WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Механические свойства осадка охарактеризованы модулем деформации (Е0) и коэффициентом сжимаемости (m0).

По данным компрессионных испытаний осадка водоподготовки после механического обезвоживания на фильтр-прессах, среднее значение модуля общей деформации в интервале нагрузок 0,01-0,005 МПа составляет 0,06 МПа, коэффициент сжимаемости – 20,1 МПа-1. По характеру уплотнения осадок схож с природными сапропелями либо илами. Процесс стабилизации осадка на каждой из ступеней по времени достигал 1,5-2 месяцев.

Таким образом, осадок водоподготовки представляет собой органо-минеральный коллоид, состоящий преимущественно из гумусовых веществ и глинистых минералов, а также осажденных форм оксидов железа, марганца и алюминия и их восстановленных форм, входящих в состав жидкой компоненты осадка.

По их содержанию в водной вытяжке и в окисной форме получены следующие данные: Fe – 11,7 мг/кг (Fe2O3 – 0,20 %); Al – 19,1 мг/кг (Al2О3 – 13,96 %); Mn – 63,3 мг/кг (MnО – 0,21 %).

Соединения железа обусловливают темно-серую до черной окраску с фиолетовыми оттенками. При воздействии на осадок кислорода воздуха происходит процесс окисления двухвалентного железа, осадок приобретает бурый цвет.

Осадок содержит большое количество фосфора. В осаждении фосфора из воды большую роль играет адсорбция иона PO42- положительно заряженными коллоидами железа, алюминия и марганца.

Рентгенограмма свежих осадков водоподготовки характеризуется наличием кварца и полевого шпата, гиббсита, слюды, присутствием гидроаргиллита. Основную массу (50-60 %) составляет аморфное минеральное вещество органогенного происхождения. При нагревании до 160 °С при разложении гиббсита образуется бёмит, а при 900 °С фиксируются кварц, слюда, амфибол.

Осадки водоподготовки – это биологически активная система, по сути идентичная природным сапропелям. По своим биологическим свойствам они представляют собой комбинированный органоминеральный препарат, содержащий большое количество бактерий, оказывающих положительное влияние на плодородие почв.

Наиболее важными физиологическими группами микроорганизмов, принимающих участие в преобразовании углеродсодержащих соединений и определяющих поведение в осадках азота, серы и других химических элементов, являются гнилостные, нитрифицирующие, денитрифицирующие, масляно-кислые и целлюлозные бактерии, актиномицеты и микроскопические грибы. Это постоянные компоненты бактериального ценоза илов, поэтому именно они имеют важное геохимическое значение.

Таким образом, сопоставление физико-механических и физико-химических свойств природных сапропелей и осадка водоподготовки (табл. 1) позволяет отнести последние к особому типу грунтов – техногенным сапропелям.

Таблица 1. Сопоставление физико-механических свойств осадков водоподготовки и природных сапропелей

Показатели физико-механических свойств

Значения показателей физико-механических свойств осадков водоподготовки ЗФС

Значения показателей физико-механических свойств природных сапропелей (по М.П. Лысенко, А.Я. Рубинштейну)

Влажность, д.ед.

5,351

1,000-9,000

Плотность, г/см3

1,07

1,01-1,14


Плотность сухого грунта, г/см3

0,168

0,10-0,24


Плотность частиц грунта, г/см3

2,01

1,4-2,6


Пористость, д.ед.

0,916


Коэффициент пористости, д.ед.

10,929

3-16


Коэффициент водонасыщения, д.ед.

0,984


Влажность на верхнем пределе пластичности, д.ед.

4,069

2-7


Влажность на нижнем пределе пластичности, д.ед.

2,747

1,0-3,1


Число пластичности, д.ед.

1,322

1,0-3,2


Показатель консистенции, д.ед.

1,970


Степень разложения органического вещества, %

99


Относительное содержание органических веществ, д.ед.

0,6

0,1-0,9


Величина относительной деформации набухания без нагрузки, д.ед.

0

0


Коэффициент фильтрации, м/сут

1,27•10-5

10-5-10-9


Модуль деформации, МПа


Коэффициент сжимаемости, МПа-1

20,1

0,03-1,0

  1. Промораживание является наиболее рациональным, эффективным и малозатратным методом улучшения физико-химических и физико-механических свойств осадков водоподготовки.

По результатам исследований осадка водоподготовки, извлеченного из пруда-накопителя и подверженного первичному обезвоживанию до 5 д.ед., можно сделать вывод о том, что при таком значении влажности использование осадка ограничено. По литературным данным, для улучшения водоотдающей способности осадок необходимо подвергнуть температурному воздействию. При повышении температуры происходит резкая интенсификация перехода некоторых химических элементов в подвижную форму, в связи с преобразованием связанной воды в свободную, и вынос компонентов. Поэтому в данной работе рассматривается вариант улучшения физико-механических свойств осадка посредством промораживания его в естественных условиях в течение двухлетнего периода, подробно рассматривается динамика изменения свойств осадка и возможные процессы, провоцирующие эти изменения при проморозке-оттаивании.

После промораживания в естественных условиях окраска осадка изменяется от иссиня-черной до каштановой, осадок становится рыхлым и менее влажным.

Влажность осадка водоподготовки начинает изменяться скачкообразно в течение первого сезона вылеживания в сторону уменьшения. За счет промораживания происходят разрушение коллоидной структуры и грануляция осадка с последующим увеличением водоотдачи. Увеличение температуры окружающей среды в течение летнего периода способствует более значительному подсыханию верхнего слоя осадка. В результате влажность осадка понижается до 2,43 д.ед.

