RU2233380C1 - Method for burying liquid waste in underground layer environment - Google Patents
Method for burying liquid waste in underground layer environment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2233380C1 RU2233380C1 RU2003103247/03A RU2003103247A RU2233380C1 RU 2233380 C1 RU2233380 C1 RU 2233380C1 RU 2003103247/03 A RU2003103247/03 A RU 2003103247/03A RU 2003103247 A RU2003103247 A RU 2003103247A RU 2233380 C1 RU2233380 C1 RU 2233380C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waste
- layer
- layers
- sand
- clay
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проектировании, строительстве и эксплуатации глубоких хранилищ (полигонов захоронения) промышленных жидких отходов в слоистой подземной среде, представляющей собой чередующиеся слои проницаемых песчаных и песчано-глинистых отложений со слабопроницаемыми до практически непроницаемых (водоупорных) глинистых отложений.The invention relates to mining and can be used in the design, construction and operation of deep storage facilities (landfills) for industrial liquid waste in a layered underground environment, which is an alternating layer of permeable sand and sand-clay deposits with low permeability to practically impermeable (water-resistant) clay deposits .
Известны различные способы подземного захоронения промышленных отходов. К наиболее известным из них относятся: закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты; захоронение отходов в искусственно созданные емкости в слабопроницаемых глинистых и соленосных породах (с помощью механической выемки пород, гидроразрыва пласта, подземных взрывов, растворения соли); захоронение в рыхлых породах зоны аэрации большой мощности за счет использования сорбционной емкости пород; захоронение в отработанные горные выработки (шахты, рудники); использование отдельных видов сточных вод в системе заводнения на нефтяных пластах [1, с. 5].There are various methods of underground disposal of industrial waste. The most famous of them include: injection of wastewater into deep aquifers; waste disposal in artificially created containers in poorly permeable clay and saline rocks (using mechanical excavation, hydraulic fracturing, underground explosions, salt dissolution); burial in loose rocks of aeration zone of high power through the use of sorption capacity of rocks; burial in waste mine workings (mines, mines); the use of certain types of wastewater in the waterflooding system in oil reservoirs [1, p. 5].
Общим основным недостатком этих способов является неэффективное использование подземного пространства для размещения в нем отходов.The common main disadvantage of these methods is the inefficient use of the underground space for the placement of waste in it.
Известен также способ, наиболее близкий по технической сущности к заявляемому и поэтому принимаемый за прототип, включающий сооружение нагнетательных скважин с расположением их фильтров в двух различных пластах проницаемых песчано-глинистых пород в слоистой подземной толще и закачку в эти пласты жидких отходов [2, с. 168-225]. В соответствии с этим источником термины пласт и слой являются синонимами [2, с. 40].There is also a method that is closest in technical essence to the claimed one and therefore taken as a prototype, which includes the construction of injection wells with the location of their filters in two different layers of permeable sand-clay rocks in a layered underground thickness and the injection of liquid waste into these layers [2, p. 168-225]. In accordance with this source, the terms reservoir and layer are synonyms [2, p. 40].
Закачка отходов в несколько пластов в слоистой подземной среде повышает эффективность использования недр, но в недостаточно полном объеме. Другим недостатком этого способа, как и для большего числа аналогов, является размещение отходов в проницаемых частях слоистой толщи, т.е. в тех частях, для которых характерны высокие скорости естественного движения подземных вод. Поэтому имеется опасность преждевременного выхода загрязненных отходами подземных вод на поверхность земли или к близко расположенным водозаборам подземных вод.Injection of waste into several layers in a layered underground environment increases the efficiency of subsoil use, but not in full. Another disadvantage of this method, as for a larger number of analogues, is the placement of waste in the permeable parts of the layered thickness, i.e. in those parts that are characterized by high speeds of natural groundwater movement. Therefore, there is a danger of premature exit of groundwater contaminated by waste to the surface of the earth or to nearby groundwater intakes.
