Опыт применения интеграционной минерально-матричной технологии в переработке отсева смешанных бытовых отходов на полигоне

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНТЕГРАЦИОННОЙ МИНЕРАЛЬНО-МАТРИЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ В ПЕРЕРАБОТКЕ ОТСЕВА СМЕШАННЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА ПОЛИГОНЕ

А.Д. Мерзлякова, И.И. Подлипский

Аннотация

В статье рассматривается технология переработки первичного отсева механической сортировки твердых бытовых отходов с помощью применения интеграционной минерально-матричной технологии (ИММ-технологии). Дано описание основ технологии и процесса формирования создаваемой искусственной минеральной матрицы. Описан метод заготовки грунта укрепленного техногенного и дальнейшего применения. Рассмотрены различные по составу рецептуры его приготовления и соотношения компонентов. Наибольшее внимание уделено анализу способности различных элементов к стабилизации внутри образцов техногенных грунтов, полученных по различным рецептурам. Приводится оценка стабилизации различных элементов с выводом оптимальной по составу рецептуры.

Ключевые слова: интеграционная минерально-матричная технология (ИММ-технология), грунт укрепленный техногенный (ГУТ), геоэкология, переработка бытовых отходов, первичный отсев мусоросортировки (ПОМ).

Abstract

This paper represents the study of the integration mineral-matrix technology applied for municipal solid waste recycling at the disposals, including in detail description of mineral matrix formation preparation, segregation and transformation of reinforced technogenic material. A few different approaches were investigated in terms of composition and stabilization ability of various elements inside technogenic samples which enable to conclude on a quantitative estimation of stabilization ability with a focus on optimum approach compound.

Key words: waste pit, treatment; recycling, reclamation, integrated mineral-matrix technology, environmental-geochemical assessment, geoecology, municipal solid waste.

минеральный матрица грунт

Введение

Проблема утилизации различных видов отходов на сегодняшний день очень актуальна. Существует несколько методов для её решения. Рассматривая химический способ обезвреживания одной из фракций механической сортировки твердых бутовых (коммунальных) отходов - первичного отсева, мы обращаемся к новой реагентной интеграционной минерально-матричной технологии, разработанной ООО «НТЦ «Технологии XXI века» и основывающейся на теории синтеза неорганических вяжущих веществ в дисперсных минеральных средах [1].

1. Основа метода переработки

Метод осуществлялся путем введения в перерабатываемую массу твёрдого бытовогоотхода вяжущего неорганических вещества (в нашем случае цемента марки М-400 и глины голубой порошковой) и минеральной комплексообразующей добавки (МКД), представляющей собой микрочастицы алюмосиликатных минералов, модифицированных ионами щелочноземельных металлов. Вследствие взаимодействия экотоксикантов и алюмосиликатов образуется новая структура, центрами которой становятся ранее токсичные элементы [2], [3]. Так как соотношение вносимых компонентов в зависимости от необходимого результата может варьироваться, наша главная цель - подобрать оптимальную по составу рецептуру, которая бы позволила беспрепятственно закреплять токсичные элементы в новообразованной структуре.

Для получения готового образца переработанного материала, который мы в дальнейшем исследовали на органолептические свойства и поведение экотоксикантов, была выбрана опытная площадка, где производилось перемешивание первичного отсева мусоросортировки (ПОМ) с компонентами (цемент, глина, МКД). Далее была осуществлена укладка с формированием техногенного массива в подготовленную деревянную опалубку. После укладки в опалубку грунт уплотнялся путем вибротромбовки. Таким образом, образуется искусственный строительный материал - ГУТ (грунт укрепленный техногенный). После набора окончательной прочности (21 день), проводился отбор образцов из массива с использованием кольца, диаметром 0,05 м (Рис. 1).

Рисунок 1. Процесс формирования ГУТа, где А - внешний вид получаемой продукции ГУТ, Б - подготовка деревянной опалубки, Г - укладка ГУТа в опалубку, Д - уплотнение путем вибротрамбовки

2. Применение грунта укрепленного техногенного

ГУТ является строительным материалом аналогичным грунтобетону и, взависимости от проектных характеристик, соответствует ГОСТ 23558-94 и МУ 2.1.674-97 «Санитарно-гигиеническая оценка стройматериалов с добавлением промышленных отходов» [4], [5]. Спектр его дальнейшего применения достаточно широк. Он может быть использован для устройства оснований нижних слоев покрытий автодорог и аэродромов, гидроизоляционных конструктивных слоев, а также механических геохимических барьеров, например, при строительстве и рекультивации полигонов промышленных или бытовых (коммунальных) отходов [6].

3. Анализ состава водных вытяжек готовых образцов ГУТ с добавлением ПОМ ТБО

Для оценки устойчивости поллютантов в новой равновесной системе, были проанализированы вытяжки из образцов трех различных по соотношению компонентов рецептур (рис. 2). Измерение концентрации веществ в элюатах производилось атомно-адсорбционным методом с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS). Отбор проб жидкой фазы проводился согласно МУ 2.1.674-97, на 1,3,7,10 и 20 сутки, для качественного и количественного определения подвижных форм основных поллютантов бытовых отходов - тяжелых металлов (Mn, Fe, Cu, Zn, Hg, Cd, Ni, Pb, Sr), а также взвешенных веществ(SS, Suspendedsoils) и нефтепродуктов (PP, Petroliumproduct). Водные вытяжки приготавливались путем выдерживания образцов в дистиллированной воде при постоянной температуре 20є [3].

Рисунок 2. Состав рецептур в процентном соотношении по компонентам

По результатам проведенного статистического анализа и визуального анализа линий регрессий изменения содержаний экотоксиканов выяснилось, что различные вещества имеют схожую динамику, что позволяет объединить их в единые группы (табл. 1, рис. 3) [7].

Таблица 1. Группировка различных экотоксикантов по сходной линии тренда увеличения концентрации

А)

Б)

В)

Рисунок 3. Динамика изменений концентраций в различных группах экотоксикантов в первой (А), второй (Б) и третей (В) рецептуре, в зависимости от состава образца ГУТ и времени его выдерживания в дистиллированной воде. Буквенные обозначения: C - концентрация поллютанта в водной пробе, мг/л.

Выводы

На основе результатов анализа водных «вытяжек» и наблюдений за устойчивостью образцов в водной среде были сделаны выводы о том, как с изменением соотношения компонентов будет изменяться степень стабильности новообразованной структуры.

Рассмотрим поведение экотоксикантов в трёх рецептурах по их трендам развития линии регрессии подробнее.

Ni и Cd. Рост линии тренда для данных элементов сначала постепенно растет, затем фиксируется резкий скачок (вторая группа второго и третьего рецепта) концентрации. Неспособность их закрепиться на минеральной матрице можно объяснить дефицитом органического вещества и слабой реакционной способностью с алюмосиликатами.

Поведение Pb в первой и второй рецептуре, в отличие от Ni и Cd, нехарактерно для его свойств. В окружающей среде хорошо взаимодействует с органическим веществом и слабо мигрирует в смежные среды, так как в нашей новообразуемой системе органического вещества было мало, можно предположить, что данный элемент взаимодействует обратимо и быстро переходит в раствор. Исключением является первая рецептура, где его поведение закономерно.

Для первой группы элементов по первому рецепту (табл. 1 - ячейка 1.1; рис. 2 А) установлена некая статичность (1-3 сутки), возможно связанная с невысоким коэффициентом фильтрации и замедленным, в связи с этим, водообменом, на 3-10 сутки -резкое повышение концентрации в растворе, и - стабилизация. Во всех трех рецептурах процесс стабилизации положительный. Стоит отметить Mn и Fe, для которых эта динамика перманентна.

Был установлен планомерный непрерывный рост (группа 3 во второй и третьей рецептуре табл. 1 - ячейка 3.2, 3.3). Для этих элементов линия регрессии с наибольшим (по модулю) значением коэффициента аппроксимации - прямая, то есть они свободно выходят как с поверхности образца, так и с его внутренней части. Закрепление не происходит. К этим элементам можно отнести, прежде всего, Sr.

Проанализировав, как меняется стабильность новообразованной структуры, можно заключить, что рецептура, в которой, стабилизируется наибольшее количество элементов - первая. Здесь наблюдается наибольшее количество МКД (10%) в процентном соотношении и наименьшее количество цемента (5%).

На основе результатов анализа водных вытяжек, можно сделать вывод об устойчивости образцов в водной среде для таких элементов и веществ, как Mn, Fe, Pb, Cu, Hg, PP, Zn, Sr. Для Ni и Cd, нефтепродуктов и взвешенных веществ данная система не позволяет занять стабильное положение в новообразованной структуре.

Библиографический список

1. Кнатько В.М. Теория синтеза неорганических вяжущих веществ в дисперсных грунтах. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1989. 92 с.

2. Кнатько В.М., Кнатько М.В., Щербакова Е.В. ИММ-технология против отходов. Искусственное воспроизводство природных процессов минералообразования- перспективное направление обезвреживания и утилизации промышленных отходов // Энергия: экономика, техника, экология. 2001. №12, с. 29-35.

3. Малышев А.А., Солодков Н.Н. Факторы, влияющие на устойчивость эколого-экономической системы. / Нива Поволжья. 2014. №1 (30), с. 129-135.

4. МУ 2.1.674-97. Санитарно-гигиеническая оценка стройматериалов с добавлением промышленных отходов. М.: Минздрав РФ, 1997.

5. Фокина З.Т., Подлесных А.И. Синергетический подход к экологизации цементного производ-ства. Вестник МГСУ. 2015. №11, с. 130-141.

6. Подлипский И.И., Пастухова В.А. Оценка эффективности переработки буровых отходов нефтегазовых скважин с помощью интегральной минерально-матричной технологии. Инженерные изыскания. 2016, №10-11, с. 52-61.

7. Иванюкович Г.А. Практикум решения задач с помощью пакета программ Statistica. / Под ред. И.М. Хайковича, В.В. Куриленко. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского университета, 2010, 204 с.