Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Общая характеристика работы 10
1.1 Современное состояние проблемы геозащиты в транспортном строительстве 10
1.2 Постановка, цели и задачи работы 26
1.3 Характеристика объектов, методов исследования и используемых методик 27
ГЛАВА 2. Новые геоэкозащитные средства гидроалюминаты и нефелиновые техногенные продукты, способные поглощать ионы тяжелых металлов и количественная оценка снижения негативного воздействия при строительстве оснований и площадок для малой авиации 30
2.1 Геокозащитные решения 30
2.2 Геоэкозащитные средства 31
2.3 Апробация 46
2.4 Статистическая обработка результатов исследования 49
2.5 Выводы по главе 60
ГЛАВА 3. Обезвреживающий органо-минеральный комплекс и новые геоэкозащитные технологические решения на его основе. количественная оценка снижения негативного воздействия при реконструкции железнодорожных путей 62
3.1 Геокозащитные решения 65
3.2 Геоэкозащитные средства 66
3.3 Апробация 70
3.4 Выводы по главе 74
ГЛАВА 4. Технология обезвреживания грунта, загрязненного нефтепродуктами и ионами тяжелых металлов путем укрепления его фосфатными цементами
4.1 Геокозащитные решения 75
4.2 Геоэкозащитные средства 76
4.3 Апробация 85
4.4 Выводы по главе 86
ГЛАВА 5. Предотвращенный экологический ущерб от загрязнений земель ионами тяжелых металлов, фенолом, нефтью и нефтепродуктами 87
5.1 Определение общей величины предотвращенного экологического ущерба 89
5.2 Определение величины предотвращенного частного экологического ущерба 92
5.2.1 Земельные ресурсы 92
5.3 Расчет предотвращенного экологического ущерба от ухудшения и разрушения почв при складировании отработанных деревянных шпал 94
5.4 Расчет предотвращенного экологического ущерба от ухудшения и разрушения почв при загрязнении нефтепродуктами и ионами тяжелых металлов малой авиации 96
5.5 Расчет предотвращенного экологического ущерба от ухудшения и разрушения почв при нефтедобыче 97
5.6 Выводы по главе 104
Общие выводы 106
Литература
- Постановка, цели и задачи работы
- Геоэкозащитные средства
- Геоэкозащитные средства
- Геоэкозащитные средства
Введение к работе
Актуальность работы и направленность исследований. В связи с тем, что в настоящее время в транспортном строительстве используются большие земельные участки, проблема загрязнения территорий приобретает все более острый характер.
Поскольку масштабы строительства не снижаются, а, наоборот, увеличиваются, следует ожидать еще большего загрязнения окружающей среды различными органическими и неорганическими веществами. Так, например, еще недавно при производстве строительных транспортных работ, связанных с укреплением грунтов, применяли токсичные смолы, которые при строительстве и реконструкции железных дорог, проникают в почву из пропитанных деревянных шпал, загрязняя ее. Замена отработанных деревянных шпал (ОДШ) на железобетонные, приводит, в свою очередь, к скоплению вдоль трасс большого количества отработанных деревянных шпал, что еще больше увеличивает концентрацию загрязнений в почве.
Решить проблему защиты окружающей среды от негативного воздействия транспортного строительства призваны проводимые в настоящее время многочисленные исследования. Это и определяет актуальность данной работы.
Анализируя возникающие при ведении строительных работ геоэкологические проблемы, можно сделать вывод о том, что в их решение, безусловно, большой вклад могли бы внести знания о новых геоэкозащитных свойствах веществ, используемых в строительстве. При открытии таких свойств материалы, применяемые для строительства, могут быть использованы не только для решения технических задач. Одновременно они будут выполнять и функцию геоэкозащиты, снижая негативное воздействие строительной деятельности на окружающую среду.
Такие работы по защите природно-техногенных систем на основе использования новых геоэкозащитных свойств веществ минеральных материалов, начиная с 90-х годов XX века, проводит в ПГУПС кафедра «Инженерная химия и естествознание».