Задачей изобретения является создание способа, обеспечивающего наиболее полное использование подземного пространства для захоронения отходов с локализацией их в тех частях этого пространства, где естественные миграционные процессы протекают с наименьшей интенсивностью.The objective of the invention is to provide a method that ensures the most complete use of the underground space for landfill waste with their localization in those parts of this space where natural migration processes occur with the least intensity.
Решение этой задачи достигается в способе захоронения жидких отходов в подземную слоистую среду, включающем использование для захоронения проницаемых песчаных и песчано-глинистых слоев (далее - песчаных) путем закачки в них отходов через скважины и отличающемся тем, что для захоронения используют также слабопроницаемые глинистые слои посредством проведения принудительной фильтрации через них отходов с учетом равномерного заполнения ими порового пространства этих слоев.The solution to this problem is achieved in a method for disposing of liquid waste into an underground layered environment, including the use of permeable sandy and sandy clay layers (hereinafter, sandy) for disposal by pumping waste into them through wells and characterized in that low-permeable clay layers are also used for disposal forced filtering of waste through them, taking into account the uniform filling of the pore space of these layers.
Для этого при трехслойном строении подземной среды в зоне захоронения, состоящей из двух песчаных слоев и разделяющего их глинистого слоя, ведут закачку отходов в один из песчаных слоев и откачку подземных вод из другого песчаного слоя, причем места откачек отнесены в плане к периферии зоны захоронения.For this, with a three-layer structure of the underground environment in the burial zone, consisting of two sand layers and a clay layer separating them, waste is pumped into one of the sand layers and groundwater is pumped out of the other sand layer, and the places of pumping are laid out in plan to the periphery of the burial zone.
При пятислойном строении подземной среды в зоне захоронения, состоящей из трех песчаных слоев и разделяющих их двух глинистых слоев, закачивают отходы в два крайних песчаных слоя и откачивают подземные воды из среднего в этой зоне песчаного слоя.In the five-layer structure of the underground environment in the burial zone, which consists of three sand layers and two clay layers separating them, waste is pumped into the two extreme sand layers and groundwater is pumped out of the middle sand layer in this zone.
При закачке отходов в какой-либо один из песчаных слоев слоистой подземной толщи пуск в работу новых нагнетательных скважин в процессе проведения захоронения осуществляют после прохождения фронта распространения отходов через места расположения их фильтров.When waste is pumped into any one of the sand layers of the stratified subterranean strata, new injection wells are put into operation during the disposal process after the front of the waste has passed through the locations of their filters.
При линейном расположении нагнетательных скважин, через которые отдельно ведется закачка отходов в два песчаных слоя, разделенных глинистым слоем, скважины, подающие отходы в один из песчаных слоев, располагаются в средней части расстояний между скважинами, подающими отходы в другой песчаный слой.With a linear arrangement of injection wells, through which waste is separately pumped into two sand layers separated by a clay layer, the wells supplying waste to one of the sand layers are located in the middle of the distance between the wells supplying waste to the other sand layer.
При закачке отходов в проницаемый пласт, включающий в себя локальные глинистые слои малой мощности и протяженности, фильтры нагнетательных скважин располагают вблизи одной из границ проницаемого пласта.When waste is pumped into a permeable formation, which includes local clay layers of low power and length, the filters of injection wells are located near one of the boundaries of the permeable formation.
При наличии глинистых слоев большой мощности целесообразно создание в них искусственных проницаемых песчаных слоев посредством проведения гидроразрыва пласта, подачи в трещину разрыва водопесчаных смесей с последующей закачкой во вновь образованный песчаный слой жидких отходов.In the presence of clay layers of high power, it is advisable to create artificial permeable sand layers in them through hydraulic fracturing, feeding sandy mixtures into the fracture fracture, followed by pumping liquid waste into the newly formed sand layer.
Применение перечисленных операций обуславливает появление следующего ряда новых положительных достоинств у заявленного изобретения.The use of these operations leads to the appearance of the following series of new positive advantages of the claimed invention.
