Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методическое пособие 802

.pdf
Скачиваний:
11
Добавлен:
30.04.2022
Размер:
16.93 Mб
Скачать

Одним из способов пылеподавления является улучшение смачиваемости и слипаемости частиц пыли. Пыли карьеров горно-обогатительных комбинатов являются гидрофобными по отношению к воде, поэтому при применении воды для пылеподавления, поверхностное натяжение которой составляет 72 мДж/м2 [12], совершается ограниченное увлажнение пыли, и она может снова оказаться в воздухе карьера.

Совершенствование мероприятий по улучшению условий труда на ГОКах любого профиля всегда оставалось актуальным вопросом техносферы, особенно с ее развитием и интенсификацией. На основе исследования существующих мероприятий, на карьере горнообогатительного комбината по подавлению пылегазовых выбросов при массовых взрывах предложено сокращать пылегазовыделения путем подавления его в источнике образования, используя метод смачивания и слипания частиц пыли [13].

Вработах [14-16] Ребиндер П.А. установил правила уравнивания полярностей. На основе этого правила прогнозируют адсорбцию веществ на границе раздела фаз, а так же ориентацию молекул в адсорбционных монослоях. Начиная с этих работ принято научно обосновывать использование поверхностно-активных веществ с целью управления смачиванием. Смачивание пыли широко применяется для предотвращения выделения пыли вблизи источников ее образования на многих промышленных предприятиях и в промышленных процессах.

Молекулы поверхностно активных веществ (ПАВ) могут адсорбироваться на границе раздела фаз «жидкость - твердая частица», образуя мономолекулярную пленку, которая может снижать или повышать поверхностное натяжение. В качестве ПАВ, способствующих улучшению смачиваемости твердой поверхности, чаще всего используют органические соединения, состоящие из дифильных молекул, которые одновременно имеют гидрофобный углеводородный радикал и гидрофильные или полярные группы [13, 17].

Ребиндером П.А. с сотрудниками [15, 16] показано, что молекулярная природа поверхностей, покрытых адсорбционными слоями ПАВ, может быть изучена измерением ее смачивания (конкретно краевого угла смачивания).

Вполярной среде - воде адсорбция ПАВ приводит к гидрофилизации и на границе раздела фаз «жидкость - твердая частица» наблюдается снижение поверхностного натяжения, что, обуславливает уменьшение краевого угла смачивания, а, соответственно, ускорение процесса смачивания, и повышение агрегации частиц пыли.

Особо следует подчеркнуть, влияние концентрации ПАВ на снижение поверхностного натяжения и смачиваемость поверхности частиц пыли. Снижение поверхностного натяжения

иулучшение смачивания наблюдается только при определенной концентрации ПАВ в растворе, связи с этим необходимо определять оптимальную концентрацию ПАВ, оказывающую максимальный эффект.

С целью повышения эффективности пылеулавливания проведено исследование влияния поверхностно активных веществ на смачиваемость пыли. В настоящее время существует огромное разнообразие поверхностно-активных веществ. Исследование механизма адсорбции ПАВ на твердой фазе (частицах пыли) является самостоятельной задачей, которая в данной работе не ставилась. Основной целью работы явилось определение принципиальной возможности использования анионактивных ПАВ на основе триэтаноламиновых солей алкилсульфатов [18], которые содержат дифильные молекулы и обладают большей потенциальной возможностью улучшить смачиваемость твердых материалов (пыли) в отличие от неионогенных и катионоактивных ПАВ. Конкретно в работе использовали триэтаноламиновую соль лаурилсульфата натрия - анионактивное поверхностно-активное вещество [18].

