Очистка грунтовых вод, загрязненных промышленным предприятием Оловозавод г. Новосибирска

 

Построить гипсометрический профиль, нанеся отметки поверхности земли  у каждого водопункта.

 

Скважины, шурфы, колодцы показать вертикальными линиями от поверхности  земли до забоя (глубина скважины, шурфа, колодца).

 

Привести на разрезе данные по составу и свойствам пород в виде литологической и гидрогеологической характеристик (пески, глины, мергели, известняки, техногенные грунты и т.д.). При этом по вертикали отмечают границы распространения типов пород. Соединив точки одних и тех же границ между собой, получают поля распространения пород одного типа. Условным знаком обозначают литологию пород и их возраст.

 

6. Отметки появления и стабилизации  уровня для безнапорных вод  фактически совпадают, поэтому,  соединив их, получают депрессионную кривую. Для напорных вод подъем уровня указывают вертикальной прямой вдоль ствола скважины и соединяют кривой напора в разных водопунктах. Такая воображаемая кривая не связана с уровнем поверхностных вод и может проходить выше поверхности земли.

 

В приложении 2 представлен гидрогеологический разрез реки Протва.

 

6.2 Построение карты гидроизогипс

 

 

На территории предприятия в  почве образуется пятно загрязнения. В дальнейшем перемещение и расширение пятна водорастворимых загрязнителей  в почве зависит, в основном, от характера движения грунтовых вод в этой местности

 

Поверхность грунтовых вод называют уровнем или зеркалом грунтовых  вод. Особенности распространения  грунтовых вод в пределах изучаемого участка (промзоны) характеризуют с  помощью карт гидроизогипс.

 

Гидроизогипсы - это линии, соединяющие  точки одинаковых абсолютных отметок  уровня грунтовых вод.

 

Анализ карт гидроизогипс позволяет  получить следующую информацию.

 

1. Направление движения грунтовых  вод в любой точке карты.  Движение подземных вод подчиняется законам гравитации. Движение происходит от участков с более высокими абсолютными отметками к участкам с меньшими отметками по линии, перпендикулярной основному направлению гидроизогипс.

 

2. Характер взаимосвязи подземных  вод с поверхностными. Грунтовые воды могут иметь тесную гидравлическую связь с поверхностными водами. Они могут разгружаться, например, в реку, могут питаться за счет поверхностных вод. Если грунтовый поток на карте гидроизогипс направлен к реке, это означает, что грунтовые воды разгружаются в реку, в другом случае (речной паводок, оросительный канал, накопитель сточных вод) поверхностные воды расходуются на питание грунтовых вод и их уровень поднят по отношению к последним. В природе может встречаться ситуация разгрузки и питания подземных вод одновременно.

 

3. Глубина залегания грунтовых  вод в любой точке участка.  Параметр (h) определяют по разности между абсолютными отметками поверхности земли и уровнем грунтовых вод.

 

4. Гидравлический уклон (градиент) грунтового потока.

 

Гидравлический уклон (градиент) грунтового потока (I) равен разности абсолютных отметок уровней поверхности в двух точках, выбранных по направлению потока, поделенной на расстояние между этими точками в масштабе карты:

 

I = (H2 - H1)/ L.

 

В нашем случае наименьший гидравлический уклон грунтового потока будет между скважинами 8 и 9: . Наибольший же гидравлический уклон будет между пунктом наблюдения В и скважиной 10: .

 

Такое увеличение уклонов вызвано  резким уменьшением коэффициента фильтрации водоносного горизонта. На увеличение уклона поверхности потока влияет и усиление дренирующего влияния реки при приближении к ней. На левобережье, где водоносный горизонт почти на всем своем протяжении сложен песками, нет такого резкого изменения уклона.

 

Построение карты гидроизогипс:

 

Масштаб карты зависит от характера  проводимых гидрогеологических исследований (обычно 1:10000, 1:200000 или более мелкие схематические карты). Для построения карты пользуются данными замеров  уровней грунтовых вод в наблюдательных скважинах, шурфах, колодцах, горных выработках, отметками источников, сведениями водомерных постов., Все данные, используемые при построении карты гидроизогипс, должны быть взяты на одну дату, то есть получены по единовременным замерам всех точек наблюдения.

 

Глубина залегания грунтовых вод  в каждой точке замера пересчитывается  на абсолютные или относительные  отметки:

 

Hв = Hз-h,

 

 где Hв - абсолютная отметка уровня грунтовых вод; Hз - абсолютная отметка поверхности земли; h - глубина залегания грунтовых вод. После нанесения на картографическую основу значений картируемого параметра приступают к интерполяции для определения регионального положения значений. Для каждой точки замера значения представляются в виде дроби: в числителе - абсолютная отметка уровня грунтовых вод, в знаменателе - глубина залегания грунтовых вод. Соединяя точки равных значений, проводят изолинии.