1. Согласно вышеизложенной сущности изобретения к первому и главному его отличию относится использование для захоронения жидких отходов слабопроницаемых глинистых пород, к которым относя породы с коэффициентом фильтрации, находящимся обычно в пределах 10-3-10-6 м/сутки [см., например, упомянутый выше источник информации - 2, с. 50]. Из-за низкого значения коэффициента фильтрации слои пород с такими коэффициентами фильтрации относят также к категории водоупорных [там же, с. 40].1. According to the above essence of the invention, the first and main difference is the use of low-permeability clay rocks for disposal of liquid waste, which include rocks with a filtration coefficient that is usually in the range of 10 -3 -10 -6 m / day [see, for example, the above-mentioned source of information - 2, p. fifty]. Due to the low value of the filtration coefficient, rock layers with such filtration coefficients are also classified as waterproof [ibid, p. 40].
В практике подземного захоронения отходов целенаправленного использования глинистых пород для размещения в них отходов не известно. Больше того, существуют прямые указания на то, что пласты с коэффициентом фильтрации менее 0,001 м/сутки не пригодны для использования в качестве коллекторов, т.е. пластов, сосредотачивающих в себе отходы [3, с. 29-30]. Глинистые породы при этом рассматриваются в основном как породы, обладающие только экранирующими свойствами [там же, с.41].In the practice of underground waste disposal, the targeted use of clay rocks for waste disposal is not known. Moreover, there are direct indications that formations with a filtration coefficient of less than 0.001 m / day are not suitable for use as reservoirs, i.e. strata that concentrate waste in themselves [3, p. 29-30]. Clay rocks are considered mainly as rocks with only screening properties [ibid, p.41].
Однако при незначительной проницаемости глинистых отложений относительно песчаных с коэффициентами фильтрации более 0,1 м/сутки, пласты которых обычно используются в качестве пластов-коллекторов для захоронения жидких отходов, все же имеются технические и технологические возможности для создания достаточно интенсивных фильтрационных потоков также и через глинистые слои, сопоставимых с потоками в песчаных слоях. Тем самым реализуется возможность размещения в глинистых слоях жидких отходов, вошедших в эти слои вместе с фильтрационными потоками.However, with insignificant permeability of clay deposits relative to sand with filtration coefficients of more than 0.1 m / day, the layers of which are usually used as reservoir layers for liquid waste disposal, there are still technical and technological possibilities for creating sufficiently intense filtration flows also through clay layers comparable to streams in sandy layers. Thus, it is possible to place liquid waste in clay layers included in these layers together with filtration flows.
В этом случае среди достоинств этой технологии захоронения с использованием глинистых слоев следует отметить такие наиболее значимые, как увеличение емкости подземного хранилища отходов и повышение надежности удержания отходов в пределах заданных границ.In this case, among the advantages of this technology of disposal using clay layers, it is worth noting the most significant ones, such as an increase in the capacity of the underground waste storage and an increase in the reliability of waste retention within specified boundaries.
Увеличение емкости глубокого хранилища отходов (или полигона захоронения) при равных исходных площадных размерах их с использованием глинистых слоев, относительно хранилища без такого использования, происходит за счет порового пространства, находящегося в глинистых слоях, и которое практически не отличается от содержащегося в песчаных слоях равной мощности, и за счет высокой сорбционной способности глинистых частиц. В ряде случаев за счет последней происходит очистка отходов от основных загрязняющих компонентов в количествах, многократно превышающих их количество, содержащееся в объеме, равном объему пор глинистого пласта, что не столь характерно для песчаных пластов. Это означает, что при равном объеме вовлеченного для захоронения глинистого грунта с песчаным, совместная их емкость относительно размещения отходов в песчаном грунте возрастет более чем в 2 раза.The increase in the capacity of the deep waste storage (or landfill) with equal initial areal sizes using clay layers, relative to the storage without such use, occurs due to the pore space located in the clay layers, and which practically does not differ from that contained in the sand layers of equal thickness , and due to the high sorption ability of clay particles. In some cases, due to the latter, waste is cleaned of the main polluting components in quantities many times greater than their amount, contained in a volume equal to the pore volume of the clay layer, which is not so characteristic of sand formations. This means that with an equal volume of clay and sandy soil involved for burial, their combined capacity relative to waste disposal in sandy soil will increase by more than 2 times.
