CC BY
42
УДК 502.5/.8:66.08:546.59
1 12 3
У.С. Никулина , С.В. Чижевская , Н.А. Науменко , С.Ю. Гладков , В.С.Дьяков4
1 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
2 ОАО «Инженерный центр ядерных контейнеров», Москва, Россия
3 ООО «Экон-МТ», Москва, Россия
4 Высокотехнологический научно-исследовательский институт им. акад. А.А. Бочвара, Москва, Россия
ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ГРУНТОВ АНТРОПОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ РТУТЬЮ, С ПОМОЩЬЮ ГИДРОКЛАССИФИКАЦИИ
Установлена принципиальная возможность очистки техногенных грунтов, загрязненных ртутью, с помощью гидроклассификации. Большая часть ртути концентрируется в глинистой фракции (35% масс.), подлежащей обязательной утилизации. Высказаны предположения о причинах получения недостоверной информации об объектах исследования
Possibility of decontamination of soils containing mercury using hydroclassification method is determined. The greater part of mercury concentrates in the clay fraction (35 mass.%) which will be obligatory utilized. The reasons of getting unreliable information about objects of research were discussed.
Химическое загрязнение, захламление, механическое нарушение земель и низкие темпы их рекультивации - актуальные экологические проблемы городского землепользования. Особую проблему представляет загрязнение территорий ртутью. В настоящее время в окрестностях российских действующих или выведенных из строя предприятий по производству хлорвинила, изотопов лития, красителей, хлорно-щелочных, целлюлозно-бумажных, электроламповых, приборостроительных заводов, предприятий цветной металлургии имеются интенсивные зоны ртутного загрязнения [1].
В зарубежных странах для рекультивации почв и грунтов применяют физические, химические, термические способы и их сочетания. При этом загрязненные почвы и грунты могут обрабатываться как после их механического изъятия (ex-situ), так и непосредственно на месте загрязнения (in situ) [2]. В России проблемы очистки и восстановления загрязненных ртутью грунтов находятся в стадии изучения.
В ОАО «ВНИИНМ им. академика А.А. Бочвара» разработана технология очистки грунтов антропогенного происхождения от
137 90
радионуклидов Cs, Sr с помощью пульсационной колонны гидроклассификации [3]. Благодаря способности радионуклидов концентрироваться в мелких фракциях (суглинистых, глинистых), удалось селективно выделить их из перерабатываемой массы материала. Было
137 90
установлено, что 80% радионуклидов ( Cs и Sr) концентрируется в мелких фракциях, массовая доля которых не превышает 20%. Основываясь на этих закономерностях и учитывая склонность ртути концентрироваться в
глинах, представляло интерес изучить возможность фракционирования в процессе гидроклассификации грунтов, загрязненных ртутью, а, следовательно, их очистки. Удаление загрязненной мелкой фракции путем вывоза в специализированные хранилища или на перерабатывающие заводы позволяет использовать оставшуюся часть грунта, например, при дорожном строительстве.
Методическая часть. Отбор, упаковку, транспортирование, хранение образцов грунтов проводили в соответствии с ГОСТ 12071-2000. Ситовой анализ грунтов осуществляли согласно ГОСТ 12536-79 с помощью вибропривода ВП - С/220 (ООО «ВИБРОТЕХНИК»). Гранулометрический состав образцов устанавливали с помощью лазерного дифракционного микроанализатора Analysette-22 «Economy» (Fritsch). Морфологические особенности зерен в различных фракциях изучали с помощью оптической микроскопии. Определение концентрации паров ртути в воздухе, в воде и в образцах грунта проводили по методикам, разработанным ООО «НПЭФ»ЭкОН» [4].
Экспериментальная часть. Исходный грунт, будучи антропогенного происхождения (рис. 1), представлял собой смесь песка, глины, растительных остатков, а также большого количества строительного мусора (куски бетона, обломки кирпичей, металлические элементы, стекло). Средняя концентрация ртути в грунте (~93 мг/кг) в 45 раз превышала значение ПДКнё для почв (2,1 мг/кг).
