кальция, которые увеличивают кислотную буферность и сорбционную ёмкость грунтов. При фильтрации кислых растворов кадмия через модифицированные комплексной добавкой глинистые грунты происходит его иммобилизация в виде труднорастворимых соединений гидроксида и силикатов кадмия.

5. Разработана комплексная методика оценки эффективности сорбции тяжёлых металлов глинистыми природными грунтами и грунтами с модифицирующими добавками для использования таких грунтов в качестве защитных экранов при миграции кадмий содержащих растворов в местах размещения жидких промышленных отходов.

6. Разработанную комплексную методику, а также рассчитанные значения показателей произведений растворимости широкого спектра наиболее вероятных соединений тяжёлых металлов можно использовать для прогнозирования способности природных и модифицированных грунтов сорбировать тяжёлые металлы (кадмий, медь, цинк, свинец, ртуть и др.).

7. Установлен оптимальный состав модифицирующих добавок, состоящий из совместной добавки жидкого стекла и извести: грунт - СаО - жидкое стекло = 100 - 3 - 5. Применение дополнительного сорбционного слоя из полученного модифицированного глинистого грунта позволит повысить эффективность защитного экрана, увеличить его кислотную буферность, сорбционную ёмкость и устойчивость к фильтруемым кислым растворам промышленных стоков, без ухудшения фильтрационных свойств. Его использование будет являться дополнительной мерой, повышающей эффективность и надёжность защитного экрана, в комплексе остальных традиционно используемых методов.