Повышение надежности удержания отходов, размещенных в глинистых слоях, в пределах заданных границ после окончания их подачи в эти слои обуславливается, главным образом, низкими коэффициентами фильтрации глин и малыми градиентами напора подземных вод в них, наблюдаемыми в природных условиях. Больше того, градиенты напора на большей части распространения слоистых глинопесчаных толщ становятся практически незаметными из-за совпадения направлений слоистости с направлением движения подземных вод, в этом случае градиент напора подземных вод поперек слоистости очевидно близок к нулю.Improving the reliability of the retention of waste placed in clay layers within the specified boundaries after they are fed into these layers is mainly due to the low clay filtration coefficients and the low pressure gradients of groundwater in them, observed under natural conditions. Moreover, the pressure gradients in most of the distribution of layered clay-sandy strata become almost invisible due to the coincidence of the layering directions with the direction of groundwater movement, in this case, the gradient of groundwater pressure across the layering is obviously close to zero.
В этом же направлении становится близкой к нулю и скорость фильтрации отходов, что и определяет возможность практически неограниченно долгого удержания отходов в глинистых слоях. Таким образом, в большинстве случаев вовлечение в процесс захоронения отходов таких слоев способствует существенному увеличению емкости их хранилищ без увеличения опасности выхода загрязнений за установленные границы. В любом случае экранирующие свойства глинистых слоев, окажутся они заполненными отходами или нет, остаются неизменными.In the same direction, the filtration rate of the waste becomes close to zero, which determines the possibility of almost unlimited long-term retention of waste in clay layers. Thus, in most cases, the involvement of such layers in the waste disposal process contributes to a significant increase in the capacity of their storages without increasing the risk of pollution coming out of established boundaries. In any case, the shielding properties of clay layers, whether they are filled with waste or not, remain unchanged.
2. При трехслойном строении подземной среды в зоне захоронения эффективным вариантом создания фильтрационного потока в промежуточном между песчаными глинистым слоем является закачка отходов в один из песчаных слоев и откачка подземных вод из другого песчаного слоя. При этом места откачек отнесены в плане к периферии зоны захоронения, т.е. геометрического объема подземной среды, предусмотренного для размещения (захоронения) в нем отходов.2. With a three-layer structure of the underground environment in the burial zone, an effective option for creating a filtration flow in the intermediate between the sandy clay layer is to pump waste into one of the sand layers and pump out groundwater from another sand layer. In this case, the pumping sites are assigned in plan to the periphery of the burial zone, i.e. the geometric volume of the underground environment provided for the placement (disposal) of waste in it.
Эффективность такого решения задачи при данном строении подземной среды выражается получаемым рядом положительных эффектов. К основным из них относятся такие, как равномерное заполнение зоны захоронения отходами, малое воздействие на окружающую среду за пределами зоны захоронения и рациональное использование водных ресурсов района захоронения.The effectiveness of such a solution to the problem with the given structure of the underground environment is expressed by the obtained series of positive effects. The main ones include such as uniform filling of the disposal area with waste, low environmental impact outside the disposal area and the rational use of water resources in the disposal area.
Равномерное заполнение отходами всех трех слоев в зоне захоронения обеспечивается удалением друг от друга мест закачек и откачек в песчаных слоях. Чем дальше находятся эти места друг от друга, тем меньше отличаются средние скорости движения отходов в различных струйках фильтрационного потока, создаваемого закачками-откачками подземных вод, и тем более равномерно идет по ним заполнение отходами зоны захоронения. Равномерность же заполнения определяет эффективность использования недр и, в конечном счете, определяет экономическую эффективность капитальных вложений на проведение захоронения.Uniform filling with waste of all three layers in the burial zone is ensured by the removal of pumping and pumping places in sand layers from each other. The farther these places are from each other, the less the average speeds of waste movement in different trickles of the filtration stream created by groundwater pumping-outs are less different, and the more evenly the waste disposal area is filled with waste. The uniformity of filling determines the efficiency of subsoil use and, ultimately, determines the economic efficiency of capital investments for the disposal.
