Використання бентонітових глин Кудринського родовища для охорони навколишнього середовища
Вивчення мінерального складу і фізико-хімічних властивостей бентонітових глин Кудринського родовища. Виявлення закономірностей розподілу важких металів у ґрунтах Криму. Розробка заходів щодо використання бентонітових глин в природоохоронних цілях.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 25.04.2014 |
| Размер файла | 42,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Національна академія наук України
Інститут геохімії навколишнього середовища
УДК 553.611.6:908+628:314.3
Автореферат
дисертації на здобуття ученого ступеня кандидата геологічних наук
Використання бентонітових глин Кудринського родовища для охорони навколишнього середовища
04.00.19 - Економічна геологія
Аблаєва Ленура Аліївна
Київ 2002
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Крим є унікальним природним районом і здравницею України з особливими курортно-рекреаційними ресурсами. Погіршення екологічної ситуації в Криму викликано антропогенними навантаженнями на геологічне середовище (забруднення ґрунтів, поверхневих і підземних вод). В останні роки встановлена можливість ефективного використання природних адсорбентів для очищення забруднених територій і вод. Однієї з основних причин забруднення є проникнення в ґрунти важких металів (ТМ). Для об'єктивної оцінки ступеня міграційної здатності ТМ важливо вивчити форму їхнього перебування в ґрунті (особливо небезпечна рухлива форма). Дисертаційна робота присвячена новим напрямкам використання бентонітових глин Кудринського родовища в природоохоронних цілях, що і визначило актуальність досліджень.
Ціль дослідження: установити фізико-хімічні властивості бентонітових глин Кудринського родовища і розробити заходи щодо використання їх для санірування територій, забруднених важкими металами й очищення стічних вод. Дати економічну оцінку родовища.
Для досягнення мети поставлені наступні задачі: вивчити мінеральний склад і фізико-хімічні властивості бентонітових глин Кудринського родовища; установити закономірності розподілу важких металів у техногенно забруднених ґрунтах Криму; з'ясувати можливість використання глин для санірування забруднених територій і очищення стічних вод від важких металів; дати економічну оцінку використання бентонітових глин Кудринського родовища в природоохоронних цілях.
Об'єкт дослідження - лужноземельна бентонітова глина з розроблювального кар'єру Кудринського родовища. Предмет дослідження - мінеральний склад і фізико-хімічні властивості бентонітових глин Кудринського родовища й економічна ефективність їхнього використання в природоохоронних цілях.
Методи дослідження. Визначення важких металів у ґрунтах і стічних водах здійснювалося з використанням хімічного, спектрального й атомно-абсорбційного методів. Мінеральний склад глин вивчений комплексом методів з використанням хімічного, рентгеноструктурного, гранулометрического, термічного й електронно-мікроскопічного аналізів.
Наукова новизна отриманих результатів. Детально вивчений мінеральний склад і фізико-хімічні властивості бентонітових глин з кар'єру Кудринського родовища. Уперше розроблені технології використання бентонітових глин Кудринського родовища як ефективного адсорбенту для санірування забруднених важкими металами промислових територій і очищення стічних вод. Вперше оцінена економічна ефективність розробки Кудринського родовища для природоохоронних цілей.
Наукові положення, що захищаються в дисертації:
1. Бентонітові глини з кар'єру Кудринського родовища складені на 95-97% монтморилонітом і володіють високими обмінними властивостями (сума обмінних катіонів 100 - 136 мг.экв/100 г сухої глини), високою дисперсністю глинистих часток (тонкопелітова частина складає 54 -71%) і є унікальним природним адсорбентом, перспективним для використання в природоохоронних цілях.
2. Установлено, що вміст рухливих форм важких металів у техногенно забруднених ґрунтах на вивчених територіях, що перебувають під впливом хімічних підприємств, складає до 30% від їхнього валового вмісту, що є об'єктивним критерієм високої екологічної небезпеки.
3. Бентонітові глини з кар'єру Кудринського родовища сприяють зниженню вмісту рухливих форм важких металів у ґрунті: цинку на 40 %, міді - 32 %, свинцю - 18%, кадмію - 39 %. Максимальний ступінь витягу важких металів зі стічних вод бентонітовими глинами складає: міді - 90 %, заліза - 66,7 %, хрому - 33 %, зі штучних розчинів: хрому - до 97%, нікелю - до 96%, заліза - до 80%, міді - до 50%.
4. Економічна оцінка глин Кудринського родовища свідчить про рентабельність розробки глин цього родовища і використання їх для природоохоронних цілей.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в рамках Програми “Сорбенти Криму”, схваленої Президією Кримської Академії наук і Республіканським Комітетом з науки і регіонального розвитку при Радміні АРК (постанова Ради Міністрів АРК № 453 від 26 грудня 2000р., наказ Міністерства освіти і науки України № 914-до). Дисертаційна робота спирається на дослідження, проведені в рамках держбюджетної науково-дослідної роботи “Принципи проектування й експлуатації споруд у складних геологічних умовах із забезпеченням їхньої безпеки й енергозбереження”. Розділ “Існуючі антропогенні навантаження”, виконувався автором по проекту Кримської академії природоохоронного і курортного будівництва (КАПКБ) (№ ГР 0198U005857, 1998-1999 рр.). Автор також брала участь у держбюджетній науково-дослідній роботі Українського державного інституту мінеральних ресурсів (УкрДІМР) по темі: “Розробка проекту зовнішніх кордонів земель водного фонду і водоохоронних зон на території м. Севастополя”, 2 етап, (договір № 171 від 01.04.1997) за проектом Управління водного господарства і меліорації Севастопольської держміськадміністрації; у темі “Захист здоров'я людини від впливу забруднення навколишнього середовища” у рамках міжнародного проекту Кримської республіканської асоціації “Екологія і світ” (№ ОЕК 002-98-001, 1999-2001 р.).
