Основные результаты опытно-промышленной проверки Международного проекта по очистке почв от токсичных загрязнителей CLEANSOIL в условиях экспериментального полигона у поселка Новоалександровка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Основные результаты опытно-промышленной проверки Международного проекта по очистке почв от токсичных загрязнителей CLEANSOIL в условиях экспериментального полигона у поселка Новоалександровка

Н.А. Емец, О.К. Тяпкин, О.А. Скрипник, M. Hдnel Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины, Днепропетровск, Украина; Technologie-Transfer-Zentrum Bremerhaven eV, Bremerhaven, Germany



Наведені основні результати дослідно-промислової перевірки міжнародного проекту з очистки грунтів від токсичних забруднювачів CLEANSOIL в умовах експериментального полігону у селища Новоолександрівка.



Приведены основные результаты опытно-промышленной проверки международного проекта по очистке почв от токсичных загрязнителей CLEANSOIL в условиях экспериментального полигона у поселка Новоалександровка.



The fundamental results of the international project CLEANSOIL of experimental and industrial examination for soils purification for toxic contaminations in conditions of experimental testing area at the Novoaleksandrovka village are introduced.



Загрязнение окружающей среды и ее компонентов в процессе техногенной деятельности человека представляет собой особую проблему. Если воздух и вода в силу высокой динамичности процессов разбавления и смешивания самоочищаются достаточно быстро, то загрязнители в почвах и подстилающих их породах накапливаются, слабо фильтруются под воздействием осадков и становятся очагом длительного загрязнения подземных вод и растительности. Все эти загрязнители через воду, воздух и растительность поступают в организм человека и служат уже одной из главных причин роста заболеваний. Среди всех загрязнителей наиболее долгоживущими и токсичными являются нефтепродукты, тяжелые металлы и пестициды.

Пестициды, являясь аналогами боевых отравляющих веществ, способны вызывать злокачественные опухоли, хромосомные нарушения, аномалии развития и др. При этом отрицательные последствия, связанные с широким применением ядохимикатов, обусловлены не только нарушением баланса в почвах химических веществ, входящих в состав этих препаратов, но и недостаточным количеством в хозяйствах складов для их надежного хранения. В настоящее время на территории Украины находится около 5000 складов, где содержатся более 13 тыс. тонн непригодных или запрещенных к применению пестицидов и ядохимикатов.

В Днепропетровской области накоплено больше 990 тонн непригодных и запрещенных пестицидов в разном агрегатном состоянии, из них около 44 тонн в виде жидкостей. Большинство складов, где они находятся, не охраняются, не имеют санитарно-гигиенических паспортов, пестициды не защищены от влияния климатических факторов (действия осадков, температуры и ветра). Такие условия хранения приводят к тому, что пестициды неконтролировано проникают в почвы, смываются водой, попадают в источники водоснабжения.

О масштабах пестицидного загрязнения свидетельствуют данные, приведенные в документе [1]. В соответствии с этим документом в результате инвентаризации (по состоянию на 05.11.2005 г.) на территории Украины выявлено 12765 загрязненных или потенциально загрязненных пестицидами участков. Количество таких участков в Днепропетровской области составляет 534. Сегодня наиболее распространенный метод очистки почв от загрязняющих веществ (в том числе пестицидов) включает ее полную экскавацию и удаление для последующей очистки на специальных площадках или захоронения на специальных полигонах. Как правило, это очень дорогостоящие методы, порождающие тяжелую техногенную нагрузку на территории, в том числе из-за больших расстояний перевозки и связанным с ними высоким риском техногенных аварий. Более того, во многих случаях экскавация вообще неприемлема по финансовым или техническим соображениям. В связи с этим научно-практическая задача разработки и обоснования новой технологии удаления загрязнителей из почвы и пород приобрела особую актуальность. Для таких случаев шведскими и немецкими специалистами предложен метод очистки грунтов под зданиями и сооружениями с сохранением их функционального назначения (метод CLEANSOIL) [2,3].

Рисунок 1 - Инновационный метод очистки загрязненных почв и подстилающих их пород CLEANSOIL. Условные обозначения: 1 - очищаемые почвы и породы; 2 - перфорированная поверхность трубы, через которую просачивается подземная вода с загрязнителем; 3 - горизонтально пробуренная скважина; 4 - сорбирующий материал; 5 - рукавная емкость для сорбентов

Метод CLEANSOIL включает проведение в границах загрязненной территории на определенной глубине системы горизонтальных скважин, оснащаемых перфорированными пластиковыми трубами с сорбентами в специальных рукавных емкостях (рисунок 1).

По истечении определенного периода времени, когда с помощью сорбентов из почвы извлечены загрязнители до требуемого уровня, система удаляется, а сорбенты проходят регенерацию для повторного использования или утилизируются [4,5].

Цель и задачи организации экспериментального полигона

Создание экспериментального полигона выполнено в соответствии с международной программой CLEANSOIL. Работы на полигоне посвящены экспериментальной проверке применимости метода CLEANSOIL, обоснованию рациональных параметров его применения и выбору эффективных сорбентов для очистки почв от пестицидов в местах их хранения.