Увеличение плотности происходит вначале за счет уплотнения осадка под собственным весом. После промораживания постепенно идет дальнейшее, более интенсивное увеличение плотности.

Максимальное значение плотности сухого грунта в нашем опыте приходилось на июль 2004 г. – 0,348 г/см3. Двухлетний цикл проморозки-оттаивания в естественных условиях привел к увеличению рассматриваемого показателя в 2 раза.

Плотность частиц осадка водоподготовки со временем возрастает. У осадка водоподготовки, не подверженного промораживанию, величина плотности частиц составляет 2,01 г/см3. Дальнейшее ее увеличение связано с минерализацией органического вещества.

По величине общей пористости осадок можно отнести к очень пористым грунтам. Первоначально значение пористости было равно 0,916 г/см3. В течение первого годового цикла промораживания – оттаивания происходит резкое уменьшение пористости осадка в связи с его структурированием и переходом части связанной воды в свободную.

Коэффициент пористости осадка – более представительная для анализа характеристика, нежели пористость. За годовой цикл коэффициент пористости уменьшился в 2 раза на глубине 0,25 м без каких-либо затрат на дополнительные методы пригрузки осадка.

В течение двухлетнего периода коэффициент пористости осадка уменьшился до минимального значения 5,186 д.ед.

Коэффициент водонасыщения осадка водоподготовки, извлеченного из пруда-накопителя, имеет значение 0,995 д.ед., что свидетельствует о практически полном заполнении его порового пространства водой.

После процесса проморозки и оттаивания он уменьшился до величины 0,905 д.ед. Минимальное значение коэффициента водонасыщения достигнуто на втором году вылеживания осадка и составило 0,847 д.ед.

В изменении гранулометрического состава выявлены следующие тенденции:

  • в осадке в результате промораживания происходит уменьшение содержания глинистой фракции на протяжении всего времени нахождения в естественной выемке.
  • уменьшение содержания пылеватой фракции и увеличение содержания песчаной фракции происходит до конца летнего сезона, затем наблюдается изменение соотношения пылеватой и песчаной фракции в сторону уменьшения последней.

Исследование распределения химических элементов в осадке водоподготовки свидетельствуют о том, что содержания Ni, Cr, Mn, P, Cu, V, Ti и As превышают ПДК после двухлетнего вылеживания осадка в естественных условиях на поверхности земли. При этом Mn и Fe нередко образуют железо-марганцевые конкреции с повышенным содержанием P, V, Ba, Ni, Co, Cu. P, Cu и Zn в осадке имеют тенденцию к накоплению с течением времени.

Ниже ПДК присутствуют Be, Sn, W, Sr, Ba, Mo, Bi, Cd, Sb, Ag, Co. На уровне ПДК находятся концентрации Pb.

Исследованиями водных вытяжек из осадка установлены высокие содержания алюминия, железа, марганца и нитрат-иона (рис. 1), обусловленные технологическим процессом водоподготовки (Al, Fe, Mn) и жизнедеятельностью микроорганизмов (NO2-).

При вылеживании осадка Mn, Fe и Al переходят в неподвижную форму в виде окислов. Косвенно это подтверждает и изменение цвета осадка: со временем из сине-черного он становится каштановым за счет окисления железа.

В цикле промораживания – оттаивания и высыхания осадка возрастает подвижность V, Sn, Sr, Be, Sb, As, Ag, Sc, Ti, Cr. Гидроокислы алюминия представлены в подсушенном осадке гиббситом (Al2O3•3H2O).

В целом, марганец, железо и алюминий ведут себя аналогично: при поглощении свободного кислорода (в результате окисления) резко снижается подвижность железа, марганца, алюминия, при этом резко возрастает подвижность ванадия, олова, стронция, бериллия, сурьмы, мышьяка, серебра, скандия, титана, ванадия, хрома. Гидроокислы алюминия представлены в подсушенном осадке коллоидным или тонкокристаллическим минералом – гиббситом (Al2O3•3H2O). Фосфор образует железистый минерал вивианит (Fe3(PO4)2•8H2O).

а)

б)

Рис. 1. Изменение содержаний Fe, Al и Mn в подвижной (а) и осажденной (б) формах в годовом цикле промораживания – оттаивания.

Наличие фосфора позволяет рассматривать осадок водоподготовки как важный компонент мелиорации земель.

Подытоживая изложенное, подчеркнем существенное изменение (улучшение) физико-механических и физико-химических свойств осадка водоподготовки в двухлетнем цикле промораживания – оттаивания в естественных условиях (табл. 2). Это позволяет поставить вопрос об их практическом использовании.

Таблица 2. Изменения основных показателей физико-механических свойств осадка водоподготовки в течение 2 лет промораживания – оттаивания в естественных условиях

Показатели физико-механических свойств

Значения показателей физико-механических свойств осадков водоподготовки ЗФС, извлеченного из пруда

Значения показателей физико-механических свойств осадков водоподготовки ЗФС после 1 года выдержки на воздухе

Значения показателей физико-механических свойств осадков водоподготовки ЗФС после 2 лет выдержки на воздухе

Влажность, д.ед.

5,351

2,430

2,050

Плотность, г/см3

1,07

1,09

1,06

Плотность сухого грунта, г/см3

0,168

0,32

0,35

Плотность частиц грунта, г/см3

2,01

2,17

2,15

Пористость, д.ед.

0,916

0,854

Pages:     | 1 || 3 |






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