В работах профессоров Л.Б. Сватовской, В.Я. Соловьевой, А.В. Панина, М.В. Шершневой, к.т.н. Е.И. Макаровой, Н.А. Бабак впервые были обнаружены и количественно определены геоэкозащитные свойства уже известных материалов - гидросиликатов кальция и магния (по нефтезагрязнениям и ионам тяжелых металлов). Введение этих продуктов в строительные технологии позволило использовать их в качестве средств для защиты природно-техногенных систем от различных загрязнений.
Данная работа проводилась в развитие этих исследований и посвящена рассмотрению веществ и материалов другой группы, также обладающих геоэкозащитными свойствами, которые могут быть использованы в различных строительных технологиях.
Тема выполненной работы соответствует п.п. 5.6 и 5.7 паспорта специальности «Геоэкология» (в строительстве и ЖКХ).
Цель диссертационной работы - повышение геоэкологической защиты от негативного воздействия транспортного строительства на окружающую среду путем создания специальных геоэкозащитных площадок и оснований.
Идея работы: защита природно-техногенных систем транспортного строительства путем использования в них геоэкозащитных средств, выполняющих одновременно со строительной и геоэкозащитную функцию.
Основные задачи работы:
выявление новых геоэкозащитных средств, способных обезвреживать ионы тяжелых металлов, нефтезагрязнения и другие органические вещества, количественная оценка снижения негативного воздействия на природно-техногенную систему при транспортном строительстве;
разработка технологии обезвреживания грунта, загрязненного нефтепродуктами и ионами тяжелых металлов в процессе его укрепления;
опытно-промышленная апробация предложенных решений и оценка предотвращенного экологического ущерба при использовании новых геоэкозащитных средств.
Научная новизна работы:
разработаны новые геоэкозащитные средства для природно-
техногенных систем транспортного строительства с использованием:
алюминатных цементов, образующих гидроалюминаты;
нефелиновых техногенных продуктов, образующих гидросиликаты;
искусственно полученных окисленных ПАН-волокон;
гашеной извести,
способные поглощать ионы тяжелых металлов, нефте- и другие органические загрязнения. Эти средства, в дальнейшем использованные в технологии строительства специальных площадок и оснований для складирования ОДІТІ, позволили снизить негативное воздействие на окружающую среду транспортного строительства;
впервые определены и количественно исследованы геоэкозащитные
свойства по поглощению ионов кадмия, меди, свинца и бария:
для нефелинового техногенного продукта оно составляет соответственно, мг/г: 8,23,8,43,14,5,11,5;
для гидроалюминаткальциевых веществ оно составляет соответственно, мг/г: 8,24-9,22, 8,42-8,43, 14,50-18,77,7,32-7,72;
по обезвреживанию:
нефтезагрязнений - искусственно полученным окисленным ПАН-волокном -10,3 мг/г;
- фенола - гашеной известью - 14,3 мг/г;
разработан новый способ снижения негативного влияния на природно-
техногенные системы при строительстве транспортной инфраструктуры, основанный на одновременном обезвреживании нефтезагрязнений, ионов тяжелых металлов и упрочнении грунта фосфатными вяжущими. На защиту выносятся:
-
новые геоэкозащитные средства - гидроалюминаты и нефелиновые техногенные продукты, способные поглощать ионы тяжелых металлов и количественная оценка снижения негативного воздействия при строительстве оснований и площадок для малой авиации. Результаты исследования статической емкости геоэкозащитных средств;
-
обезвреживающий органо-минеральный комплекс и новые геоэкозащитные технологические решения на его основе. Количественная оценка снижения негативного воздействия при реконструкции железнодорожных путей. Результаты исследования статической емкости геоэкозащитных. средств этого комплекса;
-
технология обезвреживания грунта, загрязненного нефтепродуктами и ионами тяжелых металлов путем укрепления его фосфатными цементами.
Методы исследований
В качестве основных методов исследования применялись:
экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях;
современные физико-химические методы анализа: рентгенофазовый, дериватографический, ИК-спектрометрия и рН-метрия;
физико-механические методы испытаний обезвреженных систем.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена использованием общепринятых, апробированных и законодательно рекомендованных методик и методов проведения исследований, подтверждена сходимостью экспериментальных данных с теоретическими исследованиями и результатами исследования других авторов.
