Способ захоронения хромсодержащих отходов
Владельцы патента RU 2453383:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к способам захоронения вредных и токсичных отходов, а именно хромсодержащих. Способ позволяет минимизировать вынос токсичных ионов холма из массива хромсодержащего отхода, их негативное воздействие на окружающую среду и тело полигона, исключить необходимость использования тары и складов для предварительного складирования и накопления огромных масс нетоксичных отходов в местах их возникновения, повысить длительность эксплуатации полигона. Способ захоронения хромсодержащих отходов включает комбинирование и послойную детализацию массива отхода на верхний изоляционный слой, рабочий слой, защитный адсорбционный слой, нижний изоляционный слой. В качестве защитного адсорбционного слоя используют нетоксичные промышленные растительные отходы, например лигнин, лузгу или опилки. В качестве изоляционных слоев используются промышленные отходы минерального происхождения, например дефекат (минеральный отход сахарного производства) или шлак мусоросжигательного завода с адсорбционной емкостью по иону хрома не менее 0,56 мг/г и низким коэффициентом фильтрации. Соотношение между высотой адсорбционного и высотой нижнего изоляционного слоя должно составлять от 3:1 до 4:1. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 25 пр., 5 ил.
Изобретение относится к способам захоронения вредных и токсичных отходов и может быть использовано организациями, обслуживающими полигоны отходов производства в металлургической, химической, легкой отраслях промышленности, а также при организации биржи отходов или управлении потоками отходов на условиях аутсорсинга.
Захоронение отходов производства продолжает оставаться востребованным и разрешенным способом их утилизации, прежде всего для опасных и токсичных. Реальное состояние полигонов-накопителей токсичных отходов характеризуется постоянно возрастающим отрицательным техногенным воздействием на окружающую среду в результате износа материала полигона, а также естественных процессов миграции и круговорота вещества в природе. Полигоны традиционно рассматриваются источниками негативного воздействия на окружающую среду, так как сохраняется риск испарения и вымывания токсичных веществ дождевыми, талыми и дренажными водами. По результатам исследования многочисленных полигонов в научной прессе отмечается не только сильное поверхностное загрязнение почв на больших территориях, но и подземных вод и грунтов до глубин более 20 м.
Как правило, для захоронения токсичных отходов (1 класс опасности) предприятия используют специализированные инженерные сооружения объемом до 1000 м3, выполненные с учетом требований СНиП 2.01.28-85 «Полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию».
Срок эксплуатации полигона с момента его создания определяется геометрическими размерами, техническим состоянием изоляционного защитного покрова, временем заполнения, климатическими условиями местности и гидрогеологического фактора территории /1/. Запас прочности основания полигона значительно снижается в реальных условиях эксплуатации в связи с появлением деформационных изменений в ограждающем контуре. Объективные условия, способствующие повышенному ускоренному физическому износу полигонов, следующие:
- основания ограждающих стен находятся в обводненном состоянии, что снижает их прочностные характеристики и увеличивает «проскок» токсикантов в почву и грунтовые воды через микротрещины основания;
- появление и развитие естественных деформационных процессов в ограждающих дамбах;
- формирование дренажных вод.
Совместное влияние указанных факторов имеет явно выраженный синергетический эффект, поэтому по мере роста слоя отходов и увеличения срока эксплуатации (т.е. износа) полигона объективно возрастает вероятность возникновения экологических проблем в результате более интенсивного дренирования накапливаемой воды (естественные процессы таяния снега и дождей) на рельеф, в природные водоемы, испарения в атмосферу.
В ситуации естественного хранения отхода (свалки) процессы круговорота воды в природе протекают более интенсивно, ионы токсиканта (например, металла) из осадка проникают в атмосферу, почву, подземные воды. Активная миграция приводит к тому, что содержание ионов хрома в почве в районе свалки может составлять от 15 до 36 значений ПДК.
В этих условиях возрастают не только текущие расходы, но капиталовложения в модернизацию действующих и строительство новых полигонов (до 15 млрд. руб.), что делает весьма актуальным и востребованным поиск и разработку инновационных технологий захоронения промышленных отходов, эксплуатации полигонов-накопителей, а также поиска направлений оптимизации транспортных потоков в системе обращения с отходами с учетом специфики региональной производственной инфраструктуры. В конечном итоге новые способы и подходы должны обеспечить в первую очередь снижение техногенного воздействия на природную среду.
Особую актуальность в последние годы приобретает проблема захоронения хромсодержащих отходов в связи с ростом объемов кожевенного и других производств, использующих хромсодержащие реагенты. Задачей изобретения является создание простого, доступного и экономичного способа захоронения хромсодержащих отходов.
Известен способ захоронения радиоактивных и других вредных отходов, в котором в качестве объемного хранилища используются естественные тектонические блоки земной коры /2/. В пределах этого участка бурят скважину для захоронения отходов, пространство которой значительно превышает в поперечнике диаметр входного отверстия. Сообщается, что тектонические блоки земной коры находятся в условиях резко неоднородного напряженного состояния, что вызывает уменьшение пористости и проницаемости горной породы и, как следствие, препятствует проникновению подземных вод в зону хранилища. Существенно снижаются затраты. Однако данная система захоронения имеет ряд недостатков:
1. Использование для поиска пригодных территорий дорогостоящих и трудоемких методов геодинамического районирования посредством топокарт, аэро- и космоснимков, геологических, геофизических и прочих материалов.
2. Не все территории России пригодны для захоронения отходов.
3. Очень низкая пропускная способность хранилища.
4. Высокая технологическая сложность реализации способа.
5. Специальные требования к квалификации обслуживающего персонала.
Также известен способ захоронения токсичных веществ с использованием геологических структур, содержащих толщи солевых пород, для создания буровых скважин /3/. Способ предусматривает бурение скважины до определенной глубины, образование полости, подачу токсичных веществ в полость, последующую герметизацию полости и скважины. Токсичные вещества помещают в специальные контейнеры и транспортируют через скважину в размытую полость, затем устанавливается изоляционный мост.
Этот способ также не лишен недостатков:
1. Требуется предварительный комплекс сложных геологических и геофизических исследований.
2. Ограниченность выбора территорий требованием обязательного присутствия солевой толщи пород, склонных к пластическому течению - бишофит, галит и др.
3. Очень низкая пропускная способность хранилища.
4. Высокая технологическая сложность и капиталоемкость реализации способа, необходимость герметизации скважины.
4. Специальные требования к подготовке и квалификации обслуживающего персонала.
Близким по технической сущности и задачам является аналог /4/ - способ обезвреживания токсичных отходов, в котором токсичные вещества, содержащие ионы Cr+6 и Mn+7, переводятся в нерастворимые соединения. Отходы предварительно перемешивают с водой до получения пластичной массы, которую далее обрабатывают сульфатом железа и смешивают с портландцементом. Масса заливается в формы, затвердевает, а полученные грунтоблоки, содержащие хромовые соли, отправляют на полигон-накопитель или свалку.
Данный способ также трудоемок и сложен в осуществлении, для его реализации требуется дорогостоящее оборудование и дополнительные сопутствующие материалы (бетономешалки, электроподогревающие приборы, портландцемент, раствор сульфата железа, вода).
Наиболее близким аналогом является способ обезвреживания токсичных отходов /5/, в соответствии с которым отходы размещают в ограниченном пространстве в виде последовательных слоев неорганических и органических отходов или в виде смеси (компоста) с соотношением массы неорганических и органических компонентов от 1:10 до 1:2. В смесь вводят анаэробные микроорганизмы и герметизируют. За счет биохимических превращений органические токсичные отходы превращаются в углекислый газ или метан (потенциальное топливо), а остальные части трансформируются в соединения белкового и аминокислотного типа. Детоксикация промышленных отходов достигается оптимизацией соотношения органических и неорганических отходов.
Недостатки способа, препятствующие его практической реализации в массовых масштабах: необходимость использовать микроорганизмы, что требует специфического оснащения и подготовки персонала, необходимость создавать сложные комплексы по утилизации биогаза.
В качестве прототипа выбран способ захоронения ТБО, описанный в /6/. Суть способа состоит в том, что с целью удлинения жизненного цикла полигона за счет увеличения емкости массива захоронения отходов, а также минимизации экологической нагрузки на окружающую природную среду используется комплекс технических и технологических мероприятий: увеличивается угол откоса массива, устраивается противофильтрационный экран и окончательное изоляционное покрытие с применением современных эффективных геосинтетических материалов. Сообщается, что при применении геосинтетических материалов появляется возможность уменьшить толщину слоя материала отхода, так как при толщине до 1 см эти материалы обеспечивают противофильтрационные характеристики полуметрового слоя глины, обладая более высокой технологичностью и не требуя защитных слоев. На площади в 1 м2 образуется до 1 м3 свободного объема, на площади в 1 га появляется возможность дополнительно складировать 8 тыс.т отходов. Массив отходов представлен следующими слоями (снизу вверх): бентонит 0,01-0,02 м; геомембрана 0,02 м; дренажный слой 0,2 м; отходы (базовый слой); газовый дренаж 0,2 м; геотекстиль 0,001 м; геомембрана 0,01-0,02 м; дренажный слой 0,2 м; слой плодородного грунта 1,25 м; растительный слой.
Основной недостаток - сложность и высокая стоимость захоронения ТБО, когда вместе с отходами производства и потребления необходимо консервировать полезные строительные и прочие материалы (делая их своеобразными отходами), а также протекание побочных реакций, связанных с негативным воздействием на окружающую среду (интенсивное образование биогаза и дренажных вод).
Цель предлагаемого способа - минимизация воздействия на окружающую среду и материал полигона, упрощение и удешевление технологии консервации отходов, а также оптимизация логистических потоков в системе обращения отходов на региональном (местном) уровне.
Задача изобретения - подбор эффективной комбинации (соотношения высоты слоев) токсичных хромсодержащих и нетоксичных углеродсодержащих отходов растительного и минерального происхождения, позволяющей за счет сочетания отходов производства и их высокой адсорбционной емкости по ионам хрома обеспечить комплекс технических результатов: а) минимизировать вынос токсичных ионов холма из массива хромсодержащего отхода, их негативного воздействия на окружающую среду и тело полигона; б) сократить затраты на консервацию хромсодержащих отходов; в) исключить необходимость использования тары и складов для предварительного складирования и накопления огромных масс нетоксичных отходов в местах их возникновения (на предприятиях) в связи с потребностью их регулярного вывоза; г) повысить длительность эксплуатации полигона; д) исключить интенсивное испарение и дренирование технологической (атмосферной) воды.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в способе захоронения хромсодержащих отходов, включающем комбинирование и послойную детализацию массива отхода на верхний изоляционный слой, рабочий слой, защитный адсорбционный слой, нижний изоляционный слой, согласно изобретению в качестве защитного адсорбционного слоя используются нетоксичные промышленные растительные отходы и в качестве изоляционных слоев используются промышленные отходы минерального происхождения с адсорбционной емкостью по иону хрома не менее 0,56 мг/г и низким коэффициентом фильтрации, а соотношение между высотой адсорбционного и высотой нижнего изоляционного слоя должно составлять от 3:1 до 4:1 (четырехкратное превышение более предпочтительно). В качестве нетоксичных промышленных растительных отходов используются лигнин, лузга или опилки. В качестве промышленных отходов минерального происхождения используются дефекат (минеральный отход сахарного производства) или шлак мусоросжигательного завода.
Способ поясняется рисунками. На рисунке 1 представлено схематичное расположение слоев материала промышленных отходов по предлагаемому способу. На рисунке 2 представлена схема работы компании-аутсорсера в сфере обращения отходов производства в отдельном регионе. На рисунке 3 представлена адсорбционная колонка, с помощью которой определяли адсорбционную емкость разнообразных отходов по иону хрома. На рисунке 4 представлен градуировочный график в координатах «оптическая плотность - концентрация Cr+ в растворе». На рисунке 5 приведены кривые адсорбции ионов хрома (VI) адсорбционным и изоляционным слоями материалов нетоксичных отходов.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. На бетонированное дно полигона загружается нижний (первый по ходу захоронения) изоляционный слой из углеродсодержащего минерального отхода - шлака мусоросжигательного завода или дефеката. Он отличается, с одной стороны, большим уровнем сродства к материалу основания полигона (из-за сочетания аморфной и кристаллической структур), с другой стороны, - возможностью иммобилизации ионов хрома. Далее насыпают защитный адсорбционный слой отхода растительного происхождения с адсорбционной емкостью по ионам хрома не менее 0,56 мг/г.
Пористая неоднородная поверхность материала отходов аккумулирует ионы токсичного металла (d-элемента) за счет процессов хемосорбции и комплексообразования при участии либо активных центров, либо химических ингредиентов. В растительных отходах - это целлюлоза, основной растительный компонент, содержание которого составляет в среднем до 40%. Наличие в составе смолистых веществ, лигниногуминовых комплексов и полисахаридов повышает вероятность образования сложных комплексных соединений с ионами хрома на поверхности и внутренней структуре лигнина. Что касается шлака, то микроскопическими исследованиями /7/ установлено наличие на его поверхности множественных дефектов решетки с высоким запасом энергии в виде трещин, пиков, шероховатостей (что, вероятно, связано с его образованием в процессе высокотемпературного пиролиза отходов, когда температура процесса выше 800°C). Эти дефекты выступают в качестве адсорбционных центров. Присутствие ароматических спиртов (например, в лигнине) объясняет высокую вероятность образования сложных соединений с тяжелыми металлами. Затем на поверхности адсорбционного слоя формируется «рабочий», или активный слой непосредственно из материала токсичного хромсодержащего отхода. Он постепенно заполняет объем полигона, а для предотвращения миграции ионов металла при испарении этот слой присыпают сверху изоляционным слоем нетоксичного отхода (рисунок 1).
Как дополнительный положительный эффект следует рассматривать процесс консервации группы отходов (не в разных местах территории, а на одном полигоне). В традиционных условиях захоронения хромсодержащих отходов срок службы полигона составляет 20-25 лет, в условиях заявляемого способа - 30 лет и более (за счет повышения коэффициента запаса прочности ограждающих систем срок эксплуатации полигона увеличивается на 20-25%).
Оценочный расчет периода эффективной работы адсорбционных слоев проведен с использованием следующих допущений:
1. Объем специализированного инженерного сооружения полигона токсичных отходов принимается равным Vп=1000 м3, высота захоронения 1 м, тогда площадь полигона Sп=1000 м2.
2. По метеорологическим характеристикам слой атмосферных осадков в среднем по южному региону страны составляет 450-600 мл/м2. Выбираем для расчетов более «жесткий вариант» - 0.6 л/м2.
3. При полной загрузке полигона объем нетоксичных отходов в среднем составляет 1/3 часть или 333,3 м3, в том числе на адсорбционный слой приходится 75-80%. Принимаем для расчетов 75%. Тогда объем адсорбционного слоя составит 250 м3.
4. Дополнительные данные для расчета представлены ниже:
| Вид отхода защитного адсорбционного слоя | Плотность материала отхода, г/см3 | Масса отхода, занимающего объем 250×106 см3, т | Адсорбционная емкость материала отхода, мг/г | Общая адсорбционная емкость материала отхода, т |
| Лигнин | 1,45 | 362,5 | 0,72 | 0,261 |
| Лузга | 0,12 | 30,0 | 0,663 | 0,02 |
| Опилки | 0,145 | 36,25 | 0,663 | 0,024 |
Проведем оценочный расчет «запаса» адсорбционной емкости защитного слоя (в годах):
1. Рассчитаем объем профильтровавшейся воды в год:
V0=1000 м2×0,6 л/м2=600 л
2. Рассчитаем массу токсиканта, поглощенную указанным объемом воды в течение года, если в экспериментальных опытах установлено, что фильтрационные воды содержат ионы хрома в среднем в концентрации 2,5 г/л: М=600 л×2,5 г/л=1500 г или 1,5 кг, или 0,0015 тонны
3. Рассчитаем период времени, на который «хватает» запаса общей сорбционной емкости нетоксичных отходов
Для:
- лигнина 0,261 т/0,0015 т/год=174 года
- лузги 0,02 т/0,0015 т/г=13,3 года;
- опилок 0,024 т/0,0015 т/г=16,0 лет.
