Извлечение ионов тяжелых металлов из аэробно стабилизированных осадков и осадков иловых площадок биологических очистных сооружений

Объект – аэробно стабилизированный осадок биологической очистки сточных вод с влажностью 90% и осадок иловых площадок сроком хранения 1 год с влажностью 75%. Цель – предложить теоретическое обоснование процессов и практические рекомендации метода очистки осадков от тяжелых металлов, основанного на смещении равновесия обратимых процессов связывания металлов соединениями аэробно стабилизированного осадка и осадка иловых площадок при введении в системы различных по природе соединений, обеспечивающего минимизацию воздействия тяжелых металлов на природную среду. Использованы методы рационального химического анализа, атомно-абсорбционной спектрометрии, УФ-спектроскопии, ИК-спектроскопии. Введены новые закономерности в кинетику взаимодействия тяжелых металлов с соединениями осадков. Предложен механизм трансформации соединений тяжелых металлов в многокомпонентных сложных системах при введении растворимых и труднорастворимых соединений кальция. Разработаны методологические подходы снижения содержания тяжелых металлов в аэробно стабилизированных осадках и осадках иловых площадок биологических очистных сооружений, основанные на смещении химических равновесий при взаимодействии тяжелых металлов с соединениями, входящими в состав осадков, что обусловлено введением труднорастворимых соединений кальция. Впервые установлено, что основная доля ионов Cu(II), Pb(II), Co(II) и Ni(II) связывается с органическими веществами осадков по механизму комплексообразования, а ионов Cr(III) и Zn(II) соосаждается по механизмам адсорбции и окклюзии на гидроксидах Fe(III) и Mn(IV), карбонатах Ca(II) и Mg(II); установлены основные формы тяжелых металлов, извлекаемые из соединений твердой фазы аэробно стабилизированного осадка и осадка иловых площадок после обработки осадков различными по природе соединениями; для оценки возможности извлечения тяжелых металлов из комплексных соединений с органическими веществами осадков определены концентрационные константы устойчивости ионов Cu(II) и Mn(II) со смесью аминокислот (глицин, аспарагиновая кислота, аргинин) и со смесью аминокислот в присутствии углеводов (глюкоза, мальтоза, декстрин). Результатом исследования явились разработанные практические рекомендации по очистке осадков от тяжелых металлов до остаточного уровня их содержания, не превышающего установленные нормативы для осадков (ГОСТ Р 54534-2011 и ГОСТ Р 54651-2011), разрешенных к использованию в качестве удобрений и почвогрунтов для биологической рекультивации нарушенных земель, направленные на снижение экологического ущерба от захоронения загрязнённых тяжёлыми металлами осадков на иловых площадках (полигонах).