Практичне значення отриманих результатів. Розроблено технології використання бентонітових глин Кудринського родовища для санірування територій, забруднених важкими металами й очищення стічних вод. Техніко-економічний розрахунок свідчить про економічну доцільність розробки родовища для цих цілей. Експериментальні дослідження з очищення стічних вод на станції очисних каналізаційних споруд (ОКС) підтверджені актом упровадження від 11 вересня 2000 року. Санірування території ЗАТ “Кримвтормет” (Севастопольський район) також підтверджений актом упровадження від 3 жовтня 2000 року.
Особистий внесок: Безпосередньо автором відібрані проби бентонітової глини з кар'єру Кудринського родовища; проведене літогеохімічне опробування на території сіл Перекоп і Філатовка. Вивчено мінеральний склад і фізико-хімічні властивості бентонітових глин з кар'єру Кудринського родовища. Вивчено закономірності розподілу важких металів на техногенно забруднених територіях. Виконано експерименти і розроблені технології по застосуванню бентонітових глин для санірування території, забрудненої важкими металами й очищення стічних вод, а також розраховані відповідні економічні показники. Всі основні результати, висновки і наукова новизна, викладені в дисертаційній роботі, отримані здобувачем самостійно.
Фактичний матеріал. Експериментальні дослідження проведені в період польових робіт у 1998-2000 роки. Вивчено 20 проб бентонітової глини, 29 проб ґрунту і 55 проб суспензії бентонітових глин на суднообробній базі ЗАТ “Кримвтормет”; 50 проб ґрунтів на території Балаклавського району; 102 проби ґрунту в селах Перекоп і Філатовка Вірменсько-Червоноперекопського району; 12 проб бентопорошку, використаного для очищення ґрунту; 62 проби стічних вод на станції очисних каналізаційних споруд ОКС м. Сімферополя; 18 штучних розчинів важких металів. В основу роботи покладені результати 1650 аналізів (напівкількісного спектрального, атомно-абсорбційного, хімічного, рентгеноструктурного, термічного й іонно-селективного).
Апробація результатів роботи. Результати досліджень доповідалися в Кримській академії природоохоронного і курортного будівництва (м. Сімферополь) на науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу в 1998, 1999, 2001 рр., у м. Києві на міжнародних конференціях аспірантів і молодих учених “Людина. Екологія. Суспільство” (2000, 2001 рр.), на міжнародній конференції “Екологія регіонів і здоров'я населення: теорія і практика” у м. Сімферополі (2000 р.), на конференції “Проблеми реалізації генеральних планів міст Криму” (2000р.) у м. Ялті, в Інституті геохімії, мінералогії і рудоутворення НАНУ на конференції “Проблеми пошукової й екологічної геохімії” у м. Києві (2002 р.). Результати дисертаційних досліджень автора повідомлені в Інституті геохімії навколишнього середовища НАН і МНС України в м. Києві (протокол від 20 лютого 2002 р.).
Вірогідність отриманих результатів забезпечується фактичним матеріалом, зібраним автором у процесі досліджень, будучи аспірантом КАПКБ і виконавцем відповідних НДР у період 1997-2001 рр., комплексом перерахованих вище досліджень і виконаних робіт, а також використанням результатів досліджень, проведених в інших організаціях.
Друковані праці. Основні положення дисертації опубліковані в 1 монографії, у 7 статтях у наукових журналах і збірниках наукових праць, 7 тезах конференцій.
Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 глав, висновку, списку літератури і додатків. Вона включає 153 сторінки, 30 таблиць, 37 малюнків. Список використаних літературних джерел складається з 108 найменувань.
Автор висловлює щиру подяку за допомогу, поради і загальне керівництво в проведенні досліджень науковому керівнику, доктору геолого-мінералогічних наук Тарасенку Вікторові Сергійовичу. У процесі написання дисертаційної роботи автор постійно одержувала допомогу і консультації доктора геолого-мінералогічних наук Лебединського В.І., кандидата геолого-мінералогічних наук Кириченко Л.П., кандидата геолого-мінералогічних наук Новикової Л.М., кандидата технічних наук Гребньова А.М., зав. лабораторією очисних каналізаційних споруд м. Сімферополя Кондакової Л.М. За всебічну підтримку автор вдячна співробітникам кафедри інженерної екології і безпеки життєдіяльності Кримської академії природоохоронного і курортного будівництва.
Зміст роботи
бентонітова глина охорона середовище
Розділ 1. Вивченість проблеми
У розділі представлений матеріал про особливості мінерального складу і фізико-хімічних властивостей бентонітових глин і можливість їхнього використання для охорони навколишнього середовища.
На території України виявлено близько 100 родовищ і проявів бентонітових глин усіх генетичних типів. В основному переважають бентоніти вулканогенно-осадового, поствулканічного, осадового й елювіального походження (Лебединський В.І., Кириченко Л.П., 1973; Куліш Є.О., Лебідь М.І., Суходольский К.О. і ін., 1993). Родовища природних адсорбентів нерівномірно розподілені на території України. Наприклад, основні ресурси цеолітів і високоякісних лужних бентонітів виявлені тільки на південно-заході країни в Закарпатській області.
Дослідження показали, що бентонітові глини є ефективними адсорбентами, особливо для очищення стічних вод з низькою концентрацією забруднюючих елементів. Бентонітові глини активно поглинають іони важких металів - до 50-80 % від первісного вмісту в промислових стоках. Найбільш повно сорбується мідь - до 90 %. Початкова концентрація важких металів знижується в десятки і сотні разів.
