Диссертация (Прогнозная оценка продолжительности восстановления загрязненного торфяного массива для строительно-хозяйственного освоения)

Федеральное государственное автономное образовательное учреждениевысшего образования «Северный (Арктический) федеральныйуниверситет имени М.В. Ломоносова»На правах рукописиТЕЛЬМИНОВ ИЛЬЯ ВАЛЕНТИНОВИЧПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯЗАГРЯЗНЕННОГО ТОРФЯНОГО МАССИВАДЛЯ СТРОИТЕЛЬНО-ХОЗЯЙСТВЕННОГО ОСВОЕНИЯ25.00.36 – Геоэкология (строительство и ЖКХ)Диссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорНевзоров Александр ЛеонидовичАрхангельск - 20182ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................................4 ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР .................................................................................10 1.1.

Типы природно-техногенных систем ..............................................................................10 1.2. Практика и последствия размещения отходов на заболоченных территориях ...........11 1.3. Методы проведения мониторинга и моделирования миграции загрязнений ..............15 1.4. Анализ данных по физическим свойствам торфа и методов их определения.............17 1.5. Анализ исследований водопроницаемости торфа и способов ее определения ...........22 1.6. Анализ исследований сорбционных свойств торфа .......................................................28 Выводы по главе 1 ....................................................................................................................30 ГЛАВА 2.

МОНИТОРИНГ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ.................................................32 2.1. Характеристика объекта исследования – болота Конинник .........................................33 2.2. Организация мониторинга болота Конинник .................................................................38 2.3. Результаты мониторинга ...................................................................................................43 2.3.1. Определение фоновых показателей ..............................................................................43 2.3.2.

Расчет водного баланса болота......................................................................................45 2.3.3. Поверхностные воды ......................................................................................................46 2.3.4. Расчет выноса поллютантов с болота ...........................................................................47 2.3.5. Грунтовые воды ..............................................................................................................51 Выводы по главе 2 ....................................................................................................................54 ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТОРФА ........................................................55 3.1.

Определение физических свойств ....................................................................................55 3.2. Определение водопроницаемости ....................................................................................57 33.2.1. Испытания в компрессионно-фильтрационных приборах .........................................57 3.2.2. Испытания на специально сконструированной установке .........................................65 3.3. Определение сорбционных и десорбционных свойств торфа ......................................80 3.4.

Изучение интенсивности выноса поллютантов из загрязненного торфа.....................87 Выводы по главе 3 ....................................................................................................................90 ГЛАВА 4. ОЦЕНКА СКОРОСТИ САМООЧИЩЕНИЯ БОЛОТА .....................................91 4.1. Численное моделирование гидрогеологического режима объекта исследования ......91 4.2.

Прогноз продолжительности самоочищения болота .....................................................97 4.3. Метод прогноза продолжительности выноса поллютантов из загрязненноготорфяного массива ..................................................................................................................103 Выводы по главе 4 ..................................................................................................................104 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................................................................105 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................................................108 4ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследованияОдним из последствий урбанизации и хозяйственной деятельности человека является формирование из промышленных и бытовых отходов техногенных массивов, оказывающих негативное воздействие на все компоненты природной среды.

Специфической особенностью Европейского Севера является весьма распространенная практикаразмещения их на болотах, занимающих до 20% территории и считающихся бросовымиземлями. Более того, болота использовали в качестве вторичных отстойников или биологических прудов для доочистки сточных вод небольших населенных пунктов и предприятий.

Благодаря высокой пористости и водопроницаемости торфа поллютанты распространялись по всей торфяной залежи и мигрировали в водоемы.До сих пор у различных исследователей нет единого мнения о том, какие процессы превалируют в торфе после прекращения сброса отходов, их изоляции или утилизации, а именно, фиксируются ли загрязняющие вещества в торфяной залежи за счетсорбции растительными остатками и продуктами их разложения (твердой фазой) илиимеет место самоочищение болота благодаря инфильтрации атмосферных осадков ивыносу поллютантов грунтовыми водами. При этом стационарные наблюдения выполнялись в окрестностях действующих свалок и выпусков сточных вод, то есть в условияхпостоянного поступления поллютантов.Определение возможности и сроков восстановления нарушенных территорий иоценки перспектив их строительно-хозяйственного освоения возможно лишь по результатам длительного мониторинга за состоянием торфяного массива с так называемыми«старыми техногенными нагрузками».Таким образом, исследование состояния природно-техногенной системы (ПТС),сформировавшейся в результате размещения отходов хозяйственной деятельности человека на болоте, с целью создания научно обоснованного метода прогноза интенсивностивыноса поллютантов из торфяного массива грунтовыми водами и оценки возможности и5определения сроков начала строительно-хозяйственного освоения нарушенной территории является актуальным.Тема диссертационной работы соответствует паспорту специальности 25.00.36Геоэкология (строительство и ЖКХ), пункт 5.6: «Природная среда и ее изменения подвлиянием урбанизации строительной и хозяйственной деятельности человека: загрязнение почв, горных пород, поверхностных и подземных вод, возникновение и развитиеопасных природных и техноприродных процессов.