 

Карты гидроизогипс обязательно характеризуются  линиями токов. Линии токов проводят так, чтобы они пересекали изолинии только под прямым углом. Направление фильтрации указывается стрелкой. Линии токов проводят в наиболее важных или характерных направлениях.

 

После построения карты гидроизогипс приступают к выделению зон разных глубин залегания подземных вод. Для этого используются все данные по глубинам залегания грунтовых вод в водопунктах. На источниках (болотах, урезах поверхностных водоемов и водотоков) глубина залегания принимается равной нулю.

 

В приложении 3 представлена карта  гидроизогипс.

 

6.3 Состав грунтовых вод

 

 

Многообразие производств, огромное число химических продуктов (исходных, промежуточных, конечных), применяемых и получаемых в технологических процессах, обуславливают образование различных стоков, загрязнённых всевозможными органическими и неорганическими веществами. Во многих случаях воды содержат растворённые газы (сероводород, метан, углекислый газ). Стоки производств просачиваются в почву через неплотности трубопроводов и других коммуникаций на территории предприятия.

 

Часть загрязняющих веществ смываются  осадками с территории предприятия (промзоны), а также с крыш и стен зданий. Степень вредности вод зависит от токсичности загрязняющих веществ. Очистка от таких примесей, как соли тяжёлых металлов, цианиды, полициклические углеводороды, сероводород и многие другие, является отдельной производственной задачей. Следует учитывать агрессивность стоков по отношению к материалам трубопроводов, коллекторов и аппаратов очистных сооружений. Речь идёт не только о величине pH, но и о содержании в водах некоторых солей и газообразных продуктов. Ситуация осложняется также тем, что загрязнённые воды смешиваются в почве с водами, имеющими свой сложный геохимический состав, поэтому очистку вод необходимо планировать с учётом всей сложности суммарного состава почвенных вод.

 

Анализ химического состава подземных вод открывает пути для изучения генезиса, пригодности для различных потребителей, определения уровня их агрессивности для бетонных и металлических конструкций. Результаты химических анализов воды могут быть выражены в весовой, эквивалентной и процент-эквивалентной формах.

 

Весовая форма - представление ионно-солевого состава воды в миллиграммах (граммах) в 1 дмі или 1 кг воды. В зарубежной литературе результаты анализа могут  быть приведены в частях на миллион, что соответствует концентрации мг/дмі.

 

Эквивалентная форма записи состава  вод позволяет определить соотношение  между ионами с точки зрения их способности участвовать в химических реакциях, оценить качество анализа, установить генезис вод.

 

На основе эквивалентной формы  выражения состава можно определить погрешность анализа воды. Эта оценка основана на принципе электронейтральности раствора: сумма концентраций катионов (мг-экв/дмі) равна сумме концентраций анионов. Анализ воды считается удовлетворительным, если погрешность определения менее 5%.

 

Процент-эквивалентная форма показывает относительную долю участия иона в формировании ионно-солевого состава  воды. Для вычисления процентного  содержания анионов (катионов) их сумму  принимают за 100% и рассчитывают процент  содержания каждого аниона (катиона) по отношению к их сумме. Процент-эквивалентная форма позволяет устанавливать черты сходства вод, различающихся по минерализации.

 

Минерализация воды (М) - это сумма  минеральных веществ в граммах  или миллиграммах, содержащихся в 1 дмі воды. Для определения М суммируют содержание всех ионов, определенных химическим анализом и выраженных в весовой форме.

 

Жесткость воды определяется содержанием  в ней солей Са2+ и. Mg2*. Различают: общую, карбонатную, временную (устранимую), некарбонатную, неустранимую (постоянную) жесткости.

 

Общая жесткость ЖО определяется как  сумма мг-экв ионов Са2+ и  Mg2+ в 1 дмі воды и слагается из карбонатной ЖК и некарбонатной ЖНК жесткости:

 

ЖО = ЖК + ЖНК,

 

ЖО = Ca2+ + Mg2+.

 

Оценка агрессивности подземных  вод. Агрессивность воды связана с присутствием в ней ионов водорода, свободного диоксида углерода, сульфатов и магния. Агрессивные свойства воды проявляются по отношению к бетону и металлам.

 

Оценка качества воды по отношению  к бетону производится по нормам и  техническим условиям Н 114-54 «Бетон гидротехнический. Признаки и нормы агрессивности воды-среды». Эти нормы учитывают воздействие на бетон следующих видов агрессивности: выщелачивающую, углекислую, общекислотную, сульфатную и магнезиальную.

 

1. Выщелачивающая агрессивность связана с выщелачиванием карбонатов, главным образом кальция. Если вода, контактирующая с бетоном, содержит низкие концентрации Са2+, а также (HCO3)- и (СOз)2-, то карбонат кальция бетона переходит в раствор. В зависимости от типа цемента в составе бетона вода считается агрессивной при карбонатной жесткости меньшей 0,54 -2,14 мг-экв/дмі.

 

2. Углекислотная агрессивность  обусловлена высокими концентрациями  растворенной в воде углекислоты  CO2. Эта агрессивность проявляется в отношении металла (коррозия) и бетона. Разрушение бетона, как и при выщелачивающей агрессивности, сводится к растворению карбоната кальция. Воды, обладающие карбонатной жесткостью менее 1,4 мг-экв/дмі, следует считать агрессивными, независимо от всех других показателей.

 

3. Общекислотная агрессивность воды связана с повышенной концентрацией водорода (пониженная величина рН). При этом бетон разрушается из-за растворения в кислой среде защитной карбонатной корки. Вода считается агрессивной для всех типов цементов: при рН < 7, если карбонатная жесткость меньше 8,6 мг-экв/дмі; при рН < 6,7, если карбонатная жесткость больше 8,6 мг-экв/дмі (в пластах высокой проводимости). Для слабопроницаемых пластов вода считается агрессивной при рН<5.

 

4. Сульфатная агрессивность обусловлена  присутствием в воде иона (SO4)2- Этот вид агрессивности проявляется в кристаллизации в бетоне новых соединений и выщелачивании бетона. По сульфатной агрессивности для обычных цементов воду относят к слабоагрессивной при содержании иона (SO4)2 - от 250 до 800 мг/дмі и к агрессивной при содержании более 800 мг/дмі. В породах высокой проводимости для бетона на портландцементе вода считается агрессивной при следующих попарных содержаниях ионов (в мг/дмі):

 

Сl - 0-3000 3001-5000 5000

 

(SO4)2 - 250-500 501-1000 1000

 

В породах слабой водопроводимости вода считается агрессивной при содержании иона (SO4)2- > 1000 мг/дмі, а для бетонов на пуццолановом, шлаковом и песчано-пуццолановом портландцементе - при содержании иона (SO4)2- > 4000 мг/дмі, независимо от содержания С1-.

 

5. Магнезиальная агрессивность вызывает разрушение и вспучивание бетонных конструкций. Для портландцемента, находящегося в сильно проницаемых породах, вода считается агрессивной при содержании иона Mg2+ > 5000 мг/дмі, для других видов цемента - при содержании ионов Mg2+ и (SO4)2-, превышающем следующие попарные соединения ионов (в мг/дмі):

 

(SO4)2 - 0-1000 1001-2000 2001-3000 3001-4000

 

Mg2+  5000 3001-5000 2001-3000 1000-2000

 

6. Агрессивность воды по отношению  к металлу связана с корродирующей  способностью вод. Агрессивными по отношению к металлу являются воды: углекислые; сероводородные кислые; обогащенные кислородом. Коррозирующая способность воды может быть определена при помощи коэффициента коррозии: - для вод с кислой реакцией

 

КK = гН+ + гА13+ + rFe2+ + rMg2+ - r(CO3)2- - r(HCO3)-;

 

- для щелочных вод

 

По величине коэффициента коррозии различают следующие группы вод (содержание Са2+ в мг/дмі):

 

коррозирующие, КK > 0;

 

полукоррозирующие, КK < 0, но КK + 0,05Са2+ > 0;

 

некоррозирующие, КK + 0,05Са2+ < 0.

 

В приложении 4 представлена обработка результатов химического анализа воды.

 

6.4 Очистка грунтовых вод

 

 

Наличие в почве загрязнённых вод  приводит к необходимости очистки  вод, разгружаемых через скважины.

 

Схема реагентной очистки сточных  вод от ионов тяжелых металлов с отделением осадков показана на рисунке 1. Недостатком такой очистки является образование большого количества труднообезвоживаемого шлама. Кроме того, очищенная вода содержит большое количество солей кальция, поэтому ее трудно использовать в оборотном водоснабжении. Исходя из этого, предложено обрабатывать слив после отстаивания последовательно хлоридом кальция и содой. При этом происходит осаждение карбонатов металлов с карбонатом кальция. Образующиеся кристаллические осадки карбонатов металлов имеют незначительный объем и легко обезвоживаются. Одновременно происходит умягчение воды слива, что создает возможность использования ее в системе оборотного водоснабжения.

 

Для удаления ионов ртути применяют Na2 S (двукратный избыток от стехиометрического соотношения), для устранения F - применяют «известковое молоко» (Ca(OH)2). Для удаления Mn2+ применяют KMnO4 (2:1, по весу). При pH<6 применяют щелочные агенты (CaO, Ca(OH)2, Na2CO3, NaOH).

 

Рисунок 1 - Схема реагентной очистки загрязнённых вод от ионов тяжёлых металлов.