Основные технические цели, поставленные при организации полигона:

протестировать и адаптировать для почвенных и гидрогеологических условий Днепропетровской области инновационный, простой в использовании, применимый под существующей инфраструктурой, экономически эффективный, не требующий ни экскавации, ни перемещения пород метод очистки почв, позволяющий достичь требуемой их степени очистки, исключающий дальнейшее загрязняющее воздействие на подземные воды, атмосферу и т.д.;

определить приемлемые типы, количества и характеристики сорбирующих материалов, способных извлекать из почв пестициды;

установить почвенные и гидрологические условия в системе “перфорированная обсадка горизонтальных скважин - сорбенты”, приемлемые для использования метода CLEANSOIL в почвенных условиях Днепропетровской области;

установить способы и режимы увлажнения загрязненных пестицидами почв для интенсификации их очистки по методу CLEANSOIL;

разработать рекомендации по распространению метода очистки CLEANSOIL на территории Днепропетровской области и других регионов Украины.

С природоохранной точки зрения предполагаемые работы ставили перед собой такие цели:

внести вклад в разработку приемлемых как в Европейском Союзе (ЕС), так и в странах СНГ методов очистки загрязненных земель вплоть до восстановления их важнейших функций;

внести вклад в разработку методов защиты подземных вод от загрязнения, а также распространения загрязнения в результате просачивания, фильтрации и т.д.

Работы по организации экспериментального полигона выполнены на основе методических материалов ИППЭ НАН Украины и других участников международного проекта

CLEANSOIL: Verein zur Forderung des Technologie Transfers an der Hochschule Bremerhaven e.V. (TTZ - Bionord; Германия); Bioazul S.L. (BIOAZUL; Испания); M.V. Lomonosov Moscow State University (MSU; Российская Федерация); Globe Water AB (GLOBE; Швеция); Ugra State University (USU; Российская Федерация); Politechnika Warszawska (Warsaw University of Technology) (PW - WUT; Польша); Institute for the Industrial Ecoloqy of the North, Kola Science Centre, Russian Academy of Sciences (INEP; Российская Федерация).

Общие сведения о площадке проведения работ

Полигон экспериментальных работ по очистке загрязненных почв от пестицидов с использованием метода CLEANSOIL организован в 2,5-3,0 км к югу от города Днепропетровска на территории Днепропетровского района. В 300-400 м к северу от полигона проходит южная граница поселка Новоалександровка.

Полигон связан с автомагистралью Днепропетровск-Запорожье автодорогой с асфальтовым покрытием, проходящей от магистрали через поселок Новоалександровка до его южной окраины (длина около 1,6 км). Далее до полигона следует автодорога с грунтовым покрытием длиной около 300 м.

Полигон приурочен к законсервированному складу (хранилищу) запрещенных и непригодных для применения пестицидов (рисунок 2). Хранилище размещается на левом берегу практически в центре подковообразной излучины реки Мокрая Сура. Расстояние от склада до реки в разных направлениях здесь колеблется в пределах 600-1000 м. Территория излучины практически полностью распахана.

Рисунок 2 - Общий вид склада запрещенных и непригодных для применения пестицидов у п. Новоалександровка Днепропетровского района

В геологическом строении территории до глубины 10 м принимает участие комплекс эолово-делювиальных отложений, представленный верхне, средне-, нижнечетвертичными суглинками и аллювиальными песками (таблица 1).

На территории размещения экспериментального полигона встречен один подземный безнапорный водоносный горизонт на глубине 4-7 м и более. Водовмещающими грунтами являются суглинки лессовидные и аллювиальные пески. Водоупором для него служат тяжелые красно-бурые глины. Питание водоносного горизонта происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков. Кровля красно-бурых глин повсеместно имеет незначительный уклон (1-3 0) в южном и юго-западном направлении. Это обуславливает общее направление регионального стока подземных вод лессовидной толщи в бассейн р. Мокрая Сура.

Таблица 1 - Стратиграфическая колонка района расположения полигона

Описание профиля грунтов	Глубина залегания, м
А. Гумусовый, темно-серый, среднесуглинистый, переход постепенный	0,00 - 0,45
В. Переходный, бурый, среднесуглинистый, переход постепенный	0,45 - 0,95
С. Палевый, среднесуглинистый	0,95 - 1,55
D. Красно-бурый среднесуглинистый	1,55 - 2,00
E. Аллювиальный песок	Более 2,00

Пестицидное загрязнение почв и подстилающихих пород в районе размещения склада пестицидов у п. Новоалександровка может резко обострить экологическую ситуацию в этом районе. Подобное утверждение базируется на результатах предварительных исследований ИППЭ НАН Украины о состоянии загрязнения почв пестицидами в границах полигона. В частности, накопление токсикантов здесь фактически достигает величины, превышающей 1000 ПДК (предельно допустимых концентраций) для пестицидов.