Практическая значимость работы:
научно-практические результаты работы могут быть использованы при проектировании, строительстве и реконструкции объектов транспортного строительства в различных регионах страны. Их внедрение способствует снижению негативного воздействия на окружающую среду;
разработанные геоэкозащитные средства для транспортного строительства защищены патентами РФ № 2394002, № 2396230, № 2396229, № 2378219 и положительным решением о выдаче патента №2010119879/05;
величина предотвращенного экологического ущерба при использовании предложенных геоэкозащитных средств и решений для природно-техногенных систем транспортного строительства и реконструкции составила 27,245 млн руб/год;
материалы диссертационной работы вошли в практическое пособие
(Кондратов А.А. и др. Обезвреживание ионов тяжелых металлов из стоков, образующихся при транспортном и промышленном строительстве. -ПГУПС2011).
Личный вклад автора работы заключается в постановке цели, формулировке задач и разработке методики исследований; выполнении теоретических и экспериментальных исследований по определению поглотительной способности строительных техногенных образований; разработке технологических решений для защиты почв и грунтовых вод от нефтезагрязнений и ионов тяжелых металлов при строительстве временных геозащитных строений специального назначения; эколого-экономической оценке предлагаемых технологических решений.
Реализация результатов работы:
геоэкозащитные решения с использованием новых геоэкозащитных средств внедрены в ВЧ-14276, ВЧ-83533, ТЧ-10 и ООО «Ламор-Югра» и подтвердили предотвращение негативных последствий для окружающей среды при транспортном строительстве и реконструкции;
научные и практические результаты работы нашли свое применение при создании специальных геоэкозащитных площадок и оснований, где использовались средства разной природы и технологий, защищающие почву от попадания в нее ионов тяжелых металлов и нефтезагрязнений.
По результатам опытно-промышленной апробации получены соответствующие акты.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и
обсуждались: на научно-технических конференциях в ПГУПС: «Неделя
науки-2009», «Неделя науки-2010», «Неделя науки-2011»; на
Международной научно-практической конференции «Техносфера и
экологическая безопасность на транспорте» (СПб.: ПГУПС, 2008 и 2010), на
Первой Международной научно-технической конференции
«Нанотехнологии в строительном материаловедении» (СПб., 2009), на 17-й Международной конференции «IBAUSIL» (Германия, Веймар, сентябрь 2009), на XI Окружной конференции молодых ученых «Наука и инновации XXI века» (г. Сургут, ноябрь 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 научных работ в международных и отраслевых журналах и изданиях, в том числе 3 в изданиях по списку, рекомендованному ВАК РФ; одно практическое пособие по материалам диссертации. Получено 11 патентов РФ и одно положительное решение на изобретение.
Структура и объем работы
Диссертационная работа изложена на 120 страницах, состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений, 26 рисунков, 31 таблицы. В списке литературы приведено 132 источника.
Постановка, цели и задачи работы
Природа - целостная система с множеством сбалансированных связей. Нарушение этих связей приводит к изменению установившихся в природе круговоротов веществ и энергии. Современным обществом в производство и потребление вовлекается такое количество вещества и энергии, которое в сотни раз превосходит биологические потребности человека, что и является основной причиной современного экологического кризиса (высокий уровень и быстрое нарастание антропогенной нагрузки на окружающую природную среду) [1-5].
Сегодня производственная деятельность человечества связана с использованием разнообразных природных ресурсов, охватывающих большинство химических элементов. Усиление техногенного воздействия на природную среду породило ряд экологических проблем. Самые острые связаны с состоянием атмосферы, гидросферы и литосферы. Некоторые «изменения», такие как загрязнение почвы или воды, могут непосредственно влиять на здоровье и жизнедеятельность организма. Другие чреваты косвенными эффектами, например, выбросы углекислого газа сказываются на климате, что в свою очередь отражается на производстве продуктов питания; сдвиги в концентрации биогенов приводят к гибели одних популяций и бурному размножению других [6,7].
