автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Использование торфа для экранирования шламохранилищ

ЛШНСТРОЙ РОССИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ КОМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ВОДОСНАБЖЕНИЯ, КАНАЛИЗАЦИИ, ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ II ИНЖЕНЕРНОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ ______(ВНИИ ВОДГЕО)_

На правах рукописи УДЬС 627.82.034.93;624.131.270.

ШАБАРОВА Людмила Ивановна

Использование торфа для экранирования шламохранилищ

(05.23.07 — гидротехническое и мелиоративное строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1993

Работа выполнена в лаборатории накопителей промстоков и хвостохраяилищ Государственного предприятия Ордена Трудового Красного Знамени комплексного научно-исследовательского и ковс-трукторскс ' -технологического института водоснабжения, канализации, гидротехнических соо-руаений и инженерной гидрогеологии ( Н1Ш БОДГЕО)

Научный руководитель

кандидат технических наук Павилонский В.М.

Официальные оппоненты

Д.т.н. Покровский Г.И. НИИ БОДГЕО г.Москва

К.т.н. Филипов H.A. "ГШ'ЕДМЕТ^г.Москва

Ведущее предприятие

ГПИ "Уральский.Еоцоканалпроект" г.Екатеринбург

Занята состоится 2'1 февраля 1993 р. на заседании специализированного Совета ( К 033. 05. 01 ) по присуждении ученой степени кандидата технических наук во НИИ БОДГЕО по адресу: IIS826, Москва, 1М8 Комсомольский пр. д. 42 С диссертацией иоано ознакомиться в йиолкотеке НИИ ВОДГЕО Автореферат разослан. Ученый секретарь специализированного Совета, • канд. техн. наук

Общая характеристика работы Актуальность работы.

При строительстве новых и расширении действующих предприятий металлургической промышленности вел но обеспечить экологическую чистоту районов их расположения. Одним из источников загрязнения окружающей среды являются специальные накопители {шламохранилмца, накопители производственных сточных вод), в которых до сего времени предприятия вынуждены аккумулировать твердые и жидкие отходи. В число мероприятий по защите окружающей среды от загрязнения входят противофильтрационные экраны, выполняемые из различных малспроницае-мых материалов (уплотненные местные грунты, полиэтиленовые пленки, асфальтобетоны). Ограничение допустимых концентраций токсичных веществ в поверхностных и подземных водах приводе к необходимости ранения ряда задач при использовании противофильтрационных экранов. В их число входят следующие: оценка стойкости экранов при действии на них агрессивных сточных вод; выявление возможности-в процессе эксплуатации изменения фильтрационного расхода из накопителя; установление степени изменения химического состава промстоков вследствие взаимодействия их с материалом экрана.

Одним из перспективных материалов для- противофильтрационкых экранов накопителей производственных отходов является хор ало разложившийся торф, обладающий рядом преимуществ перед другими материалами и, в том числе низкой проницаемостью и высокой сорбционной способностью.-

В накопителях промстоков металлургических предприятий торфы в противофильтраци'онных экранах не. применялись. Поэтому обоснование использования торгов в противс^ильтрационшх экранах и разработка рекомендаций по прое-ктироЕанюо тсргопленсчних экранов обуславливает актуальность диссертационное работы и её выное народнохозяйстьеное значение.

- ч -

Целью работы является обоснование возмскности использования противсфильтреционных экранов из торфа для накопителей производственных сточных вод металлургических предприятий.

В соответствии с поставленной целью представилось необходимым:

- разработать методику проведения экспериментальных работ;

- провести исследования фильтрации производственных сточных вод металлургических предприятий и растворов их основных компонентов (кислота, соли) через фрагменты экранов из различных торфов;

- исследовать влияние фильтрации производственных сточных вод и растворов на козффициент фильтрации и свойства торфов;

- исследовать влияние производственных сточных вод на сопротивление торфов' срезу;

- оценить изменение сорбционных свойств торфов в процессе долговременной фильтрации сточных вод и химических растворов;

- разработать рекомендации по проектированию экранов из торфа к полиэтиленовой пленки для накопителей сточных вод предприятий металлургической промышленности.

Теоретической и методической основой работы явились труды советских к зарубежных специалистов Алтунина B.C., Аверьянова Б Л1, Адамовича АЛ., Лравяна В.iL, Ьецина ЕЛ',, Ьочевера Ьсроди-

на В,А., Веригина H.H., Волоровича Р.Н., Глебова В.Д., лкленкоаа я.) Короля К.Т., Кузовлева Г.:.,., Кильдишева H.A., Косиченко U.M. Кри-чевского И.Е., Лиштвана И.И., Мйгима С.Н., Недриги В.П., Орадовс-кой A.b., Павилонского u.M., Павловского H.H., Стабникова Н.В., Федорова й.С., Шержукова Б.С.

Научная новизна работы.

По специально разработанным методикам проведены комплексные исследования изменения физико-химических, фильтрационных, прочностных, сорбционных свойств торфов (Тверских верхового и низинного, Черепоьецкого низин него, Ьиите'ьогарского и Шатурского)

при взаимодействии их с кислсташ и оснонными производственными сточ-ныш водами металлургических предприятий - и растворами химических веществ.

- Разработана новая конструкция пленочно-торфяного противо^ильтра-ционного экрана, отличающегося низкой, проницаемостью и высокими сорбционными свойствами Авторское свидетельство № 1620528;

от 15.01.91 Бол. Ж.