Определение вышеназванных характеристик осуществлялось на растворах ПАВ, приготовленных с использованием дистиллированной и водопроводной воды г. Губкин. Кон-

центрация ПАВ в воде (по массе) составляла от 0,1 до 6 %. Данные измерения поверхностного натяжения (мДж/м2) приведены в табл. 1. и на рис. 1. Методика эксперимента: коэффициент поверхностного натяжения (σ) определяют на тензиометре ТD1/LAUDA на границе раздела фаз жидкость-воздух пластиной Вильгельми. Прибор позволяет сразу опреде-

270

лить значение силы поверхностного натяжения в мДж/м2. Измерения проводились в термостатированной камере при постоянной температуре 25 0С [19].

Таблица 1 Зависимость величины коэффициента поверхностного натяжения (мДж/м2)

от концентрации в растворах (масс. %)

Образец

Величина коэффициента поверхностного натяжения (мДж/м2) при концен-

воды*

 

 

трациях ПАВ в водных растворах (мас. %)

 

 

 

 

0

0,1

 

0,25

0,5

1

2

3

 

4

5

6

1

72

70

 

66

61

53

42

37

 

35

33

28

2

71

67

 

61

51

41

33

28

 

24

21

18

 

 

*1 – дистиллированная; 2 – водопроводная, отбор проб воды проводился

 

 

 

 

 

 

на территории г. Губкин

 

 

 

 

80

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

70

 

66

 

 

 

 

Образец воды 1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

м

71

 

 

61

 

 

 

 

 

 

 

ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ (мДж/

 

 

 

 

 

Образец воды 2

 

 

60

67

 

 

53

 

 

 

Величина КОЭФФИЦИЕНТА

61

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

42

37

 

 

 

 

 

 

51

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

35

 

 

 

 

 

41

 

 

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

21

18

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0.1

0.25

0.5

1

2

3

4

5

6

 

 

 

 

 

 

концентрациях ПАВ в водных растворах

 

 

(мас. %)

Рис. 1. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от концентрации триэтаноламиновой соли лаурилсульфата натрия в растворах, приготовленных с использованием: 1 – дистиллированной воды; 2 – водопроводной воды

Из приведенных данных видно, что при увеличении концентрации триэтаноламиновой соли лаурилсульфата натрия от 0,5 до 6 мас. % в воде, применяемой для орошения карьера, наблюдается снижение поверхностного натяжения с 71 до 18 мДж/м2, и это благоприятствует смачиванию пыли. При введении в воду ПАВ - триэтаноламиновой соли лаурилсульфата натрия σ уменьшается в ~ 2 раза для дистиллированной воды при концентрации ПАВ ~ 4 мас. %, а для водопроводной воды, применяемой для орошения карьера – при концентрации ~ 2 мас. %. данные табл. 2 и рис. 4 показывают, что увеличение концентрации ПАВ свыше 5 мас. % в дистиллированной и водопроводной воде не способствует дальнейшему значительному снижению поверхностного натяжения. Данное явление констатирует полное насыщение адсорбционного слоя, когда достигается предельная ориентация молекул поверхностно- активного вещества на границе раздела фаз «жидкость - твердая частица», согласно данным работы [15, 16].

Обработка растворами ПАВ в карьерах ГОКа может осуществляться орошением источника пылеобразования или пыли. Кроме этого, возможна обработка в пенном режиме (пену можно получить с помощью пеногенератора из водных растворов пенообразователей). Данный способ является более эффективным и имеет целый ряд преимуществ:

271

Во-первых, с помощью пены можно добиться изоляции непосредственно источника пылеобразования.

Во-вторых, за счет более продолжительного взаимодействия слоя пены, с пылью смачивающие свойства растворов ПАВ используются в полном масштабе по сравнению с орошением. Это обусловлено, тем, что на формирование адсорбционного слоя молекул ПАВ на поверхности раздела фаз требуется не менее 0,5 с, а капельки раствора ПАВ из форсунок долетают до зоны взаимодействия с пылью за время 0,1- 0,2 с [20].

В-третьих, силы адгезии частиц пыли с пузырьками пены всегда больше, чем с поверхностью соответствующего раствора ПАВ. Поэтому частицы пыли, особенно в сыпучем твердом материале, интенсивно переходят в жидкую фазу, легко слипаются.

