WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Томин Михаил Николаевич

ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСАДКОВ ВОДОПОДГОТОВКИ КАК ОСНОВА ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ПРИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

И ОБУСТРОЙСТВЕ ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ

Специальность 25.00.36 – «Геоэкология»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель – доктор геолого-минералогических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ

Грязнов Олег Николаевич

Официальные оппоненты:

- доктор геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Расулов Ариф Таджаддин-оглы

- кандидат геолого-минералогических наук, доцент Новиков Виталий Прокофьевич

Ведущая организация – ГОУ ВПО «Томский государственный политехнический университет»

Защита диссертации состоится «22» декабря 2008 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 (III уч. корпус, ауд. 3326)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан «22» ноября 2008 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

доктор геолого-минералогических

наук

__________________ А.Б. Макаров

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В процессе подготовки воды на водопроводных станциях, использующих речную воду, образуется значительное количество осадков при работе отстойников и осветлителей со взвешенным слоем; фильтров и контактных осветлителей; растворных баков реагентного хозяйства.

До настоящего времени наиболее распространенным приемом удаления осадка и промывных вод на водопроводных очистных станциях является сброс их в поверхностные водоемы. Значительное количество осадков, поступающих в водоемы с водопроводных станций, тормозит, а иногда и полностью прекращает естественные биологические процессы водоема. Это происходит за счет того, что твердые частицы, в большом количестве сбрасываемые с очистных водопроводных станций, захватывают и осаждают на дно очищающие воду микроорганизмы. Отложение большого количества осадка может нарушить экологические условия мест размножения и нереста рыб, ухудшить эстетичный вид водоема, особенно в местах, где отсутствуют быстрые течения. Осевший на дно водоема осадок легко взмучивается течением, турбулентностью воды, вызываемой действием ветра или изменением температуры.

В последние годы на смену методам естественного обезвоживания все чаще приходят методы механического обезвоживания осадков, так как осадок водоподготовки имеет очень высокую влажность даже после проведения механического обезвоживания посредством фильтр-прессов. При таких значениях влажности, в силу плохих физико-механических свойств, применение осадка в какой-либо сфере весьма проблематично, необходим поиск методов дополнительного, более интенсивного и рационального метода его осушения.

В данной работе рассмотрен вариант обезвоживания осадка промораживанием в естественных условиях (с предварительным обезвоживанием на «Винкель-прессе» до относительной влажности 500 %). Это позволяет использовать осадки водоподготовки для рекультивации нарушенных земель и обустройства полигонов твердых бытовых отходов (ТБО).

Цель исследований – детальное изучение физико-механических и физико-химических свойств осадков водоподготовки, динамики их изменения при сезонном колебании температурного режима, обоснование целесообразности использования осадков для рекультивации нарушенных земель и обустройства полигонов ТБ и ПО.

Идея работы доказательство принадлежности осадков водоподготовки к особому типу техногенных грунтов – техногенным сапропелям, возможности их использования при обустройстве полигонов ТБ и ПО и при рекультивации нарушенных земель после промораживания осадка в естественных условиях.

Задачи исследований включают:

  1. Выявление общих закономерностей формирования осадка водоподготовки и природных сапропелей
  2. Лабораторные исследования основных физико-механических и физико-химических свойств осадка водоподготовки.
  3. Выявление закономерностей изменения физико-механических свойств осадка при промораживании, изменение химического состава и геохимических особенностей осадка водоподготовки.
  4. Обоснование рациональных методов использования осадка водоподготовки.

Исходный материал и методы исследований. В основу диссертационной работы положены материалы, собранные автором в период обучения в очной аспирантуре Уральского государственного горного университета в 2002 – 2005 годах и работы в ООО «Уралгеопроект» в 2005 – 2008 годах. Теоретической и методологической основой работы является комплексный подход к изучению и оценке инженерно-экологических свойств техногенных илов, базирующийся на опыте работы Западной фильтрационной станции МУП «Водоканал» г. Екатеринбурга и кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии УГГУ при личном участии автора.

Исследования проведены с использованием современных методов сбора, обобщения и анализа материалов с применением компьютерных технологий.

Научная новизна работы:

  • исследование физико-механических и физико-химических свойств осадка водоподготовки;
  • исследование изменений физико-химических и физико-химических свойств осадка при промораживании;
  • выявление методов улучшения инженерно-экологических характеристик осадка;
  • обоснование принадлежности осадка водоподготовки к новому типу техногенных образований – техногенному сапропелю.

Практическая значимость работы определяется возможностью использования осадка водоподготовки при обустройстве полигонов твердых бытовых и промышленных отходов и при рекультивации нарушенных земель.

Личный вклад автора

Лично автором или при его непосредственном участии выполнены:

  • постановка задач исследований;
  • анализ опубликованных и фондовых материалов, характеризующих осадки различных водоподготовительных станций;
  • полевые и лабораторные исследования инженерно-экологических свойств осадков водоподготовки и закономерности их трансформации;
  • предложены рациональные методы утилизации осадков водоподготовки при обустройстве полигонов ТБ и ПО и рекультивации нарушенных земель.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объёмом корректного фактического материала, использованием данных, полученных с участием автора, использованных при обустройстве Широкореченского полигона ТБ и ПО г. Екатеринбурга, полигонов г. Полевского и г. Арамиля.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы прошли апробацию в докладах на конференциях Уральской горнопромышленной декады, УГГУ, Екатеринбург в 2003-2005 гг., а также в двух отчетах по договорным работам.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять статей и тезисы доклада.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения общим объёмом 121 страница машинописного текста, содержит 5 таблиц, 40 иллюстраций и список литературы из 108 наименований.

Благодарности. Автор работы особо признателен научному руководителю профессору, д-ру геол.-минерал. наук, заведующему кафедрой гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Грязнову Олегу Николаевичу за постоянное внимание и помощь на всех этапах выполнения работы. Искренняя благодарность доценту, канд. геол.-минерал. наук, директору ООО «Уралгеопроект» Гуман Ольге Михайловне за любезно предоставленные материалы и многочисленные консультации. Автор признателен всем сотрудникам кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии за их объективную критику, ценные советы и помощь в реализации данной работы.

Содержание работы

В первой главе диссертации рассмотрено современное состояние проблемы складирования и утилизации осадков, накопившихся за долгие годы работы Западной фильтрационной станции (ЗФС) г. Екатеринбурга и других аналогичных водоочистных и водоподготовительных станций. Выполнен анализ ранее проведённых исследований по промораживанию осадка с целью его обезвоживания, охарактеризованы основные технологические этапы водоподготовки на ЗФС г. Екатеринбурга, где происходит формирование осадка.

Во второй главе приведена характеристика химического состава и коллоидных связей в структуре осадка. Охарактеризован микробиологический состав органической составляющей.

В третьей главе описаны физико-механические свойства осадков водоподготовки, в связи с необходимостью разработки практических рекомендаций по использованию осадка для рекультивации нарушенных земель. Приводится сравнительный анализ физико-механических свойств осадков водоподготовки и природных сапропелей, на основании которого предложено отнести осадок водоподготовки к новому типу техногенных грунтов – техногенному сапропелю.

В четвертой главе представлен анализ изменения физико-химических и физико-механических свойств осадка водоподготовки ЗФС при выдерживании его в естественных условиях в течение двух лет. Выявлена положительная динамика в преобразовании физико-механических свойств осадка за счет увеличения водоотдачи под воздействием на него сезонных колебаний температур и уменьшения его негативного влияния на окружающую среду за счет уменьшения подвижности загрязняющих веществ.

В пятой главе предложены варианты использования осадка водоподготовки с его предварительным промораживанием для рекультивации нарушенных земель и без промораживания в качестве изоляционного материала при обустройстве полигонов твердых бытовых и промышленных отходов.

Защищаемые научные положения

  1. По физико-механическим и физико-химическим свойствам осадки водоподготовки во многом аналогичны природным органоминеральным грунтам – сапропелям. Учитывая специфичность химического состава и условий образования, их целесообразно относить к особому типу грунтов – техногенным сапропелям.

В процессе подготовки воды на водопроводной станции, использующей речную воду, образуется значительное количество осадков при работе отстойников и осветлителей со взвешенным слоем, фильтров и контактных осветлителей, растворных баков реагентного хозяйства. Осадок, сформировавшийся в процессе подготовки воды, а также промывочные воды сбрасываются в озеро-отстойник (оз. Здохня), где происходит концентрация химических элементов, содержащихся в речной воде, на относительно небольшой территории озера. Осадок, богатый органическими соединениями, в основном в виде органических комплексов, адсорбирует различные химические элементы в довольно больших количествах.

Озеро Здохня, по аналогии с природным процессом эволюции озер, можно рассматривать как природное озеро в завершающей стадии его эволюции, т.е. происходит постепенное превращение его в болото, с активизацией процессов, присущих болотным ландшафтам. В таких условиях интенсивно протекают процессы оглеения, с обогащением воды Fe и Mn. Технология водоподготовки накладывает свой отпечаток на геохимические особенности осадка, имеющего повышенное содержание алюминия как основного реагента, применяющегося при первичном обезвоживании осадка (алюминий входит в состав флокулянта).

Влажность осадка, как и природного сапропеля, характеризуется весьма высокими значениями (более 5 д.ед.). За счет большого содержания органического вещества и искусственно внесенных реагентов, вода в рассматриваемом осадке находится в основном в связанном состоянии, обусловливая его коллоидную структуру. Связанная вода удерживается в порах и под влиянием твердой фазы изменяет структуру, приобретая аномальные свойства.

Плотность осадка водоподготовки (извлеченного из пруда-накопителя и подверженного механическому обезвоживанию на фильтр-прессе) не более 1,07 г/см3. Столь низкая плотность осадка обусловлена высокой влажностью и пористостью (0,916 д.ед.) при содержании органического вещества до 40 %. Минеральная компонента представлена в основном кварцем и полевыми шпатами.

Плотность частиц осадка составляет 2,01 г/см3 вследствие повышенного содержания органической компоненты, минерализации коллоидов в процессе пробоподготовки.

Плотность скелета осадка водоподготовки не превышает 0,17 г/см3.

У механически обезвоженного осадка водоподготовки значение пористости составляет 0,916. Пористость является основным показателем емкостных свойств осадка, в нашем случае осадок более чем на 90 % состоит из пор – «вместилищ» в основном жидкой и в незначительной степени газообразной компонент.

Среднее значение коэффициента пористости осадка водоподготовки после механического обезвоживания на фильтр-прессах составляет 10,929, при максимальном значении 10,970 и минимальном 10,889 д.ед.

Коэффициент водонасыщения по результатам лабораторных исследований составляет 0,984 д.ед.

Водопроводимость осадка водоподготовки низкая. Значение коэффициента фильтрации осадков, подверженных механическому обезвоживанию, не превышает 1,27•10-5 м/сут, что объясняется их коагуляционной структурой.

По результатам гранулометрического анализа осадок полидисперсен, в нем мало тонкопесчаных фракций, преобладают пылеватые частицы (43,2-58,5 %), содержание глинистых фракций составляет 6,9 –

14,2 %.

При определении процентного содержания частиц различного размера возникли определенные трудности, связанные с явлением коагуляции и как следствие изменением агрегатного состава осадка. В связи с этим наименование грунтов дано по числу пластичности, согласно ГОСТ 25100-95.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»