- Разработаны рекоменда(ии по проектированию плекочно-тор.!яного экрана накопителей производственных сточных вод предприятий черно:'* металлургии о

Практическая ценность работы

Внедрение разработанных рекомендаций по проектированию торфяных и пленочно-то;4яных экранов позволит:

- обеспечить охрану окружающей среды в районах расположения накопителей сточных вод металлургических предприятий за счет резкого снижения.,обьеиа фильтрационных угечек ио накопителей, уменьшения концентрации вредных веществ» содержащихся в фильтрате, в результате их сорбции торфом;

- снизить стоимость лротивофильтрационмых устройств за счет замены привозного глинистого грунта местным торгом;

-•сохранить земельный фонд путем исключения необходимости открытия карьеров глинистых грунтов.

Реализация работы а практике проектирования

Результаты выполненной работы были внедрены при разработке проекта пруда-отстойника и хюстохрашшща в пос. йишневогорск челябинской обл. Сяидаемый экономический эффект за счет отмены штор^ошзакия и уменьшения капитальных затрат оценивается 1Л> тыс.рублей.

Апробация рас'оты

Ссноонке яолокения диссертации били долокены на 11-ой Ьалтипс-кой конференции по механике грунтов и р.увда: ентостроению.

Строительство на торгах и деформации сооружения на сильносжимаемых грунтах. 1 аллин, Р., со.

.:;>блпк^ик. ч-сноеный результаты исследований опубликованы в трудах слД. отате«}, ь трудах П-о« Ьалтийской консерен-

4ии по механике грунтоь и ([.увд&уентостроекию. Строительство на тср-'&х к две', ерммин' сооружений на сю ъносжимаешх грунтах, ч ""и:е:.:ы>да;иях по проектйрошш» аяакохргнилиц, «озиоришх на

ОСНОВАНИЯХ, СЛОкеЫЬ.Х из тер»,.он". г, защите предсть

-.'■•етецкха улльтр&^иоша-х иселедовшвО црагкентоь экранов из торгов с тшохюохамтп к&к стсчю.'х жидкостей предприятий черной металлургии, тше и ыолельшх химических раст^ороз, содержащих осношые коклоиешь' стрмьх кидкосгей, но с более высоко.« коидентркит.

- Результаты исследования изменения прскич&ег.'.ости торйо^ в процессе длительной .^кльтра^пк счочних жидкостей и модельных химических растьороси

- Результаты исследоь*шя «зденекиЗ сопротивления «гор^оь срезу под' воздействием фильтрующихся сточных жидкостей,

- Результаты исследо:-ени;\ чэ»£Кбиш «. изико-кехшмчееких характеристик тор-о и по,, возде-'сгьчек сточны--. жидкостей.

- Результаты исследопани." изменения сорб.'.ионпо;'! еккоегк торфов и процессе длительного узйкиодеЯетвил сточных жидкостей с торгами.

- Конструкция глепЫ!но-тор]:яиого эк.шт.

- Ре ко» «кда'Дии но проектированию горбядах и лленочн&-то1>фяиих окр&по

¿о г ведении обосновала актуальность теш, ормулироы-'ш цель и задачи диссертационной работы, показав.* степень ко^изш и практическая значимость результатов исследований, лзлокыы осноаше положения, которые выносятся на зациту.

о пер ¡.-.ой глаье. ¿ал кратки;; анализ литературных данных о генетических видах торгов (г:ерхошх, низинных, переходных) их ¡¿изико-

механических характеристик и сорбционшх свойствах. Основными характеристиками, от которых зависят специфические свойства торфов (замещение ионов поглощающего комплекса, сорбции, изменения структуры торфяных агрегатов, дисперсность, проницаемость, сопротивле- " ние сдвигу) являются степень их разложения и влажность. Проведен анализ имеющихся данных о влиянии влажности и степени разложения ка физико-механические и фильтрационные свойства торфов, их сопротивление сдвигу.

На свойства, торфов большое влияние оказыьыют добавки различных химических веществ.

Торфы обладают низкой проницаемостью и их применяют для строительства противофильтрациенных экранов водоемов пресной воды. Так, например, на канале имени Москвы из торфов со степенью разложения более был построен ряд однослойных и многослойных экранов.

Торфам присуща высокая сорбционная способность, поэтому их широко используют для устройства фильтров, сорбирующих ионы ртути, меди, цинка, кадмия, железа, свинца, никеля, хрома, цианидов, фосфатов^ фенолы, нефтепродукты, водорастворимые смо.ш, органические масла и кислоты. Уплотненные хором о разленившиеся торфы, обладающие низкой проницаемостью и неплохо сербируюцие ряд компонентов сточных вод металлургических предприятий (нефтепродукты,-цианида, олеиновую кислоту, ПАЗ, таллоиое масло), могли бы бить использованы как местные материалы для строительства противофильтрационных экранов накопителей. • . . Однако, этому препятствовало то, что до сего времени не было изучено влияние на физико-мзхыь-ические свойства торфов (проницаемость, сопротивление сдвигу, и др.) и их сорбционную способность в отношении сульфатов, хлориде;), азота аммонийного, которые в значительных количествах содержатся в сточных водах металлургических предприятий.

Анал:*з опубликовашкх материалов свидетельствует о том, что для решения аогроса о 8озь'.сгкостк прикеномя тор,;.ои и разработки рек омой-

~ е -

.наций по проектированию торфяных экранов в пакопмтедях промстоков металлургических предприятий необходимо проведение комплексных исследований изгнаний фкзико-механических и химических свойств торфов в процессе фильтрации черзз них сточных вод втих прздприя-тий.

Во второй главе приведены методики комго;о»:сных исследований изменения свойств фрагментов экранов из торфов различного генезиса б результате долговременной фильтрации жидкостей различного состава. !!ри разработке методик учитывались реальные условия эксплуатации экранов .в накопителях. (Направление филыгрюрш, к&яичио оетитшго слоя, естественнее колебания, атмосферного дг.плекия к тзыпорптурц и др-.). Градиенты капоре принимались равичмк что обеспечива-

ло фильтрацию через единицу объема торфа сопичеюва жидкости, сопоставимого с тем, которое будет в натура.