В зоне контакта частиц пыли с пеной протекает интенсивное разрушение пузырьков пены, и образованный жидкий раствор ПАВ расходуется на смачивание поверхности частиц пыли, которые не вступали во взаимодействие с пузырьками пены. В результате, процесс связывания пыли протекает как во время его взаимодействия с пеной, так и в процессе взаимодействия с освобожденной из пузырьков жидкостью [20].

Результаты измерения значений краевых углов смачивания пыли Ѳ (град.) или угол контакта растворами воды в присутствии ПАВ - триэтаноламиновой соли лаурилсульфата натрия при различных концентрациях приведены в табл. 2 и на рис. 2.

Анализируя полученные результаты, можно заключить следующее, при увеличении концентрации триэтаноламиновой соли лаурилсульфата натрия от 0,5 до 6 мас. % в дистиллированной воде и воде, применяемой для орошения карьера, значение уменьшается, что свидетельствует об улучшении смачивания поверхности частиц пыли. Наибольшее умень-

шение до 25 град характерно

для растворов водопроводной воды с концентрацией ПАВ 6

мас. % в отличие от растворов

на основе дистиллированной воды составляет 43 град при

той же концентрации ПАВ. Оптимальная концентрация ПАВ для растворов, приготовленных на дистиллированной воде, для улучшения смачиваемости поверхности частиц пыли составляет ~ 4 мас. %. Для растворов, приготовленных на основе водопроводной воды, оптимальная концентрация ПАВ составляет ~ 5 мас. %. Дальнейшее увеличение концентрации ПАВ - триэтаноламиновой соли лаурилсульфата натрия не имеет целесообразности, так как значительного уменьшения не прослеживается.

Итак, в результате измерения физико-химических параметров (коэффициента поверхностного натяжения и краевого угла смачивания) для растворов воды применяемой для орошения карьеров с ПАВ рекомендуется концентрация триэтаноламиновой соли лаурилсульфата натрия ~ 4-5 мас. %, так как гидрофильные характеристики системы жидкость - твердое

вещество (пыль) повышаются ~2-3 раза.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Равновесный краевой угол вычисляется по закону Юнга:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

где

,

,

- соответственно поверхностные энергии а границе раздела фаз твёрдое ве-

щество - газ, жидкость - твёрдое вещество и жидкость - газ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

 

 

Зависимость величины краевого угла смачивания Ѳ (град.)

 

 

 

 

 

 

 

 

от концентрации ПАВ в растворах (масс. %)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Образец

 

Величина краевого угла смачивания Ѳ (град.) при концентрациях ПАВ в

 

 

 

 

 

водных растворах (мас. %)

 

 

 

 

 

воды*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0,1

0,25

0,5

1

 

2

 

3

4

5

6

 

 

1

 

68

 

65

62

60

58

 

55

 

50

47

44

43

 

 

2

 

62

 

59

56

53

47

 

39

 

34

30

27

25

 

272

*1 – дистиллированная; 2 – водопроводная, отбор проб воды проводился на территории

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Губкин

 

 

 

 

 

80

 

 

 

 

 

 

 

Образец воды 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СМАчИВАНИЯ

 

70

68

65

62

 

 

 

 

Образец воды 2

 

 

 

 

 

60

58

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

 

55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

62

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

59

 

 

 

 

 

47

 

 

 

50

 

56

 

 

 

 

44

 

 

 

 

53

 

 

 

 

43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КРАЕВОГО УГЛА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ѳ (град.)

