CC BY
43
УДК 624.131.1
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ В ПРОЦЕССЕ ИХ КОНТАМИНАЦИИ НЕФТЕПРОДУКТАМИ
Р.Э.ДАШКО, д-р геол.-минерал. наук, профессор, [email protected]
И.Ю.ЛАНГЕ, аспирант, [email protected]
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия
Рассмотрены основные источники поступления нефтяных углеводородов в грунтовую толщу. Показано влияние нефтепродуктов на активизацию жизнедеятельности форм микроорганизмов и биохимическую трансформацию этих контаминантов. Экспериментально исследовано изменение состава и свойств грунтов при микробиологической деградации нефтепродуктов. Проведен анализ разрушения резервуара - хранилища мазута. Приведены результаты определения количества различных групп микроорганизмов в грунтах и грунтовых водах в разрезе площадки размещения мазутохранилищ. Показана роль микробной деятельности в изменении несущей способности песчано-глинистых грунтов на конкретном примере.
Ключевые слова: контаминация, нефтяные углеводороды, микробиота, резервуар, несущая способность, песчано-глинистые грунты.
_ XT
Санкт-Петербург. 2015
Таблица 1
Некоторые показатели физико-механических свойств моренных грунтов
Место отбора Консистенция Естественная влажность Плотность, г/см3 Влажность на пределе текучести Модуль общей деформации, МПа Параметры прочности
Сцепление, МПа Угол внутреннего трения, град.
Зона Тугопластичная Единичные определения 1,5* 0,04*** 10***
резервуара Мягкопластичная 0,15-0,20/0,18 2,07-2,17/2,14 0,19-0,25/0,22 0,3-0,5*** 0,022*** 4***
Вне зоны Полутвердая 0,15-0,17/0,16 2,06-2,18/2,14 0,21-0,27/0,24 9,7-14,9/12,3* 0,012-0,06** ** 27
резервуара и тугопластичная 0,09*** 15-20***
0,14-0,17/0,16 2,14-2,23/2,18 0,18-0,21/0,19 6,2-9,9/7,9* 0,023** ** 23
0,035*** 11***
* Результаты компрессионных испытаний.
Результаты испытаний по схеме КД в срезных приборах.
Результаты испытаний в стабилометре по схеме НН.
ности живых и мертвых клеток микробиоты, а также продуктов их метаболизма, которые сорбируются на поверхности минеральных зерен грунтов, образуя бактериальные пленки, формирование которых приводит к резкому снижению трения и сцепления грунтов. Среди продуктов метаболизма микроорганизмов, помимо ферментов, большое значение имеют различные минеральные и органические кислоты, биогенные щелочи, а также газы, оказывающие существенное влияние на изменение состава и свойств дисперсных грунтов [3].
Таблица 2
Содержание микробной массы в грунтах разреза
Место отбора Интервалы глубин, м Тип грунта Содержание ММ, мкг/г Примечание
Вне зоны влияния мазутохранилищ В основании аварийного резервуара 0,7-2,5 3,0-4,5 5,0-10,0 1,2-4,2 4,8-10,0 Супеси и суглинки Суглинки и супеси Суглинки Суглинки и супеси Суглинки и супеси 30,0-36,0/33,0* 36,0-69,0/53,0 69,0-112,0/92,0 41,0-88,0/58,0 76,0-133,0/104,0 Выше уровня грунтовых вод (аэробные условия - окислительная обстановка) Выше уровня грунтовых вод (переходная зона от аэробных к анаэробным условиям) Анаэробные условия - восстановительная обстановка Аэробные и переходные условия к анаэробным Анаэробные условия - восстановительная обстановка
* В числителе минимальная-максимальная величина ММ, в знаменателе - среднее значение мкг на 1 г сухого грунта.
Таблица 3
Физиологические группы микроорганизмов и их численность в разрезе площадки размещения
мазутохранилищ
Место отбора Глубина отбора пробы, м Сапро-фиты
Фон 0,4 106
2,0 106
Зона 0,5 107
резервуара 1,0 106
4,0 103
Фон 0,4 105
Зона 1,2 104
резервуара
Сульфат-редуцирующие
Денитрифицирующие
Метан-образующие
Водород-образующие
Углеводородокисляющие
соляро-окисляющие
мазутокис-ляющие
10 102 104 105
105
Суглинки и супеси
104
104 104 105
Грунтовая вода
103
Количество клеток на 1 г грунта естественной влажности.
*
Единичные клетки.