Транспорт - один из важнейших компонентов общественного и экономического развития, поглощающий значительное количество ресурсов и оказывающий серьезное влияние на окружающую среду. Услуги транспорта играют важную роль в экономике и повседневной жизни людей. Использование практически всех видов транспорта на всех континентах возрастает и по объему перевозимых грузов, и по количеству тонно-километров, и по числу перевозимых пассажиров [8, 9].
Транспортная система России включает железнодорожный, автомобильный, внутренний водный, морской, трубопроводный, воздушный транспорт. Особыми видами транспорта может быть назван электронный (ЛЭП).
Железнодорожный транспорт наиболее эффективен для перевозки грузов на средние и дальние расстояния, а также пассажиров в пригородах и на средние расстояния. По грузообороту среди универсальных видов транспорта он стоит на первом месте, в целом уступая только трубопроводному. В настоящее время длина железных дорог в России приближается к 90 тыс. км. Почти 45 % всей протяженности электрифицировано. Если по протяженности железных дорог наша страна уступает США и Канаде, то длина электрифицированных дорог наибольшая в мире. Размещение железнодорожной сети по территории России неравномерно. Наиболее густая сеть характерна для европейских районов, за исключением Северного. На востоке плотность железных дорог оказывается ниже примерно в 10 раз. Железнодорожный транспорт является основным по перевозке таких грузов, как каменный уголь, кокс, руда, минеральные удобрения, цемент, черные металлы, лесные грузы, зерно [10-19]. Автомобильный транспорт, по абсолютному количеству перевезенных грузов, занимает первое место, хотя является достаточно дорогим. Он более маневренный, чем железнодорожный, поэтому позволяет довозить грузы до каждого потребителя. В связи с этим он используется чаще всего для перевозок на малые и средние расстояния. В последнее время увеличивается значение дальних перевозок. Общая протяженность автодорог около 500 тыс. км, но качественных (европейского класса) не более 10 тыс. км. Особое значение автомобильный транспорт имеет для перевозки пассажиров на небольшие расстояния — внутригородское и пригородное сообщение [20-24].
По грузообороту морской транспорт уступает позиции только трубопроводному и железнодорожному, так как расстояния, на которые перевозится груз, достаточно велики (среднее расстояние перевозки 1 т груза 4,5 тыс. км). Этот вид транспорта самый дешевый. Перевозятся в основном массовые и объемные грузы (нефть, руда, уголь). С распадом СССР российское морское побережье резко сократилось, что привело к утрате многих современных портовых комплексов (Таллин, Одесса — Ильичевск, Клайпеда, Вентспилс). Почти половину всех морских грузов сейчас переваливают на Дальнем Востоке (Владивосток, Находка, Ванино, Петропавловск-Камчатский) [39-42]. На втором месте Азово-Черноморский бассейн с крупнейшим нефтеналивным портом страны — Новороссийском, а также Туапсе и Таганрогом. Примерно равные доли переваленных грузов имеют порты Северного Ледовитого океана (Мурманск, Архангельск, Игарка, Дудинка, Тикси и др.) и Балтийского моря (Санкт-Петербург — крупнейший российский универсальный порт, Выборг, Калининград). На Каспийском море действуют порты Астрахани и Махачкалы.
Речной транспорт. Крупнейшая водная система страны — бассейны Волги, Дона и рек, выходящих в Балтийское и Белое моря. Внутренний водный транспорт обеспечивал завоз необходимых грузов в районы, не имеющие других видов транспорта, или же перевозку массовых дешевых грузов (строительные материалы, зерно). Но в период экономических реформ оказался нерентабельным.
Авиационный транспорт ориентирован в основном на перевозку пассажиров на дальние расстояния или на транспортировку грузов скоропортящихся, требующих быстрой доставки или же имеющих высокую стоимость. Крупнейшими авиатранспортными узлами являются: Москва, Санкт-Петербург, Уфа, Самара, Екатеринбург, Минеральные Воды, Сочи, Нижневартовск, Новосибирск, Красноярск, Иркутск, Хабаровск, Владивосток.
С другой стороны аэродромы, на которых базируется малая авиация, в настоящее время переживают не самые блестящие времена. Перестройка и постперестроечная разруха отразились на гражданской и военной авиации далеко не лучшим образом. В те годы закрылось более 1000 аэродромов, и это в стране, занимающей 1/6 часть суши, где существует единственная дорога, связывающая запад и восток - Транссиб.
