Проблемы гидрогеоэкологии. Том 2 - Мироненко В.А.
ISBN 5-7418-0123-4
Скачать (прямая ссылка):
Перед лабораторными исследованиями ставятся несколько взаимосвязанных задач: определение миграционных параметров для нейтральных стоков; выявление физико-химической природы процессов преобразования сточных растворов; оценка параметров, контролирующих протекание межфазовых физико-химических реакций; изучение диффузионных и осмотических процессов; изучение влияния состава стоков и напряженного состояния пород на фильтрационные свойства последних. Опы-
ты осуществляются с несцементированными гранулярными породами водоносных горизонтов, с глинистыми породами разделяющих пластов, с пористыми блоками трещиноватых коллекторов и с естественными и техногенными отложениями, экранирующими бассейны промстоков. При опытах с породами первой из упомянутых категорий можно, согласно разд. 2.2, пытаться ориентироваться на дисперсионно-конвективный режим массопереноса в образце, а в большинстве остальных случаев — на молекулярно-диффузионный режим, по крайней мере при коэффициентах фильтрации, меньших 0,1 м/сут. Эксперименты в слабопроницаемых породах могут, однако, заметно усложняться из-за необходимости достаточно тонких способов индикации, не смещающих существенно заданных или замеряемых условий на торцах образца: время накопления объема пробы должно быть намного меньше общего времени регистрации расчетного участка опытной кривой. Поэтому, в частности, может представиться целесообразным применение косвенных (без отбора проб) методов непрерывного прослеживания — резистивимет-рического, потенциометрического, фотометрического и т.п.
Нужно подчеркнуть, что при общепринятых способах замера концентрации и лабораторных экспериментах определяется ее объемное значение в образце Сг, а не значение Ср отвечающее расходу через какое-то его сечение (в частности, входное или выходное). Соответственно, и граничные условия следует задавить функцией Сг, а не Ср что имеет существенное значение при Ре<10-20 (разд. 1.2.3, 2.2); при поддержании постоянных концентраций в камерах на торцах колонки, это означает задание граничного условия первого рода.
На первом этапе проводятся опыты с инертными компонентами. Полученные результаты используются при анализе экспериментов, направленных на оценку параметров физико-химических взаимодействий реальных
сточных растворов с породами. Соответствующие эксперименты могут вестись в «статическом» (без конвекции) или динамическом режиме, однако последние нередко приводят к неудовлетворительным результатам. Во-пер-вых, при форсированных динамических режимах емкостные (а также сорбционные или ионообменные) характеристики, как правило, оказываются заниженными (разд. 1.1.1). Во-вторых, в динамических опытах максимально проявляется кинеткика гетерогенных процессов (оценка которой сама по себе часто не является обязательной), что снижает надежность определения параметров, характеризующих равновесную стадию этих процессов. Дополнительные сложности связаны с наложением микродиспер-сионных эффектов продольного рассеяния в фильтрационной колонне — механизма, также не представляющего самостоятельного интереса. Наконец, в динамических экспериментах труднее поддерживать постоянство опытных условий.
По этим причинам динамические миграционные эксперименты (и то в режиме фильтрации, близком к прогнозному) могут представлять какой-то интерес лишь для гомогенных песчано-гравийных грунтов — при оценке их массообменных характеристик. Что же касается емкости этих пород по отношению к трассерам, то она достаточно надежно контролируется определяемыми известными методами значениями пористости (см. также разд. 1.1.1).
Для иллюстрации сказанного сошлемся на результаты опытов II1 со среднезернистыми песками, в которых четко прослеживалось ассимптотическое приближение расчетной активной пористости (п) к значению общей пористости (п - 0,4) по мере уменьшения скорости фильтрации; при v-43 м/сут п « 0,3; при v* 8 м/сут п - 0,32; при V* 3 м/сут п- 0,34; при v= 1,5 м/сут п ” 0,38. Другой иллюстрацией гетерогенного поведения таких пород при динамических испытаниях
могут служить результаты «вымывания» содержащихся в них нефтепродуктов [4 J: предел растворения при этом никогда не достигается.
В любом случае, достоверность получаемых результатов во многом определяется сохранностью естественной структуры грунтов. Если же образцы ненарушенной структуры отобрать не удается, то необходимо по крайней мере их предварительное уплотнение под «бытовыми» нагрузками*; при этом для глинистых пород важно обеспечить состав поровых вод, примерно идентичный естественному. Опыты на «порошках» из твердых пород или на глинистых «пастах» часто оказываются непредставительными. Подчеркнем поэтому, что не следует отождествлять рекомендуемые ниже «статические» модификации опытов с экспериментами на порошках (т.наз. batch tests): подготовка образца, создавая дополнительные свободные поверхности для сорбции, резко увеличивает ее и/или делает необратимой [5].
12.2. Определение параметров сорбции и ионного обмена
В условиях статического эксперимента с зернистыми материалами концентрации компонента в растворе (Сг) и на твердой фазе (qt) связаны в виде:
