У C.В. Азопков *, И.А. Бражник , М.С. Чернов
реклама
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 8 УДК 624.131 C.В. Азопков *, И.А. Бражник 1, М.С. Чернов 2 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, корп. 1 1 ЗАО Инженерно-экологический центр «ИНЖЭКО ЦЕНТР», Москва, Россия 2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия * e-mail: [email protected] ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОСТРОЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ГЛИНИСТОГО ЭКРАНА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ФИЛЬТРАТА ТБО Изучено микростроение глинистых грунтов, модифицированных неорганическими добавками. Показано изменение микростроения глинистого композита под воздействием фильтрата твердых бытовых отходов (ТБО). Обнаружено образование биоконтактов с минеральной частью глинистого композита в результате жизнедеятельности бактерий и грибов. Ключевые слова: фильтрат ТБО, микростроение, глинистый экран. В настоящее время высокие темпы урбанизации приводят к необходимости складирования и захоронения огромного количества отходов жизнедеятельности населения. Возникает необходимость строительства различного рода полигонов захоронения отходов. Традиционно для этих целей применяются противофильтрационные защитные экраны из глинистых грунтов. В результате воздействия фильтрата твердых бытовых отходов (ТБО) на глинистые грунты происходят изменения их строения, состава и свойств. Проведенные ранее исследования [1, 2] показали перспективность использования модифицированной неорганическими добавками глины при фильтрации свинеци кадмий содержащих растворов. Исследуемая модифицированная глина представляла собой отобранный в Одинцовском районе Московской области природный глинистый грунт (покровный суглинок prQIII) с добавками активированного угля, извести, фосфатов и алюмокремниевого флокулянта-коагулянта (АКФК). В качестве бактерицида использовали полигексаметагуанидин-гидрохлорид (ПГМГ), закрепленный на нижнем слое глинистого грунта. Минеральный состав исходного природного глинистого грунта (%): 89,5 кварц; 3,3 микроклин; 3,2 альбит; 2,5 смекит; 1,5 каолинит с хлоритом; следы иллита. Модифицирующие добавки от веса сухого глинистого грунта составляли: известь 2%, фосфат натрия 9%, активированный уголь 5%, АКФК 2%, ПГМГ 2%. Исходная влажность композита составляла 23%. Эксперименты по изучению изменений микростроения грунта под воздействием фильтрующего раствора, содержащего органические соединения и тяжелые металлы, проводили на реальном фильтрате действующего полигона ТБО. Фильтрат ТБО имел следующий состав: органический углерод 1 г/л, цинк 2,5 мг/л, железо 0,7 мг/л, свинец 0,15 мг/л, медь 0,04 мг/л, кадмий 0,0003 мг/л, pH 9,3. Обсемененность фильтрата ТБО составляла: бактерии 50·106 кл/мл, грибы 17·106 кл/мл. Изучение фильтрационных свойств модифицированного грунта проводили в режиме непрерывной фильтрации на лабораторном фильтрационном стенде. Для этого в фильтрационную колонну загружали грунт с модифицирующими добавками (общая масса 10 г) и пропускали через него фильтрат ТБО под давлением 3 атм. Фильтрат ТБО пропускали через модифицированный глинистый композит до тех пор, пока не будет израсходована его динамическая сорбционная емкость. После окончания фильтрации глинистый композит извлекали из фильтрационной колонки, определяли его физические характеристики, а из средней части вырезали образец для изучения микростроения с помощью сканирующего растрового электронного микроскопа (РЭМ) («LEO 1450 VP» фирмы «CARL ZEISS»). Исследования проводили в лаборатории грунтоведения кафедры инженерной и экологической геологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова под руководством к.г.-м.н. М.С. Чернова. Пробу грунта готовили таким образом, чтобы сохранить его естественную структуру микростроения. Для этого применялся метод вакуумной морозной сушки. После окончания эксперимента по пропусканию фильтрата ТБО глинистый грунт сохранил матричную сцементированную микроструктуру с блочной микротекстурой (рис. 1). На фотографии видно, как на покрывающем всю поверхность цементирующем геле, в результате синерезиса и взаимодействия с фильтрующим раствором, образовались трещины и каналы. Трещины в основном приурочены к границам песчаных зерен и микроагрегатам глинистых частиц (рис. 2). По этим трещинам и каналам и происходит фильтрация раствора. Измеренная в конце эксперимента влажность композита достигла почти 29%. 71 Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 8 Рис. 1. Микростроение глинистого композита после фильтрации раствора ТБО, увеличение в 1000 раз Рис. 2. Трещины и каналы фильтрации в глинистом композите, увеличение в 8000 раз 15·104 кл/мл, грибы 8·105 кл/мл. Значительное количество бактерий и грибов были задержаны глинистым экраном. На фотографии отчетливо видны биогенные структурные связи (биоконтакты) грибов с минеральной частью композита (рис. 3). В результате взаимодействия с фильтратом ТБО в слое глинистого композита обнаружены колонии грибов (рис. 3, 4). После пропускания через слой модифицированного глинистого композита фильтрата обсемененность ТБО составила: бактерии Рис. 3. Колонии грибов и биоконтакты в глинистом композите, увеличение в 5000 раз 72 Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 8 Рис. 4. Колонии грибов в глинистом композите, увеличение в 20000 раз Исследования показали, что при взаимодействии с фильтратом ТБО микростроение глинистого композита изменяется – образуются трещины и каналы фильтрации, в результате жизнедеятельности бактерий и грибов в грунте появляются биогенные структурные связи. Такие изменения, безусловно, будут оказывать влияние на физические, физико- химические и сорбционные свойства защитного глинистого экрана. При проведении исследований применялось оборудование, полученное в рамках реализации Программы развития МГУ имени М.В. Ломоносова. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 1408-31751 мол_а. Азопков Сергей Валерьевич студент 5 курса кафедры промышленной экологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва Бражник Иван Александрович кандидат геолого-минералогических наук, ведущий специалист-геолог ЗАО Инженерно-экологический центр «ИНЖЭКО ЦЕНТР», Россия, Москва Чернов Михаил Сергеевич кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник кафедры инженерной и экологической геологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, Россия, Москва Литература 1. Бражник И.А. Влияние модифицирующих добавок на увеличение сорбционной ёмкости глинистых грунтов : дис. … канд. геолого-минер. наук: 25.00.08 / И.А. Бражник; Моск. гос. ун-т. – М., 2007. – 203 с. 2. Тимашева Н.А., Бражник И.А., Боронова А.О, Азопков С.В. / Исследование сорбционных свойств модифицированной глины для очистки растворов, содержащих свинец // Водоочистка. 2013. № 2, С. 16-21 Azopkov Sergey Valer’evich *, Brazhnik Ivan Aleksandrovich 1, Chernov Michail Sergeevich 2 D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. 1 Joint-Stock Company Engineering and Ecological Center “ENGECO CENTER”, Moscow, Russia 2 M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia * e-mail: [email protected] CHANGE IN MICROSCOPIC STRUCTURE OF PROTECTIVE CLAY SCREEN AS A RESULT OF MUNICIPAL SOLID WASTE (MSW) FILTRATE EFFECT Abstract Microscopic structure of clay soils modified with inorganic additives was investigated. Change in microscopic structure of clay composite was shown as a result of municipal solid waste (MSO) filtrate effect. It was discovered that due to the activity of bacteria and fungi biocontacts with mineral part of clay soil composite are formed. Key words: filtrate MSW, microscopic structure, clay screen. 73