102 104 104 102
102 102
103 102 106 104 10
102 103
102 106 105 102
10 102
0
0
0
_ 19
Санкт-Петербург. 2015
род, азот, содержание увеличивалось в пять раз по сравнению с пробами, отобранными в первые дни наблюдений за газогенерацией. Значительно возросло содержание биохимического газа с 35,26 до 95,24 %. Образование указанных газов по данным многочисленных исследований способствует возникновению газодинамического давления и разуплотнению дисперсных грунтов, в том числе переходу песков и супесей в состояние плывунов и т. д.
Таблица 4
Состав газовоздушной смеси, отобранной из скважин на территории мазутохранилища
Место отбора Объемный состав газа, %
CO2 CH4 c2h6 c3h8 c4h10 H2 n2
Фон 5,39 0,009 0,0 0,0 0,0 0,0 94,6
В 10 м западнее от зоны резервуара 2,73 79,35 0,057 0,039 0,002 0,03 17,79
Таким образом, пример аварии резервуара для хранения мазута показал, что при решении вопросов изменения несущей способности песчано-глинистых грунтов необходим учет возможности активизации микробиологической деятельности, которая при наличии определенных условий - существовании природного биоценоза за счет наличия аллювиальных и болотных отложений, постепенного углеводородного загрязнения, подогрева грунтов оказывает большое влияние на изменение состава и свойств дисперсных грунтов, что приводит к изменению их несущей способности. В рассмотренном примере активизация микробиологической деятельности привела к снижению водо- и газопроницаемости грунтов за счет постепенного накопления микропузырьков малорастворимого газа и увеличения содержания тонких фракций, что ускорило переход песчаных грунтов в состояние «тяжелой» жидкости. Формирование плывунных свойств песков в основании мазутного резервуара наряду с быстрым увеличением давления, созданного при его заполнении, привело к недопустимому крену, в результате чего неравномерность деформаций превысила допустимые значения и послужила причиной разрушения резервуара.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дашко Р.Э. Геотехника и подземная микробиота / Р.Э.Дашко, Д.Ю.Власов, А.В.Шидловская. СПб: Изд-во «ПИ Геореконструкция», 2014. 280 с.
2. О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2011 году: государственный доклад. М.: Минприроды России, 2012.
3. Радина В.В. Роль микроорганизмов в формировании свойств грунтов и их напряженного состояния // Гидротехническое строительство. 1973. № 9.
4. Экология нефтегазового комплекса / Под общ. ред. А.И.Владимирова, В.В.Ремизова. М.: Нефть и газ, 2003. Т.1. 415 с.
REFERENCES
1. Dashko R.E., Vlasov D.Ju., Shidlovskaja A.V. Geotehnika i podzemnaja mikrobiota (Geotechnics and subsurface microbiota). St Petersburg: Izd-vo «PI Georekonstrukcija», 2014, p.280.
2. O sostojanii i ob ohrane okruzhajushhej sredy Rossijskoj Federacii v 2011 godu: gosudarstvennyj doklad (On the state of the Russian Federation environment in 2011and its protection: govern. report). Moscow: Minprirody Rossii, 2012.
3. Radina V.V. Rol' mikroorganizmov v formirovanii svojstv gruntov i ih naprjazhennogo sostojanija (Role of microorganisms in the formation of soil properties and their stress pattern). Gidrotehnicheskoe stroitel'stvo. 1973. N 9.
4. Jekologija neftegazovogo kompleksa (Ecology of Oil and Gas Complex). Edited by A.I.Vladimirova, V.V.Remizova. Moscow: Neft i gaz, 2003. Vol.1, p.415.
FORECASTING BEARING CAPACITY CHANGE OF SANDY-ARGILLACEOUS SOILS IN COURSE OF THEIR CONTAMINATION BY OIL-PRODUCTS
R.E.DASHKO, Dr. of Geological and Mineral Sciences, Professor, [email protected] I.Y.LANGE, post-graduate student, [email protected]
National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia
The paper deals with the main petroleum hydrocarbon sources in the earth cover. Oil products influence on intensification of different microbial forms activity as well as on biochemical transformation of the pollutants themselves is shown. Changes in state and properties of soils due to microbial degradation of oil products are experimentally studied. The analysis of reservoir destruction through the example of black oil fuel storage is carried out. Results of determining different groups of microorganisms in soils and groundwater in the fuel oil storage tank area cross-section are given. The role of microbial activity in bearing capacity change of sandy-argillaceous soils with specific reference is presented.
Key words: contamination, petroleum hydrocarbons, microbiota, reservoir, bearing capaity, sandy-argillaceous soils.
Санкт-Петербург. 2015