Вивчено мінеральний склад, адсорбційні властивості бентонітових і палигорськітових глин (Овчаренко Ф.Д., 1968, Кириченко Л.П., Лебединський В.І., Соболевська М.Ф. і ін., 1975, 1991), глауконіту і сапоніту (Грицик Е.В. і ін., 1986 - 1992), цеолітів (Федишин В.Є.. 1989, Маслякевич Я.В., 1984, Байраков В.В., 1986). Видано ряд великих узагальнюючих робіт із кременистих порід (Дистанов У.Г., 1970), бентонітовим глинам (Куковський Є.Г, 1975, Мерабішвілі М.С., Кірсанов М.В., Мачабелі Г.А., 1972), перлітам (Петров В.П., Насєдкін В.В., 1980), порівняльній оцінці кристалохімічних і фізико-хімічних основ природних адсорбентів (Мдівнішвілі О.М., 1983).
У світовій літературі (Jupta A., Sengupta B., 1980; Guven N, 1990 і ін.) досить багато інформації з використання природних адсорбентів для охорони навколишнього середовища. Установлена висока сорбційна здатність бентонітових і палигорськітових глин Черкаського родовища до іонів свинцю, ртуті, нікелю, міді (Кириченко Л.П., Гребньов А.М. і ін., 1993). Бентонітова глина Черкаського родовища в центральній частині України була успішно використана для дезактивації зовнішніх і внутрішніх поверхонь будинків і споруд, які зазнали радіоактивне забруднення в результаті аварії на Чорнобильській АЕС (Мовчан М.П., Злобенко Б.П, Шпигун А.А., Федоренко Ю.Г., 1990).
Природні сорбенти відіграють важливу роль у сорбції важких металів у ґрунті. В даний час накопичено великий досвід про склад і форми з'єднань важких металів, що потрапляють у ґрунт у ході її техногенного забруднення і їхній подальшій трансформації і міграції (Жовинський Е.Я., Кураєва І.В. і ін., 1996-2000).
У Криму знаходиться Кудринське родовище унікальних бентонітових глин, вивчене Ладаном А.Н., Лебединським В.И., Кириченко Л.П. (1972-1976).
У результаті проведення еколого-геохімічних досліджень у Криму виявлені території з високим ступенем забруднення важкими металами, для санірування яких пропонується використовувати унікальні бентонітові глини Кудринського родовища. У той же час залишається багато питань, що вимагають додаткових спеціальних досліджень - визначення фізико-хімічних властивостей бентонітових глин цього родовища, можливість їхнього використання для очищення техногенно забруднених територій і очищення стічних вод Криму, розрахунок економічної ефективності розробки родовища для цього регіону.
Розділ 2. Об'єкти і методи дослідження
Досліджуються: Кудринське родовище бентонітових глин; територія ЗАТ “Кримвтормет” (м. Севастополь); території Балаклавського і Червоноперекопського районів (зона впливу КПО “Титан”); станція очисних каналізаційних споруд м. Сімферополя.
Для характеристики бентонітової глини використаний комплекс методів. Аналізи проводилися в лабораторіях УкрДІМР, електронно-мікроскопічні знімки глини зроблені в ІГФМ АН України методом суспензій на електронному мікроскопі ЛЕМ-100А. Фізико-механічні властивості (набухливість, бентонітове число, колоїдальність, рН) визначалися згідно відповідним ДСТ 21282-93 і ДСТ 21284-93. Хімічними методами визначався вміст Si2, Ti2, Fe2O3, Fe, Ca, Mg, Mn, K2O, Na2O, P2O5, SO3, CO2, H2O-, H2O+, п.п.п., сума і склад обмінних катіонів (ДСТ 3594.2-93 і ДСТ 3594.3-93). Контроль здійснювався стандартними зразками і повторним визначенням рядових проб. Елементи-домішки (45 елементів) визначалися напівкількісним спектральним аналізом на дифракційному спектрографі СТЕ-1, установці ВУСА-5. Рентгеноструктурне вивчення проб проводилося відповідно ДСТ 21216-10-93. Досліджувалися препарати з глинистої фракції менше 0,001 мм. Дифрактограми отримані на рентгенівському дифрактометрі УРС-50 ЇМ зі сцинтиляційним лічильником на залізистому випромінюванні при напрузі 25 k, струмі 26 ма, Д=200 імп., V=2/хв. Проби знімалися в трьох станах: повітряно-сухим, насиченим гліцерином і прожареному при Т=600С на протязі двох годин.
Диференціальні криві нагрівання глин отримані на дериватографі системи Y. Paulik, Z. Erdey (Угорщина) у режимі Т=1000С. Умови зйомки - наважка вагою 0,9 м, інертна речовина Al2O3. Чутливість самописа 500 мкв, Q=10З/хв, Т=200-500 мкв, ДТА=500мкв.
Для еколого-геохімічних досліджень на території Севастопольського і Червоноперекопського районів провадилась грунтово-геохімічна зйомка і біогеохімічне випробування.
Проби ґрунтів були піддані кількісному спектральному аналізу на спектрографі (СТЕ-1) і атомно-абсорбційному аналізу на атомно-абсорбційному фотометрі РАФ-1 і AAS-3 у лабораторії УкрДІМР. Розраховувалися геохімічні показники: значення параметрів нормального геохімічного тла, мінімально-аномальні значення концентрацій, коефіцієнти концентрацій аномалій (Кк), сумарні показники забруднення (Zс).
Концентрації амонійного азоту, нікелю, хрому, міді, заліза в стічних водах визначалися колориметричним методом за допомогою фотоелектроколориметра ФЕК-56У4.2.
Розділ 3. Геолого-економічна характеристика Кудринського родовища бентонітових глин
Бентонітові глини названі по форту Бентон (Північна Америка ), де вони вперше були виявлені. За перевагою складового мінералу монтморилоніту глини називають монтмориллонітовими. З 1968 року за рішенням номенклатурного комітету Міжнародної асоціації по вивченню глин, для мінералів групи монтморилоніту використовується назва “смектит”.
Геологічна характеристика. Бентонітові глини в Криму простежуються у вигляді малопотужних шарів у верхньокрейдяних відкладеннях підніжжя Другої гряди від Сімферополя до Севастополя й у с. Пролам у районі м. Білогірська.
Проведені Кримською геологорозвідувальною експедицією пошукові роботи завершилися відкриттям Кудринського родовища бентонітових глин.
У геологічній будові родовища беруть участь карбонатні відкладення верхньої крейди, що залягають похило під кутом 6-80, з падінням аз. 2900-3100. Найбільш древні шари порід оголюються в південно-східній частині родовища і представлені брекчієвидними вапняками, що перешаровуються з вапняковистими мергелями (нерозчленовані відкладення верхньотуронського і коньякського ярусів, потужністю 30-35 м). На них з розмивом лежать відкладення сантонського ярусу. Вони представлені білими і ясно-сірими мергелями з прошарками зеленувато-сірих глинистих мергелів з конкреціями і лінзами кременів. Потужність відкладень 28-37 м. На них згідно залягають відкладення кампанського ярусу. До нижньої частини кампанського ярусу, складеного білими крейдоподібними вапняками і мергелями, належить основний шар бентоніту потужністю від 0,15 до 0,7 м. Простежений свердловинами і канавами по простяганню на 3 км, по падінню від 100 до 300 м.
Кудринський бентоніт складається на 95-97% з монтморилоніту. Глина тонкодисперсна, вміст тонкопелітових часточок - від 53,95 до 71,6%, великопелітових - від 56,6 до 27,7%, алевритових - декілька десятих часток відсотка, а піщанистий матеріал практично відсутній.
За складом і вмістом поглинених катіонів бентоніт Кудринського родовища розподіляється на лужноземельний різновид (Mg2++Ca2+>Na++K+), пов'язаний з виходом шару на поверхню, і лужний різновид (Na++K+>Mg2++Ca2+), виявлений тільки на глибині понад 12 м. Установлений також проміжний лужноземельний різновид з підвищеним вмістом Na+. Сума катіонів у комплексі поглинених основ складає 100-140 мг.екв/100 г сухої глини. Дифрактометричний аналіз глинистої фракції бентоніту свідчить про наявність трьох різновидів монтморилоніту: лужний, лужноземельний і лужноземельний з підвищеним вмістом Na+. Вони чітко розрізняються за величиною рефлексу (001). Термічний аналіз також підтверджує переважно монтморилонітовий склад глини. На криві нагрівання глинистої фракції бентоніту добре виражені три ендотермічних піки, характерних для монтморилоніту.
Високі адсорбційні і іонообмінні властивості бентонітів обумовлені специфічною будовою кристалічних ґрат мінералу, величиною питомої поверхні, розмірами і характером пір, генезисом і хімічною неоднорідністю.
Техніко-економічні показники Кудринського родовища бентонітових глин за станом на 2002 р.:
Геологічні запаси складають 596 тис. тонн (категорія З1 + З2).
Середня потужність корисної копалини: 0,41м.
Середня потужність розкривних робіт: 23 м.
Собівартість видобутку 1 т бентонітової глини при середній потужності розкриву 15 м: 250 гривень.
Відпускна ціна 1 т грудкової глини для виноробної промисловості і технічних цілей: 500 гривень.
Загальний планований річний обсяг видобутку бентонітової глини в кар'єрі в 2003 р.: 5000-10000 т
Товарна вартість бентонітових глин родовища складає: 272, 6 млн. гривень
Сумарний річний доход від реалізації глин: 927, 5 тис. гривень.
Розділ 4. Еколого-геохімічне дослідження на території Криму
Джерелом техногенного забруднення навколишнього середовища Криму є його хімічні, металообробні і гірничодобувні підприємства. Забруднення території Вірменсько-Червоноперекопського, Севастопольського й інших районів виражено в появі техногенних гідрогеохімічних і літогеохімічних аномалій токсичних хімічних елементів.
Еколого-геохімічні дослідження на території Балаклавського району м. Севастополя є продовженням раніше проведених науково-дослідних робіт (Тарасенко В.С., Захаров В.П., 1991). Для санітарно-гігієнічної оцінки міста використаний сумарний геохімічний показник забруднення ґрунтів (Zc) (Ю.Е.Саєт, 1990), що враховує перевищення над природним фоновим вмістом суми токсичних елементів у ґрунті. Виділено наступні категорії забруднення ґрунтів токсичними елементами: припустима (Zс=16), помірковано небезпечна (Zc=16-32), небезпечна (Zc=32-128) і надзвичайно небезпечна (Zc> 128). Екологічна обстановка в Балаклавському районі Севастополя збільшується з діяльністю гірничодобувного комбінату, що поставляє вапняки для підприємств хімічної і металургійної промисловості, а також будіндустрії. На території міста концентрація свинцю в ґрунтах зростає, досягаючи в промисловій частині міста й уздовж основних транспортних магістралей 4-5 і більш фонових концентрацій (Сф=20 мг/кг). Максимальні концентрації свинцю (до 800 мг/кг) встановлені в південній частині міста на західному березі Балаклавської бухти в районі доків і портового господарства військово-морського флоту.
Раніше за результатами еколого-геохімічних досліджень УкрДІМР (Ю.А. Новіков, Л.М. Новікова, 1994 р.) масштабу 1:200000 для Вірменсько-Червоноперекопського регіону складена карта сумарного забруднення ґрунтів і виявлені ділянки з небезпечною категорією забруднення ґрунтів (у тому числі сіл Перекоп і Філатовка, що розташовуються в 3 і 12 км південно-східніше хімічного підприємства “Титан”).
Для з'ясування ступеня техногенного забруднення на території сіл Перекоп і Філатовка нами проведена площадна грунтово-геохімічна зйомка масштабу 1:10000 (крок випробування - 100 і 200 м). Були випробувані ґрунти і сільськогосподарська продукція (морква, капуста, буряк, баклажан, картопля).
Основними елементами техногенного забруднення ґрунтів сіл Перекоп і Філатовка є свинець, миш'як, цинк, ртуть, фосфор, барій, стронцій, кадмій, мідь, хром, молібден, сурма і фтор.
На території с. Перекоп установлені комплексні контрастні аномалії великої групи токсичних хімічних елементів I, II і III класів небезпеки. Середні розміри аномалій складають 300х250 м. На території с.Філатовка найбільше розвинуті техногенні грунтово-геохімічні аномалії свинцю, ртуті, миш'яку, цинку, фосфору, міді, барію, кадмію, стронцію і літію. За результатами досліджень виділені ділянки найбільш контрастних літохімічних і біогеохімічних аномалій, з небезпечною категорією забруднення ґрунтів. Рухлива форма перебування токсичних хімічних елементів варіює від 10 до 45 % валового вмісту хімічних елементів у ґрунтах сіл Перекоп і Філатовка. У ґрунтах установлена рухлива форма важких металів від їхнього валового вмісту: у селі Перекоп - Ni (75 %), Zn (4-16 %), Сu (10 %); у селі Філатовка - Ni (11-26 %), Zn (12-45 %).
За даними біогеохімічних досліджень на забруднених територіях сіл Перекоп і Філатовка встановлено, що в сільськогосподарській продукції вмісту кадмію становить 0,05-0,09 мг/кг, міді - 0,83-2,15 мг/кг, свинцю - 0,64-1,43 мг/кг. У такий спосіб у результаті проведення комплексних еколого-геохімічних робіт на території досліджуваних районів установлено, що дані території є несприятливими для проживання місцевого населення і вимагають проведення невідкладних заходів щодо очищення території.
Розділ 5. Використання бентонітових глин Кудринського родовища для природоохоронних цілей
Бентонітові глини завдяки своїм адсорбційним властивостям являють собою цінну корисну копалину, що використовують в промисловості, сільському господарстві і для охорони навколишнього середовища. Вони застосовуються в природному стані (грудковому або кусковому вигляді), у вигляді бентопорошку, а також глини активовані кислотами і содою.
Санірування забрудненої території. Проведено експериментальні дослідження з застосування бентонітової суспензії для санірування території, забрудненої важкими металами. Була обрана промплощадка Севастопольського цеху ЗАТ “Кримвтормет”. Виробниче об'єднання включає три цехи: сковзало, де проводиться велике різання судів, промисловий цех різання гідравлічними ножицями і цех різання кольорових металів. Обрано 8 експериментальних ділянок (будинок побутових приміщень; ділянка під навісом, відкрита площадка, площадка біля побутового будинку різьбярів, територія сковзала, площадка різання кольорових металів, цех різання з установкою гідравлічних ножиців).
Зразки адсорбенту узяті в кар'єрі Кудринського родовища із шару бентоніту, поблизу денної поверхні (лужноземельна бентонітова глина). Зі зразків бентоніту готувалися суспензії 30%, 20% і 10% концентрації без додавання і з додаванням кальцинованої соди. Бентонітова суспензія рівномірно розподілялася обприскувачем на ділянки площею 0,25 м2 різного ступеня забруднення. Спектральний аналіз показує, що у висохлій плівці суспензії бентоніту вміст важких металів значно підвищується, іноді в 200 і більш раз, у порівнянні з вихідним вмістом. Установлено, що для очищення території, забрудненої важкими металами, найбільш ефективна 10% суспензією бентоніту, активованого лугом. Імовірніше всього, міжшарові катіони монтморилоніту Ca2+, Mg2+, ДО+ і Na+ заміщаються катіонами важких металів.
Попередні дослідження із санірування забруднених ґрунтів сіл Перекоп і Філатовка (зона впливу хімічного підприємства “Титан”) дозволили установити зниження вмісту рухливих форм важких металів у ґрунті в середньому: Zn на 40 %, Cd - 39 %, Cu - 32 %, Pb -18%. Таким чином, проведені експериментальні дослідження дозволяють рекомендувати в інтенсивно забруднених важкими металами ділянках санірування з використанням бентонітової суспензії.
Очищення стічних вод. Експериментальні роботи з використання бентонітових глин для очищення стічних вод проводилися в лабораторних і промислових умовах на станції очисних каналізаційних споруд (ОКС) Сімферополя.
Проби стічних вод відбиралися на вході (до механічного очищення) і в камері змішання (після очищення у вторинних відстійниках). У лабораторії ОКС поставлений досвід при різних навішеннях 5, 10 і 20 м бентоніту на 250 мол стічної води. Стічну воду перемішували з бентонітом, відстоювали (від 30 до 120 хвилин) і аналізували на вміст зважених речовин, біохімічне споживання кисню БСК-5, амонійного азоту, нікелю, хрому, міді і заліза до і після додавання бентонітових глин. Також досліджувалися штучні розчини міді, заліза, хрому і нікелю, що дозволило виключити вплив інших інгредієнтів, що заважали, у стічних водах. Витяг важких металів зі штучних розчинів складає: мідь до 64%, залізо - до 80%, хром - до 97%, нікель - до 96%.
Промислові іспити проведені безпосередньо в резервуарі первинного відстійника очисних каналізаційних споруд м. Сімферополя. Сто кілограм глини завантажувалися в резервуар відстійника, обсягом 1724 м3 і протягом 90 хвилин визначався вміст інгредієнтів у стоках. Через кожні 10 хвилин відбиралася проба стічної води, потім аналізувалася на важкі метали (хром, залізо, мідь, нікель), амонійний азот і зважені речовини. Концентрація глини у відстійнику склав 53 мг/л. Максимальний ступінь витягу міді складає 90 %, заліза - 66,7 %, хрому - 33 %, нікель - не виявлений, амонійного азоту - 22,2 %, зважених речовин - 66,1 %.
Таким чином, застосування бентоніту при очищенні стічних вод знизить навантаження на мікроорганізми в аеротенках, дозволить скоротити вміст важких металів, амонійного азоту, зважених речовин і БСК-5 у стічних водах.
Висновки
Бентонітові глини з кар'єру Кудринського родовища, відносяться до туфогенно-осадочного генетичного типу, складені на 95-97% монтморилонітом і володіють високими обмінними властивостями (сума обмінних катіонів 100 - 136 мг.екв / 100 г сухої глини), високою дисперсністю глинистих часток (вміст тонкопелітових часточок - від 53,95% до 71,6%, великопелітових - від 56,6% до 27,7%, алевритових - біля десятих часток відсотка, а піщанистий матеріал практично відсутній). За складом і вмістом поглинених катіонів бентоніт розділяється на лужноземельний (Mg2++Ca2+>Na++K+) різновид, приурочений до виходу шару на поверхню, і лужний (Na++K+>Mg2++Ca2+), виявлений тільки на глибині (понад 12 м) у зразках зі свердловин; установлений також проміжний лужноземельний різновид з підвищеним вмістом Na+.
На території Червоноперекопського району (зона впливу ГАК “Титан”) у ґрунтах установлена рухлива форма важких металів від їхнього валового вмісту: у селі Перекоп - Ni (75 %), Zn (4-16 %), Сu (10 %); у селі Філатовка - Ni (11-26 %), Zn (12-45 %).
Використання бентоніту на станції очисних каналізаційних споруд знижує в стоках концентрації важких металів, амонійного азоту, біохімічне споживання кисню (БСК-5), прискорює очищення в аеротенках, полегшуючи роботу станції в умовах перевантаження. Катіони металів у стічній воді (Cu2+, Ni2+, Cr6+, Fe3+) витягаються бентонітовими глинами до 80% і більш. Максимальний ступінь витягу важких металів зі стічних вод бентонітовими глинами складає: міді - 90 %, заліза - 66,7 %, хрому - 33 %, зі штучних розчинів: хрому - до 97%, нікелю - до 96%, заліза - до 80%, міді - до 50%.
Установлено, що після очищення ґрунтів бентонітовою глиною вміст рухливої форми міді в ґрунті зменшується в середньому на 32%, цинку - на 40%, свинцю - на 18%, кадмію - на 39%. Рухливі форми важких металів визначають нагромадження елементів у фітомасі. Застосування бентоніту забезпечує захоплення рухливої форми важких металів і знижує їхню міграцію з ґрунту в овочеві культури.
Визначено ряд адсорбції рухливої форми важких металів бентонітовими глинами з ґрунту на території Червоноперекопського району (поблизу ГАК “Титан”): Zn > Cd > Cu > Pb.
Розраховано економічні показники, що підтверджують рентабельність видобутку бентонітових глин і використання їх у природоохоронних цілях.
Список опублікованих робіт з теми дисертації
1. Аблаева Л.А. Новые направления использования бентонитовых глин Крыма. - Симферополь: Доля, 2001. - 80 с.
2. Аблаева Л.А., Кириченко Л.П. Уникальные природные сорбенты Кудринского месторождения (Горный Крым) // Сборник научных трудов Крымской академии природоохранного и курортного строительства (КАПКС). - Симферополь: Таврия. -1998. - С. 102-106.
3. Аблаева Л.А. Оценка санитарно-гигиенического состояния территории Балаклавского района г. Севастополя по результатам эколого-геохимической съемки // Сборник научных трудов Крымской академии природоохранного и курортного строительства. - Симферополь: Таврия. - 1998. - С. 82-88.
4. Аблаева Л.А. Очистка сточных вод с использованием бентонитовых глин Крымских месторождений // Сборник научных трудов Крымской академии природоохранного и курортного строительства. - Симферополь: КАПКС. - 1999. - С. 197-205.
5. Аблаева Л.А. Бентонитовые глины Кудринского месторождения (Горный Крым) и направления их использования для улучшения экологической обстановки в Украине // Доповiдi НАН України. - Киев. - 2001. - № 7. - С. 181-184.
6. Аблаева Л.А. Экологическая обстановка на территории Армянско-Красноперекопского промышленного района (Северный Крым) по результатам эколого-геохимических исследований // Доповiдi НАН України. - Киев. - 2001. - № 9.- С. 183-186.
7. Тарасенко В.С., Аблаева Л.А., Новикова Л.Н. Детализация техногенных литохимических аномалий как метод выявления очагов с повышенной заболеваемостью населения // Сборник научных трудов КАПКС. - Симферополь: КАПКС. - 2001. - С. 73-76.
8. Аблаева Л.А. Перспективы использования природных глинистых сорбентов Крыма для санирования загрязненных территорий и в здравоохранении // Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава по итогам научно-исследовательской работы за 1996-1997 годы. - Симферополь. - 1998. - С. 32.
9. Аблаева Л.А. Использование бентонитовых глин Кудринского месторождения для очистки сточных вод // Человек. Экология. Общество. - Киев. - 2000. - С.73.
10. Новикова Л.Н., Аблаева Л.А. Геохимическая оценка техногенного загрязнения Армянско-Красноперекопского района // Экология регионов и здоровье населения: теория и практика. - Симферополь: КМУ. - 2000. - С. 144-146.
11. Аблаева Л.А. Проблемы загрязнения окружающей среды городов Крыма и мероприятия по очистке территории // Проблемы реализации генеральных планов городов Крыма. - Симферополь-Ялта. - 2000. - С. 61.
12. Новикова Л.Н., Аблаева Л.А. Эколого-геохимические исследования на территории Армянско-Красноперекопского района (Северный Крым) // Экология. Человек. Общество. - Киев: КПИ. - 2001. - С. 152.
13. Аблаева Л.А. Применение бентонитовых глин Кудринского месторождения (Горный Крым) для очистки сточных вод // Экология. Человек. Общество. - Киев: КПИ. - 2001. - С. 104.
Анотація
Аблаєва Л.А. Використання бентонітових глин Кудринського родовища для охорони навколишнього середовища. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за фахом “Економічна геологія” - 04.00.19 - Кримська академія природоохоронного і курортного будівництва, Сімферополь, 2002.
Дисертація присвячена вивченню мінерального складу бентонітових глин Кудринського родовища, екологічної обстановки деяких районів Криму, і розробці технологій по саніруванню територій, забруднених токсичними важкими металами, очищенню стічних вод на міських каналізаційних очисних спорудах і економічній ефективності розробки Кудринського родовища в цілому. Автор прагнув до найбільш повного аналізу всіх особливостей бентонітових глин з кар'єру ТОВ “Бентокрим” і порівняльній оцінці з глинами Кудринського родовища. Розглядаються питання: мінералогія і фізико-хімічні властивості глин, склад і генезис Кудринського родовища бентонітових глин. У роботі запропонована технологія застосування бентонітів для санірування забруднених територій і очищення стічних вод. Установлено ступінь очищення стічних вод від важких металів (мідь, нікель, хром, залізо). Розроблені та впроваджені рекомендації з використання бентонітових глин Кудринського родовища для охорони навколишнього середовища.
Ключові слова: важкі метали, форма перебування, бентонітові глини, адсорбційні властивості, санірування території, очищення стічних вод, Кудринське родовище, Крим.
Аннотация
Аблаева Л.А. Использование бентонитовых глин Кудринского месторождения для охраны окружающей среды. Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности “Экономическая геология” - 04.00.19 - Крымская академия природоохранного и курортного строительства, Симферополь, 2002.
Диссертация посвящена изучению минерального состава бентонитовых глин Кудринского месторождения, экологической обстановки некоторых районов Крыма и разработке технологий по санированию территорий, загрязненных токсичными тяжелыми металлами, очистке сточных вод на городских канализационных очистных сооружениях и экономической эффективности разработки Кудринского месторождения. Автор выполнила сравнительную оценку бентонитовых глин Кудринского месторождения с глинами Черкасского месторождения. Рассматриваются вопросы: общая минералогия и физико-химические свойства глин, строение и генезис Кудринского месторождения бентонитовых глин. В работе предложена, разработанная автором, технология применения бентонитов для санирования загрязненной территорий и очистки сточных вод. Установлена степень очистки сточных вод от тяжелых металлов (медь, никель, хром, железо).
Кудринский бентонит мономинерален и представлен на 95-97% монтмориллонитом. По составу и содержанию поглощенных катионов бентонит Кудринского месторождения разделяется на щелочноземельную (Mg2++Ca2+>Na++K+) разновидность, приуроченную к выходу пласта на поверхность, и щелочную (Na++K+>Mg2++Ca2+), обнаруженную только на глубине (свыше 12 м) в образцах из скважин; установлена также промежуточная щелочноземельная разновидность с повышенным содержанием Na+.
Выявлено, что содержание подвижной формы цинка в почвах с. Перекоп достигает в отдельных почвенно-геохимических пробах (12-15) % от их валового содержания. Содержание подвижной формы нахождения цинка в почвах с. Филатовка составляет (4,5-41,1) % от их валового содержания. Содержание подвижной формы нахождения никеля в почвах с. Филатовка составляет (11,2-25,6) % от их валового содержания.
Установлена дифференцированность адсорбции подвижной формы тяжелых металлов бентонитовыми глинами из почвы на территории Красноперекопского района (вблизи ГАО “Титан”): Cd>Cu>Pb>Zn.
Бентонитовыми глинами катионы металлов из модельных растворов (Cu2+, Ni2+, Cr6+, Fe3+) извлекаются: медь до 50%, железо - до 80%, хром - до 97%, никель - до 96%; максимальная степень извлечения бентонитовыми глинами из сточных вод составляет: медь - 90 %, железо - 66,7 %, хром - 33 %, никель - не обнаружен, аммонийный азот - 22,2 %, взвешенные вещества - 66,1 %.
Разработаны и внедрены рекомендации по использованию бентонитовых глин Кудринского месторождения для охраны окружающей среды.
В целом, выполненные исследования будут способствовать более широкому использованию бентонитовых глин для восстановления нарушенной природной среды.
Ключевые слова: тяжелые металлы, форма нахождения, бентонитовые глины, адсорбционные свойства, санирование территории, очистка сточных вод, Кудринское месторождение, Крым.
Summary
Lenura Ablaeva. Usage bentonitic clay of Kudrinskoe deposit for nature protection. Thesis on competition of an scientific degree of the candidate of geological sciences on a speciality 04.00.19 - “Economical geology”. - Crimean Academy of resort construction and nature protection.
The thesis devoted to study of ecological situation in the Crimea (Ukraine), bentonite and technology's exploitation for sanitation of dirty territory, wastewater purification, wine industry. The author examined mineralogy and physicochemical behaviour, structure and source of bentonite clay. Developed technology for cleaning of industry territory, cleaning wastewater from heavy metals and affiliation extent cleaning. Worked out recommendation of usage bentonite clay for preservation of the environment.
Key words: heavy metals, form of the presence, bentonite clay, adsorption properties, sanitation of territory, waste water purification, Kudrino field, the Crimea.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Геологическая характеристика кирпично-черепичного глинистого сырья, критерии его качества. Основной промышленно-генетический тип месторождений кирпично-черепичных глин Татарстана, гранулярный состав кирпичных глин по данным геологоразведочных работ.
реферат [413,5 K], добавлен 09.12.2012Геологічна характеристика району та родовища. Визначення основних параметрів кар’єру. Основні положення по організації робіт. Екскаваторні, виїмково-навантажувальні роботи. Відвалоутворення, проходка траншей, розкриття родовища, дренаж та водовідлив.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 23.06.2011Фізико-географічна характеристика Пинянського газового родовища. Геологічні умови зовнішньої зони Передкарпатського прогину. Водоносні комплекси та водотривкі породи. Геологічна будова та газоносність Пинянського родовища, мінералізація пластових вод.
дипломная работа [981,1 K], добавлен 18.02.2012Загальна характеристика свердловини №94 Спаського родовища нафти, Аналіз чинників забруднення навколишнього природного середовища при її будівництві. Розрахунок обсягів усіх видів відходів на підприємстві. Сучасні природоохоронні заходи, їх ефективність.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 13.04.2011Історія розвідки і геологічного вивчення Штормового газоконденсатного родовища. Тектоніка структури, нафтогазоводоносність та фільтраційні властивості порід-колекторів. Аналіз експлуатації свердловин і характеристика глибинного та поверхневого обладнання.
дипломная работа [651,9 K], добавлен 12.02.2011Мінерало-петрографічні особливості руд і порід п’ятого сланцевого горизонту Інгулецького родовища як потенціальної залізорудної сировини; геологічні умови. Розвідка залізистих кварцитів родовища у межах профілей. Кошторис для інженерно-геологічних робіт.
дипломная работа [131,9 K], добавлен 14.05.2012Коротка геолого-промислова характеристика родовища та експлуатаційного об`єкта. Методика проведення розрахунків. Обгрунтування вихідних параметрів роботи середньої свердловини й інших вихідних даних для проектування розробки. Динаміка річного видобутку.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 19.05.2014Характеристика сировини та готової продукції гірничодобувного комплексу. Вплив геологорозвідувальних робіт гірничих розробок на повітряний та водний басейн, рослинний та тваринний світ. Охорона використання земель при видобутку корисних копалин.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 04.11.2010Географо-економічна характеристика району досліджень. Загальні риси геологічної будови родовища. Газоносність і стан запасів родовища. Методика подальших геологорозвідувальних робіт на Кегичівському родовищі та основні проектні технологічні показники.
курсовая работа [57,1 K], добавлен 02.06.2014Фізико-географічна характеристика Гоголівського родовища. Підготовка даних для виносу проекту свердловин в натуру. Побудова повздовжнього профілю місцевості і геологічного розрізу лінії свердловин. Методика окомірної зйомки в околицях свердловин.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 29.05.2014Історія розвідки й розробки родовища. Геолого-промислова характеристика покладу. Стратиграфія, тектоніка, нафтогазоводоносність. Колекторські та фізико-хімічні властивості покладу. Запаси нафти та газу. Аналіз технології і техніки експлуатації свердловин.
курсовая работа [718,7 K], добавлен 22.08.2012Способи експлуатації газових і нафтових родовищ на прикладі родовища Південно-Гвіздецького. Технологічні режими експлуатації покладу. Гідрокислотний розрив пласта. Пінокислотні обробки свердловини. Техніка безпеки та охорона навколишнього середовища.
курсовая работа [61,2 K], добавлен 11.09.2012Геологічна та гірничотехнічна характеристика родовища. Підготовка гірських порід до виймання. Розкриття родовища відкритим способом. Система розробки та структура комплексної механізації робіт. Робота кар'єрного транспорту. Особливості відвалоутворення.
курсовая работа [136,1 K], добавлен 23.06.2011Коротка геолого-промислова характеристика Пролетарського родовища. Визначення режимів роботи нафтових і газових свердловий, розгляд технологічних схем їх експлуатації. Вивчення методів інтенсифікації припливів пластового флюїду у привибійній зоні.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 11.05.2011Загальні відомості про Носачівське апатит-ільменітового родовища. Геологічна будова і склад Носачівської інтрузії рудних норитів. Фізико-геологічні передумови постановки геофізичних досліджень. Особливості методик аналізу літологічної будови свердловин.
дипломная работа [3,7 M], добавлен 24.07.2013Геологічно-промислова характеристика родовища. Геологічно-фізичні властивості покладу і флюїдів. Характеристика фонду свердловин. Аналіз розробки покладу. Системи розробки газових і газоконденсатних родовищ. Режими роботи нафтових та газових покладів.
курсовая работа [7,8 M], добавлен 09.09.2012Літолого-фізична характеристика продуктивних горизонтів. Підрахункові об`єкти, їхні параметри та запаси вуглеводнів. Результати промислових досліджень свердловин. Аналіз розробки родовища. Рекомендації з попередження ускладнень в процесі експлуатації.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 24.01.2013Геолого-промислова характеристика Шебелинського родовища. Визначення режиму роботи нафтових покладів; технологічні схеми їх експлуатації. Розгляд методів інтенсифікації припливів пластового флюїду - кислотної обробки та гідророзриву гірської породи.
курсовая работа [4,3 M], добавлен 11.05.2011Геологічна характеристика району та родовища. Основні комплекси гірських порід. Одноковшева мехлопата ЕКГ-5А. Екскаваторні (виїмково-навантажувальні) роботи. Внутрішньокар’єрний транспорт. Відвалоутворення, проходка траншей, розкриття родовища, дренаж.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 07.06.2015Коротка історія геолого-геофізичного вивчення та освоєння родовища. Літолого-стратиграфічна характеристика розрізу, його тектоніка та промислова нафтогазоносність. Фізико-хімічні властивості пластових флюїдів. Геолого-технічні умови експлуатації пластів.
курсовая работа [41,4 K], добавлен 06.11.2012