Для сравнения можно указать на вариант неэффективного использования недр, когда места закачек и откачек в плане приближены друг к другу и находятся в разрезе одни под другими. В этом случае средние скорости струек фильтрационного потока сильно отличаются друг от друга в зависимости от своего местоположения. Наибольшие скорости будут наблюдаться по кратчайшей линии, соединяющей фильтры откачных и нагнетательных скважин, и поэтому отходы появятся в откачной скважине, когда большая часть зоны захоронения будет еще не заполнена ими.For comparison, you can point to the option of inefficient use of the subsoil when the places of downloads and pumpings in the plan are close to each other and are in section one under the other. In this case, the average speeds of the streams of the filtration stream are very different from each other depending on their location. The highest speeds will be observed along the shortest line connecting the filters of the pumping and injection wells, and therefore waste will appear in the pumping well when most of the burial zone is not yet filled with them.
Малое воздействие на окружающую подземную среду при проведении захоронения с использованием откачек-закачек вод в смежных песчаных горизонтах выражается малым влиянием на режим подземных вод за пределами зоны захоронения и определяется компенсирующим действием друг на друга возмущений, вызванных как откачками, так и закачками. Отсутствие возмущений устраняет опасность перетока подземных вод из одних горизонтов в другие и, в частности, опасность перетока жидких отходов в слои за пределами границ зоны захоронения.A small impact on the surrounding underground environment during burial using pumping-out water in adjacent sandy horizons is expressed by a small influence on the groundwater regime outside the burial zone and is determined by the compensating effect of disturbances caused by both pumping and pumping. The absence of disturbances eliminates the danger of groundwater flow from one horizon to another and, in particular, the danger of liquid waste flowing into layers outside the boundaries of the burial zone.
Эффект рационального использования водных ресурсов района захоронения связан с тем, что откачиваемые подземные воды могут быть использованы в технологическом процессе промышленного предприятия, в результате которого появляются жидкие отходы, вместо воды из других источников водоснабжения предприятия. В связи с наблюдаемой очисткой загрязненных вод при фильтрации их через пористые горные породы и, особенно, через глины количество откачиваемой воды может превышать объем закачиваемых жидких отходов и поэтому использоваться и на другие нужды предприятия.The effect of rational use of water resources in the burial area is related to the fact that the pumped underground water can be used in the technological process of an industrial enterprise, which results in liquid waste instead of water from other sources of water supply to the enterprise. In connection with the observed purification of polluted waters when filtering them through porous rocks and, especially, through clay, the amount of pumped water may exceed the volume of pumped liquid waste and therefore can be used for other needs of the enterprise.
Следует отметить еще один положительный эффект технологии захоронения с применением откачек-закачек, известный из практики по схеме однослойного захоронения в песчаный пласт. А именно, снижение затрат на закачку отходов, обусловленное снижением давления в пласте из-за проведения из него откачек подземных вод. Приблизительно такой же эффект должен наблюдаться и в трехслойной среде.It should be noted one more positive effect of the technology of disposal using pumping-injection, known from practice according to the scheme of single-layer disposal in a sand formation. Namely, the reduction in the cost of injecting waste due to a decrease in pressure in the reservoir due to groundwater pumping from it. Approximately the same effect should be observed in a three-layer medium.
3. При пятислойном строении подземной среды (три песчаных слоя и два промежуточных глинистых) наиболее рациональным вариантом создания фильтрационного потока через глинистые слои и соответственно заполнения их вместе с песчаными слоями отходами является проведение закачек отходов в два крайних песчаных слоя и откачка подземных вод из среднего песчаного слоя. Рациональность такого способа захоронения подтверждается сохранением при его проведении тех же положительных эффектов, которые были приведены выше в п.2.3. With a five-layer structure of the underground environment (three sand layers and two intermediate clay ones), the most rational option for creating a filtration stream through the clay layers and correspondingly filling them together with the sand layers with waste is to pump waste into the two extreme sand layers and pump groundwater from the middle sand layer. The rationality of this method of disposal is confirmed by maintaining the same positive effects that were given above in paragraph 2.
4. Проведение захоронения отходов закачкой их в какой-либо один из песчаных слоев слоистой подземной толщи с применением технологии включения в работу новых нагнетательных скважин после прохождения фронта распространения отходов через места расположения их фильтров обеспечивает достижение эффекта большего заполнения отходами прилегающих к песчаному глинистых слоев, чем если бы такое включение производилось бы до прохождения фронта. Такой эффект объясняется тем, что до включения новых скважин в результате предшествующей работы старых скважин часть отходов в пределах фронта их распространения уже попала в глинистые слои, и включение здесь новых скважин усиливает начавшееся проникновение отходов в эти слои.4. The disposal of waste by pumping it into any one of the sand layers of the layered subterranean stratum using the technology of putting new injection wells into operation after passing the front of the waste distribution through the locations of their filters ensures the effect of a greater filling of clay adjacent to the sand with waste than if such an inclusion would be made before passing the front. This effect is explained by the fact that, before the inclusion of new wells as a result of the previous work of old wells, part of the waste within the front of their distribution has already entered the clay layers, and the inclusion of new wells here enhances the onset of waste penetration into these layers.
5. При линейном расположении нагнетательных скважин, через которые отдельно ведется закачка отходов в два песчаных слоя, разделенных глинистым слоем, дополнительный положительный эффект от использования глинистого слоя для размещения в нем отходов достигается расположением скважин, подающих отходы в один из песчаных слоев, в средней части расстояний между скважинами, подающими отходы в другой песчаный слой. Наличие такого эффекта проявляется в сравнении с вариантом расположения скважин на разные песчаные слои поблизости друг от друга.5. With a linear arrangement of injection wells through which waste is separately pumped into two sand layers separated by a clay layer, an additional positive effect of using a clay layer to place waste in it is achieved by arranging the wells supplying waste to one of the sand layers in the middle part the distance between the wells supplying waste to another sand layer. The presence of this effect is manifested in comparison with the option of the location of wells on different sand layers in the vicinity of each other.
В этом случае при расположении фильтров одних скважин под другими в глинистом слое произойдет наложение разнонаправленных скоростей с результирующей, близкой к нулю, в средней части глинистого слоя и соответственно незначительное проникновение отходов в этот слой. При удалении же фильтров скважин друг от друга взаимное влияние от работы скважин уменьшается и соответственно устраняется препятствие для проникновения отходов в глинистый слой.In this case, when the filters of some wells are located below the others in the clay layer, multidirectional velocities will be superimposed with the resultant close to zero in the middle part of the clay layer and, accordingly, insignificant penetration of waste into this layer. When the well filters are removed from each other, the mutual influence from the operation of the wells decreases and, accordingly, the obstacle to the penetration of waste into the clay layer is removed.
6. При закачке отходов в проницаемый пласт, включающий в себя локальные глинистые слои малой мощности и протяженности, расположением фильтров нагнетательных скважин вблизи какой-либо границы пласта создаются благоприятные условия для фильтрации отходов через эти слои с дальнейшей задержкой в них. Эти условия обеспечиваются распространением влияния закачки на весь пласт и возникновением секущих направлений скоростей движения отходов через глинистые слои.6. When the waste is pumped into a permeable formation, which includes local clay layers of low power and length, by the location of filters of injection wells near any boundary of the formation, favorable conditions are created for filtering waste through these layers with a further delay in them. These conditions are ensured by the spread of the effect of injection on the entire formation and the occurrence of secant directions of the speed of movement of waste through clay layers.
