Кроик А.А. и др.

О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ТОКСИЧНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

Кроик А. А., Днепропетровский национальный университет, Днепропетровск, Украина Лапицкий В. Н., Борисовская Е. А., Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина

Одним из проявлений интенсивного антропогенного воздействия на окружающую среду является возникновение и накопление в биосфере значительного количества токсичных химических элементов. Существенным фактором загрязнения природной среды и негативного воздействия практически на все ее компоненты являются отходы. Отходы складируются в шламо-и хвостохранилищах, терриконах, отвалах, на различных свалках. Общая площадь земель в Украине, занятых отходами, достигает 160 тыс. га. Инфильтрация из хранилищ жидких отходов, пылеобразование и горение терриконов и другие факторы, обусловливающие миграцию токсических веществ, приводят к загрязнению подземных и поверхностных вод, ухудшению состояния атмосферы, земельных ресурсов.
В связи с этим большое значение приобретает поиск материалов, способных иммобилизовать токсичные вещества и препятствовать их дальнейшей миграции. Для решения этих задач в природоохранной практике все чаще применяются природные сорбенты как наиболее доступные, дешевые, безвредные и высокоэффективные материалы.
Среди природных материалов, проявляющих сорбционные свойства, особого внимания заслуживают глины. Обладая такими исключительными качествами, как дисперсность, гидрофиль-ность, пластичность, способность к сорбции и ионному обмену, глины применяются во многих отраслях промышленности — нефтеперерабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной, керамической, пищевой и т. д. С точки зрения экологической безопасности наибольший интерес представляет использование глин для защиты и улучшения состояния окружающей природной среды, а именно: для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, ионов аммония, радионуклидов; для очистки питьевой воды, природных вод, газопылевых выбросов, загрязненных тяжелыми металлами почв; для создания буферных зон вокруг хранилищ токсичных отходов; для улучшения качества почв, условий питания растений и повышения урожайности сельскохозяйственных культур и т. д. Однако в современной научной литературе недостаточно освещен вопрос применения глин для снижения экологической опасности отходов.
Целью данной работы является исследование поглотительной способности глины по отношению к подвижным формам тяжелых металлов, содержащихся в промышленных отходах, и установление возможности применения глины для снижения токсичности отходов. Объектом исследования служила зеленая глина, являющаяся попутным продуктом добычи марганцевой руды Никопольского месторождения. Образцы глины были отобраны в Чкаловском карьере Орджоникидзевского ГОКа. Объектом обезвреживания служил шлак Днепропетровского завода по термической переработке твердых бытовых отходов (ТБО). В шлаках мусоросжигательных заводов содержатся тяжелые металлы, полиароматические углеводороды, диоксины и фураны. Продукты сжигания ТБО обладают токсичными и мутагенными свойствами, а территории, отведенные под захоронение подобных отходов, подвергаются интенсивному загрязнению вследствие выщелачивания из них вредных веществ.
Оценка поглотительной способности зеленой глины проводилась методом физико-химического моделирования процесса поглощения как для отдельных тяжелых металлов, так и для многокомпонентной системы, содержащей смесь этих металлов.
Результаты оценки предельной поглотительной способности глины по отношению к каждому тяжелому металлу (ТМ) в отдельности приведены в табл. 1.

Предельная емкость поглощения глинистой породы, мг/г

Элемент	РЬ	Zn	Cd	Си	Ni	Со	Сг	Мп
Емкость	108	65	31	100	9	8	20	10

Как видно из табл. 1, зеленая глина обладает значительной поглотительной способностью по отношению ко всем без исключения изученным элементам. При этом наивысшие показатели степени поглощения отмечаются по отношению к элементам I класса опасности — свинцу, цинку и кадмию. Более низкие показатели поглощения у зеленой глины наблюдаются по отношению к веществам II и III класса опасности — никелю, кобальту, хрому и марганцу, за исключением меди — емкость поглощения этого металла у зеленой глины довольно высокая. В порядке уменьшения степени поглощения зеленой глиной ТМ можно расположить в такой ряд: свинец > медь > цинк > кадмий > хром > марганец > никель > кобальт.
Следующим этапом исследования было изучение поглотительной способности зеленой глины по отношению к смеси токсичных элементов. В ходе эксперимента варьировали массовую концентрацию глины (10, 20, 40 и 80%), которую вводили в раствор, содержащий смесь указанных тяжелых металлов в соотношениях, соответствующих их реальной концентрации в шлаке (табл. 2).

Содержание подвижных форм тяжелых металлов, мг/г

Элемент	РЬ	Zn	Cd	Си	Ni	Со	Сг	Мп
Шлак	230	1250	3,8	66,0	16,8	1,2	20,0	200
Глина	6,0	0,8	0,5	1,0	0,5	0,2	0,2	2,1

Предварительно определили содержание подвижных форм тяжелых металлов в самой глине. Результаты исследования, приведенные в табл. 2, позволяют утверждать, что данный сорбент является экологически безопасным и не может служить дополнительным источником поступления ТМ в окружающую среду, так как их содержание в глине незначительно.
Результаты определения поглотительной способности зеленой глины по отношению к многокомпонентной системе, содержащей смесь ТМ, представлены в табл. 3.

Степень поглощения зеленой глиной металлов из многокомпонентной смеси, %

Из данных табл. 3 видно, что зеленая глина способна поглощать из поликомпонентной смеси все изученные металлы, при этом увеличение навески глины способствует более полному поглощению каждого металла из раствора.
Регрессионный анализ результатов эксперимента показал, что зависимость количества поглощенного металла (y, %) от массовой доли глины (х, %) носит экспоненциальный характер и описывается уравнениями вида y(x) = 100 (1 - e^-kt):
— для тяжелых металлов I класса опасности:

Исходя из полученных коэффициентов уравнений k, можно сделать вывод, что из поликомпонентной смеси зеленая глина наиболее интенсивно поглощает тяжелые металлы П класса опасности. При этом по мере убывания степени поглощения из многокомпонентной смеси тяжелые металлы можно расположить в таком порядке: хром > медь > свинец > марганец > кобальт > цинк > никель > кадмий.
Таким образом, результаты проведенного эксперимента свидетельствуют о наличии у зеленой глины Никопольского месторождения марганцевых руд высокой поглотительной способности по отношению к подвижным формам тяжелых металлов, что позволяет рекомендовать ее использование в качестве высокоэффективного сорбента в природоохранных целях и, в частности, для обезвреживания промышленных отходов, содержащих тяжелые металлы, в том числе шлаков мусоросжигательных заводов.

Kroik A. A., Dnepropetrovsk National University, Dnepropetrovsk, Ukraine Lapitskiy V. N., Borisovskaya E. A., National Mining University, Dnepropetrovsk, Ukraine

The paper discusses the options for reducing the industrial waste toxicity with the use of natural sorbents. The absorbing ability of green clay to the heavy metals has been examined and feasibility of green clay use for reducing the industrial waste toxicity has been demonstrated.

Кроик Анна Аркадьевна, д. геол. н., зав. лабораторией геоэкологии, Днепропетровский национальный университет, просп. К. Маркса, 36, Днепропетровск, 49044, Украина. Тел. (0562) 45-51-26

Лапицкий Виктор Николаевич, к. т. н., с. н. с, доц., кафедра экологии, Национальный горный университет, просп. К. Маркса, 19, Днепропетровск, 49027, Украина. Тел. (056) 744-61-93, факс (056) 744-62-11. E-mail: ecogorndogrambler.ru

Борисовская Елена Александровна, ассистент, кафедра экологии, Национальный горный университет, просп. К. Маркса, 19, Днепропетровск, 49027, Украина. Тел. (056) 744-61-93, факс (056) 744-62-11. E-mail: ecogorndogrambler.ru

Элемент	Массовая доля глины, %
Элемент	10	20	40	80
Pb	44,4	66,7	95,8	100,0
Zn	28,0	55,6	77,9	94,7
Cd	22,9	46,2	71,0	86,7
Cu	55,2	83,7	98,2	99,7
Co	30,0	55,0	81,7	100,0
Ni	20,0	49,9	76,9	92,9
Cr	100,0	100,0	100,0	100,0
Mn	48,0	62,0	79,4	90,0