Сапропеле-угольный рекультивант и сорбент тяжелых металлов в карьерах

Маардусский рудник ПО «Эстонфосфорит». г. Таллинн

Центр по сапропелю

Перед Лабораторией рекультивации нарушенных горными работами земель была поставлена задача уменьшение содержания тяжелых металлов, нефтепродуктов и радионуклидов в отвальных породах фосфоритного карьера ПО «Эстонфосфорит». Карьер расположен на границе г. Таллинн, примыкает к жилым кварталам Маарду. Рекультивируемые земли после добычи фосфорита открытым способом подлежат сдаче под лесопосадки, парковую зону, луговые выпасы скота, сенокосы. Это значит, что к отвальным территориям карьера предъявляются повышенные требования по содержанию в слагаемых их поверхностных породах тяжелых металлов и радионуклидов природного происхождения и привнесенных в результате транспортно-добычных работ нефтепродуктов.

\ \

За основу в решении проблемы Центром по сапропелю был предложен двухкомпонентный сапропеле-угольный рекультивант в сыпучем мелко- гранулированном виде. Сапропель добывался непосредственно рядом с карьером на озере Маарду, приготавливался в цеху предприятия, а активированный гранулированный уголь марки АГ-3 в готовом виде завозился вагонами на промплощадку лаборатории. Компоненты определенного грансостава (сапропель 0-4 мм, уголь 2-4 мм) в пропорции 1:10 смешивались механическим путем образуя сапропеле-угольный почвообразующий рекультивант. В рекультивант добавлялись семена растений, поглощающих при росте тяжелые металлы и радионуклиды. Смесь погружалась на БЕЛАЗы, вывозилась на отвалы карьера и ровным слоем (150-300 мм) бульдозером ровнялась по его поверхности. Обычно, данный вид работ проводился перед дождливыми днями. При отсутствии дождя рекультивируемая площадь горного отвала обильно увлажнялась поливальными машинами.

\

Рис. 1. Цех приготовления сапропеле-угольного рекультиванта

Сапропель озера Маарду – это коллоидные отложения содержащие не менее 30% органического вещества, а также неорганические биогенные и проносимые водой компоненты. Данная масса добывалась шнеково-винтовым земснарядом, частично обезвоживалась и при влажности 65-70% гранулировалась, сушилась при T*С = 1050-1100 градусов в течение 20-22 часов. Остаточная влажность сапропеля составляла 18-20%, размер гранул 0-4 мм.

Гранулированный активный уголь АГ-3 (уголь АГ-3) ГОСТ 20464-75. Его получают в виде гранул из каменноугольной пыли и связующих веществ методом обработки водяным паром при температуре 850 – 950° C. Благодаря развитой структуре как микро-, так и макропор, уголь активный АГ-3 является универсальным для адсорбции различных органических соединений из жидких и газовых сред. Впервые уголь АГ-3 Центром по сапропелю был применен в качестве составного компонента почвенного сорбирующего рекультиванта. Обычно он используется в качестве фильтрующе-сорбирующей загрузки в адсорберах и фильтрах. Высокая механическая прочность угля активного АГ-3 позволяет работать с ним погрузочно-транспортным средствам, бульдозерам на отвалах, выравнивать и планировать его по площадям, обеспечивая тем самым высокий ресурс работы.

Исходные показатели по тяжелым металлам и нефтезагрязнителям в отвалах до проведения работ: НП (нефтепродукты) – 1.99 мг/л, Pb – 0.66, Cu – 1.12, Zn – 1,11. Показатели содержания загрязнителей в исследуемых отвальных почвах через 20 дней после обильного увлажнения: НП – 0.19 мг/л, Pb – 0.16, Cu – 0.32, Zn – 0,12. Показатели исследуемых загрязнителей отвальных почв после созревания сорбирующей в себе растительности и уборки ее с карьерных отвалов: НП – 0.03 мг/л, Pb – 0.06, Cu – 0.02, Zn – не обнаружено.

