Диссертация (Прогнозная оценка продолжительности восстановления загрязненного торфяного массива для строительно-хозяйственного освоения), страница 9

Очищение верхнего 50 см-го деятельного слоя болота проис-54ходит за счет всех трех названных факторов. Однако на глубине более 50 см основнымфактором уменьшения концентрации поллютантов, по нашему мнению, является разбавление и вынос грунтовыми водами. Поглощение поллютантов болотными растениями здесь практически не происходит, так как корни растений расположены в поверхностных горизонтах - на глубине 20 - 30 см [84]. Влияние деструкции органическихполлютантов микроорганизмами (бактериями и грибами) также очень мало, в связи стем что численность жизнеспособных микробных сообществ уменьшается с глубиной[77, 279] и скорость биоразложения значительно замедляется из-за низкой среднегодовой температуры основной толщи болота (порядка 2 - 4 0С) [92].

Поэтому превалирующим фактором снижения концентрации загрязняющих веществ в торфяном массиве наглубине 0,5 м и более является вынос их грунтовыми водами.Выводы по главе 21. Результаты мониторинга на болоте Конинник, служившем в течение 50 лет местом складирования промышленных отходов и сброса сточных вод, свидетельствуют овысокой степени загрязнения поверхностных и грунтовых вод.2. Индикаторными веществами при оценке состояния природно-техногенной системы могут служить фосфаты, нефтепродукты, летучие фенолы, лигнинные веществаи аммоний солевой, концентрация которых значительно превышает ПДК, а также ХПК.В первый год мониторинга (2004 г) средняя кратность превышения концентрации этихвеществ над ПДК в грунтовых водах находилась в пределах от 7,7 (нефтепродукты) до453,3 (фенолы).3.

Расчет выноса поллютантов с болота показал, что, несмотря на то, что складирование отходов было прекращено в 2002 году, вынос загрязняющих веществ до сих порпродолжается.4. Мониторинг грунтовых вод на постах наблюдения показал, что загрязнение,наблюдаемое на всей исследуемой глубине торфяной залежи, постепенно снижается. К2017 году концентрация поллютантов на постах наблюдения, кроме фосфатов и нефтепродуктов, уменьшилась до фоновых значений.

Средняя кратность превышения ПДКполлютантов снизилась от 3,3 (аммоний солевой) до 16,8 раз (фенолы).55ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТОРФА3.1. Определение физических свойствНа исследуемом болоте отбор образцов торфа производился из шурфов и скважин. Образцы слаборазложившегося торфа верхнего слоя болота размерами не менее20×20×20 см отбирались из шурфов с глубины 0,3 - 0,8 м согласно ГОСТ 12071-2014[63], а среднеразложившегося торфа нижнего слоя болота – из скважин с глубины 2,5 6,5 м.

Транспортировка и хранение образцов осуществлялась в герметичных емкостях.Емкости с образцами до начала испытаний хранились при температуре, характерной дляторфяной залежи, +4…+5 оС.Рисунок 3.1 – Отбор образцов торфа на болоте КонинникФизические свойства торфа, определение которых велось по методикам ГОСТ5180-84 [69], ГОСТ 11306-83 [61], представлены в таблице 3.1.Значения физических свойств слаборазложившегося торфа находятся в интервале,характерном для верхового торфа Архангельской области (таблица 3.2) [120, 171].

Со-56поставление таких характеристик торфа, как влажность, плотность частиц и зольность,полученных лабораторными испытаниями и вычисленных по эмпирическим формулам(1.4), (1.6), (1.7) [42, 255], показало, что возможности их применения ограничены. Определение плотности частиц по формуле (1.6) [255] дало неприемлемые значения при степени разложения более 20% (таблица 3.2).Таблица 3.1 – Средние значения физических свойств торфаСлаборазложившийсяСреднеразложившийсяторфторфПлотность, г/см30,961,02Влажность, доли единицы9,626,92Плотность частиц, г/см31,501,52Плотность скелета, г/см30,090,13Коэффициент пористости15,710,75Зольность, %2,13,9838ПоказательСтепень разложения, %Таблица 3.2 – Экспериментальные и расчетные значенияфизических свойств верхового торфаЗначения, найденныеПоказательПлотность, г/см3Влажность, доли единицыПлотность частиц, г/см3Зольность, %По даннымпо эмпирическим формуламН.П. Коваленко,(1.4), (1.6), (1.7) [42, 255]А.Л.

