Результат интеллектуальной деятельности: Способ отбора проб для исследования поверхностных сточных вод и балласта с загрязненного двухколейного участка железнодорожного пути

Изобретение относится к области исследования загрязнений поверхности линейных сооружений и предназначено, в частности, для исследования загрязненной территории на поверхности участка железнодорожного пути.

Известен способ отбора проб, описанный в нормативном документе ГОСТ 17.4.4.02-84. «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа», который заключается в том, что точечные пробы отбирают на пробной площадке из одного или нескольких слоев или горизонтов методом конверта, по диагонали или любым другим способом с таким расчетом, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы, типичной для генетических горизонтов или слоев данного типа почвы. Согласно п. 32 ГОСТ 17.4.4.02-84, объединенную пробу составляют путем смешивания точечных проб, отобранных на одной пробной площадке. Количество точечных проб должно соответствовать ГОСТ 17.4.3.01-83.

Также известен способ определения пробных площадок для отбора проб с применением системы «концентрических окружностей», описанный в нормативном документе ГОСТ 17.43.01-83. (СТ СЭВ 3847-82) «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб», который заключается в том, что окружности располагаются на определенных расстояниях от источника загрязнения, каждая окружность имеет свой номер, а также задаются азимуты места отбора проб. Применяется в основном для локальных загрязнений. В зависимости от цели исследования, размер пробной площадки, количество и вид пробы должны соответствовать указанным в таблице параметрам (ГОСТ 17.4.3.01-83). Объединенная проба, составленная путем смешивания точечных проб, отобранных на одной пробной площадке должна быть массой не менее 1 кг - при отборе балласта и не менее 3 дм³ - при отборе поверхностных сточных вод (далее ПСВ). Количество точечных проб должно соответствовать ГОСТ 17.4.3.01-83.

Указанные выше способы направлены на исследование участка определенной формы, они не предназначены для исследования загрязнений поверхности линейных сооружений и не позволяют при исследовании загрязненной территории на поверхности железнодорожного пути получить достоверную информацию о загрязненности линейного участка, а также определить изменение загрязненности участка железнодорожного пути на любой его протяженности.

Самым близким по своей технической сущности является способ отбора проб для исследования загрязненного участка железнодорожного пути (патент на изобретение РФ №2534807). Он заключается в том, что пробные площадки устраиваются в виде полуэллипсов ориентированных по ходу движения железнодорожного состава для оценки загрязненности железнодорожного пути состоящего из одной колеи. В зависимости от длины исследуемого участка пути и ширины балластной призмы размеры и число пробных площадок могут меняться. Принят за прототип.

Недостатком этого способа является то, что отбор точечных проб происходит только с одноколейного участка железнодорожного пути. При исследовании двухколейных участков требуется организация в два раза большего числа пробных площадок и следовательно в два раза большего числа отборов проб, проведения химических анализов и т.д. Не проводятся анализы поверхностных сточных вод (ПСВ), следовательно не возможно точно определить вред наносимый окружающей природной среде и принятия оптимального решения по ликвидации этого негативного воздействия.

Технический результат изобретения - сокращение времени и экономических затрат на проведение исследований загрязненного участка двухколейного железнодорожного пути, расширение объектов исследования и повышение качества исследований.

Технический результат достигается тем, что в известном способе отбора проб для исследования загрязненного участка железнодорожного пути, включающем разметку малой оси Y и большой оси X полуэллипсов, расположенных поперек и вдоль железнодорожного пути соответственно, определяющих начало и протяженность участка локального загрязнения, назначение точек для отбора проб, расположение которых определяют по заданным формулам, отбор точечных проб и составление объединенной пробы, особенность заключается в том, что для исследования выбирают участок с двумя железнодорожными путями и большую ось X полуэллипсов располагают по середине между двух железнодорожных путей, при этом дополнительно производят отбор проб поверхностных сточных вод, а при определении расположения точек отбора проб по заданным формулам используют уточняющие коэффициенты, полученные расчетным путем.

Предлагаемый способ отбора проб ПСВ и балласта для двухколейного участка железнодорожного пути заключается в следующем: выбирают малую и большую оси полуэллипсов (далее оси Y и X, соответственно). Ось Y устанавливается перпендикулярно железнодорожным путям и определяет начало области локального загрязнения, а ось X устраивается параллельно железнодорожным путям и располагается ровно по середине между двумя путями. Длина по оси X зависит от размеров загрязненного или принятого к исследованию участка железнодорожного пути.

