Т Н Замыслова - Расчёт удельной площади поверхности в прибрежных наносах сложенных частицами одного линейного размера - страница 1

Страницы:
1  2 

УДК 57.08:597.351

Т. Н. З А М Ы С Л О В А

РАСЧЁТ УДЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДИ ПОВЕРХНОСТИ В ПРИБРЕЖНЫХ НАНОСАХ, СЛОЖЕННЫХ ЧАСТИЦАМИ ОДНОГО ЛИНЕЙНОГО РАЗМЕРА

Рассчитаны количество частиц и площадь поверхности всех частиц в одном грамме при­брежных наносов, имеющих различный состав. Показано, что с увеличением линейного размера частиц происходит уменьшение их количества, однако линейной зависимости между размером и количеством частиц и площадью поверхности для частиц размером 1 - 9 мм не прослеживается, что необходимо учитывать при описании процессов накопления загрязняющих веществ в при­брежных наносах.

Нефть и нефтепродукты, попадая в морскую среду, могут адсорбироваться на по­верхности макрофитов, на частицах детрита и планктонных организмах, на поверхности всех организмов, населяющих как толщу воды, так и дно водоёмов, и, конечно, на по­верхности частиц, слагающих донные осадки. Известно, что адсорбционная способность любого адсорбента определяется удельной площадью его поверхности, которая, в свою очередь, зависит от степени дисперсности адсорбента [3]. Из этого следует, что илистые донные осадки должны иметь большую площадь поверхности, чем песчаные, и в боль­шей степени адсорбировать нефть и нефтепродукты. Последнее утверждение подтвер­ждается многими экспериментальными данными, в частности [2, 5]. Так, илы бухты Се­вастопольская содержат от 34 до 1708,8 мг/100 г нефтяных углеводородов, в то время как в песках, как правило, обнаружены лишь их следы [5].

Ранее [1] была определена площадь поверхности частиц в пробах песчаных нано­сов массой один грамм, составившая 1589,8 мм2. Вместе с тем, в виду многообразия природных систем трудно предположить, что прибрежные наносы будут иметь абсо­лютно одинаковый состав, даже в пределах одного района. В этой связи представляет интерес определение площади поверхности в прибрежных наносах, имеющих различный гранулометрический состав.

Целью работы являлся расчёт площади поверхности частиц в прибрежных нано­сах различного состава на основании данных об их составе.


Материал и методы. Пробы отбирались на линии уреза на северном берегу Сева­стопольской бухты [4]. Расчет проводили, исходя из следующих предположений: 1. Наносы сложены частицами только одного линейного размера и включают как терри-генные, так и биогенные частицы. 2. Наносы сложены только терригенными частицами одного линейного размера. 3. Наносы сложены только биогенными частицами одного линейного размера. Исходные данные для расчёта представлены в табл. 1.


 

 

п в 1


• 1

п ф

m ф

 

Зная процентное содержание терригенных и биогенных частиц во фракции, опре­деляли количество частиц каждого вида в 1 г наносов:п тер в і г = % терпв 1 г/100 тер в 1 г       тер    в 1 г

П биогв 1 г = %биог ^ П в 1 г/100

п                                                              ~                   стер сбиогГ11

Зная площадь поверхности одной частицы Si    и Si     [1], определяли суммар­ную площадь поверхности частиц в 1 г наносов:

 

S1 г   = Птер в 1 г ^ Si    + Пбиог в 1 г ^ Si

общ = П                     _ Sтер + п                        _ Sбиог

в 1 г

 

Расчёт площади поверхности в 1 г наносов, состоящих только из терригенных час­тиц одного линейного размера, проводили по следующей методике.

По известной массе и количеству терригенных частиц во фракции находим коли­чество этих частиц в 1 г наносов:

тер ,

 

т П в

тер ф

1 г тер

m ф

 

Зная площадь поверхности одной частицы [1], определяем суммарную площадь поверхности частиц в 1 г наносов:

..общ = П                        S тер

S1 г   = П тер в 1 г ^ Si

Расчёт площади поверхности в 1 г наносов, состоящих только из биогенных час­тиц одного линейного размера, проводили по следующей методике. По известной массе и количеству биогенных частиц во фракции находим количество этих частиц в 1 г нано­сов:

пбиог 1

биог = _ф           

П в 1 г =     биог '

m ф

Зная площадь поверхности одной частицы [1], определяем суммарную площадь поверхности частиц в 1 г наносов:

собщ = П обиог S1 г   = Пбиог в 1 г ^ Si

Поскольку, согласно классификации [6], частицы с линейным размером 0,25 - 1 мм относятся к пескам, а частицы с линейным размером 1,0 - 10,0 - к гравию, то представляет также интерес определение площади поверхности частиц в илистых дон­ных осадках. Расчёт проводили по следующей методике.

Принимали, что частицы ила имеют линейный размер 0,01 - 0,05 мм, и что для терригенных частиц они имеют форму куба, а для биогенных - квадрата.

Средняя масса одной терригенной частицы с линейным размером 0,5 мм составля-

-4 -4 ет 8,5 10    г, биогенной - 6,8 10 г.

Поскольку из одной терригенной частицы (0,5 мм) можно получить 1000 частиц размером 0,05 мм и 125000 частиц размером 0,01 мм, то:

= 8,5 ^10-4 = 8,5 10-7 г                                m-P =                         = 6,8 10-9 г

0,05      1000                                                            0,01 125000

Если терригенные частицы имеют форму куба, то:

80е05 = 6 • 0,052 = 0,015 мм2                                     = 6 • 0,012 = 0,0006 мм2

В 1 г наносов, сложенных только из терригенных частиц (0,05 мм), содержится 7 6

1/8,5 • 10    = 1,2 • 10   частиц. Тогда общая площадь поверхности частиц составляет:

S0605 = 1,2•Ю6 • 0,015 = 18000 мм2

В 1 г наносов, сложенных только из терригенных частиц (0,01 мм), содержится -9 8

1/6,8 -10    = 1,5 -10   частиц. Тогда общая площадь поверхности частиц составляет:

= 1,5 • 108 • 0,0006 = 90000 мм2

Аналогично проводили расчёт для биогенных частиц. Учитывая, что из одной биогенной частицы (0,5 мм) можно получить 100 частиц размером 0,05 мм и 2500 час­тиц размером 0,01 мм, то:

биог      6,8 ^10^      Ло  ,п-6                                            „„биог      6,8 ^10 4      ~ п -9

m005 =                     = 6,8 • 10   г                       m001 =                     = 2,7 •Ю г

0,05        100                                                            0,01 2500

Если биогенные частицы имеют форму квадрата, то:

= 2 • 0,052 = 0,005 мм2                                              = 2 • 0,012 = 0,0002 мм2

В 1 г наносов, сложенных только из биогенных частиц (0,05 мм), содержится 1/6,8 • 10-6 = 1,5 •105 частиц. Тогда общая площадь поверхности частиц составляет:

= 1,5 •Ю5 • 0,005 = 750 мм2

В 1 г наносов, сложенных только из биогенных частиц (0,01 мм), содержится 1/2,7 • 10-9 = 3,7 •Ю8 частиц. Тогда общая площадь поверхности частиц составляет:

= 3,7 • 108 • 0,0002 = 74000 мм2

Результаты и обсуждение. На рис. 1 представлены данные о количестве частиц в 1 г наносов, сложенных частицами одного линейного размера. Во всех случаях количе­ство частиц с увеличением линейного размера уменьшается, однако можно заметить, что количество частиц в 1 г биогенных наносов превышает количество частиц в 1 г терри-генных наносов, что, вероятно, можно объяснить меньшей массой биогенных частиц.

Поскольку удельная площадь поверхности частиц определяется степенью дис­персности, то можно предположить, что, чем меньше линейный размер частиц и чем больше частиц в образце наносов массой 1 г, то тем большей будет площадь поверхно­сти. Эта зависимость прослеживается достаточно чётко, но только для частиц с линей­ными размерами 0,01 - 1 мм и менее. Площадь поверхности частиц в 1 г наносов с час­тицами размером 1 - 9 мм различного состава представлена на рис. 2, 3, 4.

Можно видеть, что для частиц с размером от 1 до 9 мм линейной зависимости между размером и площадью поверхности не существует. При этом в случае биогенных наносов и наносов, сложенных как из терригенных, так и из биогенных частиц, макси­мальная площадь поверхности наблюдалась для линейного размера 3 мм, а в случае тер-ригенных наносов - для линейного размера 2 мм. Возможно, это связано с тем, что при достаточном количестве частиц в 1 г наносов с размером частиц 2 - 3 мм форма частиц

отличается большим разнообразием, по сравнению с частицами меньшего размера. Кро­ме того, для биогенных частиц наблюдается ещё два максимума - при линейном размере 7 и 8 мм.

2000

о я

ь

и а

 

0,25-0,5


8 9 размер, мм

 

 

 

- терригенные + биогенные


-только терригенные


- только биогенные

 

Рисунок 1. Количество частиц в 1 г наносов различного состава в зависимости от размера частиц (мм)

Figure 1. Particles number in 1 g of different marine deposits depending on their sizes

 

 

 

 

 

 

 

3 о


5000 4000 3000 2000 1000

0


 

 

 

 

 

 

 

 

+


 

 

 

 

 

 

li П


 

 

 

 

 

 

 

 

 

T


 

 

 

 

 

 

 

 

+


 

 

 

 

 

 

 

 

+


 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

0,25­0,5


123456789

размер, мм

 

 

Рисунок 2. Площадь поверхности (мм2) частиц терригенного и биогенного происхождения в

1 г наносов в зависимости от размера частиц (мм)

Figure 2. Square of particles surface (mm2) depending on their sizes (mm)

Таким образом, проведённые расчёты показывают, что несмотря на соблюдение общей закономерности соотношения площади поверхности и степени дисперсности, в природных системах возможны различные отклонения, которые должны быть учтены при описании процесса накопления загрязняющих веществ, в частности нефти и нефте­продуктов, в прибрежных наносах.

 

 

 

 

 

 

3 о

a


5000 -r 4000 3000 2000 1000

0


 

 

 

 

 

 

Д


 

 

 

 

 

 

 

 

T


 

 

 

 

 

 

 

 

т


 

 

 

 

 

 

 

 

T


 

 

 

 

 

 

 

 

-i--------- r


 

 

 

 

 

 

 

 

4------------- 1------------ 1------------ 1

 

0,25­0,5


123456789

размер, мм

 

Рисунок 3. Площадь поверхности частиц (мм2) в 1 г наносов, сложенных только из частиц

терригенного происхождения в зависимости от их размера

Figure 3. Square of terrigenic particles surface (mm2) depending on their sizes (mm)

 

5000

4000

g 3000

 

 

3 о

а

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Т Н Замыслова - Методы и результаты определения гранулометрического состава и площади поверхности частиц прибрежных наносов

Т Н Замыслова - Расчёт удельной площади поверхности в прибрежных наносах сложенных частицами одного линейного размера