Отчет о научно-исследовательской работе по теме "Исследование кинетики сорбционно-десорбционных процессов и миграции веществ-поллютантов в торфе и глинистых грунтах в условиях холодного климата"

Исследования химического состава грунтовых вод и грунтов на опытных участках, организованных на заболоченной территории в окрестностях свалок твердых бытовых отходов (ТБО) малых населенных пунктов, выявили практически повсеместно устойчивое превышение содержания железа, марганца, кадмия, аммоний-иона, нефтепродуктов и общих фенолов над предельно допустимыми и фоновыми концентрациями. Указанные вещества могут служить маркерами при организации мониторинга за состоянием геологической среды в аналогичных природно-климатических условиях. Получены зависимости концентрации обнаруженных в основании свалок 21 загрязняющего вещества от концентрации веществ-маркеров, которые могут использоваться для предварительной оценки уровня загрязнения грунтовых вод. Установлено, что присутствующие в грунтовых водах вещества-поллютанты частично сорбируются растительными остатками и дисперсной фазой торфа. Получены зависимости между концентрацией этих веществ в грунтовой воде и торфе, их анализ показал, что торф сильнее сорбирует нефтепродукты и фенолы, чем железо и марганец. После осуществления мероприятий по рекультивации прослеживается постепенное снижение концентрации веществ-поллютантов во времени, как в грунтовых водах, так в торфе. Интенсивность процесса определяется видом вещества, режимом грунтовых вод и особенностями эксплуатации полигона, а концентрация в грунтовых водах зависит еще и от времени года – весной она существенно выше. Исследована водопроницаемость местных глинистых грунтов и одного из промышленных отходов, которые могут использоваться для изоляции свалок ТБО. Влияние на водопроницаемость указанных материалов циклического промерзания-оттаивания изучалось на специально разработанном приборе, позволяющем определять деформации морозного пучения и коэффициент фильтрации при движении воды как вдоль, так и поперек текстурной слоистости, возникающей при пучении образцов. Феномен существенного увеличения водопроницаемости после нескольких циклов промерзания-оттаивания следует учитывать при проектировании защитных экранов. Эксперименты показали, что под воздействием сезонного промерзания в глинистых грунтах происходит перенос загрязняющих веществ, обусловленный миграцией поровой влаги к фронту промерзания. Интенсивность миграции определяется дисперсностью грунтов, которую в свою очередь можно оценивать по максимальной гигроскопической влажности или кинетике набухания. Разработан алгоритм численного моделирования распространения поллютантов в торфяном массиве, используемом для складирования ТБО. Первый этап расчета заключается в моделировании стационарного потока грунтовых вод, определении направления и скорости их движения в каждой точке массива. Второй этап – в расчете распространения поллютантов во времени - от начала формирования свалки до момента прекращения складирования отходов или рекультивации и далее на заданный отрезок времени. Численное моделирование позволяет выполнять долгосрочный прогноз интенсивности выноса поллютантов из торфяной залежи при разном удалении свалки от места разгрузки грунтовых вод. По результатам исследований химического состава грунтовых вод и грунтов, анализа процессов миграции поллютантов в глинистых грунтах и промышленных отходах, предназначенных для изоляции свалок, подготовлены рекомендации по рекультивации участков складирования ТБО малых населенных пунктов в северных природно-климатических условиях, получен патент РФ № 2757792 на способ рекультивации таких участков.