CC BY
29
5. Муст A.A., Самарина E.H. Анализ физико-механических форм нахождения тяжелых металлов в грунтах основания полигона захоронения ТБО // Сергеевские чтения: Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Вып. 3. М., 2001. С. 303-306.
6. Теоретические основы инженерной геологии. Физико-химические основы / Под ред. акад. Сергеева Е. М. М.: Недра. 1985. 283 с.
7. Тютюнова Ф.И., Пантелеев И.Я. и др. Прогноз качества подземных вод в связи с их охраной от загрязнения. М.: Наука, 1978.
8. Хазанов Л.Г. Полигон твердых бытовых отходов как техногенный геологический объект// Сергеевские чтения: Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Зып. 5. М., 2003. С. 195-197.
УДК 550.41
H.H. Нечаева, О.Н. Грязной
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ГРУНТОВ УРАЛА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ОБУСТРОЙСТВЕ ПОЛИГОНОВ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ НА ТЕРРИТОРИИ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
В результате хаотичного несанкционированного складирования отходов производства во многих районах Свердловской области меняется характер окружающего ландшафта (растительный покров, рельеф, состояние поверхностных и подземных вод). Необходимо наиболее рационально подходить к проблеме расположения и обустройства полигонов бытовых и промышленных отходов.
Полигоны бытовых отходов представляют собой техногенные образования, в пределах которых в аномальных концентрациях находятся различные по генезису и составу вещества, претерпевающие глубокие и длительные, биохимические и химические изменения при хранении.
Поступающие на полигон твердые отходы взаимодействуют с воздухом и водой. Происходящие в толще отходов биохимические реакции обусловливают выделение тепла и образование новых веществ, большое количество газообразных веществ поступает в атмосферу.
В качестве материалов для сооружения противофильтрационных экранов наиболее широкое применение нашли искусственные материалы. Со временем прочностные и эластичные свойства этих материя пои снижаются, вследствие взаимодействия с фильтратом и при возгорании отходов.
Природный материал менее подвержен действию химических и биохимических реакций. Более рационально в качестве защитных экранов использовать природные i ру н ■ ы с учетом некоторых их физико-механических свойств.
Четвертичные отложения Свердчовской области разнообразны по генезису.
Аллювиальные отложения распространены в пределах аккумулятивных, эрозионно-аккумулятивных террас и речных пойм; в пределах террас представлены в основном суглинками, глинами, супесями и песками с включениями гравия и галечника; в пределах пойм -крупнообломочными и песчаными грунтами с суглинистым заполнителем.
Озерные отложения встречаются в понижениях, котловинах, старицах, погребенных долинах рек. по гранулометрическому составу преобладают пылеватые и глинистые разности.
Коллювиальные отложения чаше встречаются в горной части Урала и представлены крупнообломочными грунтами с суглинистым заполнителем.
Элювиальные грунты встречаются повсеместно, более мощные толщи наблюдаются на восточном склоне и в зоне пенеплена. Они представлены неустойчивыми к выветриванию компонентами горных пород. Элювий постепенно переходит в коренные породы., из которых он образовался, поэтому его минеральный состав зависит от состава этих пород, гидроокислы железа придают элювию буроватую окраску. Физико-механические свойства по результатам лабораторных исследований 50 проб представлены в табл. 1.
