CC BY
47
производственная и преддипломная, что, конечно, отрицательно сказывается на уровне подготовки специалистов.
Выводы
Двадцатилетняя работа над понятием «природообустройство» и опыт его применения в образовательном процессе показали жизненность и объективную необходимость введения данного понятия, позволили сформулировать его содержание, поставить задачи и обозначить объекты деятельности, разработать общероссийские государственные образовательные стандарты, рабочие учебные планы и программы, подготовить базовый учебник.
Сформулированы основные положения теории природообустройства, которая продолжает развиваться, благодаря чему происходит фундаментализация обучения специалистов по данному направлению, что должно быть свойственно техническим университетам. Проанализированы методологические подходы при решении задач природообустройства.
1. Природ ообустройство / А. И. Голованов [и др.] - М.: КолосС, 2008 - 552 с.
2. Голованов А. И. Становление и развитие теории природ ообустройства // Мелиорация и водное хозяйство. - 2010.
- № 5. - С. 18-22.
3. Голованов А. И. Методология в мелиорации // Природообустройство. - 2009.
- № 4. - С. 5-16.
4. Голованов А. И., Орлов Р. М. Методологические аспекты мелиоративных наук // Вестник сельскохозяйственной науки. - 1987. - № 4.- С. 28-35.
Материал поступил в редакцию 13.05.13. Голованов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор Тел. 8 (916) 341-35-51 E-mail: [email protected] Галямина Ирина Геннадьевна, проректор по учебно-методической работе, профессор
Тел. 8 (499) 976-37-95 E-mail: [email protected]
УДК 502/504 : 631.61 : 628.3
В. И. СМЕТАНИН, В. Н. ЗЕМСКОВ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ СПЕЦИАЛЬНО ПОДГОТОВЛЕННОГО ОСАДКА СТОЧНЫХ ВОД, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
Использование ненарушенных земельных территорий для строительства полигонов под отходы нецелесообразно с экологической точки зрения,так как остаются большие территории земель, нарушенные каръерными выработками. Размещение отходов на выработанном пространстве карьеров - альтернативное направление рекультивации горных выработок. Одновременно решаются две важнейшие задачи - восстановление ландшафта и безопасное размещение отходов. Поскольку объем карьерных выработок велик, коммунальные и промышленные отходы могут стать потенциально значимым материальным ресурсом для их рекультивации.
Осадки сточных вод (ОСВ), рекультивация нарушенных земель, рекультиванты (специально подготовленные ОСВ), уплотнение грунтов и их смесей, коэффициент фильтрации и др.
Usage of unbroken land areas for building wastes polygons is not feasible from the ecological point of view due to the fact that large land areas remain broken by strip mining. Placement of wastes on the worked-out pits is an alternative direction of mining recultivation. Simultaneously two most important problems are solved - reclamation of landscape and safe placement of wastes. As the volume of strip mining is great, municipal and industrial wastes may become potentially significant material resource for their recultivation.
Sewage sludge (SS), recultivation of broken lands, recultivants (specially prepared SS), compaction of soils and their mixtures, filtration factor etc.
№ 3' 2013
14
Согласно ГОСТ Р 54535-2011, в качестве заполнителя тела карьерной выработки рекомендуется использовать отходы, которые относятся к группе «отходы от водопод-готовки, обработки сточных вод и использования воды». Они образуются на сооружениях механической, биологической и физико-химической очистки поверхностных и подземных вод, сточных вод поселений и близких к ним по составу производственных сточных вод (осадки сточных вод - ОСВ) [1].
Отходы, к которым относятся ОСВ, имеют потенциальную экологическую опасность. В связи с этим использование осадков сточных вод в качестве рекультивационных материалов требует соблюдения особых требований к их размещению в окружающей среде: обеспечения высокой степени инженерной защиты геологической среды от проникновения загрязняющих веществ, использования технологий предварительной подготовки перед размещением, применения современных методов складирования.
Основным природоохранным элементом при рекультивации выработанных карьеров с использованием в качестве ре-культиванта ОСВ является наличие в основании слабопроницаемых грунтов или создание противофильтрационного экрана [2]. В практике естественные геохимические барьеры встречаются достаточно редко, поэтому сооружают искусственные противо-фильтрационные экраны, которые должны исключать или сводить к минимуму загрязнение окружающей среды.
Противофильтрационные экраны подразделяют на защитные экраны основания и защитные экраны поверхности (финальное перекрытие). По виду используемого материала различают экраны, сооружаемые из естественных минеральных грунтов (глины или суглинки), и экраны из синтетических или геосинтетических материалов.
Синтетические экраны (геомембраны) изготавливают из полимерных материалов на основе полиэтилена высокой плотности (ИБРЕ) или полиэтилена низкой плотности (ЬБРЕ), геосинтетические экраны выполняют в виде бентонитовых матов [2].
Выработанные карьерные разработки представляют собой в основном выемки огромного размера. При восстановлении их гипсометрических уровней часто используют осадки сточных вод. В результате заполнения выработанного пространства карьера таких осадков внутри, как правило, формируется техногенный водоносный горизонт, основной приходной статьей
которого является инфильтрация атмосферных осадков. Инфильтрация осадков в техногенных грунтах существенно превышает инфильтрацию влаги в естественных грунтах и может достигать 40 % от годовой суммы атмосферных осадков.
Устройством противофильтрационных экранов в основании рекультивируемых участков создаются условия к образованию техногенного водоносного горизонта, уровни которого могут превышать естественные уровни подземных вод (рис. 1) [2].
2 3 4
Рис. 1. Схема частного водного баланса для рекультивируемого участка: 1 - техногенные грунты, использованные при рекультивации; 2 - атмосферные осадки; 3 - испарение; 4 - транспирация; 5 - уровень дневной поверхности земли; 6 - инфильтрация; 7 - инфильтрационное питание техногенного водоносного горизонта; 8 - естественный уровень грунтовых вод; 9 - зона полного водонасыщения; 10 - противофильтрацион-ный экран; 11 - уровень техногенного водоносного горизонта
Величина инфильтрации атмосферных осадков в тело полигона - ведущий фактор, влияющий на интенсивность протекания физических биохимических процессов в толще осадков сточных вод и их смесей и определяющий количество образующегося фильтрата и биогаза. Фильтрат и био-газ, формирующиеся в анаэробной толще техногенных грунтов, являются основными агентами воздействия осадков сточных вод и их смесей на окружающую среду.
Фильтрат часто представляет собой раствор с содержанием тяжелых металлов, таких как Сг, С^ И§, Си, РЬ, Со, Zn, Мо, а также патогенных организмов и других загрязняющих веществ [2, 3].
Образование остаточного количества биогаза происходит в результате продолжающейся жизнедеятельности метанообразу-щих бактерий.
С целью изучения инфильтрации атмосферных осадков в тело карьерной выработки, заполненной рекультивантом, выполнены исследования физико-механических показателей грунтов, осадков сточных вод и
их смесей, изучена их фильтрационная способность. На рис. 2 приведены результаты исследований гранулометрических составов грунтов, осадков сточных вод и их смесей.
120
5 100
80
60
40
20
0
0,001
—г' ш А
-ы?- 1
/ ^
•Ш--
10
0,01 0,1 1 Диаметр фракций, мм
Рис. 2. Интегральные графики гранулометрических составов исследованных грунтов, осадков сточных вод и их смесей: • суглинок; • песок; о ОСВ; о ОСВ - 90, песок - 10; . ОСВ - 70, песок - 30; • ОСВ - 50, песок - 50; • ОСВ - 90, суглинок - 10; • ОСВ - 70, суглинок - 30; о ОСВ - 50, суглинок - 50
Исследования фильтрационной способности грунтов, осадков сточных вод и их
смесей выполнены в соответствии с ГОСТ 25594-90 «Грунты. Метод лабораторного определения коэффициента фильтрации». Результаты исследований приведены в таблице.
На основании полученных лабораторных исследований построена графическая зависимость изменения коэффициента фильтрации грунтов, осадков сточных вод и их смесей в зависимости от степени их уплотнения (рис. 3).
9 12 15 18 21 24 27 Число циклов уплотнения
30 33
Рис. 3. Экспериментальные зависимости коэффициента фильтрации смесей осадков сточных вод с грунтом от степени их уплотнения: . ОСВ - 100 %; . ОСВ - 90 %, песок -10 %; о ОСВ - 70 %, песок - 30 %; . ОСВ - 50 %, песок - 50 %; о ОСВ - 90 %, суглинок -10 %; . ОСВ - 70 %, суглинок - 30 %; . ОСВ - 50 %, суглинок - 50 %; о суглинок - 100 %
Результаты лабораторных исследований изменения коэффициента фильтрации грунтов, осадков сточных вод и их смесей в зависимости от степени их уплотнения
Число циклов уплотнения Плотность Объем Продолжитель- Коэффициент
Образец образца р, г/см3 профильтровавшейся воды Уш, см3 ность фильтрации Т, с фильтрации К, м/сут
0 0,975 176,80 240 7,6500
ОСВ -100 % 3 10 20 1,420 1,626 1,654 48,10 16,60 9,70 240 240 240 2,0800 0,7200 0,4200
30 1,771 8,40 240 0,3600
ОСВ - 90 % Песок - 10 % 0 3 10 20 30 0,992 1,392 1,512 1,668 1,689 256,10 104,20 81,60 40,40 32,90 240 240 240 240 240 11,0700 4,5100 3,5300 1,7500 1,4200
ОСВ - 70 % Песок - 30 % 0 3 10 20 30 1,018 1,407 1,640 1,696 1,719 760,30 176,70 96,70 56,20 40,80 240 240 240 240 240 34,1700 7,6400 4,1800 2,4300 1,7600
0 1,044 944,60 240 42,4500
ОСВ - 50 % Песок - 50 % 3 10 20 1,434 1,669 1,740 224,80 128,10 80,10 240 240 240 9,7200 5,5400 3,4600
30 1,740 77,80 240 3,3600
ОСВ - 90 % Суглинок - 10 % 0 3 10 20 30 1,009 1,367 1,668 1,712 1,712 168,30 46,80 16,10 8,90 8,20 240 240 240 240 240 7,5600 2,0200 0,7000 0,3800 0,3500
ОСВ - 70 % 0 3 1,006 1,382 144,10 39,30 240 240 6,4800 1,7000
Суглинок - 30 % 10 20 30 1,649 1,721 1,721 14,90 7,40 6,90 240 240 240 0,6400 0,3200 0,3000
0 1,015 125,40 240 5,6400
ОСВ - 50 % Суглинок - 50 % 3 10 20 1,319 1,595 1,751 27,80 11,70 4,60 240 240 240 1,2000 0,5100 0,2000
30 1,768 4,30 240 0,1900
0 0,310 75,00 3600 0,2300
Суглинок - 100 % 3 10 20 0,860 1,200 1,500 25,50 3,10 0,45 3600 3600 3600 0,0760 0,0091 0,0014
30 1,550 0,45 3600 0,0014
(1б|
№ 3' 2013
При составлении смесей из осадков сточных вод и суглинка коэффициент неоднородности ОСВ, суглинка и их смесей практически не изменяется и находится в пределах 25 (см. рис. 2). При составлении смесей из ОСВ и песка наблюдается резкое снижение коэффициента неоднородности. По мере уплотнения ОСВ, песка, суглинка и их смесей с повышением плотности наблюдается снижение водопроницаемости (см. рис. 3).
Например:
Осадки сточных вод в разрыхленном состоянии имеют коэффициент фильтрации 7,65 м/сут (8,85х 10-5 м/с), после уплотнения ОСВ до достижения максимально возможных значений плотности наблюдается снижение коэффициента фильтрации с 7,65 до 0,36 м/сут (4,16х 10-6 м/с).
Смеси ОСВ с песком (10, 30 и 50 % по объему к ОСВ) в разрыхленном состоянии имеют коэффициент фильтрации соответственно 11,07; 34,17; 42,45 м/сут (1,28х 10"4; 3,95х 10-4 и 4,91х 10-4 м/с). После уплотнения этих смесей до достижения максимально возможных значений плотности тенденция изменения значений коэффициента фильтрации для этих смесей сохраняется. Коэффициенты фильтрации составляют соответственно 1,42; 1,76 и 3,36 м/сут (1,64х 10-5; 2,04х 10-5; 3,8х 10-5 м/с). Таким образом, по мере увеличения доз внесения песка в осадки сточных вод соответственно им возрастают и коэффициенты фильтрации этих смесей как в разрыхленном, так и уплотненном состояниях.
Смеси осадков сточных вод с суглинком (10, 30 и 50 % по объему к ОСВ) в разрыхленном состоянии имеют коэффициент фильтрации соответственно 7,56; 6,48 и 5,64 м/сут (8,75х Г5; 7,5х 10-5 и 6,53х 10"5 м/с).
После уплотнения этих смесей до достижения максимально возможных значений плотности тенденция изменения значений коэффициента фильтрации для этих смесей сохраняется. Таким образом, по мере увеличения дозы внесения суглинка в осадки сточных вод соответственно снижаются значения коэффициентов фильтрации этих смесей даже в неуплотненном состоянии - 0,35; 0,30 и 0,19 м/сут (4,05х 10"6; 3,47х 10-6 и 2,2х
10-6 м/с).
Коэффициент фильтрации чистого суглинка (без добавки ОСВ и песка) в разрыхленном состоянии составляет 0,23 м/сут (2,66х 10-6 м/с), после уплотнения -0,0014 м/сут, или 1,62х 10-8 м/с (суглинок можно использовать для создания противофильтрационного экрана - геохимического барьера).
Выводы
Полученные результаты исследований позволяют наметить технологическую последовательность заполнения карьерной выработки:
1. Устройство противофильтрацион-ного экрана из суглинка с коэффициентом фильтрации 0,001м/сут (три слоя по 0,25 м каждый с раздельным уплотнением до достижения максимальной стандартной плотности при оптимальной влажности грунта);
2. Устройство переходного слоя толщиной не менее 0,6 м, состоящего из смеси песка и осадков сточных вод (70 % -ОСВ и 30 % - песок, коэффициент фильтрации 1,7 м/сут), с послойным уплотнением до достижения максимальной стандартной плотности при оптимальной влажности смеси.
3. Послойная отсыпка рекульти-вационного слоя из ОСВ (с послойным уплотнением каждого слоя до достижения максимальной плотности).
4. Устройство финального перекрытия, состоящего из переходного слоя и противофильтрационного экрана.
С целью снижения поступления поверхностных вод на рекультивируемую территорию с нагорной стороны необходимо предусмотреть строительство нагорно-ловчего канала, а поверхности финального перекрытия придать уклоны в сторону общего понижения естественной поверхности земли.
1. Ресурсосбережение. Осадки сточных вод. Требования при размещении и использовании на полигонах: Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 54535-2011. -М.: Стандартинформ, 2012.
2. Сметанин В. И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления. - М.: КолосС, 2003. - 232 с.
3. Сметанин В. И. Рекультивация и обустройство нарушенных земель. - М.: КолосС, 2003. - 96 с.
4. Голованов А. И., Зимин Ф. М.,
Сметанин В. И. Рекультивация нарушенных земель. - М.: КолосС, 2009. - 325 с.
Материал поступил в редакцию 04.02.13. Сметанин Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Организация и технологии
строительства объектов природообу-
стройства»
Тел. 8 (499) 976-07-13
Земсков Владимир Николаевич, аспирант
Тел. 8-905-749-56-32
УДК 502/504 : 55.16 : 628.3 Д. П. ГОСТИЩЕВ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»
А. О. ХУТОРОВА, В. А. ШИРОКОВА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Государственный университет по землеустройству»
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
СТОЧНЫМИ ВОДАМИ И ЖИВОТНОВОДЧЕСКИМИ СТОКАМИ
Загрязнение водных источников снижает экологическую устойчивость, нарушает нормальное функционирование, отражается на здоровье населения, вынужденного употреблять некачественную воду, отрицательно воздействует на флору и фауну. С помощью экономических рычагов можно сократить водозабор, улучшить очистку сточных вод, приблизиться к замкнутому водоснабжению и повторному использованию сточных вод на полях орошения.
Экологические проблемы, сточные воды, животноводческие стоки, водные ресурсы, объемы сточных вод, почвенный метод доочистки, эффективность почвенной доочистки, урожайность, качество кормов, зарубежный опыт утилизации.
Pollution of water sources lowers the ecological stability, breaks normal functioning, affects the health of people who are forced to use poor water, negatively influences flora and fauna. By means of economic levers it is possible to reduce water intake, improve waste water treatment and approach the closed water supply and waste water recycling on the fields of irrigation.
Ecological problems, waste water, livestock wastes, water resources, volumes of waste water, soil method of post-treatment, efficiency of soil post-treatment, productivity, quality of forage, foreign experience of utilization.
Качество воды в водных источни- вод водой водоема. Следует помнить о недоках определяется по следующим показа- пустимости сброса сточных вод в среднюю телям: содержание солей, биохимическая треть глубины, так как верхняя водная потребность в кислороде, концентрация поверхность движется под воздействием взвешенных и токсических веществ, ко- ветра, а нижняя треть движется в обратном личество солей, рН. направлении - от верхней трети, что ха-
В нормативных документах, регламен- рактеризует среднюю треть водного источ-тирующих качество воды в водных источ- ника (особенно глубокого водохранилища) никах, рН должно находиться в пределах как стоячую, а сброшенные сточные воды 6,5...8,5. При сбросе сточных вод в водные образуют стоячую линзу. Необходимо про-источники концентрацию токсических ве- считать суммарную концентрацию загряз-ществ БГЖПОЛН рассчитывают по формулам, няющих веществ, что может превышать учитывая кратность разбавления сточных санитарно-допустимые нормы. В этом случае
