Какие направления развития Росийской науки Вы считаете наиболее перспективными

Перспективы использования искусственных геохимических барьеров на основе алюмосиликатных гелей для защиты подземных вод от загрязнения

Одним из важнейших источников загрязнения окружающей среды является промышленное производство, сопряженное с образованием значительных количеств твердых и жидких отходов, складирование которых обычно осуществляется на относительно небольших по площади участках открытой местности без предварительной иммобилизации загрязняющих веществ. В процессе эксплуатации мест складирования отходов происходит инфильтрация растворов, обогащенных токсичными соединениями, через грунтовую толщу, что приводит к загрязнению подземных вод, которые традиционно считаются [1] наиболее стабильным и высококачественным ресурсом хозяйственно-питьевого водоснабжения. В связи с этим, возникает необходимость предотвращения распространения загрязнителей из мест захоронения промышленных отходов в подземные водоносные горизонты.

В целях локализации загрязнения и снижения скоростей его рассеивания в окружающей среде применяются различные приемы, с одной стороны, направленные на улучшение физико-механических свойств грунтов зоны аэрации путем уменьшения их водопроницаемости, а, с другой стороны, приводящие к химической иммобилизации загрязняющих веществ в процессе инфильтрации. Весьма перспективным технологическим решением данной проблемы является создание защитных экранов на основе алюмосиликатных гелей, получаемых при смешении растворов силиката натрия, сульфата алюминия и щавелевой кислоты. Было установлено [2–5, 7], что, кроме противофильтрационных свойств, алюмосиликатные гели обладают высокой сорбционной способностью в отношении ряда токсичных микроэлементов, в частности, тяжелых металлов (Cu, Zn, Cd, Co, Ni, Fe, Mn) и некоторых радионуклидов (Cs-137). Это позволяет использовать щавелево-алюмосиликатные гелеобразующие смеси не только при мелиоративных работах по снижению проницаемости и закреплению природных грунтов, но и при создании искусственных геохимических барьеров, препятствующих проникновению антропогенных загрязнений в подземные воды. В настоящей работе приведены результаты изучения поглотительной способности алюмосиликатных гелей в отношении урана(VI) и стронция, для которых экспериментальные данные отсутствуют.

Методика экспериментов

Использовавшийся в экспериментах алюмосиликатный гель был приготовлен по стандартной методике [3, 5] путем смешения раствора силиката натрия плотностью 1.19 г/см3 и комплексного отвердителя, содержащего 50 г/л сульфата алюминия () и такое же количество щавелевой кислоты (). Взаимодействие силиката натрия с комплексным отвердителем сопровождается образованием интермицеллярного раствора с высокими концентрациями оксалатов и сульфатов:

(1)

которые способны давать труднорастворимые соединения со многими катионами, в том числе со стронцием (термодинамические произведения растворимости () SrC2O4 и SrSO4 равны соответственно 1.6 и 3.2 ´ 10-7 при 25 °С [6]). Оксалаты урана(VI) растворимы достаточно хорошо (= 2.0 ´ 10-4 при 25 °С [6]), поэтому возможностью их образования можно пренебречь.

В процессе эксплуатации алюмосиликатных гелевых экранов происходит достаточно быстрый диффузионный вынос растворенных компонентов в окружающую среду, и в иммобилизации загрязняющих веществ решающую роль играет твердая фаза. В связи с этим, основное внимание в наших экспериментах уделялось изучению сорбционных свойств чистого алюмосиликатного геля, отмытого от интермицеллярного раствора многократной декантацией дистиллированной водой до отсутствия качественной реакции на с барием. Конечное содержание воды в геле, определенное высушиванием при 110 °С, составляло 90 %.

Эксперименты по изучению сорбции урана(VI) проводились с растворами, содержащими 1.8–7.2 мкМ уранил-ионов и 0.09 М KCl в качестве фонового электролита, при фиксированном весовом отношении гель : раствор, равном 1 : 22 или 1 : 220 в пересчете на сухое вещество геля. Опыты состояли из четырех серий, различающихся по величине рН, которая варьировалась в диапазоне от 8.1 до 9.1 путем добавления небольших количеств боратных буферных растворов с переменным соотношением буры и борной кислоты (табл. 1). Чтобы проанализировать возможное влияние растворенных карбонатов, с которыми уранил-ионы способны образовывать прочные комплексы, половина растворов в каждой серии экспериментов содержала 4.55 мМ NaHCO3.

1 2 3 4 5 6 7 8