Геоэкозащитные средства
Нефелиновые и гидроалюминатные техногенные средства наиболее эффективно могут использоваться на песчаном грунте. Для глиносодержащих грунтов, для большего геоэкозащитного эффекта целесообразно применять фосфатные связующие. Укрепление глиносодержащих грунтов фосфатами происходит за счет взаимодействия фосфат-ионов с глинистой алюмосиликатной составляющей частью грунтов с образованием при этом фосфатного цемента, который представляет собой полиминеральный комплекс водостойких соединений. Этому методу посвящены работы профессоров П.П. Будинкова, В.М. Кнатько, ученых Технологического института под руководством профессора М.М. Сычева, а также работы кафедры «Инженерная химия и естествознание» ПГУПС. Эти составы нами доработаны с целью повышения их геоэкозащитных свойств. Получены патенты РФ Х 2394002, 2396230.
Геоэкозащитное решение с использованием нефелинового и гидроалюминатного средств было опробовано на объекте внедрения в Сибири (ВЧ-14276 г. Ангарск).
Строительство фрагмента геоэкозащитной площадки на песчаной основе размером 2x3 м было осуществлено на территории ВЧ-14276. При этом снимался верхний слой дерна (гумусовый слой) на глубину 0,25 м. Местный песчаный грунт перемешивался с нефелиновым вяжущим, полученным по технологии кафедры «Инженерная химия и естествознание» ПГУПС, затворялся водой при жидко-твердом (Ж/Т) отношении, равном 0,3, а затем укладывался на прежнее место. Для создания скрытой площадки, что требовалось по условию эксперимента, сверху укладывался слой ранее снятого дерна. При осмотре площадки через 28 суток было обнаружено, что растительный покров полностью закрывал закрепленную площадку, видимые изменения отсутствовали. Выломки из площадки были проверены на способность поглощения ионов тяжелых металлов. Испытания натурных образцов (выломка из площадки) показали, что происходит поглощение ионов тяжелых металлов, при этом осуществляется функция геоэкозащиты как в процессе эксплуатации площадки, так и после ее разрушения во времени. На технологическое решение по строительству геоэкозащитной площадки получен акт внедрения в ВЧ-14276.
При опытном строительстве фрагмента геоэкозащитной площадки из песчаного грунта ячеистым (сотовым) методом на территории ВЧ-14276 использовался быстротвердеющий алюминатный цемент. Фрагмент площадки изображен на рис. 2.11, размер 2x3 м.
Для сотовых структур глубина укрепления составляла 0,3-0,35 м. Растительный покров для сотовых структур не снимался, рассечение почвы и выемка песчаного грунта проводились ручным методом. Приготовленная смесь из песчаного грунта и алюминатного цемента в соотношении 4:1 перемешивалась, затворялась водой при Ж/Т, равном 0,45-0,55 и укладывалась в щелевые отверстия, сделанные в гумусовом слое почвы, шириной 5 см. Консистенция смеси была свободно-текучей (литой). При осмотре площадки через 28 суток растительный покров полностью закрывал ячеистую структуру площадки, видимые изменения отсутствовали. Выломки из площадки были проверены на способность поглощать ионы тяжелых металлов. Испытания показали, что гидроалюминатное геоэкозащитное средство так же, как нефелиновое, способно обезвреживать ионы тяжелых металлов, при этом продукты разрушения могут оставаться в литосфере. На геоэкозащитное технологическое решение по строительству специальной площадки получен акт внедрения в ВЧ-14276.
При опытном строительстве площадки из глиносодержащего грунта размером 2x3 м, в той же ВЧ-14276, снимался верхний слой дерна на глубину 0,25м. При этом был использован местный глинистый грунт, который перемешивался культиватором с Ре(П)-компонентом, затворялся фосфорной кислотой плотностью 1,25 г/см3 при жидко-твердом (Ж/Т) отношении, равном 0,35. Для создания скрытой площадки сверху укладывался слой ранее снятого дерна.