Для разметки полуэллипсов на бумаге выполняется подробный чертеж в масштабе, с указанием всех необходимых размеров, далее на исследуемом участке размечают оси и полуэллипсы любым доступными способами, например расчерчиванием линий по грунту или с помощью колышков и веревки.

Число точек отбора проб определяют, согласно формуле:

N=4+4⋅p+р шт.,

где р - число полуэллипсов.

Число отбираемых проб N зависит от числа полуэллипсов р, которое в свою очередь принимается в зависимости от длины исследуемого участка вдоль двухколейного железнодорожного пути (длины по оси X). Ось Y, в границах полуэллипса, делится на три равных отрезка, на границах которых принимаются точки для отбора проб (т.е. на оси Y устанавливается 4 точки отбора проб), ось X на протяжении исследуемого линейного участка двухколейного железнодорожного пути располагается по середине между двумя путями, расстояния от оси Y до точек отбора проб расположенных на оси X определяются по формуле:

где - половина длины оси Y в границах полуэллипсов, м;

n - номер полуэллипса, начиная от оси Y.

По оси X откладываются расстояния, определяемые по формулам:

где - половина длины оси Y в границах полуэллипсов, м;

n - номер полуэллипса, начиная от оси Y.

На этом расстоянии, перпендикулярно оси X проводится прямая и точки ее пересечения с полуэллипсом будут точками отбора проб. Уточненные коэффициенты - 0,75 и 0,95 определенные расчетным путем.

Для упрощения расстановки точек отбора проб, составлена таблица, позволяющая определить их расположение на исследуемом участке двухколейного участка железнодорожного пути, в зависимости от длинны исследуемого участка (длина оси X):

Для максимально эффективного определения отрицательного воздействия на окружающую природную среду загрязняющих веществ, присущих ПСВ с железнодорожных путей, необходимо определить концентрации загрязнений ПСВ и балласта с железнодорожного пути, а также определить изменение загрязненности участка железнодорожного пути и следовательно ПСВ с его поверхности на любой его протяженности от выбранной точки. Последовательность эксперимента; производится выбор загрязненного участка для исследования, далее определяется способ отбора проб, отбираются пробы ПСВ и балласта, проводится подготовка проб, выполняются анализы по определению концентраций загрязняющих веществ в пробах по методикам:

- для ПСВ - ПНД Ф 14.12:4.168-2000 (нефтепродукты), ПНД Ф 14.1:2:4.50-96 (железо общее), ПНД Ф 14.1:2:4.48-96 (медь), ПНД Ф 14.1:2:4.60-96 (цинк), ПНД Ф 14.1:2.46-96 (никель), ПНД Ф 14.1:2.174-2000 (свинец), НПД Ф 14.1:2.110-97 (взвешенные вещества), ПНД Ф14.1:2:4.114-97 (сухой остаток);

- для балласта - ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 (нефтепродукты), ГОСТ 27395-87 (железо общее), ПНД Ф 16.1.40-03 (медь, цинк, свинец), ФР 1.31.2010.07281 (никель).

Подтверждение целесообразности применения заявленного способа отбора проб ПСВ и балласта при исследовании загрязнений поверхности линейных сооружений - двухколейного железнодорожного пути был проведен ряд исследований направленных на определение загрязненности ПСВ и балласта с участка двухколейного железнодорожного пути.

Для получения результатов сравнительного анализа известного способа, принятого за прототип и предлагаемого способа отбора проб ПСВ и балласта были проведены исследования территории железнодорожной станции «Стахановская» города Самары. Отбор проб проводился в соответствии с ГОСТ 17.4:3.01-83. и ГОСТ 17.4.4.02-84., на пробных площадках. Отбор проб проводился с различных горизонтов (слоев) балласта на глубинах 0-20, 20-40, 40-60 см. Объединенная проба, отобранная с различных горизонтов, имела массу не менее одного килограмма. В этих же точка отбирались ПСВ образовавшиеся в период дождя, объем одной объединенной пробы составлял 3 дм³. Все объеденные пробы регистрировались в журнале и нумеровались. В отобранных пробах определялось содержание различных химических веществ. Химические анализы по определению концентраций загрязняющих веществ в отобранных пробах проводились в аккредитованной гидрохимической лаборатории кафедры «Водоснабжение и водоотведение» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» (СамГТУ) по методикам:

- для ПСВ - ПНД Ф 14.1:2:4.168-2000 (нефтепродукты), ПНД Ф 14.1:2:4.50-96 (железо общее), ПНД Ф 14.1:2:4.48-96 (медь), ПНД Ф 14.1:2:4.60-96 (цинк), ПНД Ф 14.1:2.46-96 (никель), ПНД Ф 14.1:2.174-2000 (свинец), НПД Ф 14.1:2.110-97 (взвешенные вещества), ПНД Ф14.12:4.114-97 (сухой остаток);

- для балласта - ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 (нефтепродукты), ГОСТ 27395-87 (железо общее), ПНД Ф 16.1.40-03 (медь, цинк, свинец), ФР 1.31.2010.07281 (никель).

Экспериментально полученные данные, по результатам обследования железнодорожной станции «Стахановская» г. Самары, приведены в таблицах 2-5. При первом отборе проб ПСВ и балласта был использован способ полуэллипсов (прототип) для каждой колеи железнодорожного пути. На железнодорожной станции «Стахановская» г. Самара был выбран участок с двумя параллельными участками железнодорожного пути (двухколейный участок), на каждом пути было выбрано по три пробных площадки в виде полуэллипсов (согласно требованиям прототипа). Из каждой точки указанной на пробных площадках отбирались пробы ПСВ и балласта. Из отобранных проб ПСВ и балласта с одной пробной площадки создавалась объединена проба, которая направлялась в лабораторию, для проведения химических анализов. Результаты анализов отобранных проб приведены в таблицах №2 и 3.

1 - объединенная проба, отобранная с первой пробной площадки;

2 - объединенная проба, отобранная со второй пробной площадки;

3 - объединенная проба, отобранная с третьей пробной площадки;

4 - объединенная проба, отобранная с оси Y, в пределах полуэллипсов;

Сред. - среднее значение величины загрязнения в пробах, отобранных с пробных площадок. Одновременно на этой же железнодорожной станции «Стахановская» были отобраны пробы ПСВ и балласта по способу предполагаемого изобретения на трех пробных площадках (Фиг. 1). За ось Y принято место остановки локомотива (также как и при первом способе отбора проб), ось X проходила по середине между двумя параллельными железнодорожными путями. Приняты три пробные площадки. Пробы, отобранные на оси Y полуэллипса, были объединены. Длина полуэллипса по оси Y составляла 8,0 м. Каждые пять проб, отобранных с соответствующей пробной площадки, были объединены в общую пробу массой 1 кг (для балласта) и 3 дм³ (для ПСВ). Шаг каждой пробной площадки составлял 4,0 м. Результаты анализов представлены в таблицах №4 и 5.

1 - объединенная проба, отобранная с первой пробной площадки;

2 - объединенная проба, отобранная со второй пробной площадки;

3 - объединенная проба, отобранная с третьей пробной площадки;

4 - объединенная проба, отобранная с оси Y, в пределах полуэллипсов;

Сред. - среднее значение величины загрязнения в пробах, отобранных с пробных площадок

Пробы ПСВ и балласта по каждому выше описанному способу отбирались с одного и того же участка железнодорожного пути по известному способу, принятому за прототип и по заявленному способу. Этот участок железнодорожного пути эксплуатировался в течение 2-3 лет.

Из таблиц 2-5 видно, что концентрация загрязняющего вещества, определенная известным способом и заявленным способом отбора проб для исследования ПСВ и балласта загрязненного двухколейного участка железнодорожного пути, отличается не значительно. Разница результатов не превышает 10 %, что является допустимой величиной. Сравнительный анализ показал, что использование предлагаемого способа полуэллипсов для двухколейного участка железнодорожного пути допустимо, с точки зрения правильности оценки загрязненности ПСВ и балласта участка линейного объекта Использование предлагаемого способа рационально, так как число отборов проб и следовательно выполнения химических анализов сокращается в два раза, без ухудшения результатов исследований.

