WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

КАПУСТИНА Екатерина Сергеевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

ЗАЩИТЫ Месторождений ПЕСЧАНО-ГРАВИЙНЫХ СМЕСЕЙ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

НЕФТЕПРОДУКТАМИ

Специальность 25.00.36 Геоэкология

(в горно-перерабатывающей промышленности)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Тула 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ярославский государственный технический университет» на кафедре «Охрана труда и природы».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

МАКАРОВ Владимир Михайлович.

Официальные оппоненты:  доктор технических наук, доцент, профес-

сор кафедры «Геотехнология и строительство подземных сооружений» ФГБОУ ВПО

«Тульский государственный университет»

        САФРОНОВ Виктор Петрович,

       кандидат технических наук, начальник

отдела экологии и охраны природы

ООО «Прокопгипроуголь»

       КОРЧАГИНА Татьяна Викторовна.

Ведущая организация: ОАО «Тульское НИГП».

Защита диссертации состоится «27» апреля 2012 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.09 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 90, 6-й уч. корпус, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан « 23 » марта  2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета         Шейнкман Леонид  Элярдович      

Общая характеристика работы

Актуальность. В настоящее время общество очень внимательно относится к вопросам охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. Последние в ряде случаев могут быть загрязнены различными отходами производства, в том числе образовавшимися в отдаленный период.

Характерными в этом плане являются засыпанные земляные пруды с неизвестной степенью гидроизоляции бывшего Ярославского сажевого завода для хранения «зеленого масла» (керосино-газойлевая фракция 170–360 продуктов пиролиза крекинг керосина) – сырья для производства ламповой сажи. Производственная площадка завода расположена в черте города Ярославля, и после его закрытия в 1979 г. представляла значительный интерес для разработки песка и гравия для дорожного строительства, а также глины для производства керамзита, находящихся на различных геологических уровнях. Анализ показал соответствие этих материалов ГОСТам. Возможность их целевой добычи соответствующего качества будет зависеть от степени загрязнения грунта «зеленым маслом», а также создания преград на пути распространения водонефтяной эмульсии в сторону р. Волга с последующим проникновением к центральному питьевому водозабору г. Ярославля, находящемуся в 2 км ниже по течению, и ухудшением качества воды для населения центра города.

Таким образом, актуальность данной работы заключается в проведении научных изысканий по оценке глубины и масштаба загрязнения грунта «зеленым маслом», возможных последствий для качества строительных материалов, а также разработки предложений путей решения одной из основных геоэкологических проблем Ярославской области.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 – 2010 гг.)» (рег. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 гг. (государственный контракт № 02.740.11.0319).

Целью работы являлось выявление закономерностей загрязнения слагающих пород пойменной части рек нефтепродуктами, изменения их химического состава при фильтрации через грунт и оценка качества песка, гравия и глины  для разработки способа снижения распространения нефтепродуктов в грунте, способов очистки и утилизации компонентов водонефтяной эмульсии, обеспечивающих защиту месторождений песчано-гравийных смесей.

Идея работы заключается в том, что снижение уровня загрязнения месторождений песка, гравия и глины достигается путем создания преградительных скважин на пути движения водонефтяной эмульсии и утилизации отходов «зеленого масла», находящихся в составе загрязнений.

Основные научные положения, сформулированные в работе, состоят в следующем:

- качество песка, гравия и глины в пойменных частях крупных рек и ареале их загрязнения нефтепродуктами характеризуется гранулометрическим и минералого-петрографическим составом, а также содержанием вредных компонентов и примесей и удельной активностью;

- оценка прохождения нефтепродуктов через песчано-гравийный слой может быть произведена на основе математического моделирования,  учитывающего конвективную диффузию в вертикальном направлении и показывающего, что вертикальный профиль концентрации загрязнения подчиняется экспоненциальному закону;

- в процессе фильтрации через грунт в результате процессов адсорбции идет существенное изменение группового химического состава нефтепродукта по сравнению с исходным нефтяным сырьем в сторону обогащения его парафино-нафтеновыми углеводородами и уменьшения количества тяжелых ароматических углеводородов;

- для очистки техногенной водонефтяной эмульсии, выходящей на поверхность земли, от фенолов и нефтепродуктов возможно использование сорбционной очистки с применением в качестве фильтра пенополиуретановой крошки и цеолитов NaX.

