Lithification of leachate from municipal solid waste landfills with blast furnace slag
- 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
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 mgO2/l and 4750 mgO2/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 mgO2/l) and biological (173 mgO2/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.
References
- 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
- 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
- Бежанов И.В. Пути развития металлургической промышленности в России // Прогрессивная экономика. 2023. № 10. С. 111-124. DOI: 10.54861/27131211_2023_10_111
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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