CC BY
86
2007
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА__________________
Геология Вып. 4 (9)
Комплексные барьеры для защиты водохозяйственных объектов
А.Я. Г аев, И.Н. Алферов, Н.С. Алферова
Оренбургский государственный университет
Авторами разработаны способы защиты водохозяйственных объектов, основанные на использовании барьерного принципа. Комплексные барьеры относятся к принципиально новым средствам защиты водохозяйственных объектов. Они основаны на использовании гидродинамических барьеров по В.Д. Бабушкину и геохимических барьеров по А.И. Перельману. В основу работы положены оригинальные запатентованные решения.
Рассмотрены варианты, отражающие особенности миграции загрязняющих веществ к водохозяйственным сооружениям от источников загрязнения.
1. Расположенных непосредственно у водоема (Ириклинского водохранилища), питающего инфильтрационные и открытые водозаборы; термальные воды ИГРЭС вызывают интенсивный рост водорослей и зарастание водохранилища [7]. Предложен биогео-химический барьер, призванный снизить уровень зарастания водоема.
2. Расположенных в частично осолонен-ных пластах каменноугольного водоносного комплекса. При строительстве водозабора хозяйственно-питьевого назначения за счет опресненных и восполняемых ресурсов этого комплекса в зоне влияния водохранилища наряду со щелочным и сорбционным геохимическими барьерами создается гидродинамический барьер [1-3, 5]. Он гарантированно отделяет часть водоносного комплекса с опресненной водой в зоне влияния водохранилища от соленых вод этого комплекса.
3. Расположенных на водосборной площади, поверхностные потоки загрязняющих веществ от которых распространяются к речным долинам вниз по рельефу местности по временным и малым водотокам;
На рис. 1 изображено устройство геохимического барьера для очистки термальных вод: а) - вид сверху и б) - в разрезе. Предложенное устройство отличается тем, что берегоукрепительные бетонные борта закреплены
по краям бетонного основания, на котором расположен бетонный каркас. Размеры каркаса и основания определяются расчетом в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Каркас состоит из поочередно расположенных непроницаемых блоков, служащих дополнительными ребрами жесткости каркаса и проницаемых блоков, играющих роль фильтра. Блок фильтра по мере его загрязнения чистится или заменяется новым. Один из краев бетонного каркаса оборудован лотком для аварийного сброса вод.
а)
2 5 6 Г Л
/\ \ ГГУУ,
■'Ч \И\ •■і \ і>'; її41
\з\ \ \4 1
б)
Рис. 1. Устройство совмещенного механического и биогеохимического барьера для очистки термальных вод: а) в плане; б) в разрезе. 1 - бетонное основание; 2 - берегоукрепительные бетонные борта; 3 - бетонный каркас; 4 — специальные непроницаемые бетонные блоки; 5 - специальные проницаемые блоки; 6 - лоток для аварийного сброса вод; 7 - водосбросный канал
© А.Я. Гаев, И.Н. Алферов, Н.С. Алферова, 2007
163
Предложенный способ очистки осуществляют следующим образом. В нижней части бетонного основания (1), по краям которого расположены берегоукрепительные бетонные борта (2), закрепленные на основании (1), устраивается бетонный каркас (3). Его размеры определяются расчетом в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Он состоит из поочередно расположенных в его теле непроницаемых блоков (4), служащих дополнительными ребрами жесткости каркаса, и проницаемых блоков (5), которые выполняют роль фильтра. По краю бетонного каркаса (3) расположен лоток для аварийного сброса вод (6). Термальные технические воды, движущиеся по водосбросному каналу (7), проходят через проницаемые блоки (5). Воды очищаются за счет фильтрующих элементов, входящих в состав фильтра, а также за счет микробиологических, озонирующих и нейтрализующих добавок, закачиваемых в проницаемые фильтры по мере их загрязнения.
Практический эффект достигается благодаря тому, что устройство геохимического барьера для очистки термальных вод теплоэлектростанций содержит фильтрующие блоки и берегоукрепительные бетонные борта, закрепленные по краям бетонного основания. На основании расположен бетонный каркас, размеры которого определяются расчетом в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Он состоит из чередующихся проницаемых и непроницаемых блоков. Последние служат дополнительными ребрами жесткости каркаса сооружения, а проницаемые блоки играют роль фильтра. Они, по мере загрязнения, чистятся, или заменяются новыми. Один из краев бетонного каркаса оборудован лотком для аварийного сброса вод. Термальные воды, проходя через проницаемые блоки, фильтруются через фильтрующие элементы и очищаются за счет микробиологических и нейтрализующих добавок в фильтры.
Охарактеризованное устройство устанавливается на выходе из водоотводного канала, по которому сбрасываются сточные воды ГРЭС с повышенной температурой. Именно из-за повышения температуры в Ириклинском водохранилище интенсивно развиваются представители озерно-болотного биоса, включая сине-зеленые водоросли. Зарастание водоема ведет к его старению и ухудшению качества поверхностных вод. Чтобы затормозить эти негативные процессы, необходимо
создать буферный водоем, на выходе из которого вода будет отфильтровываться и очищаться. Фильтруясь через проницаемые блоки, сточные воды также охлаждаются, и их сброс в водохранилище в очищенном и охлажденном виде не будет вызывать тех негативных явлений, которые наблюдаются в настоящее время. Для реализации этой разработки необходимо нарастить высоту бортов водоотводного канала, чтобы поднять уровень воды в буферном водоеме и построить фильтрующую плотину, оборудовав ее предлагаемым устройством.
Создание биогеохимического барьера предназначено для объектов, расположенных непосредственно у водоема, в «теле» специальной плотины на водоотводном канале, по которому с крупной тепловой электростанции, какой является, например, ИГРЭС, отводятся воды, охлаждающие агрегаты станции. В периоды паводков резко возрастает снос в водоем песчано-глинистого материала и вода у берегов приобретает большую мутность, в том числе и у пос. Энергетик. Ежегодное эоловое поступление твердого стока в водохранилище с водосборных пространств оценивается в 400 тыс. т/год, а слой ила — в 1.2 мм. Основная масса твердого стока осаждается на широких плесах. Осадки образуются также за счет размыва берегов, отмерших организмов планктона и бентоса, затопленной наземной и развившейся водной растительности. Вода водохранилища — мягкая, пресная, слабо минерализованная, гидрокарбонатного, натриево-кальциевого состава. Отвод подогретой воды после прохождения ее через агрегаты ГРЭС осуществляется при помощи напорных труб диаметром 1800 мм в сбросный или циркуляционный канал, а затем в Ириклинское водохранилище. Температура воды при этом повышается на 8^11° С. Водоем непрерывно получает с этой подогретой водой массу дополнительного тепла, в результате чего в нем (в районе пос. Энергетик) и развиваются синезеленые водоросли.
Биогеохимический барьер является проницаемым. Пропуская воду, он задерживает загрязняющие органические вещества и создается при возведении плотины и наращивании бортов водосбросного канала. Увеличивается объем и снижается скорость движения воды по каналу, ускоряются процессы механической очистки термальных вод. Легкие водоросли всплывают, а тяжелые выпадают в
осадок. Их можно механически удалять. Затем начинается процесс фильтрации термальных вод через фильтрующие блоки (проницаемую часть плотины). Расчетом определяется пропускная способность барьера. В фильтрующую часть плотины подается при помощи дозиметров озонированная вода, ускоряющая процессы окисления органических веществ. При загрязнении фильтры заменяются. Для очистки фильтров можно использовать методы рекуперации фильтрующего материала в естественных условиях, или при помощи микробиологических методов, или озоновых окислителей. Рекомендуемый вариант геохимического барьера применяется впервые для очистки вод тепловых электростанций. Он открывает возможность использования отводных каналов их термальных вод в качестве рыбохозяйственных водоемов с замкнутыми пищевыми цепями за счет искусственного создания и поддержания экосистемы с разнообразным бентосом и планктоном.
Вторая не меньшей важности задача заключается в обеспечении хозяйственнопитьевого водоснабжения населения пос. Энергетик и работающего на Ириклинской ГРЭС персонала. Рассмотрены два основных источника водоснабжения: а) за счет вод каменноугольного водоносного комплекса, частично осолоненных, и б) аллювиального водоносного горизонта.
Вариант комплексного геохимического и гидродинамического барьера разработан для создания водозабора хозяйственно-питьевого назначения за счет частично осолоненных трещинно-карстовых вод каменноугольного водоносного комплекса. При строительстве водозабора хозяйственно-питьевого назначения за счет опресненных и восполняемых ресурсов этого комплекса в зоне влияния водохранилища наряду со щелочным и сорбционным геохимическим барьером создается гидродинамический барьер по В.Д. Бабушкину [2, 3]. Он играет роль гибкого гидродинамического барьера, гарантированно отделяющего часть водоносного комплекса с опресненной водой в зоне влияния водохранилища от соленых вод этого комплекса. Комплекс сложен терригенно-карбонатными породами ви-зейско-намюрского возраста (рис. 2). В непосредственной близости от водохранилища и в трещинно-карстовых зонах комплекса его воды отмыты от реликтов морских солей, но водные ресурсы по результатам поисково-
разведочных работ недостаточны для обеспечения водоснабжения пос. Энергетик и Ирик-линской ГРЭС. Поэтому для этого случая предлагается внедрение варианта восполнения запасов за счет поверхностных вод Ирик-линского водохранилища (рис. 3). Кроме того, необходимо обеспечить изоляцию ресурсов пресных вод от влияния соленых вод того же комплекса при помощи комплексного гидродинамического и геохимического барьера в соответствии с существующими требованиями [6]. Предложено устройство, состоящее из параллельно отстоящих друг от друга водозабора пресных вод и дренажа соленых (не кондиционных) вод. Между ними размещена водонепроницаемая перемычка. Устройство содержит водозаборную скважину чистых вод или куст скважин и скважину для дренажа соленых (загрязненных) вод, пройденную на всю мощность водоносного горизонта. Кроме того, при необходимости обустраивается стенка из адсорбционного материала на всю мощность водоносного горизонта (рис. 4).
Предлагаемое устройство позволяет сократить сроки создания барьера на пути водного потока и увеличить водозахватную способность водозабора пресных вод за счет того, что часть соленых (загрязненных) вод, просочившихся через стенку из адсорбционного материала, откачивается через дренаж соленых (загрязненных) вод, обустроенный также до водоупора и расположенный между геохимическим барьером и водозаборной скважиной чистых вод. Откачка чистой воды ведется из водозаборной скважины, и при этом осуществляются одновременно восполнение запасов пресных вод за счет поверхностных, отделение их в пласте от соленых вод и очистка откачиваемых вод от загрязняющих веществ в процессе инфильтрации через зону аэрации и фильтрации в пределах опресненной части водоносного комплекса.
Предложенное устройство реализуется следующим образом. В непосредственной близости от водозабора пресных вод и вблизи контакта с солеными водами обустраиваются скважины дренажа соленых (загрязненных) вод на всю мощность водоносного горизонта. Рядом со скважинами для дренажа соленых (загрязненных) вод обустраивается геохимический барьер в виде стенки из адсорбционного материала до водоупорных пород. Поток соленых (загрязненных) вод, обходя стенку из адсорбционного материала, очищается от не
консервативных компонентов, а просочившиеся загрязняющие вещества откачиваются через дренажные скважины.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность работы водозабора пресных вод. При этом поток соленых (загрязненных) вод, обходя геохимический барьер в виде стенки из адсорбционного материала, очищается, а оставшиеся загрязняющие вещества откачиваются через дренажные скважины.
Обеспечить хозяйственно-питьевое водоснабжение населения можно также за счет аллювиального водоносного горизонта долины р. Урал и его притоков.
Модели аллювиальных водоносных горизонтов разработаны на основе комплекса геологической и геофизической информации о блочном строении геологической среды и глыбовых неотектонических движениях.
Песчано-гравийно-галечные отложения аллювиального горизонта представляют собой крупные линзы, переслаивающиеся с суглинками и супесями (рис. 5). Ширина линз - до 1,5 км, а их протяженность обычно не превышает 8 км. Водоносные горизонты сложены
песчано-гравийно-галечными отложениями мощностью от 2 до 7 м. Глубина залегания уровня грунтовых вод изменяется от 2 до 12 м. Борта речных долин сложены терригенно-карбонатными породами каменноугольного возраста. Модель охарактеризована рядом параметров (таблица) мощностью от 20^30 м в пойме до 3^5 м на второй надпойменной террасе. Водные ресурсы аллювиальных водоносных горизонтов распределены крайне неравномерно. 90% их сосредоточено в пойме, уменьшаясь в направлении второй надпойменной террасы, где эти ресурсы не превышают 3^5%. Содержание глинистой фракции в пойме в составе водоносных песчано-гравийно-галечных отложений не превышает 1^3%. На второй надпойменной террасе мощность аллювиальных отложений резко сокращается до 3-5 м, а содержание глинистой фракции значительно возрастает, достигая 50 % и более. Коэффициент фильтрации в песчано-гравийно-галечных отложениях поймы составляет от 50 м/сут и более до
5 м/сут и менее на второй надпойменной террасе.
Рис. 2. Схематическая гидрогеологическая карта южного берега Ириклинского водохранилища в районе пос. Энергетик
2 3 4 5
Рис. 3. Восполнение запасов пресных вод каменноугольного водоносного комплекса за счет поверхностных вод Ириклинского водохранилища: 1 - водоем; 2 - водозаборная скважина чистых вод; 3 - емкость для воды; 4 - теригенно-карбонатные породы каменноугольного водоносного комплекса;
5 - статический уровень грунтовых вод;
6 - динамический уровень грунтовых вод;
7 - практически водоупорные породы каменноугольного водоносного комплекса;
8 - направление потока движения вод
В районе пос. Энергетик аллювиальные водоносные горизонты затоплены водохранилищем Ириклинской ГЭС. Поэтому эксплуатировать аллювиальный водоносный горизонт можно только из-под водного слоя водохранилища аналогично тому, как это делается для субмаринных источников. Крупный водозабор такого типа эксплуатируется в районе Нью-йоркской бухты (США). Для создания аналогичного водозабора у пос. Энергетик (Оренбургская обл.) необходимо построить соответствующую платформу, с которой предлагается пробурить куст наклонных эксплуатационных гидрогеологических скважин (рис. 6). Конструкция гидрогеологической эксплуатационной скважины может быть аналогичной скважине, показанной на рис. 7. Сложность этого варианта заключается в необходимости строительства и эксплуатации гидрогеологических скважин с поверхности водоема. Однако большой опыт такого строительства в мировой практике свидетельствует
о реальности и рентабельности данного варианта и в наших условиях. В этом случае, как и в предыдущем, нет необходимости строить водоводы большой протяженности.
Рис. 4. Устройство барьерного типа перед водозабором пресных подземных вод с целью изоляции их от осолоненных (или загрязненных) вод в разрезе (положительное решение о выдаче патента РФ по заявке №2005135862/22(040060) от 23 мая 2006):
1 - водозаборная скважина чистых вод;
2 - скважина для дренажа загрязненных вод; 3 - водоносный горизонт; 4 - геохимический барьер в виде стенки из адсорбционного материала глинобетона или активированного угля; 5 - водоупорные породы
Однако в отечественной и оренбургской практике предпочтение отдается обычным аллювиальным, инфильтрационным водозаборам, от которых к потребителям прокладывают трубопроводы в десятки километров. Именно такие водохозяйственные объекты преобладают во всех районах Оренбургской области. Так, строительство Ириклинского водохранилища стабилизировало питание и улучшило качество воды в водозаборах, расположенных ниже створа плотины. Это относится к крупным водозаборам Гайского и Ор-ского промышленных узлов.
Аналогичное решение предложено нами для пос. Энергетик и Ириклинской ГРЭС. По просьбе руководства ГРЭС нашей лабораторией разработаны и выданы исходные данные по теме «Разработка вариантов по обеспечению населения пос. Энергетик экологически чистой, питьевой водой» (2005 г.). Установлено, что водохранилище играет роль не только накопителя воды, но и источника восполнения запасов вод аллювиального водоносного горизонта. Ресурсы этого горизонта в нижнем бьефе водохранилища после его заполнения резко возросли, и, по оценкам гидрогеологов, их достаточно для населения этой части уральского бассейна, включая пос. Энергетик и Ириклинскую ГРЭС.
Рис. 5. Модель аллювиального водоносного горизонта, примыкающего в бортах долин к каменноугольному водоносному комплексу: а) в разрезе; б) в плане
Основными источниками загрязнения аллювиального водоносного горизонта служат горнорудные предприятия района. Для локализации их загрязняющей роли нами разработаны комплекс мероприятий и устройство фильтрующего бассейна в виде заявки на изобретение (рис. 8, 9).