Рис. 1. Образцы исходного грунта
В процессе гидроклассификации грунта были выделены 5 фракций:
• крупнокусковая (с размером фрагментов более 5 мм, 10 мм, 100
мм); • песковая (со средним размером зерен, ё50 = 300 мкм);
• промежуточная песковая (ё50 = 250 мкм);
• глинистая (ё50 = 60 мкм);
• растительные остатки.
Как и ожидалось, до 85% всей ртути оказалось сконцентрированным во фракциях, массовая доля которых не превышала 35%. Средняя концентрация ртути в остальных фракциях (65% масс.) не превышала 15 мг/кг, что в 2,2 раза меньше максимального значения допустимого уровня содержания ее по одному из четырех показателей вредности - Ктах
(33,3 мг/кг) [5,6]. Согласно [5], такие почвы могут быть использованы для заполнения (засыпки) котлованов с перекрытием их слоем чистого грунта не менее 0,5 м. Самая загрязненная глинистая фракция подлежит вывозу и утилизации на специализированных полигонах, например, ЗАО НПП «Кубаньцветмет».
Проблемы изучения объектов исследования. Исходный грунт и некоторые выделенные в процессе гидроклассификации фракции, в частности, крупнокусковая и растительные остатки представляли собой весьма неоднородный материал (Рис. 2), гомогенизация и получение представительных средних проб которого являлись сложной задачей. Это неизбежно сказывалось на результатах определения в них концентрации ртути и фракционного состава образцов. Так, при работе с крупнокусковой (+100 мм) фракцией было обнаружено, что наибольшая часть ртути концентрируется в объектах искусственного происхождения (кирпичах, кусках бетона, фрагментах металлоконструкций и т.п.). Кроме того, было установлено отсутствие корреляции между концентрацией ртути в исходном грунте и парах ртути над его поверхностью.
А Б
Рис. 2. Образцы крупнокусковой (+100) фракции (А) и растительных остатков (Б)
Ситовой анализ исходного грунта показал несовпадение данных «сухого» и «мокрого» рассевов. С помощью оптической микроскопии удалось установить наличие в образцах прочных агрегатов, которые могут быть дезинтегрированы только в воде (Рис. 3,4).
Рис. 3. Морфология зерен Песковой фракции (+140-200 мм)
Рис. 4. Морфология зерен Песковой фракции (+200-250 мм)
По мнению авторов, основными причинами, влияющими на расхождение концентраций ртути в параллельных пробах объектов исследования (природные и искусственные компоненты исходного грунта), являются:
трудности отбора представительной средней пробы грунтов, содержащих большое количество растительности, металлических элементов, арматуры, кирпичей, стекла, слепков бетона и т.п.;
присутствие в объектах исследования наряду с металлической ртутью других ее форм (амальгам, неорганических и органических соединений);
Несовпадение результатов по содержанию ртути в различных фракциях может быть связано и с многостадийным характером методик определения ртути в объектах работы. В частности, на результаты измерения могут влиять такие операции пробоподготовки, как измельчение и сушка образцов.
Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о том, что установлена принципиальная возможность использования опытной установки гидроклассификации для фракционирования (очистки) загрязненных ртутью почвогрунтов антропогенного происхождения. На основании аналитической информации и данных о гранулометрическом составе, морфологии компонентов грунта и выделенных фракций высказаны предположения о причинах получения недостоверной информации об объектах исследования.
Библиографический список:
1. Ртуть в биосфере: эколого-геохимические аспекты. Материалы Межд. симп. М.: ГЕОХИ РАН, 2010. С. 445-449.
2. Там же, С. 466-471.
3. Любимов В.К., Науменко Н.А., Поляков А.С. и др. Способ очистки грунта и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2108174. 1998 г.
4. МУК 4.1.1461-1472-03. Атомно-абсорбционное определение ртути в
объектах окружающей среды и биологических материалах: Сборник методических указаний. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора
Минздрава России, 2004. 59 с.
5. СанПиН 2.1.7.1287-03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы.
6. МУ 2.1.7.730-99. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест.