Загрязнение обуславливают множество видов пестицидов хранившихся и продолжающих храниться на складе, их изомеры и продукты разложения, взаимодействия с минералами почв и ионами почвенного раствора. Смесь, различных по химическому составу, свойствам токсикантов образует суммарное загрязнение, которое формируется в результате синергизма и антагонизма действия токсикантов, влияния буферности почв, условий окружающей среды.

На рисунке 3 показаны величина и характер распространения загрязнения пестицидами почв и подстилающих их пород по глубине для условий экспериментального полигона. Приведенные данные показывают, что основная масса пестицидов сосредоточены в почвенном покрове в диапазоне глубин от 1,5 до 2,0 м.

Рисунок 3 - Величина и характер распространения загрязнения пестицидами почв и грунтов по глубине для условий экспериментального полигона

почва полигон загрязненный пестицид

Таким образом, оценивая состояние помещения склада запрещенных и непригодных для применения пестицидов и прилегающей к нему территории, можно сделать следующие выводы:

экспериментальный полигон располагается на небольшом расстоянии от города Днепропетровска и поселка Новоалександровка; полигон сообщается удобной автодорогой, имеющей асфальтовое покрытие, с автомагистралью Днепропетровск-Запорожье;

основной элемент экспериментального полигона - склад запрещенных и непригодных к применению пестицидов, имеет компактные размеры (ширина 12,5 м, длина 16,0 м), стоит на фундаменте неглубокого заложения (до 0,6-0,7 м), что обуславливает небольшие объемы работ по проведению горизонтальных скважин и траншей;

распределение древесно-кустарниковой растительности на территории планируемого полигона создает предпосылки для выбора удобных площадок размещения строительного, экскавационного, а также транспортного оборудования и организации работ по проходке горизонтальных скважин и траншей.

Основные технологические решения

Главной целью работ на полигоне является проверка возможности реализации и эффективности очистки загрязненных почв и подстилающих их пород с помощью сорбентов, заложенных в горизонтальные дрены и периодически извлекаемые для регенерации или замены. При этом в качестве сорбентов целесообразно использовать недорогие местные материалы.

Для обеспечения периодического извлечения сорбентов они размещаются в перфорированных пластиковых трубах, заложенных в траншеях или горизонтальных скважинах.

Способ траншейного размещения труб имеет ряд недостатков, основными из которых являются: территория для их проходки должна быть свободна от застройки; по трассе траншеи будет уничтожаться имеющаяся растительность; потребуется извлечь из траншеи определенный объем почв и пород с последующей ее засыпкой; нарушается непосредственно под трубой на ширину траншеи структура грунтов и др. Главным достоинством этого способа является то, что вокруг дренажной трубы не изменяется первоначальная фильтрационная способность грунтов.

Главный недостаток способа размещения дренажных труб в скважинах состоит в том, что вокруг скважины существенно ухудшаются фильтрационные свойства грунтов в связи с закачиванием в скважину при ее бурении бурового раствора с использованием глин и полимеров. Если не будут найдены эффективные промывочные растворы, которыми можно было бы восстановить фильтрационную способность грунтов, то эффективность очистки почв и подстилающих их пород от загрязнителей будет весьма низкой.

В связи с этим для сравнительной оценки рассмотренных выше способов на экспериментальном полигоне предусматривается применение их комбинации.

Кроме того, учитывая глубокое залегание водоносного горизонта (более 4-7 м) и очень низкие фильтрационные характеристики черноземов, для повышения эффективности очистки почв на экспериментальном полигоне предусматривается искусственное замачивание грунтов путем создания по периметру участка дамб обвалования и заливки в образовавшуюся емкость воды. Это ускорит фильтрацию вод через загрязненные почвы и таким образом их очистку.

Для оценки эффективности очистки почв сорбенты периодически извлекаются из труб для определения в них количества загрязняющих веществ. Кроме того, периодически отбираются пробы почв для лабораторных исследований и оценки динамики изменения их загрязненности.

Таким образом, учитывая преимущества очистки почв с помощью бурения скважин, ему в условиях полигона уделено основное внимание.

Метод очистки почв и горных пород от различных загрязняющих веществ, реализуемый в программе CLEANSOIL, в технико-технологическом аспекте основан на применении технологии горизонтального направленного бурения скважин, впоследствии оснащаемых системой тканевых рукавных устройств, заполняемых чистящими сорбентами.

Технология горизонтального направленного бурения скважин в зарубежных странах нашла широкое применение вследствие присущих ей ряда преимуществ [6,7].