Новизна научных и практических результатов:

- разработана адекватная математическая модель прохождения нефтепродуктов через песчано-гравийный слой, учитывающая конвективную диффузию в вертикальном распределении нефтепродукта по высоте грунта;

- на основании гидрогеологических, гидрохимических изысканий оценены масштабы локального загрязнения нефтепродуктом месторождений песка, гравия и глины и установлено их соответствие ГОСТам для использования в строительных целях;

- разработан и запатентован способ мониторинга, учитывающий количество и интенсивность выхода нефтепродуктов на поверхность земли, путем создания серии скважин и оценки уровня водонефтяной эмульсии в имеющемся дренаже;

- на основе установленного различия между физико-химическим составом нефтепродуктов, прошедших через слои грунта, и исходным нефтяным сырьем определены возможные направления их использования в качестве сырья для получения резиновых смесей, производства керамзита и технического углерода, подтвержденные лабораторными и опытно-производственными результатами.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- корректной постановкой задач исследований и квалифицированным применением классических методов математической физики, математической статистики, теории вероятностей и современных достижений вычислительной техники;

- достаточно большим объемом лабораторных и вычислительных экспериментов, результаты которых свидетельствуют об адекватности разработанных моделей и обоснованности выводов и рекомендаций.

Практическая значимость работы. Предложен универсальный способ мониторинга степени загрязнения нефтепродуктами района залежей песка, гравия и глины и с помощью разработанного запатентованного прибора оценен масштаб их проникновения в грунтовые воды. Разработаны и апробированы технологические решения защиты месторождений песчано-гравийных смесей и утилизации нефтепродукта, поступающего из грунта.

Реализация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы были апробированы в районе бывшего сажевого завода, допустившего масштабные проливы нефтяного сырья в районе месторождений песка, гравия и глины. Теоретические результаты и технические решения включены в учебный курс «Науки о Земле», «Экологический мониторинг» и «Экономика и прогнозирование промышленного природопользования» для обучающихся по направлению «Энерго- и ресурсосберегающие процессы», а также использованы при выполнении госбюджетных НИИР в Ярославском государственном техническом университете.

Апробация работы. Содержание работы прошло апробацию на международных научно-практических конференциях: «Технологии обеспечения безопасности здоровья», Ярославль, 2008 г.; «Безопасность городской среды», Ярославль, 2010 г.; на Международном симпозиуме им. акад. М.А. Усова, Пермь, 2010 г.; на Украинской научно-практической конференции с международным участием, Днепропетровск, 2010 г.; на Всероссийской конференции «Экологические проблемы урбанизированных территорий», Пермь, 2011 г.; на Всероссийской научно-практической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий», Тула, 2010 г.; на Межрегиональной научно-практической конференции «Охрана окружающей среды и здоровья населения», Ярославль,

2010 г.

Публикации. По результатам работы опубликовано 12 статей, в том числе 1 в рекомендованном ВАК журнале; получен 1 патент на полезную модель.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 190 страницах, содержит 41 таблицу, 52 рисунка и состоит из введения, литературного обзора, объектов и методик исследований, 6 глав, выводов, 13 приложений и списка цитируемой литературы, включающего 140 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность д-ру техн. наук, профессору Эдуарду Михайловичу Соколову и д-ру техн. наук, профессору Николаю Михайловичу Качурину за научно-методические консультации в ходе выполнения работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Теоретические проблемы разработки средств защиты грунтов, грунтовых вод от загрязнения нефтепродуктами нашли отражение в работах О.С. Вансовича, В.В. Середина, В.М. Невзорова, В.Ю. Бедрина, А.Ф. Надеина, А.А.Оборина, Л.К. Алтунина, В.А. Кувшинов. Проблемы защиты водных ресурсов от загрязнения нефтепродуктами и пути решения изучали С.А. Алексеев, В.А Земцов, О.А  Юшкина, А.А. Пашаян, А.В. Нестеров, Н.Ю. Степанова, М.Л. Кулешова, А.А. Фаухутдинов, В.М. Гольдберг, В.М. Макаров.

На основе анализа литературных данных рассмотрены экологические проблемы, связанные с загрязнением грунтов нефтепродуктами, способы их очистки; классификация способов очистки нефтесодержащих природных и сточных вод – очистка природных вод от фенолов, нефтепродуктов; установлено, что отсутствуют сведения об аналогичном загрязнении месторождений песчано-гравийных смесей на территории промышленного предприятия и обращении с техногенными водонефтяными эмульсиями, выходящими на поверхность земли с грунтовыми водами.

Современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме, цель и идея работы обусловили необходимость постановки и решения следующих задач.

1. Провести натурные наблюдения степени загрязнения грунта и водонефтяной эмульсии на территории бывшего сажевого завода путем создания серии скважин и оценки уровня водонефтяной эмульсии в имеющемся дренаже.

2. Оценить качество песчано-гравийных смесей в пойменной части

р. Волга на территории г. Ярославля.

3. Оценить класс опасности нефтепродуктов – отходов «зеленого масла», загрязняемого месторождение песчано-гравийных смесей, и разработать математическую модель миграции нефтепродуктов в песчано-гравийных смесях с учетом сорбции загрязнителей.

4. Разработать способы очистки грунтовых вод, загрязненных нефтепродуктами, и способы утилизации нефтепродуктов, выделенных из водонефтяной эмульсии путем их промышленного применения.

5. Разработать рекомендации и технические средства защиты песчано-гравийных смесей от загрязнения нефтепродуктами.

В качестве объектов исследований были выбраны загрязненные углеводородным сырьем грунт, песок, гравий и глина, водонефтяная эмульсия, отходы «зеленого масла». Групповой химический состав отходов «зеленого масла» был определен с помощью метода колоночной хроматографии. Физико-химические показатели определялись по гостированным методикам испытаний нефтепродуктов. С целью определения качественного состава отходов был проведен ИК-спектральный анализ на приборе ИК-Фурье RX-1 по спектрам поглощения в интервале волнового числа от 4000 до 400 см-1. Состав неорганической части отхода был определен на атомно-абсорбционном спектрофотометре типа «Сатурн». Класс опасности отходов оценивался с помощью токсикологических исследований – биотестирования с использованием  рачков Daphnia magna из отряда Cladocera. Концентрация фенолов в водной эмульсии определялась методом флуориметрии.

Качество песка, гравия и глины определялось по ГОСТ 8267-93, ГОСТ 8736-93 и ТУ 21-0284739-12-90.

Вязкоупругие и вулканизационные характеристики резиновых смесей (кинетика изотермической вулканизации) определялись на виброреометре MDR-2000. Структура вулканизатов исследовалась методом равновесного набухания. Определение пластоэластических свойств смесей и деформационно-прочностных свойств резин проводилось стандартными методами. Качество керамзита (насыпная плотность, прочность, коэффициент вспучивания), полученного на основе отходов «зеленого масла», определялось по ГОСТ 9757-90. Массовая доля ионов калия, натрия, фракционный состав, индекс корреляции технического углерода, полученного на основе отходов «зеленого масла», определялись в соответствии с ТУ 0258-005-48671436-2006.

Изучено инженерно-геологическое строение участка бывшего сажевого завода. В геологическом разрезе данного участка можно выделить отложения юрской, меловой и четвертичной систем (верхние и среднечетвертичные отложения). Верхнеюрские породы – это преимущественно глины от серого до черного цвета с прослоями песчаника. Нижние меловые отложения представлены глинами черными, с блестками слюды, плотными, тугопластичными, вскрыты на глубине 19,5…21,5 м. Верхние четвертичные отложения залегают слоем мощностью до 13,5 м и представлены песками с подчиненными прослойками и линзами суглинков, супесей, гравия. К среднечетвертичным отложениям отнесены мореные суглинки и глины, а также пески водно-ледниково-аллювиального происхождения. Техногенные насыпные грунты залегают слоем до 0,5 м и представлены местными песками и суглинками с небольшим (до 20 %) включением строймусора. Делювиальные отложения встречены в виде маломощных прослоек суглинков, песков и реже супесей. Современный аллювий залегает слоем мощностью до 13,5 м и представлен песками мощностью до 17 м с подчиненными прослойками и линзами суглинков, супесей и гравия.

Для оценки влияния очагов загрязнения совместно с гидрогеологической экспедицией №30 ПГО «Гидроспецгеология» (г. Александров) и ОАО НИИ «Техуглерод» была разработана и реализована система мониторинга грунтов, подземных и поверхностных вод. Были сооружены два типа скважин с установкой фильтра в разные водоносные горизонты. Первый тип скважин бурился на верхний водоносный горизонт грунтовых вод глубиной 12…23,3 м. Второй тип скважин бурился до глубины 54,5…58 м на нижележащий меловой водоносный горизонт (рис.1).

