Submit an Article
Become a reviewer
Vol 267
Pages:
477-487
Download volume:

Lithification of leachate from municipal solid waste landfills with blast furnace slag

Authors:
Mariya A. Pashkevich1
Yuliya A. Kulikova2
About authors
  • 1 — Ph.D., Dr.Sci. Head of Department Empress Catherine ΙΙ Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus
  • 2 — Postgraduate Student Empress Catherine ΙΙ Saint Petersburg Mining University ▪ Orcid
Date submitted:
2024-04-22
Date accepted:
2024-06-13
Date published:
2024-07-04

Abstract

The article presents an alternative method of utilization of blast furnace slag and leachate from solid municipal waste landfills, the formation of which occurs during the infiltration of atmospheric precipitation through the thickness of deposited waste. The method is based on the conversion of leachate from the liquid phase to the solid aggregate state by lithification using blast furnace slag as an astringent material. The hydraulic activity of slag, which depends on the amount of oxides contained in it, has been estimated. The investigated slag belongs to the 3rd grade, which confirms the possibility of its use as an astringent material. The filtrate was analyzed for the content of various elements, and the maximum permissible concentrations for each element were found to be exceeded. Chemical and biological oxygen demand were determined, and critically high values were installed (17200 mgO 2 /l and 4750 mgO 2 /l, respectively). The lithification process was divided into two stages. The first stage was to reduce the organic component in the filtrate using a coagulant, aluminum sulfate; the second stage was slag hydration. The optimum ratio of lithificate components in terms of mixture solidification rate was established at 1:0.03:1.25 (leachate, coagulant, blast furnace slag). The obtained material was analyzed for the solubility and content of various forms of metal. It is established that at infiltration of atmospheric precipitations through lithificate only 3 % of material will be washed out; concentrations of gross and mobile forms of heavy metals do not exceed the maximum permissible, except for the gross content of arsenic, mobile, and water-soluble forms of which were not found. The values of chemical (687 mgO 2 /l) and biological (173 mgO 2 /l) oxygen demand in the aqueous extract from lithificate decreased more than 25 times in comparison with the initial filtrate. According to the results of toxicological studies, lithificate was assigned an IV class of waste hazard, which confirms the possibility of its use as bulk material at landfills.

Keywords:
metallurgical waste blast furnace slag municipal solid waste leachate from solid municipal waste landfills utilization of technogenic waste lithification bulk material
Go to volume 267