40

 

 

 

 

47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

30

27

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Величина

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0.1

0.25

0.5

1

2

3

4

5

6

 

 

 

 

 

 

 

 

концентрация ПАВ в водных растворах

 

(мас. %)

 

Рис. 2. Зависимость краевого угла смачивания от концентрации от концентрации

 

 

триэтаноламиновой соли лаурилсульфата натрия в растворах, приготовленных

 

 

с использованием: 1 – дистиллированной воды; 2 – водопроводной воды

Полученные результаты свидетельствуют об улучшении смачивания и слипания частиц пыли, поэтому использование ПАВ рационально и эффективно для решения проблем с пылью карьеров ГОКов, и конкретно на АО «Лебединский ГОК» Белгородской области, а также и для других промышленных объектов в целях оптимизирования экологической ситуации и условий труда на объектах техностферы, по аналогии с рассмотренными задачами в работах [21, 22, 23] с применением информационных технологий [24, 25, 26].

На основе исследования существующих на предприятии мероприятий по подавлению пылегазовых выбросов при массовых взрывах на карьере горно-обогатительного комбината предложено сокращать пылегазовыделения путем подавления его в источнике образования, используя метод смачивания и слипания частиц пыли.

Проведенные исследования поверхностно активных веществ на смачиваемость сыпучих материалов показали, что улучшение смачиваемости и слипаемости способствует уменьшению образования пыли, следовательно, применение пенообразователей является целесообразным для борьбы с пылью.

На основе результатов измерения физико-химических параметров (коэффициента поверхностного натяжения и краевого угла смачивания) для растворов воды применяемой для орошения карьеров с ПАВ рекомендуется концентрация триэтаноламиновой соли лаурилсульфата натрия ~ 4-5 мас. %, так как гидрофильные характеристики системы жидкость - твердое вещество (пыль) повышаются ~2-3 раза.

Литература

1.Конорев, М.М. К вопросу снижения негативного воздействия на окружающую среду массовых взрывов в карьерах / М.М. Конорев, Г.Ф. Нестеренко // Горный информационноаналитический бюллетень. - 2005. - № 1. - С.109-113.

2.Болотов, A.M. Пылеподавляющие свойства водных растворов триэтаноламиновых солей алкилсульфатов / A.M. Болотов, Б.А. Головин, Н.И. Головина // Горный журнал. –1980.

-№5. – С.54-55.

273

3.Михайлов, А.И. Охрана окружающей среды на карьерах / А.И. Михайлов. - Киев: Высшая школа, 1990. - 186 с.

4.Sidney, C.J. Combined removal of SO, NO and fly ash. From simulated flue gas using pulsed streamer corona / C.J. Sidney // IEEE Trans. Ind. Appl., 1989, V.25. - N1. - P. 62-69.

5.Шувалов, Ю.В. Снижение пылеобразования и переноса пыли при разрушении горных пород / Ю.В. Шувалов, С.А. Ильченкова, Н.А. Гаспарьян, А.П. Бульбашев // Горный ин- формационно-аналитический бюллетень. – 2004. - № 10. – С. 75-78.

6.Звягинцева, А.В. Анализ процессов пылеобразования при взрывах на карьере горнообогатительного комбината / А.В. Звягинцева, А.Ю. Завьялова // Proceedings of the Fifth International Environmental Congress (Seventh International ScientificTechnical Conference) "Ecology and Life Protectionof Industrial-Transport Complexes" ELPIT 2015 16-20 September, 2015 Samara-Togliatti, Russia: Publishing House of Samara Scientific Centre, 2015. V. 5 Scientific symposium "Urban Ecology. Ecological Risks of Urban Territories" – 307 p. - С. 137-142.

7.Звягинцева, А.В. Проблемы загрязнения окружающей среды пылегазовыми выбросами при взрывах на карьерах / А.В. Звягинцева, А.Ю. Завьялова // Фундаментальные и прикладные исследования в области химии и экологии: материалы международной научнопрактической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых /редкол.: Л.М. Миронович (отв. ред.) [и др.]; Юго-Зап. гос. ун-т., ЗАО «Университетская книга», Курск, 2015. – 243 с. – С. 141-144.