Рис. 1. Карта расположения системы скважин

В процессе бурения были отобраны на разных глубинах пробы для определения физико-механических свойств песка, гравия и глины, а также пробы по скважинам, в дренажной системе и водолазами со дна реки на обнаружение нефтепродуктов. Исследование проб показало, что грунты на всей территории завода загрязнены практически повсеместно. Для каждого слоя определялось средневзвешенное содержание нефтепродуктов, что позволило получить приблизительные ареалы загрязнения. По каждому слою ареал разбивался на расчетные блоки с интервалом в 1 г/кг содержания нефтепродуктов. По каждому расчетному блоку определялась площадь распространения загрязнения. Затем определялись объем и вес загрязненного грунта в блоке, а также количество связанных нефтепродуктов в грунте. Результаты расчета представлены в таблице.

Количество загрязненного нефтепродуктами грунта


Средняя

мощность

слоя, м

Средне-

взвешенное содер. н/п в блоке, г/кг

Площадь

загряз-

нения, м2

Объем

загрязнен-ных

грунтов, м3

Удель-ный

вес слоя, т/м3

Вес

загрязнен-ных грунтов, т

Кол-во связных н/п в грунте, кг

Техногенный слой

1,4

3,5

31400

43960

2,64

116054,4

406190,4

2,5

29800

41720

110140,8

275352,0

1,5

35600

49840

131577,6

197366,4

0,5

46000

64400

170016,0

85008,0

Итого

14280

199920

527788,8

963916,8

Аллювиальный слой

2,4

5,5

12600

30240

2,66

80438,4

442411,2

4,5

9200

22080

58732,8

264297,6

3,5

11200

26880

71500,8

250252,8

2,5

23000

55200

146832,0

367080,0

1,5

24800

59520

158323,2

237484,8

0,5

62000

148800

395808,0

197904,0

Итого

142800

342720

911635,2

1759430

Мореный слой

13,5

8,5

12400

167400

2,68

448632,0

3813372

7,5

8000

108000

289440,0

2170800

6,5

6800

91800

246024,0

1599156

5,5

7200

97200

260496,0

1432728

4,5

6800

91800

246024,0

1107108

3,5

6400

86400

231552,0

810432

2,5

9400

126900

340092,0

850230

1,5

11200

151200

405216,0

607824

0,5

74600

1007100

2699028

1349514

Итого

142800

1927800

5166504

13741164

Всего

142800

2470440

6605928

16464510

Из таблицы следует, что на этой территории находится 6,6 млн т загрязненного грунта, содержащий 16,5106 кг связанных нефтепродуктов, обнаруживающихся на глубине до 60 м, что значительно ниже дна р. Волга в этом районе (9 м). Таким образом, в результате многолетней утечки сырья из земляных емкостей хранения, трубопроводов, верхние четвертичные аллювиальные отложения до мореных суглинков оказались пропитанными тяжелыми нефтепродуктами. Содержание нефтепродуктов в грунте варьируется от 0,01 до 1,93 % в песках, до 6,7 % в насыпных грунтах, а в грунтовой воде изменяется от 0,001 до 95 %. Для подсчета количества загрязненного грунта по каждому слою были построены карты содержания нефтепродуктов в грунте по площади. Добытые из скважин 2,3,4,8,9 песок, гравий и глина были проанализированы в соответствии с требованиями нормативных документов (песок по ГОСТ 8736-93, гравий по ГОСТ 8267-93, глина по ТУ 21-0284739-12-90). Результаты испытаний показали полное соответствие вышеуказанным документам, что позволяет использовать песок, гравий для строительных работ, глину– для производства керамзита.

Разработана математическая модель, отражающая количество «зеленого масла», проникшего через песчано-гравийную смесь, которая может быть представлена как

                                (1)

где – площадь загрязненного слоя; – величина, характеризующая конвективный диффузионный поток.

Вертикальная миграция загрязнений в песчано-гравийных смесях описывается следующим уравнением:

                                        (2)

где – скорость потока «зеленого масла»; – кажущаяся константа скорости сорбции; – концентрация «зеленого масла» в песчаногравийной смеси.