Характеристика, оценка состояния иуправление современными ландшафтами» и пункт 5.10: «Геоэкологические аспектыприродно-техногенных (в т.ч. строительных) систем. Мониторинг их состояния».Степень разработанности темы исследованияПроблематике, связанной с оценкой состояния и восстановления природнотехногенных систем, сформировавшихся в результате складирования твердых бытовыхотходов, а также деятельности предприятий горнодобывающей, нефтяной и газовойпромышленности посвящены работы Ф.Ф.

Брюханя, А.М. Гальперина, М.В. Графкиной,И.М. Евграфовой, В.И. Осипова, В.Г. Офрихтера, А.Д. Потапова, В.И. Сметанина,Д.Ю. Ступина,В.И. Теличенко,О.В. Тупициной,К.Л. Чертеса,Е.В. Щербины,И.К. Яжлева и др. ученых.Анализ литературных источников показал, что практика складирования отходов ивыпуска сточных вод на заболоченные территории является весьма распространенной.Загрязнение болот и процессы их восстановления изучались Н.П. Ахметьевой,А.Ю. Беляевым,Р.Г.

Джамаловым,А.А. Зубайдуллиным,Л.В. Карпенко,К.И. Лопатиной, А.П. Носаль, А.Ю. Опекуновым, В.В. Пановым, Т.М. Потаповой,О.Г. Савичевой, В.И. Суворовым, М.А. Торопиным и др. В ряде работ обосновываетсяиспользование болот в системе очистки хозяйственно-бытовых сточных вод.Исследованиям сорбции загрязняющих веществ торфом посвящены работыР.Ф. Абдрахманова,Т.П. АлексеевойН.П. Ахметьевой,И.И Волковой,М.А. Глазовской,Е.Э.

Езупенок,Л.В. Карпенко,Т.Я. Кашинской,Е.Е. Ляпиной,А.М. Межибор,А.Э. Овсепян,Я.В. Пащенко,Т.И. Бурмистровой,А.В. Жуйковой,Л.К. Мамаевой,Т.А. Подворко,Е.Г. Захаровой,С.Г Маслова,Л.И. Разворотневой,И.А. Тябова Н.В. Чухаревой. Л.И. Шабаровой, H.J. Bavor, G.L. BrulandM.P. Kangsepp,M. Koiv, F. Winde и др. Обзор работ указанных авторов показал, что основное внимание в них уделялось сорбционным свойствам торфа по отношению к неорганическим6веществам, нефти и нефтепродуктам, тогда как проблемы, связанные с десорбцией загрязняющих веществ, прочности их связи с органическим веществом торфа, исследованы недостаточно.Цель диссертационной работы. Создание научно обоснованного метода прогноза изменения во времени состояния природно-техногенной системы, сформировавшейсяв результате размещения отходов хозяйственной деятельности человека на болоте, и еговерификация по данным длительного мониторинга для оценки возможности и сроковстроительно-хозяйственного освоения территории.В соответствии с поставленной целью были сформулированы и решены следующие задачи:- анализ существующих подходов к оценке состояния природно-техногенной си-стем, сформировавшихся в результате складирования промышленных и бытовых отходов на заболоченной территории, и обобщение экспериментальных данных по динамикевосстановления загрязненного торфяного массива;- исследование интенсивности и продолжительности выноса поллютантов из за-грязненного торфяного массива грунтовыми водами путем проведения длительного мониторинга;- разработкаметода и проведение лабораторных исследований сорбции-десорбции торфом поллютантов, характерных для изучаемой природно-техногенной системы, а также водопроницаемости торфа с учетом его фильтрационной анизотропии;- разработка метода прогноза продолжительности выноса поллютантов из торфя-ного массива на основе численного моделирования гидрогеологического режима болотадля оценки пригодности территории к строительно-хозяйственному освоению.Научная новизна работы состоит в следующем:1.