8.Звягинцева, А.В. Исследование состава пылегазового облака в воздухе рабочей зоны при взрывах на карьере горнорудного предприятия / А.В. Звягинцева, А.Ю. Завьялова // Фундаментальные проблемы системной безопасности: материалы III школысеминара молодых ученых 26-28 мая 2016 г.: в 2 частях. Ч. II. – Елец: Елецкий государственный универ-

ситет им. И.А. Бунина, 2016. – 251 с. – С. 231-235.

9.Звягинцева, А.В. Анализ источников образования и расчет неорганизованных выбросов пыли и вредных газов в атмосферу при взрывных работах на карьерах горнообогатительного комбината. Основные технологические и инженерно-технические мероприятия, направленные на сокращение пылегазовых выбросов при массовых взрывах / А.В. Звягинцева, А.Ю. Завьялова // Гелиогеофизические исследования / HeliogeophysicalResearch. Электронный научный журнал. 2015. Результаты исследований геофизических рисков. Ре-

жим доступа: http://vestnik.geospace.ru Дата обращения: 01.06.2019 г.

10.Филатов, С.С. Борьба с запыленностью и загазованностью карьеров / С.С.Филатов, М.М. Конорев // Безопасность труда в промышленности: ежемесячный массовый научнопроизводственный журнал широкого профиля // учредитель: ООО «НТЦ «Промышленная безопасность». - М.: ООО «НТЦ «Промышленная безопасность», 1989. - №9. - С. 46-49.

11.Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест. ГН 2.1.6.1339-03.

12.Поверхностное натяжение растворов солей. Справочник химика 21. Химия и хими-

ческая технология. - https://www. chem21.info›info/695798/ Дата обращения 01.06.2019 г.

13.Поверхностно-активные вещества и композиции. Справочник /под ред. М.Ю. Плетнева. - Москва: Клавель, 2002. - 768 с.

14.Ребиндер, П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия

/П.А. Ребиндер. Избранные труды Москва: Наука, 1978. - 368 с.

15.Ребиндер, П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физикохимическая механика. / П.А. Ребиндер. Избранные труды. Москва: Наука, 1979. - 384 с.

16.Ребиндер, П.А. Поверхностные явления в твердых телах в процессах их деформации и разрушения / / П.А. Ребиндер, Е.Д. Щукин //Успехи физических наук. - 1972. - Т. 108. -

Вып. 1. - С. 3–42.

17.Коллоидная химия: учебник / М. И. Гельфман. – СПб.: Лань, 2010. - 336 с.

18.Справочник химика 21. Химия и химическая технология. - Режим доступа: https://www.chem21.info/info/915641/ Дата обращения 01.06.2019 г.

274

19.Методические указания к лабораторному практикуму по коллоидной химии / сост. С.С. Дрябина, Ю.В. Шулевич. – Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2016.- 24 с.

20.Тихомиров, В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения / В.К. Тихо-

миров. – М.: Химия, 1975 – 262 с.

21.Звягинцева, А.В. Анализ техногенного загрязнения природной среды / А.В. Звягинцева, В.И.Федянин, К.В. Чекашов // Технология гражданской безопасности. Научнотехнический вестник МЧС России. - Москва, 2006. - № 2(8). -С. 96-98.

22.Звягинцева, А.В. Исследование влияния климатических факторов на распределение

иконцентрацию загрязняющих веществ в атмосфере информационно-аналитическими методами / А.В. Звягинцева, М.В. Дорохина // Гелиогеофизические исследования / Heliogeophysical Research. Электронный научный журнал. 2015. Результаты исследований геофизических рисков. - Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова. -

Режим доступа: vestnik@ipg.geospace.ru

23.Звягинцева, А.В. Оценка содержания выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на объектах специального назначения / А.В. Звягинцева, Е.В. Богданович, М.В. Дорохина // Комплексные проблемы техносферной безопасности: материалы Междунар. науч. - практ. конф. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»,

2015. - Ч.I. - 257 с. - С. 111-121.

24.Асминин, В.Ф. Вибродемпфирующие покрытия с использованием сухого трения / В.Ф. Асминин // В сборнике: Новое в безопасности жизнедеятельности и экологии Сборник докладов и тезисов докладов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Под редакцией Н.И. Иванова. - 1996. - С. 230-231.

25.Осмоловский, Д.С. Диссипативные свойства вибродемпфирующих прокладок с сухим трением с использованием шлифовальных листов с абразивными минеральными частицами различной дисперсности / Осмоловский Д.С., Асминин В.Ф. // В сборнике: Леса России в XXI веке материалы III Международной научно-практической интернет-конференции. - 2010. - С. 217-222.

26.Osmolovsky, D.S. Reducing noise from round woodworking machines by applying vibration damping friction pads between the saw blade and the clapmping flange / D.S. Osmolovsky, V.F. Asminin, E.V. Druzhinina // Akustika. - 2019. - Т. 32. - № 1. - С. 138-140.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет (ВГТУ)»,

A.V. Zvyagintseva, S.A. Sazonova, V.V. Kulneva

DEVELOPMENT OF MEASURES TO REDUCE DUST AND GAS DISCHARGE AT QUARRIES OF THE MINING AND PROCESSING PLANT

Existing measures for the suppression of dust and gas emissions during mass explosions at the quarry of a mining and processing plant were investigated. Measures have been developed to reduce dust and gas emissions, taking into account the analysis of existing measures to suppress dust and gas emissions from mass explosions in the open pit of the mining and processing plant of Lebedinsky GOK. The studies of surface active substances on the wettability of dust particles. In order to improve working conditions, it was proposed to reduce dust and gas emissions by suppressing them at the source of education, using the method of wetting and sticking of dust particles. The proposed engineering - technical solution can be used to reduce dust and gas emissions during massive explosions in the quarries of various mining and processing enterprises. The developed method is proposed to be used to ensure environmental safety and improve working conditions in industries with high dustiness by increasing the efficiency of dust collection.

Key words: modeling, pollution sources, dust and gas emissions, surface tension, wetting angle, surfactants, wettability.

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education

«Voronezh State Technical University»

275

УДК 522.2 (470.54)

Д.В. Миронов

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВЕРХНЕ-ВЫЙСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА В 2011 - 2012 ГОДАХ

Рассмотрена проблематика изменения химического состава воды Верхне-Выйского пруда, на основе которой выявлены ведущие загрязняющие вещества и дана оценка качества воды с использованием интегрального показателя.

Ключевые слова: питьевое водоснабжение, Горнозаводской округ, качество воды, здоровье населения.

Проблемы оценки экологического состояния водохранилищ в настоящее время стоит очень остро, поскольку вода. находящаяся в том числе в водохранилищах, является источником жизни на Земле. В целях комплексной оценки состояния водной экосистемы водоема необходимо применять и гидробиологические методы, как показано в работах [1 -5]. При разработке статьи использовались материалы [6-19].

Верхне-Выйский пруд (он же Верхневыйское водохранилище) – искусственный водоем на реке Выя, созданный за восточной окраиной Нижнего Тагила и простирающийся по территории Горнозаводского района. Имеет протоку в Выйский пруд. Северо-восточная "половина" водоема является водохранилищем – поставщиком питьевой воды для нескольких районов города Нижний Тагил. Средняя глубина: 3м Максимальная глубина: 45м. Источники водоснабжения: р. Выя, р. Полуденка Вытекающие реки: р. Выя Высота над уровнем моря: 201,2м Площадь: 6,0км2Дно: песчано-гравийное Географические координаты: Широта: 57°56′26″N (57.940426) Долгота: 59°50′10″E (59.836107) Населенные пункты на берегу: Ниж-

ний Тагил [5].

Цель исследования: оценка экологического состояния Верхне-Выйского водохранилища в 2011-2012г.Задачи исследования:- рассчитать индекс загрязнения воды в мае-августе 2011-2012г- дать экологическую оценку состояния водоема.

Предмет исследования: изменение химического состава воды в Верхне-Выйском водохранилище в 2011 и 2012 гг.Объект исследования: Верхне-Выйское водохранилище.

Гидрохимический анализ был проведен в аттестованной и аккредитованной лаборатории в соответствии с содержанием методик проведения химического анализа компонентов природной среды и актуальным и отраслевыми стандартами.

Перечень определяемых поллютантов и показателей достаточно широк. Он включает в себя такие токсиканты как общее железо, медь, марганец, цинк, неорганические формы азота и фосфаты, а также показатели – химическое, биохимическое потребление кислорода и рН.

Нормирование содержания исследуемого поллютанта на нормативы, содержащиеся в СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» от 01.01.2001,позволяет выявить значимые загрязняющие веществ.

Проведение покомпонентной оценки качества воды Верхне-Выйского водохранилища позволило не только выявить ведущие загрязняющие вещества, к которым относятся тяжелые металлы (пример на рис. 1), но и определить, что более загрязненной является точка наблюдения №2, находящаяся в верховьях водоема, в пределах той его части, которая не используется в качестве источника питьевой воды для тагильчан.

Следующим этапом исследования является расчет индекса загрязнения воды, который позволяет оценить качество воды на интегральной основе.

.

(1)

Расчет индекса загрязнения воды производился по формуле 1 следующим образом. Концентрация каждого компонента делится на значение ПДК этого компонента. Полученный показатель называют коэффициентом концентрации.

_________________________________

© Миронов Д.В., 2019

276

Данный показатель показывает, насколько значителен вклад каждого загрязняющего вещества в формирование качества воды [2, 3]. Затем все коэффициенты концентрации суммируются, и данная сумма делится на количество загрязняющий веществ, по которым был произведен расчет. В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на общепринятые классы качества. Результаты данных вычислений отражены в таблице 1 и на рисунках 2 а – г. Таблица 1 – классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения воды.

Рис. 1. Результаты покомпонентной оценки качества воды Верхне-Выйского водохранилища

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

 

 

 

 

 

Значения ИЗВ в июне – октябре 20112012 гг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Точка

июнь

 

 

 

 

июль

 

 

август

 

 

сентябрь

октябрь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2011

 

2012

 

 

2011

 

2012

2011

2012

 

2011

 

2012

2011

 

2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0,5

 

2,6

 

 

0,4

 

2,6

0,8

1,4

 

0,7

 

3,6

0,7

 

1,8

2

0,8

 

1,7

 

 

0,6

 

2,1

0,9

4,8

 

0,9

 

2,2

0,8

 

1,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

воды

 

 

 

2.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

загрязнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0.5

 

 

 

 

2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Индекс

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Номер точки мониторинга

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Динамика изменения ИЗВ в июне 2011-2012гг.

 

 

 

277

воды

3

2.5

загрязнения

2

 

 

1.5

Индекс

1

0.5

 

 

0

загрязнения воды

6

5

 

 

4

 

3

Индекс

2

1

 

 

0

2.6

2.1

 

2011

 

2012

0.6

 

0.4

1

2

Номер точки мониторинга

б

 

 

 

4.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4

2011

 

 

 

 

 

0.8

0.9

2012

 

 

 

 

 

1

 

2

 

Номер точки мониторинга

в

загрязнения

 

4

 

 

3.6

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2

 

воды

2.5

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2011

1.5

 

 

 

Индекс

 

 

0.7

0.9

 

2012

 

1

 

 

 

 

 

 

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

Номер точки мониторинга

г

Продолжение рис. 2. Динамика изменения ИЗВ в июне 2011-2012гг.

Проанализировав рис.2а мы пришли к выводу о том, что в точках 1- 2 в июне 2011 – 2102гг. произошло ухудшение качеств воды, в 2011году отнесём к 2 классу вод «чистые», а в 2012 году к 3 классу качества вод «умеренно – загрязнённые».

Проведя анализ рис.2б приходим к тому, что в точках 1 – 2 в июле 2011 – 2012 гг. произошло ухудшение качеств воды, в 2011 году отнесём водохранилище к 2 классу вод «чистые» , а в 2012 году к 4 классу качества вод «загрязнённые».

278

Изучив рис.2в мы пришли к выводу о том , что в точках 1 – 2 в июле 2011 – 2012 гг. произошло ухудшение качеств воды, , в 2011 году отнесём водохранилище к 2 классу вод «чистые» , а в 2012 году к 5 классу «грязные».

Проанализировав рис.2г приходим к тому , что в точках 1- 2 в июне 2011 – 2102гг. произошло ухудшение качеств воды , в 2011 году отнесём водохранилище к 2 классу вод «чистые» , а в 2012 году к 4 классу качества вод «загрязнённые».

В настоящее время оценка экологическому составу питьевых водохранилищ Среднего Урала является актуальной задачей, в силу многих причин. Во первых рассматриваемый район относится к числу промышленно-развитых регионов России. Здесь сконцентрированы предприятия горнодобывающей, химической, машиностроительной промышленности, что накладывает свой отпечаток на экологическое состояние водоёмов [5]. В своём исследовании, мы дали оценку экологическому состоянию Верхне – Выйского водохранилища, в течении июня – октября 20112012 годов. Проведённая покомпонентная оценка, выявила ведущие полютанты, к которым относятся тяжелые металлы, и в частности марганец. Рассчитанный ИЗВ позволил ранжировать качество воды в период 2011 – 2012 годов.

Литература

1.Кульнев В.В., Базарский О.В. Об определении влияния биологической реабилитации Матырского водохранилища методом коррекции альгоценоза на изменение железа, меди и марганца в воде приплотинной части данного водного объекта/ В.В. Кульнев, О.В. Базарский// В сборнике: Материалы второго молодежного инновационного проекта "Школа экологических перспектив" Посвящается 95-летию Воронежского государственного университета. Воронежский государственный университет; Геологический факультет, Кафедра экологической геологии, Ассоциация Инженерные изыскания в строительстве; под ред. И.И. Косиновой. Воронеж, 2013. С. 28-31.

2.Кульнев В.В., Почечун В.А. Применение альголизации питьевых водоемов Нижнетагильского промышленного узла/В.В. Кульнев, В.А. Почечун // Медицина труда и промышленная экология, № 1. С. 20-21.

3.Кульнев В.В., Почечун В.А. Опыт альголизации питьевых водоемов Нижнетагильского промышленного узла/ В.В. Кульнев, В.А. Почечун// Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Биосфера».т. 8. № 3. С. 287-290.

4.Лухтанов В.Т. Биологическая реабилитация водоемов посредством структурной перестройки фитопланктонного сообщества/ В.Т. Лухтанов, В.В. Кульнев // Труды географического общества Республики Дагестан/ Изд-во Дагестанского государственного педагогического ун-та, 2013 С 140 – 143

5.Реки и Озера Урала. Путь доступа: http://reki- ozera.ru/rybalka_v_sverdlovskoy_obl/ozera/110008-verhnevyyskiy-prud.html

6.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и совершенствование мероприятий по улучшению условий труда на горно-обогатительном комбинате / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. - С. 10-16.

7.Звягинцева, А.В. Моделирование неорганизованных выбросов пыли и газов в атмосферу при взрывных работах на карьерах горно-обогатительных комбинатов / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2.

-С. 17-25.

8.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и разработка мероприятий по сокращению пылегазовыделения на карьерах горно-обогатительного комбината / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. -

С. 26-32.

9.Асминин, В.Ф. Функциональные и конструктивные особенности облегченных звукоизолирующих панелей / В.Ф. Асминин, Е.В. Дружинина, С.А. Сазонова, Д.С. Осмоловский // Вестник Воронежского института высоких технологий. - 2019. - № 2 (29). - С. 4-7.

279