В системе доочистки важную роль играют геохимические барьеры, экранирующие загрязняющие вещества путем создания искус-Таблица. Параметры аллювиального водоносного
ственных водоемов, плотины которых содержат в своем составе активные в физикохимическом отношении породы (рис. 10). Водоемы аналогичны тем, которые созданы Гайским ГОКом на речках Елшанке и Колпачке. Разница заключается в строении и составе самой плотины. Конструктивным элементом плотины служит напорный блок, представляющий собой искусственный геохимический барьер, создаваемый по индивидуальной технологии из местных материалов, обладающих повышенной физико-химической активностью. Плотина имеет специальную конструкцию.
Частично нейтрализованная в водоеме известковым молоком или не гашеной известью вода подается в «тело» плотины снизу под напором веса столба жидкости в водоеме. Фильтруясь под напором через специальный фильтр и достигнув определенного уровня, она начинает фильтроваться уже в субгори-зонтальном направлении в том же фильтре, имеющем небольшой уклон к нижнему бьефу. Расчетное время фильтрации загрязненной жидкости обеспечивает необходимый уровень очистки и определяется экспериментально. Система мониторинга дает объективную оценку применяемой технологии и ее своевременную коррекцию.
горизонта
Террасы и борта долины Мощность отложений, или зоны активного водообмена, м Содержание глинистой фракции Водные ресурсы Коэффициент фильтрации, м/сут Экологическая ёмкость, мг.-экв. на 100 г
Пойменная 20-30 Пониженное, не более 3% Основные (до 90 %) Высокий, до 50 и более Пониженная, п-10
Первая надпойменная 10 Невысокое, 3 - 10 % Невысокие (7 - 10 %) Невысокий, 5 - 20 Невысокая, п-100
Вторая надпойменная 3-5 Повышенное, до 50 % и более Низкие (3 - 5 %) Пониженный < 5 Повышенная, п-1000
Каменно-угольный терригенно-карбонатный водоносный комплекс 30-50 Пониженное, не более 3%, или невысокое, 3-10 % Невысокие даже в зонах сосредоточения трещиннокарстовых вод Невысокий, 5 - 20, или пониженный < 5 Повышенная, п-1000
п - число от 1 до 10.
Эффективность таких геохимических составляет всего 1,0 м, площадь - 100х100 м
барьеров можно оценить при помощи пара- и пропускная способность - всего 1 л/с, то за
метров градиента и контрастности. Если 1 млн лет в современных условиях даже вдали
мощность зоны тектонического нарушения от источников загрязнения или рудных
6
ІІІІІ
В
Рис. 6. Схема установки надводной платформы для строительства куста наклонных гидрогеологических эксплуатационных скважин на аллювиальный водоносный горизонт:
1 - р. Урал (нижний бьеф); 2 - аллювиальный водоносный горизонт пойменной террасы; 3 - аллювиальный водоносный горизонт первой надпойменной террасы; 4 - аллювиальный водоносный горизонт второй надпойменной террасы; 5 - аллювиальный водоносный горизонт третьей надпойменной террасы; 6 - подстилающие породы; 7 - платформа для строительства куста наклонных гидрогеологических эксплуатационных скважин на аллювиальный водоносный горизонт; 8 - буронабивные сваи платформы; 9 - наклонные гидрогеологические эксплуатационные скважины; 10 - Ириклинское водохранилище (верхний бьеф)
месторождений могут сформироваться рудные залежи с запасами меди, цинка и свинца соответственно 60, 300 и 92 т. Вблизи источников загрязнения или рудных месторождений концентрации тяжелых металлов в водах увеличиваются в сотни и тысячи раз. Масштабы развития минеральных новообразований также значительно возрастают [1, 2, 4].
В условиях горнорудных районов с открытыми гидрогеологическими структурами возникает задача - усилить эффект локализации загрязняющих веществ. Это возможно за счет усиления экологической емкости барьеров путем внесения экологически емких материалов. Эти материалы представляют собой специальные смеси, приготавливаемые по нашей рецептуре, преимущественно из местного сырья. Они усиливают эффект фиксации загрязняющих веществ в твердой фазе за счет процессов, способствующих комплексообра-зованию и описанных А.Я. Г аевым [2-4]. При наличии органических веществ процессы самоочищения подземных вод на геохимических барьерах могут иметь микробиологическую природу.