Методика предуенатриыы.й приведение значений косффлцчеыта филь--грздик к уалоачяч при 1(;°С.

В процессе от?ов огОирохисв греби фипы-кау? и определялся «у. хмкический состав, а до начала и ъ яонце ийтой окрод&яьлси состав бодксР «ДОГЛНКИ тора). •

й заачснкости о*" соста-м фильтруоуигзсл ряся дера у. зедн торфа Дктсугыюсть ¡*ц льтрсционгкх чеследоььгв.:} назначалось тоншю^ чтобы в .основном эаиёрашпюь иямсточи* проасходкзше ь торсе. I- ряде опытов коэффициент фильтрации определялся сначала с использованием дистиллированной воды, что позволяли получить базу оценки изменения проницаемости торфов при ¿ильтрации растворов. И опытах использовались помимо вышеупомянутых сточных вод тзлже модельные химические растворы, содержание компоненты сточных ридкос.тей, но б более высокой концентрации.

Ьленка влияния фильтрации сточных жидкостей на сопротивление

ерззу наполнялась путем сопоставлении результатов срезных испытания (на. приборах ¿ЗСБ-2 и. JCB-Йб) образцов торфа, не подвергавшихся .и подвергавшихся этому воздействию. В последнем случае образцы торфа, вырезались из фрагментов окранов после завершения фильтрации.

о этой главе дано краткое описание мест отбора под руководством и участии автора представительных проб торфов для проведения исследований. Мостсртадения торфов расположены вблизи металлургических комбинатов (Череповецкого, жанеяогсрского, иатурскоя IK;C, а такие в охрзстносгях г.Твери) , Торфи представляй? дна генетических типа (верховой и ниэииньгй) и по своим физико-механическим и хигачос-хим свойствам является характерными представителями торфов Севера европейской части СССР к Зауралья. Степень разложения торфов раина от 7.6 до 71£, йла-хность от 1Ь0 до 720?., а по содержанию эош часть из них мскно отнести к малозольным (золы •%), а другую часть-рысочо-золмшы (золы ¿Q-&2'),

Сточгао зоды Череповецкого и Бишкевогорского комбинатов характерны для предприятий черной металлургии. Наряду- с конионентему, к которым сорбциояная способность торфов изучена достаточно полно (цианида, тзллсвоо наело, ксантогенап!, цинк, медь и др.) в их состав входят вещества Ш-1У классов опасности (сульфаты, хлорида, азот аммонийный, натрий, кальций), влияние которых на физико-!/еха-ничеекма свойства и сорбциониуо способность торфов нуждалось ь дополнительном исследован!!!'!.

Анализ физико-уехапических и химических свойств торфов позволил составить предварительное суждение о том, что они пригодны для . строительства противофильтрационных экранов накопителей промстоков металлургических предприятий, однако для составления окончательного суждения необходимо проведение исследований.

В третьей главе приведены результаты исследований на фрагмен-

тах экранов из торфов пяти видов (тверских верхового и низинного, череповецкого низинного, шатурского, вишневогорского), через которые фильтравалксь сточные жидкости, химические растворы и дистиллирот ьамная вода, целью исследований являлось определение изменений фильтрационных, физических и сорбцконных свойств торгов под воздействием жидкостей. Общие сведения о приведенных опытах даны в табл. 3.1.

Сильграцкя дистиллированной воды привела к спадению коэффициента фильтрации во всех опытах в среднем на порядок. К числу причин сшкения проницаемости следует отнести увеличение гидратных оболочек вокруг частиц торфа и процессе рассоления, набухания коллоидной части торфа, изменение свойств торфа. В пользу этого говорит, например, то, что в результате фильтрации вода г.ористость торф« снизилась на с,5.. .ü,L>a , плотность сухого торфа увеличилась на 0,01...0,12 г/см3, влияние фильтрации на свойства торфа проявилось более существенно в опытах ¿4, 26, где (ScL ■ С, II и 0,Ii: г/см°) по сравнения с опытами 9, 10 i jpj » 0,Ь5 г/см3).

'Анализ результатов исследований, проьеденных с фрагментами экранов из тверского низинного (опыты I...5) и тверского верхового (огы-ты О...0) торфов, через которые фильтровалась череповецкая кислая сточнья жидкость, свидетельствует о слськной картине взаимодействия торфа с жидкостью. При поступлении сточной жидкости в фрагмент экрана из тверского низинного торфа происходит выщелачивание водорода и сорбция торфом компонентов сточной иидкости (сульфатов, хлоридов, азота аммонийного). Ь результате этих процессов после Ь-и кратной за?жя;ч поросого раствора на стсчцу» жидкость повышается pH фильтрата от bs?5 до 7,25. Соответственно унаныи&ется концентрация вышеупомянутых компонентов d фильтрате. Уменьшение коэффициента фильтрации в торфах происходит за счет сорбции -азота

Таблица £.1

М ! Ьид ода-; тор{){ тов 1

I-5

Ь-6 у~Ю

II-13

14-19

<0-2?.

23-26

2У-29

оО 8 со ? 36,4*:, 44

Ы

40,43

О? 5 ¿ЗЬ } ЗУ, 41

34,35

2_

"тн"

ТЗ

зд

чн

вв

чн

ш

ва

ьв на

Фильтрующая иидкость'

Размеры фрагмен! тов экранов,'мм

о

"ЧК

чк

Л чш

13

А А А

диаметр

"¿0 ' 2зо

77 2й0 77 77 77 77 -

.Банальные .значения!

раствор 77

раствор 77 раствор 77

П

раствор

чЪ-Ьи 51-56 Ь7-60 61-со о4-67 со-7 5 76-77

Примечание

аВ ■ТН 'х'Н

ТВ

плсаиаости !

■та яаугтаг '

6

'4,55 Ц, 2. „.„„>0,22

Быао-та

.5

26 29 '¿0,...АО . „.34 27.„„30

и0 о о оСЬ

33».40,, 6

олаж-тоеть,,

. - - . — 7

250-.—.лба 200,«.. .25а ,170.... ЛЬО

202...216

,390.. ...434

¿¡Ш.....„250

-237......276

31...36 ¡Ц,24......С1,3 243......327

32...42 224......260

''¿'¿о .и.28

41,6 и 44,4

0,23 и КДЬ

I* 77 36......39 (;,19... .С},«!* .376.„.„.„-400

1У 77 27...-.43 .310..,.. 4*2

& 77 аь.. ...32 242... ¿425

Г,;. 97 Зо„0.43 396„-„-,.447

4Я 77 37.. ДЪ С,...С{,32 226...263

77 36....41 225...275

1% 77 36 о ...39 ;Ц,2....„0,22 <&0...440

Сбцая длительность сутки

60.. .174

,Ь5.„. .95 .30 (60 ДбО

лзо

Д30.„„ .140 90 45....„90

•60 75

•45-^0

60 и 5а

.30 105...III 1СЬ.. Л 1С

ЬО 46...713 30... 75 70

I) ТН-тверской низинкы!', ТЗ-тверско^ верховор, Ч11-чере-повецяий низинный, иЗ-вшнеаоЕОрскиН верховом и 111-шат1рский торф, 2) ЧК-черепог:ецкая кислая, ЧС-чере-повецкая щелочная, В-виинавопорская жидкость 3) Д-дистиллирооаннал.нода.

- Е2 -

ш/мониПного, которая [¡ривсдп? к диспергировании торфяной систем!. 'Ионообменная способность торфов повшаатся за счет поступления сульфатов, а ссрбционк^ь процссси активизируется за счет поступления поливелгнтшх катионов -сточно;; жидкости (цинка, меди, щиг. аммонийного), концамрация -гюгорых ьелика но сравнению с нонцепгра-цне? этих коишнентои в тор^е. Позтому под действием разпоста концентраций в система "тсрф-раствор" сш«ается концентрация этих насесть в фильтрате. ;< результате химического и ¡5г&нчоского диспергирования происходит умепмьи^ коэффициента (млмрщчи ¡ипкнзого торча от 1,£ДС*' до -..'Ус,. Борховом торфа происходят анало-гичнье процессы, с то» ли^ь разницей,. «то пврхоюз горс{« я йояь&ьр, степей ссрСкрух5"азог ьду.-онпйшг*, т.к, гук&п»« осиовши сорбцион-Ш(! ци»гры, нредета&шкши ь верхошх торгах гу-ишнсшки кислотеии, рм'ацыя ь«одоро;;ше кош ил другие,- катиош. ^ ниэш1№:х «е торс'ях г-у-маты ярсдсн&дени о виде йыльччеьых кошиюисой, кальций которых зг--шг.йетел труднее. Сорбция азота ашош!ного ьерховим торфе;-* приводит к точу, что изменяются физический » хкиические оио"аи& тср^а, увеличивается плотность частиц тор.»а с 1,4 до 1,6 г/с.г., Иозшлот-ся ¿одородннр показатель торфа от 3,Ь до 7,¿5. Тор^ становится по своему структурному состоянию более однородным, козу»ицнент фильтрации его у;.:е-нылйется от ъ.»сЬЛ(<"'? до ц/с. Анализами «одной вытяжки из торфов установлено, что торкай-: из кислых сточных кпд-костей сорбируется до 70/. сулцауаи, 70азота аммонийного.

Ь процессе фильтрации череповецкой целочноя сточной я;идкосги через ''рагмекть; экранов из череповецкого низинного торга со степенью раз пек сник Щ! (от;™ II...13) тор]; сорбировал сульфаты, хлориды, азот аммонийный, кальций и другие компоненты сточное жидкости (нефтепродукты, фенолы, цинк и др.). Содерггние последних в фильтрате ие определялось, т.к. сорСциониая емкость торфа псе-

юосходит знеяитолько хоццснтрэдоэ этих «wsjcoïb в- cyovhmx вод-эх, что я б!лло усташглоко прециаритолькьми опытами. С ?еч«Кйем времени рН снизился о? 10, G 'io 7.

Сорбционная ёмкость иераповоцких торфояь бвла достаточно высокой. Из ['¡эйоя стойкой яидхости горф сорбирует 75t азота аммоний-

ного, 503 хжорнцоя, 70? сульфатов я 50Ï кальция. Концентрация этих компон8Н®оз в фильтрат® бша нтге ПДК для» водоемов? ■

Взсьма вагона: результатом проеоцекнюс исследования является то, что длительное воздействие черопоазцкой-.-чолочной сточной жидкости приводит к улутаеш.-о строительны:: езойсто торфа. Снижав? его пористость t ¡возрастает плотность сухого торфа, плотность частиц торфа, и vso весьма вакно коэффициент фильтрации уменьшается от (1,5.. .4) н/с до (4.. .6)

Опыты 24... 19 были проведены на фрагментах экранов из вияшэво-горского торфа со сточной содой Виинзпогорского комбината. Последняя содержит значительное количество кальцинированной соцы и оргяличес-ких компонентов (галлового масла, олеиновой кислоты, АШ, нефтепродуктов) . Концентрация органических кемпонзнтор в торфе и жидкости, как это принято, определялось по /ПК и органическому углероду. Установлено, что торф активно сорбирует эти вещества б результате чего ХПК, например, уменьшается от 104...118 до 16...23,6 мгО/л.

Сорбируется торфом до 50-55*, поступающего во фрагмент экрана, натрия и вследствие цйспергируо;цего действия последнего уменьшается диаметры пор, что отражается в снижении коэффициента фильтрации от

гу

(4...5)«Ю- до.2,3-10" м/с. В результате фильтрации иганевогорской сточной жидкости улучшились свойства торфа, уменьшилась пористость, возрасла плотность сухого торфа.

Для более полного изучения изменений строительных свойств торфов под влиянием сточных вод были лгогеде-iu эксперименты по фильтра-

-ж-

ции химических растворов' вшжулокснутяк: ншцеог®,, но с более высокой концен-лрациейо чем в сточных водю?..

С иишневогорским торфом флльтрациокшаз исследования были проведены с коцельнши растворами в сост&ъ шворых »ходили серная кксло-та„ хлористый кальций0 кальцинированная. сода,, а. так же с 1%-нш раствором. калвцинированной соцыь. Анализ получвншзк результатов показал,, что фгиштрация Г&-ной серной ктяо®к. увеличиваем иа порядок., фильтрация расавэров натрия и кальщда с: концешвацивй более высокой, чей в свочнда водах,, уменьшает1 коаффищиешг фильтрации торфа на порядок о

Результате опытов (45 0. .50) с видите льствуос о сом, что- в процессе фильтрации К-ног'о раствора кальцинированной соции вишневогорсшЙ! торф сорбирует знаоигеп&ные количества натрия и бикарбоната.. Первоначально еорбционныз процессы вызывай® увеличение проницаемости,, за счет дегидратации„ связанной с высокой концентрацией раствора, уменьшат тс я »олщины водных оболочек вокруг частиц- торфа. По мере дальнейшего поступления раствора и торф, возрастаем концентрация кальцинированной соцы в поровом растворе, происходит процесс химического диспергирования и ка следствие уменьшается коэффициент фильтрации на полтора порядка. Бишневогорский торф задерживает значительное количество кальцинированной соцы и ее концентрация снижается от 10 ООО кг/л в исходном растворе до 222 мг/л в фильтрате»

Результаты опытов проведенных на фрагментах экранов из тверского торфа низинного Допиты 51.„.60) и верхового (опыты 64...75) , через которые фильтровались Т% и 4^нкй раствор хлористого алмония указывает на то, что торф поглощает практически весь азот аммонийный и концентрация снижается от (10 ООО...40 000) мг/л на входе до максимальной (IV...32) мг/л на выходе. Б процессе опыта с 4&-ным растрсрсм происходит перенасицение торфа азотом аммонийный в ре-

•

ной стации проектирования, вполне допустимо^

В двльнайагсм- при: исследовании торфз эси< значения' будут уточне-ш, ЧТО' позволи. с боямюй" степенью достоверности оценить фильтрационный уввчки из накопителя'..

В-тпцда четвертой рассмотрен-вопрос об' изменений сдвиговых характеристик торфов в результата воздействия) сточной жидкости. Всего было проведена» 27 серий опытов,, основные сведения о которых и полученные результаты приведены в табл. 4.1'»

Испытания'образцов торфа на. срез производились при вертикальных гаотрузках. 0;,0о0,3; 0;.1Б и 0,20 Ша, ко в отдельных сериях при нагрузках 0„025;. 0„3; 0,5 Ша..

Таблица 4.1.

Основные с ведения и результаты опытов по срезу

№ Пип Витт Длитель-серий „ость

опы- т°Р(?а фильтра-

тов °"ции,сутки

Количест- Влажность об- Параметры сопро-во опьь разцов в % тивления срезу

Т0Б в исход- после ' с>ЦПа

серии

ная среза

I 2 3 4 5 6 7 8 9

I та — - 8 259-270 292-230 14° 0,004

г -.И — ад 174' 8 244-270 172-213 13°45' 0,035

3 _Н„ 60 10 270-304 199-258 12° 0,01

^ 60 б 248-259 216-226 9°40' 0,011

5 — 150 8 245-269 90-190 19°12' 0,0053

б 30 10 257-279'220-235 12°46' 0,007

7 ТВ - - 8 250-269 225-243 13°18» 0,012

8 чк 85 . 8 216-252 150-1% 21й 57' 0,04

9 95 8 238-256 89-174 24°48» 0,033

10 —1 95 8 216-252 150-199 23°?' 0,04 '

II чн - 10 174-193 129-156 16°47' 0,0064

12 чн 60 8 189-197 182 13°19' 0,017

ной стадии проектирования вполне допустимо.

i» дальнейшем при исследовании торфа эти значения будут уточнены, что позволит с оолызеГ; степенью достоверности оценить фильтрационные утечки из накопителя.

В главе четвертом рассмотрен вопрос об изменении сдвиговых характеристик торшон в результате воздействия сточной жидкости. Всего оило проведено IV серий опытов, основные сведения о которых и получение результаты приведены в табл. 4.1.

испытания образцов торла на срез производились при вертикальных нагрузках 0,Ob; ОД; 0,15 к С,<;0 r.üla, но в отдельных сериях при нагрузках 0,02э: 0,с и 0,b uifla.

1аблица 4Л

Основные сведения и результата опытod по срезу

"TT-1

сетн"' ^ опн- | ' гон |

ьид жидкости

Длительность фильтрации, сутки ¡серии

Количест-] ол&хность оо-

во опы- ¡раздав, 7-тои в ПГсх'сш-

1 - С .....i. 4

I 1H -

i.' 1) 4ti 174

b II и 60

4 1t и fcO

b И «) IoO

ü »1 »1

7 Tb - -

L' H 4i\ cb

- H и

iL »1 tl

ii. 1! -

j. ... »» ■"Iii! bü

i t

i.

нал

5

Ь-Ь 10 ь

<3 1С

после сое за

^аракетш сопротивления срезу

ь

ай-^VO '¿„¿-к.о0 14° ¿44-¿7U I7.c-.ilb

¿7Ü-C04 ba-Üüü 12°

«¿46-¿¿У ¿Ki-'iujj 9°4Ö'

tO-ItO bcI2'

¿-QU — ¿.¿D

— i.iA< — it'O

f ' . ' ,» , ,r-

l'r~x-IVO Ic.'-lü'^

Icj-LVf Ibti

- cb ,

it- lo'

U°ÜV

0 :

. . 0'

Io°-i7'

C,iJia

0,004 0, (Job 0,01 0,011 0,00эо 0,107

0,1,4 0, OLiO, l4 0,0Cu4 (.., L'I?

В результате ЬЪ-тн суточной фильтрации череповэцкой кислой иид-костн сопротквлекиз срезу тверского верхового торфа (ü-я серил о!:итсгз) возросло за счет угла внутреннего трения и сцепления. Увеличение гременк фильтрации от ЪЪ до 1-Ь суток (у и 10-я серии ош-тоь) повлекло га собой дальшйвий рост сопротивление срезу. Уэе-ллчеше угла внутреннего трения на 6...IIo к сцепления на-

¡'¿Па меде? бчть объяснено тем, что » верховом торфе происходят несколько ккне процессы, чем в краннлс«:. При его взаимо-дейетвн:: со сточнсП кпдкостью сдвиг дясп«рсйСнного равновесия врзксхадоу п сторону :?олл, что ведет •? ««которое/ c:j-2ioí-3! ь ноьчлзекпв 4îo.1|îoïhmc-wi торфа грезу, !> силу ero iеие-ткческих осоЗснкосг).* .^уловси черр ¡¡vie? бильиу») «сиспорггфопан-ность» кот оран лозрасч&ет иследствк.ч ссрСцш1 tuoi а аммонийного, я :скйкчеа;н дкслергиро!.'&тке сгсгми o^tyiçr-r болшей прочностью.

Ь 12,» Л4-и? сс-рихх ошуов с мерзпошрик: тор;ом длительность •(кльтрвшго чбр&пок?цкой сточной •• пдассти била одинакова, что поэ-лолнло обработать одученкто двишо еоькес.'ио, В результат» угол пнутреннсго трения получился редким ]Ь"ЬО', r сцепление G,CLó7 МПа. Небольшие изиенснич сспрм-ивлсккя сразу иск но обленить тем, что череповецкий торф йогат кальцием » процессе фильтрчцин череповецкой "дел очно» сточний жидкости часть кальция переела из торфа в ваетиер оз счет реакции замещения. Так кок концентрация кальция в «идкости и в торфе стали одинаков';, то при дальнейшем поступлении сточкой жидкости структура top ре и его дисперсность не меняют-сл.

Сопротивление срезу вжиевогерехого торфа при вертикальном давлении 0,С5 и СЛЬ МПа в Ib~;s серии опытов составило S''2--i5°Ib» С - 0,042, а при давлении С,5 tilla - I7°30« С = 0,S3.. Полученнме расхождения весьма невелики и скорее свидетельствуют о разСроге оксперщлнтадьных даншх, а но о влитии фильтрации

- Д8 -

Ь результате ВЬ-ти суточной фильтраций череповецкой кислой жидкости сопротиоление срезу тверского верхового торфа (о-к серия опытов) возросло за счет угла внутреннего ;трения и сцепления. Увеличение времени фильтрации от 65 до 95 суток .и 10-я серии опытов) повлекло за собоа дальнейшим рост сопротивление срезу-. .Увеличение угла внутренне, о трения :на-Ъ...&Г° и сцепления на О,¿¡...0,3 »Ла может быть объяснено тем, что в верховом'торфе происходят несколько иные процессы, чем в низинном. При его -взаимодействии со сточной жидкостью -сдвиг дисперсионного равновесия происходит в сторону золя, что ведет к некоторому обезвоживанию системы и повышению «сопротивления торфа срезу. Б силу его генетических особенностей Еерховой торф имеет большую диспергирован-ность, которая ^возрастает ; вел едет вии сорбции азота аммонийного, а химически диспергированные-системы'обладают большей гфочностио.

13 12...14-оя-сериях опытов с череповецким торфом длительность фильтрации череповецкой сточной жидкости была одинакова, что позволило обработать.полученные данные совместно. Ь результате .угол внутреннего трения получился равным Щ>°50»., а-сцепление 0,0067 ЛиПа, Небольшие изменения сопротивления срезу мо-шо объяснить'<тем, -что череповецкий тор;! богат кальцием в процессе фильтрации -череповецкой целочно? сточной жидкости часть кальция перешла из тср^а в раствор за счет реакции замещения. Так как концентрация кальция в жидкости и в торфе стали одинаковы, то при дальнейшем поступлении сточно1 жидкости структура торфа и его дисперсность не меняются.

Сопротивление срезу вишневогорского торца при вертикальном давлении 0,Со и 0,1а ¡-.Ша в серии опытов составило 15°15' С = 0, а при давлении 0,5 1,.Па _ = 17°ЬС' С - О Полученные расхождения весьма невелики и скорее свидетельствуют о разбросе экспериментальных данных, а не о влиянии фильтрации

дистиллированной воды, В пользу этого свидетельствует так же и то, ето на протянении всей истории торф неоднократно подвергался воздействию атмосферных осадков, близких по составу к дистиллированной воде. Более существенно отличаются величины сопротивления сдвигу и его пара-иетрк в 15-й я 17-й сериях- В 17-й серии после воздействия вишневогорс-кс!5 сточкой аицкости угол внутреннего трения повышается до 19°.

Таким образом, в результате длительного воздействия щелочных и кислых сточных эоц возрастает сцепление низинного торфа, но сопротивление сдвигу практически не изменяется. Что же касается верховых торфов, то а результате воздействия кислых стоков их сопротивление сдвигу возрастает на 9-10&.

В пятой глава представлены результаты практического использавания . подученных данных по исследованюо торфов в применении к противофильтра-циоинкм экранам накопителе?. проистоков к их высокая технико-зкономи-чгская эффективность по сравнению с аналоговым! экранами из глин.Разработана конструкция экранов с использованием торфа и, в том числе пле-иочно~горфякогоР на который получено авторское свидетельство №1620528 | ог 15 сентября ХЗУОг. Приведены расчетные характеристики, которые могут Сть кгпользоганн для предварительной оценки проектируемых: экранов и, а ?см чксло данные о коэффициенте фильтрации пленочно-торфяного экрана я зависимости от степени разложения. Даны методики расчета фильтрационных утсчепц срока службы экранов,, обосновании;!: результатами эксперимент гоКо Определены толщины заветного слоя ¡:з местного грунта, отсыпаемого поверх слоя торфа, а так ке область применения пленочно-торфяных экранов. Вперкые б мл?! обойяеш результаты исследований торфов в применении к протизофилм'рационнкм -экранам для накопителей. На основе получениях данных были разработаны кшенернкэ рекомендации по практическому при-ибн&ина торфяных экранов. В них сформированы требования, предъявляемо к торфу, полиэтиленовой пленке и материалу загргсиого слоя, бнпол-;;енке которых обеспечивает получение качественного протиг-офильтрацион-ного экрана,огеочсоцсго уоловшы эксплуатации.

- го -

О больших возможностях, заложенных в торфяном к пленочно-торфя-ном экранах, и части снижения фильтрационных утечек и количества вредных кедьств, шносишх из накопителе?, свидетельствуют результата расчетовt лрк;,едг>'ше v табл. o.í.

Таблица íi.á

i ип.

о крана

г. 00'.., ./.льтоа-

дии

Ооъег: сточ- ] иынессно через I га экоана но" жидкости! накопителя зи год, про. ильтро-каьыеПсл

через Y га ¡

экрана за ¡год, и"

[

'i верскоя низинный тор; , череповецкая кислая сточная жидкость с .lt

«cOíoO

однословны.';

пленоч

однос ."í,:'HUÍl тогфяно"

ксвнсчнс-

tcj. - ян о"

нлеисчн..;-. однослойны!:

1,0... 1С

i, 10"

.-II

, , -( -10 . ли

¿.о ».о с с libó

С//У 10,0

10,0 0,07

í ,01о U,0000-i С, OC.0I

l кислая сточная яидкость

Iü¿,C> 0 1С .о

.21"

1,0 • ■ 0,Lv'í 0,07 0,01»: 0,0ói.l0u 0,0001

плсночно-

Чбрепоьецки?. низинный icpí, черег.оьецюу ,•'елочная сточная кидкосгь

однос лог.ны." пленочи--:'.

однослойный

ТОр;-ЯНО';

ш'.сночко-тсг- НПО

с. 1С~~ ¿»¿ССО О, ¿ Г',о

¿//.lo"1'- IIOOüC 41,í . i ,¿?i 4,0 .1С 0,0<i 0,0014 0,007

Длительность периода эксплуатации накопителе',! с торфяным и пленочно-торфянык акрзнемн, обосноо-пкая результатами проведенных экспериментов, определены по ¡Тор муле ь.;...; аг.-илонского

ъ =

гг>с ■ - h" _ где- кратность замены порового раствора в тор.е сточной

жидкость'о по данным эксперимента; Лн - пористость торфа

и зкране; Пп~ толщина экрана з натура; г;.;¿/; - градиент гидрав-яг-теского напора в натуре; - среднеарифметическое значение аосф^ацненга фчльтргщи!* по данник ¡эксперимента. Для накопителя череповецкой пчелой сточной жидкости с торфяным зкраном ж морского торфа Тц» 25,3 года. За этот период ьремени про-тацаекоеть экрана и чояцодгрещя Бредни:: нашест в з фильтрате не прины-«от звсг!е?р:;иэн-га,тьк?йг значений»

Длл пдзноято-'рорфякого окрепа этого не накопителя врем ?и будет ■ о •.¡'¡ого рал больше.

ОБЩИЕ вывода

I. Торфм,распространен»?» на значительной части территории СССР, ГОДСДРВ? й уш/СТКбЬКОМ СССТОЯДОК 1!5ШШ.М К09ф$КЦИЗМ¥0М фчльтршрш I! К5-оокой сорбциопиоЯ спосо«к:сс*ьо по отнотекк») % ряду аредньк сеадоуг II,

и и Г/ классоз опасюстя (фоною, цдомкдн, нефтепродукта, олеиновая г.этлота, ^оллопоо -.-тт.с и .др.).

с ряач п'утал! ;гакогг.:т&-7!1 проязйоцстсешях отходов даталлур-;-йяеег«п прегашчгчп:?, (йланога^шп^-е-ли., ¡тспители иточиик вед и др.) ок'лолах'ит,' ,чг- участках. ^пользование торфа как мест-

/иго ст^он^ельс/^а этих накопителе*! я их протклоЗяльтра-

уатро&и- rj.-w.cv? больное значение, тэк »шс позволяет предотвратить загрязнение среды ¡«роизводотвеннши стокам».

3. ("прокому использование торфяных экранов в накопителях предприятий черной металлургии препятствовала нецестаточная изученность допроса о стабильности строительных свойств торфов (физических, механических, химических) и их сорбционной способности при длительном воздействии фильтруэшихся сточных вод.

4. Отсутствие, в районах расположения накопителей местных глинистых грунтов, пригодных для строительства противофильтрационнкх экранов, особенно остро ставит вопрос о возмокнаети использования для этой цели местных торфов.

5. Разработанные и усовершенствованные автором методики исследований обеспечивают возможность получения данных, необходимых для оценки торфов как материалов для устройства противофильтрационных экранов.

6. Приведенные исследования строительных свойств торфов позволили установить следующее:

- хорошо разложившиеся верховые и низинные торфы в результате долговременной фильтрации производственных сточных вод металлургических предприятий обладают низким коэффициентом фильтрации;

- в результате фильтрации модельных растворов, содержащих в более высокой концентрации вещества, характерные для производственных сточных вещ металлургических предприятий коэффициент фильтрации торфа уменьшается или практически остается постоянным;

- фильтрация 1%-ного раствора серной кислоты приводит к увеличение в десятки раз коэффициента фильтрации торфа;

- физические свойства торфа (плотность твердых частиц, плотность сухого торфа, пористость) изменяются относительно мало, что не влечет за собой ухудшение строительных свойств торфа.

7. Б результате воздействия фильтрующихся производственных сточных вод происходит упрочнение структуры торфа и, как следствие возрастает его сцепление.

8. Хорошо разлокияшеся торфы обладаот высокой сорбционной способность» не только к веществам, входящим в состав производственных сточных вод, перечисленных в п.1 настоящих выводов,но сорбируют вредные Еещества Ш класса .(сульфаты до 80^,азота аммонийного до ¿0$, хлориды

цо 7СЙ), а также кальций до 90%, натрий до У

У. Хорошо разложившиеся торфы можно использовать для устройства противофильтрационньж экранов накопителей производственных сточных вод .металлургических предприятий.

10. Динамика процесса сорбции определяется видом торфа,степенью

разложения и временем взаимодействия торфа с фильтрует, ее я жидкостью.

II. При необходимости резкого (на один-два порядка) снижения коэффициента фяльурациа экрана следует использовать конструкцию иро-тивофильтрациоиного плеиочно-торфяного окрана (авторское свидетельство Р 1620528), разработанную при участии автора.

I?.. Испольэованниэ автором для исследования торфы и сточные воды являэте.я характерными для аиогкх торфяных залежей и предприятий металлургической промьиленнос'гн. Это дает основание рекомендовать полученные результата для разработки проектов накопителей пронстоков9 распо-ло-.-енних вблхз:: кестороцпеицй торфа, в которых складируются сточные лгдкоста, аналогачшз по яадатесному составу использованным в проое-деиньк исследованиях,

£3, Провецыаплз аоотлеюшз исследования позволили впервыз обоб-

(

кргть результаты по йсслодосаниэ хорошо разлсиквиихо.я торфов в противо-фмлътрацконтг-г экранах иакопктялей простаков металлургических предприятий.

хЛ, ПродлоагпнкЯ автором плексчно-торфяной гкрал является более экономически аффоктагкй! по сравнена» с пленочнш и рлннистни экранами з м£сгах расположения торфяников.

Х5, Получеишгэ результату дала еозцотшость впервые составить икзоиершз рекокзнцации по праценениэ торфяных н торфо-пленочных экранов э накопителях сточних год иэ-таллурричгсмзг предприятий. .

- 24 -

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. Павилонекий В.М., Шабарова Л.И. Изменение проницаемости торфов в процессе долговременной фильтрации дистиллированной воды и 1% рас •твора кальцинированной соды. Труды института "ВОДГЕО" Вып. 74. Научные исследования в области инженерной гидрогеологии, 1Л'д.

2. Шабарова Л.И. Изменение проницаемости и сдвиговой прочности торфг» в.процессе долговременной фильтрации дистиллорноЗ падкости. 'Груды института "ВОДГЕО" Научные исследования в области гидротехники систем водного хозяйства проышлешосл:, 1973.

3. Шабарова Л. И. Влияииэ промстоков на проницаемость торфяных оснований. Труды института "ВОДГЕО" йследоваизе плотин из грунтовых материалов, 1381,,

4. Рекомендация по проектирование вламоираиилич, возводимых на основаниях, сложенных из торфов. Шабарова Л.И. Влияние растворов кислот и солей на прочность к фильтрациомшг свойства торфов.МЛЛ32.

5. Павилонекий В.?«!..Шабарона Л.И. Противофлльтрациокныз устройства. Рекомендации по проектированию и строительству илаыонакопителей и хвостохранилищ металлургической продшалешости. Труды института

"ВОДГЕОГ острой. Москва. Хл&г.

6. Павилонекий Б.М.» Шабарова Л, п. Применение торфа для устройства противофильтрационных экранов. Труды института "ВОДГЕО". Конструкции грунтовых плотин I! методы их возведения, Москва, 1987.

7. Павилонекий Б.Ы., Шабарова Л.И. Изменение свойств торфов под влиянием антропогенных факторов. Балтийская конференция по механике грунтов и фундаментоетроенщ?, строительству на торфах и деформации сооружений на сильносжимаемых грунтах, Таллин, 1У88.

8. Павилонекий Б.М., Шабарова Л.И. Изменение проницаемости и сдвиговой прочности торфов в результате фильтрации сточной жидкости. Библ.ук. вып. 5-6. Москва. 1988.

9. Ыабаровэ Л. И. Влияние сточных вод на прочностные и фильтрационные свойства торфов и экранах накопителей промстоков. Труды института "В0ДГВ0". ^следования в области промышленной гидротехники. Москва, 1У8&\

10. Шабарова Л.И. Изменение свойств торфов в противофильтрационных экранах при взаимодействии со сточными водами. Труды института "БОЦГЕО". "Проектирование и строительство хвостохранилищ в слонных инженерно-геологических условиях". Москва, 1991г.

11. Павилонский В.М., Иабарова Я.И. Противофильтрационный пленочно-тор-фяной экран. Авторское свидетельство $ 1620528 от 15.01.31.БплЖ>.

__1 "• ■"■ Зак. 28. Тир. 1П0.

Тип. Ш1!1И НОДГНО, г. Железнодорожный, Г!1Д|>огород<к, 15.