Дополним уравнение (2) начальными и граничными условиями: начальные условия ; граничные условия , где – начальная концентрация «зеленого масла». Решение уравнения (2) для данных условий получено в следующем виде:

                (3)

где – единичная функция Хевисайда.

Так как следовательно, тогда

                              (4)

В результате получаем формулу для определения количества нефтепродукта – «зеленого масла», которое поступает в песчано-гравийную смесь:

  (5)

где

Были разработаны предложения по снижению угрозы загрязнения водонефтяной эмульсией песка, гравия и глины, а также р. Волга с помощью организации дополнительных скважин и закачки в них тампонажных растворов, которые будут  сдерживать ее продвижение. Берег р. Волга в районе бывшего Ярославского сажевого завода имеет абсолютные высоты от 103 до 83 м с уклоном в сторону реки. Это предполагалось сделать перед «старыми» скважинами в местах с наибольшим загрязнением нефтепродуктами грунта – в месте нахождения насосной станции для перекачивания «зеленого масла» с барж (скв. 4) и в месте нахождения резервуаров для хранения сырья (скв. 3) (см. рис.1). На расстоянии 1 м от скв. 3 было пробурено 3 скважины глубиной 7…9 м (обозначены как пр. 4, пр. 5, пр. 6) – глубина скважин выбиралась в соответствии с распределением концентраций нефтепродуктов в грунте; на расстоянии 1 м от  скв. 4 пробурено 3 скважины, глубиной по 5 м. Была разработана и реализована рецептура тампонажного раствора на основе поливинилхлорида с объемной долей ПВХ марки «Волговинил 66» 14 %. 24, 25 октября  2011 г. проводились работы по закачке тампонажного раствора в скважины пр. 1-6, а грунт в «старых» скв. 3,4 был проанализирован на содержание в нем нефтепродуктов. Спустя месяц – 24, 25 ноября – грунт из скважин 3,4 был вновь проанализирован на содержание в нем нефтепродуктов. Концентрация нефтепродуктов в указанных скважинах по всей высоте грунта уменьшилась после закачки в них тампонажного раствора, что говорит о положительном эффекте его применения. Даны рекомендации мэрии г. Ярославля по способу снижения опасности, связанной с выделением водонефтяной эмульсии, загрязняющей месторождения песка, гравия и глины.

Были проведены исследования физико-химических показателей отходов «зеленого масла» в связи с проникновением их в землю на значительную глубину с последующим выходом на поверхность вместе с грунтовыми водами. Следовало предположить, что контакт с различными слоями грунта может изменить их фракционный и группой составы. При определении группового состава нефтепродуктов показано, что в процессе фильтрации через грунт идет их изменение в сторону обогащения парафино-нафтеновыми углеводородами. ИК-спектр отходов «зеленого масла» содержит полосы поглощения, типичные для углеводородов нефтяного происхождения – предельные углеводороды, ароматические соединения, а также соединения с двойными связями и карбонильными группами в алифатической цепи, что позволяет сделать вывод о возможности использования их в качестве мягчителя резиновых смесей. В составе отходов имеется неорганическая составляющая в количестве около 1 %. Все обнаруженные оксиды применяются в качестве ингредиентов резиновых смесей, выполняя различные функции. Их одновременное присутствие говорит о возможном комплексном воздействии на ряд характеристик резиновых смесей и их вулканизаторов, в том числе многоплановом катализирующем воздействии.

Разработан и реализован мониторинг выделения нефтепродуктов из загрязненного грунта. Построенный в 1976 г. дренаж на пути возможного выхода на поверхность водонефтяной эмульсии не выполнял свои защитные функции по отношению к р. Волга, но позволил организовать мониторинг интенсивности ее поступления начиная с 2009 г., который показал, что ежесуточно ее выделяется порядка 44 м3 с содержанием углеводорода до 1 %. Был разработан, изготовлен, запатентован индикаторный прибор, определяющий границу раздела сред «углеводород – водная эмульсия» по разности их удельного объемного электрического сопротивления. Результаты определения количества углеводорода представлены на рис. 2. Уровень углеводорода над водонефтяной эмульсией колеблется от 4 до 10 см. 1 см соответствует 10 тоннам отходов «зеленого масла» в вышеуказанном дренаже.

