Подземное захоронение трудноочищаемых промышленных стоков

Сразу отметим, что подземные захоронения стоков – вынужденная мера ограниченного применения. Она используется для обезвреживания небольших количеств сильно загрязненных и токсичных сточных вод, для которых в настоящее время отсутствуют методы очистки и утилизации. Кроме того, при организации любой бессточной системы на промышленных предприятиях образуются загрязненные стоки как концентрированный остаток многократного использования воды. По количеству все эти стоки не превышают 3 % от общего объема сточных вод, но они иногда более чем на 50 % определяют уровень загрязнения водоемов. В связи с этим для обезвреживания неочищаемых сточных вод постоянно существует необходимость разработки новых методов, к числу которых относятся и методы подземного захоронения стоков.

Подземное захоронение неочищаемых и трудноочищаемых промышленных стоков не является идеальным решением проблемы их обезвреживания, но достаточно эффективно в отношении охраны водоемов от загрязнения. Дело в том, что метод подземного захоронения промышленных сточных вод позволяет выиграть время для разработки более современных систем оборотного водоснабжения и технологии очистки стоков, обеспечить при этом ускорение технологического процесса, что имеет большое значение для

развития химической промышленности.

Захоронение сточных вод осуществляется с помощью нагнетательных скважин. Буровой скважиной называется выработка цилиндрической формы, имеющая небольшое поперечное сечение по сравнению с глубиной. Приведем основные элементы скважины (рис.58).

Рис. 58. Схема скважины. 1 - начало скважины - устье. 2 - дно скважины - забой. Место вблизи забоя называется призабойной зоной. 3 - ствол 4-цилиндрическая поверхность- стенка.

При бурении скважин на большие глубины обычно встречаются горизонты пресных вод, которые необходимо тщательно защитить от проникновения в них загрязнений из производственных стоков. Для этого на эту или несколько большую глубину опускается обсадная колонна, цементированная до устья скважины (рис. 59).

Рис. 59. Конструкция скважины.

- шахтное направление, предназначенное для закрепления устья скважины;

- удлиненное направление – спускается колонна обсадных труб с целью перекрытия отложений, поврежденных обвалами:

- эксплуатационная колонна из коррозионно- стойких труб (стеклопластик)

- обсадная колонна для перекрытия и изоляции отложений, поврежденных обвалом;

- вода, - песок, - цемент;

насосно-компрессорные трубы из коррозионно-стойкого материала (стеклопластик или титан), служащие для закачки промстоков.

Ниже, до горизонта, в который намечено закачивать сточные воды опускается рабочая обсадная колонна, также закрепленная цементом. В зависимости от того, какими породами представлен водоносный горизонт, забой скважины оставляется открытым или закрепляется обсадной колонной, которую «простреливают» (перфорируют) с помощью перфоратора для связи скважины с пластом (рис.60). Пространство между насосно – компрессорными трубами и обсадными - называется межтрубьем и заполняется водой с таким расчетом, чтобы нижний уровень был выше дыр перфорации.

Устье скважины обвязывается арматурой и снабжается двумя манометрами, фиксирующими давление в трубах и межтрубье. Разница в показания: давлений подтверждает прием пласта и рабочие состояние колонн.

Подземное захоронение применяется в районах, имеющих мощную толщу осадочных пород. Однако для осуществления его могут использоваться и кристаллические породы.

Рис. 60. Перфоратор 1. Обсадная колонна 2. Место оценки давления рабочего горизонта (Р1) 3. Место оценки давления нижнего рабочего горизонта (Р2) 4. Насосно - компрессорная колонна

Для закачивания сточных вод в поглощающие скважины вскрывают один или несколько широко распространенных горизонтов, которые при достаточной мощности (7 - 10 м) и хорошей проницаемости могут обеспечить многолетнюю приемистость. Выше (а иногда и ниже) этого горизонта должен находится надежный (без трещин) водоупорный горизонт, сложенный глинами или другими породами, которые изолируют пласт от пресных или ценных минеральных пород.

В связи с проблемой подземного захоронения сточных вод важное значение приобретает изучение водоупоров, среди которых наиболее распроограненными являются глины. Исследование фильтрационных и миграционных параметров глин, их трещиноватости представляют интерес не только в связи с обоснованием экранированности пласта - коллектора, но и для проблемы вертикального движения и перетекания подземных вод.

Разведочные работы для обоснования подземного захоронения сточных вод весьма дорогостоящи, так как связаны с бурением глубоких скважин. Проектирование этих работ должно базироваться на предварительной оценке принципиальной возможности подземного захоронения, которая выполняется на основе фондовых и опубликованных материалов. Такая оценка позволит установить, имеются ли в данном районе водоносные горизонты, перспективные для использования в качестве пласта - коллектора, и если таковые имеются, то она дает возможность целенаправленно планировать разведочные работы.

Целью подземного захоронения может быть непрерывное или периодическое удаление сточных вод в течение всего срока работы промышленного предприятия. Подземное захоронение может осуществляться также временно до периода разработки более радикального способа очистки и обезвреживания сточных вод или их утилизации. Такая временная закачка стоков в течение сравнительно короткого интервала времени (3 - 7 лет) оказывается практически более реализуемой и экологически менее опасной. Кроме того, временная закачка должна стимулировать предприятие на разработку более эффективных методов очистки сточных вод, поскольку планирование длительной закачки (на весь период работы предприятия) психологически освобождает от необходимости изыскивать новые возможности обезвреживания и утилизации отходов.

Закачка стоков может быть промышленной и опытно - промышленной. Решение о промышленной закачке принимается тогда, когда по результатам разведочных работ надежно обосновывается возможность закачки и достаточно достоверно прогнозируется распространение закачиваемых стоков по пласту и надежность пласта - коллектора. В сложных геологоструктурных и гидрогеологических условиях, когда такие прогнозы весьма ориентировочны, режим промышленной закачки и ее продолжительность устанавливаются в процессе опытно - промышленной закачки, которая является самостоятельным видом подземного захоронения, но может быть также первым этапом промышленного захоронения. Продолжительность промышленной закачки составляет 10 - 15 лет и более, но может быть и менее длительной. Продолжительность опытно - промышленной закачки значительно меньше - от нескольких месяцев до нескольких лет, но не более 7 лет. Промышленная закачка может быть постоянной и временной, а опытно - промышленная - в основном, временной. По методу подземного захоронения во избежание загрязнения значительных участков недр и с целью локализации площади распространения закачиваемых стоков производится удаление небольших количеств стоков (1000 - 2000 м³/сут и, как правило, не более 4000 - 5000 м³/сут).

Подземное захоронение промышленных сточных вод.Первые гидрогеологические исследования для захоронения промышленных сточных вод в глубоко изолированные горизонты были начаты в нашей стране в 60-е годы. Исследования позволили выделить два перспективных водоносных горизонта, залегающие в интервалах глубин 530 - 900 и 1090 - 1300 м. Эти горизонты разделяются между собой относительно слабопроницаемыми карбонатно-глинистыми породами, имеют большую мощность (толщину, емкость) и перспективны для сброса промышленных стоков. Например, в системе подземной закачки ОАО «Пигмент» г. Тамбова верхний перспективный горизонт – нижнекаменноугольно – верхнедевонский слой сложен преимущественно карбонатными породами мощностью более 300 м. К нему приурочен напорный водоносный горизонт с сильно минерализованной хлоридно-натриевой водой. Нижний слой сложен преимущественно песчаниками и песками общей мощностью 170 м. К этим породам также приурочены рассолы хлорида натрия с общей минерализацией около 220 г/л. Как показали расчеты, радиусы ареалов распространения промышленных стоков в коллекторах вокруг нагнетательных скважин составляют порядка 6 - 7 км и достаточны на срок 25 лет с учетом максимально возможного объема закачки.

Следует, однако, иметь в виду, что при закачке стоков в водоносный горизонт происходят гидродинамические и гидрохимические изменения не только на участке полигона поглощающих скважин, но и за его пределами на значительной площади водоносного горизонта. Это связанно:

1. С ростом давления в пласте – коллекторе.

2. Отжатием пластовых вод закачиваемыми стоками.

3. Перетеканием пластовых вод и стоков в вышележащие горизонты.

4. Образованием вследствие возмущения пласта при закачке стоков новых очагов разгрузки подземных вод, в первую очередь, связанных с разломами и трещинами, которые в естественных условиях являлись экранами, а в условиях нарушенного гидродинамического режима стали в той или иной степени проводящими разломами.

Оценить возможные экологические, а часто и экономические последствия усиленной закачке стоков, в настоящее время не представляется возможным. Кроме того, технически очень сложно полностью исключить возможность проникновения удаляемых высокотоксичных промстоков на поверхность земли или в другие водоносные горизонты через затрубные пространства скважин даже в безаварийном режиме работы. В случае возникновения аварийных ситуаций неминуемо происходит загрязнение не только поверхностных, но и грунтовых вод. Но, отметим и его положительные стороны. При таком способе отпадает необходимость в дорогостоящей очистке и обезвреживании сточных вод и в сооружении сточных сооружений.

При захоронении промышленных стоков в глубокие водоносные горизонты обязательно осуществляется контроль за их миграцией, как по площади распространения поглощающего горизонта, так и в его вертикальном разрезе. Возможная схема «захоронения» промышленных сточных вод в глубокие водоносные горизонты приведена на рис. 61.

Рис. 61. Схема «захоронения» промышленных сточных вод в глубокие водоносные горизонты. 1 - накопительная емкость; 2 - нагнетательная скважина; 3 - наблюдательные скважины; 4 - зона активного водообмена (пресные воды); 5 - зона замедленного водообмена (солоноватые воды); 6 - зона застойного режима (соленые воды); 7 - закаченные промышленные воды.

Помимо наблюдения за распространением стоков в поглощающем горизонте, бурят скважины для наблюдения за вышележащими горизонтами. Характер распространения промышленных стоков в водоносных горизонтах контролируется путем отбора глубинных проб воды на химический анализ, наблюдениями за изменением гидродинамических условий поглощающего и смежных с ним водоносных горизонтов, геофизическими исследованиями. Должен осуществляться также, строгий контроль за техническим состоянием скважин в процессе эксплуатации полигона.

Хотя конструкции нагнетательных скважин достаточно надежны, что доказано их многолетней эксплуатацией, на новых скважинах необходимо предусматривать еще одну техническую колонну, которая будет спускаться в верхний водоупор над рабочими горизонтами.

Регламент эксплуатации установки по закачке промышленных стоков предусматривает контроль за герметичностью обсадных и насосно-компрессорных колонн путем постоянных наблюдений за давлением в насосной колонне и межтрубье, а также периодический отбор и химического анализ проб жидкости из межтрубья. Указанные наблюдения позволят проводить контроль, как в процессе работы, так и при остановке скважин.

Контроль за давлением должен осуществляться постоянно, химический состав пластовых вод исследуется периодически - два раза в год и контролируется санитарно-эпидемиологической станцией. Постоянно должен проводится контроль за расходом жидкости, закачиваемой в рабочие пласты с помощью расходомеров и самопишущих приборов, фиксирующих закачиваемый объем в каждую нагнетательную скважину отдельно.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: