Способ промывки водой песчаных грунтов, загрязненных нефтепродуктами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Способ промывки водой песчаных грунтов, загрязненных нефтепродуктами

Е.А. Желвакова

Санкт-Петербургский государственный

политехнический университет

В настоящее время загрязнение почв и грунтов нефтепродуктами приобретает все большие масштабы. Методы ликвидации разливов нефти с поверхности грунтов менее разнообразны, чем с поверхности воды. Проблеме агротехнической и биохимической рекультивации таких земель в различных климатических регионах посвящено много работ, не дающих однозначного решения этой задачи. В результате выполненных исследований предлагается способ очистки песчаных грунтов, загрязненных нефтепродуктами, путем промывки их водой.

Для изучения процессов промывки загрязненных грунтов водой в качестве объекта исследования были выбраны песчаные грунты трех типов различного гранулометрического состава с различными значениями характерных диаметров частиц d₁₀ и d₆₀: грунт I типа - d₁₀/d₆₀ = 0,0175/0,042 = 0,4167, II типа - d₁₀/d₆₀ = 0,0155/0,024 = 0,6458, III типа - d₁₀/d₆₀ = 0,020/0,061 = 0,3279. В соответствии с ГОСТ-25100-82 рассматриваемые грунты имеют следующие наименования: II - мелкий песок, I и III - средние пески. В экспериментах изучалась промывка водой таких грунтов, загрязненных керосином или дизельным топливом. Исследования проводились на лабораторной установке, которая представляет собой стандартный сосуд Мариотта и колонку, заполненную исследуемым грунтом. Грунт в колонке снизу поддерживался сеткой; под колонкой размещался приемный сосуд для сбора просочившейся жидкости

Для уменьшения пристенного эффекта колонка изнутри была оклеена песком той же крупности.

Была разработана методика проведения экспериментов по изучению скорости впитывания воды и нефтепродуктов в грунты, а также по определению количества нефтепродуктов, вытесняемых водой из загрязненного грунта, при промывках.

Опыты проводились по следующим двум схемам. В соответствии с первой в сухой грунт вначале подавался нефтепродукт в определенном объеме (большем, чем объем порового пространства грунта в колонке). При этом определялась скорость впитывания, объем жидкости, просочившейся через грунт и задержанный в ней. После этого несколькими равными порциями (объем каждой примерно соответствовал объему порового пространства) в колонку подавалась промывная вода; на каждом этапе промывок определялись скорость впитывания, количество воды и нефтепродукта в поддоне, а также количество воды и нефтепродуктов, оставшихся в грунте. Условное обозначение этой схемы: К(ДТ)-ВВВВВ (всего пять порций воды на промывку).

По второй схеме в грунт вначале подавалась вода до его полного насыщения, потом - нефтепродукт, и опыты повторялись в той же последовательности. Однако на промывку вода подавалась четырьмя порциями. Условное обозначение этой схемы: В-К(ДТ)-ВВВВ. Таким образом, определялось количество воды и нефтепродуктов, удержанных в порах грунта, на любом этапе эксперимента, и скорость впитывания воды в грунт.

При подаче воды и нефтепродукта в сухой грунт опыты проводились так, чтобы продолжительность их превышала время, при котором скорость впитывания достигала приблизительно постоянного значения (коэффициента фильтрации). В дальнейшем в зависимости от этой величины определялась скорость впитывания воды в грунт при промывках, когда поровое пространство было полностью заполнено исследуемыми жидкостями (частично водой, частично нефтепродуктом).

На рисунке представлены результаты экспериментов для одного из грунтов - III типа. За начало отсчета принимался момент, в который прекращалась подача нефтепродукта в грунт (в сухой или насыщенный водой). По вертикальной оси отложено относительное содержание воды _в и нефтепродукта _н в поровом пространстве, отнесенное к объему этого пространства m. По горизонтальной оси - отношение слоя поданной воды к слою воды, полностью заполняющей поровое пространство грунта.

Изменение относительного содержания воды и нефтепродукта в поровом пространстве грунта: пунктир - содержание воды; сплошная линия - содержание нефтепродукта

грунт загрязненный нефтепродукт промывка

Видно, что количество нефтепродуктов в грунте в начале промывок существенно уменьшается, затем процесс уменьшения замедляется, а относительное содержание нефтепродукта стремится к некоторой постоянной величине, промывка которой невозможна (это в основном нефтепродукт, задержанный в тупиковых порах грунта, - его «остаточное содержание»). Относительное остаточное содержание для дизельного топлива равняется ~ 0,20, для керосина ~ 0,15.

Для промывки грунта, загрязненного дизельным топливом, требуется примерно вдвое больше воды, чем для промывки того же грунта, загрязненного керосином. Если нефтепродукт попал в грунт, насыщенный водой, то он, как правило, вымывается хуже, чем нефтепродукт, попавший в сухой грунт (наиболее ярко это проявляется в случае с керосином).

Промывка загрязненных нефтепродуктами песчаных грунтов может осуществляться двумя способами: естественными осадками и путем искусственного дождевания (или напуска воды) на поверхность загрязненного грунта. При этом нужно определить время промывок и количество подаваемой (или поступающей естественным путем) на промыв воды. Для этого необходимо знать скорость впитывания воды в грунт на разных этапах промывки. Следует иметь в виду, что промыв может осуществляться до тех пор, пока количество нефтепродукта в грунте не достигнет «остаточного содержания», промыв которого таким способом становится невозможным.

Скорость впитывания воды на каждом этапе промывки изменяется в зависимости от ее содержания в поровом пространстве грунта при условии, что общее содержание воды и нефтепродукта остается постоянным (поры полностью заполнены жидкостью, но одна из них (вода) вытесняет другую (нефтепродукт)). Выполненные исследования позволили найти зависимость безразмерной скорости впитывания от определяющих параметров

,

где и - соответственно безразмерный коэффициент фильтрации и безразмерная скорость впитывания жидкости в грунт, которые определяются как , ; m - объем порового пространства грунта.

Это означает, что для песчаных грунтов рассмотренных типов - II, I, III - скорость впитывания приближается к нулю, если относительное содержание воды в поровом пространстве и_в/m стремится, соответственно, к 0,18, 0,20 и 0,21.

Для реализации метода в натурных условиях необходимо знать количество воды и нефтепродуктов в грунте. Предлагается следующая методика очистки песчаных грунтов, загрязненных нефтепродуктами.

1. Отбор пробы этих грунтов на разной глубине в пределах промываемого слоя.

2. Определение стандартным методом содержания воды и нефтепродуктов (общая влажность) в поровом пространстве грунтов.

3. Промыв другого образца грунта водой с использованием разработанной методики. Этот образец должен быть изъят из грунтового массива без нарушения структуры грунта. После отбора грунта к испытательной колонке снизу крепится сетка, удерживающая грунт при испытаниях.

Грунт в колонке промывается следующим способом: общий объем промывной воды делится и подается в грунт равными порциями; после подачи каждой порции определяется объем воды и нефтепродуктов на выходе из колонки и количество задержавшейся в поровом пространстве воды и нефтепродукта. Промыв грунта идет до тех пор, пока вымыв нефтепродукта не прекращается (или стабилизируется на каком-то небольшом объеме, равном точности измерений).

Далее принимается, что в порах грунта содержится остаточное содержание нефтепродуктов. Пористость грунта определяется по максимальному содержанию воды и нефтепродуктов в поровом пространстве, которое находится по результатам испытаний. На каждом этапе испытаний нужно найти отношение и_в/m и и_н/m. Далее строится график изменения относительного содержания воды и нефтепродуктов в поровом пространстве грунта в зависимости от количества подаваемой промывной воды, подобный приведенному на рисунке.

При определении продолжительности промывок грунтов, загрязненных нефтепродуктами, возможны два случая. В первом случае учитывается процесс промыва грунта только за счет выпадения осадков, для чего нужно знать количество осадков, которое выпадает в данном регионе (весенне-, летне-, осенний период), и их продолжительность. После завершения строительства дренажа и сдачи системы в эксплуатацию начинается отсчет времени. Слой выпавших осадков за какой-то промежуток времени относится к высоте слоя воды в поровом пространстве. Далее по кривым, приведенным на рисунке, по этому отношению находят относительное содержание воды и_в/m в поровом пространстве, по нему - отношение u_в/k_ф из приведенной выше формулы. Для определения скорости впитывания u_в нужно знать коэффициент фильтрации k_ф, который зависит от водно-физических свойств грунтов и физических свойств жидкостей. Скорость впитывания находится как среднее из скоростей в конце и в начале цикла, время впитывания определяется как отношение слоя выпавших осадков к средней скорости.

Во втором случае, если окажется, что при естественном количестве поступающей влаги промыв сильно растягивается во времени, его можно ускорить проведением искусственного дождевания или напуском воды на территорию с тем, чтобы уложиться в заданное время промыва.

При проведении расчетов нужно учитывать, что если интенсивность ливня больше скорости впитывания, то часть осадков образует сток. Этот факт можно учесть в соответствии с коэффициентом стока.

Задача состоит в том, чтобы промыть грунт до такого состояния, когда в грунте остается остаточное содержание нефтепродуктов, промыв которых рассматриваемым методом неэффективен или вообще невозможен. При наличии дренажа в осушаемом и очищаемом от нефтепродуктов массиве поддерживается такое водовоздушное состояние, которое благоприятно для живых организмов (штаммов бактерий), питающихся нефтепродуктами. Для очистки грунта от остаточного содержания в нем нефтепродуктов используют различные методы очистки - биологические и физико-химические.

Размещено на Allbest.ru