Автореферат диссертации (1141599), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Приувеличении нагрузки с 0 до 30 кПа kВ уменьшился в 6,4 раза до 0,5 м/сут, а kГ в 5,5 разадо 1,1 м/сут. Зависимость коэффициента фильтрации торфа от давления описываетсяуравнением:10k k e , bpf0(1)где k0 – коэффициент фильтрации неуплотненного торфа;e – основание натурального логарифма;p – давление на образец, кПа;b – коэффициент, равный 0,061 при вертикальной фильтрации и 0,058 - при движенииводы в горизонтальном направлении вдоль слоев.Использованный метод определения водопроницаемости не в полной мерепригоден для испытаний торфа.

Во-первых, испытание образцов небольшого размераприводит к существенному разбросу данных из-за неоднородности торфа и наличиякрупных пор, корней растений и т.п. Во-вторых, при изучении горизонтальнойфильтрации движение воды и нагрузка на образец действуют в одном направлении –вдоль слоев, что не соответствует схеме фильтрации и деформирования торфянойзалежи.Для повышения достоверности получаемых результатов нами быласконструирована и изготовлена фильтрационная установка, состоящая изфильтрационного прибора, стенда управления, устройства для подачи воды изагрузочного приспособления (рисунок 3).абРисунок 3 – Компрессионно-фильтрационная установка:а – схема, б – общий вид; 1 – корпус стенда; 2 – регулирующие краны;3 – выпускная трубка; 4 – мерный цилиндр; 5 – станина; 6 – фильтрационный прибор;7 – загрузочная рама; 8 – груз; 9 – входной штуцер; 10 – краны подачи воды;11 – соединительный шланг; 12 – напорный бак; 13 – штанга11Фильтрационный прибор (рисунок 4) состоит из кубического корпуса,вмещающегообразецненарушеннойструктурыразмером15х15х15 см,перфорированных днища и поршня.Две противоположных стенкикорпусаявляютсятакжеперфорированными, и внутри нихимеютсягоризонтальныеизолированные друг от друга каналы,которые могут соединяться с напорнымбаком или трубкой для сброса воды.Каждыйизканаловснабженотдельнымкраном.Конструкцияприборапозволяетопределятькоэффициентфильтрациипридвижении воды в вертикальном игоризонтальном направлениях, в томчисле послойно и при любой,изменяющейсявходеРисунок 4 – Схема фильтрационногокомпрессионного сжатия торфа высотеприбора:образца.1 – шток; 2 – кран для выпуска воздуха;Коэффициентыфильтрации3 – стенка; 4 – перфорированный поршень;неуплотненного торфа в вертикальном5 – горизонтальный канал;и горизонтальном направлениях в6 – штуцер; 7 – днищесреднем составили: kВ = 4,6 м/сут,kГ = 21,6 м/сут.При увеличении нагрузки с 0 до 30 кПа значение kВ уменьшилось в 7,6 раза до0,6 м/сут, а kГ – в 8,3 раза до 2,6 м/сут (рисунок 5).

Зависимости коэффициентовфильтрации торфа от давления описываются степенным уравнением (1) с показателемстепени b = 0,065 при вертикальной фильтрации и b = 0,07 при горизонтальнойфильтрации.k30f,м/сут25201511025001020p, 30кПаРисунок 5 – Зависимость коэффициента фильтрации от нагрузки на образец:1 – фильтрация в горизонтальном направлении;2 – фильтрация в вертикальном направлении12Коэффициенты фильтрации, определенные на втором приборе, оказались вышезначений, полученных на первом приборе, – в 1,4 раза для вертикальной фильтрации и3,5 раза для горизонтальной фильтрации.

Причиной служит сохранение природнойтекстуры торфа при подготовке образца и загрузке прибора.Коэффициент фильтрации неуплотненного среднеразложившегося торфа нижнегослоя болота составил 0,32 м/сут и при увеличении нагрузки с 0 до 30 кПа значениеуменьшилось до 0,1 м/сут. Зависимость коэффициента фильтрации торфа от давленияописывается уравнением (1) с показателем степени b=0,041. Исследуемый торфобладает однородной структурой и не является анизотропным грунтом.В связи с тем что среди контролируемых в ходе мониторинга поллютантовнаибольшее превышение ПДК в грунтовой воде зафиксировано у летучих фенолов,содержание которых отнесено к основным показателям при оценке экологическойобстановки территории, и процессы их сорбции торфом мало исследованы, вдиссертационной работе определялась сорбция–десорбция торфом фенола и гваякола,как типичных представителей одноатомных фенолов.Исследования выполнялись на установке, включающей гильзу диаметром 50 мм,разделенную двумя пористыми дисками на три камеры: рабочую и две торцевых.

Длинарабочей камеры, в которой размещается образец торфа, может изменяться от 2 до 15 см.Жидкость к образцу подается из наливного бака через напорный бак с поплавковымзатвором. Профильтровавшаяся жидкость отводится по шлангу в мерный цилиндр.Перед проведением испытаний образцы торфа подвергались пробоподготовкеэтанолом.

Подготовленный торф помещали в рабочую камеру установки, уплотняя дозначений коэффициента пористости, характерных для исследуемой торфяной залежи.Опыты проводились в три этапа. Первый этап – фильтрация дистиллированнойводы через образец для удаления остатков этилового спирта. Второй этап – фильтрациядвухкомпонентного модельного раствора фенола и гваякола. Концентрация фенола игваякола принималась 10 мг/л (в соотношении 50/50). Третий этап – фильтрациядистиллированной воды для вымывания модельного раствора из образца.В течение опыта регистрировали объем профильтровавшейся жидкости и черезопределенные интервалы времени (5 - 90 минут) отбирали пробы фильтрата.

Для всехотобранных проб проводили записи электронных спектров поглощения вультрафиолетовой области на спектрофотометре СФ-2000. Для каждого этапаэксперимента строили графики зависимости приведенной оптической плотностифильтрата Dпр от объема фильтрата ω, рассчитанного на 1 г сухого вещества образцаторфа (рисунок 6).Анализ результатов показал, что фенол и гваякол непрочно связываются твердойфазой торфа и полностью вымываются из образца фильтрующейся через него водой.Для определения интенсивности выноса загрязняющих веществ из торфа на той жеустановке проводились испытания образцов торфа, отобранных на болоте Конинник сглубины 1 - 3 м.

Через образцы пропускали дистиллированную воду, периодическиотбирали пробы фильтрата и проводили химический анализ на содержание тех жезагрязнителей, которые определялись в процессе мониторинга.131Dпр0,80,60,40,2001000этап №12000этап №230004000ω, 5000мл/гэтап №3Рисунок 6 – Зависимости приведенной оптической плотности от объема фильтратаПо результатам опытов получены зависимости снижения удельной концентрацииполлютантов от расхода воды:C a b ,(2)С0где ∆С – снижение концентрации поллютанта в фильтрате, мг/л;С0 – начальная концентрация поллютанта в фильтрате, мг/л;ω – расход воды в литрах на 1 г образца;a, b – параметры, зависящие от вида поллютанта (таблица 2).Наибольшей скоростью вымывания характеризуются аммоний солевой, фосфаты илигнинные вещества.

Для полного вымывания этих поллютантов необходимопрофильтровать объем воды порядка 1,2 л на 1 г твердой фазы торфа. У нефтепродуктови фенолов этот процесс протекает медленнее. Путем экстраполяции данных можноопределить, что для полного вымывания фенолов потребуется 3,8 л/г, а длянефтепродуктов – 11 л/г.ПоллютантФенолыНефтепродуктыАммоний солевойФосфатыЛигнинные веществаТаблица 2 – Параметры уравнения (2)Параметр уравненияa0,670,550,970,970,94b0,300,250,100,140,09В главе 4 «Оценка скорости самоочищения болота» приведены результатычисленного моделирования гидрогеологического режима болота и предложен метод14прогноза продолжительности выноса поллютантов с загрязненного торфяного массивадо состояния, допускающего хозяйственное освоение территории.В главеобосновывается 4-е положение, выносимое на защиту.Численное моделирование болота Конинник выполнялось в программномкомплексе «PLAXIS 3D», позволяющем учитывать основные гидрогеологическиепоказатели (коэффициенты фильтрации в горизонтальном и вертикальномнаправлениях, гидравлический уклон), а также количество выпадающих осадков.Исходные параметры торфа (коэффициент пористости, удельный вес, модульдеформации) принимались по результатам лабораторных испытаний, коэффициентыфильтрации в горизонтальном и вертикальном направлениях взяты по результатамопределения водопроницаемости на приборе собственной конструкции.Рельеф поверхности болота и глубина торфа задавались по данным инженерногеодезических и инженерно-геологических изысканий.

Приток атмосферных осадков вмодели принимался по данным гидрометеостанции г. Онега за вычетом испаряемости.В качестве расчетной модели грунта была использована модель Мора-Кулона.Модель разбивалась на 15-узловые элементы с размером сторон не более 1,5 м.Границы модели задавались полностью водонепроницаемыми, за исключениемповерхности болота и северной торцевой плоскости (места стока поверхностных вод сболота).По результатам моделирования был сформирован фильтрационный потокгрунтовых вод, позволяющий определять направление и скорость движения воды влюбой точке болотного массива.В связи с тем что уменьшение концентрации загрязняющих веществ в торфяноммассиве происходит за счет инфильтрации дождевых и талых вод и выноса ихгрунтовыми водами, а значит, зависит от скорости движения грунтовых вод и времени,применив уравнение (2) к торфяному массиву, получим:C a b  a  t   a b  t b  kt b ,bС0(3)где ΔС – снижение концентрации поллютанта, мг/л, C  С0  С ;С0 – начальная концентрация поллютанта, мг/л;ν – скорость движения грунтовых вод, м/год;t – время наблюдения, год.После преобразований получаем:C  С0 1 ktb(4)Анализ данных мониторинга показал, что зависимость концентрации поллютантовот времени может быть выражена уравнением (4) с показателем степени b, полученнымв ходе лабораторных испытаний по промывке загрязненного торфа.Расчетные кривые, построенные с использованием уравнения (4), показалидостаточную сходимость результатов с данными мониторинга (R = 0,75÷0,94)(рисунок 7).

Характеристики

Список файлов диссертации