Загрязнение подземных (грунтовых) вод

Прямой путь загрязнения подземных вод связан с инфильтрацией загрязненных вод из хранилищ отходов, удаляемых из производства гидротранспортом, и из накопителей сточных вод. Состав таких вод определяется спецификой производства и геологическими особенностями грунтов, а их количество – степенью гидроизоляции хранилищ и накопителей, уровнем заполненности этих сооружений и гидрологическими особенностями грунтов. Характеризуются неопределенными координатами и размерами площади инфильтрации, хотя источник локализован в контуре хранилища или накопителя. Состав и объем инфильтрующих вод относительно постоянны (за исключением аварийных ситуаций). Изучены частные случаи, в расчетах учитываются на основе методик, разработанных для этих случаев, которые дают относительно надежные результаты [].

Косвенный путь складывается из двух составляющих []:

· вымывание и выщелачивание компонентов из отходов и слагающих пород;

· инфильтрация загрязненных атмосферных осадков.

Для первой составляющей источниками загрязняющих веществ являются хранилища твердых отходов, загрязненная территория промышленной площадки, породы слагающие зоны аэрации и насыщения. Состав загрязненных вод в этом случае определяется спецификой технологических процессов и подготовкой отходов, сырья и полуфабрикатов к хранению, видом и составом слагающих пород, а количество – уровнем грунтовых вод и другими гидрогеологическими особенностями территории.

Для другой составляющей источники загрязняющих веществ те же, что и для первой. Также обстоит дело и с составом загрязненных вод, но их количество зависит от метеорологических особенностей территории и от степени изоляции промышленной площадки от почвогрунта.

Косвенные пути загрязнения грунтовых вод характеризуются непостоянными координатами и размерами площадей массопереноса, составом и объемом загрязненных вод.

На загрязнение грунтовых вод при реализации прямого и косвенного путей непосредственное влияние оказывают процессы массопереноса в почвогрунте, который следует рассматривать как твердую пористую среду. При этом, для верхнего горизонта подземных вод наиболее важными следует считать две зоны почвогрунта – зону аэрации и зону насыщения, границей между которыми является зеркало грунтовых вод.

Потоки в зоне аэрации преимущественно направлены вертикально, с в зоне насыщения – горизонтально.

Наиболее важные процессы протекают в зоне аэрации. Это инфильтрация и капиллярный подъем.

Перенос веществ в почвогрунтах осуществляется за счет диффузионных процессов. В простейшем случае, когда концентрации вещества постоянны во времени, диффузионный поток описывается 1-м законом Фика:

,

где: D_m – коэффициент молекулярной диффузии;

с – концентрация вещества;

dc/dx – производная функции изменения концентрации вещества по оси Х, направление которой совпадает с направлением диффузионных процессов.

Если концентрация изменяется во времени, то имеет место процесс неустановившейся диффузии, который подчиняется 2-му закону Фика:

,

здесь dc/dt -производная функции изменения концентрации по времени t.

Массоперенос, обусловленный фильтрационными потоками, осуществляется под воздействием двух механизмов: механического и диффузионного. Поэтому его обычно называют конвективной диффузией или гидрогеодинамической дисперсией, складывающейся из конвективного и диффузионного потоков. В общем случае этот процесс можно описать уравнением:

,

где: - вектор коэффициентов диффузии, объединяющий коэффициенты молекулярной, конвективной и структурной (за счет наличия застойных зон) диффузий;

- вектор скорости движения носителя;

- скорость поступления загрязняющих веществ из источника.

При рассмотрении общего регионального гидрохимического фона незагрязненных вод территория промышленного предприятия представляется обширной зоной рассеянного относительно слабого загрязнения с содержанием загрязняющих веществ выше фоновых, но ниже ПДК. Однако, внутри этой зоны выделяются участки ореального загрязнения с концентрацией компонентов в 10 и более раз превышающих ПДК.

Кроме того, на участках ореального загрязнения могут наблюдаться места с концентрациями выше ПДК в тысячи раз. Они, как правило, непосредственно приурочены к источникам загрязнения.

Химический состав загрязненных грунтовых вод достаточно сильно различается по соотношению катионов и анионов.

Воды рассеянного загрязнения слабо отличаются по составу от гидрохимического фона, а ореальные и резко аномальные имеют совершенно иной состав. При этом наблюдается постепенное замещение пресных вод с минерализацией 250-500г/м³ (преимущественно гидрокарбонатных магниево-калиевых) солоноватыми, солеными и рассольными сульфатными смешанными по катионам водами или смешанными фторидно-сульфатно-фосфатными щелочно-земельными калиево-натриево-аммонийными растворами.

Степень загрязненности подземных (грунтовых) вод далеко не всегда удается прогнозировать. В то же время наличие разветвленной сети гидрогеологических наблюдательных скважен, являющейся элементом общей мониторинговой системы в зоне влияния промышленного объекта, позволяет своевременно выявить тенденции нарастания загрязнения и, что в особенности важно, обнаружить источник этого загрязнения.