Невзорова,Слаборазло-Средне-[120, 171]жившийсяразложившийсяторфторф0,84 - 1,14--6 -1414,156,931,42 - 1,651,500,651,5 - 42,14,2573.2. Определение водопроницаемости3.2.1. Испытания в компрессионно-фильтрационных приборахОпределение водопроницаемости торфа производилось на компрессионнофильтрационном приборе, конструкция которого дана на рисунке 3.2, его общий вид сзагрузочным устройством показан на рисунке 3.3.Рисунок 3.2 – Схема компрессионно-фильтрационного прибора:1 – пьезометрическая трубка; 2 – противовес; 3 – индикатор часового типа;4 – верхний отсек; 5 – поршень; 6 – образец грунта; 7 – прокладка;8 – подводящая трубка; 9 – зажим; 10 – станина; 11 – нижний отсек;12 – перфорированное днище; 13 – мерный стакан; 14, 19 – зажимной винт;15 – кольцо; 16 – груз; 17 – подвеска; 18 – отводящая трубка; 20 – шток; 21 – рычаг58Рисунок 3.3 – Общий вид компрессионно-фильтрационных приборовКорпус прибора, установленный на станине 10, представляет собой разрезной металлический цилиндр, разделенный перфорированным днищем 12 на два отсека.

Отсекискрепляются друг с другом с помощью зажимных винтов 14 и герметизируются резиновой прокладкой 7. В верхний отсек 4 помещается кольцо 15 с образцом торфа 6. В нижний отсек 11 из пьезометра 1 по трубке 8 поступает вода и равномерно распределяетсяпо всей площади образца.

Для прекращения подачи жидкости на трубке имеется зажим 9. Вода проходит через образец и сливается через отводящую трубку 18 в мерныйстакан 13.Для передачи давления на образец используют рычажный механизм. Усилие отгруза 16, расположенного на подвеске 17, передается с помощью рычага 21 через центрирующий шарик на шток 20 перфорированного поршня 5. Для измерения осадки образца используют индикатор часового типа 3, закрепленный на штоке поршня.

Фиксация штока может осуществляться винтом 19.Для испытаний из заранее отобранных монолитов торфа режущим кольцом 15вырезали образцы диаметром d = 8,7 см, высотой h = 5 см с ориентацией в вертикальноми горизонтальном направлениях [228].При сборке прибора днище 12 укладывали на нижний отсек прибора 11, сверхуустанавливали кольцо с образцом. Закрывали кольцо верхним отсеком 4 и отсеки плотно стягивали друг с другом зажимными винтами 14. Фильтрационный прибор устанавливался на станину 10, и с помощью подводящей трубки 8 к нижнему отсеку подсоединяли пьезометр 1.

Шток 20 фиксировали зажимным винтом 19. В пьезометр наливали59воду и насыщали образец водой. После этого подводящую трубку перекрывали зажимом 9. Добавляя в пьезометр воду до уровня H2, устанавливали заданное значение разности напоров выше и ниже образца ∆H H2 ‐ H1 .

Открывали зажим, определяли падение напора S за установленное время t. Коэффициент фильтрации определяли по среднему значению S, взятому по трем измерениям, по формуле [67]:(3.1)A lk  п ,A tкAп – площадь сечения пьезометра;fгдеAк – площадь сечения кольца, Aк = 60 см2;l – длина пути фильтрации, равная высоте образца, l = 5 см;t – время фильтрации, с;φ – коэффициент, определяемый по формуле    ln1 S ;H о – коэффициент перехода к условиям фильтрации при температуре 10 С оттемпературы в лаборатории (T),   0,7  0,03 T  .Оптимальная температура для существования микроорганизмов в торфе, составляет 30 - 50 0С, поэтому для снижения скорости разложения торфа испытания проводились при температуре в лаборатории 15 - 18 оС [89, 98, 133, 244, 313, 321].В связи с тем, что конструкцией прибора предусмотрена фильтрация воды тольков одном направлении - снизу вверх, для определения водопроницаемости в вертикальном и горизонтальном направлениях, то есть поперек и вдоль слоев растительных волокон торфа, из монолитов вырезались соответствующим образом ориентированные образцы (рисунок 3.4).Всего в фильтрационно-компрессионном приборе было испытано 22 образца слаборазложившегося торфа верхнего слоя болота (по 11 в каждом направлении).Проведя исследования торфа при исходной пористости, приступали к нагружению образца.

Нагрузка прикладывалась ступенями 10, 20 и 30 кПа. При каждой ступенидожидались условной стабилизации осадки и, закрепив шток 20 винтом 19, определяликоэффициент фильтрации образца.Зависимости коэффициента фильтрации торфа от приложенного на образец давления приведены на рисунке 3.5.60Рисунок 3.4 – Отбор образцов торфа верхнего слоя из монолита:11 – в вертикальном направлении;2 – в горизонтальном направлении2а12kf, м/сут1081642200б1030 p, кПа2012kf, м/сут101862420101214161820еРисунок 3.5 – Зависимости коэффициента фильтрацииот нагрузки на образец p (а) и от коэффициента пористости e (б):1 – фильтрация в горизонтальном направлении;2 – фильтрация в вертикальном направлении61Как видно из рисунка, по мере роста нагрузки на образцы, вырезанные в горизонтальном направлении, от 0 до 30 кПа произошло снижение коэффициента пористости всреднем с 15,6 до 11,4, что в свою очередь привело к уменьшению коэффициента фильтрации с 6,06 до 0,97 м/сут.