Способы уменьшения загрязнения и очистки грунтов

Рис. 7.1. Схемы расположения колодцев (а) и откачки воды из них (б) при регенерации грунтов и грунтовых вод: 1 – отсасывающие колодцы; 2, 5 – трубопроводы; 3 – амбар; 4 – питающие колодцы; 6 – перфорированные трубы; 7 – кривая депрессии; УГВ – уровень грунтовых вод

Колодец, опирающийся на водонепроницаемый слой грунта, называется совершенным, а заканчивающийся выше его - несовершенным. При равенстве отбираемого объема воды объему, выделяемому водоносным пластом, движение грунтовых вод называют установившимся.

Проведем расчет основных параметров водосборных (отсасывающих) скважин-колодцев для установившегося движения грунтовых вод.

Депрессионная кривая, характеризующая зону влияния колодца (рис.7.2, б), описывается уравнением (7.1):

где z - текущая координата: h - высота уровня воды в колодце; Q - дебит или производительность колодца; k - коэффициент фильтрации; R - радиус влияния колодца; r_o - радиус поперечного сечения колодца.

Радиусом влияния называют радиус такого цилиндрического сечения, на границе которого не наблюдается понижения естественного уровня грунтовых вод H, т. е. при r ≥ R H = const. Для песков средней зернистости R = 250÷ 500 м, а для крупнозернистых песков R = 700÷ 1000 м. В остальных случаях радиус влияния можно определить по эмпирической формуле R=3000 S√ k, где S - глубина откачки (рис.7.2, а).

Дебит совершенного колодца (7.2):

Этот параметр используют для подбора насосов.

В отличие от совершенных колодцев питание несовершенных происходит не только через боковые стенки, но и через дно. При этом различают два случая:

· глубина активной зоны водоносного пласта H_a, участвующей в питании колодцев, меньше естественного уровня грунтовых вод H (рис.7.2, б, правая часть);

· глубина активной зоны водоносного пласта Н_a больше Н (рис.7.2, б, левая часть).

Глубину активной зоны определяют из соотношения:

(7.3)

В первом случае дебит несовершенного колодца:

(7.4)

где Т - расстояние от водоупора до уровня воды в колодце.

Во втором случае дебит определяют по той же формуле, но вместо H и Т в нее подставляют соответственно H_a и Т' (рис.7.2, б).

Необходимо отметить, что в реальных условиях, как в случае совершенного, так и несовершенного колодца, дебит будет несколько отличным от расчетного ввиду инфильтрации воды через дневную поверхность. Если обозначить интенсивность инфильтрации, т. е. количество воды, инфильтрующейся с единицы площади дневной поверхности, через q', то дополнительный дебит колодца ∆ Q = π R²q′. В итоге действительный дебит колодца при промывке грунтовой среды Q_Д = Q + ∆ Q.

Рис. 7.2. Схема к расчету колодца при очистке грунтов и грунтовых вод а - совершенный колодец; б - несовершенный колодец

При установке одновременно нескольких колодцев в пределах радиусов зоны влияния каждого из них будет наблюдаться взаимное влияние, что приведет к изменению формы результирующей кривой депрессии. Радиус влияния группы колодцев R = 575× S'√ Hk, где S' - глубина откачки в центре группы. Для несимметрично расположенных колодцев в качестве центра группы принимают центр тяжести.

Коэффициент фильтрации:

(7.5)

где k_пр - проницаемость, м²;

ρ - плотность флюида, кг/м³;

μ - вязкость флюида, Па× с.

В реальных условиях при центростремительном движении геофлюидов к скважине проницаемость рассчитывают по формуле:

(7.6)

где μ -вязкость флюида;

Q -дебит скважины;

R - радиус дренажа скажины;

r - радиус скважины;

h - мощность пласта;

С₁ и С₂ - коэффициенты, учитывающие степень несовершенства вскрытия пласта (фильтр, перфорация);

Р₁ и Р₂ - давления.

Пример 7.1. Рассчитать дебит совершенной скважины-колодца для промывки грунта.

Исходные данные. Коэффициент проницаемости водоносных пород 5, 2× 10^-12 м², плотность воды 1150 кг/м³ , вязкость воды 1, 42 мПа× с, уровень грунтовых вод 15 м, высота уровня воды в колодце 10 м, радиус влияния 500 м, радиус поперечного сечения колодца 0, 25 м.

Решение

1. Рассчитаем коэффициент фильтрации:

2. Определим дебит совершенной скважины-колодца:

8. ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Задание 1. Определить параметры среды в производственном помещении.

Исходные данные: влажность в помещении, концентрация примеси в воздухе, температура в помещении, молекулярная масса вещества примеси приведены в таблице 8.1.. Давление среды В = 101, 3 кПа. Молекулярные массы воздуха и водяных паров 28, 96 и 18, 0, соответственно.

Таблица 8.1 Исходные данные к заданию 1

Задание 2. Определить параметры внутренней среды в трубопроводе, транспортирующем газовую смесь.

Исходные данные: давление наружной среды В = 101 325 Па; состав смеси, масс. доли, температура газовой смеси и избыточное давление в трубопроводе – приведены в таблице8.2.

Таблица 8.2 Исходные данные к заданию 2

Задание 3. Определить параметры среды над открытой поверхностью жидкости в наружной среде.

Исходные данные. Наружная среда – воздух. Давление наружной среды В = 101 325 Па. Состав жидкости, масс. доли, температура жидкости, влажность воздуха приведены в таблице.

В заключение расчетов привести таблицу, в которой сопоставить мольный состав жидкости и мольный состав газа над ней.

Таблица 8.3 Исходные данные к заданию 3

Задание 4. Определить количество вредных веществ, выделяющихся через неплотности фланцевых соединений трубопровода, транспортирующего газ.

Исходные данные. Состав среды в трубопроводе, температура газовой смеси в трубопроводе, избыточное давление в трубопроводе приведены в таблице 8.4. Давление наружной среды В = 101 325 Па. Коэффициент негерметичности m – принять по таблице 2.1

Таблица 8.4 Исходные данные к заданию 4

Задание 5. Определить количество вредных веществ, выделяющихся через неплотности фланцевых соединений из аппарата. Построить зависимости количества газовой смеси, выделившейся из аппарата, от давления и температуры.

Исходные данные. Состав жидкости в аппарате, % масс., размеры аппарата и степень заполнения его жидкостью, температура и избыточное давление в аппарате, влажность воздуха приведены в табл. 8.5. Газовая среда в аппарате – воздух. Давление наружной среды В = 101 325 Па.

Задание 6. Определить количество вредных веществ, выделяющихся за минуту через воздушку при «большом дыхании» аппарата.

Исходные данные. Состав жидкости в аппарате, % масс., размеры аппарата, высота уровня жидкости перед заполнением, степень и время заполнения аппарата жидкостью, температура и избыточное давление в аппарате, влажность воздуха приведены в табл. 8.6. Газовая среда в аппарате – воздух. Давление наружной среды В = 101 325 Па.

Задание 7. Определить количество вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух через воздушку аппарата при изменении в течение 1 часа температуры жидкости и газовой среды в аппарате от t₁ до t₂.

Исходные данные. Состав жидкости в аппарате, % масс., размеры аппарата и степень заполнения аппарата жидкостью, температуры, влажность воздуха приведены в табл. 8.7. Газовая среда в аппарате – воздух. Давление наружной среды В = 101 325 Па.

Задание 8.
Определить размеры факельной трубы для разгрузки предохранительных клапанов и безопасные расстояния.

Исходные данные: характеристику выбросов и свойства сбросного газа принять по типовой задаче; давление газа в сбросной трубе Р и температуру окружающего воздуха t – по таблице 8.8.

Таблица 8.8 Исходные данные к заданию 8