Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Очистка природных и сточных вод фильтрованием 8
1.1 Классификация зернистых фильтров 8
1.2 Скорое фильтрование через зернистую загрузку 13
1.3 Фильтрующие зернистые материалы для очистки природных и сточных вод 16
1.4 Фильтровальные установки с зернистой загрузкой для очистки природных и сточных
вод 24
Глава 2 Объекты и методы исследования 46
2.1 Объекты исследования 46
2.2 Методы исследования 47
2.2.1 Понятие геохимического барьера 47
2.2.2 Методика очистки воды фильтрованием в геохимическом барьере 48
2.2.3 Методика определения содержания загрязняющих веществ в природных водах.. 50
Глава 3 Мониторинг водной среды и источников водоснабжения в зоне влияния промышленности северо-запада Республики Башкортостан 54
3.1 Мониторинг водных объектов в России 54
3.2 Краткая характеристика промышленности северо-запада РБ 56
3.3 Государственный мониторинг водной среды в зоне влияния промышленности северо-запада РБ 59
3.3.1 Мониторинг водной среды ФГБУ «Башкирское УГМС» 61
3.3.2 Мониторинг водной среды ФГУ МВО БУ 65
3.3.3 Мониторинг водной среды МУП «Нефтекамскводоканал» 73
3.4 Ведомственный мониторинг водной среды ОАО АНК «Башнефть» на территории Арланского нефтяного месторождения 77
3.5 Влияние промышленности северо-запада РБ на экологию водных объектов 88
Глава 4 Экспериментальная очистка вод на модели геохимического барьера 99
4.1 Очистка от хлоридов 99
4.2 Очистка от сульфатов 101
4.3 Очистка от железа 102
4.4 Очистка от марганца 105
4.5 Очистка от меди 109
4.6 Очистка от нефтепродуктов 111
4.7 Очистка от сульфидов 113
4.8 Очистка от йода 116
4.9 Комплексная очистка и анализ ее эффективности 119
Глава 5 Разработка технологической схемы восстановления качества зарегулированных водотоков в зоне техногенного влияния 121
5.1 Математический анализ процесса очистки на модели геохимического барьера 121
5.2 Технологическая схема восстановления качества зарегулированных водотоков в зоне техногенного влияния 130
5.3 Расчет основных характеристик геохимического барьера для р.Кунь 134
5.4 Экономическая эффективность технологической схемы восстановления качества зарегулированных водотоков в зоне техногенного влияния 138
Основные выводы 144
Список сокращений и условных обозначений 145
Список литературы
- Фильтрующие зернистые материалы для очистки природных и сточных вод
- Методика очистки воды фильтрованием в геохимическом барьере
- Государственный мониторинг водной среды в зоне влияния промышленности северо-запада РБ
- Технологическая схема восстановления качества зарегулированных водотоков в зоне техногенного влияния
Фильтрующие зернистые материалы для очистки природных и сточных вод
Скорое фильтрование через зернистые материалы является одним из основных процессов очистки воды. Согласно классификации примесей воды по их фазово-дисперсному состоянию, предложенной Кульским Л.А., фильтры применяются для задержания взвешенных и коллоидных частиц (веществ, относящихся к I и II группам примесей воды), а также загрязнений молекулярной и ионной степени дисперсности (III и IV группы), которые целесообразно переводить во взвешенное и коллоидное состояние для их последующего извлечения, например, при обезжелезивании и деманганации, обесфторивании и обескремнивании подземных вод. Таким образом, фильтрование через зернистые загрузки можно использовать для удаления всех четырех групп примесей воды, поэтому оно широко применяется в технологии водоподготовки как завершающий процесс, а во многих случаях -и как единственный способ разделения суспензий, обеспечивающий высокую степень очистки воды до требований стандартов [8].
Среди сооружений, обеспечивающих удаление взвешенных и коллоидных примесей, скорые фильтры характеризуются наибольшей производительностью, так как скорость прохождения воды через зернистую грузку обычно принимается от 5 до 12-15, а в некоторых случаях даже и до 25-30 м/ч. Скорость фильтрования устанавливают в зависимости от качества исходной воды, технологии ее обработки перед подачей на фильтры, типа фильтровальной установки и крупности зерен сыпучего материала. Кроме того, в практике водоочистки фильтры зарекомендовали себя как достаточно простые устройства, отличающиеся высокой надежностью в эксплуатации, которыми легко управлять, обеспечив их полную автоматизацию.
В результате многочисленных проведенных работ произошло значительное расширение области применения фильтровальных сооружений. Так, в ряде случаев оказалось возможным отказаться от малопроизводительных отстойников и сложных в эксплуатации осветлителей со взвешенным слоем осадка, занимающих большие площади, и заменить их компактными установками - прямоточными фильтрами, что позволило на 30-40% снизить капитальные затраты и обеспечить уменьшение эксплуатационных расходов, тем самым значительно снизить себестоимость очистки воды.
Таким образом, в зависимости от принятой технологической схемы фильтровальные сооружения могут использоваться в комплексе традиционных двухступенчатых сооружений (после отстойников или осветлителей со взвешенным слоем осадка), т.е. в качестве второй ступени осветления воды, и в схемах безотстойного (прямоточного) фильтрования, как самостоятельные сооружения. Принцип прямоточного фильтрования реализуется в таких сооружениях, как контактные осветлители (или «русские фильтры»), многослойные фильтры, контактные фильтры (конструкции КФ-1 - КФ-5), двухступенные фильтры. Последние названы так для того, чтобы не путать их с указанными выше двухступенчатыми сооружениями (отстойники-фильтры).
Особенностью прямоточного фильтрования является то, что процесс осветления и обесцвечивания осуществляется не в свободном объеме воды, а непосредственно в межзерновом пространстве зернистой загрузки, а также на межфазных поверхностях суспензии и зерен фильтрующего материала. Обычные однослойные фильтры с неоднородной по крупности кварцево-песчаной загрузкой и направлением потока воды сверху вниз не всегда могут обеспечить необходимую продолжительность полезной работы сооружений между промывками (длительность фильтроцикла). Это связано с неравномерностью распределения загрязняющих веществ по толщине фильтра, что вызывает быстрое заиление и стремительный рост потери напора в верхних слоях фильтрующего материала, следствием чего являются короткие фильтроциклы [8].
Скорые фильтры с многослойной загрузкой из различных фильтрующих материалов позволяют использовать нисходящий поток очищаемой воды и при этом избежать неравномерного распределения загрязняющих веществ по высоте зернистого слоя за счет фильтрования в направлении убывающей крупности зерен. Однако сложность эксплуатации многослойных фильтров заключается в необходимости тщательной сортировки фильтрующих материалов по их гранулометрическому составу и плотности для того, чтобы зернистые слои во время промывки обратным током промывной воды не смешивались. Для нижних слоев в этих сооружениях используют материалы с высокой удельной плотностью, такие как гранодиорит, гранит, габбродиабаз, пиролюзит, гранат, шлаки.
Кроме того, существенным недостатком является то, что при применении антрацитовой или керамзитовой загрузок нельзя проводить водо-воздушную регенерацию в направлении промывного потока снизу вверх во избежание выноса фильтрующего материала из надзагрузочного пространства фильтра.
Общим недостатком всех фильтров прямоточного фильтрования является то, что они плохо справляются с повышенными грязевыми нагрузками на них.
Фильтры могут работать при значительных нагрузках - в связи с тем, что высокое качество фильтрата требуется только после последней ступени очистки, а это позволяет максимально использовать грязеемкость первой, а также промежуточных ступеней фильтров до практически полного исчерпания их задерживающей способности. Кроме того, в сооружениях многоступенного фильтрования может быть реализован принцип проведения процесса в направлении убывающей крупности зерен загрузки с применением различных фильтрующих материалов на отдельных ступенях. При этом преодолеваются недостатки многослойных фильтров, поскольку на первой ступени осуществляется фильтрование через однородную крупнозернистую загрузку, на второй - через однородный фильтрующий материал меньшей крупности, на третьей - через однородную мелкозернистую загрузку. Этим исключается смешение фильтрующих слоев и унос мелких зерен при проведении взрыхления и регенерации зернистых загрузок фильтров [8].
