Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5 | Следующая страница реферата

В настоящей работе разработан графоаналитический метод прогноза изменения химического состава воды на водозаборах. Он заключается в наложении двух графиков изменения относительной концентрации сульфатов во времени. Первый график строится по данным режимных наблюдений за составом воды на водозаборе. Для построения второго графика используется кумулятивная кривая мощностей покровных отложений.

Шаг 1: Построение графика по кумулятивной кривой мощности

Ось ординат кумулятивной кривой мощности покровных отложений может характеризовать долю площади месторождения, на которой (в данный момент времени) сульфатное загрязнение достигло кровли водоносного горизонта (P). Для этого по оси абсцисс вместо мощности (m) необходимо откладывать эквивалентное время миграции t = (m-z)n/w, где z - средняя глубина залегания пиритсодержащих пород, w - средняя величина инфильтрационного питания (на данных месторождениях - 3.10-4 м/сут). Таким образом, зная z и n можно легко преобразовать кумулятивную кривую мощности покровных отложений в теоретический график изменения относительной концентрации во времени.

Шаг 2: Построение графика по режимным данным

Для построения второго графика изменения относительной концентрации используются данные режимных наблюдений за изменением концентрации сульфатов на водозаборе, но для этого необходимо знать Сmax. Для Мазулинского и Северо-Мазулинского водозаборов эта величина известна. Мазулинский водозабор эксплуатируется более 70 лет и на нем максимальная концентрация достигнута. В последние 4 десятилетия концентрация сульфат иона на нем колеблется от 117 до 165 мг/л, составляя в среднем 142 мг/л. Данное значение условно принимается и для Северо-Мазулинского водозабора, так как оба эти водозабора эксплуатируют единое месторождение подземных вод.

Зоны окисления и на Северо-Мазулинском и на Полдневском участке образовались ориентировочно в 1975 году, когда было достигнуто максимальное понижение уровня подземных вод (до настоящего времени уровень подземных вод находится примерно на тех же отметках). При построении графиков относительной концентрации 1975 год может приниматься за 0 по оси абсцисс.

На Полдневском водозаборе дополнительным источником загрязнения являются карьеры и отвалы месторождения огнеупорных глин. Для устранения этого влияния рассматривались только те скважины водозабора, в область захвата которых техногенные ландшафты (карьеры, отвалы) не попадают.

Шаг 3: Наложение графиков

На Северо-Мазулинском участке графики относительной концентрации, построенные разными способами (1 - по кумулятивной кривой и 2 - по режиму), совпадают при n = 0,2 и z = 7 м (рис. 6).

На Полдневском участке пористость доступная для миграции принималась равной 0,23 (по лабораторным данным). Графики относительной концентрации построенные разными способами для Полдневского участка совпадают при Сmax = 280 мг/л и z = 7 м (рис. 7).

Анализ графиков относительной концентрации показывает, что на Северо-Мазулинском водозаборе примерно через 20 лет рост концентрации сульфат иона прекратится, достигнув значения порядка 140 мг/л. На Полдневском водозаборе концентрация будет расти еще 60-70 лет, пока не достигнет максимального значения на уровне 280 мг/л.

Средняя интенсивность выноса сульфат иона на Северо-Мазулинском участке оценивается на уровне 42 мг/сут с 1 м2 площади месторождения (при максимальной концентрации 140 мг/л и величине инфильтрации 0.0003 м/сут), что эквивалентно интенсивности окисления пирита 2.10-4 моль/сут. На Полдневском участке интенсивность окисления пирита в два раза выше - 4.10-4 моль/сут.

Влияние отвалов песчано-глинистых пород на качество подземных вод

Складирование песчано-глинистых пород, содержащих дисперсный пирит, в пределах месторождений питьевых подземных вод может приводить к серьезному ухудшению качества воды на водозаборах (вплоть до полной потери водозабора). Ярким примером является отработка огнеупорных глин на Троицко-Байновском месторождении, карьер и отвалы которого располагаются в пределах водосборной площади Полдневского месторождения. Процесс выемки транспортировки и складирования горных пород занимает определенный промежуток времени (месяцы или даже годы). Расчеты показывают, что за полгода контакта с атмосферой в породе может окислиться от 5 до 25 % пирита, причем около половины этого количества окисляется уже в течение первого месяца контакта.

В теле рекультивированного карьера, отсыпанного 25 лет назад, была пробурена скважина (6тн) с поинтервальным отбором керна. Выполненные исследования показали, что в теле внутреннего отвала как выше, так и ниже уровня грунтовых вод залегают загипсованные породы. Гипс образовался в результате окисления дисперсного пирита во время контакта пород с атмосферой (в ходе извлечения, перемещения и складирования пород). За короткое время контакта пород с атмосферой окислилось 27 % пирита (в среднем для 35-метровой толщи) при разбросе по отдельным пробам от 9 до 55 % (рис. 8).

Суммарная площадь карьеров и отвалов в пределах к настоящему времени достигла 2.5 км2. При равновесной концентрации сульфат-иона 1.4 г/л и оцененной величине инфильтрационного питания 0.0003 м/сут расчетный вынос сульфатов с территории техногенных ландшафтов достигает 1 тонны в сутки. Фактически все скважины Полдневского водозабора и карьерного дренажа дают суммарный массовый вынос сульфатов в количестве около 1.5 тонн в сутки. Таким образом, несмотря на то, что техногенные ландшафты занимают всего 5% площади месторождения, они несут основную ответственность за ухудшение качества добываемой воды. Из четырех скважин Полдневского водозабора наиболее тяжелое положение сложилось на скважине 13э. Эта скважина принимает на себя загрязнение с территории техногенных ландшафтов, защищая от него остальные скважины водозабора. В 2002 году скважину 13э из-за плохого качества воды пришлось перевести в разряд защитных водопонизительных скважин, значительно сократив добычу питьевых вод (сейчас скважина 13э работает на сброс).

Среднее содержание гипса составляет 4.2 кг на кубометр породы, а вся вскрытая толща содержит 147 кг гипса (в расчете на 1 м2 площади отвала). Для промывки отвала от гипса потоком инфильтрационных вод потребуется 670 лет. Таким образом, изменение гидрохимической обстановки на площади внутренних и внешних отвалов можно считать необратимым.

Заключение

Результаты исследований изменения химического состава эксплуатируемых подземных вод при наличии пирита в покровных отложениях, кратко формулируются как защищаемые положения:

1. Месторождения подземных вод в ограниченных карбонатных структурах, перекрытых рыхлыми песчано-глинистыми отложениями морского происхождения, имеют ярко выраженную геохимическую специфику. При эксплуатации водозаборов происходит увеличение мощности зоны аэрации, что приводит к окислению практически всегда присутствующего в покровных отложениях дисперсного пирита (кларковое содержание на уровне 80 моль/м3), ранее находившегося под уровнем подземных вод. В результате образуется серная кислота, которая нейтрализуется карбонатной составляющей покровных отложений (кларковое содержание кальцита около 1400 моль/м3) с возможным выпадением гипса. Это вызывает увеличение жесткости и минерализации подземных вод. Окисление пирита проходит в условиях нейтральной среды.

2. При прямом контакте песчано-глинистых пород с атмосферой интенсивность окисления дисперсного пирита лимитируется ингибирующей пленкой преимущественно гидроокиси железа, образующейся на его поверхности в условиях нейтральной среды. Изначально пленка на поверхности пирита отсутствует. С ростом толщины пленки интенсивность окисления снижается. В таких условиях скорость окисления пирита практически не зависит от кинетики химической реакции, а определяется удельной площадью его поверхности и толщиной пленки. В различных песчано-глинистых покровных отложениях удельная площадь поверхности пирита составляет 5-10 м2/моль, при преобладающем средневзвешенном размере зерен 15-30 мкм.

3. В естественном залегании породы, содержащие пирит, располагаются на значительной глубине (10 - 30 м). Согласно результатам моделирования, при глубине залегания пиритсодержащих пород более 10 м интенсивность окисления перестает зависеть от концентрации пирита и размеров его зерен (в характерном диапазоне данных параметров). Интенсивность окисления лимитируется диффузией кислорода через толщу пород.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: культурология, quality assurance design patterns системный анализ.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5 | Следующая страница реферата