Рис. 2. Мониторинг углеводородного слоя в дренажной системе

Особую тревогу вызывает наличие фенола в водонефтяной эмульсии (ПДКр.х=0,001 мг/дм3). Его концентрация колеблется от 0,3 до 0,67 мг/дм3, что превышает норматив в 300 и 670 раз соответственно. При этом концентрация нефтепродуктов составила от 96,9 до 131,0 мг/дм3, что превышает ПДКр.х в 1938 и 2620 раз.

Разработан двухстадийный способ очистки грунтовых вод, загрязненных фенолом и нефтепродуктами (рис. 3). Первая стадия обеспечивает удаление деэмульгированных и эмульгированных нефтепродуктов. Для этого используются фильтры с загрузкой  из пенополиуретана. Вторая стадия обеспечивает снижение содержания в воде нефтепродуктов до концентрации не более 0,3 мг/дм3 и фенола – не более 0,001 мг/дм3. Для достижения такой эффективности предусматривается установка последовательно 3 фильтров-адсорберов с загрузкой регенерирующимися цеолитами NaX.

Рис.3. Принципиальная схема очистки водонефтяной эмульсии:

1 – сборник – отстойник водонефтяной эмульсии; 2 – насосы; 3 – запорные устройства; 4 – фильтр с полиуретановой крошкой; 5 – полиуретановая загрузка; 6 – емкость для сбора углеводородов; 7 – люк для загрузки и выгрузки полиуретановой крошки;  8 – фильтры - адсорберы

На Ярославском заводе ОАО «Керамзит» проведены лабораторно-технологические и промышленные испытания по использованию отходов «зеленого масла» с добавлением 0,5…1 % в качестве вспучивающей добавки для производства керамзита. Полученный керамзит полностью соответствует ГОСТ 9757-90. Результаты испытаний оформлены соответствующими актами и программой внедрения в производство. Разработаны и утверждены технические условия № 38.515-02-64-2010 «Отход зеленого масла» для производства керамзита. Другим направлением явилось применение нефтепродукта в качестве компонента сырьевой смеси для получения технического углерода по ТУ 0258-005-48671436-2006. По всем параметрам данный отход оказался пригоден для применения в производстве технического углерода марок N550, N660. Разработаны технические условия на № 38.515-02-63-2011 «Отход зеленого масла» для производства технического углерода, внедрение отхода в производство оформлено соответствующим актом. Применение отходов «зеленого масла» в качестве мягчителя  резиновой смеси иллюстрируют рис. 4 и 5, где показано увеличение пластичности резиновых смесей при замене соответственно мягчителя ПН-6Ш и индустриального масла И-8А на отходы «зеленого масла». Результаты проведенных исследований оформлены актом испытаний.

Рис. 4. Зависимость пластичности резиновых смесей на основе СКМС-30АРК

от типа пластификатора: – масло ПН-6Ш; – отходы «зеленого масла»

Рис. 5. Зависимость пластичности резиновых смесей на основе БНКС-28 АМН от типа пластификатора: – индустриальное масло И-8А;

– отходы «зеленого масла»

Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований вошли в учебные дисциплины для студентов и магистрантов специальностей «Промышленная экология и рациональное использование природных ресурсов», «Охрана окружающей природной среды и рациональное использование природных ресурсов».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе экспериментальных и теоретических исследований выявлены закономерности загрязнения слагающих пород пойменной части рек нефтепродуктами, учитывающее конвективную диффузию в вертикальном направлении, изменения их химического состава при фильтрации через грунт, разработаны способы снижения распространения нефтепродуктов в грунте и способы утилизации компонентов водонефтяной эмульсии, обеспечивающие защиту месторождений песчано-гравийных смесей от загрязнения, что имеет важное значение для российской экономики.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. В процессе гидрогеологических и гидрохимических изысканий проведена оценка масштабов локального загрязнения грунта нефтепродуктами на территории бывшего сажевого завода. Установлено, что его масса составляет 6,66 млн т, в грунт проникло до 16 тыс. т опасного нефтепродукта, на глубину свыше 60 м, содержание нефтепродуктов в грунтовой воде достигает 95 %.

2. Разработана адекватная математическая модель прохождения нефтепродуктов через песчано-гравийную смесь, которая учитывает конвективную диффузию в вертикальном направлении и показывает, что вертикальный профиль концентрации загрязнения подчиняется экспоненциальному закону.

3. В ареале масштабного нефтяного загрязнения исследованы физико-химические показатели песка, гравия и глины, установлено их соответствие ГОСТу и возможность использования в строительных целях.