В производственно-техническом аспекте эти преимущества состоят в следующем:

возможность бестраншейного строительства, ремонта и санации подземных коммуникаций под реками, оврагами, лесными массивами; в специфических грунтах (скальные породы, плавуны); в охранных зонах высоковольтных воздушных линий электропередач, магистральных газо-, нефте-, продуктопроводов; в условиях плотной жилищной застройки городов при прохождении трассы под автомагистралями, автомобильными дорогами, скверами и парками;

значительное сокращение сроков производства работ за счет использования высокотехнологичных буровых комплексов;

значительное сокращение количества привлекаемой для прокладки трубопроводов тяжелой техники и рабочей силы;

уменьшение риска аварийных ситуаций и, как следствие, гарантия длительной сохранности трубопроводов в рабочем состоянии;

отсутствие необходимости во внешних источниках энергии при производстве работ в связи с полной автономностью установок;

отсутствие необходимости производства работ по водопонижению в условиях высоких уровней грунтовых вод.

Преимущества в финансово-экономической сфере, прежде всего, обусловлены:

уменьшением сметной стоимости строительства трубопроводов за счет сокращения сроков производства работ, затрат на привлечение дополнительной рабочей силы и тяжелой землеройной техники;

минимизацией затрат на энергообеспечение буровых комплексов вследствие экономичности используемых агрегатов;

отсутствием затрат на восстановление поврежденных участков автомобильных и железных дорог, зеленых насаждений и объектов городской инфраструктуры;

сокращением эксплуатационных расходов на контроль и ремонт трубопроводов в процессе эксплуатации.

Применение технологии горизонтального направленного бурения скважин в социально-экологический плане обеспечивает сохранение природного ландшафта и экологического баланса в местах проведения работ, исключение техногенного воздействия на флору и фауну, минимизацию негативного влияния на условия проживания людей в зоне проведения работ.

Учитывая это, использование горизонтального направленного бурения скважин при реализации нового метода очистки почв и подстилающих их пород без их экскавации и последующего перемещения к местам обработки придаст ему требуемые производственно-технические, экономические и экологические преимущества.

Вместе с тем, особенности гидрогеологических условий значительной части Днепропетровской области характеризуются достаточно глубоким залеганием горизонта подземных вод (в условиях экспериментального полигона более 4-7 м), что в комплексе с недостаточным атмосферным увлажнением загрязненных почв и подстилающих их пород создаст определенные трудности в практической реализации метода CLEANSOIL.

Организация экспериментального полигона для очистки загрязненных почв и подстилающих их пород. На полигоне выделены два участка. На первом участке выполнены работы по проведении скважин способом горизонтального направленного бурения. Скважины проведены в направлении с юга на север. Такая ориентация трассы бурения скважин определена возможностью размещения строительной техники на южной площадке. Траектория бурения принята таким образом, чтобы исключить полностью или свести к минимуму протяженность горизонтального участка скважины под складом. При этом выполнено условие, при котором глубина заложения горизонтального и частично криволинейных участков скважины под складом была бы не менее 1,5-2,0 м. Подземное пространство, размещенное под помещением склада, разбуривается скважинами только частично исходя из имеющихся финансовых средств.

На втором участке организовано проведение траншей традиционной землеройной техникой с последующей закладкой в них перфорированных полиэтиленовых труб и тканевых рукавных емкостей с сорбентом и последующей ее обратной засыпкой. Траншеи закладывались на западной площадке полигона, имеющей наибольшее загрязнение по сравнению с другими, с максимальным приближением к стене склада. Здесь же проведены две скважины методом горизонтального направленного бурения под бетонной площадкой у западной стены склада. На этом участке исследуются и оцениваются режимы замачивания загрязненных почв и пород для последующего обоснования эффективной технологии очистки в условиях малой обводненности, характерной для экспериментального полигона, для чего необходимо обустройство дамб обвалования (обвалованного котлована).

Оборудование и технология горизонтального направленного бурения скважин. Состав комплекса горизонтального направленного бурения скважин. Компании, осуществляющие горизонтальное направленное бурение скважин, предлагают четыре основных класса установок для таких работ (далее ГНБ): городского типа малой мощности; городские и среднемагистральные; магистральные средней мощности и супермагистральные [8].

На экспериментальном полигоне в качестве

исполнителя буровых работ выступило Общество с ограниченной ответственностью “Днепрремонт” (г. Днепропетровск) [9]. Бурение горизонтальных скважин выполнено установкой ГНБ городского, среднемагистрального класса модели Straightline 2462 (рисунок 4).



Рисунок 4 - Установка ГНБ модели Straightline 2462 в процессе бурения скважины

Комплекс ГНБ принят в составе четырех основных частей [6-8]:

установки ГНБ, смонтированной на самоходном шасси (гусеничном ходу). Установка снабжена дизельным двигателем, кассетой с набором штанг, которые автоматически подаются в "толкающе-тянущий-вращающийся узел";

насосно-нагнетательной станции, снабженной индивидуальным дизельным двигателем, которая подает, при необходимости, водно-бентонитную суспензию (буровую жидкость) в рабочую зону бурения. Установки ГНБ компании "Straightline" оснащены насосно-нагнетательными станциями МЗВ;

миксера для приготовления суспензии, состоящего из резервуара для воды и готовой суспензии, бункера для загрузки бентонита и насосной станции с автономным дизельным двигателем. Установки ГНБ комплектуются миксерами "Typhoon";

приемно-передающей локационной системы, предназначенной для определения координат местонахождения буровой лопатки. Локационная система состоит из первичного преобразователя-передатчика, располагающегося в ложементе крепления буровой лопатки, переносного локатора с дисплеем и дублирующего информационного пульта на рабочем месте оператора установки ГНБ. В локационной системе, работающей на основе радиоволнового метода контроля, используют три типа преобразователей - от обычной до повышенной чувствительности.

