[01-2020] Габионное сооружение для очистки ливневых стоков с железнодорожного полотна

[бабулер84]

Габионное сооружение для очистки ливневых стоков с железнодорожного полотна

САХАРОВА А.С., Петербургский государственный университет путей сообщения (ПГУПС), канд. техн, наук

Во время транспортного строительства, как правило, происходит нарушение геосферных оболочек Земли: атмосферы, гидросферы и литосферы. При прокладке и эксплуатации стальных магистралей наиболее уязвимы почва, поверхностный сток, атмосферный воздух, проживающее рядом население и животные, обитающие вблизи трассы.
Причинами загрязнения почвы являются производственная деятельность предприятий, разливы нефтепродуктов во время их транспортировки к месту назначения, аварийные разливы нефти и нефтепродуктов из цистерн [1]. Нефть при попадании в окружающую среду (грунт, почву, водоемы) подавляет важные жизненные процессы, заставляя их протекать по-другому.
Негативно влияют на окружающую природную среду ливневые и талые воды, стекающие с железнодорожного полотна. Оценить вред и выбрать способ их очистки следует еще на этапах проектирования дорожно-транспортного комплекса, поскольку содержание в них нефтепродуктов, взвешенных веществ, тяжелых металлов может достигать экологически опасных уровней.
Очевидна необходимость разработки нового типа локального сооружения для очистки ливневых сточных вод, снижающего концентрацию в них тяжелых металлов и нефтепродуктов. Оно должно состоять из габионов, наполнителя и геосинтетики. В качестве наполнителя габионов предлагается использовать геоэкозащитные материалы, которые состоят из веществ техногенного или искусственного происхождения, схожих по составу с составом земной коры и способных защитить геосферные оболочки нашей планеты (атмосферу, гидросферу, литосферу и др.) от загрязнения.

Источниками загрязнения железнодорожного полотна тяжелыми металлами служат продукты износа контактного провода при электрической тяге, рельсов и колес, в результате чего образуется металлическая пыль. В ходе мониторинга выпуска ливневых сточных вод из некоторых лотков на
Октябрьской дороге обнаружили превышения предельно допустимых концентраций (ПДК) по таким металлам, как свинец, медь, марганец и др., в 10—190 раз [2—4]. Поэтому в соответствии с существующими в России нормами и правилами ливневые стоки с железных дорог необходимо очищать.
Применение локального очистного сооружения, частично заполненного геоэкозащитным материалом, в качестве которого рекомендуется клинкер [5, 6], может решить данную проблему. На кафедре «Инженерная химия и естествознание» (ПГУПС) уже на протяжении 20 лет [7, 8] исследуют геоэкозащитные свойства различных веществ природного, техногенного и искусственного происхождения по отношению к ионам тяжелых металлов (ИТМ). Список исследованных веществ пополнил и клинкер [5].
Подробному изучению были подвергнуты четыре фракции клинкера (рис. 1). В качестве примера взяли растворы солей таких тяжелых металлов, как кадмий и свинец, концентрации которых превышали ПДК в 200 и более раз. Степень концентрации ИТМ в растворе изучали до и после взаимодействия с исследуемыми материалами на электронном анализаторе «Эксперт-001» с помощью ионоселективных электродов серии «ЭЛИС».
Из рис. 1 видно, что при увеличении фракции клинкера остаточное содержание ИТМ (при исходной концентрации ионов 10'3 моль/л) в растворе после взаимодействия с ним повышается, а это свидетельствует о снижении степени очистки. Дальнейшие опыты показали, что при концентрациях ИТМ К)'5 и 10’4 моль/л степень дисперсности на обезвреживающую способность клинкера не влияет.

Для определения количественной характеристики геозащитных свойств клинкера сотрудники кафедры ввели показатель геоэкозащитной активности Агэз, под которым понимается способность гео-экозащитного материала обезвреживать загрязнитель из окружающей среды независимо от процесса детоксикации [9]. Удельная геоэкозащитная активность равна отношению массы обезвреженных загрязнителей к единице массы материала, мг/г.
В таблице приведены значения геэкозащитной активности цементного клинкера в зависимости от различных исходных концентраций ИТМ в растворах в сравнении с эффектом очистки. Произведенные расчеты показали, что при повышении концентрации катиона металла в исходном растворе степень очистки понижается.
Изучение возможностей клинкера как геоэкоза-щитного материала по отношению к нефтепродуктам проводилось методом инфракрасной фотометрии на концентратомере нефтепродуктов ИКН-025, что дало возможность определить количество растворенных нефтепродуктов в пробе до и после взаимодействия с изучаемым материалом. Для сравнения был взят портландцемент. Проведенные исследования свидетельствуют о значительном снижении концентрации растворенных нефтепродуктов после взаимодействия с клинкером, причем эффект очистки клинкером составил 75 %, портландцементом — 50 %. Это говорит о том, что в качестве геоэкозащитной загрузки в различных водоочистных сооружениях может быть использован цементный клинкер, который снижает негативное воздействие ионов тяжелых металлов и нефтепродуктов на водные ресурсы, в том числе вблизи железнодорожного полотна.
Таким образом, клинкер можно использовать в габионном локальном очистном сооружении, устанавливаемом в полосе отвода железных дорог для очистки ливневых сточных вод с земляного полотна до их поступления в водный объект [10]. Очистная габионная установка заполняется различными каменными наполнителями в процессе строительных работ. Рекомендуется наравне со стандартной частично прибегать к загрузке из клинкера в дисперсной форме. Габионная конструкция будет состоять из трех секций (рис. 2). Две наружные секции заполняют стандартным каменным наполнителем, третью — геоэкозащитным материалом, клинкером. Внутреннюю поверхность средней секции покрывают нетканым геотекстилем, обладающим высокими фильтрационными свойствами и позволяющим беспрепятственно проходить воде. После этого секцию заполняют клинкером (рис. 3).
Для оптимального соотношения водопропускной способности и эффекта очистки загрязненных стоков, учитывая реальный уровень загрязнения на железнодорожном транспорте, была выбрана фракция клинкера 0,63—1,25 мм.
Использование приведенной конструкции позволит минимизировать загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и нефтепродуктами, накапливающимися в ливневых стоках с поверхности железнодорожного полотна.