Суть технического решения поясняется схемами отбора проб:

На фигуре - схема расположения пробных площадок по заявленному способу, где показаны: железнодорожный путь 1, точка отбора проб 2, полуэллипс 3, малая ось полуэллипсов (Y) 4, большая ось полуэллипсов (X) 5;

Способ отбора проб для исследования ПСВ и балласта загрязненного двухколейного участка железнодорожного пути применительно к линейным участкам осуществляется следующим образом. Выбирают малую ось полуэллипсов (Y) 4 и большую оси полуэллипсов (X) 5. Малую ось полуэллипсов (Y) 4 устанавливается перпендикулярно железнодорожным путям 1 и определяет начало области локального загрязнения, а большая ось полуэллипсов (X) 5 устраивается параллельно железнодорожным путям 1 и располагается ровно по середине между двумя железнодорожными путями 1. Длина большой ось полуэллипсов (X) 5 зависит от размеров загрязненного или принятого к исследованию участка железнодорожного пути. Полуэллипсы 3 на исследуемом участке размечают по предварительно выполненному на бумаге чертежу в масштабе с указанием всех необходимых размеров, разметку осей и полуэллипсов 3 выполняют любым доступным способом, например, расчерчиванием линий по грунту или - с помощью колышков и веревок.

Малая ось полуэллипсов (Y) 4 делится натри равных отрезка, на границах которых принимают точки для отбора проб 2 (т.е. на малой оси полуэллипсов (Y) 4 устанавливают четыре точки отбора проб). Большую ось полуэллипсов (X) 5 на протяжении исследуемого линейного участка проводят по середине, между двумя железнодорожными путями 1, расстояния от малой оси полуэллипсов (Y) 4 до точек отбора проб 2 расположенных на большой оси полуэллипсов (X) 5 определяют по формуле:

где - половина длины оси Y в границах полуэллипсов, м;

n - номер полуэллипса, начиная от оси Y.

По большой оси полуэллипсов (X) 5 откладывают расстояния, определяемые по формулам:

где - половина длины оси Y в границах полуэллипсов, м;

n - номер полуэллипса, начиная от оси Y.

На этом расстоянии, перпендикулярно большой оси полуэллипсов (X) 5 проводят прямую и точки ее пересечения с полуэллипсом 3 будут точками отбора проб 2.

0,75 и 0,95 - уточненные коэффициенты, определенные расчетным путем.

Коэффициенты определяют путем построения полуэллипсов 3 различного размера в масштабе.

Длина по большой оси полуэллипсов (X) 5 зависит от размеров загрязненного или принятого к исследованию участка железнодорожного пути. Число точек отбора проб 2 определяют, согласно формуле:

N=4+4-р+р шт.,

где р - число полуэллипсов.

Объединенная проба, полученная путем смешивания точечных проб отобранных с различных горизонтов, имеет массу не менее одного килограмма. Все объеденные пробы регистрируются в журнале, нумеруются и передаются в лабораторию для химического анализа

При использовании, указанного в ближайшем аналоге, способа для отбора проб ПСВ и балласта с применением способа полуэллипсов для одноколейного участка железнодорожного пути, для линейных сооружений, который заключается в том, пробные площадки располагаются только на одном железнодорожном пути. Поскольку для выполнения анализа по определению загрязняющих веществ количество и вид пробы должны соответствовать указанным выше ГОСТам, которые предусматривают предоставление для анализа объединенной пробы, составленной путем смешивания точечных проб, отобранных на одной пробной площадке, то использование способа полуэллипсов для двухколейного участка железнодорожного пути дает аналогичные результаты, такие же как при использовании способа прототипа, но с трудозатратами в два раза меньше чем в прототипе.

Предложенный способ отбора проб для исследования загрязненного участка железнодорожного пути позволяет сократить время и экономические затраты на проведение исследований за счет сокращения в двое числа пробных площадок и проб, что также ведет и к сокращению времени и компонентов для проведения химического анализа отобранных проб.

Расширение объектов исследования за счет включения в их число поверхностных сточных вод, позволяет получить полную и достоверную информацию о степени загрязненности каждого конкретного исследуемого участка, что повышает качество исследований и способствует принятию соответствующего оптимального решения для ликвидации загрязнений и восстановления природной среда в зоне железнодорожных путей.