Комплекс снабжается комплектом буровых штанг (обычно в количестве 30 шт., каждая длиной по 3 м), бурильными лопатками и набором расширителей-риммеров.

Комплексы ГНБ могут выполнять бурение и затягивание труб в породах любой твердости, от плывунов до практически скальных пород. Одновременно с бурением может выполняться полимеризация поверхности пройденных скважин. При необходимости бурения скважин большого диаметра она проводится за несколько проходов. Комплекс производит также затягивание в пробуренные скважины металлических или полимерных труб.

Комплекс обслуживается бригадой из 4-х человек: бурильщик, локаторщик, оператор узла приготовления суспензии и водитель-механик.

Установка ГНБ модели Straightline 2462 может осуществлять бестраншейную прокладку коммуникаций диаметром до 1200 мм на глубину до 30 м, на расстояние до 900 м без выхода на поверхность в любых грунтах от мягкого до скального.

Весь технологический процесс бурения и прокладки инженерных коммуникаций состоит из следующих этапов [6-8]:

планирования и расчета траектории бурения;

организации места работ;

выполнения пилотного бурения;

выполнение операции расширения скважины и затяжки трубы.

Оборудование и технология проведения траншей. Для проведения траншей, предназначенных для размещения в них перфорированных труб и сорбентов с последующей обратной их засыпкой, принят одноковшовый экскаватор на автомобильном шасси с дизельным двигателем, оборудованный бульдозерным ножом (на базе трактора «Беларусь»).

Профиль траншей полностью соответствует профилю буровых скважин (горизонтального направленного бурения), следовательно, перфорированные трубы, укладываемые в траншеи по всей длине и профилю укладки, полностью соответствуют параметрам этих труб в указанных скважинах. После проходки траншей и закладки в них перфорированных труб произведена их обратная засыпка грунтом, вынутым при проходке этих траншей.

Параметры и объемы буровых работ при создании экспериментального полигона. Глубина заложения горизонтальных участков скважин определяется характером и интенсивностью загрязнения почв и подстилающих их пород пестицидами под складом. Ранее приводилась характеристика величины и характера распространения загрязнения пестицидами почв и грунтов по глубине для условий экспериментального полигона. Приведенные данные показали, что основная масса пестицидов сосредоточена в почве и подстилающих их породах в диапазоне глубин до 1,5-2,0 м.

С учетом этого в проекте принята величина заложения горизонтальных участков проводимых скважин на глубине 1,5 м.

Для организации процесса очистки загрязненных почв и пород от пестицидов по методу CLEANSOIL скважины оборудуются в процессе их проведения перфорированными полиэтиленовыми трубами и размещаемыми в них рукавными емкостями для сорбентов. В связи с этим диаметр скважин в проходке должен обеспечить беспрепятственное протаскивание этой оснастки в процессе горизонтального направленного бурения скважин.

При определении диаметра скважин в проходке учитывалось следующее:

диаметр поставляемых фирмой Globe Water AB рукавных емкостей (sockets) составляет 90 мм;

внутренний диаметр перфорированных полиэтиленовых труб, в которых размещаются рукавные емкости с сорбентами, должен быть на 30-50% больше диаметра этих емкостей для беспрепятственного их размещения и последующей замены;

диаметр проводимых скважин в проходке для обеспечения возможности размещения в них перфорированных полиэтиленовых труб должен быть на 30-50% больше диаметра этих труб.

С учетом отмеченного, внутренний диаметр перфорированных труб, обеспечивающих размещение в них рукавных емкостей диаметром 90 мм, должен находиться в пределах 117-135 мм. Для условий экспериментального полигона принимаются перфорированные трубы типа II (глубина их заложения до 1,5 м) с толщиной стенок 23 мм. Внешний диаметр таких труб составляет 160 мм.

Таким образом, диаметр скважин, проводимых способом горизонтального направленного бурения, составил 200 мм (рисунок 5).

Система горизонтальных скважин, пройденных под складом, может рассматриваться как систематический дренаж, представляющий собой несколько рядов горизонтальных дрен, а его расчет сводится к определению расстояния между ними [10,11].

Расстояние между дренами 2а устанавливается по формуле Ротэ [11]

м, (1)

где k - коэффициент фильтрации, м/сут.; - интенсивность просачивания атмосферных осадков, м/сут; определяется опытным путем и составляет для территории центральной и северной Украины от 0,001 в суглинках до 0,005 в песках [11]; hМАХ - максимально допустимая высота пониженного уровня подземных вод над водоупором между рядами дрен, м.



