авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Способысанирования очагов техногенногозагрязнения углеводородными соединениями

-- [ Страница 1 ] --

На правахрукописи

СИНЬКОВА ЕленаАлексеевна

РАЦИОНАЛЬНЫЕ СПОСОБЫСАНИРОВАНИЯ ОЧАГОВ ТЕХНОГЕННОГОЗАГРЯЗНЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

Специальность 25.00.36–Геоэкология

Автореферат

диссертации на соисканиеученой степени

кандидата техническихнаук

Санкт-Петербург

2006

Работа выполнена вГосударственном образовательномучреждении высшего профессиональногообразования Санкт-Петербургскомгосударственном горном институте имениГ.В. Плеханова (техническомуниверситете)

Научныйруководитель:

Заслуженный деятельнауки РФ,

доктортехнических наук, профессор

Шувалов Юрий Васильевич

Официальныеоппоненты:

доктор биологическихнаук

Юрлова НадеждаАлександровна,

кандидат техническихнаук, доцент

Литвинова ТатьянаЕвгеньевна

Ведущая организация– ЗАО «Экопром».

Защита диссертациисостоится 24 ноября2006 г. в 13 ч 15 мин на заседаниидиссертационного совета  Д 212.224.06 в Санкт-Петербургскомгосударственном горноминституте имени Г.В. Плеханова(техническом университете) поадресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом2, ауд. № 1160.

С диссертацией можноознакомиться в библиотекеСанкт-Петербургского государственногогорногоинститута.

Автореферат разослан23 октября 2006 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д.т.н.,профессор Э.И. БОГУСЛАВСКИЙ

АКТУАЛЬНОСТЬРАБОТЫ.

За последние 20 летмировое энергопотребление увеличилось на38%, в том числе использование нефти – на 12%, добычакоторой в России составляет сейчас более 470млн.т/год. С увеличением объемов добычи ииспользования нефти и нефтепродуктов(дизтопливо, мазут, керосин, бензин и др.)непрерывно растут масштабы нефтяногозагрязнения (контаминации) гидро- игеосферы вследствие локальных илилинейных разливов из подземных и наземныххранилищ, складов на территорияхнефтеперерабатывающих заводов,автозаправочных станций, складовгорюче-смазочных материалов, автопарков,железнодорожных депо и др.

Объемнефтезагрязненного грунта в Россиисоставляет около 510 млн.т/год, в том числе натерриториях железнодорожных предприятий 330 млн.т/год,нефтебаз - 80 млн.т/год, НПЗ - 100 млн.т/год, изних нефтешламов на необорудованныхплощадках – 1,4млн.т/год. Таким образом, в подземнуюгидросферу попадают тысячи кубометровнефтяных углеводородов, приводящих кобразованию подземных линз и техногенныхместорождений.

Нефть и нефтепродуктыгубят не только флору и фауну, но и наносятпрямой вред здоровью человека. Опасностьполлютантов обусловлена их биохимическойактивностью и чрезвычайной подвижностьюжидких и газообразных форм, способствующихраспространению от источника загрязненияна сотни и тысячи метров с образованиемгидро-, лито-, био- и атмохимических ореоловзагрязнения. Следствием этого являетсяотчуждение сельскохозяйственных земель,лесопосадок, водных объектов иводозаборов.

В связи с этим все болееактуальной становится разработкарациональных способов санации очаговтехногенного загрязнения углеводороднымисоединениями. Опыты ведущихисследователей данной проблемы (АренсаВ.Ж., Гриценко А.И., Богданова В.Л., СолнцевойН.П., Мироненко В.А., Середина В.В. и др.)указывают, что в каждом случае необходимаиндивидуальная комбинация механических,физико-химических и биологическихспособов очистки нефтяной контаминации.

Наиболее выгоднымявляются методы биоремедиации, основанныена применении биопрепаратов и аэрированииподземного пространства посредствамвертикальных и горизонтальных фильтров.Однако необходимо учитывать особенностифильтрации газовоздушных смесей,температурные изменения, биологическийриск и эффективность санационныхмероприятий от способа воздействия напочвогрунты.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Снижение техногенной нагрузки напочву и горный массив на территории очаговнефтяного загрязнения.

ИДЕЯ РАБОТЫ: выбор рациональных способовочистки нефтезагрязненных почвогрунтовдолжен осуществляться с учетомпредложенных критериальных зависимостейэффективности мероприятий от видавоздействия, особенностейприродно-климатической, геологическойобстановки и свойств основногополлютанта.

ЗАДАЧИИССЛЕДОВАНИЯ:

  • выявлениезакономерностей формирования гидро-, лито-,био-, атмохимических ореолов нефтянойконтаминации почвогрунтов в различныхприродно-климатических зонах;
  • классификацияисточников нефтяного загрязнения похарактеру расположения и степенивоздействия на ОС;
  • оценка способоврекультивации ОС от нефтяных поллютантовпо степени очистки, материальных ивременных затрат;
  • проведениеэкспериментов по биорекультивации наопытной физической модели очага нефтяногозагрязнения почвогрунтов для определенияхарактера процессов фильтрации в нихгазовоздушных смесей и обоснованиягеоэкологических критериев;
  • обоснованиевозможности применения биорекультивации вразных климатических зонах на основерешения оригинальных термодинамическихзадач для определения времени протаиванияи необходимого количества теплоты взависимости от температурных, физических,гранулометрических показателейпромороженных нефтезагрязненныхгрунтов;
  • разработка схемыкомплексной очистки почвогрунтов отнефтяных поллютантов на объектеисследований и определение величиныпредотвращенного экологическогоущерба.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.Выявлены закономерностиизменения состояния почвогрунтов взависимости от физических параметровсреды при механическом и бактериальномспособах очистки, базирующиеся наразработанном методе решения оригинальнойтермодинамической задачи, а такжерезультатах физического и компьютерногомоделирования.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕПОЛОЖЕНИЯ:

    1. На территориинефтяной контаминации процессы фильтрациигазовоздушных смесей отвечают в основномламинарному характеру движения и зависятот структуры загрязненных почво-грунтов(влажности, плотности, гранулометрическогосостава), свойств основного поллютанта,способов расположения и конструкцииаэрирующих скважин (фильтров).
    2. Для созданияоптимальных условий жизнедеятельностиаборигенной углеводородокисляющеймикрофлоры в температурных условияхпочвогрунтов Северных регионов необходимпредварительный их прогрев, которыйопределяется свойствами среды,интенсивностью действия источников тепла,их пространственной ориентацией на основесуперпозиции температурных полей.
    3. Основой выборакомплекса методов очистки являютсяпредложенные критериальные зависимостиэффективности санационных мероприятий отспособа воздействия на нефтезагрязненныепочвогрунты, базирующиеся напоказателях степени загрязнения нефтянымиполлютантами и величины материальныхзатрат.

МЕТОДЫИССЛЕДОВАНИЯ.

В качестве основныхметодов исследований применялись:

  • системный анализисточников и факторов загрязнения нефтью инефтепродуктами природной среды;
  • аналитические,геологические, гидрогеологические,ландшафтно-геохимические,экспериментальные работы в лабораторных иполевых условиях;
  • методы физического ичисленного моделирования.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ подтверждается значительнымобъёмом фактического материала,использованием современных методованалитических расчетов, результатамикомпьютерного моделирования и химическогоанализа образцов, положительным опытомпрактического использования, а такженепротиворечием результатам исследованийдругих авторов.

ПРАКТИЧЕСКАЯЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Создана методика расчетафизических параметров нефтезагрязненныхпочвогрунтов при бактериальной очистке.Обоснован состав технических средств и силпо предупреждению и ликвидации нефтянойконтаминации геологическойсреды.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА.Постановка цели, задач иразработка методологии исследований;личное участие в проведении комплексаисследований; создание физической моделиочага техногенного нефтяного загрязненияпочвогрунтов; разработка методов решенияоригинальных термодинамических задач иопределения физических параметров системыочистки; создание компьютерной моделинефтяной контаминации геологической средына основе современных пакетовпрограмм.

РЕАЛИЗАЦИЯРАБОТЫ:

  • разработанныетехнические предложения по ликвидациинефтяного загрязнения почвогрунтов исхемы экологического мониторингапредложены и внедрены на территориимазутного хозяйства воинской части врайоне г. Приозерск;
  • научные и практическиерезультаты работы могут использоваться вучебном процессе при подготовкеспециалистов горно-геологического профиляпри проведении занятий по дисциплинам:«Экология», «Экологический мониторинг»«Термодинамика».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ:содержание и основныеположения диссертационной работыдокладывались на ежегодных конференцияхмолодых ученых и студентов СПГГИ (ТУ)«Полезные ископаемые России и их освоение»(СПб, 1999-2003 г.г.), Межвузовской молодежнойконференции «Школа экологической геологиии рационального недропользования» в СПГУ(СПб, 2001 г.), VI Международной экологическойконференции студентов и молодых ученыхМосковского союза НИО (Москва, 2002 г.).

ПУБЛИКАЦИИ.

По теме работыопубликовано 9 печатных трудов.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРАРАБОТЫ

Диссертация состоит извведения, четырех глав, заключения ибиблиографического списка. Содержит 240страницы машинописного текста, 107рисунков, 46 таблиц, список литературы из 108наимено-ванийи 6 приложений.

Автор искреннеблагодарен проф. Ю.В. Шувалову за научноеруководствоработой и ценные научныеконсультации, доц. Н.Н.Смирновой ик.г.-м.н. В.Ю. Абрамову за научныеконсультации и сотрудничество при проведенииисследований.

СОДЕРЖ АНИЕ РАБОТЫ

1. На территории нефтянойконтаминации процессы фильтрациигазовоздушных смесей отвечают в основномламинарному характеру движения и зависятот структуры загрязненных почвогрунтов(влажности, плотности, гранулометрическогосостава), свойств основного поллютанта,способов расположения и конструкцииаэрирующих скважин (фильтров).

В настоящее время дляликвидации нефтяной контаминациигеологической среды (и водных объектов) какв России, так и за рубежом, все ширеиспользуется методбиоремедиации с сооружением«внутригрунтового реактора»,представляющего собой систему фильтров,аэрирующих подземное пространствокислородом под существующимипроизводственными установками, АЗС,складами ГСМ и др. и стимулирующихжизнедеятельность автохтонныхмикроорганизмов. В таких установкахопределенные скважины нагнетают взагрязненные горные породы воздух иливодно-воздушную смесь, другие - откачиваютвоздух, прошедший сквозь подземныегоризонты, насыщенный СО2 и легкимиуглеводородами.

Большинствоположительных результатов связано сисследованиями способов отсасываниявоздуха из грунта при использованиивертикальных колодцев (фильтров), в товремя как применение горизонтальныхфильтров изучено недостаточно. Схемы сгоризонтальнымифильтрами позволяют:

  1. охватить значительно большуюплощадь загрязнения;
  2. перехватить восходящий потоклегких УВ, стремящийся к земнойповерхности из почвенных и грунтовыхгоризонтов;
  3. сократить экономические затраты набурение дополнительных скважин.

Для детального изученияспособа и характеристик необходимогооборудования целесообразно построениематематической модели биореактора вненасыщенном грунте, где движение воздухав грунтовом реакторе рассчитывается сиспользованием пакета программных средствФлуент, куда в качестве модельныхуравнений входят усредненное по времениуравнение неразрывности и уравнениеРейнольдса с расширением по закону Дарси.Однако математическая модель не даетполной картины протекания процессоваэрации и учет капиллярных эффектов.

В связи с этим,исследование параметров очистки грунта отнефтяных углеводородов проводилось наопытных насыпных колонках и физическоймодели, являющейся упрощенной схемой«технологии биоремедиации in situ с грунтовымреактором». Принцип работы установкиследующий (рис. 1). В стеклянную емкостьопределенного сечения помещаетсянефтезагрязненный грунт, отобранный натерриториях АЗС г.Санкт-Петербурга (табл. 1),основные поллютанты – бензин и дизтопливо, концентрациикоторых измерялись на приборе «Флюорат-02».С помощью компрессора (воздуходувки) вгрунт подается воздух по перфорированнойтрубке. Дифференциальный манометрподсоединен к точкам входа и выходавоздуха. По шкале регистрируются значенияразности давления в мм рт. ст. Нижняя трубкаявляется подобием горизонтальнопробуренной скважины, подающей очищенныйвоздух, а верхнее отверстие – подобие скважины,отбирающей загрязненный воздух,пройденный через объем грунта, которыйочищается на поверхности и снова подаетсяв систему. Основнаяидея представленногоспособа состоит в целенаправленномвскрытии зараженной зоны горизонтальнымискважинами таким образом, чтобы онанаходилась между нижним и верхнимфильтровальными уровнями обработки.

Таблица 1

Результаты измеренийконцентрации нефтепродутов вгрунтах

Место отборапробы

Глубина,м

Концентрация НП, г/кг

АЗС №1

0,2-0,3

120,9

АЗС№2

0,2-0,3 131,1
0,5-0,6 80,6

Обочинаавтомагистрали

0,3 3,2

Пром.площадка

0,8-1,0 1,9

Применение подобнойтехнологии принципиально возможно как внасыщенной,так и в ненасыщенной почвенной зоне, при этомустанавливаются такие условия, которыеобеспечивают оптимальноемикробиологическое разложениеполлютантов. Экспериментальныеисследования проводились в дваэтапа.

I. Изучение режимадвижения воздуха в геологическойсреде. Исследуемый грунтимел неоднородный состав, с доминирующимдиаметром частиц 1-3 мм. В ходе экспериментачерез загрязненный грунт, загруженный встеклянный цилиндр, подавался снизу вверхвоздух в разных количествах Q и при разном напореh. Замер Q проводился в нижнемпатрубке по измеренной скорости, перепаддавления - с помощью дифференциальногоманометра. Замеры проводились не менее 5раз. Тангенс угла наклона аппроксимирующейпрямой равен 1.59, что соответствуетламинарному режиму движения воздуха черезгрунт. На основании опытных данных былоподсчитано число Re и коэффициент сопротивления f и построен графикзависимости f =f (Re). Подсчет термодинамических величиносновывался на методе М.Е. Минского (табл.2).

Таблица 2

Расчетные показателифизических величин

Q, л/мин

U, м/сек

Re f
5 10 15 20 25 0,0663 0,133 0,199 0,265 0,332 0,08 0,17 0,21 0,25 0,29 1,11 0,51 0,41 0,35 0,31

График lgf=f(lg Re) представляет прямую (рис.2), уголнаклона которой к оси ординат равен1350, чтосоответствует ламинарному движению газа вгрунте по законамгидроаэродинамики.

II. Изучение характерных параметроваэрируемой среды по заданным значениямрасхода воздуха. Цельюэкспериментов являлось определениезависимости между перепадом давленияподаваемого газа и скоростью егофильтрации; коэффициентов проницаемости,сопротивления, характера движения воздуха;влияния влажности загрязненного грунта нафильтрацию воздуха и температуры среды наиспарение легких фракций УВ.

Исследуемыйзагрязненный грунт был практическиоднородного состава с размерами зерен 0.5 -1 мм. Движение воздуха принято ламинарным.Задаваясь значениями Qи замеряя манометромсоответствующие значения перепададавлений h,определялся kф (табл. 3).

Таблица 3

Расчетные параметрымоделирования

, мм

Q, м3/сек

m

U, м/сек

h, кг/м2

n

kп 10-8, м2

Re f

0.5-1.0

0.0015


0.403

0.075 12.20


1.32

0.20 0.21 2.073
0.0025 0.11 20.60 0.17 0.29 1.500
0.0036 0.16 33.20 0.15 0.39 1.073


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.