Через 28 суток растительный покров полностью закрывал закрепленную площадку. Испытания натурных образцов из площадки показали, что фосфатный материал не выделяет в окружающую среду ионы тяжелых металлов. На геоэкозащитное технологическое решение по строительству площадки получен акт внедрения в ВЧ-14276.
Таким образом, при использовании фосфатных связующих и глиносодержащего грунта, а также нефелиновых техногенных продуктов, алюминатных цементов и песчаного грунта, строительные объекты выполняют геоэкозащитную функцию, то есть, во-первых, они препятствуют попаданию ионов тяжелых металлов в почву, во-вторых, после разрушения площадки фосфаты не загрязняют почву, так как образуются труднорастворимые соединения, а продукты гидратации нефелинового техногенного продукта и алюминатных цементов продолжают поглощать ионы тяжелых металлов. 2.4 Статистическая обработка результатов исследования
Для проверки результатов гипотезы теоретических положений по использованию техногенных продуктов для обезвреживания загрязнений в главе даны результаты экспериментальных исследований. Рассматривается планирование экспериментальных исследований, методика их проведения и оценивается достоверность полученных теоретических и экспериментальных результатов.
Геоэкозащитные средства
Как уже отмечалось, в настоящее время при реконструкции железнодорожных линий, происходит замена старых деревянных шпал на железобетонные, в результате чего образуется большое количество отработанных деревянных шпал (рисунок 3.1).
На основании исследований, проведенных кафедрой «Инженерная химия и естествознание» ПГУПС под руководством Сватовской Л.Б., в таблице 3.2 представлен анализ экологической обстановки по отработанным деревянным шпалам, который показал, что необходимы новые природоохранные технологические решения, с помощью которых можно изолировать отработанные деревянные шпалы от окружающей среды.
Основные виды деревянных шпал и их размеры представлены в таблице 3.3. По данным Русановой Е.В. за 1 год одна ОДШ выделяет в среднем 472 мг фенола, при ПДК на фенольный индекс 0,25 мг/л, и 1424 мг нефтепродуктов при ПДК 0,1 мг/л. Кроме того, придорожная полоса существенно загрязнена ионами тяжелых металлов. Таблица 3.2 - Экологическая обстановка на некоторых железных дорогах Росси
Наименование железной дороги Количество заменяемых шпал, шт/год Загрязнение с 1 шпалы, г Валовые загрязнения
Существуют различные способы изолирования шпал от окружающей среды [83], одним из которых является создание могильника - замкнутой емкости, выполненной из монолитного высокоплотного бетона, внутри которой помещают отработанные деревянные шпалы. Автор предлагает использовать следующие размеры могильников 6x6x3 м и 12x12x3 м. Однако для временного складирования ОДШ размеры таких могильников нецелесообразны. Предлагается новое технологическое решение создания геозащитных площадок для временного складирования отработанных деревянных шпал.
Нами предложено геоэкозащитное технологическое решение, которое включает в себя варианты геозащиты, с использованием геоэкозащитных средств в виде органо-минерального комплекса, приводящих к обезвреживанию загрязнений от ОДШ на срок, необходимый для изъятия шпал на переработку, который может быть до 10 лет.
Основная задача в данном случае состояла в подборе геоэкозащитных средств, входящих в состав органо-минерального комплекса, нейтрализующих загрязнение фенолом, нефтепродуктами и ионами тяжелых металлов. Для последних возможно использование, в том числе и гидросиликатов нефелинового техногенного продукта, свойства которого количественно оценены в данной работе. В качестве геоэкозащиты от нефтезагрязнений могут быть использованы природные вещества, которые применяются, в фильтрах на автозаправочных станциях, например, асбестовые или искусственно полученные волокна, такие как ПАН-волокно. Нами было предложено использовать термообработанное при 300 С ПАН-волокно, статическая емкость которого по нефтезагрязнениям соответствует значению 10,3 мг/г.
