722

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Попавшие в водоем нефтепродукты транспортируются в атмосферу, грунт, подпочвенные воды, контактируя с обитающей флорой и фауной, воздействуя на экосистему неблагоприятным образом. Схема миграции нефти и нефтепродуктов изображена на рис. 1.

Рис. 1. Миграция нефтепродуктов

По оценкам, проведенным в 1992 г. на ППС железнодорожной станции Одесса-Сортировочная[6], суммарное годовое поступление углеводородов в атмосферу с поверхности прудовотстойников общей площадью 10 000 м2 составляет 35 т.

Зная площадь поверхности испарения и годовое поступление углеводородов в атмосферу, приблизительно рассчитаем концентрацию Сн, мг/м3, паров нефтепродуктов и нефти на территории прудов-отстойников и сравним ее с ПДК:

	Сн =	P	,
		Sп H × 365

где P – годовое поступление углеводородов в атмосферу, т/г. (следовательно, в знаменателе формулы365 дней); Sп – общая площадь прудов-отстойников, м2; Н – высота над поверхностью испарения, на которой рассчитывается концентрация углеводородов (примем 10 м).

Cн	=		35 ×10	9	;
			×10 ×10 000
	365

171

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

35 ×109 Cн = 365 ×106 ;

Сн ≈ 96.

Рассчитанная концентрация в10 раз превышает ПДК нефтепродуктов в воздухе рабочей зоны в соответствии с ГОСТ 12.1.005–88, следовательно, нельзя исключать негативного воздействия на работников ППС и население близко расположенных массивов. Необходимо регулярно проводить мониторинг содержания загрязняющих веществ (ЗВ) в воздухе рабочих мест ППС и на границах СЗЗ.

Врезультате бурения16 скважин [6] по периметру прудовотстойников на глубину10 м обнаружены жидкие углеводороды массовой долей 0,02…1,28 % в грунте по всей глубине скважин. В составе нефтепродуктов присутствуют масла– 12…95 %, смолы – 4,5…60 %, асфальтены. Это подтверждает факт миграции нефтепродуктов в слои почвы и проникновения их в грунтовые воды.

Рассмотрим использование биопрепарата«Альбит» на загрязненных нефтью и нефтепродуктами почвах ППС.

ВРоссии «Альбит» зарегистрирован к применению на большинстве основных хозяйственно значимых сельскохозяйственных культур как регулятор роста(№ Гос. регистрации 09-00496- 0378-1, дополнительный – 09-00469-0378-1/01) и фунгицид (т.е.

препарат	для борьбы с грибковыми заболеваниями	растений)
(№ Гос.	регистрации 1686-09-107-150-0-0-3-1). Препарат	также

зарегистрирован в ряде стран СНГ и Европейского Союза, идет процесс регистрации в других странах.

В опытах кафедры химии почв МГУ [1] была показана эффективность предпосевной обработки«Альбитом» семян растений, используемых для биоремедиации, при невысоком уровне загрязнения почвы нефтью (3–5 %) и непосредственного внесения «Альбита» в почву (табл. 1, 2).

Была зафиксирована выраженная ростостимулирующая -ак тивность «Альбита» по отношению к использованным в опыте растениям. В опыте было показано, что биомасса растений в конце опыта при использовании различных концентраций «Альбита» превышала контроль в 1,5–2 раза.

172

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Таблица 1

Влияние предпосевной обработки семян биопрепаратом «Альбит» на результативность фиторемедиации в вегетационных опытах

	Опыт		Вид		Начальное содержаниенефти, %				Содержаниеуглево- .у(дородовв.) нефти опытаконцев , %			уСнижение.в. нефти отношениюпо( контролюк )			Интенсивность разложениянефти		отношениюпо( контролюк )
			обработки
			Контроль: почва + нефть			5			2,12		1				1
			Почва + нефть + «Альбит»			5			0,71		2,99				1,49
	1		(1 г/л) + растения
			Почва + нефть + «Альбит»			5			0,20		10,60				1,67
			(0,2 г/л) + растения
			Контроль: почва + нефть			3			2,48		1				1
	2		Почва + нефть + растения			3			2,36		1,05				1,23
			Почва + нефть + «Альбит»			3			1,36		1,82				3,15
			(0,2 г/л) + растения
															Таблица 2
			Влияние внесения биопрепарата «Альбит» в почву
		на эффективность фиторемедиации в вегетационных опытах
	Содержание нефти в начале опыта, %						5			5–10		10–15		15–20			20–25
	Содержание нефти в начале опыта						5			7,5		12,5		17,5			22,5
	среднее, %
	Содержание нефти в конце опыта по-						1,8			5		7		14			18
	сле обработки «Альбитом», %
	Снижение содержания нефти под						2,8			1,5		1,8		1,3			1,3
	действием «Альбита» (в среднем), раз

На основании представленных результатов опытов[3] составлена расчетная формула для определения содержаниянефтепродуктов в почве после комплексного применения«Альбита», г/м3, нефтетолерантных растений:

	Cк =	Cнач	,
		(k + me)

173

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

где Cнач – начальная концентрация нефтепродуктов, г/м3; k – коэффициент, характеризующий влияние внесения биопрепарата «Альбит» в почву (зависит от величины начальной концентрации, выбирается в соответствии с табл. 3); µ – коэффициент, характеризующий влияние предпосевной обработки растений биопрепаратом (µ = 6 при концентрации «Альбита» в растворе 0,2 г/л); ε – коэффициент, учитываемый при применении генномодифицированных нефтетолерантных растений с внедренным участком ДНК, отвечающим за синтез фермента Р450, ε = 10.

Таблица 3

Изменение содержания нефти в почве

	Содержание нефти в начале опыта, %	5	6–10	11–15	16-20	21–25
	Снижение содержания нефти под	2,8	1,5	1,8	1,3	1,3
	действием «Альбита», раз (k)

На рис. 2 представлена диаграмма, отображающая результаты применения биопрепарата «Альбит» для фиторемедиации загрязненных почв [3] на предприятиях нефтяного комплекса: ОАО «Верхневолжские магистральные нефтепроводы» и «Лу- койл-Нижегороднефтепродукт».

Рис. 2. Результативность применения «Альбита» для фиторемедиации загрязненных почв на предприятиях

нефтяного комплекса Нижегородской области:

1 – ОАО «Верхневолжские магистральные нефтепроводы» (территория ОАО); 2 – ОАО «Верхневолжские магистральные нефтепроводы» (Кстовский район); 3 – ОАО «ЛукойлНижегороднефтепродукт» (Сормовская нефтебаза); 4 – ОАО «ЛукойлНижегороднефтепродукт» (Керженецкая нефтебаза)

174

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

Ученые США в борьбе с химическим загрязнением почв активно применяют методы генной инженерии, в генетический код тополя внедряется участок ДНК печеночных клеток, отвечающий за синтез фермента Р450 (цитохром), разлагающего токсические вещества.

Тополь и без генных модификаций является уникальным «санитаром» – скорость поглощения ЗВ в разы выше, чем у других растений, кроме того, это дерево выделяет пахучие вещества фитонциды и эфирные масла, полезные для здоровья человека.

В табл. 4 приведены данные об увеличении объемов и скорости поглощения ЗВ генномодифицированными растениями относительно обычных растений [2].

Таблица 4

Увеличение объемов и скорости поглощения трихлорэтилена генномодифицированными ростками тополя

	Показатель	Минимальный	Средний	Максимальный
		показатель	показатель	показатель
	Увеличение скоро-	26	53	121
	сти поглощения, раз
	Доля поглощенного	47	75	90
	загрязнителя, %

На данный момент не до конца исследовано влияние модифицированных растений на окружающую среду, поэтому более реальным является комплексное использование биопрепарата«Альбит» с нефтетолерантными немодифицированными растениями.

Врезультате большого комплекса аналитической и статистической работы по обоснованию известных современных технических решений разработан план мероприятий по реализации проекта на ППС железнодорожной станции Болотная Западно-Сибирской железной дороги, произведен технико-экономический расчет рас-

ходов и показана сравнительная эффективность предложенного решения.

