Грунтовые композиты с добавлением карбамидной смолы с высокой сорбционной емкостью для создания многослойного защитного экрана по отношению к свинцу

Выводы.

1) Рассмотрение конструкций и условий применения противофильтрационных и сорбирующих экранов при эксплуатации полигонов складирования и захоронения отходов показало, что в настоящий момент при строительстве полигонов существующие нормативные документы рекомендуют к использованию различные экраны, основной функцией которых является гидроизоляция. Предлагаемые к использованию в качестве дополнительного средства защиты сорбирующие экраны (геохимические барьеры) сорбируют свинец обратимо, т.е. при долговременном воздействии реагентов или изменении pH среды начинают работать как вторичный загрязнитель. Таким образом, в настоящий момент не разработано оптимального состава грунтового композита, который может служить геохимическим барьером в системе многослойной защиты окружающей среды при строительстве полигонов захоронения, который сорбировал большие количества свинца необратимо.

2) Поведение свинца в окружающей среде определяется с одной стороны физико-химическими условиями среды, наиболее важными из которых является рН и Еh, а с другой - сорбцией свинца на поверхности раздела фаз. Сорбция свинца зависит от природы сорбента. Обычно сорбционная емкость возрастает с увеличением pH среды до 5. При pH среды 6 подвижность свинца резко снижается. Следовательно, изучение процесса сорбции, как лимитирующего из факторов является чрезвычайно важной и актуальной проблемой.

3) Разработана комплексная методика по исследованию компонентов системы многослойной защиты, изучению особенностей взаимодействия компонентов с кислыми свинецсодержащими растворами, оценке эффективности предлагаемого геохимического барьера и системы многослойной защиты. Это позволяет качественно изучить процессы, происходящие в моделируемых грунтовых композитах и многослойной системе защиты, а также надежно интерпретировать полученные данные. Выбранные методики можно в дальнейшем рекомендовать при проведении подобных экспериментов.

4) Изучены особенности взаимодействия каждого компонента предлагаемой системы многослойной защиты (геохимического барьера и малопроницаемого слоя) со свинцом Показано, что все составляющие многослойной системы защиты сорбируют свинец, однако эффективность каждого компонента различна:
а) песок при содержании 1-2 % аутигенных минералов способен сорбировать свинец на уровне или в несколько раз выше ПДК. При этом на сорбцию влияет рН контактирующего раствора, значение точки нулевого заряда аутигенного минерала и величина его поверхностного заряда. При использовании постадийной экстракции по методике Тессье свинец удаляется со всех пленок в количестве, превышающем 90%;
б) монтмориллонит способен сорбировать до 300 мг/г свинца при pH 5,0. При использовании постадийной экстракции по методике Тессье более 90% свинца десорбируется;
в) карбамидная смола сорбирует до 60 мг/г свинца. При этом свинец не экстрагируется оттуда ни одним из рекомендуемых общепринятыми методиками (Тессье, BCR, ГОСТ Р 50686-94) реагентом.

5) Оценка сорбционной емкости геохимического барьера и системы многослойной защиты по отношению к свинцу показала, что количество, сорбированного свинца геохимическим барьером на основе грунтовых композитов с добавлением карбамидной смолы может достигать 495 мг/см³ образца. Эксперименты по десорбции свинца из отвержденной мочевиноформальдегидной смолы показали, что ни одним из рекомендуемых общепринятыми методиками растворов, свинец не экстрагировался. Это свидетельствует о том, что атомы свинца жестко встраиваются в пространственную полимерную структуру смолы Сорбционная емкость системы многослойной защиты не значительно выше за счет сорбционных свойств малопроницаемого слоя (монтмориллонита). Соответственно и вторичное загрязнение окружающей среды при воздействии реагентов на многослойную систему защиты будет не высоко.

6) Разработана оптимальная рецептура геохимического барьера по отношению к свинцу. Экспериментами показано, что модифицированные мочевиноформальдегидной смолой грунты являются достаточно перспективными к использованию, в качестве геохимического барьера. Полимеризация смолы идет в кислой среде (а именно она характеризует сточные воды большинства производств), сопровождаясь сорбцией свинца извне.

7) Разработана принципиальная схема защитных покрытий и экранов, предлагаемых к использованию при строительстве полигонов складирования свинецсодержащих отходов;

8) Оценка эффективности воздействия защитных экранов используемых при эксплуатации полигонов складирования и захоронения отходов показала, что наиболее распространенные неорганические соединения обладают достаточно высокой начальной сорбционной емкостью, однако при длительной фильтрации кислыми растворами с течением времени они начинают работать как вторичный загрязнитель. Остаточная сорбционная емкость для грунтовых композитов на основе жидкого стекла и негашеной извести по отношению к тяжелым металлам составляет порядка 70 мкг/ см³. Модифицированные грунты на основе щавелево-ферросиликатной и алюмосиликатной рецептур характеризуются более высокой остаточной сорбционной емкостью - около 25 мг/ см³. Тогда как грунтовые композиты на основе карбамидной смолы имеют сорбционную емкость до 500 мг/см³ грунта.

9) Выполненный автором расчет работы фильтрационного сорбирующего экрана на основе мочевиноформальдегидной смолы показал, что подобный экран может сорбировать при размере пруда-отстойника 10 000 м² и высоте экрана 0,5м около 2500 тонн свинца до того как исчерпает сорбционную емкость.