Известно, что полиакрилонитрил (ПАН) представляет собой линейный полимер. Наличие нитрильных групп обеспечивает относительно сильное межмолекулярное взаимодействие, что выражается в достаточно высокой температуре стеклования ПАН (около 120 С) и затрудняет формование волокон при более низких температурах. Для понижения температуры стеклования часто используются сополимеры ПАН с другими мономерами (до 10 % метилакрилата или винилацетата). Понижение температуры стеклования позволяет вести вытяжку волокон в кипящей воде. Формование ПАН-волокон ведется в основном по «мокрому способу» — путем растворения полимера и пропускания раствора сквозь фильеры в специальную ванну, где из раствора образуются волокна. Наличие нитрильных групп приводит к низкой растворимости ПАН, поэтому для его растворения используют полярные растворители. Полученное волокно проходит стадии промывки, вытяжки и сушки. ПАН волокно может быть получено и сухим способом (методом сухого формования). При этом способе раствор полиакрилонитрила подается в вертикальную шахту, в которой встречный поток горячего воздуха уносит основную массу растворителя. Моноволокна группируются в волокно с абсолютно неупорядоченной структурой.
Для проведения эксперимента по обезвреживанию нефтепродуктов ПАН-волокном был приготовлен раствор, содержащий 2 г/100 мл нефти. В этот раствор добавлялось 1 г, 3 г и 4 г на 100 мл ПАН-волокна. Было установлено оптимальное время контакта - 15 мин.
Для очистки от фенола с учетом сегодняшних знаний была опробована гашеная известь (Са(ОН)2), при этом имелось ввиду образование фенолята кальция, как менее опасного соединения, по сравнению с фенолом (класс опасности фенола 2). Опыты, проведенные совместно с экоаналитической лабораторией центра сертификации производственных объектов ООО «ЭАЛ ЦСПО», позволили установить статическую емкость гашеной извести по фенолу, которая составила- 14,3 мг/г.
Для проведения экспериментов по обезвреживанию фенола был приготовлен модельный раствор с содержанием фенола 2 г/л. В раствор с фенолом добавлялось 3 г и 6 г на 100 мл гашеной извести. Оптимальное время контакта было установлено — 15 мин.
На основании полученных данных по защите литосферы от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов и фенола был составлен и испробован защитный комплекс состава: гидросиликаты кальция, ПАН-волокно и гашеная известь. В 100 мл раствора содержащего ионы тяжелых металлов, нефтепродукты и фенол добавлялись 3 г нефелинового техногенного продукта, 6 г гашеной извести и 1 г ПАН-волокна. Затем раствор с защитным комплексом перемешивался в течение 15 мин и анализировался на содержание в нем загрязнений. Из полученных результатов можно сделать вывод, что нефелиновый техногенный продукт, ПАН-волокно и гашеную известь можно совместно использовать в качестве геоэкозащитного комплекса, обладающего требуемыми параметрами по защите литосферы от загрязнений органической и неорганической природы (рисунок 3.4).
Геоэкозащитные средства
Расчет предотвращенного экологического ущерба от ухудшения и разрушения почв и земель под воздействием антропогенных нагрузок в виде отработанных деревянных шпал выражается в деградации почв и земель при их складировании, а также в загрязнении земель химическими веществами.
Для оценки предотвращенного экологического ущерба от ухудшения и разрушения почв и земель под воздействием антропогенных нагрузок была определена площадь, необходимая для размещения 700 тыс. отработанных деревянных шпал, ежегодно заменяемых по Октябрьской железной дороге.
По правилам пожарной безопасности на железнодорожном транспорте и по разработанным и согласованным с пожарной охраной дороги технологическим картам, размеры штабелей шпал не должны превышать по длине и ширине длину шпалы, а по высоте 4 м. Для временного складирования деревянных шпал, исходя из их размеров, рационально размещать 10 шпал на площадь в 9 м2 и по высоте в 10 рядов, что составляет 100 шпал на 9 м2. Таким образом, площадь (S), необходимая для размещения 700 тыс. ОДШ составит 6,3 га. Следовательно, 6,3 га земли не будет захламлено ОДШ, загрязнено химическими веществами такими, как нефтепродукты, фенол и ионы тяжелых металлов и не будет в конечном итоге деградировано.