Вцелях создания эффективной и экономически целесообразной системы защиты персонала железнодорожных предприятий, населения прилегающих территорий и окружающей среды от последствий работы ППС предлагается:

175

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

1.Пробное бурение шести скважин по периметру прудаотстойника на глубину5 м, взятие проб грунта и определение массовой доли нефтепродуктов в полученных пробах методом ИК-спектрометрии [5].

2.Замеры приземных концентраций загрязняющих веществ

ввоздухе:

–на территории пруда-отстойника (пять замеров);

–на территории ППС (рабочие места, эстакады – пять заме-

ров);

–на границе СЗЗ ППС(за пределами которой расположен жилой массив – пять замеров).

Расчеты приземных концентраций выполняются в соответствии с ОНД–86 «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» по программному комплексу «РОСА».

3.Создание изолирующих насаждений вокруг - пруда отстойника:

– обработка саженцев и почвы биопрепаратом с концентрацией 0,2 г/л;

– посадка растений;

– дополнительное двукратное внесение биопрепарата с концентрацией 0,2 г/л в почву с саженцами;

– периодический полив и осмотр саженцев.

4.Контрольные замеры:

–повторное бурение скважин, определение массовой доли нефтепродуктов в образцах грунта;

–замеры приземных концентраций ЗВ в условных точках, выбранных в мае текущего года(на территории пруда-отстойника, на территории ППС, на границах СЗЗ ППС в том же количестве).

5. По результатам замеров приземных концентраций ЗВ сделать вывод о соответствии СЗЗ предприятия требованиям регламентирующих документов [7], сравнить результаты замеров, подвести итог. По результатам расчета концентрации нефти и нефтепродуктов в пробах грунта сделать вывод о превышении или непревышении ПДК в соответствии с[8]. Так как документа, содержащего единые нормы ПДК нефти и нефтепродуктов в грунте, в РФ нет (для г. Новосибирска и области такого документа

176

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

нет), то в качестве нормативной базы примем Правила охраны почв в Санкт-Петербурге 2006 г.

В соответствии с рис. 3 опишем пруд-отстойник окружностью радиусом r1, который равен 165 м. Растения высаживаются на расстоянии 5 м друг от друга.

Рис. 3. План местности

Определим необходимое количество саженцев N, шт.:

N = 2pr1 ;

5

N = 2 × 3,14 165 = 207. 5

Для организации подъезда к пруду-отстойнику необходим разрыв. Примем его равным 25 м, следовательно, количество саженцев составит 203 шт.

Расходы на саженцыР2 составят от 1 637,10 у.е. до 46 741,94 у.е. (подрощенные до 5 м растения).

Для расчета расходов на биопрепарат рассчитаем обрабатываемую «Альбитом» площадь, м2,

SБ = S2 - S1 ,

177

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

где м2; S1 – площадь описанной вокруг пруда-отстойника окружности, м2, с r1 = 165 м; S2 – площадь окружности, м2, с r2 = 170 м.

S1 = pr12 ;

S1 = 3,14 ×1652 = 85 486,5 ;

S2 = pr22 ;

S2 = 3,14 ×170 2 = 90 746 ;

SБ = 90 746 - 85 486,5 » 5 260.

Общие расходы (включающие затраты на проведение замеров, на саженцы и препарат, на рабочую силу) составят от 5 229,43 до 50 334,17 у.е. (в зависимости от возраста высаживаемых растений). Рассмотренные способы создания современных систем защиты персонала железнодорожных предприятий, населения прилегающих территорий и окружающей среды от последствий работы ППС(создание технологических комплексов по безотходной обработке цистерн) или способы ликвидации пру-

дов-отстойников требуют огромных вложений по сравнению с предложенными мероприятиями, что не выгодно для ППС с малым числом обрабатываемых вагонов.

Список литературы

1.Биопрепарат Альбит для повышения урожая и защиты растений: опыты, рекомендации, результаты применения / А.К. Злотников, В.Т. Алехин, А.Д. Андрианов с соавт. Под ред. акад. В.Г. Минеева // М.: Агрорус. 2008.

2.Генно-модифицированные тополь и капуста смогут бороться с химическим загрязнением почвы[Электронный ресурс] URL: http://www.mayorov.com/fotokolazh/Genno_modificirovannye_topol_i_kapusta _smogut_borotsya_s_khimicheskim_zagryazneniem_pochvy.html (дата обращения: 20.12.2011 г.).

3.Использование биопрепарата Альбит для рекультивации нефтеза-

грязненных почв / А.К. Злотников, Л.К. Садовникова, А.В. Баландина, К.М. Злотников, А.В. Казаков // Вестник РАСХН. 2007. № 1. С. 65–67.

4.Очистка грунтов и подземных вод от загрязнения нефтью и нефтепродуктами. Киев: АО «Институт транспорта нефти», 1998.

5.ПНД Ф 16.1:2.2.22–98. Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в мине-

178

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

ральных, органогенных, органоминеральных почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии. 1998.

6.Проект мероприятий по ликвидации прудов-отстойников промы- вочно-пропарочной станции Одесса-Сортировочная. Одесса: МП «ЭКОНИИПРОЕКТ». 1992. 55 с.

7.СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200–03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов(новая редакция). 2009.

8.СанПиН 42-128-4433–87. Санитарные нормы допустимых концентраций химических веществ в почве. 1988.

9.СНиП 2.06.03–85. Мелиоративные системы и сооружения. 1986.

10.Федеральный закон от30.03.1999 г. № 52–ФЗ «О санитарноэпидемиологическом благополучии населения».

11.Швец А.А. Фиторемедиация почв // Ломоносов–2007: Мат-лы XIV

Междунар. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых/ МГУ им. М.В. Ломоносова. М.: МАКС Пресс, 2007.

Научный руководитель д-р техн. наук, проф. В.И. Медведев

В.В. Чернова

(факультет «Строительные и дорожные машины»)

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ В ЛИНЕЙНЫХ И ПЛОСКИХ ОБЪЕКТАХ

Железнодорожный транспорт является одним из наиболее популярных и загруженных видов транспорта. Контроль объектов железной дороги занимает важное место в обеспечении безопасности движения. Существуют различные методы диагностики деталей подвижного состава и элементов рельсошпальной решетки: магнитопорошковый, вихретоковый, ультразвуковой. Акустикоэмиссионный метод контроля конструкций, в том числе контроля литых деталей тележек грузовых вагонов, используемый при ресурсных испытаниях, обеспечивает надежность, безопасность, а также прогнозирование и предотвращение их преждевременного разрушения в процессе прочностных испытаний. Для обработки сигналов, полученных данным методом, необходимы алгоритмы, оценивающие параметры дефектов, координаты источника излуче-

179

Наука и молодежь СГУПСа в третьем тысячелетии

ния. Цель работы – разработка алгоритма анализа сигналов акустической эмиссии (АЭ).

Тема работы актуальна, так как направлена на выявление информативных параметров и на разработку алгоритма анализа сигналов. Исследование проводилось в три этапа: анализ параметров акустико-эмиссионного сигнала (эксперимент на плоском объекте, имитатор Су-Нильсена); исследование зависимости уровня корреляции от изменения значения напряжения и изменения координаты источника сигналов (эксперимент на плоском объекте, имитатор сигналов – генератор); экспериментальные исследования сигналов от реального источника.

Экспериментальные исследования проводились на плоском объекте – пластине толщиной 3 мм, на которую устанавливали два датчика (рис. 1). Сигналы АЭ с датчиков регистрировались с помощью системы СЦАД-16.03. При помощи имитатора сигналов Су-Нильсена (графитного стержня диаметром0,5 мм) возбуждали сигналы АЭ в средней части пластины. Сигналы АЭ об-

рабатывали с использованием программного обеспечения

MathCad-2000.

АЭ система
150 мм
1	2	3 мм
440 мм
500 мм

Рис. 1. Схема эксперимента:

1 – преобразователь акустической эмиссии;

2 – область возбуждения акустических волн, R = 2 мм

Анализ коэффициента корреляции амплитудных параметров проводился путем обработки десяти сигналов. ПримерАЭ сигнала АЭ представлен на рис. 2.

180