Екологія / 6. Екологічний моніторинг

К.геол.н. Мохонько В.І.

Технологічний інститут Східноукраїнського національного університету

імені Володимира Даля (м. Сєвєродонецьк)

Організація локального моніторингу карстового процесу

у зонах впливу промислових об’єктів

Карстовий процес – процес розчинення або вилуговування гірських порід під впливом підземних вод – є одним з розповсюджених на території України. Він є чутливим до впливу техногенних факторів, серед яких найбільшу роль відіграють надходження в карстові горизонти стічних вод промислових підприємств та надмірна експлуатація родовищ карстових підземних вод. Зокрема, встановлено, що змішування промислових стоків виробництва кальцинованої соди, що фільтруються з накопичувачів – так званих «білих морів» внаслідок порушення герметичності ізолюючого екрану, з природною водою карбонатного карстового масиву призводить до десятикратного зростання швидкості карбонатного карстоутворення [1]. Активізація карстового процесу внаслідок дії техногенних факторів сприяє погіршенню екологічно стану територій, призводить до економічних збитків та створює загрозу виникнення аварій на промислових об’єктах.

Труднощі у створені коректних моделей карбонатного карстового процесу, його прогнозуванні та виборі методів захисту зумовлені багатофакторністю його розвитку, складністю фізико-хімічних процесів, що ініціюються в карстових горизонтах на межі розділу фаз (тверде тіло – рідина, рідина – газ), різноманітністю інженерно-геологічних умов їх протікання. При організації локального моніторингу карстового процесу на техногенно навантажених територіях необхідно вирішувати цілу низку питань, зокрема: 1) дослідження загального техногенного стану на промислових площах підприємств та у зонах їхнього впливу і розробка схем розміщення свердловин режимної мережі на промислових площах підприємств; 2) визначення фільтраційних витрат із накопичувачів промислових відходів та їхньої участі у формуванні експлуатаційних запасів тріщинно-карстових вод та змінах фільтраційних властивостей гірських порід; 3) дослідження гідрохімічного, гідродинамічного та температурного режимів підземних вод; 4) дослідження фізико-хімічних процесів, які відбуваються в карстових масивах при змішуванні промислових стоків та підземних вод та приводять до порушення карбонатної рівноваги у карстових масивах; 5) визначення агресивних властивостей підземних вод, забруднених промисловими водами.

Значне зростання швидкості розчинення карбонатних порід при надходженні в карстові горизонти промислових стоків потребує використання експрес-методу, який дозволив би достатньо швидко визначати агресивні властивості забруднених підземних вод. В якості такого метода пропонується використовувати метод Ланжельє, який використовується для оцінки агресивних властивостей води при експлуатації господарко-питних та промислових систем водопостачання [2]. В прийнятій Європейським Союзом «Європейській директиві 2 з питної води» індекс насичення Ланжельє рекомендовано використовувати як один з показників, що характеризують агресивні властивості питної води [3].

Індекс Ланжельє розраховується за формулою:

, (1)

де рН – фактична величина рН розчину; рН_S – рН рівноважного насичення, визначається за формулою І.Є. Апельцина [2]:

, (2)

де – функція температури води; – функція вмісту у воді катіонів кальцію, мг/л; – функція лужності води, мг*екв/л; – функція загального солевмісту води.

Агресивною вважається вода, якщо рН < рН_S (J < 0). Значення індексу Ланжельє в межах [-0,3; +0,3] за стандартною методикою обчислення сприймається як «нуль». При рН = рН_S (J = 0) вода стабільна.

З метою встановлення можливості використання індексу насичення Ланжельє в якості кількісного показника карбонатної агресії карстових вод була визначена кореляційна залежність між константами розчинення карбонату кальцію в модельних розчинах, які імітують різну ступінь забруднення карстових вод крейдо-мергельного горизонту у зоні впливу накопичувача промислових відходів ВАТ «Лиссода», та є сумішшю у різних пропорціях природної води, відібраної з крейдо-мергельного горизонту та рідких відходів виробництва кальцинованої соди із накопичувача. Була отримана пряма кореляційна залежність між константами розчинення карбонату кальцію та індексом насичення Ланжельє (відхилення експериментальних даних від апроксимуючої прямої 97,5%) [1]. Отримані дані свідчать про можливість використання індексу Ланжельє для оцінки та прогнозування карбонатної агресії підземних вод карстових горизонтів у зонах впливу промислових підприємств або накопичувачів промислових відходів.

З метою оцінки та прогнозування розвитку карстового процесу у крейдо-мергельних відкладеннях Сіверськодонецької рівнини на території Рубіжансько-Сєвєродонецької агломерації було проведено визначення карбонатної агресії карстових вод крейдо-мергельного горизонту за методом Ланжельє у зонах впливу хімічного підприємства ПрАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот» та накопичувача рідких відходів ВАТ «Лиссода». Індекс Ланжелье розраховувався за даними гідрохімічних аналізів проб води, відібраних з дев'яти спостережних свердловин виробництва кальцинованої соди «Лиссода», розташованих в зоні впливу накопичувача, чотирнадцяти спостережних свердловин ПрАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот», а також водозабірної свердловини, розташованої поза зоною впливу зазначених промислових об’єктів.

Результати розрахунків карбонатної агресії підземних вод за методом Ланжельє показали, що практично на всій території впливу накопичувачів відходів виробництва кальцинованої соди «Лиссода» води крейдо-мергельного водоносного горизонту агресивні по відношенню до крейдо-мергельних відкладень. Виняток становлять проби води, відібрані з свердловин 86К і 1449н, розташованих в безпосередній близькості від вогнищ фільтрації рідких відходів з накопичувачів, які практично не відрізняються від них за складом. З чотирнадцяти свердловин, розташованих на промисловому майданчику ПрАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот» в шести свердловинах вода стабільна, в чотирьох - агресивна і в чотирьох - схильна до утворення карбонатних відкладень. Такі відмінності в характеристиці карбонатної агресії карстових вод на промисловому майданчику ПрАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот» пояснюються тим, що свердловини розташовані на територіях окремих цехів, стічні води яких мають різний хімічний склад і, відповідно, різні агресивні властивості по відношенню до карбонатних відкладень. Вода із свердловини, розташованої за межами зони впливу промислових об’єктів, характеризується як стабільна.

Використання методу Ланжельє дозволяє вдосконалити локальний моніторинг геологічного середовища на площах впливу промислових об’єктів, оконтурити площі активізації карстового процесу, пов’язані з надходженням в карстові горизонти промислових стоків, та запропонувати заходи по зменшенню карстонебезпечності.

Литература:

1. Мохонько В.И. Исследование причин активизации карстовых процессов в мело-мергельных породах маастрихта северо-западного Донбасса / В.И. Мохонько, А.И. Суворин А.В., А.В. Чепижко // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2006. - № 2 (32). – С. 17-22.

2. Кучеренко Д.И., Гладков В.А. Оборотное водоснабжение: (Системы водяного водоснабжения). – М.: Стройиздат, 1980. – 168 с.

3. EU – Richtlinie über die Qualität von Wasser für menschlichen Gebrauch (93/83 EG) vom 03.11.1998, Amtsblat d.EG.L 330/32.