Рисунок 5 - Конструкция горизонтальной скважины с оснасткой

В условиях экспериментального полигона горизонтальные скважины размещаются выше горных пород, выполняющих роль водоупора. Поэтому формула (1) не может повсеместно применяться для расчета расстояния между скважинами в широком диапазоне значений коэффициентов фильтрации. При большом их значении ошибка применения этой формулы будет значительной. Однако, при низких коэффициентах фильтрации, характерных для суглинков (k = 0,01-0,1 м/сут.), формула Ротэ может дать результаты с приемлемой точностью.

При выполнении строительных работ на полигоне принято расстояние между горизонтальными скважинами, равное 1,5 м. С учетом этого общее количество проводимых скважин составит 7 шт.

Скважины, пройденные методом горизонтального направленного бурения, имеют три участка: криволинейный от точки начала бурения до достижению ею требуемой глубины; горизонтальный; криволинейный на участке выхода скважины с глубины на поверхность. Параметры этих участков определяются размерами разбуриваемой территории, типом станков ГНБ, глубиной заложения скважин.

В общем виде длина скважины определяется по формуле



м, (2)

где LГ - длина горизонтального участка скважины, определяемая размерами разбуриваемой территории, м; HC - глубина заложения скважины (ее горизонтального участка), м; RШТ - минимально возможный радиус изгиба буровых штанг, м.

Длина горизонтальной проекции скважины на поверхность равна

м. (3)

При определении длины скважин для различных вариантов их размещения приняты следующие исходные данные: максимальная глубина заложения скважин - 1,5 м; минимально возможный радиус изгиба буровых штанг для установки ГНБ модели Straightline 2462 - 33,5 м.

С учетом приведенных исходных данных по формулам (2) и (3) определены длина скважины и протяженность ее проекции на дневную поверхность для различных вариантов их размещения (таблица 2).

Для условий экспериментального полигона приняты следующие значения параметров траншей, в которых размещаются перфорированные полиэтиленовые трубы с рукавными емкостями для сорбентов: глубина траншеи - 1,5 м; ширина траншеи по дну - 0,5 м; угол разноса стенок траншеи - 850; продольный угол наклонной части траншеи - 300.

Объем траншеи складывается из нескольких фигур:

двух фигур, представляющих собой среднюю часть наклонной траншеи;

четырех фигур, образованных вследствие разноса стенки наклонной части траншеи;

фигуры, образованной горизонтальной частью траншеи и разносом ее стенок.

В общем виде объем траншеи рассчитывается по формуле

м3, (4)

где LТР - длина траншеи,м; HТР - глубина траншеи, м; bН - ширина траншеи по дну, м; - угол разноса стенок траншеи, град.; ПР - продольный угол наклонной части траншеи, град.

Общая эффективность различных вариантов размещения скважин на полигоне определяется количеством почв и пород, вовлекаемых в процесс очистки от загрязняющих веществ.

Объем вовлекаемых в очистку грунтов на участке горизонтального направленного бурения скважин, так же как и длина этих скважин, определяется размерами разбуриваемой территории, типом станков ГНБ и глубиной заложения скважин.

В общем виде объем вовлекаемых в очистку почв и пород определяется по формуле

м3, (5)

где nСКВ - количество скважин на участке горизонтального направленного бурения; SСКВ - расстояние между скважинами, м; S - площадь кругового сегмента, образуемого на криволинейном участке трассы скважины.

Величина площади этого кругового сегмента определяется по формуле

м2. (6)



Объем почв и пород, вовлекаемых в очистку на участке размещения траншей определяется по формуле

м3. (7)

Здесь nТР - количество траншей на участке; SТР - расстояние между осями смежных траншей, м; НТР - глубина проводимой траншеи, м; - угол наклонной части траншеи, град.

Общая схема размещения скважин и траншей на полигоне приведена на рисунке 6 и 7. Основные технико-технологические показатели проекта приведены в таблице 2.

Рисунок 6 - Общая схема размещения скважин и траншей на экспериментальном полигоне