i аолииа i
Oeионные физико-механические свойства элюниальных грунтов Свердловской области
Характеристики грунта ГЛИМИ ТПЮШ1ППЫ1Г.К С)П»ИИ0К Л1Н)ИИЯЛ1.11ЫН
легкдя ДЫлспатая твердой консистенции тяжелая полутвердой консмсгемиин легкий ИМЛСВН1ЫЙ твердой консистенции гяжгпый пмлеоятй твердой консистенции
Природная млажноаь. я сл 0,324- 0.141 Ü.460 0.164-0.2 54 0.190
Плогносп. грунта, г/см' 1.Н0- 1.87 1.76 1.71- 1,75 I.SI
Плотность сухого ГРМГТВ. Г/см5 U9- 1.42 1.21 1 36- 1.50 1.52
Плотность часта грунта, г см1 2.57- 2.65 2.73 2.64- 2.68 2.64
Пористость, а. сл. П 448- 0,460 0.557 0.405- 0,4 НО 0.424
Коэффициент пористости. J сд 0.810- 0,'XíT 1.256 U. 7- 0,956 0.737
Коз4'Фнинск« иодомасыщсния. д.са. 0.863- 0.987 1.00 0.559- 0.706 0.681
Коэффициент фильтрации, м'с>т 6 5* 10':- 8.54*10 4 6,12*141"*
Относительна* деформация набухания без нагрузки, л. сд 0.IU3-0,121 0.236 0,227
Влажность числе и&бухаиня. л. сл 0.-W3-O.SOK 0.514 0.453
Влажное"- »я гряннис текучести, л еа. 0.4К« Q.57Í' 0 78(1 0.44.1 0,540 0.422
Влажность на границе раскатывания, л. ел. 0,105- 0,352 0.442 0.347-0.Л6У 0,293
Число пластичности, Д. ел 0.179.0.IH9 0.338 0.071 - 0.097 0.129
Похяяпедь iirKvceciH. л сд <и 005 <0 <0
Модуль деформации, МПи Естества шичивонием 5.-14/ 5.PÉ 5.42 5.14
Коэф. уплотнения. МПа"' Ecteet н.'с тхчачипанисм 0.44 .'0.27 0.85 0.19
Угод пнутр. трения, градусм с замачиванием |Х'-2Г IIM4"
Удельное сиеплвнне. МПа 0.0 зм 0.0208
Делювиальные огложення формируются ^а счет смывания с осрхисЛ части склон» продуктов выветривания. Мощные шлшн делювиальных отложений характерны ллЯ Центрального Уральского поднятия (мощность до 60 м). в зонах расчлененного рельефа; по мерс продвижения на bocio* делювиальные отложения меняются ог крупнообломочных к суглинистым и глинистым разновидностям
Формировлние делювиальных отложений за счет коры выветривания привело к широком", развитию в регионе элювиально-делювиальных отложений, занимающих примерно 45 1 Свердловской област и.
Следует отметить, что часть грунтов обладает способностью к набуханию.
Величина набухания 1'дйнистых грунтов определяется минеральным составом, степень« уплотнения и водонасыщсния, составом и концентрацией норового раствора, величиной внешне к давления и т. д. В зависимости от этих факторов величина набухания может меняться от I до 25 Vv Минеральный состав определяет не только размер частиц, но и их форму и взаимодействие с водой,
Грунты, в составе которых присутствует каолинит, гидрослюды, монтмориллонит, галлуазит и бейделлит, обладают способностью к набуханию ч различной степени,
Галлуазит имеет две разновидности: гндрогаллуааит гидра гироваиный, образует трубчатые формы, при насыщении водой грунт набухает, при полном насыщении водой трубочки развертываются и происходи! проседание грунта (рис.1), и метагаллуазиг дегидратированный, не способный к набуханию.
Основные физико-мехлннческие свойства грунтов в зависимости от минерального составе представлены в табл. 2.
Грунты, в которых содержится гидрогаллуазит. при их оодонасыщенми лают неравномерную просалку (рис. 2), по л ому использование их в роли оснований недопустимо.
Рис. 1. Трубчатые выделения гнлрнгаллуазитп (Гз), отдельные чешуйки гидрослюлы ((с), рыхлые скопления - тальк, темные с гидроокендами железа - гегн: (Ге)
Таблица 2
Минеральный состав и физико-механические свойства элювиальных грунтов
Мниср&льнмй состав
Характеристики грунта VI! рит. мстагаллулзиг, 1СТИТ, 1 нг.(М)£люди, кварц, хллиедии къари. хлорит. гнлргч лллуыпт. хлорит, тнлроелкш
Природная иг.ажио-сл.. л сЛ Илоптсп. груша, г/см' 1.7) 1,61
Плотности сухого грунта, г/см1 1.34 1.152
Плапюст». частиц гр^тто г-сч' 2.82 2.87
Пористость, д. сл. О.З-'З 0.599
Коэффициент пористости, л ел 1.3»2 1.496
к'и «4»фнннснт оодонасшиемия. л -'л 0.750 0.779
Относительная деформация иио- чзнич и,-. нагрузки, . с.а 11.0035- О.СК>25 О,ОМ- 0.02
Вахк№>ст1. на границе тею-чест и. ^ г.: Ълажцоегь ид границе рзскаи» юиннк л ел и.Г 1 Ц.382 и, /ил 0.503
Мною пластичности. :*. ел 0.1X4 0.205
Показатель тскучгети. л ад 0 •0.47
Уюлвирр трения, градусы 3» 28
Удельное Саепленис. МП« 0.08 0.028
метапшлуазиг (а), и гилрогаллуазит (б)
В крупных фракциях (пылеватых, песчаных) минеральный состав определяет форму частиц, которая во многом обусловливает размер и конфигурацию пор и тем самым водопроницаемость грунта. На водопроницаемость пылеватых и особенно глинистых грунтов значительное влияние оказывает состав обменных катионов. Одновалентные катионы способны уменьшать водопроницаемость лессовых и глинистых грунтов, так как они обладают диспергирующим действием, приводящим к разрушению микроагрегатов и снижению размера пор.
