К вопросу об обезвреживании ионов свинца

УДК 502

DOI: 10.24411/1728-323X-2019-14092

К ВОПРОСУ ОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИИ ИОНОВ СВИНЦА

А. Б. Бобровник, аспирант,

М. В. Шершнева, д. т. н, проф.,

Н. А. Бабак, д. т. н, проф.,

Н. А. Шредник, аспирант,

Петербургский государственный университет

путей сообщения Императора Александра I

(ФГБОУ ВО ПГУПС),

anna.bobrovnik.92@mail.ru,

г. Санкт-Петербург, Россия

В настоящей статье рассмотрены геоэкозащит-ные свойства морской воды и сульфатной воды магниевой группы как средств для детоксикации ионов свинца в почвах. Особенности природы загрязнителя и его соединений позволили предположить, что для его обезвреживания можно использовать морскую воду и сульфатные воды магниевой группы, которые содержат анионы SO4" и Cl-. Данные природные растворы связывают ионы свинца в труднорастворимые соединения, которые могут быть аналогами природных минералов, например англезита. Обнаруженные геоэкозащитные свойства морской воды и сульфатной воды магниевой группы позволяют использовать их в ликвидационных геоэкозащитных технологических решениях. Приведены результаты исследования по подбору необходимых доз модельных растворов, содержащих MgSO4 и морскую соль для детоксикации ионов свинца в растворе с концентрацией 1 • 10-1 моль/л. Приведены результаты исследования по обезвреживанию ионов свинца с помощью инъектирования природных растворов в сыпучие контактные среды на примере песчаного грунта с фракцией зерен 0,014—1,25 мм.

The article deals with the geo-ecoprotective properties of seawater and magnesium sulphate water as agents for detoxifying lead ions in soils. The nature of the pollutant and its compounds allow us to assume that it is possible to use sea water and sulphate waters of the magnesium group, which contain anions SO4- и Cl-, for its neutralization. These natural solutions bind lead ions into sparingly soluble compounds which can be analogues of natural minerals, such as anglesite. The detected geo-ecoprotective properties of seawater and sulphate water of the magnesium group give a possibility to use them in the liquidation geo-ecoprotective technological activities. The research results of the selection of the required doses of model solutions containing MgSO4 and sea salt for detoxifying lead ions in a solution with a concentration of 1 • 10-1 mol/l have been shown in the article. The research results of the neutralization of lead ions by injecting natural solutions into loose contact environment have been shown in the article in the case study of sandy soil with a grain fraction of 0.014—1.25 mm.

Ключевые слова: ионы тяжелых металлов, ионы свинца, природные растворы, геоэкозащитные свойства, морская вода, сульфатные воды магниевой группы.

Keywords: heavy metal ions, lead ions, natural solutions, geo-ecoprotective properties, sea water, sulphate waters of the magnesium group.

Введение. На сегодняшний день осуществление строительной деятельности во многих регионах Российской Федерации затруднено экологическим контролем из-за превышения норм ПДК в почвах на объектах строительства. Среди наиболее опасных видов загрязнений почв необходимо выделить подвижные формы свинца, которые относят к первому классу опасности. В крупных городах России зафиксированы пятикратные превышения ПДК по свинцу в почве. Поэтому поиск новых средств обезвреживания ионов свинца является актуальной геоэкологической проблемой [1—7].

Основная задача заключалась в доказательстве геоэкоза-щитных свойств морской воды и природных вод сульфатного класса магниевой группы для детоксикации ионов свинца в почвах. Выбор указанных природных растворов был осуществлен с учетом их природы и природы загрязнителя.

Методы исследования. Были экспериментально подобраны модельные растворы с необходимой концентрацией MgSO4 и морской соли для нейтрализации ионов свинца из модельного раствора с концентрацией свинца 1*10-1 моль/л. По результатам исследований было определено, что достаточные дозы MgSO4 и морской соли для обезвреживания 50 мл модельного раствора РЪ(КОз)2 с концентрацией 1*10-1 моль/л составляют 35 мл.

С целью исследования возможности использования анионов SO2 и С1- для очистки сыпучих контактных сред были выбраны следующие условия модельного эксперимента:

— масса образца песчаного грунта (фракция зерен 0,014— 1,25 мм) — 100 г;

— объем РЪ(КОз)2, достаточный для обеспечения максимальной увлажненности образца песчаного грунта — 20 мл (рис. 1);

Рис. 1. Подбор достаточного объема Pb(NOз)2 для обеспечения максимальной увлажненности образца песчаного грунта

92

№ 4, 2019

Рис. 2. Образцы песчаного грунта, загрязненные нитратом свинца разных концентраций

Рис. 3. Образцы песчаного грунта, обезвреженные модельными растворами

— концентрации РЪ(КОз)2 для модельного загрязнения образцов песчаного грунта: 1-10-1— 1*10-4 моль/л;

— время высыхания в естественных условиях — 72 часа.