Таким образом, предлагаемый способ послойного совместного захоронения токсичных и нетоксичных отходов позволяет длительное время (более 10 лет) концентрировать и накапливать токсиканты (ионы хрома) в материале отходов адсорбционного слоя, тем самым сокращая их вынос в окружающую среду.
Как дополнительный положительный эффект следует рассматривать процесс консервации группы отходов (не в разных местах территории, а на одном полигоне). С учетом современных мировых тенденций в сфере обращения отходов производства и обращения, ориентации на создание национальной и региональной бирж отходов схема потоков приема и распределения отходов должна основываться на функционировании единого диспетчерско-логистического центра, который учитывает, планирует, координирует маршруты, сроки и реальные транспортные потоки отходов.
В условиях рыночного реформирования ЖКХ (собственника полигонов ТБО) будут появляться новые организационные структуры - биржи отходов или компании-аутсорсеры, которые примут на себя определенные обязательства по информационно-консультационному обслуживанию предприятий в сфере обращения отходов. Они будут заниматься сбором, систематизацией, анализом и обработкой массивов информации о новых технологиях переработки отходов, изучать спрос на те или иные виды вторичного сырья, а также выступать в роли посредников между предприятиями по оптимизации издержек обращения отходов. Путем согласования маршрутов и мест захоронения отходов, объемов, сроков вывоза и т.п.формируются оптимальные логистические карты, определяются наиболее выгодные варианты утилизации, в том числе и по предлагаемому способу совместного захоронения отходов разного вида.
Интенсивное образование отходов и переход на международные стандарты в системе обращения отходов заставляют активно искать новые инновационные подходы к организации управления потоками отходов. В каждом регионе формируется своя система обращения с отходами. Сегодня каждое предприятие самостоятельно определяет, согласовывает и утверждает в Ростехнадзоре лимиты на образования отходов производства. При этом компенсационная плата взимается с применением повышающего коэффициента, который в 2014 г. составит 144. Отходы захораниваются, как правило, на общегородских полигонах или специализированных полигонах коллективного пользования на возмездной основе.
С учетом территориальной производственной структуры предлагается схема логистических потоков отходов с участием компании-аутсорсера в сфере обращения отходов производства (рисунок 2).
В Георгиевском районе Ставропольского края функционируют три кожевенных предприятия (кожевенный завод, ОАО «Соболь» и ЗАО «Белка»), вывозящие хромсодержащие отходы на полигон, принадлежащий одному из них субъектов хозяйствования (кожевенному заводу). В Ставропольском и Краснодарском краях также работают маслоэкстракционный завод, который ежегодно вывозит на полигон ТБО до 500 т лузги, частные предприятия по переработке подсолнечника, биохимический завод, вывозящий ежегодно до 400 т лигнина, многочисленные деревообрабатывающие предприятия (до 40 т опилок в год), мусоросжигательный завод (шлак 3000 т/год) и предприятия по производству сахара (дефекат - 80 т/год).
Компания-аутсорсер работает с каждым клиентом по индивидуальному договору. Располагая оперативной информацией о наличии на ближайших предприятиях соответствующих отходов, специалист компании составляет логистическую схему на неделю или месяц, в которой четко указаны даты и объемы вывоза отходов, и даже очередность разгрузки.
Отличия заявляемого способа от прототипа состоят в следующем:
1. Вместо современных дорогостоящих изоляционных геосинтетических материалов (геомембрана, геотекстиль) используются доступные, практические бесплатные (недорогие) и объективно устойчиво воспроизводящиеся отходы производства: растительного происхождения (лигнин, лузга, опилки) и минерального происхождения (дефекат, шлак мусоросжигательных заводов), отличающиеся высокой адсорбционной емкостью по иону хрома и низким коэффициентом фильтрации.