Суглинки, в составе которых наряду с каолинитом присутствует гидрослюда, обладают степенью водонасыщения водой, близкой к 1,0, благодаря чему они не набухают, но хорошо задерживают загрязнители. Такие грунты с успехом можно использовать в качестве защитных экранов при строительстве полигонов твердых бытовых и промышленных отходов.
Величина набухания также зависит от присутствия солей в растворах, циркулирующих в грунтах, их концентрации и величины рН растворов. Наиболее резко с ростом концентрации внешнего раствора снижается набухание натриевой монтмориллонитовой глины.
Исследование величины набухания глинистых грунтов смешанного минерального состава проводилось по нескольким схемам [4]:
I. Схема одной кривой (набухание образцов при замачивании после стабилизаш^ осадки от заданных нш рузок).
И. Схема двух кривых (компрессионные испытания двух образцов из одного монолита): природного сложения и влажности, после свободного набухания при замачивании.
111. Схема обратной кривой (компрессионные испытания образца природного сложения и влажности и его разгрузка ступенями после свободного набухания при замачивании).
Влажность после набухания W^ определялась в приборе после испытаний грунтов з приборах ПНГ Васильева и составила:
- для глин элювиальных - 0.476, при природной влажности 0,266;
- для суглинков элювиальных - 0,436, при природной влажности 0.184.
Давление набухания определялось по табл. В.2. СП 11-105-97 с учетом средней относительной деформации набухания без нагрузки и составило, МПа
- для глин элювиальных - 0.13;
- для суглинков элювиальных - 0,17.
Деформационные и прочностные характеристики набухающих грунтов изучались в лабораторных условиях при природной влажности и в водонасышенном состоянии после набухания.
Компрессионные испытания грунтов для определения деформационных характеристик были проведены по выше перечисленным схемам, т. е. моделировали работу оснований сооружений при природной влажности и в случае замачивания грунтовой толщи.
По результатам лабораторных исследований под действием внешней нагрузки, равной или больше по величине давления набухания, грунты теряют способность к набуханию. Суглинки и глины могут быть использованы в качестве материалов для строительства оснований и противофильтрационных экранов при обустройстве полигонов твердых бытовых и про.уышленных отходов в условиях Среднего Ур&т.
Различные типы грунтов можно использовать как защитные экраны (суглинки и глины), в качестве сорбирующег о слоя в водоотводных канавах (торф с примесью песка), в качестве хорошего дренирующего материала для отвода воды с тела полигона.
Способы подготовки грунта для использования в качестве защитного экрана зависят от его влажности, коэффициента фильтрации, сорбдионной способности, уплотнясмости, липкости.
В настоящее время установлено, что сорбционнос концентрирование загрязняющих компонентов происходит на поверхности частиц водонасыщенных горных пород и осадков, и. по существу, является адсорбцией.
Адсорбция - это физико-химический процесс поглощения веществ из растворов или гшов всем объемом сорбента.
Адсорбционные процессы эффективно снижают содержание в водах тяжелых металлов, многих органических и металлорганических соединений, некоторых анионогенных элементов. Из числа тяжелых металлов хорошо адсорбируются медь, свинец, цинк, ртуть, никель, кобальт, кадмий, марганец, железо (II). Велика роль адсорбции в процессе миграции аминов, ксибснзолов. пиридина, нафтеновых и гуминовых кислот, нефтепродуктов, органических пестицидов.
Среди загрязняющих анионогенных элементов адсорбция характерна для соединений мышьяка, фосфора, фтора, отчасти серы. Адсорбция этих загрязняющих компонентов наблюдается
лишь в условиях, когда породы водоносного горизонта представлены глинами, суглинками, супесями, средне-, мелко- и тонкодисперсными песками, галечниками с высоким содержанием суглинистого материала.