Список источников

1. Тетельмин В.В., Язев В.А. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе: учеб, пособие. Долгопрудный: Интеллект, 2009. 352 с.
2. Байдарашвили М.М., Сахарова А.С. Метод минимизации негативного воздействия ионов тяжелых металлов на окружающую природную среду в транспортном строительстве // Новые исследования в материаловедении и экологии: сб. науч, статей. Вып. 13. СПб.: ПГУПС, 2013. С. 23-25.
3. Сахарова А.С. Минимизация негативного воздействия ионов тяжелых металлов на объектах железнодорожного транспорта: дис. ... канд. техн, наук: 03.02.08 / Моск. гос. ун-т путей сообщ. (МИИТ). М., 2013.
4. Эко- и геоэкозащита природно-техногенных систем. Теория и практика: учеб, пособие / Л.Б. Сватовская, М.В. Шершнева, М.М. Байдарашвили и др. СПб.: ПГУПС, 2016. 61 с.
5. Сахарова А.С., Байдарашвили М.М. Геозащитные свойства клинкера как промежуточного продукта получения цемента для строительства // Новые исследования в материаловедении и экологии: сб. научн. статей. Вып. 11. СПб.: ПГУПС, 2011. С. 36-41.
6. Сахарова А.С., Шабанова И.А. Исследование экозащитных свойств искусственно полученных силикатов кальция по отношению к нефтепродуктам // Актуальные вопросы промышленного, гражданского и транспортного строительства: сб. статей. СПб.: ПГУПС, 2016. С. 83-87.
7. Защита природно-техногенных систем при строительстве железных дорог / Л.Б. Сватовская, М.М. Байдарашвили, А.С. Сахарова, А.В. Петряев // Транспортное строительство. 2012. № 2. С. 9—11.
8. Сохранение геосистем транспортного строительства на базе геоэкохимических процессов / Л.Б. Сватовская, А.С. Сахарова, А.В. Петряев и др. // Профессиональное образование, наука и инновации в XXI веке: сб. трудов. СПб.: ПГУПС, 2017. С. 249-250.
9. Сахарова А.С. Учет природных факторов при практическом применении минеральных геоантидотов // Геоэкохимия защиты литосферы: материалы IV Междунар. научн.-практ. конф. СПб.: Спутник+, 2018. С. 45—47.
10. Экозащитные технологии в путевом хозяйстве / А.В. Петряев, Л.Б. Сватовская, М.М. Байдарашвили, А.С. Сахарова // Путь и путевое хозяйство. 2014. № 7. С. 28-30.


ГАБИОННОЕ СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЛИВНЕВЫХ СТОКОВ С ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОЛОТНА
Ключевые слова: локальное очистное сооружение, ливневые стоки, геоэкозащитные материалы, нефтепродукты, ионы тяжелых металлов, габионы, геосинтетические материалы.
Сахарова Антонина Сергеевна — канд. техн, наук, доцент, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I. Санкт-Петербург, Россия.
E-mail: anshelika@inbox.ru
Аннотация. В статье рассматривается новый тип локальных очистных сооружений для очистки ливневых вод, стекающих с загрязненной поверхности железнодорожного полотна, Сложный химический состав ливневых сточных вод включает в себя такие опасные загрязняющие вещества, как нефтепродукты и тяжелые металлы. Концентрации ионов тяжелых металлов в ливневых сточных водах превышают предельно допустимую концентрацию в 10—190 раз. Для решения этой геоэкологической проблемы предлагается использовать габионное локальное очистное сооружение. Это сооружение состоит из габионов, а также геоэкоза-щитного и геосинтетического материалов. Исследования показали, что цементный клинкер обладает геэкозащитными свойствами и способен обезвреживать нефтепродукты и ионы тяжелых металлов. Использование этого материала в локальном очистном сооружении позволит снизить уровень загрязнения окружающей среды вблизи железных дорог.
GABION STRUCTURE FOR STORMWATER RUNOFF TREATMENT FROM THE RAILWAY TRACK
Keywords: local stormwater runoff treatment plant, stormwater runoff, geoecoprotective materials, petroleum products, heavy metals ions, gabions, geosynthetic materials.
Sakharova Antonina — Ph.D., assistant professor, Saint-Petersburg state transport University of Emperor Alexander I, (PGUPS). Saint-Petersburg, Russia. E-mail: anslrelika@inbox.ru
Abstract. A new type of local stormwater runoff treatment plant for purification of stormwater flowing from the contaminated surface of the railway track is considered in the article. The complex chemical composition of stormwater runoff includes such hazardous pollutants as petroleum products and heavy metals. It shows that concentrations of heavy metals ions in storm sewage significantly exceed maximum allowable concentration, from 10 to 190 times. It is proposed to use gabion local stormwater runoff treatment plant to solve this geoecological problem. This construction consists of gabions, geoecoprotective material and geosynthetics. Studies have shown that cement clinker have geoecoprotective properties and can neutralize petroleum products and heavy metal ions. The use of this material in local stormwater runoff treatment plant will allow reduces environmental pollution near railways.