Для проведения эксперимента исследуемая сыпучая контактная среда — образцы песчаного грунта — была искусственно загрязнена ионами свинца: растворами РЪ(КОз)2 с концентрациями 1*10-1 моль/л, 1 • 10-2 моль/л, 1 • 10-3 моль/л, 1*10-4 моль/л. Загрязненные образцы представлены на рисунке 2.

Также было приготовлено два контрольных образца — КО № 1 и КО № 2. КО № 1 был загрязнен модельным раствором РЪ(КОз)2 с концентрацией 1*10-1 моль/л, но природный раствор, содержащий MgSO4 или морскую соль, в образец

КО № 1 впоследствии не добавлялся. КО № 1 был приготовлен для подтверждения того, что образец песчаного грунта действительно загрязнен ионами свинца. КО № 2 представлял собой чистый песок, не загрязненный ионами свинца.

В высохшие образцы инъектировали модельные растворы, перемешивали и снова давали высохнуть в течение 72 часов. Обезвреженные образцы представлены на рисунке з.

Результаты исследований. Результаты деток-сикации модельными растворами ионов свинца в песчаном грунте с различной степенью загрязненности представлены в таблице.

По данным, приведенным в таблице, видно значительное снижение концентрации ионов свинца в водной вытяжке почвы, после обработки модельными растворами, аналогичными природ-

Результаты по обезвреживанию ионов свинца модельными растворами в песчаном грунте

Концентрация ионов свинца

в растворе для загрязнения грунта, моль/л в водной вытяжке загрязненного грунта, моль/л в водной вытяжке грунта после обработки модельными растворами, моль/л

Морская соль

1-10-1 2-10-3 1,2-10-5 0,34-КГ3

1-10-2 2-10-4 1,0-10-6 1,0-10-6

1-10-3 2-10-5 <1,0-10-6 <1,0-10-6

1-10-4 2-10-6 <1,0-10-6 <1,0-10-6

№ 4, 2019

93

ным. Применение морской воды и сульфатной воды магниевой группы, содержащих С1- и SO2 , связывают ионы свинца в труднорастворимые соединения, аналогичные природным минералам (например, англезит), и поэтому могут быть рассмотрены как средства д етоксикации ионов свинца в почве.

Выводы. Обнаруженные и исследованные гео-экозащитные свойства морской воды и сульфатной воды м агниевой группы д ают основание рассматривать их как средства детоксикации ионов свинца, и позволяют создавать на их основе ликвидационные геоэкозащитные технологические решения [8—11].

Библиографический список

1. Сватовская Л. Б., Шершнева М. В., Байдарашвили М. М. Эко- и геоэкозащита природно-техногенных систем. Теория и практика. / СПб.: ПГУПС, 2016.

2. Масленникова Л. Л., Шершнева М. В., Бабак Н. А., Бухарина Д. Н. Технология утилизации осадка природных вод // Экология урбанизированных территорий. 2008. № 3. С. 82—85.

3. Сватовская Л. Б., Шершнева М. В., Русанова Е. В., Савельева М. Ю. Геоэкозащитные свойства технологических решений в транспортном строительстве от воздействия органических загрязнений // Естественные и технические науки. 2015. № 11 (89). С. 304—306.

4. Шершнева М. В. Научные основы технологий утилизации силикатсодержащих отходов / дисс. на соискание степени д.т.н. / СПб.: 2009. — 304 с.

5. Сватовская Л. Б., Шершнева М. В., Латутова М. Н., Сычева А. М., Кондратов А. А., Савельева М. Ю. Инженерно-химические основы геозащиты природно-техногенных систем // Транспортное строительство. 2012. № 12. С. 20—21.

6. Сычева А. М., Хитров А. В., Шершнева М. В., Русанова Е. В. Золопенобетон с использованием золы осадка сточных вод // Цемент и его применение. 2006. № 3. С. 64.

7. Сватовская Л. Б., Шершнева М. В., Байдарашвили М. М. и др. Геоэкозащитные свойства строительных систем на основе минеральных вяжущих / СПб.: ПГУПС, 2016.

8. Дробышев Д. И., Филатов И. П., Хитров А. В., Шершнева М. В. и др. Инженерно-химические основы получения резательных пеноавтоклавных изделий и их геозащитные свойства / СПб.: ПГУПС, 2009.

9. Сватовская Л. Б., Соловьева В. Я., Шершнева М. В., Абу-Хасан М. С., Масленникова Л. Л., Байдарашвили М. М. Инновационные естественно-научные технические решения в строительной деятельности // Перспективы будущего в образовательном процессе. Сборник тезисов национальной научно-технической конференции. 2017. С. 108—109.

10. Шершнева М. В. Фундаментальная природа гидратсодержащих твердых фаз в развитии детоксикационных технологий / Инновационные технологии в строительстве и геоэкологии. Материалы I Международной научно-практической конференции. 2014. С. 15—17.

11. Сватовская Л. Б., Якимова Н. И., Шершнева М. В., Байдарашвили М. М. Применение индикаторного метода — новое перспективное направление для выбора компонентов экозащитных систем для транспорта // Наука и техника транспорта. 2004. № 2. С. 12—17.