4. Предложен способ по снижению угрозы загрязнения нефтепродуктами р. Волга, месторождений песка, гравия и глины с помощью организации дополнительных скважин и закачки в них тампонажного раствора на основе ПВХ.

5. Предложена и реализована система мониторинга выхода на поверхность техногенной водонефтяной эмульсии. Изготовлен и запатентован специализированный индикаторный прибор для оценки толщины слоя нефтепродуктов (патент на полезную модель № 105434).

6. Разработаны технологические схемы очистки грунтовых вод, загрязненных отходами «зеленого масла» от фенолов и нефтепродуктов. Проведена их апробация.

7. На основе установленных различий в физико-химическом составе отходов «зеленого масла», прошедших через слои грунта на поверхность, и исходным «зеленым маслом» определены возможные направления их использования.

8. По результатам данной работы администрацией Ярославской области приняты для реализации предложенные мероприятия по снижению негативного воздействия нефтепродуктов на пойменные части р. Волга, питьевые водозаборы и по использованию песка, гравия и глины нормативного качества с территории бывшего сажевого завода.

Основные научные и практические результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Капустина Е.С. Определение группового химического состава отходов зеленого масла, прошедших почвенную фильтрацию, и их промышленная утилизация / Макаров В.М., Капустин С.М //Изв. вузов. Химия и химическая технология: научно-технический журнал. 2011. Вып. 12. Т. 54. С. 114–116.

2. Патент на полезную модель № 105434 «Устройство определения границы раздела фаз жидких сред нефтепродукт – вода».

3. Макаров В.М. Результаты исследования по проблеме утилизации опасных отходов предприятий Ярославской области / Филлипова О.П., Комина Е.Н. // Изв. ТулГУ. Сер. Науки о Земле. 2009. Вып. 5. С. 86–88.

4. Комина Е.Н. Разработка технологии очистки грунтовых вод, загрязненных фенолом и нефтепродуктами / Макаров В.М. //Изв. ТулГУ. Сер. Науки о Земле. 2009. Вып. 5. С. 31–33.

5. Комина Е.Н. Хроматографическое исследование группового химического состава отхода зеленого масла после почвенной фильтрации / Макаров В.М., Капустин С.М. //Изв. ТулГУ. Сер. Науки о Земле. 2009. Вып. 5. С. 38–40.

6. Комина Е.Н. Очистка грунтовых вод / Макаров В.М. //Технология удаления фенолов и нефтепродуктов: тез. докл. Всероссийской науч.-практ. конф. «Приоритетные направления развития науки и технологий». Тула, 2009. С.13–16.

7. Капустина Е.С. Определение неорганической части отхода зеленого масла с целью его промышленной утилизации / Макаров В.М., Капустин С.М. //Экология и жизнь. Пенза, 2011. С. 112–114.

8. Комина Е.Н. Использование отхода зеленого масла в качестве пластификатора / Макаров В.М., Капустин С.М. //Вестник РАЕН. 2009. Т. 3. Вып. 3.  С. 103–106.

9. Комина Е.Н. Дискретный мониторинг выделения водной эмульсии нефтепродуктов в дренаже бывшего сажевого завода и применение углеводородного слоя в различных направлениях / Макаров В.М., Капустин С.М. //Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Безопасность городской среды». Ярославль: Изд-во ЯГПУ, 2010. С. 245–248.

10. Отходы зеленого масла в качестве пластификатора резиновых смесей на основе бутадиен-стирольного каучука/О.Ю. Соловьева, Т.А. Коротаева, Е.Н. Комина, В.М. Макаров//Украинская с международным участием науч.-техн. конф. «Эластомеры, материалы, технология, оборудование, изделия». Днепропетровск, 2010. С. 127–130.

11. Комина Е.Н. Утилизация углеводородов из подземных вод, загрязненных вследствие отдаленного воздействия сажевого завода на окружающую среду / Макаров В.М., Капустин С.М. //6-я Международная конференция по проблемам горной промышленности, строительства, энергетики. Тула, 2010. Т. 2. С. 434–441.

12. Комина Е.Н. Исследование процессов загрязнения грунтов и грунтовых вод углеводородами (на примере бывшего Ярославского сажевого завода) / Макаров В.М., Капустин С.М. //Материалы Всероссийской конференции. Пермь, 2011. С. 161–168.






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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.