Интенсивность адсорбции обусловливается минералогическим составом и литологией пород, природой твердых фаз, природой сорбирующегося ингредиента, составом его миграционных форм, концентрацией ЕЬ и рН воды (2].
Применяя классификацию Ч. Амфлетга (1966), все природные сорбенты и сорбенты, формирующиеся в процессе формирования ареала загрязнения, можно отнести к двум большим классам:
Сорбенты с кристаллическим строением;
^ Сорбенты с неявным кристаллическим строением и аморфные соединения.
Основу I класса составляют алюмосиликаты, представленные глинистыми минералами и слоистыми цеолитами, и мселезоалюмосиликаты, к которым относится глауконит. Вторая группа сорбентов I класса представлена кварцем, силикатами, окислами и гидроокислами железа. Третью группу образуют несиликатные сорбе)ггы, к которым относятся основные соли тяжелых металлов.
II класс сорбентов объединяет в основном гидроокиси и окиси металлов с переменной валентностью.
Под сорбииогшой способностью понимается наибольшее количество компонентов, поглощаемое сорбентом на единицу его веса.
Среди сорбентов I класса по величине сорбционной способности I место занимают цеолиты, II - основные соли тяжелых металлов, III - глинистые минералы. Среди последних наблюдается следующий ряд повышения сорбционной способности:
биотит< мусковит^ каолинит < нллнт< нонтроннт < монтмориллонит< вермикулит
Сорбенты 11 класса отличаются исключительно высокой сорбционной способностью, особенно в период образования, когда они представляют собой аморфные соединения. С ростом упорядоченности структуры их сорбционная способность падает.
Окиси одного и того же элемента характеризуются меньшей сорбционной способностью, чем его гидроокиси.
С ростом концентрации ингредиента растет его адсорбция. С понижением рН растет адсорбция анионов, а с повышением рН вод растет адсорбция катионов [2].
В зависимости от природы волонасыщенных пород, осадков и самих загрязняющих компонентов адсорбционные процессы подразделяются на физическую и химическую адсорбцию.
Физическая адсорбция происходит за счет сил электростатического напряжения поверхности твердого тела без изменения природы ингредиент*.
Химическая адсорбция происходит за счет некомпенсированных валентных, ионных или координационных сил поверхности породы или осадка.
Адсорбция и ионный обмен на глинистых минералах обусловлены или нескомпенсированностыо зарядов в местах дефектов кристаллической решетки, или изоморфным замещением ионов в тетраэдрических и октаэдрических позициях.
Адсорбция протекает в несколько стадий:
I. Перенос компонента из объема раствора через пленку, окружающую зерно твердой фазы, к поверхности последнего.
II. Собственно адсорбция или гетерогенная химическая реакция. Происходит транспортировка компонента в объем зерна сорбента.
III. Гетерогенная реакция обмена ионов.
IV и V. Происходит перенос десорбнрованного нона к поверхности зерна и последующий его отвод в объем раствора.
В целом скорость адсорбции определяется скоростью самой медленной реакции [6].
Хорошими сорбентами являются ожелезненные глины, суглинки, супеси, пески. Сорбционная способность таких пород с преобладанием минералов монтмориллонитового типа падает, а с преобладанием каолинита, кварца растет. Это связано с тем, что гидроокись железа, обволакивая частицы монтмориллонита, блокирует обменные центры, расположенные в межпакегном пространстве кристаллической решетки.
При прочих равных условиях сорбционная способность пород обусловливается содержанием частиц тонких фракций, особенно песков [б].
С целью оценки поглощающих свойств грунтов авторами были проведены лабораторные исследования в статических условиях.
Испытания проводились на образцах нарушенной структуры, отобранных с глубины 2,0-2,5 м на территории г. Екатеринбурга.
Пробы грунта представлены суглинками легкими пылсватыми (a-d Qm-iv), суглинками тяжелыми пылеватыми (a-d Qm.iv), супесями (eMZ).
Минеральный состав фунтов бып определен по результатам рснтгсноструктуэного анализа, размеры и микроморфология глинистых частиц были определены под электронным микроскопом.
Для получения модельных растворов использовались соли Zn (NO.O2 и CuSOa. Концентрация Zn и Си составляла 5 мг/л в первом случае и 10 мг/л - во втором.