Применение новых фильтрующих материалов позволяет существенно увеличить продолжительность работы фильтров между промывками, а также снизить потери напора в зернистом слое. Пористые загрузки с развитой удельной поверхностью и большой межзерновой пористостью обеспечивают значительное повышение грязеемкости прямоточных фильтров. Сочетание материалов с большой межзерновой пористостью на начальном этапе фильтрования и высокоэффективных сорбентов на заключительном этапе позволяет не только существенно увеличить грязеемкость прямоточных фильтров, но и извлечь из воды взвешенные, коллоидные и молекулярно-растворенные примеси [8].
Методика очистки воды фильтрованием в геохимическом барьере
В районах развитой промышленности происходит загрязнение водных объектов ионами металлов, хлоридами, сульфатами, сульфидами, нефтепродуктами, йодом, бромом. Это объясняется тем, что эксплуатация нефтяных месторождений ведется с поддержанием пластового давления заводнением пластов, а также влиянием сточных вод промышленных предприятий. В процессе нагнетания воды в пласты под высоким давлением происходит утечка высокоминерализованной воды за счет негерметичности затрубного пространства и ее смешение с пресной водой подземных и поверхностных водных объектов. Аналогичная картина возникла в районах добычи и обогащения полезных ископаемых. При этом многие водные объекты являются источниками питьевого водоснабжения.
В целом, вопросы очистки нефтесодержащих вод рассматривались в работах Аделыпина А.Б., Аксенова В.И., Апельцина Э.И., Аюкаева Р.И., Доломатова М.Ю., Журбы М.Г., Криштула В.П., Кульского Л.А., Краснобородько И.Г., Ласкова Ю.М., Ли А.Д., Матова Б.М., Минца Д.М., Назарова В.Д., Перевалова В.Г., Позднышева Г.Н., Рогова В.М., Рулёва Н.Н., Серпокрылова Н.С., Смирнова В.И., Стрелкова А.К., Тронова В.П., Тронова А.В., Фесенко Л.Н., Фоминых A.M., Швецова В.М., Яковлева СВ. и др. Все существующие методы и технологии очистки нефтесодержащих вод имеют ряд недостатков: сложные и дорогостоящие конструктивные решения, необходимость применения оборудования с большими затратами электроэнергии, ограниченность области применения.
Актуальной остается задача разработки доступных устройств для очистки воды от нефтепродуктов, металлов, хлоридов, сульфатов и ряда других загрязнителей, позволяющих с минимальными экономическими затратами производить их эффективную очистку. Кроме того, хорошо известно влияние центральной и южной промышленной зоны РБ на водную среду, но до сих пор недостаточно обращается внимание на экологическую обстановку Северо-Западного промышленного узла в районе водных объектов Нижнекамского водохранилища.
В связи с вышеуказанным, объект исследования - это модель природных вод, содержащих приоритетные загрязняющие вещества, определяемые системой мониторинга (нефтепродукты, фенолы, хлориды, сульфаты, сульфиды, железо, марганец, медь, цинк, никель, хром общий, никель, кобальт, ХПК, БПК) применительно к водным объектам Нижнекамского водохранилища
Методы исследования - описание установки (модель геохимического барьера) и методика проведения опытов, статистическая обработка экспериментальных результатов. Были обобщены сведения, содержащиеся в научно-технической и патентной литературе. Проведены лабораторные исследования и испытания модели геохимического барьера с применением современных математических методов моделирования и обработки экспериментальных данных. Применены общепринятые методики для расчета технико-экономической эффективности применения разработанного устройства. Химический анализ проб воды выполнялся в аттестованных лабораториях.
Как известно, перемещение химических элементов из одних участков земной коры в другие, сопровождающееся многообразными процессами их концентрации или рассеяния, называется миграцией элементов. Применительно к водной среде данное явление именуется водной миграцией [161].
Интенсивность миграции элементов нередко уменьшается на коротком расстоянии, что приводит к их концентрации. Такие участки земной коры ещё в 1961 году А.И. Перельман назвал геохимическими барьерами. Понятие геохимического барьера относится к фундаментальным понятиям геохимии [162]. Они формируются на дне морей, океанов, в речных долинах, подземных водах, в оврагах. Причины образования барьеров различны: понижения температуры и давления, смешение вод, изменение горных пород, по которым мигрируют воды и прочее [161].
В пределах большинства барьеров довольно резко изменяется форма нахождения элементов в мигрирующем потоке (изменение типа миграции), затем происходят изменения интенсивности миграции и осаждение (концентрация) определенных химических элементов или их соединений. Поэтому именно на геохимических барьерах происходят максимальные биосферные эколого-геохимические изменения, и потому им уделяется особое внимание [163].
К настоящему времени учение о геохимических барьерах позволяет оценивать геохимические (эколого-геохимические) условия концентрации химических элементов и их соединений, т.е. прогнозировать изменение непланируемых концентраций химических элементов (эколого-геохимические изменения), сопровождающих различные антропогенные процессы. Постепенно учение о геохимических барьерах начинает использоваться в самых различных отраслях сельскохозяйственного и промышленного производства и науки. Так, его положения используются при строительстве гидросооружений, переработке отвалов месторождений, промышленном строительстве и даже в археологии [163].
А.И. Перельман на примере изучения гипергенных эпигенетических процессов рассмотрел эффект действия многих геохимических барьеров - кислородного, восстановительного, сероводородного, сульфатного, карбонатного, щелочного, кислого, сорбционного. При формировании химического состава подземных вод хозяйственно-питьевого назначения действуют аналогичные барьеры, но их действие имеет свои особенности, определяемые свойствами зональности этих вод и диапазоном изменения их геохимических условий [164].
Государственный мониторинг водной среды в зоне влияния промышленности северо-запада РБ
Кроме того, качество поверхностных вод на посту Нижнекамское вдхр. - с.Андреевка, начиная с 2006 года, можно также описать с использованием следующих комплексных оценок [203-210] (таблица 3.3):
УКИЗВ - удельная величина комбинаторного индекса загрязненности воды. Это комплексный относительный показатель степени загрязненности поверхностных вод, условно оценивающий в виде безразмерного числа долю загрязняющего эффекта, вносимого в общую степень загрязненности воды, обусловленную одновременным присутствием ряда загрязняющих веществ, в среднем одним из учтенных при расчете комбинаторного индекса ингредиентов и показателей качества воды. УКИЗВ может варьировать от 1 до 16; большему его значению соответствует худшее качество.
Кк - Коэффициент комплексности загрязненности воды. Представляет отношение количества загрязняющих веществ, содержание которых превышает ПДК, к общему числу нормируемых ингредиентов. Выражается в процентах и изменяется от 1 до 100% при ухудшении качества воды. Характеризует участие антропогенной составляющей в формировании химического состава воды. Таблица 3.3
В целом, по итогам 2013 года загрязненность воды сохранялась стабильно высокой и по-прежнему оценивалась 4-ым классом разряда «а» («грязная»). По характеризуемому комплексу веществ загрязненность воды возросла по среднему коэффициенту комплексности до 36% и значению УКИЗВ до 4,40, в основном, за счет возрастания средних уровней загрязненности водохранилища соединениями марганца и меди до 8 и 3 ПДК, с максимальными - 19 и 11 ПДК и повторяемостью превышения нормативов в 100% и 70% проб соответственно. Содержание нефтепродуктов по среднегодовой концентрации составило 3 ПДК, максимальной до 10 ПДК, повторяемости превышения нормативов до 43%. Незначительно возрос средний уровень загрязненности фенолами, соединениями железа и цинка до ПДК, в 30-40% проб превышены нормативы не более 3 ПДК. Стабилизировались средние уровни загрязненности органическими веществами по БПК5 и ХПК до 1 и 2 ПДК, превышения нормативов фиксировали в 25% и 88% проб соответственно. По-прежнему в пределах нормы сохранялись средние концентрации сульфатов, с повторяемостью случаев превышения нормативов в 60% проб. Эпизодические нарушения нормативов наблюдались по азоту аммонийному и нитритному [210]. 3.3.2 Мониторинг водной среды ФГУ МВО БУ
С 2010 года государственный мониторинг качества воды Нижнекамского водохранилища осуществляет ФГУ МВО БУ и по следующим направлениям: - наблюдения за состоянием водного объекта по гидрохимическим показателям; - наблюдения за загрязненностью донных отложений.
Организация и проведение наблюдений за загрязнением поверхностных вод суши и за содержанием загрязняющих веществ в донных отложениях выполняются в соответствии с руководящими документами РД 52.24.309-2004 и РД 52.24.609-99, утвержденными Росгидрометом [212-215].
Мониторинг качества поверхностной воды и донных отложений на Нижнекамском водохранилище осуществляется в 21 пункте наблюдения (контрольных створах). Автором было выделено 16 из 21 пункта наблюдения на 6 водных объектах (рис.3.5), которые испытывают негативное влияние объектов промышленности северо-запада РБ:
На Нижнекамском водохранилище ФГУ МВО БУ проводит наблюдения в пунктах контроля I категории, т.е. расположенных на водоеме, имеющем важное народнохозяйственное значение, в районах негативного влияния промышленных предприятий (в том числе нефтедобывающих) и других объектов экономики в водохранилище федерального значения, и, как следствие, в створах с повторяющимися случаями нарушения допустимых нормативов качества воды.
Характерными загрязнителями поверхностных вод Нижнекамского водохранилища на протяжении ряда лет остаются соединения марганца, железа, трудноокисляемые органические вещества (по ХПК), во многих створах добавляются нефтепродукты [212-215]. Ниже приводятся диапазон изменения среднегодовой кратности превышения ПДК основных загрязнителей воды в водных объектах Нижнекамского водохранилища за весь период наблюдения (2010-2013 гг.) по результатам расчетов для нужд хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, то есть с позиции опасности для хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов (таблица 3.4) [216, 217].
Среднегодовая кратность превышения ПДКХП по нефтепродуктам [216, 218] в поверхностной воде составила 1,00-2,40 ПДК (0,1-0,24 мг/л). Загрязнение нефтепродуктами выявлено с следующих створах: устье р.Буй (до 1,90 ПДК); устье р.Березовка (до 2,30 ПДК); р.Кама у с.Саклово (до 2,40 ПДК), в районе сброса сточных вод МУП «Нефтекамскводоканал» (на уровне ПДК) и у с.Каракулино (до 1,80 ПДК); р.Белая в створе насосных станций ФГУ ЭВОС (до 1,90 ПДК) и в районе сброса ООО «УЖКХ» г.Агидель (до 1,80 ПДК).
Среднегодовая кратность превышения ПДКХП по железу [216, 218] в поверхностной воде составила 1,02-2,22 ПДК (0,31-0,67 мг/л). Устойчивое загрязнение по железу выявлено в следующих створах: устье р.Буй (до 2,17 ПДК); устье р.Березовка (до 2,22 ПДК); р.Кама у с.Саклово (до 1,73 ПДК) и в районе сброса сточных вод МУП «Нефтекамскводоканал» (до 2,07 ПДК). Среднегодовая кратность превышения ПДКХП по марганцу [216, 218] в поверхностной воде составила 1,00-5,80 ПДК (0,10-0,58 мг/л). Устойчивое загрязнение по марганцу выявлено в следующих створах: устье р.Буй (до 1,09 ПДК); устье р.Березовка (до 5,80 ПДК); р.Кама в районе сброса сточных вод МУП «Нефтекамскводоканал» (на уровне ПДК); р.Белая у с.Актаныш (до 1,31 ПДК) и в районе сброса ООО «УЖКХ» г.Агидель (до 2,40 ПДК). Периодически регистрировалось загрязнение марганцем в створе насосных станций ФГУ ЭВОС - в устье р.Ашаеш и на р.Белой (до 2,51 ПДК).
Кроме того, в некоторой степени индикаторами повышенного содержания органических загрязняющих веществ (в том числе и нефтепродуктов) являются повышенные значения по БПК и ХПК.
Среднегодовая кратность превышения ПДК по БПК [217, 218] в поверхностной воде составила 1,00-10,05 ПДК (2,00-20,10 мг/л). Повышенное биологическое потребление кислорода выявлено с следующих створах: устье р.Буй (до 1,84 ПДК); устье р.Березовка (до 1,39 ПДК); р.Кама у с.Саклово (до 1,70 ПДК), в районе сброса сточных вод МУП «Нефтекамскводоканал» (до 1,81 ПДК) и у с.Каракулино (до 3,25 ПДК); устье р.Миниште (до 1,96 ПДК); р.Белая и р.Ашаеш в створе насосных станций ФГУ ЭВОС (до 2,54 ПДК), а также на р.Белой в районе сброса ООО «УЖКХ» г.Агидель (до 1,60 ПДК). Самое высокое превышение зарегистрировано в 2012 году на р.Белой у с.Актаныш - 10,05 ПДК.
Среднегодовая кратность превышения ПДК по ХПК [217, 218] в поверхностной воде составила 1,60-5,33 ПДК (24-80 мг/л). Повышенное химическое потребление кислорода выявлено с следующих створах: устье р.Буй (до 2,29 ПДК); устье р.Березовка (до 2,57 ПДК); р.Кама у с.Боярка (до 3,87 ПДК), у с.Саклово (до 3,12 ПДК), в районе сброса сточных вод МУП «Нефтекамскводоканал» (до 2,63 ПДК) и у с.Каракулино (до 4,34 ПДК); устье р.Миниште (до 5,27 ПДК); р.Белая и р.Ашаеш в створе насосных станций ФГУ ЭВОС (до 5,33 ПДК), а также р.Белая у с.Актаныш (до 5,20 ПДК) и в районе сброса ООО «УЖКХ» г.Агидель (до 4,27 ПДК).
Технологическая схема восстановления качества зарегулированных водотоков в зоне техногенного влияния
Недостатками предложенного геохимического барьера являются его большие габариты, длительность пребывания очищаемой воды в сооружении, большие материальные затраты на загрузку барьера многочисленными контейнерами, сложность удаления осадка из приямков.
Геоэлектрохимический барьер (рис.5.10) представляет собой котлован 1, заглубленный относительно дна русла водотока, заполненный фильтрующим минеральным зернистым материалом 2. В теле барьера размещены вертикально промывные перфорированные трубы 3, образующие ряды, расположенные перпендикулярно потоку воды, соединенные коллектором 4. Между промывными трубами 3 и за их пределами вертикально расположены стержневые электроды из электроположительного материала 5 и электроотрицательного материала 6, образующие ряды, параллельные промывным трубам. У дна котлована 1 горизонтально расположены щелевые дренажные трубы 7. В русле водотока перед барьером расположено водозаборное сооружение 8, связанное с промывным насосом 9, соединенным с патрубком подачи промывной воды 10.
На некотором удалении от геохимического барьера размещены шламовые площадки 11 для приема промывных вод и осадков, последовательно связанных друг с другом. Для обезвоживания осадка используются патрубок отвода с рассеивающим выпуском 12 в русло водотока перед барьером.
Электроды 5 и 6 одинаковой полярности в каждом ряду соединены последовательно, имеют клеммы, вынесенные за пределы геохимического барьера. Между рядами электродов 5 и 6 подключены индикаторные светодиоды 13.
Сооружение работает следующим образом. Вода из водотока поступает в заглубленный котлован 1, заполненный фильтрующим минеральным зернистым материалом 2. В качестве фильтрующего материала нами выбран силицированный кальцит [42], относящийся к карбонатным породам. Для увеличения проницаемости барьера использована крупная фракция 5-20 мм. Силицированный кальцит обладает щелочными свойствами, поэтому вблизи зерен породы происходит интенсивное образование гидроксидов тяжелых металлов, обладающих низкой растворимостью, и выпадение их в осадок. Другой механизм извлечения металлов заключается в обмене ионов кальция минеральных гранул на ионы металлов, находящихся в воде, с образованием карбонатов металла.
Для увеличения эффекта очистки воды от металлов в теле геоэлектрохимического барьера вертикально установлены рядами стержневые электроположительные 5 и электроотрицательные электроды 6, образующие электрохимические источники тока. В качестве электроположительных использованы медные электроды, электроотрицательных -алюминиевые. Диаметр электродов 3-5 мм. Электроды одинаковой полярности образуют чередующиеся ряды, расположенные перпендикулярно направлению потока воды. Оптимальное расстояние между рядами электродов 5 и 6 в электрохимическом источнике тока - 0,2 м, расстояние между электродами в ряду - 0,2 м, расстояние между электрохимическими источниками тока - 1,0 м.
Действие электрохимических источников тока основано на поляризации зерен фильтрующего материала с образованием связанного положительного и отрицательного заряда, за счет чего ионы металлов притягиваются к противоположному заряду, что приводит к увеличению эффекта очистки воды.
Промывка барьера производится водой, забираемой водозаборным сооружением 8 из русла водотока до барьера с помощью промывного насоса 9. Промывная вода через патрубок 10 поступает в коллектор 4 и распределяется между промывными трубами 3 с перфорацией. Экспериментально установлено, что ряд загрязняющих веществ (железо, медь, сульфиды металлов, нефтепродукты, йод) практически полностью извлекаются на длине барьера, равной 4 м. Концентрация других загрязняющих веществ (марганец, хлориды, сульфаты) меняется монотонно по длине всего барьера, равного 16 м.
Экспериментально установлено, что первые 4 метра барьера позволяют извлекать половину загрязняющих веществ, причем металлы в виде гидроксидов извлекаются практически полностью. Обезвоженный осадок может быть использован в гидрометаллургии. Для обезвоживания этого осадка предусмотрены шламовые площадки 11.
На длине барьера 4-20 м происходит очистка воды от трудно извлекаемого марганца, а также от солей, содержащих хлориды и сульфаты. В процессе обезвоживания осадка на шламовых площадках минеральные соли частично растворяются, повышая минерализацию отводимой воды. Эта вода поступает либо на электродиализные аппараты для обессоливания, либо закачивается в нефтяные пласты для поддержания пластового давления, так как ее минерализация соответствует минерализации пластовой воды.
Проведенные на линейной модели геоэлектрохимического барьера длиной 16 м эксперименты по очистке воды (глава 4) от характерных для промышленных регионов загрязняющих веществ показали, что оптимальная скорость фильтрования находится в интервале 1-5 м/ч. Опыты по очистке воды от железа, марганца, меди, сульфатов, хлоридов, сульфидов, йода, нефтепродуктов наглядно продемонстрировали высокий эффект очистки воды от загрязняющих веществ фильтрованием в геоэлектрохимическом барьере. Применение электрохимических источников тока увеличивает эффект извлечения загрязняющих веществ.
Из приведенных данных следует, что на длине барьера 4 м извлекаются железо, медь, сульфиды, йод, нефтепродукты при скорости фильтрования 5 м/ч на 96,0-99,8%, что составило 39,0% от исходной суммарной концентрации загрязняющих веществ без учета твердых взвешенных веществ. На длине геохимического барьера от 4 до 16 м частично извлекаются марганец, сульфаты и хлориды, что составило 36%, т.е. в осадок переходят, в основном, минеральные соли.
Возвращаясь к генетической классификации геохимических барьеров А.И. Перельмана [161, 163] стоит напомнить, что все геохимические барьеры биосферы разделяются на 2 основных типа: природные и техногенные. И те, и другие располагаются на участках изменения факторов миграции. В первом случае смена факторов, а соответственно и смена одной геохимической обстановки другой обуславливаются природными особенностями конкретного участка биосферы. Во втором - такая смена геохимических обстановок происходит в результате антропогенной деятельности.
Однако довольно часто антропогенное изменение геохимической обстановки и формирование техногенных геохимических барьеров являются своеобразным толчком, после которого идет образование природных геохимических барьеров. Происходит наложение на техногенные барьеры природных. Иногда все они (в том числе и техногенные) могут лишь частично перекрывать друг друга. Это третий тип - техногенно-природные геохимические барьеры [161, 163].
На основании проведенных нами исследований в существующей классификации геохимических барьеров А.И. Перельмана предлагается подразделять техногенные геохимические барьеры на классы по их способности к регенерации (на рис.5.11 существующая классификация выделена черной сплошной линией, а предлагаемая корректировка - синим пунктиром).