Исходя из полученных данных после первого вегетационного периода можно сделать вывод о том: - что после увлажнения отвальных пород с нанесенными на них слоем сапропеле-угольного рекультиванта начинается интенсивная сорбция нефтесодержащих продуктов и тяжелых металлов из пород в сапропеле-угольный слой, - произрастающая на сапропеле-угольном рекультиванте растительность с самого начала развития усваивает в себя тяжелые металлы и НП, - при благоприятных условиях достаточно одного весенне-летнего сезона (вегетационного периода), чтобы из отвальных пород карьера сорбировать практически все исследуемые тяжелые металлы и НП.

Скошенная растительность впитавшая в себе загрязнители вывозится на полигон и утилизируется известными способами.

При значительном содержании НП и тяжелых металлов в отвальных породах их сезонная сорбция растениями из сапропеле-угольного рекультиванта может быть недостаточной. Процесс повторяется на следующий год, пока не будут достигнуты ПДК.

Емкостные свойства сорбирующего рекультиванта определялась по формуле (РосГео 08-002-98)

СОЕ =\ , мг/г,

Где g – масса сухого сорбирующего рекультиванта, г; V – объем воды, приливаемой к сорбирующему рекультиванту, л; Сисх – концентрация загрязнителя в исходной увлажненной породе отвала, мг/л; Сравн – равновесная (остаточная) концентрация в фильтрате, мг/л.

Степень извлечения загрязнителя из увлажненной отвальной породы определяется по формуле:

Ε = \100 %.

Как показали натурные опыты на отвалах карьера ПО «Эстонфосфорит», сапропеле-угольный рекультивант поглощает из увлажненных пород НП и тяжелые металлы при одновременном присутствии в его массе значительного объема загрязнителя. Нефтепродукты удаляются из насыщенного рекультиванта разложением их в последующем Дестройлом. Процесс разложения можно начинать уже при 73-75% насыщения при исходном содержании в пределах 30 мг/л. При этом емкость сапропеле-угольного рекультиванта в отношении этого загрязнителя равна 0,12 мг/г. Суммарный показатель СОЕ по трем металлам у предложенного сапропеле-угольного рекультиванта равен 3,82 мг/г. Из трех присутствующих в рекультиванте металлов наибольшая емкость в отношении ионов цинка. 1 г сапропеле-угольного рекультиванта способен поглотить 2,25 мг этого металла. Степень извлечения цинка из отвальных пород при исходной концентрации 474 мг/л равна 85%. Показатель сорбции по меди следующий: СОЕ сапропеле-угольной смеси – 0,88 мг/г, что соответствует степени извлечения 96% при исходном содержании 168 мг/л. Свинец поглощается сапропеле-угольным рекультивантом 0,76 мг на 1 г. Концентрация этого элемента уменьшилась на 90% при начальных 143 мг/л.

Определение СОЕ сапропеля в отношении НП, содержащихся в массе отвальных пород, и ионов тяжелых металлов, мг/г.

Условия проведения натурного эксперимента: V = 0,1 л; вес сорбирующего рекультиванта = 18 г; время контакта – 22 ч.

Минимальная доза сорбирующего сапропеле-угольного рекультиванта определяется по формуле (СНИП 2. 04.03 – 85)

Дмин =\ , г/л;

Где Сисх – концентрация вещества в исходной отвальной породе, мг/л;

Сост – остаточная концентрация в отвалах, мг/л;

К – коэффициент исчерпания емкости сорбирующего рекультиванта, принимается равным 0,6 – 0,8;

СОЕ – статическая обменная емкость сапропеле-угольного рекультиванта, определенная экспериментально, мг/г.

\

Определение минимальной дозы компонентов сапропеле-угольного рекультиванта, г/л

1 тонна сапропеле-угольного рекультиванта, приготовленная как 1:10 из угля марки АГ–3 и сапропеля оз. Маарду, обеспечивает требуемую степень очистки отвальных пород от нефтепродуктов, свинца, меди, цинка на площади в 10 м² . Такие площади карьерных отвалов можно использовать для сенокосов, выпаса скота, выращивания фруктовых и ягодных культур, посадки леса.

• Сапропеле-угольный рекультивант для сорбции тяжелых металлов из горных отвалов.pdf
• Сапропеле-угольный рекультивант для сорбции тяжелых металлов из горных отвалов.doc