7
Рис. 7. Конструкция гидрогеологической эксплуатационной скважины: 1 - подошва условного водоупора аллювиального водоносного горизонта; 2 - кровля аллювиального водоносного горизонта пойменной террасы; 3-5 - разновозрастные слои аллювиального водоносного горизонта; 6 - подстилающие породы; 7 - обсадная труба, кондуктор; 8 - эксплуатационная труба с фильтром в нижней части; 9 - подъемнолифтовая колонна для откачки чистой воды; 10 - Ириклинское водохранилище; 11 -затрубное цементное кольцо
Рис. 8. Система доочистки сточных вод горнорудного предприятия с использованием фильтрующих отстойников
А
Рис. 9. Схема водопользования на горнорудном предприятии: а - схема хозяйственнопитьевого и технического водоснабжения;
б - схема подготовки и утилизации карьерных вод; в - схема обеспечения основных объектов технической водой; 1 - водозабор хозяйственно-питьевого назначения; 2 -поселок; 3 - котельная; 4 - очистка дождевых стоков промплощадки; 5 - станция биологической очистки; 6 - отстойник карьерных вод; 7 - водоем технической воды; 8 - фильтрующий отстойник; 9 - пруд очищенных бытовых стоков; 10 - станция подготовки карьерных вод и вод котельной; 11 - градирня; 12 - резервуар вод для пыле-подавления; 13 - песколовка и отстойник; 14 - насосная
Рис. 10. Устройство напорной фильтрующей плотины для малых и временных водотоков горнорудного района
Для маловодного Гайского рудного района на основе результатов вышеприведенных экспериментов авторами разработаны рецепты с использованием местных карбонатных
материалов, обеспечивающие увеличение экологической емкости водоносного пласта при добавке этих материалов в пласт. Такая технология облегчает создание комплексных техногенно-природных барьеров для использования в двух направлениях: 1) обустройство их на водозаборах перед потоками загрязняющих веществ; 2) локализация загрязняющих веществ непосредственно перед источниками загрязнения. При этом поддается нормированию техногенная нагрузка и экспериментально устанавливается и, в случае необходимости, усиливается экологическая емкость барьерного сооружения.
Учитывая, что потоки загрязняющих веществ в горнорудном районе распространяются по оврагам, малым и временным водотокам, нами разработана (с получением патента) установка совмещенного горизонтального и вертикального дренажа. Она предназначена для локализации загрязненных флюидов и применяется также при борьбе с подтоплением территории загрязненными флюидами. По ложкам и оврагам сформировались песчано-гравийно-галечные отложения, так называемого ложкового аллювия. Это продукты линейной эрозии вдоль ложков и оврагов. Они плохо окатаны и не отсортированы. По ложковому аллювию распространяются загрязненные воды от источников, находящихся на водосборных площадях. На отдельных участках загрязняющие вещества уже достигли водоемов и водохозяйственных объектов, качество воды в которых значительно снизилось. Воды достаточно сильно загрязнены самыми разнообразными компонентами - тяжелыми металлами и органическими веществами. Такие загрязненные потоки обнаружены в ложках и оврагах, спускающихся от предприятий Гая, Орска и Новотроицка. Ширина ложков обычно небольшая. Например, ложки по речкам Елшанка, Колпачка и др. имеют ширину в самом широком месте не более 50^70 м. Для предотвращения загрязнения р. Урал нет другой альтернативы, кроме как перекрыть эти потоки, иначе процессы загрязнения превратят водоемы в сточные канавы, а водохозяйственные объекты полностью утратят свое качество.
В настоящее время особенно страдают воды малых водотоков. Они уже сегодня имеют низкое качество и повышенные минерализацию и содержание тяжелых металлов. В них превышаются санитарные нормы по хлори-
4)
4)
»)
дам, сульфатам, железу (> 10 мг/л) и другим тяжелым металлам, азотистым соединениям (до 72,0 мг/л) и окисляемости (до 8,0 мг/л О2).
Разработанная нами установка совмещенного горизонтального и вертикального дренажа решает задачу по перехвату потоков загрязняющих веществ. Ложковый аллювий сложен очень неоднородными отложениями с крайне изменчивой мощностью. Ширина ложков меняется и поэтому совмещенный горизонтальный и вертикальный дренаж обеспечивает перехват потоков загрязняющих веществ и предотвращает их попадание в водохозяйственные объекты. Исключается также подтопление территории загрязненными водами. Они направляются на земледельческие поля для орошения или на очистку.
