3 Забруднення підземних вод в результаті зміни ландшафтів

1. Забруднення підземних вод у результаті антропогенної зміни ландшафтів. Накопичувачі рідких відходів.

2. Стадії забруднення підземних вод.

3. Потужність шарів водоносних горизонтів – фактор, що регламентує місткість ЗР у промислових накопичувачах відходів.

Серед техногенних джерел, що ведуть до зміни ландшафтів, особливу небезпеку представляють поверхневі наземні ємності, призначені для нагромадження та складування рідких і твердих відходів.

Пристосовані вони до природних і штучних поглиблень рельєфу й обваловані (обнесені) дамбами.

Приймачі відходів входять у систему промислової каналізації підприємств хімічної, металургійної, гірничодобувної, нафтохімічної, целюлозно-паперової, фармацевтичної та інших промислових галузей.

Як приймачі рідких відходів часто розглядаються поля фільтрації і поля зрошення стічними водами.

1. Ставки – накопичувачі, випаровувачі, буферні ставки. Служать для скидання в них і нагромадження з наступним частковим скиданням у водотоки.

Якщо зі ставка йде постійне скидання в ріку чи водойму транзитом, то ставок називають буферним.

Площі їхні складають від n^*1 км² до n^*10 км². Глибина може складати від 3 до 40 м. Термін заповнення – 15-20 років. На днищах – рідкі слабопроникні екрани.

2. “Білі моря” – для складування рідких і твердих відходів (пульпи) содових і содово-цементних заводів (на поверхні утворюється біла плівка від солей хлоридів з мінералізацією 150-200 г/л). Пульпа накопичується близько 10-12 місяців, а скидання продовжується 1-2 місяця. Днище екранується глинистими породами товщиною до 40 см і обваловується. Розташовують на терасах (площа n^*10⁴ км²).

3. Хвостосховища. Можуть бути рівнинні, ярово-балкові. Тверда частина осідає, а прояснена рідка частина йде в оборотне водопостачання. При розтіканні пульпи утворюються хвости (осідання твердих часток: великі – середні – маленькі). Можуть займати кілька км².

Склад СВ залежить від виробництва (наприклад, рудозбагачуючі комбінати: НCl, H₂SO₄, цинковий і мідний купорос, феноли).

4. Шламонагромадження (шлакосховища) – великі земляні спорудження, що займають значні площі, глибиною до 50 м і терміном експлуатації більш 25 років. Служить для прийняття твердих відходів металургійної промисловості – шламів, що подаються гідравлічним способом. Разом зі шламом подається багато СВ, що освітлюються, охолоджуються і перемішуються.

Шлам – суспензія дрібних (до 10-40 мм) часток у воді; порошки й осадки, що утворюються при електролізі Cu, Zn і т.д.

5. Поля зрошення Служать для очищення СВ фільтрацією й одночасно утилізацією шляхом зрошення і вирощування с/г культур На комунальних полях зрошення – очищення, на хліборобських – очищення значення не має, використовуються СВ.

6. Поля фільтрації. Тільки на піщаних ґрунтах. Для очищення СВ навантаження складає 80-300 м³ на га за добу.

7. Полігони твердих побутових відходів (ТПВ). На полігонах утворюються фільтрати, що забруднюють підземні води.

8. Золовідвали (шламовідвали) – займають великі площі земляних ємностей, де складуються відходи від електростанцій; характерним елементом є Са. У великих кількостях у них накопичуються Si , Al₂O₃, Fe₂O₃

Процеси забруднення підземних вод відбуваються в 3 стадії:

1) прохідна фільтрація зі сховища ПВ (приймача відходів). СВ інфільтруються крізь зону аерації, у результаті чого на поверхні ҐВ починається процес утворення “бугра” забруднених вод. Вільна фільтрація продовжується доти, поки потік зі сховища відходів не зімкнеться з горизонтом підземних вод. Тривалість вільної фільтрації близько 1-2 роки. Разом з ростом “бугра” забруднених вод відбувається їх розтікання горизонтом ҐВ;

2) змішування змінених із ґрунтовими;

3) рух забруднених вод і розподіл ЗР водоносним горизонтом. У цей час відбувається формування ділянки забруднення водоносного горизонту.

Формування зони забруднення підземних вод – це складні гідродинамічні і фізико-хімічні процеси , що залежать від багатьох факторів.

3.1 Регламентація місткості ЗР у промислових накопичувачах

СВ, що фільтруються з накопичувача, забруднюють у першу чергу, верхню частину водоносного горизонту, потім забруднення поширюється в глибину. У малопотужних горизонтах забруднюється весь горизонт, а в горизонтах значної потужності – верхня і середня частини. Тому приймається, що змішування СВ, що фільтруються з накопичувачів у підземні води, відбувається цілком при потужності шару менш 20 м; на 80 % при 20-40 м; на 70 % при потужності шару більш 40 м.

Відстань у м (х_о), що проходять забруднені води протягом року (365 днів) вниз за потоком підземних вод

, (3.1)

де К_ф – коефіцієнт фільтрації, м/добу;

і – гідравлічний ухил;

n – пористість ґрунтів.

Якщо відома відстань (L) від краю полігона до ріки, в яку потрапляють ҐВ, то можна визначити, через скільки років забруднення досягає ріки.

, (3.2)

Відстань розподілу ЗР вгору за потоком можна прийняти приблизно рівним 100 м , а в бічні сторони – 20-200 м, тобто границя розподілу ЗР у потоці обмежується вище за течією і з боків та не обмежується нижче за потоком ҐВ.

Граничний вміст токсичних речовин у промислових рідких відходах у накопичувачі розраховується за формулою:

,(3.3)

де С_r – гранична місткість токсичної речовини в промислових рідких відходах у накопичувачі, мг/л;

С_мах – максимальна задана концентрація токсичної речовини в підземних водах під нагромаджувачем (10 гранично допустимих концентрацій (ГДК)), мг/л;

С₀ – кількість токсичної речовини в ҐВ у природних умовах, мг/л;

m – потужність водоносного горизонту, м;

К_m – безрозмірний коефіцієнт, що відображає процес змішування СВ з підземними в залежності від потужності водоносного горизонту;

L – довжина блоку накопичувача, м;

N – пористість водоносних порід;

W – річний обсяг СВ, що скидаються в нагромаджувач, м³;

0,2 W – річний обсяг СВ, що фільтрується з накопичувача, м³.

x₀=365·і·К_ф,

де К_ф – коефіцієнт фільтрації водоносних порід, м/добу;

i – гідравлічний ухил.

Т=t_е+5 – розрахунковий час, по закінченні якого концентрація токсичної речовини в підземних водах не повинна перевищувати значення С_max.

t_е – час експлуатації накопичувача (15-20 років).

5 – середня кількість років інфільтрації СВ після припинення скидання в сховище рідких відходів.

Якщо = 0, чи якщо вміст ЗР в природних умовах дуже маленький, то формула (3.3) буде мати вигляд:

, (3.4)

Для визначення абсолютно допустимої маси токсичної ЗР в накопичувачі:

, (3.5)

де G – маса токсичної речовини в накопичувачі, кг;

– граничний вміст токсичної речовини в промислових рідких відходах, мг/л;

W – річний обсяг СВ, що скидаються в накопичувач, м³.