Рисунок 7 - Схематический план экспенриментального полигона



Таблица 2 - Основные технико-технологические показатели проекта

Наименование показателей	Характеристика и значения показателей
Общие сведения
Месторасположение экспериметального полигона	В 300 м к югу от границы поселка Новоалександровка Днепропетровского района Днепропетровской области. Полигон приурочен к законсервированному складу запрещенных и непригодных пестицидов.
Площадь полигона, м2	1000
Размеры склада, м	16,0 х 12,5
Особенности почвенных и гидрогеологических условий	Глубокое залегание горизонта подземных вод (более 4-7 м), недостаточная увлажненность почв атмосферными осадками в летний период, наличие на глубине более 1,5 м мощных отложений аллювиальных песков
Объем загрязненных почв, вовлекаемых в процесс очистки на полигоне, м3	815,0
Работы по горизонтально направленному бурению скважин
Тип комплекса горизонтального направленного бурения скважин	ГНБ модели Straightline 2462
Количество комплексов ГНБ	1
Общее количество скважин	7
Длина одной скважины, м	25
Общая длина скважин, м	175,0
Диаметр скважины в проходке, мм	200
Глубина заложения скважин, м	1,5
Расстояние между скважинами, м	1,5
Земляные работы по проведению траншей
Тип экскаватора	Одноковшовый экскаватор с ковшом вместимостью 0,25 м3, оснащенный бульдозерным ножем
Количество экскаваторов	1
Длина горизонтальной части траншеи, м	25
Общее количество траншей	2
Объем одной траншеи, м3	240
Общий объем траншей, м2	480
Глубина заложения траншей, м	1,5
Ширина траншеи по дну, м	0,5
Ширина траншеи по поверхности, м	1,0
Расстояние между осями траншей, м	1,5
Вспомогательные материалы для работы полигона
Характеристика пластиковых труб	Пластиковые перфорированные трубы с внешним диаметром 160 мм, толщина стенки 23 мм.
Общая длина перфорированных труб	225,0
Емкость для сорбентов	Тканевые рукавные емкости диаметром 90 мм
Общая длина тканевых рукавных емкостей, м	225,0
Полиамидный трос (диаметр 4 мм)	450,0
Сорбент	Отходы сельскохозяйственного производства (лузга подсолнечника)
Требуемый объем сорбента на одну закладку в скважины, м3	0,9

Предварительные результаты анализа образцов почвы и подсолнечной лузги на содержание симм-триазиновых гербицидов

Анализ образцов почв и сорбента выполнен на основе Методических указаний (утверждены Государственной комиссией по вопросам испытаний и регистрации средств защиты растений и удобренийв № 2145-80 от 28 января 1980 года) и внутренней стандартной рабочей процедуры КЯТ № 002-01-2005 «Порядок проведения випробування по визначенню Симазина, Атразина, Прометрина у воді, грунтах, рослинах методом ВЕРХ».

Навеску почвы 50,0 г помещали в коническую колбу объемом 250 см3. К пробе добавляли 100 см3 60 % водного раствора ацетонитрила и 0,5 см3 25 % раствора аммиака, встряхивали в течение 1 ч на встряхивателе. После экстракции пробу фильтровали в фарфоровую чашку для упаривания через бумажный фильтр «красная лента». Остатки в колбе и на фильтре промывали ацетонитрилом. Упаривали ацетонитрил в вытяжном шкафу в течение ночи. К водному остатку в чашке добавляли 30 мл 1 М раствора соляной кислоты. Содержимое чашки тщательно перемешивали и выдерживали 30 минут для перехода симм-триазиновых гербицидов в солевую форму, в которой они растворимы в водной фазе. Солянокислый раствор фильтровали после этого через фильтр «синяя лента» в коническую колбу объемом 250 см3.

Фильтрат в колбе подщелачивали 4М водным раствором гидроксида натрия до рН=9 по универсальной индикаторной бумаге. Подщелоченный фильтрат переносили в делительную воронку и экстрагировали тремя порциями хлороформа (30 см3, 30 см3, 20 см3) отделяя каждый раз хлороформенный слой в отдельную колбу объемом 100 см3 пропуская его через слой сульфата натрия безводного насыпанного в количестве 10 г на фильтр «синяя лента».

Хлороформенный экстракт упаривали на ротационном испарителе ИР-1 при температуре не выше 50° С в конических колбах для упаривания. Остаток в колбе растворяли в 500 или 1000 мкл подвижной фазы, предназначенной для анализа симм-триазиновых гербицидов методом ВЭЖХ.

Расчет количества обнаруженных гербицидов в мг/кг проводили по формуле:

,

где X -содержание Симазина, Атразина, Прометрина в пробе, мг/кг; S - площадь хроматографического пика гербицида в испытуемом растворе, рассчитанного программой [е.о.п.. с]; Sst -- площадь хроматографического пика гербицида в растворе стандартов, рассчитанного программой[е.о.п.. с]; Vextr - конечный объем экстракта, мкл; Va - объем аликвоты, введеной в хроматограф, мкл; К - коэфициент экстракцп Симазина, Атразина, Прометрина (среднее значение определения)/100); m - масса навески пробы, г.



Таблица 3 - Результаты химического анализа проб почв до и после очистки

№ скважины	Горизонт, см	Результаты до проведения работ по очистке	Результаты отбора проб 18.07.2007 г.
		Симазин	Атразин	Прометрин	Симазин	Атразин	Прометрин
Скважина № 1	00-40	0,335	0,026	-	0,002	0,009	0,002
	40-60	0,018	0,002	-	0,003	0,001	-
	60-80	0,028	0,029	-	0,005	-	0,017
	110-130	0,018	0,004	-	0,002	-	0,0002
Скважина № 2	00-40	0,111	-	-	0,001	-	-
	40-60	0,217	0,127	-	-	-	-
	60-80	0,013	0,006	-	-	-	-
	110-130	0,184	0,069	-	-	-	-
Скважина № 3	00-40	-	2,244	-	-	1,629	-
	40-60	-	0,298	-	-	0,775	-
	60-80	-	0,060	-	-	0,065	-
	110-130	-	0,070	-	-	0,045	-

Результаты анализов (таблица 3 и 4) свидетельствуют о том, что после промывки почва очистилась от пестицидов, под действием атмосферных осадков произошло частичное перераспределние токсикантов по профилю.