Расчет величины предотвращенного ущерба от деградации почв и земель проводился по формуле (9). Из таблицы 5.2.1 норматив стоимости освоения новых земель Нс для Санкт-Петербурга и Ленинградской обл. составляет 81 тыс.руб/га. Коэффициент экологической ситуации и экологической значимости Кэ = 1,3 (таблица 5.2.2). S = 6,3ra (0,01 га = 100 м2) Коэффициент для особо охраняемых территорий Кп = 1 (таблица 5.2.3). Тогда величина предотвращенного ущерба от деградации почв и земель на рассматриваемой территории за год по формуле (9) составит в ценах на 1999 год: Ш; =81»6,3»1,3«1 = 663, 39 тыс. руб. 2. Расчет величины предотвращенного ущерба от загрязнения земель химическими веществами проводился по формуле (10). ПХІ = (81«6,3»1,3»1)»3 = 1990, 17 тыс. руб. Таким образом, суммарная величина предотвращенного ущерба от ухудшения и разрушения почв составляет по формуле (8): П; = 2653,56 тыс.руб. С учетом поправочного коэффициента инфляции, равного 1,93 эта сумма в ценах на 2011 год составляет: 5121, 37 тыс. руб.
Тогда общая величина предотвращенного экологического ущерба без учета воздействия на атмосферный воздух, водные объекты и биоресурсы составит в ценах на 2011 год по формуле (1) - 12803.43 тыс. руб., так как К; -корректировочный коэффициент, учитывающий экологическое состояние территории (природно-территориального комплекса), потери экологического качества окружающей среды в результате хозяйственной деятельности в і-том регионе, определяется в соответствии с таблицей 5.2.4 и составляет 2,5. 5.4 Расчет предотвращенного экологического ущерба от ухудшения и разрушения почв при загрязнении нефтепродуктами и ионами тяжелых металлов малой авиации
Расчет предотвращенного экологического ущерба от ухудшения и разрушения почв и земель под воздействием антропогенных нагрузок в виде загрязнений от малой авиации выражается в деградации почв и земель, а также в загрязнении земель химическими веществами.
Для оценки предотвращенного экологического ущерба от ухудшения и разрушения почв и земель под воздействием антропогенных нагрузок была определена площадь (S), необходимая для размещения техники малой авиации, которая составила 2,0 га.
Расчет величины предотвращенного ущерба от деградации почв и земель проводился по формуле (9). Из таблицы 5.2.1 норматив стоимости освоения новых земель Нс для Ачинска составляет 188 тыс.руб/га. Коэффициент экологической ситуации и экологической значимости Кэ = 1,1 (таблица 5.2.2). Коэффициент для особо охраняемых территорий Кп = 1 (таблица 5.2.3). Тогда величина предотвращенного ущерба от деградации почв и земель на рассматриваемой территории за год по формуле (9) составит в ценах на 2011 год: Ш, =188 2,0 1,1 1,0 = 413,6 1,93 = 798,25 тыс. руб. 2. Расчет величины предотвращенного ущерба от загрязнения земель химическими веществами (нефтепродуктами и ионами тяжелых металлов) проводился по формуле (10). Пх, = (188 2,0 1,1 1,0) 2 = 827,2 1,93= 1596,50 тыс. руб. Таким образом, суммарная величина предотвращенного ущерба от ухудшения и разрушения почв в ценах на 2011 год составляет по формуле (8): ПІ = 2394,75 тыс.руб. Общая величина предотвращенного экологического ущерба без учета воздействия на атмосферный воздух, водные объекты и биоресурсы составит в ценах на 2011 год по формуле (1) - 5986,88 тыс. руб. при К; = 2,5 (по таблице 5.2.4) - корректировочном коэффициенте, учитывающем экологическое состояние территории (природно-территориального комплекса), потери экологического качества окружающей среды в результате хозяйственной деятельности в і-том регионе.
Расчет предотвращенного экологического ущерба от ухудшения и разрушения почв и земель под воздействием антропогенных нагрузок в виде загрязнений при нефтедобыче выражается в деградации почв и земель, а также в загрязнении земель нефтью. Для оценки предотвращенного экологического ущерба от ухудшения и разрушения почв и земель под воздействием антропогенных нагрузок была определена общая площадь (S), загрязняемая нефтью при добыче, которая составила 3 га.
Похожие диссертации на Геоэкологическая защита от негативного воздействия транспортного строительства на окружающую среду