а)
Рис. 11. Установка совмещенного вертикального и горизонтального дренажа с целью перехвата загрязняющих веществ -а) в плане, б) в разрезе:
1 - горизонтальная горная выработка с дренажной трубой, заполненная щебнем; 2 - дренажная труба с перфорацией; 3 - выводная труба; 4 - эксплуатационные скважины с погружными насосами; 5 - специальные скважины с щебнистой засыпкой;
6 - наблюдательная скважина-пьезометр;
7 - интервалы перфорации фильтра в эксплуатационных и наблюдательных скважинах; 8 - зумпф для сбора загрязненных вод;
9 - обсадные трубы; 10 - щебнистый заполнитель
Конструкция установки состоит из дренажной канавы глубиной 4^6 м и двух эксплуатационных скважин на ее крыльях (рис. 11). Эти скважины бурятся на всю мощность верхнего водоносного горизонта. Около каж-
дой скважины бурятся по кругу 6 скважин меньшей глубины, обустраиваемые обсадными колоннами труб и специальными фильтрами. В пяти из шести скважин рекомендована засыпка мелкого щебня с извлечением обсадных труб. Одна из шести таких скважин оборудуется фильтром и играет роль наблюдательной в процессе откачки и работы установки. Эксплуатационные скважины также оборудуются фильтром. При откачке из водоносного горизонта выносится песчаный материал в связи с суффозией, и одновременно производится засыпка в пять из шести скважин мелкого щебня. Это обеспечивает формирование вокруг эксплуатационной скважины песчано-гравийного фильтра. Суффозион-ные процессы при этом затухают.
Таким образом, установка совмещенного горизонтального и вертикального дренажа (рис. 11) обеспечивает перехват потока загрязненных вод при низкой однородности водовмещающих пород.
Итак, комплексные гидродинамические и геохимические барьеры и установки по улавливанию загрязняющих веществ пока не используются в должной мере в технологиях по защите водоносных горизонтов и водохозяйственных объектов. Комплексные геохимические барьеры способны защитить ресурсы пресных вод и очистить загрязненные сточные воды от разнообразных загрязняющих компонентов. В отечественной практике в заводских технологиях широко применяются неорганические коагулянты (РеС13, Са(ОН)2, А12(804)з) и полимерные флокулянты [7]. Предложенные устройства и способы защиты водоемов и водохозяйственных объектов при помощи комплексных барьеров обладают существенными преимуществами по сравнению с существующими. При защите водоносных горизонтов с применением охарактеризованных методов следует отметить значительную экономию материальных и финансовых средств, производственных площадей, а также отсутствие нитрификации органического азота и исключение из технологии операций по удалению осадков.
Библиографический список
1. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия: учебник / В.А. Алексеенко. М.: Логос, 2000. 627с.
2. Бабушкин В.Д. Научно-методические основы защиты от загрязнения водозаборов хо-
зяйственно-питьевого назначения / В.Д. Бабушкин, А.Я. Гаев, В.Г. Гацков и др.; Перм. ун-т. Пермь, 2003. 264 с.
3. Гаев А.Я. Водоснабжение и инженерные мелиорации. Гидрогеоэкологические исследования при решении практических задач: учеб. пособие для студентов геол. и строит. спец. / А.Я. Гаев, В.Д. Бабушкин, В.Г. Гацков и др. // Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 2005. 367 с.
4. Минигазимов И.Н. Защита окружающей среды от негативного воздействия отходов переработки горнорудного сырья (на примере ОАО «Минудобрения»): автореф. дис. канд. техн. наук / И.Н. Минигазимов. Пермь,
2002. 21с.
5. Перельман А.И. Геохимия / А.И. Перельман. М.: Высшая школа, 1989. 528 с.
6. Санитарные правила и нормы: Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственнопитьевого назначения. СанПиН 2.1.4.027-95. М., 1996.
7. Чибилёв А.А. Технико-экономическое обоснование организации природного парка «Ириклинский» в Оренбургской области. Кн.1. Общая пояснительная записка / А.А. Чибилёв, В.М. Павлейчик; Ин-т степи УрО РАН. Оренбург, 2002. 114 с.
Abstract. Authors develop ways of protection of the water-economic installations, based on use of a barrier principle. Complex barriers refer to basic new means of protection of water-economic installations. They are based on use of hydrodynamic barriers by V.D. Babushkin and geochemical barriers by A.I. Perelman.
Рецензент: кандидат геол.-мин. наук Е.Н. Сквалецкий