Эти выводы косвенно подтверждает факт накопления пестицидов в адсорбенте, расположенном под промываемой толщей почв. Незначительном накоплении пестицидов на участке примыкающем к промываемому.

Таблица 4 - Результаты химического анализа проб адсорбента (лузга)

№ пробы лузги	Симазин	Атразин
1	1,112	0,838
2	1,288	0,844
3	0,277	0,130
4	-	0,069



Выводы

Метод CLEANSOIL может стать эффективным, практичным и экономически выгодным, применимым для обработки больших территорий загрязненных земель, а также для соответствующих превентивных мероприятий. Более того, он может применяться там, где другие методы (как in-situ, так и ex-situ) неприемлемы, например, под существующей инфраструктурой. В дополнение к этому, использование различных сорбентов и реактивов делает его приемлемым для извлечения широкого спектра загрязнителей, особенно таких как углеводороды (минеральные масла), тяжелые металлы, хлорсодержащие растворители и другие загрязнители, легко мигрирующие под поверхностью. Объединяя этот метод с методом промывки почв, эффект может быть усилен в результате проведения процесса адсорбции, что исключает экологические проблемы, связанные с использованием метода промывания.

Таким образом, система, предлагаемая в проекте CLEANSOIL, может рассматриваться как наиболее приемлемая и имеющая преимущества по сравнению с существующими системами, в случаях, когда:

загрязненные почвы и подстилающих их породы находится под существующей инфраструктурой (строениями, местами парковки, автомобильными и железными дорогами, трубопроводами и т.д.);

загрязнители находятся на относительно большой глубине;

почва и подземные воды нуждаются в очистке;

загрязнены большие объемы почвенного покрова и подстилающих их горных пород;

ограничены денежные средства на проведение очистки;

загрязненные участки состоят из различных типов почв;

продолжительность обработки загрязненных почв не является лимитирующим фактором;

требуется минимальное нарушение поверхности при проведении работ по очистке.

Когда некоторые или все из этих ограничений и условий присутствуют, метод CLEANSOIL представляет собой эффективное решение типа in-situ, позволяющее очищать почвы и породы от опасных загрязняющих веществ без их экскавации и перемещения.



Перечень ссылок

1. Національний план виконання Стокгольмської конвенції про стійкі органічні забруднювачі (Проект). - Київ, 2006. - 291 с.

2. CLEANSOIL. An Innovate Method for the On-Site remediation of PollutedSoil Under Existing Infrastructures. INCO-STREP Project supported by the European Commission under the 6th Framework Programme (FP6). INCO-CT-2005-013420 // Verein zur Forderung des Technologie Transfers an der Hochschule Bremerhaven e.V. (TTZ - Bionord, Germany). - Bremerhaven, 2005. - 2 p.

3. Сайт Verein zur Forderung des Technologie Transfers an der Hochschule Bremerhaven e.V. (TTZ - Bionord, Germany): www.ttz-bremerhaven.de.

4. EU PROJECT CLEANSOIL - AN INNOVATIVE METHOD FOR THE ON-SITE REMEDIATION OF POLLUTED SOIL UNDER EXISTING INFRASTRUCTURES / Pontus Schwalbe, Antonia Marнa Lorenzo Lуpez, Gerhard Schories, Mirko Hдnel, Raquel del Prado Asensio // Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів. Мат-ли третьої Міжнародної наук.-практ. конф. - Дніпропетровськ, 2005. - Частина 1. - С. 133-138.

5. INNOVATIVE PROCESS FOR THE ON-SITE DECONTAMINATION OF SOILS / Rene Surma, Ulf Berggren, Pontus Schwalbe, Rolf Borras, Tomasz Kasela, Gunnar Borjesson, Akvile Stukonyte, Ewa Zborowska, Agnieszka Tabernacka // Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів. Мат-ли третьої Міжнародної наук.-практ. конф. - Дніпропетровськ, 2005. - Частина 2. - С. 186-189.

6. Сайт компании Техмашэкспорт: http://www.tmeggroup.kiev.ua.

7. Сайт компании ПОДЗЕМСТРОЙРЕСУРС: http://www.podzem.ru

8. Сайт компании Транс-ВИСМОС: http://www.tvm.com.ua.

9. Сайт ООО Днепрремонт: http://dneprremont.dp.ua.

10. Фисенко Г.Л., Мироненко В.А. Дренаж карьерных полей. - М.: Недра, 1972. - 184 с.

11. Астафьев Ю.П., Попов Р.В., Николашин Ю.М. Управление состоянием массива горных пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. - Киев; Донецк: Вища школа, 1986. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru