RU2039686C1 - Method of burying of liquid industrial wastes - Google Patents
Method of burying of liquid industrial wastes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2039686C1 RU2039686C1 SU5045646A RU2039686C1 RU 2039686 C1 RU2039686 C1 RU 2039686C1 SU 5045646 A SU5045646 A SU 5045646A RU 2039686 C1 RU2039686 C1 RU 2039686C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- storage
- synclinal
- industrial waste
- waste
- injection
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к области надежного захоронения различных промышленных отходов, а также сточных вод (в том числе и токсичных), представляющих большую опасность в экологическом отношении. Способ применим и в других отраслях народного хозяйства, требующих достаточных гарантий того, что токсичная продукция не появится в грунтовых и более глубоких подземных водах в течение многих десятилетий. The invention relates to the protection of the environment, and in particular to the field of reliable disposal of various industrial wastes, as well as wastewater (including toxic), which pose a great danger from an environmental point of view. The method is applicable in other sectors of the economy, requiring sufficient guarantees that toxic products will not appear in groundwater and deeper underground waters for many decades.
Широко распространенным способом захоронения жидких промышленных отходов, применяемым в настоящее время, является закачка жидких отходов в пористые пласты-коллекторы, залегающие на различных глубинах (см. Гольдберг В.М. Подземное захоронение промстоков химической промышленности, ВСЕГИНГЕО, 1968, с. 79). При этом противопоказано использование для этой цели горизонтов или пластов, содержащих пресные, бальнеологические и промышленные подземные воды, а также горизонтов, непосредственно связанных с месторождениями полезных ископаемых. Кроме того, поглощающие пласты не должны сообщаться с реками, озерами и не выходить на поверхность в радиусе 20-30 км от подземного хранилища промышленных отходов. A widespread method of liquid industrial waste disposal currently used is the injection of liquid waste into porous reservoirs at various depths (see V. Goldberg, Underground burial of industrial waste water in the chemical industry, VSEGINGEO, 1968, p. 79). Moreover, the use for this purpose of horizons or formations containing fresh, balneological and industrial groundwater, as well as horizons directly related to mineral deposits, is contraindicated. In addition, the absorbing layers should not communicate with rivers, lakes and not reach the surface within a radius of 20-30 km from the underground storage of industrial waste.
Одним из широко известных способов хранения жидких промышленных отходов является закачка их в структурную ловушку типа антиклинальной складки, сложенной перемежающимися проницаемыми и непроницаемыми пластами (см. патент США N 3306354, НКИ 166-29, 1967). В соответствии со специфическими требованиями к герметичности покрышки в этом способе предусматривается обязательное применение различных химических реагентов, снижающих проницаемость пластов, залегающих выше покрышки, а также закачивающих трещины в самой покрышке. Однако, учитывая особенности растекания жидкости в пласте, невозможно дать 100% -ную гарантию полной герметичности покрышки при наличии в ней первичной сети трещин. One of the widely known methods for storing liquid industrial wastes is by pumping them into a structural trap such as an anticlinal fold folded with alternating permeable and impermeable layers (see US patent N 3306354, NKI 166-29, 1967). In accordance with the specific requirements for the tightness of the tire, this method provides for the mandatory use of various chemicals that reduce the permeability of formations lying above the tire, as well as injecting cracks in the tire itself. However, given the peculiarities of fluid spreading in the reservoir, it is impossible to give a 100% guarantee of complete tightness of the tire in the presence of a primary network of cracks in it.
Известен способ захоронения радиоактивных отходов в непроницаемых пластах, основанный на их добавлении к специально подготовленным цементирующим растворам, содержащим наряду с цементом различные типы глинистых веществ. (См. патент США N 3379013), НКИ 61-5, 1968). Указанный цементный раствор, содержащий радиоактивные отходы, закачивают в непроницаемые пласты под большим давлением, достаточным для разрыва пласта и образования в нем трещин. Последние и служат вместилищем для радиоактивных растворов. Считается, что последующее затвердение цементирующей массы исключает возможность дальнейшей фильтрации радиоактивных веществ. Вместе с тем следует учитывать, что старение и разрушение цементирующей массы под воздействием подземной влаги различной агрессивности, а также под воздействием радиации ограничивает срок безопасности искусственно создаваемых ловушек в непроницаемых и слабопроницаемых пластах. A known method for the disposal of radioactive waste in impermeable formations, based on their addition to specially prepared cementitious mortars containing, along with cement, various types of clay substances. (See US patent N 3379013), NKI 61-5, 1968). The specified cement mortar containing radioactive waste is pumped into impermeable formations under high pressure sufficient to fracture the formation and form cracks in it. The latter also serve as a container for radioactive solutions. It is believed that subsequent hardening of the cementitious mass eliminates the possibility of further filtering of radioactive substances. At the same time, it should be borne in mind that aging and destruction of cementitious mass under the influence of underground moisture of various aggressiveness, as well as under the influence of radiation limits the safety period of artificially created traps in impermeable and poorly permeable formations.
Ближайшим аналогом по технической сущности к изобретению является способ хранения рассолов в геологических структурах по патенту ГДР (N 227940, 1984), включающий выбор синклинальной структуры, бурение нагнетательной и контрольных скважин, закачку через нагнетательную скважину в проницаемый пласт промышленных отходов с геохимическим контролем состояния геологического разреза в процессе закачки и хранения отходов. The closest analogue in technical essence to the invention is a method for storing brines in geological structures according to the GDR patent (N 227940, 1984), which includes selecting a synclinal structure, drilling injection and control wells, injecting industrial waste through an injection well into a permeable formation with geochemical monitoring of the state of the geological section in the process of injection and storage of waste.
Недостатком известного способа является отсутствие гарантий долгосрочного хранения радиоактивных и токсичных промышленных отходов без их утечек из хранилища. Это обусловлено отсутствием в известном способе критериев выбора герметичного хранилища, критериев подбора физических характеристик отходов, которые могут храниться в выбранном хранилище, а также несовершенством контроля за герметичностью хранилища. The disadvantage of this method is the lack of guarantees of long-term storage of radioactive and toxic industrial waste without leakage from the storage. This is due to the absence in the known method of criteria for selecting a sealed storage, criteria for selecting the physical characteristics of the waste that can be stored in the selected storage, as well as imperfect control over the tightness of the storage.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков. The aim of the invention is to remedy these disadvantages.
Цель достигается тем, что в известном способе хранения жидких промышленных отходов, включающем выбор синклинальной структуры, сложенной перемежающимися проницаемыми пористыми и плотными слоями, бурение нагнетательной и контрольных скважин, закачку через нагнетательную скважину в проницаемый пласт промышленных отходов с геохимическим контролем состояния геологического разреза в процессе закачки и хранения отходов, выбирают синклинальную структуру, характеризующуюся наличием в ней древних гелиеносных рассолов, в которых соотношение 3Не/4Не составляет в пределах 10-5-10-7, в проницаемый пласт закачивают промышленные отходы с плотностью не ниже плотности природного рассола в выбранной синклинальной структуре, а геохимический контроль за состоянием геологического разреза дополнительно осуществляют по изменению фоновой концентрации изотопов гелия и/или ионносолевых комплексов, присущих древним рассолам выбранной синклинальной структуры, в верхних водоносных горизонтах над хранилищем.The goal is achieved by the fact that in the known method for storing liquid industrial waste, which includes selecting a synclinal structure composed of alternating permeable porous and dense layers, drilling injection and control wells, injecting industrial waste through the injection well into a permeable formation with geochemical control of the geological section during the injection process and waste storage, choose a synclinal structure, characterized by the presence in it of ancient helium-bearing brines, in which the ratio e 3 He / 4 Does not range from 10 -5 -10 -7 , industrial waste with a density not lower than the density of natural brine in the selected synclinal structure is pumped into the permeable layer, and the geochemical control of the state of the geological section is additionally carried out by changing the background concentration of helium isotopes and / or ion-salt complexes inherent in ancient brines of the chosen synclinal structure in the upper aquifers above the storage.
Сущность предлагаемого способа хранения жидких промышленных отходов заключается в следующем. Синклинальные ловушки не являются уникальными природными объектами. Они сравнительно широко распространены в природе, располагаясь довольно часто на относительно небольших глубинах (первые километры) в наиболее прогнутых и изолированных со всех сторон зонах осадочного покрова, а также грабенах кристаллического основания. Образование синклинальных ловушек происходит в результате весьма длительных и сложных процессов, в которых сочетается опускание отдельных элементов земной коры и заполнение трещинно-порового пространства пород крепкими рассолами, занимающими самопроизвольно, силу закона гравитации, наиболее погруженные и изолированные от верхних и смежных горизонтов синклинальные складки, лишенные проводящих тектонических трещин или других дизъюнктивных нарушений. The essence of the proposed method of storage of liquid industrial waste is as follows. Synclinal traps are not unique natural objects. They are relatively widespread in nature, often located at relatively shallow depths (first kilometers) in the most bent and isolated on all sides zones of sedimentary cover, as well as grabens of the crystalline base. The formation of synclinal traps occurs as a result of very long and complex processes, which combine the lowering of individual elements of the earth's crust and the filling of the fissure-pore space of rocks with strong brines, spontaneously occupying the force of the law of gravity, synclinal folds that are most submerged and isolated from upper and adjacent horizons, devoid of conducting tectonic cracks or other disjunctive disturbances.
Индикатором, указывающим на фактическое наличие в недрах синклинальных ловушек, отвечающих проектным параметрам их герметичности, является только прямая фиксация в ядре потенциальной ловушки крепких рассолов, обогащенных гелием, являющимися прямым доказательством древности ловушки. Известно, что концентрация гелия в растворе прямо пропорциональна времени нахождения воды в породе. Согласно Савченко зависимость между возрастом рассолов и их газонасыщенностью определяется формулой
t=77 (Не/Аr) 106 лет (см. например, Савченко В.П. Формирование, разведка и разработки месторождений нефти и газа. М. Недра, 1977, с. 116).An indicator indicating the actual presence of synclinal traps in the bowels that meet the design parameters of their tightness is only direct fixation in the core of the potential trap of strong brines enriched with helium, which is direct evidence of the antiquity of the trap. It is known that the concentration of helium in a solution is directly proportional to the residence time of water in the rock. According to Savchenko, the relationship between the age of brines and their gas saturation is determined by the formula
t = 77 (He / Ar) 10 6 years (see, for example, Savchenko VP Formation, exploration and development of oil and gas fields. M. Nedra, 1977, p. 116).
В последнее время это соотношение было уточнено и составило:
t= 100 (Не/Аr) 106 лет (см. например, Корценштейн В.Н. Методика гидрогеологических исследований нефтегазоносных районов. М. Недра, 1991, с. 317).Recently, this ratio has been clarified and amounted to:
t = 100 (He / Ar) 10 6 years (see, for example, Korzenstein VN Technique of hydrogeological studies of oil and gas regions. M. Nedra, 1991, p. 317).
Приведенные выражения используются для определения возраста пластовых вод, который может в полной мере характеризовать степень герметичности подстилающих пород. Однако одного этого критерия недостаточно, чтобы быть уверенным в полной и длительной герметичности выбранной структуры, т.к. тяжелые древние рассолы могут быть захоронены в простой гравитационной ловушке, в которой может отсутствовать герметичная покрышка. Наличие надежной изоляции потенциальной ловушки является одним из наиболее важных требований, предъявляемых к синклинальным ловушкам, проектируемым для захоронения промышленных отходов. Проведенные в последнее время специальные исследования по определению герметичности природных геологических ловушек позволили дать градацию степени герметичности ловушек по величине отношения концентраций изотопов 3Не/4Не.The above expressions are used to determine the age of the formation water, which can fully characterize the degree of tightness of the underlying rocks. However, this criterion alone is not enough to be sure of the complete and long-term tightness of the selected structure, because heavy ancient brines can be buried in a simple gravitational trap, in which there may be no tight tire. The presence of reliable isolation of a potential trap is one of the most important requirements for synclinal traps designed for the disposal of industrial waste. Recently conducted special studies to determine the tightness of natural geological traps made it possible to give a gradation of the degree of tightness of traps in terms of the ratio of the concentration of isotopes 3 He / 4 He.
Как показали исследования, высокое содержание мантийного гелия в пластовой воде свидетельствует о возможности его поступления через возникающие негерметичности (вследствие диффузии гелия) в подошве пласта. Но это лишь усиливает суждения о герметичности ловушки. Studies have shown that the high content of mantle helium in the formation water indicates the possibility of its entry through emerging leaks (due to helium diffusion) in the bottom of the formation. But this only strengthens the judgments about the tightness of the trap.
Концентрация мантийного гелия в пласте, которая соответствует значению отношения 3Не/4Не, равному 10-5-10-7, свидетельствует о длительной сохранности начального рассола в ловушке, исчисляющейся десятками миллионов лет. Общим является вывод о том, что природные ловушки, прошедшие природную апробацию на длительную герметичность, пригодны для хранения особо опасных промышленных отходов с учетом наиболее жестких требований.The concentration of mantle helium in the reservoir, which corresponds to the value of the ratio 3 He / 4 He, equal to 10 -5 -10 -7 , indicates the long-term preservation of the initial brine in the trap in the tens of millions of years. The general conclusion is that natural traps that have undergone natural testing for long-term tightness are suitable for storing especially hazardous industrial waste, taking into account the most stringent requirements.
В процессе эксплуатации хранилища промышленных отходов в результате возможных нарушений технологии строительства нагнетательных и контрольных скважин хранилище может потерять герметичность, что должно быть неукоснительно зафиксировано для принятия экстренных мер. В предлагаемом способе фиксацию нарушения герметичности хранилища осуществляют путем измерения в контрольных скважинах фоновой концентрации изотопов гелия и/или ионно-солевых комплексов, присущих древним рассолам выбранной синклинальной структуры, в верхних водоносных горизонтах над хранилищем. При изменении фонового значения одного или обоих контролируемых параметров проводят исследования по определению пути перетока пластовых флюидов и проводят ремонтно-изоляционные работы для восстановления герметичности хранилища. During operation of the industrial waste repository as a result of possible violations of the technology for building injection and control wells, the repository may lose its tightness, which must be rigorously recorded for emergency measures. In the proposed method, fixing the leakage of the storage is carried out by measuring the background concentration of helium isotopes and / or ion-salt complexes inherent in the ancient brines of the selected synclinal structure in the upper aquifers above the storage in control wells. If the background value of one or both controlled parameters changes, studies are carried out to determine the flow path of formation fluids and repair and insulation work is carried out to restore the tightness of the storage.
Приведенные операции все же не обеспечивают надежного долговременного хранения опасных промышленных отходов, т.к. не гарантируют отсутствие миграции закачиваемых жидких промышленных отходов вдоль пласта-коллектора вследствие гравитационного разделения и всплытия промышленных отходов. Для предотвращения этого явления, нарушающего требование обеспечения длительного хранения, в предлагаемом способе в проницаемый пласт закачивают промышленные отходы, плотность которых равна или выше плотности древних рассолов ловушки. Поскольку, как и в известном способе, закачку промышленных отходов производят в нижнюю часть синклинальной ловушки, более тяжелая жидкость (промышленные отходы) будет, в силу закона гравитации, оставаться в нижней части ловушки, покрытая менее плотным древним рассолом. The above operations still do not provide reliable long-term storage of hazardous industrial waste, because they do not guarantee the absence of migration of injected liquid industrial waste along the reservoir due to gravitational separation and ascent of industrial waste. To prevent this phenomenon, which violates the requirement of ensuring long-term storage, in the proposed method, industrial wastes are pumped into the permeable layer, the density of which is equal to or higher than the density of ancient trap brines. Since, as in the known method, industrial waste is pumped into the lower part of the synclinal trap, a heavier liquid (industrial waste) will, by virtue of the law of gravity, remain in the lower part of the trap, covered with a less dense ancient brine.
Использование совокупности существенных отличий предлагаемого изобретения, а именно выбор синклинальной структуры, характеризующейся наличием древних гелиеносных рассолов, в которых соотношение 3Не/4Не составляет 10-5-10-7, закачки в проницаемый пласт промышленных отходов с плотностью не ниже плотности природного рассола в выбранной синклинальной структуре, а также дополнительный геохимический контроль за состоянием геологического разреза по изменению фоновой концентрации изотопов гелия и/или ионно-солевых комплексов, присущих древним рассолам выбранной синклинальной структуры, в верхних водоносных горизонтах над хранилищем, в отечественных и зарубежных научно-технических и патентных источниках не обнаружено.Using the totality of significant differences of the present invention, namely, the choice of synclinal structure, characterized by the presence of ancient helleniferous brines, in which the ratio of 3 He / 4 He is not 10 -5 -10 -7 , injection into the permeable layer of industrial waste with a density not lower than the density of natural brine in the chosen synclinal structure, as well as additional geochemical monitoring of the state of the geological section by changing the background concentration of helium isotopes and / or ion-salt complexes inherent in other Watch yo brines selected synclinal structure in the upper aquifers on the vault, in domestic and foreign scientific, technical and patent sources were found.
Пример реализации способа хранения жидких промышленных отходов. An example implementation of a method for storing liquid industrial waste.
На предприятиях региона вырабатываются токсичные жидкие промышленные отходы, утилизация которых в соответствии с современным уровнем технологии экономически нецелесообразна. В связи с этим принято решение о захоронении отходов в надежной синклинальной ловушке, обеспечивающей длительную изоляцию токсичных отходов от окружающей среды. Характеристика токсичных промышленных отходов по плотности представлена в табл. 1. The enterprises of the region produce toxic liquid industrial waste, the disposal of which in accordance with the current level of technology is not economically feasible. In this regard, it was decided to bury the waste in a reliable synclinal trap, providing long-term isolation of toxic waste from the environment. The characteristics of toxic industrial waste by density are presented in table. 1.
С целью обеспечения надежного хранения отходов проведен комплекс поисковых геологических работ по выявлению подходящих структур. In order to ensure reliable storage of waste, a complex of geological exploration was carried out to identify suitable structures.
В табл. 2 даны характеристики разведанных геологических синклинальных структур по плотности рассолов в ядре структуры, значению отношения содержания 3Не/4Не в газовой фазе этого рассола и активному объему.In the table. Figure 2 shows the characteristics of proven geological synclinal structures by the density of brines in the core of the structure, the ratio of the content of 3 He / 4 He in the gas phase of this brine, and the active volume.
К сожалению (а на практике это именно так и будет), имеющиеся структуры не могут удовлетворить всем требованиям, которые предъявляют к ним в соответствии с характеристиками промышленных отходов в данном регионе. В связи с этим в смежных регионах проводят геологопоисковые работы с целью обнаружения синклинальных структур с необходимыми проектными характеристиками, табл. 3. Unfortunately (and in practice this will be exactly so), the existing structures cannot satisfy all the requirements that are imposed on them in accordance with the characteristics of industrial waste in this region. In this regard, in adjacent regions, geological exploration is carried out in order to detect synclinal structures with the necessary design characteristics, table. 3.
Сопоставление характеристик жидких промышленных отходов и геосинклинальных структур позволяет дать следующее распределение закачки отходов в подземные хранилища, табл. 4. A comparison of the characteristics of liquid industrial waste and geosynclinal structures allows us to give the following distribution of waste injection into underground storage facilities, table. 4.
Из данных табл. 4 видно, что объемы закачиваемых отходов по крайней мере в полтора раза меньше активного объема хранилища, что в большей степени способствует сохранению опасных отходов в синклинальном пласте. From the data table. Figure 4 shows that the volume of injected waste is at least one and a half times less than the active volume of the storage, which contributes more to the preservation of hazardous waste in the synclinal layer.
Для большей надежности предотвращения перелива опасных отходов из синклинальной ловушки в процессе закачки осуществляют контроль через контрольные скважины за продвижением отходов по пласту. Одновременно с помощью контрольных скважин осуществляют геохимический контроль изменения фоновой концентрации изотопов гелия и/или ионно-солевых комплексов, присущих древним рассолам выбранной синклинальной структуры, в верхних водоносных горизонтах над хранилищем. Этот контроль осуществляют с целью обнаружения тенденций к вертикальной миграции опасных отходов и продолжают его в течение всего срока хранения опасных отходов. For greater reliability of preventing overflow of hazardous waste from the synclinal trap during the injection process, control is carried out through control wells for the movement of waste through the formation. At the same time, using control wells, geochemical monitoring of changes in the background concentration of helium isotopes and / or ion-salt complexes inherent in ancient brines of the chosen synclinal structure is carried out in the upper aquifers above the storage. This control is carried out in order to detect trends in the vertical migration of hazardous waste and continue throughout the entire period of storage of hazardous waste.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5045646 RU2039686C1 (en) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | Method of burying of liquid industrial wastes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5045646 RU2039686C1 (en) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | Method of burying of liquid industrial wastes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2039686C1 true RU2039686C1 (en) | 1995-07-20 |
Family
ID=21605952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5045646 RU2039686C1 (en) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | Method of burying of liquid industrial wastes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2039686C1 (en) |
-
1992
- 1992-01-31 RU SU5045646 patent/RU2039686C1/en active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Гольдберг В.М. Подземное захоронение промстоков химической промышленности, ВСЕГИНГЕО, 1968, с.79. * |
| Патент США N 3306354, 166 - 29, 1967. * |
| Патент США N 3379013, 1968, B 65G 5/00. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tanner | Radon migration in the ground: a supplementary review | |
| Vilks et al. | In situ diffusion experiment in granite: Phase I | |
| Ohlsson et al. | Literature survey of matrix diffusion theory and of experiments and data including natural analogues | |
| Aquilina et al. | Relationship of present saline fluid with paleomigration of basinal brines at the basement/sediment interface (Southeast basin–France) | |
| Yakovliev et al. | Ecological Threats in Donbas, Ukraine | |
| Dakin et al. | Origin of dissolved solids in groundwaters of Mayne Island, British Columbia, Canada | |
| RU2039686C1 (en) | Method of burying of liquid industrial wastes | |
| CA1205296A (en) | Fluid waste disposal | |
| Blomqvist | Hydrogeochemistry of deep groundwaters in the central part of the Fennoscandian Shield | |
| Thackston et al. | Ground-water circulation in the western Paradox Basin, Utah | |
| RU2316068C1 (en) | Method for protecting natural waters against radioactive and toxic materials escaping from liquid waste stores | |
| RU2022377C1 (en) | Method of burial of radioactive and other harmful waste | |
| Yager et al. | Infiltration and hydraulic connections from the Niagara River to a fractured-dolomite aquifer in Niagara Falls, New York | |
| Dohms | Hydrogeology and ground water monitoring, constructed wetlands system, Perdido Landfill, Escambia County, Florida | |
| Jacobsen et al. | Risk assessment of impacts on groundwater quantity and quality | |
| RU2075102C1 (en) | Ecologically harmful liquids ultimate storage method | |
| RU2122755C1 (en) | Method for underground storage of liquid radioactive wastes | |
| Clifford | Subsurface liquid-waste injection in Ohio | |
| RU2086021C1 (en) | Method for burial of harmful wastes | |
| Wickstrom et al. | Industrial-Waste Disposal Wells in Ohio | |
| RU2075357C1 (en) | Method for burial of toxic substances | |
| RU2123194C1 (en) | Method of geochemical inspection of penetrability of water- protection covering on deposits of potassium salts | |
| Gupta et al. | Dissolved helium and TDS in groundwater from Bhavnagar in Gujarat: Unrelated to seismic events between August 2000 and January 2001 | |
| Forrestal | Deep Mystery: Now where DID that stuff go… | |
| Shammas et al. | Proper deep-well waste disposal for water resources protection |