Пробы грунта измельчались, пропускались через сито 1 мм. Навеска в 20 г помещалась в колбу и заливалась модельным раствором в объеме 200 мл.
Смеси периодически взбалтывались в течение суток до установления равновесного состояния. Далее проводилось определение токсикантов растворов, проконтактировавших с грунтом, а также в серии исходных модельных растворов.
Определение содержания Zn и Си проводилось на спектрофотометре атомно-адсорбционным методом. Расчет величины пиглшцающей способное i и проводился по следующей формуле [3J:
v - (Сх>м ~ С«?«)* v
р »
гдеN,- поглощающая способность группа при данной концентрации элемента, мг/г; /'-масса фунта, г; С,»,., - исходное содержание элемента - сорбата в объеме раствора, мг/л; С>м - равновесное содержание элемента - сорбата в объеме раствора, проконтактировавшего с грунтом, мг/л;.
В области линейной равновсснэй сорбции, описываемой изотермой Генри {СIN = const), справедливо равенство
С*
С. = Nc'
где С, - равновесная концентрация элемента, полученная при экспериментальных исследованиях, мг/л; N, - значение сорбцнонной способности фунта в отношении токсичного элемента, полученное при лабораторных исследованиях, соответствующее на изотерме поглощения равновесной концентрации С„ мг/г: С„ - концентрация токсичного элемента, характерная для жидкой фазы отходов промышленного объекта, мг/л; N( - значение сорбцнонной способности, которым можно охарактеризовать грунт, экранирующей толщи в отношении токсичного элемента отходов предприятия, мг/л.
Характеристика сорбцнонной способности фунтов на уровне ПДК, т. е. С„ =5 мг/л для Zn; С„ = 1 мг/л для Си, представлена в табл. У.
Таблица 3
Характеристика сорбцнонной способности грунтов
Генезис, название грунта Минеральный состав Сорбиионная способность грунта (мг/л) относительно:
Zn Си
Суглинок (a-d Qm-iv) Монтмориллонит, гидрослюда, хлорит. 4.5 1.0
Суглинок (a-d Oni.iv) Гидрослюда, хлорит, тальк, монтмориллонита минимум. 1.5 0.98
Суглинок (a-d Qm-iv) Гидрослюда, хлорит, тальк, монтмориллонит. 4.4 1.1
Супесь cMZ Монтмориллонит, хлорит. 4.8 1.1
Супесь eMZ Гидрослюда. монтмориллонит 4.8 1.1
Из таблицы нидно, что суглинок, в котором содержание монтмориллонита минимально, обладает пониженной сорбцнонной способностью.
По результатам исследований сорбцнонной способности фунтов, отобранных с глубины 5 м, в статических условиях В.И. Сергеевым (МГУ, 1996 г.) для грунтов Уральского региона приведены следующие данные (табл. 4):
Таблица 4
Анионная способность грунтов в отношении токсичных элементов в статических условиях (расчетные данные на основании изотерм поглощения) [5]
Генезис, название грунта Сорбционная chocoShoctl грунтов (мг/г) относительно
As s< V F
^iQrv) 0.016 о.о: 9 0.080 0.34
5— <Qtv) 0.002 Л АЛЛ 0.0 ¡0 A A/iO 0.002 Л Л 1 о 0.18
' •vK •Я^СЛЫИ. глина (JyivJ -3.-.ОК легкий (dQiiuv) U.UUO 0.008 O.IH'Z 0.0(13 0.018 0.019 0.29 0.16
; г зкох средний ePZ 0.021 О.СК'2 0036 0.18
•c^rcePZ 0.0001 0,00)2 0.005 и'с
Темный грунт ePZ 0.001 0.00)3 0.006 и/с
Наибольшей сорбционной способностью в отношении токсичного элемента обладают широко ^ситые торф и элювиальные суглинки (еР2). Минимальное поглощение происходит на песке (сРг) * ¿тесвяном грунте (сР2), что не позволяет рассматривать эти грунты в качестве геохимического асъера.
В динамических условиях В.И. Сергеевым оценивалась поглощающая способность торфа ♦Оу), суглинка делювиального (dQni.iv) и элювиального суглинка (еР7). Результаты исследований -'зелены в табл. 5.
Таблица 5
Сорбционная способность грунтов в отношении токсичных элементов в динамических условиях (расчетные данные на основании изотерм поглощения) [5]
Генезис, название грунта Сорбционная способность фунтов (мг/г) относительно
As Se V
".-оф (hQiv) 0.063 0.029 0.270
. .-.инок делювиальный (dO^y) 0.006 0.004 0,034
f Слглинок элювиальный (ePZ) 0.009 0.013 0.034
Во всех случаях наибольшей сорбнруемостью на грунтах обладает ванадий, селен .поглощается в 3-5 раз хуже, чем мышьяк и ванадий [1].
Для оценки сорбцнонных свойств торфа нами был проделан ряд опытов, материалом для которых послужил верховой торф, широко развитый на территории Урала с примесью пород разного состава с различными сороциончыми свойствами:
1. Кислые граниты (г. Карпинск).
2. Осадочные (известняки, г. Североуральск),
3. Ультраосновные (перидотиты Гайского месторождения).
При изготовлении загрузочной смеси содержание торфа и минеральной части, предварительно раздробленной до фракции < 0,2 мм, составляло: 50/50 %. 25/75 %, 75/25 % по массе.
Опыты проводились при последовательной загрузке проб отдельно для каждого типа порол при соотношении столба воды к мощности загрузочной смеси: 1:1,2:1,9:1.
Через каждую пробу было пропущено 1,5 л талой воды, после чего литр пропущенной через загрузочную смесь воды был исследован на нефтепродукты (табл. 6).
400 мл пробы использовались для выявления взвешенных частиц, содержащихся в 1, 5 л воды, прошедшей через загрузочную смесь.
По результатам спектрального анализа получены данные о содержании тяжелых металлов в пробе загрузочной смеси после пропускания через нее воды (табл. 7).
Как показали опыты, загрузочная смесь ультраосновногс состава с содержанием торфа и минеральной части 50/50 % наиболее эффективно очищают пробу талой воды от взвешенных частиц при соотношении мощности загрузочной смеси к столбу воды 1;2{ М Хорошая очистка ооды происходит также при соотношении 1:2 с содержанием торфа н &клерайь#ой части 25/75 %.
Ж
Степень очистки талон воды от взвешенных веществ и нефтепродуктов по результатам лабораторных исследований
Породы, составляющие минеральную часть загрузочной смсси. Соотношение мощности загрузочной смеси к столбу поды Содержание торфа к минеральной части загрузочной смеси. % Степень очистки талой воды. %
взвешенные веш-ва нефтепродукты
Ультраосновныс 1:1 75/25 80.4 64.0
50'50 51.0 Я5.0
25/75 Вынос взнеси 67.0
1:2 75/25 65.0 14.0
50/50 84.0 48.0
25/75 82.0 45.0
1:9 75/25 60.4 85.0
50/50 39.0 54.0
25/75 9.0 50.0
Осадочные 1:1 75/25 Вынос взвеси 60,0
50/50 Вынос взвеси 45.0
25/75 81.0 64.0
1:2 75/25 3.8 70,0
50/50 Вынос взвеси 95.0
25/75 32.0 85.0
1:9 75/25 41.2 63.0
50/50 Вынос взвеси 40.0
25/75 Вынос взвеси 54.0
Кнслыс 1:1 75/25 Вынос взвеси 51.0
50/50 65.2 85.0
25/75 Вынос взвеси 60.0
1:2 75/25 3.0 80.0
50/50 Вынос взвеси 95.5
25/75 Вынос взвеси 70.0
1:9 75/25 25.0 54.0
50/50 Вынос взвеси 90.0
25/75 Вынос взвеси 75.0
Примечания. Более 80 % - очень эффективная очистка; более 50 % - среднеэффективная очистка; менее 50 % - малоэффективная очистка; вынос взвеси - неэффективная очистка.
Эффективно очищают пробу татой воды от взвешенных частиц загрузочные смеси ультраосновных пород с содержанием торфа и минеральной части 50/50 и 25/75 % с соотношением мощности загрузочной смеси к столбу воды, равным 1:2, и осадочного состава с содержанием торфа и минеральной части 25/75 % при соотношении мощности загрузочной смеси к столбу зоды 1:1 (на 81 %). Максимальная очистка от нефтепродуктов происходит при содержании торфа и минеральной части 50/50 и 25/75 %, при соотношении мощности загрузочной смеси к столбу воды 1:2.
Максимальная очистка воды от нефтепродуктов происходит также при прохождении через загрузочную смесь кислого состава при содержании торфа и минеральной част»- 50/50 % и соотношении мощности смеси к столбу воды 1:1.
Как видно из таблицы, загрузочная смесь осадочного состава не является геохимическим барьером для тяжелых металлов, максимальной сорбционной способностью по отношению к тяжелым металлам обладает смесь ультраосновного состава.
На основе собранного фактического материала по физическим свойствам элювиально-делювиальных фунтов авторами была выявлена зависимость оптимальной влажности и максимальной плотности от влажности на границе текучести, по которой построена номограмма для выбора степени уплотнения грунта при строительстве экрана (рис. 3)
Эта зависимость была проверена на ряде полигонов Свердловской области (табл. 8). Как видно из таблицы, теоретические и практические значения очень близки для элювиально-делювиальных грунтов и не подходят для грунтов другого генезиса.
Таблица 7
Содержание тяжелых металлов п пробе загрузочной еиеси после пропускания через нее воды
по результагзм спектрального анализа
Сиетая загрузочной смеси Свинец Цинк Медь
юл% чгш Ю'% мг/кг 10'% мг/кг
УльтраоошвноЯ 25:75 % 1/2 2 20 30 300 10 100
1/3 3 30 30 300 7 70
1/10 2 20 30 300 15 150
УйьтрдоснонноЙ 1/2 2 20 20 200 10 100
50/504 1/3 •1 40 30 300 10 100
1/10 5 50 30 300 10 100
Ультраоемоиыой 1/2 5 50 30 300 10 100
75/25 % 1/3 7 70 50 500 15 150
1/10 9 90 50 500 15 150
Осадочный 1/2 2 20 Зи 300 30 3(10
25/75 % 1/3 1.5 15 10 100 20 200
1/10 1.8 18 10 100 10 100
Осадочный 1/2 > 20 10 100 10 100
50,50% 1/3 3 30 | 10 их» 10 100
1/10 3 30 15 150 10 100
Осадочный 1/2 3 30 15 150 9 90
75/25 % 1/3 3 30 10 100 7 70
то 3 30 10 100 6 60
Кислый 1/2 1 40 10 100 9 90
25/75 Я'л 1/3 1 40 9 90 9 90
1/10 4 40 9 •ю 7 70
Кислы« 1/2 Л 60 150 10 100
50/50 % 1/3 5 50 15 150 10 100
1/10 4 40 10 100 9 90
Кислый 1/2 1 40 9 90 9 90
75/25 % 1'3 5 50 10 100 10 100
|/|0 6 60 15 150 10 100
Фоновое содержание тяжелых метлл.пшв загрузочной смеси
У/О 25/75 % 3 30 7 70 3 30
У/О 50'50% 5 50 10 100 18 180
У/О 75/25 % 4 40 9 90 10 100
Осадочный 25/75 % 2 20 20 200 10 100
исаЛочмыН 50/50 У* 5 50 30 300 10 100
Осадочный 75/25 % 2 20 30 300 9 90
Кислый % 0.7 7 >0 1 10
Кислый 50/30 % 1 10 7 70 3 30
Кислый 75/25 % 1.5 15 7 70 5 50
Примечание НЮ - содержание (мг> тяжелых металлов при эффективной очистке волы.
Таблица 8
Теоретические и опыгные значения максимальной плотности и оптимальной влажности
для грунтов различного генезиса
Полигон Теоретическое значение Практическое значение Кф. м/сут
Пинт. Ус р микс. г/см' И' опт. % о макс, г/см'
ШирокорсчснскиП полигон твердых битных отхолол плюи,-аелюв гр>н!ы| 0.196 1.75 0.20 1.72 4,4*10*
Прошении по иной промышленных отходов (алиюм грунты) 0.193 1 76 0.21 1.62 1.3Ч0*
, Шлакоотвал К ночсйского завода фсрросн твои (злма.-де.зюв гр\иты| 0.19* 1.748 1.74 0.190
Значения коэффициента фильтрации грунтов различного генезиса
Район Описание грунта Генезис грунта Коэф. фильтрации, м/сут. Метод определения
Екатеринбург Щебенистый груш Вы ветрел, дун ит ы 4.45-11.98 Экспресс - налив
сильно вывегрелые серпентинит еМг 0.25 Откачка из скважины
сильно вывегрелые порфирнты еМг | 0,21-0,35 То же
Морфириты вывстрелыс еМг 3,0-4,0 Экспресс - откачки
Порфириты трещиноватые еМг 0.9 Откачка из скважины
Песок крупнозернистый АЛЛЮВИаЛЬНЫЙ 4.9 То же
Глина Озерно-болотная 000096- 0,16 Лаб. испытания
Суглинок Элювиальный 0.0123 Тоже
Супесь Элювиальная 0,342
Каменск-Уральский Суглинок (по известнякам, мергелям) Элювиальный 0.12
Дресвяный, щебенистый грунт 10 Наливы в шурфы
Суглинок серый макропористый с { _ п включ. | ДСЛЮвиа-11,НЫИ 0,0117 Лаб. испытания
Скальный грунт 10 Опытно-фильтран работы
Нижняя Тура Песок и галечник Аллювиальный 0.06-1,0 То же
Глина по порфиритам Делювиальная 0,001 Справочный
Глина Делювиальная <0,0000004 Лаб. испьиания
Суглинок (по порфириту) Элюя. - делюв 0.2 Справочный
Ирбит Суглинок Делювиальный 0.0002 Опытно-фи.тырац. работы
Суглинок Озсрно* болотный 0,00013 То же
Песок пылеватый 0.45-1.1
Волковскос Глина Морская 0.000017
Суглинок С РУХЛЯКОМ !>люпих1ьный 0.1 Налив в шурф
Суглинок- Элювиальный 0.01 Тоже
Супесь глинистая 0.2
Супесь глинистая с рухляком 8.1 н
Дресва, песок глинистый 6.7
Песок глинистый 0.65
лесок глинистый структурный 4.3
Суглинок переотложенный Техногенный 0.0С003 - 0.33
Байкаловский Песок мелкий Элювиальный 1.31 Лаб. исследования
Сыссртский Суглинок тяжелый песчанистый Делювиальный 0.05 Тоже
Никольское Новоипагово Песок средней крупности Аллювиальный 0,35
Песок пылеватый Аллювиальный 0,26 м • •
р. И сеть Песок мелкий Аллювиальный 1.42 и • •
Северо-уральск Суглинок бурый твердый, полутвердый Делювиальный 0.0074 и
Фильтрационные свойства позволяют использовать эти грунты в качестве защитных экранов на полигонах твердых бытовых и промышленных отходов II - IV классов опасности после предварительного уплотнения, так как значения коэффициента фильтрации менее 0,0001 м/сут (табл. 9).
г~*/мс6*»'7 '
Рис. 3. Зависимость оптимальной влажности и максимальной плотности от влажности на границе текучести
Песчаные смеси также возможно использовать в качестве экрана. Идея использования экранирующего эффекта капиллярной каймы в качестве противофильтрационного экрана впервые была реализована на отвалах коммунальных отходов США.
Схема конструкции покрытия:
• снизу укладывается слой грубозернистого псска (> 2мм);
♦ выше - слон тонкозернистого псска (0,1 мм) толщиной, не превышающей высоту капиллярного поднятия.
При инфильтрации осадков в верхнем слое формируется подвешенная капиллярная кайма, которая препятствует просачиванию воды на поверхность тонкозернистого песка, осадки стволятся с отвала системой дренажных труб. В этом случае наиболее важным является правильный выбор гранулометрического состава смежных слоев.
Рациональное использование природных грунтов в зависимости от их происхождени« и свойств поможет снизить затраты при строительстве полигонов бытовых и промышленных отходов, а главное, снизить загрязнение на территории складирования отходов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Грунтоведение / Под ред. Е.М. Сергеева. М: Изд-во МГУ, 1983. С. 113-150.
2. Мнроненко В.А, Румынии В.Г. Проблемы гидрогеоэкологии. М.: Изд-во МГУ, 1998. С. 96-105.
3. Орадовская А.Е. Определение сорбционной способности грунтов в целях прогноза распространения промстоков в подземных водах//Труды ВСЕГИНГЕО. 1969. Вып. 14. С. 160-173.
Рекомендации по лабораторным методам определения характеристик набухающих грунтов. М.: Стройиздат, 1974. С.1-16.
4. Сергеев В.И и др. Оценка защищенности подземных вод от загрязнения и разработка мероприятий по повышению экранирующей способности грунтового основания проектируемого золоотвала №3 Рефтинской ГРЭС: Отчет. 1996.
6. Тютюнова Ф.И, Пантелеев И.Я и др. Прогноз качества подземных вод в связи с их охраной от загрязнения. М:, 1980. С. 80-110.