2. Не требуется применения типовых строительных материалов для создания противофильтрационных экранов (гравий, глина, песок).
3. Не требуется менять угол откоса массива полигона.
4. Нет проблемы интенсивного образования биогаза и соответственно необходимости его промышленной утилизации.
5. Нет проблемы теплового воздействия на атмосферу в виду незначительного выделения парниковых газов - CO3 и CH4.
6. Возможность более оперативно локализовать и консервировать различные промышленные отходы, формирующиеся в пределах одного региона.
7. Новые и полезные изоляционные материалы не отождествляются с отходами в результате совместной консервации.
Достоинства предлагаемого способа:
1. Исключается интенсивное испарение в жаркий период времени технологической влаги, содержащей токсичные ионы металла, как это происходит при открытом складировании отходов.
2. Исключается попадание ионов металла и минимизируется дренирование технологической воды за контуры полигона.
3. Минимизируются экологические нагрузки, связанные с поступлением токсичных ионов хрома в окружающую среду (воздух, почву, наземные, подземные и грунтовые воды) в результате естественных процессов миграции и круговорота воды.
4. Повышается коррозионная устойчивость материала основания полигона, увеличивается коэффициент запаса прочности основания полигона за счет замедления скорости процессов развития деформационных явлений, а следовательно, удлиняется срок его эксплуатации.
5. Появляется возможность более интенсивной эксплуатации полигона и оптимизации логистических потоков отходов производства на региональном (местном) уровне, что повышает эффективность учета и общего управления обращением отходов.
6. Экономятся ресурсы строительных изоляционных материалов (заменяются нетоксичными отходами), а также сокращаются земельные отводы под полигоны.
7. Минимизируются производственные затраты на реализацию способа захоронения хромсодержащих отходов.
Таким образом, новая совокупность заявляемых существенных признаков, заключающаяся, во-первых, в комбинировании хромсодержащих токсичных отходов и нетоксичных отходов растительного и минерального происхождения, отличающихся высокой адсорбционной емкостью по ионам хрома, во-вторых, в соблюдении определенной последовательности и соотношении высот рабочего, адсорбционного и изоляционного слоев, позволяет получить синергию новых технических, экономических и эколого-социальных результатов. Благодаря своему составу и строению материалы предлагаемых отходов обладают способностью без предварительной подготовки адсорбировать в своих молекулярных структурах ионы металлов благодаря сильно развитой поверхности и наличию активных центров. Физико-механические свойства позволяют использовать нетоксичные отходы в качестве защитной адсорбционной загрузки.
Исследование проведено в два этапа.
1 этап. Подготовительные исследования - определение адсорбционной емкости разнообразных отходов по иону хрома (+6).
Основным элементом лабораторной установки является адсорбционная колонка (стеклянная бюретка объемом 50 мл), объем которой заполняли исследуемым материалом (рисунок 3). В случае многослойной загрузки высота рабочего слоя (токсичного отхода) составляла 5 см, а высота нижележащих слоев исследуемых материалов составляла не менее 1 см. Соотношение объемов токсичных и нетоксичных отходов составляло 1:1.
При определении адсорбционной емкости отходов по иону хрома (+6) использовали модельный раствор K2Cr2O7, с концентрацией Cr+6 1 мг/л, определяемой по методике ГОСТ Р 52962-08. Для построения калибровочного графика из стандартного раствора бихромата калия приготовили 100 мл рабочего раствора (концентрация 1 мг/мл по Cr+6). В мерные колбы объемом 100 мл поместили 0,0 (холостая проба), 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 5,0; 10,0; 20,0 мл рабочего раствора. Добавили 0,3 мл концентрированной фосфорной кислоты, 0,5 мл раствора 2н. H2SO4, 0,5 мл раствора дифенилкарбазида, довели дистиллированной водой до метки и перемешали. Через 10-15 мин определили оптическую плотность растворов.
Градуировочный график построили в координатах «оптическая плотность Д - концентрация Cr+6 в мг/мл » (рисунок 4).
Величину адсорбции определяем по формуле:
где: V - объем раствора, пропущенного через колонку, мл; Сисх, Сост - исходная и остаточная концентрация ионов Сr+6, мг/мл; mад - масса адсорбента (15 г).
2 этап. Основные исследования - исследование состава фильтрата (аналога дренажной воды) воды после прохождения слоев материалов отхода.
Суть гипотезы состоит в том, что при прохождении воды через материал токсичного хромсодержащего отхода она насыщается ионами металла в результате процесса гидролиза. При организации «экранирующей подложки» под слоем хромсодержащего отхода из материалов нетоксичных отходов в разных пропорциях в фильтрате должно наблюдаться отсутствие ионов хрома (+6). Опыт прекращался при обнаружении ионов хрома в фильтрате.
Кривые адсорбции приведены на рисунке 5.
Результаты исследований.
Пример 1. Контрольный опыт («проскок» ионов хрома (+6) в фильтрат). Дистиллированную воду, не содержащую ионов хрома (+6), пропускали со скоростью 30 мл в час через монослой материала хромсодержащего отхода высотой 5 см. Концентрация ионов хрома(6) в фильтрате равна 0,48 мг/л.
Пример 2. Адсорбционный слой из лузги в четыре раза больше изоляционного слоя из лигнина. Эффективность высокая - 100%.
Пример 3. Адсорбционный слой из лузги в четыре раза меньше изоляционного слоя из лигнина. Эффективность высокая - 100%.
Примеры 4 и 5. Существенное уменьшение высоты адсорбционного слоя из материала лузги. Эффективность понижается и не превышает 83,3%.
Примеры №6-8 иллюстрируют сочетание таких материалов как лузга (адсорбционный слой) и шлак (изоляционный слой). Только при соотношении высот слоев 3:2 и 4:1 достигается эффективность более 90%.
Примеры №9-11. Показано сочетание лигнина (адсорбционный слой) и шлака (изоляционный слой). Только при соотношении высот слоев 3:2 и 4:1 достигается эффективность более 96%.
Примеры №12-14. Показано сочетание лигнина (адсорбционный слой) и дефеката (изоляционный слой). Только при соотношении высот слоев 3:2 и 4:1 достигается эффективность более 91,7%.
Примеры №15-17. Показано сочетание опилок (адсорбционный слой) и дефеката (изоляционный слой). Только при соотношении высот слоев 3:2 и 4:1 достигается эффективность более 93,8%.
Примеры №18-22. Показано сочетание опилок (адсорбционный слой) и шлака (изоляционный слой). Только при соотношении высот слоев 3:2 и 4:1 достигается эффективность более 97,5%.
Примеры №23-25. Показана неэффективность сочетания слоев только отходов минерального происхождения или растительного происхождения.
Результаты обобщены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||
| Состав фильтрата после прохождения послойного массива отходов (рабочий слой+адсорбционный слой+изоляционный слой) | ||||||
| № | Состав адсорбционного и изоляционного слоев материала нетоксичного отхода |
Объемное соотношение адсорбционного и изоляционного слоев | Концентрация ионов хрома (VI), мг/л | Адсорбционная емкость, мг/г | Объем фильтрата, мл | Эффекти- вность, % |
| 1 | Отсутствие | нет | 0,48 | нет | 50 | нет |
| 2 | Лузга и дефекат | 4:1 | 0,00 | 0,684 | 150 | 100,0 |
| 3 | Лузга и дефекат | 3:2 | 0,03 | 0,658 | 150 | 93,2 |
| 4 | Лузга и дефекат | 2:3 | 0,08 | 0,446 | 100 | 83,3 |
| 5 | Лузга и дефекат | 1:4 | 0,12 | 0,212 | 50 | 75,0 |
| 6 | Лузга и шлак | 4:1 | 0,00 | 0,6630 | 150 | 100,0 |
| 7 | Лузга и шлак | 3:2 | 0,04 | 0,642 | 150 | 91,6 |
| 8 | Лузга и шлак | 2:3 | 0,14 | 0,413 | 100 | 70,7 |
