Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

3.3.4. Критерии элюата

Особую роль при проведении оценки возможности размещения отходов на полигонах (например, бытовых отходов, остаточных продуктов сгорания, продуктов механико-биологической обработки отходов, осадков сточных вод) или их использования в качестве вторичных строительных материалов (например, при строительстве дорог) играет вопрос: «Существует ли вероятность загрязнения грунтовых вод содержащимися в отходах веществами». Опасные вещества могут раствориться при контакте с дождевой или грунтовой водой и проникнуть в более глубокие слои почвы. С грунтовыми водами они могут переноситься на большие расстояния и, в конечном итоге, попасть на водозаборные сооружения или в поверхностные водоемы.

Для моделирования процесса выщелачивания опасных веществ в масштабе лаборатории был разработан метод элюирования. При этом к исследуемой пробе добавляют жидкость, элюент. В большинстве случаев суспензии из пробы и элюента смешиваются встряхиванием. Однако бывает, что элюент пропускают через пробу.

Выполнить поставленную задачу без затруднений не просто, так как чем проще и короче опыт с использованием элюента, тем меньше число различных факторов, существующих в реальных условиях и которые необходимо учесть или смоделировать в лабораторных условиях.

К проведению элюирования предъявляются следующие требования:

● оптимальные количественные данные об органических и неорганических водорастворимых ингредиентах, чтобы оценить ожидаемые выбросы из отходов;

● по возможности простое, недорогое и быстрое проведение процесса элюирования.

Большое влияние на поведение отходов при выщелачивании при реальных условиях оказывают [39]:

● Длительность элюирования:

Чем дольше время контакта, тем сильнее процесс выщелачивания, особенно при кинетически замедленных реакциях и маленькой поверхности передачи вещества.

● Поверхность передачи вещества:

Увеличение поверхности (например путем измельчения пробы) приводит к более высоким коэффициентам диффузии, и значит к большему выщелачиванию.

● Соотношение: твёрдое вещество/вода:

Увеличение приводит к большей величине выщелачивания, но и к уменьшению концентрации.

● Значение pH:

Сильное влияние на растворимость/выщелачиваемость тяжёлых металлов (pH 4–5: высокая растворимость почти всех экологически значимых металлов, pH 9–11: образование малорастворимых гидроксидов металлов, которые имитируют низкую выщелачиваемость, pH > 11: высокая растворимость амфотерных металлов, таких как Zn, Pb).

● Окислительно-восстановительный потенциал:

Получаемая степень окисления элементов и соединений обуславливает значительные различия в способности к растворению.

● Интеграция в матрицу вещества:

Установление равновесия, которое зависит от температуры, рН среды, окислительно-восстановительных реакций и др. факторов, также влияет на растворимость (например, сорбционное/десорбционное равновесие).

● Буферность:

Происходит в зависимости от состава вещества (способность нейтрализовать кислоты) и от значения pH элюента, под влиянием растворимости тяжелых металлов.

● Микробиологическая активность:

Вызывает перестройку веществ и при этом более высокую растворимость в воде, оказывая влияние на pH окружающей среды и окислительно-восстановительные реакции.

Выщелачивание вредных веществ из отходов в конечном итоге является отображением всех биологических, химических и физических реакций, протекающих в природе. Большое значение имеют площадь поверхности вещества, вступающего в реакцию, и время контакта с элюентом. Главную роль при мобилизации и выщелачивании тяжелых металлов играют такие показатели как уровень pH и окислительно-восстановительный потенциал. При исследовании полигонов для бытовых отходов одним из главных показателей считается микробиологическая активность.

В Германии действует единый способ определения выщелачивания водой (DEV-S4), описанный в Немецких промышленных нормах DIN 38414. Он применяется для оценки возможности размещения бытовых отходов на полигонах (TASi), для определения присутствия в твердых или шламообразных материалах водорастворимых веществ и для оценки загрязнения почв, грунтов и строительных отходов. Провести данный эксперимент можно довольно быстро (время элюирования 24 часа), а затраты на лабораторную технику и подготовку проб невелики (проба, как правило, исследуется в исходном состоянии, а в качестве элюента используется дистиллированная вода). Так как данный метод используется сравнительно часто, результаты, полученные в ходе данного опыта, можно легко сопоставить друг с другом. А вот соответствие условий лабораторных исследования отходов, отправляющихся на захоронение реалиям полигона ТКО довольно условное, что и отражено в табл. 3.14 [40].

Таблица 3.14

Условия метода элюирования DEV S4 и в районе размещения полигона

 

Метод элюирования
по стандарту
DIN 38 414 (DEV S4)

Район размещение полигона

Значение pH

в большинстве случаев pH = 7–9

в кислой среде pH = 4,
далее = 7

Окислительно-восстановительный потенциал

> 0

< 0

Элюирующее вещество

Дистиллированная вода

Дождевая вода, с увеличением минерализации (просачивающаяся вода)

Соотношение:

твёрдое вещество:вода

1:10

Различно, обычно гораздо меньше, чем 1:10

Температура

Комнатная температура

до 70 °C

Микробиологическая активность

не существует

Процессы аэробного
и анаэробного расщепления

Из-за этого в преамбуле к Немецким промышленным нормам (DIN) дано указание, что степень опасности материалов (уже захороненных или отправляемых на полигон) не может определяться одними только показателями, полученными при исследовании с использованием элюента. Для реальной оценки отходов в США, европейских странах и Германии были разработаны и разрабатываются до сих пор различные способы исследования выщелачивания веществ.

Материалы

Используются следующие материалы:

● широкогорлая стеклянная бутылка, номинальным объемом 2000 мл;

● прибор для встряхивания и циркуляции;

● дистиллированная вода.

Проведение эксперимента

Навеска исходной пробы для элюирования должна быть такой, чтобы в ней находилось 100 г сухого вещества. Элюирование проводится при комнатной температуре в бутылке с широким горлышком. Бутылку медленно поворачивают над головой или встряхивают так, что проба продолжает оставаться в движении, но препятствует дальнейшему измельчению, к примеру, путем истирания. Длительность элюирования – 24 часа. После окончания процесса нерастворённый осадок отделяется фильтрацией или центрифугированием.

Фильтрация/центрифугирование

Под фильтрацией понимается отделение твердых частиц от газового или жидкого потока с помощью материалов для фильтрации, которая является проницаемой для газа или жидкости, но непроницаема для твердых частиц больше определенного размера. К материалам для фильтрации относятся, например, экраны, мембраны или ткань. Очищенная жидкость называется фильтратом. Фильтрация является предпосылкой для дальнейших химических анализов. Перед фильтрацией образцы центрифугируют, чтобы достичь первого разделения твердых и жидких компонентов.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074