Способ защиты подземных вод от загрязнений из поверхностных хранилищ жидких отходов

Способ защиты подземных вод от загрязнений из поверхностных хранилищ жидких отходов

Реферат

 

Изобретение относится к области хранения отходов в поверхностных резервуарах. Способ включает создание на внутренней поверхности хранилища противофильтрационного экрана. Отличием является то, что после заполнения хранилища жидкими отходами в хранилище подают глинистый грунт в пульпообразном или порошкообразном состоянии. Осаждающиеся глинистые частицы образуют слой с низкой проницаемостью. Слой обладает свойством поглощать и удерживать загрязняющие вещества отходов. 5 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при строительстве, эксплуатации и ликвидации поверхностных хранилищ жидких отходов, а также при очистке загрязненных вод поверхностных водоемов.

Известен способ защиты подземных вод от загрязнений путем ликвидации области загрязнения откачкой загрязненных вод [1] Основным недостатком этого способа является то, что при откачке загрязненных вод происходит подтягивание к откачным сооружениям чистых подземных вод, в результате чего объем откаченных загрязненных вод многократно превышает первоначальный объем загрязненных вод. В связи с этим возникают новые проблемы по их хранению и очистке.

Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты подземных вод от загрязнений путем ограничения фильтрации загрязненных вод из поверхностного их хранилища, заключающийся в сооружении противофильтрационных экранов в хранилище по всему его контуру, расположенному ниже уровня жидких отходов [2] Недостатками этого способа, принимаемого за прототип, являются недостаточная надежность противофильтрационного экрана, попадание большого количества загрязненных веществ в подземные горизонты из-за слабой их удерживаемости в защитном слое, а также загрязнение подземных вод и прилегающей территории за счет ветрового выноса загрязнителей с поверхности хранилищ, опасность для животного мира в связи с наличием большой береговой линии и больших пространств открытой поверхности загрязненной воды и др.

Цель изобретения создание способа защиты подземных вод от загрязнений из поверхностных хранилищ жидких отходов с более высокой степенью надежности ограничения фильтрации загрязнений за пределы хранилища за счет придания противофильтрационному экрану нового свойства по поглощению и удержанию загрязнений из жидких отходов при их фильтрации за пределы хранилища с одновременным уменьшением проницаемости противофильтрационного экрана и снижением содержания загрязнителей в жидкости хранилища.

Цель достигается созданием противофильтрационного экрана на всей внутренней поверхности хранилища, в который после заполнения хранилища жидкими отходами подают глинистый грунт.

Согласно изобретению глинистый грунт целесообразно подавать в пульпообразном или порошкообразном виде. Кроме того, целесообразно перед подачей глинистого грунта в хранилище производить активизацию его сорбционно-емкостных свойств посредством обработки его кислотными или щелочными растворами. При этом активизацию сорбционно-емкостных свойств глинистого грунта желательно производить водными растворами углекислого газа.

Применение перечисленных операций обуславливает появление следующих новых положительных свойств у предлагаемого изобретения.

Подача природного глинистого грунта (глина, суглинок, глинистый песчаник, супесь и т.п.) в хранилище жидких отходов обеспечивает возникновение противофильтрационного барьера на днище хранилища в результате оседания на нем частиц поданного грунта. Образование такого барьера обусловлено наличием на поверхности частиц грунта природных обменных ионов, способных замещаться на ионы-загрязнители, находящиеся в жидкости хранилища. Вследствие такого обмена природные безвредные ионы (кальция, магния, бикарбоната и др.) заменяются на токсичные из жидких отходов, которые оказываются в этом случае прочно связанными на таком барьере и прекращают свое движение в подземные воды и их загрязнение.

В процессе осаждения частиц грунта в жидкости хранилища происходит разделение частиц по фракциям, причем глинистые частицы как наиболее мелкие из них, осаждаясь с наименьшей скоростью, достигнув днища хранилища, образуют на нем глинистый слой с низкой проницаемостью, т.е. подача природного глинистого грунта независимо от конкретного его фракционного состава способствует образованию противофильтрационного экрана, препятствующему проникновению образованию противофильтрационного экрана, препятствующему проникновению загрязненных вод в подземные водоносные горизонты.

Во время осаждения в результате протекания ионообменных реакций происходит сорбция частицами грунта токсичных компонентов из загрязненной жидкости, находящейся в хранилище. В результате такой очистки загрязненных вод предотвращается аэрозольный вынос загрязнений на окружающую территорию, происходит улучшение экологической обстановки на ней и непосредственно в самом хранилище.

При пульпообразной подаче грунта в хранилище повышается эффективность его действия, по сравнению, например, с подачей грунта способом засыпки в связи с исключением комковатости, получением равномерного слоя грунта на поверхности днища, применением более простых технических средств подачи и техники безопасности, что особенно важно при проведении подобных мероприятий на хранилищах жидких радиоактивных отходов и др. Пульпообразная подача грунта наиболее эффективна, в частности, при ликвидации хранилищ жидких отходов, так как позволяет сосредоточить загрязнения в относительно тонком придонном слое грунта и надежно закрыть их от проникновения к ним поверхностных вод последующими подачами пульпы. При периодической подаче пульпы ложе ликвидируемого хранилища оказывается заполненным грунтом слоистой структуры, что определяет появление у него свойства фильтрационной анизотропии, в соответствии с которым его проницаемость по вертикали оказывается значительно меньшей, чем проницаемость этого же недифференционного грунта. Низкая же вертикальная проницаемость грунта препятствует просачиванию атмосферных осадков к захороненному загрязненному слою и выносу из него токсичных веществ.

Подача грунта в порошкообразном виде является более эффективной при проведении мероприятий в хранилищах с большой площадь зеркала загрязненной жидкости, когда из-за больших расстояний движения пульпы может произойти преждевременное осаждение грунта до достижения им, например, центральной части хранилища. В этом случае подача порошкообразного грунта в хранилище путем его распыления в воздухе над поверхностью жидкости позволит равномерно распределить его по площади хранилища и тем самым получить как противофильтрационный экран, так и очистить воду в хранилище при меньших затратах материалов, труда и времени.

Предварительная перед подачей в хранилище обработки грунта кислотами или щелочами значительно активизирует сорбционную способность грунта соответственно относительно катионов или анионов, повышая сорбционную его емкость в несколько, а иногда в десятки и сотни раз, и усиливая также прочность закрепления на грунте сорбируемых элементов. Применение активированного таким образом грунта позволяет в конечном счете решить поставленную задачу при меньших затратах, чем при применении неактивированного грунта.

Использование для активизации водных растворов углекислого газа, образующего при растворении угольную кислоту, позволяет получить ряд дополнительных положительных свойств в предлагаемом способе. К ним относятся: безвредность раствора, являющегося десорбирующим относительно природных обменных катионов грунта (натрия, кальция, магния и др.); сохранность частиц грунта, что обусловлено слабым химическим взаимодействием с ним углекислотного раствора, по сравнению с такими десорбирующими растворами, как растворы соляной, серной и других сильных кислот; достаточно высокие десорбирующие свойства, одним из признаков которых является хорошая растворимость бикарбонатных и карбонатных соединений природных обменных катионов, возникающих в результате замены их на поверхности частиц грунта на водородный катион угольной кислоты; относительная простота приготовления углекислотного раствора, не требующая применения стойких в агрессивных средах материалов; низкая стоимость и широкая доступность углекислого газа; относительно простые требования по технике безопасности и др.

Проведение активизации в скважине позволяет совместить процесс приготовления углекислотного раствора с активизацией им грунта, получить высококонцентрированный углекислотный раствор и в конечном счете обеспечить глубокую проработку грунта, упростить технологическую схему его активизации, сократить число операций по его проведению и др.

П р и м е р. Известно хранилище жидких радиоактивных отходов площадью 200 х х300 6 х 10⁴ м² с высотой слоя загрязненной воды в нем 2 м, имеющее в своем ложе уложенный в качестве противофильтрационного экрана слой глины толщиной 0,7 м. Фильтрационные потери из этого хранилища составляют 20 м³/сут. Необходимо снизить утечку радиоактивных веществ с фильтрационным потоком и уменьшить их содержание в воде хранилища.

В процессе подготовки к решению этой задачи предлагаемым способом лабораторными опытами было установлено, что местные суглинки после обработки их водным раствором углекислого газа концентрации 1,0 г/л увеличивают коэффициент межфазного распределения (т.е. коэффициент, численно равный отношению концентрации сорбированного вещества в твердой фазе к его концентрации в жидкости) относительно радионуклидов (цезия, стронция и др.), содержащихся в воде хранилища, в 5 раз. Установлено также, что для проточного связывания этих радионуклидов активированным суглинком и снижения их концентрации в воде хранилища до допустимой нормами радиационной безопасности концентрации достаточно подать в хранилище этот суглинок в количестве около 30 кг/м². Это означает, что ложе хранилища окажется покрытым суглинком средним слоем около 2 см и что такой слой надежно закольматирует места утечек воды из хранилища.

На чертеже изображена схема реализации предлагаемого способа.

На чертеже показано: трубопровод 1 для подачи воды; глиномешалка 2; насос 3; трубопровод 4 для подачи газа; внешняя обсадная колонна 5 труб в скважине; внутренняя колонка 6 труб; трубопровод 7 для выпуска газо-водо-грунтовой смеси из скважины; газо-водоотделитель 8; трубопровод 9 для выпуска непрореагированного газа; трубопровод 10 для выпуска отделенной от смеси воды; трубопровод 11 для выпуска активированного грунта.

По данной технологической схеме подают в трубопровод 1 воду в количестве 30 м³/ч, одновременно из глиномешалки 2 в этот трубопровод подают измельченный и смешанный с водой суглинок в количестве 10 т/ч, т.е. отношение суглинка к воде в смеси, движущейся к насосу 3, составляет 330 г/л. Из насоса водо-грунтовую смесь подают в скважину по опущенной в нее колонне 6 труб, одновременно в эту смесь по выходе ее из насоса подают по трубопроводу 4 углекислый газ из баллона в количестве 1 г/л относительно поданной воды. При такой подаче газа расходуется приблизительно содержимое одного баллона в час.

При нисходящем движении газо-водо-грунтовой смеси по колонне 6 улучшаются условия для растворения в воде газа за счет увеличения гидростатического давления смеси, и происходит ионообменные реакции между образующейся углекислотой и обменными катионами суглинка. Затем газо-водо-грунтовая смесь поднимается в скважине по межтрубному пространству между трубными колоннами 5 и 6 и через трубопровод 7 попадает в газо-водоотделитель гидроциклонного типа. Отсюда отделившийся непрореагированный газ направляют по трубопроводу 9 на повторное использование, отделенную воду направляют по трубопроводу 10 в отстойник, где происходит осаждение выпадающих из-за уменьшения содержания в воде углекислого газа карбонатов кальция, магния и других металлов. Из отстойника вода поступает в трубопровод 1 для нового цикла ее использования. Активированный грунт с оставшимся небольшим количеством воды направляют к хранилищу жидких отходов. Непосредственно подача его в хранилище осуществляется или самотеком после смешивания с загрязненной водой или без такого смешивания путем разбрызгивания над поверхностью хранилища при помощи, например, струйной дождевальной установки.

При подаче самотеком пульпы, разжиженной водой из хранилища, происходит равномерное заполнение его жидкой пульпой с последующим осаждением из него взвешенных частиц грунта на внутреннюю поверхность хранилища. В результате осаждения на этой поверхности образуется слой глинистых частиц, предотвращающих фильтрацию из хранилища. При подаче грунта с помощью дождевальной установки его также равномерно распределяют по поверхности хранилища путем изменения направления струи выброса и ее высоты так, как это делается при применении дождевальной установки по прямому назначению, т.е. для орошения сельскохозяйственных полей. После такой подачи грунт, оседая в воде хранилища, также образует на его поверхности противомиграционный слой толщиной по данному примеру около 2 см.

В зависимости от конкретных условий применения способа и требований к качеству подготовки грунта для технологических операций может быть заменен или исключен из приведенных в примере. Например, грунт из трубопровода 11 может быть подан на фильтр для освобождения от остатков воды, затем в сушильный аппарат и далее в виде порошка распылен над хранилищем, смесь может быть подана в трубопровод 7, минуя скважину, где и будут проходить ионообменные реакции; при достаточно высокой сорбционной емкости грунта подача газа в его смесь с водой может не производиться и др.

Применение же способа по приведенному примеру позволило за 7,5 сут работы по подаче грунта в хранилище снизить фильтрационные потери из него более чем в 10 раз, снизить содержание радионуклидов в фильтрующейся воде до предельно допустимых концентраций и уменьшить радиационное излучение воды в хранилище на несколько порядков, доведя его значение до близкого к фоновому.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ХРАНИЛИЩ ЖИДКИХ ОТХОДОВ, включающий создание противофильтрационного экрана на внетренней поверхности хранилища, отличающийся тем, что после заполнения хранилища жидкими отходами в него подают глинистый грунт.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что глинистый грунт подают в пульпообразном виде.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что глинистый грунт подают в порошкообразном виде.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей глинистого грунта в хранилище производят активизацию его сорбционно-емкостных свойств посредством обработки его кислотными или щелочными растворами.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что активизацию сорбционно-емкостных свойств глинистого грунта производят водными растворами углекислого газа.

6. Способ по пп.4 и 5, отличающийся тем, что активизацию глинистого грунта осуществляют в скважине, которую оборудуют двумя колоннами труб, при этом в одну из колонн подают водогазогрунтовую смесь, а по другой извлекают эту смесь из скважины.

РИСУНКИ

Рисунок 1