| 9 | Лигнин и шлак | 4:1 | 0,00 | 0,720 | 150 | 100 |
| 10 | Лигнин и шлак | 3:2 | 0,03 | 0,696 | 150 | 96,0 |
| 11 | Лигнин и шлак | 1:4 | 0,10 | 0,488 | 150 | 79,8 |
| 12 | Лигнин и дефекат | 4:1 | 0,02 | 0,594 | 150 | 98,8 |
| 13 | Лигнин и дефекат | 3:2 | 0,06 | 0,564 | 150 | 91,7 |
| 14 | Лигнин и дефекат | 2:3 | 0,14 | 0,386 | 100 | 70,8 |
| 15 | Опилки и дефекат | 4:1 | 0,025 | 0,584 | 150 | 95,3 |
| 16 | Опилки и дефекат | 3:2 | 0,045 | 0,576 | 150 | 93,8 |
| 17 | Опилки и дефекат | 1:4 | 0,120 | 0,376 | 150 | 75,0 |
| 18 | Опилки и шлак | 4:1 | 0,00 | 0,663 | 150 | 100,0 |
| 19 | Опилки и шлак | 3:2 | 0,025 | 0,648 | 150 | 97,5 |
| 20 | Опилки и шлак | 2:3 | 0,09 | 0,593 | 150 | 78,1 |
| 22 | Опилки и шлак | 1:4 | 0,24 | 0,476 | 100 | 50,0 |
| 23 | Дефекат и шлак | 2:3 | 0,226 | 0,250 | 100 | 52,2 |
| 24 | Лузга и опилки | 2:3 | 0,14 | 0,398 | 100 | 70,8 |
| 25 | Лузга и лигнин | 2:3 | 0,125 | 0,380 | 100 | 74,8 |
Базовая характеристика исследованных нетоксичных отходов приведена в таблице 2.
Список источников информации
1. И.В.Зеньков. Эксплуатация действующих золошлаковых отвалов с учетом экологических целей // Экология и промышленность России, 2007, март, с.24-27.
2. Способ захоронения радиоактивных и других вредных отходов. И.М.Петухов, И.М.Батугина, А.С.Батугин, С.И.Петухов. Патент РФ №2029401. 1992 г. (опубл. 20.02.1995). Описание в журнале «Экологические системы и приборы», 2001, №11, с.59-60.
3. Способ захоронения токсичных веществ. М.М.Быстров, Б.П.Губанов и др. Патент РФ №2075357, 1995 (опубл. 20.03.1997). Там же, с.61-63.
4. Способ обезвреживания токсичных отходов. Л.Г.Власичева, М.Ф.Тихомирова. Патент РФ №2104809.1995 г. (опубл. 20.02.1998). Там же, с.65-66.
5. П.Е.Тулупов. Способ обезвреживания токсичных отходов. Патент РФ №2114706, опубл. 10.07.1998 // Экологические системы и приборы, 2001, №11, с. 66-68.5.
6. Н.Н.Слюсарь, В.Н.Коротаев, Г.М.Батракова, Ю.Н.Шлее, М.В.Висков. Увеличение жизненного цикла полигона ТБО // Экология и промышленность России, май, 2010 г., с.45-47.
7. Н.С.Лупандина, Н.Ю.Кирюшина, Ж.А.Свергузова, Д.А.Ельников. Использование производственных отходов для очистки сточных вод // Экология и промышленность России, май, 2010 г., с.38-41.
1. Способ захоронения хромсодержащих отходов, включающий комбинирование и послойную детализацию массива отхода на верхний изоляционный слой, рабочий слой, защитный адсорбционный слой, нижний изоляционный слой, отличающийся тем, что в качестве защитного адсорбционного слоя используют нетоксичные промышленные растительные отходы и в качестве изоляционных слоев используют промышленные отходы минерального происхождения с адсорбционной емкостью по иону хрома не менее 0,56 мг/г и низким коэффициентом фильтрации, а соотношение между высотой адсорбционного и высотой нижнего изоляционного слоя должно составлять от 3:1 до 4:1.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нетоксичных промышленных растительных отходов используют лигнин, лузгу или опилки.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве промышленных отходов минерального происхождения используют дефекат - минеральный отход сахарного производства или шлак мусоросжигательного завода.