References

  1. Алиев А.Т., Желтенков А.В., Балдин К.В. Проблемы и потенциал развития экономики, промышленного производства и инноваций в современной России // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Экономика. 2023. № 2. С. 48-58. DOI: 1018384/2310-6646-2023-2-48-58
  2. Говорухин В.А., Кучина Е.В. Устойчивое развитие предприятий металлургической промышленности в контексте ESG-трансформации // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Экономика и менеджмент». 2023. Т. 17. № 2. С. 92-100. DOI: 10.14529/em230207
  3. Бежанов И.В. Пути развития металлургической промышленности в России // Прогрессивная экономика. 2023. № 10. С. 111-124. DOI: 10.54861/27131211_2023_10_111
  4. Игнатьева М.Н., Юрак В.В., Душин А.В., Стровский В.Е. Техногенные минеральные образования: проблемы перехода к циркулярной экономике // Горные науки и технологии. 2021. Т. 6. № 2. С. 73-89. DOI: 10.17073/2500-0632-2021-2-73-89
  5. Катунин В.В., Зиновьева Н.Г., Иванова И.М., Петракова Т.М. Основные показатели работы черной металлургии России в 2019 г. // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2020. Т. 76. № 4. С. 309-334. DOI: 10.32339/0135-5910-2020-4-309-334
  6. Скобелев Д.О., Марьев В.А., Шубов Л.Я. и др. Отходы горно-металлургической отрасли: систематизация технологических решений экологических задач. Часть I // Экологические системы и приборы. 2018. № 12. С. 29-37. DOI: 10.25791/esip.12.2018.305
  7. Riley A.L., MacDonald J.M., Burke I.T. et al. Legacy iron and steel wastes in the UK: Extent, resource potential, and management futures // Journal of Geochemical Exploration. 2020. Vol. 219. № 106630. DOI: 10.1016/j.gexplo.2020.106630
  8. Печенцов И.М. Переработка отходов металлургической промышленности для стабилизации и укрепления проблемных грунтов // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2023. Т. 20. № 4. С. 811-819. DOI: 10.20295/1815-588X-2023-4-811-819
  9. Кочешкова I.М. Зарубiжний досвiд утворення та використання доменних шлакiв // Економiчний вiсник Донбасу. 2020. № 2 (60). С. 181-186. DOI: 10.12958/1817-3772-2020-2(60)-181-186
  10. Харченко А.С., Сибагатуллина М.И., Харченко Е.О. и др. Снижение удельного расхода кокса в доменной печи воздействием на зону замедленного теплообмена // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2023. Т. 66. № 4. С. 394-402. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-4-394-402
  11. Рудко В.А., Габдулхаков Р.Р., Пягай И.Н. Научно-техническое обоснование возможности организации производства игольчатого кокса в России// Записки Горного института. 2023. Т. 263. С. 795-809.
  12. Павлов А.В., Спирин Н.А., Бегинюк В.А. и др. Анализ шлакового режима доменной плавки с использованием модельных систем поддержки принятия решений // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2022. Т. 65. № 6. С. 413-420. DOI: 10.17073/0368-0797-2022-6-413-420
  13. Бажин В.Ю., Устинова Я.В., Федоров С.Н., Шалаби М.Э.Х. Повышение энергетической эффективности руднотермических печей при плавке алюмокремниевого сырья // Записки Горного института. 2023. Т. 261. С. 384-391.
  14. Петрова Т.А., Епишина А.Д. Антикоррозионная защита трубопроводного транспорта на горно-перерабатывающих предприятиях // Обогащение руд. 2023. № 6. С. 52-58. DOI: 10.17580/or.2023.06.09
  15. Хоботова Э.Б., Игнатенко М.И., Сторчак О.Г. и др. Минеральный состав отвальных доменных шлаков // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 10. С. 774-781. DOI: 10.17073/0368-0797-2019-10-774-781
  16. Сахапова Т.С., Баранова К.О., Хуснутдинов М.И., Тихонов В.А. Методы обращения с отходами на предприятии: внедрение системы управления по обращению отходами // Горная промышленность. 2021. № 5. С. 94-98. DOI: 10.30686/1609-9192-2021-5-94-98
  17. Чукаева М.А., Матвеева В.А., Сверчков И.П. Комплексная переработка высокоуглеродистых золошлаковых отходов // Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 97-104. DOI: 10.31897/PMI.2022.5
  18. Oge M., Ozkan D., Celik M.B. et al. An Overview of Utilization of Blast Furnace and Steelmaking Slag in Various Applications // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 11. Part 1. P. 516-525. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.01.023
  19. Ahmad J., Kontoleon K.J., Majdi A. et al. A Comprehensive Review on the Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBS) in Concrete Production // Sustainability. 2022. Vol. 14. Iss. 14. № 8783. DOI: 10.3390/su14148783
  20. Еремеева А.М., Ильяшенко И.С., Коршунов Г.И. Возможность применения биодобавок к топливу на горнодобывающих предприятиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 10-1. С. 39-49. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_101_0_39
  21. Шаповалов Д.А., Холин Р.Н., Скоробогатова У.Е. Моделирование и оценка загрязнения грунтовых и поверхностных вод фильтратом полигона твердых бытовых отходов // International Agricultural Journal. 2021. Т. 64. № 2. С. 8-19. DOI: 10.24411/2588-0209-2021-10305
  22. Сарапулова Г.И. Геохимический подход в оценке воздействия техногенных объектов на почвы // Записки Горного института. 2020. Т. 243. С. 388-392. DOI: 10.31897/PMI.2020.3.388
  23. Matveeva V.A., Alekseenko V.A., Karthe D., Puzanov A.V. Manganese Pollution in Mining-Influenced Rivers and Lakes: Current State and Forecast under Climate Change in the Russian Arctic // Water. 2022. Vol. 14. Iss. 7. № 1091. DOI: 10.3390/w14071091
  24. Милютина Н.О., Политаева Н.А., Зеленковский П.С. и др. Анализ методов очистки фильтрата полигонов твердых коммунальных отходов // Вестник Евразийской науки. 2020. Т. 12. № 3. 11 с. DOI: 10.15862/03NZVN320
  25. Притужалова О.А., Жованик И.А. Анализ изученности свалочного фильтрата на российских полигонах твердых коммунальных отходов // Вестник Удмуртского университета. Серия Биология. Науки о Земле. 2024. Т. 33. № 4. С. 413-426. DOI: 10.35634/2412-9518-2023-33-4-413-426
  26. Hao Zhang, Zehua Ji, Yuxin Zeng, Yuansheng Pei. Solidification/stabilization of landfill leachate concentrate contaminants using solid alkali-activated geopolymers with a high liquid solid ratio and fixing rate // Chemosphere. 2022. Vol. 288. Part 2. № 132495. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.132495
  27. Язев А.В., Милютина Н.О., Аверьянова Н.А. и др. Литификация фильтрата полигонов ТКО как способ его утилизации // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. № 6. С. 36-41. DOI: 10.18412/1816-0395-2020-6-36-41
  28. Патент № 2807336 РФ. Способ получения инертного грунта / В.А.Матвеева, И.М.Валиулин, М.А.Чукаева, Ю.Д.Смирнов. Опубл. 14.11.2023. Бюл. № 32.
  29. Пономаренко М.Р., Кутепов Ю.И. Использование типизации горнотехнических объектов для обоснования деформационного мониторинга открытых горных разработок // Известия Уральского государственного горного университета. 2020. Т. 4 (60). С. 115-122. DOI: 10.21440/2307-2091-2020-4-115-122
  30. Sverchkov I.P., Gembitskaya I.M., Povarov V.G., Chukaeva M.A. Method of reference samples preparation for X-ray fluorescence analysis // Talanta. 2023. Vol. 252. № 123820. DOI: 10.1016/j.talanta.2022.123820
  31. Панова В.Ф., Панов С.А., Камбалина И.В. Заполнитель и цемент на основе вторичных минеральных ресурсов // Вестник Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема. 2016. № 1 (22). С. 72-77.
  32. Talapaneni T., Chaturvedi V. Proposing a suitable slag composition by estimating the fusion behavior, viscosity and desulphurization ability for blast furnaces running with high alumina // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 67. Part 4. P. 558-565. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.07.452
  33. Низина Т.А., Балыков А.С., Коровкин Д.И. и др. Оценка физико-химической эффективности минеральных добавок различного состава в цементных системах // Эксперт: теория и практика. 2021. № 5 (14). С. 41-47. DOI: 10.51608/26867818_2021_5_41
  34. Блинов П.А., Шаньшеров А.В., Черемшанцев Д.М. и др. Анализ и выбор тампонажной смеси, устойчивой к динамическим нагрузкам, с целью повышения качества герметичности крепи в затрубном пространстве // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333. № 11. С. 115-123. DOI: 10.18799/24131830/2022/11/3726
  35. Ашихмина Т.В., Каверина Н.В., Куприенко П.С. Анализ негативных экологических последствий эксплуатации полигона твердых коммунальных отходов г. Воронежа на разных этапах его жизненного цикла // Региональные геосистемы. 2020. Т. 44. № 3. С. 343-358. DOI: 10.18413/2712-7443-2020-44-3-343-358
  36. Красавцева Е.А., Жилкин Б.О., Макаров Д.В. и др. Очистка сточных вод ООО «Ловозерский ГОК» от ионов фтора методом химической коагуляции // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2020. № 17. С. 297-301. DOI: 10.31241/FNS.2020.17.056
  37. Петрова Т.А., Рудзиш Э. Рекультивация техногенно-нарушенных земель с применением осадков сточных вод в качестве мелиорантов // Записки Горного института. 2021. Т. 251. С. 767-776. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.16
  38. Петров Д.С., Данилов А.С. Гидрохимическая характеристика и экологическое состояние водных экосистем в зоне влияния предприятия по производству минеральных удобрений // Горный журнал. 2023. № 9. С. 83-88. DOI: 10.17580/gzh.2023.09.12
  39. Москояни Т.Д., Власенко В.П. Рекультивация земель, нарушенных бытовыми отходами / Современные проблемы и перспективы развития земельно-имущественных отношений. Сборник статей по материалам V Всероссийской научно-практической конференции, 20 апреля 2023, Краснодар, Россия. Краснодар: Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т.Трубилина, 2023. С. 316-322.
  40. Шумилова Л.В., Хатькова А.Н., Размахнин К.К., Номоконова Т.Г. Применение наилучших доступных технологий для повышения экологической безопасности при утилизации золошлаковых отходов // Вестник Забайкальского государственного университета. 2022. Т. 28. № 8. С. 23-34. DOI: 10.21209/2227-9245-2022-28-8-23-34
  41. Пашкевич М.А., Патокин Д.А. Направления использования нитроцеллюлозосодержащих отходов химической промышленности на объектах минерально-сырьевого комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 9-1. С. 215-230. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_215
  42. Юрак В.В., Усманов А.И. Восстановление нарушенных земель в горных экосистемах // Устойчивое развитие горных территорий. 2023. Т. 15. № 4. С. 901-911. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-4-901-911

Similar articles

Anomaly detection in wastewater treatment process for cyber resilience risks evaluation
2024 Evgeniya S. Novikova, Elena V. Fedorchenko, Marat A. Bukhtiyarov, Igor B. Saenko
Acid mine water treatment using neutralizer with adsorbent material
2024 Pablo Espinoza Tumialán, Nelida Tantavilca Martinez, Clara Barreto Hinostroza, Del Piero R. Arana Ruedas
Comprehensive utilization of urban wastewater sludge with production of technogenic soil
2024 Marina V. Bykova, Dmitrii M. Malyukhin, Dmitrii O. Nagornov, Arina A. Duka
Organotin pollutants in emerging coastal-marine sediments of the Kaliningrad shelf, Baltic Sea
2024 Zoya A. Zhakovskaya, Galina I. Kukhareva, Polina V. Bash, Daria V. Ryabchuk, Alexander Yu. Sergeev
Assessment of the efficiency of acid mine drainage purification (using the example of copper-pyrite mines in the Middle Urals)
2024 Lyudmila S. Rybnikova, Petr A. Rybnikov, Vera Yu. Navolokina
Preparation and use of complex titanium-containing coagulant from quartz-leucoxene concentrate
2024 Evgeniy N. Kuzin