ON THE ISSUE OF LEAD IONS' NEUTRALIZATION

A. B. Bobrovnik, Postgraduate,

M. V. Shershneva, Ph. D. (Engineering), Dr. Habil., Professor, N. A. Babak, Ph. D. (Engineering), Dr. Habil., Professor,

N. A. Shrednik, Postgraduate. Saint Petersburg State Transport University, Department of "Engineering chemistry and science". Saint Petersburg, Russia

References

1. Svatovskaya L. B., Shershneva M. V., Baydarashvili M. M. E'ko- i geoe'kozashhita prirodno-tekhnogenny'kh sistem. Te-oriya i praktika. [Eco- and geoecoprotection of natural and man-made systems. Theory and practice]. SPb.: PGUPS, 2016. [in Russian]

2. Maslennikova L. L., Shershneva M. V., Babak N. A., Bukharina D. N. Tekhnologiya utilizaczii osadka prirodny'kh vod. [The technology of sewage sludge utilization]. E'kologiya urbanizirovanny'kh territorij. [Ecology of urban areas]. 2008. No. 3. P. 82—85. [in Russian]

3. Svatovskaya L. B., Shershneva M. V., Rusanova E. V., Savel'eva M. U. Geoe'kozashhitny'e svojstva tekhnologicheskikh reshenij v transportnom stroitel'stve ot vozdejstviya organicheskikh zagryaznenij. [Geo-ecoprotective properties of technological solutions in transport construction against the effects of organic pollution]. Estestvenny'e i tekhnicheskie nauki. [Natural and Technical Sciences]. 2015. No. 11 (89). P. 304—306. [in Russian]

4. Shershneva M. V. Nauchny'e osnovy' tekhnologij utilizaczii silikatsoderzhashhikh otkhodov [Scientific fundamentals of technologies for the utilization of silicate-containing waste]. Thesis for Doctor in Endineering. SPb.: 2009. 304 p. [in Russian]

94

№ 4,2019

5. Svatovskaya L. B., Shershneva M. V., Latutova M. N., Sycheva A. M., Kondrashov A. A., Savel'eva M. U. Inzhenerno-khim-icheskie osnovy' geozashhity' prirodno-tekhnogenny'kh system. [Engineering and chemical fundamentals of natural and man-made systems' geoprotection]. Transportnoe stroitel'stvo. [Transport construction]. 2012. No. 12. P. 20—21. [in Russian]

6. Sycheva A. M., Khitrov A. V., Shershneva M. V., Rusanova E. V. Zolopenobeton s ispol'zovaniem zoly' osadka stochny'kh vod. [The usage of ash sewage sludge for ash foam concrete]. Czement i ego primenenie. [Cement and its application]. 2006. No. 3. P. 64. [in Russian]

7. Svatovskaya L. B., Shershneva M. V., Baydarashvili M. M. et al. Geoe'kozashhitny'e svojstva stroitel'ny'kh sistem na osnove mineral'ny'kh vyazhushhikh. [Geo-ecoprotective properties of building systems based on mineral binders]. SPb., PGUPS, 2016. [in Russian]

8. Drobyshev D. I., Filatov I. P., Khitrov A. V., Shershneva M. V. et al. Inzhenerno-khimicheskie osnovy' polucheniya reza-tel'ny'kh penoavtoklavny'kh izdelij i ikh geozashhitny'e svojstva. [Engineering and chemical fundamentals of obtaining cutting foam-autoclaved products and their geo-protective properties]. SPb., PGUPS, 2009. [in Russian]

9. Svatovskaya L. B., Solov'eva V. Y., Shershneva M. V., Abu-Khasan M. S., Maslennikova L. L., Baydarashvili M. M. Inno-vaczionny'e estestvenno-nauchny'e tekhnicheskie resheniya v stroitel'noj deyatel'nosti. [Innovative scientific technical solutions in construction activities]. Perspektivy' budushhego v obrazovatelnom proczess. Sbornik tezisov naczionalnoj nauchno-tekhnicheskoj konferenczii. [Future perspectives in the educational process. Collection of abstracts of the national scientific and technical conference]. 2017. P. 108—109. [in Russian]

10. Shershneva M. V. Fundamental'naya priroda gidratsoderzhashhikh tverdy'kh faz v razvitii detoksikaczionny'kh tekhnologij. [The fundamental nature of the hydrate-containing main phases of the detoxification technologies' development]. Innovac-zionny'e tekhnologiii v stroitel'stve i geoekologii. Materialy' IMezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferenczii. [Innovative technologies in construction and geoecology. Proceedings of the I International Scientific and Practical Conference]. 2014. P. 15—17. [in Russian]

11. Svatovskaya L. B., Yakimova N. I., Shershneva M. V., Baydarashvili M. M. Primenenie indikatornogo metoda — novoe per-spektivnoe napravlenie dlya vy'bora komponentov e'kozashhitny'kh sistem dlya transporta. [The usage of the indicator method — a new promising direction for the selection of environmental protection systems' components for transport]. Nauka i tekhnika transporta. [Science and technology of transport]. 2004. No. 2. P. 12—17. [in Russian]

№ 4,2019

95