Спосіб захисту підземних вод від забруднень із поверхневих сховищ рідких відходів, Банк патентів
Винахід відноситься до галузі зберігання відходів у поверхневих резервуарах. Спосіб включає створення на внутрішній поверхні сховища протифільтраційного екрану. Відмінністю є те, що після заповнення сховища рідкими відходами до сховища подають глинистий грунт у пульпоподібному або порошкоподібному стані. Глинисті частинки, що осаджуються, утворюють шар з низькою проникністю. Шар має властивість поглинати та утримувати забруднюючі речовини відходів. 5 з. п. ф-ли, 1 іл.
Винахід відноситься до гірської справи і може бути використане при будівництві, експлуатації та ліквідації поверхневих сховищ рідких відходів, а також для очищення забруднених вод поверхневих водойм.
Відомий спосіб захисту підземних вод від забруднень шляхом ліквідації області забруднення відкачуванням забруднених вод [1] Основним недоліком цього способу є те, що при відкачуванні забруднених вод відбувається підтягування до відкачуваних споруд чистих підземних вод, внаслідок чого обсяг відкачених забруднених вод первісний обсяг забруднених вод. У зв'язку з цим виникають нові проблеми щодо їх зберігання та очищення.
Найбільш близьким до пропонованого є спосіб захисту підземних вод від забруднень шляхом обмеження фільтрації забруднених вод з їх поверхневого сховища, що полягає в спорудженні протифільтраційних екранів у сховищі по всьому його контуру, розташованому нижче рівня рідких відходів [2] Недоліками цього способу, що приймається за прототип, є недостатня надійність протифільтраційного екрану, потрапляння великої кількості забруднених речовин у підземні горизонти через слабку їх утримуваність узахисному шарі, а також забруднення підземних вод та прилеглої території за рахунок вітрового винесення забруднювачів з поверхні сховищ, небезпека для тваринного світу у зв'язку з наявністю великої берегової лінії та великих просторів відкритої поверхні забрудненої води та ін.
Мета винаходу створення способу захисту підземних вод від забруднень з поверхневих сховищ рідких відходів з більш високим ступенем надійності обмеження фільтрації забруднень за межі сховища за рахунок надання протифільтраційному екрану нової властивості по поглинанню і утримуванню забруднень з рідких відходів при їх фільтрації протифільтраційного екрану та зниженням вмісту забруднювачів у рідині сховища.
Мета досягається створенням протифільтраційного екрану на всій внутрішній поверхні сховища, який після заповнення сховища рідкими відходами подають глинистий грунт.
Згідно винаходу глинистий ґрунт доцільно подавати в пульпоподібному або порошкоподібному вигляді. Крім того, доцільно перед подачею глинистого ґрунту в сховище здійснювати активізацію його сорбційно-ємнісних властивостей за допомогою обробки кислотними або лужними розчинами. При цьому активізацію сорбційно-ємнісних властивостей глинистого ґрунту бажано проводити водними розчинами вуглекислого газу.
Застосування перерахованих операцій зумовлює появу наступних нових позитивних властивостей запропонованого винаходу.
Подача природного глинистого ґрунту (глина, суглинок, глинистий піщаник, супісок тощо) у сховище рідких відходів забезпечує виникнення протифільтраційного бар'єру на днищі сховища внаслідок осідання на ньому частинок поданого ґрунту. Утворення такогобар'єру обумовлено наявністю на поверхні частинок ґрунту природних обмінних іонів, здатних заміщатися на іони-забруднювачі, що знаходяться в сховищі рідини. Внаслідок такого обміну природні нешкідливі іони (кальцію, магнію, бікарбонату та ін.) замінюються на токсичні з рідких відходів, які виявляються в цьому випадку міцно пов'язаними на такому бар'єрі та припиняють свій рух у підземні води та їх забруднення.
У процесі осадження частинок ґрунту в рідині сховища відбувається поділ частинок по фракціям, причому глинисті частинки як найбільш дрібні з них, беручи в облогу з найменшою швидкістю, досягнувши днища сховища, утворюють на ньому глинистий шар з низькою проникністю, тобто. подача природного глинистого ґрунту незалежно від конкретного його фракційного складу сприяє утворенню протифільтраційного екрану, що перешкоджає проникненню утворенню протифільтраційного екрану, що перешкоджає проникненню забруднених вод у підземні водоносні горизонти.
Під час осадження в результаті протікання іонообмінних реакцій відбувається сорбція частинками ґрунту токсичних компонентів із забрудненої рідини, що знаходиться у сховищі. Внаслідок такого очищення забруднених вод запобігається аерозольний винос забруднень на навколишню територію, відбувається покращення екологічної обстановки на ній та безпосередньо у самому сховищі.
При пульпоподібній подачі ґрунту в сховищі підвищується ефективність його дії, порівняно, наприклад, з подачею ґрунту способом засипки у зв'язку з винятком комковатости, отриманням рівномірного шару ґрунту на поверхні днища, застосуванням більш простих технічних засобів подачі та техніки безпеки, що особливо важливо під час проведення подібних заходів на сховищах рідких радіоактивнихвідходів та ін. Пульпоподібна подача грунту найбільш ефективна, зокрема, при ліквідації сховищ рідких відходів, оскільки дозволяє зосередити забруднення відносно тонкому придонному шарі грунту і надійно закрити їх від проникнення до них поверхневих вод наступними подачами пульпи. При періодичній подачі пульпи ложе сховища, що ліквідується, виявляється заповненим ґрунтом шаруватої структури, що визначає появу у нього властивості фільтраційної анізотропії, відповідно до якого його проникність по вертикалі виявляється значно меншою, ніж проникність цього ж недиференційного ґрунту. Низька вертикальна проникність ґрунту перешкоджає просочуванню атмосферних опадів до похованого забрудненого шару і виносу з нього токсичних речовин.
Подача ґрунту в порошкоподібному вигляді є більш ефективною при проведенні заходів у сховищах з великою площею дзеркала забрудненої рідини, коли через великі відстані руху пульпи може відбутися передчасне осадження ґрунту до досягнення ним, наприклад, центральної частини сховища. В цьому випадку подача порошкоподібного ґрунту в сховище шляхом його розпилення в повітрі над поверхнею рідини дозволить рівномірно розподілити його по площі сховища і тим самим отримати як протифільтраційний екран, так і очистити воду в сховищі за менших витрат матеріалів, праці та часу.
Попередня перед подачею в сховище обробки ґрунту кислотами або лугами значно активізує сорбційну здатність ґрунту відповідно щодо катіонів або аніонів, підвищуючи сорбційну його ємність у кілька, а іноді в десятки і сотні разів, і посилюючи також міцність закріплення на ґрунті елементів, що сорбуються. Застосування активованого таким чином ґрунтудозволяє зрештою вирішити поставлене завдання при менших витратах, ніж при застосуванні неактивованого ґрунту.
Використання для активізації водних розчинів вуглекислого газу, що утворює при розчиненні вугільну кислоту, дозволяє отримати ряд додаткових позитивних властивостей запропонованому способі. До них відносяться: нешкідливість розчину, що десорбує щодо природних обмінних катіонів ґрунту (натрію, кальцію, магнію та ін); збереження частинок ґрунту, що обумовлено слабкою хімічною взаємодією з ним вуглекислотного розчину, порівняно з такими десорбуючими розчинами, як розчини соляної, сірчаної та інших сильних кислот; досить високі десорбуючі властивості, однією з ознак яких є хороша розчинність бікарбонатних і карбонатних сполук природних обмінних катіонів, що виникають в результаті заміни їх на поверхні частинок ґрунту на водневий катіон вугільної кислоти; відносна простота приготування вуглекислотного розчину, яка не вимагає застосування стійких в агресивних середовищах матеріалів; низька вартість та широка доступність вуглекислого газу; відносно прості вимоги з техніки безпеки та ін.
Проведення активізації в свердловині дозволяє поєднати процес приготування вуглекислотного розчину з активізацією ним ґрунту, отримати висококонцентрований вуглекислотний розчин і в кінцевому рахунку забезпечити глибоке опрацювання ґрунту, спростити технологічну схему його активізації, скоротити кількість операцій з його проведення та ін.
У процесі підготовки до вирішення цього завдання пропонованим способом лабораторними дослідами було встановлено, що місцеві суглинки після обробки їх водним розчином вуглекислого газу концентрації 1,0 г/л збільшують міжфазний коефіцієнтрозподілу (тобто коефіцієнт, чисельно рівний відношенню концентрації сорбованої речовини у твердій фазі до його концентрації в рідині) щодо радіонуклідів (цезію, стронцію та ін.), що містяться у воді сховища, у 5 разів. Встановлено також, що для проточного зв'язування цих радіонуклідів активованим суглинком та зниження їх концентрації у воді сховища до допустимої нормами радіаційної безпеки концентрації достатньо подати до сховища цей суглинок у кількості близько 30 кг/м 2 . Це означає, що ложе сховища виявиться покритим суглинком середнім шаром близько 2 см і такий шар надійно закольматує місця витоків води зі сховища.
На кресленні зображено схему реалізації запропонованого способу.
На кресленні показано: трубопровід 1 для подачі води; глиномішалка 2; насос 3; трубопровід 4 для подачі газу; зовнішня обсадна колона 5 труб у свердловині; внутрішня колонка 6 труб; трубопровід 7 для випуску газо-водо-грунтової суміші зі свердловини; газо-водовідділювач 8; трубопровід 9 для випуску непрореагованого газу; трубопровід 10 для випуску відокремленої суміші води; трубопровід 11 для випуску активованого ґрунту.
За даною технологічною схемою подають у трубопровід 1 воду в кількості 30 м 3 /год, одночасно з глиномішалки 2 цей трубопровід подають подрібнений і змішаний з водою суглинок в кількості 10 т/год, тобто. відношення суглинку до води в суміші, що рухається до насоса 3, становить 330 г/л. З насоса водо-грунтову суміш подають у свердловину по опущеній колоні 6 труб, одночасно в цю суміш по виході її з насоса подають по трубопроводу 4 вуглекислий газ з балона в кількості 1 г/л щодо поданої води. При такій подачі газу витрачається приблизно один балон на годину.
При низхідномурусі газо-водо-грунтової суміші по колоні 6 покращуються умови для розчинення у воді газу за рахунок збільшення гідростатичного тиску суміші, і відбувається іонообмінні реакції між утворюється вуглекислотою і обмінними катіонами суглинку. Потім газо-водо-ґрунтова суміш піднімається в свердловині міжтрубного простору між трубними колонами 5 і 6 і через трубопровід 7 потрапляє в газо-водоотделитель гідроциклонного типу. Звідси непрореагований газ, що відокремився, направляють по трубопроводу 9 на повторне використання, відокремлену воду направляють по трубопроводу 10 у відстійник, де відбувається осадження випадають через зменшення вмісту у воді вуглекислого газу карбонатів кальцію, магнію та інших металів. З відстійника вода надходить у трубопровід 1 нового циклу її використання. Активований грунт з невеликою кількістю води, що залишилася, направляють до сховища рідких відходів. Безпосередньо подача його в сховище здійснюється або самопливом після змішування із забрудненою водою або без такого змішування шляхом розбризкування над поверхнею сховища за допомогою, наприклад, струминної установки дощу.
При подачі самопливом пульпи, розрідженою водою зі сховища, відбувається рівномірне заповнення його рідкою пульпою з подальшим осадженням зважених з нього частинок грунту на внутрішню поверхню сховища. В результаті осадження на цій поверхні утворюється шар глинистих частинок, що запобігають фільтрації зі сховища. При подачі ґрунту за допомогою дощувальної установки його також рівномірно розподіляють по поверхні сховища шляхом зміни напрямку струменя викиду та його висоти так, як це робиться при застосуванні дощувальної установки за прямим призначенням, тобто. для зрошення сільськогосподарських полів Після такої подачі ґрунт,осідаючи у воді сховища, також утворює на його поверхні протиміграційний шар завтовшки за даним прикладом близько 2 см.
Залежно від конкретних умов застосування способу та вимог до якості підготовки ґрунту для технологічних операцій може бути замінений або виключений з наведених у прикладі. Наприклад, ґрунт з трубопроводу 11 може бути подано на фільтр для звільнення від залишків води, потім у сушильний апарат і далі у вигляді порошку розпорошено над сховищем, суміш може бути подана в трубопровід 7, минаючи свердловину, де і проходитимуть іонообмінні реакції; при досить високій сорбційної ємності грунту подача газу в його суміш з водою може не вироблятися та ін.
формула винаходу
1. СПОСІБ ЗАХИСТУ ПІДЗЕМНИХ ВОД ВІД ЗАБРУДНЕНЬ З ПОВЕРХНІХ СХОВИН РІДКИХ ВІДХОДІВ, що включає створення протифільтраційного екрану на внутрішній поверхні сховища, який відрізняється тим, що після заповнення сховища рідкими відходами.
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що глинистий грунт подають у пульпоподібному вигляді.
3. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що глинистий ґрунт подають у порошкоподібному вигляді.
4. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що перед подачею глинистого ґрунту в сховище здійснюють активізацію його сорбційно-ємнісних властивостей за допомогою обробки кислотними або лужними розчинами.
5. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що активізацію сорбційно-ємнісних властивостей глинистого ґрунту виробляють водними розчинами вуглекислого газу.
6. Спосіб за пп.4 і 5, який відрізняється тим, що активізацію глинистого грунту здійснюють у свердловині, яку обладнають двома колонами труб, при цьому в одну з колон подають водогазогрунтову суміш, а по іншій витягують цю сумішзі свердловини.
MM4A - Дострокове припинення дії патенту СРСР або патенту України на винахід через несплату у встановлений термін мита за підтримку патенту в силі