Наименее эффективным в отношении полноты использования недр в данных природных условиях было бы оборудование фильтров нагнетательных скважин на всю мощность проницаемого пласта. В этом случае был бы сформирован режим движения отходов по параллельным с напластованием глинистых слоев направлением без какого-либо существенного проникновения в них отходов.The least effective in relation to the completeness of subsoil use in these environmental conditions would be the equipment of injection well filters for the entire thickness of the permeable formation. In this case, a regime of movement of waste along a direction parallel to bedding of clay layers would be formed without any significant penetration of waste into them.
7. При наличии в зоне захоронения глинистых слоев большой мощности, фильтрация отходов через которые по варианту п.2 затруднена из-за невозможности создания достаточно высоких гидравлических градиентов в них, эффективное решение задачи захоронения в таких слоях жидких отходов достигается путем создания в них искусственных проницаемых прослоев. Эти прослои наиболее просто могут быть созданы с использованием метода гидроразрыва пласта и затем нагнетанием в трещину разрыва водопесчаной смеси. В случае создания такого прослоя в средней части глинистого слоя для закачки отходов в этот прослой потребуется, при прочих равных условиях, вдвое меньшее давление, поскольку сопротивление движению отходов будет оказывать вдвое меньшая мощность глинистого слоя относительно исходных условий.7. In the presence of clay layers of high power in the burial zone, waste filtering through which according to option 2 is difficult due to the impossibility of creating sufficiently high hydraulic gradients in them, an effective solution of the burial problem in such layers of liquid waste is achieved by creating artificial permeable interlayers. These interlayers can most easily be created using the hydraulic fracturing method and then injection of a sand-water mixture into a fracture fracture. In the case of creating such an interlayer in the middle part of the clay layer, to pump waste into this interlayer, all other conditions being equal, half the pressure will be required, since the resistance to the movement of the waste will be provided by half the thickness of the clay layer relative to the initial conditions.
Изобретение иллюстрируется фиг.1 и 2. На первой из них схематично показано в разрезе трехслойное строение подземной среды в зоне захоронения жидких радиоактивных отходов Сибирского химического комбината (СХК), составленное по опубликованным данным [2, рис. 24, с. 194]. На второй - пятислойное строение среды в зоне захоронения жидких отходов Горно-химического комбината (ГХК), составленное по материалам того же источника [рис. 34, с. 218].The invention is illustrated in figures 1 and 2. The first of them schematically shows in section a three-layer structure of the underground environment in the liquid radioactive waste burial zone of the Siberian Chemical Combine (SCC), compiled according to published data [2, Fig. 24, p. 194]. On the second - a five-layer structure of the environment in the liquid waste burial zone of the Mining and Chemical Combine (MCC), compiled from the same source [Fig. 34, p. 218].
На этих фигурах видно: 1 - фильтры откачных скважин; 2 - нижний песчаный слой в трехслойной подземной среде (проницаемый песчано-глинистый горизонт I на глубоком хранилище - полигоне захоронения СХК); 3 - промежуточный глинистый слой (слабопроницаемый глинистый пласт В на полигоне СХК); 4 - верхний песчаный слой (проницаемый песчано-глинистый горизонт II на полигоне СХК); 5 - линия тока в фильтрационном потоке жидких отходов; 6 - расположение фильтров нагнетательных скважин; 7 - нижний песчаный слой в пятислойной подземной среде (проницаемый песчано-глинистый горизонт 1 на глубоком хранилище - полигоне захоронения ГХК); 8 - нижний глинистый слой (слабопроницаемый глинистый горизонт Б на полигоне ГХК); 9 - средний песчаный слой (нижнеитатские аркозовые пески на полигоне ГХК); 10 - верхний глинистый слой (слабопроницаемый глинистый горизонт F+B на полигоне ГХК); 11 - верхний песчаный слой (проницаемый песчано-глинистый горизонт II на полигоне ГХК).These figures show: 1 - filters of pumping wells; 2 - the lower sand layer in a three-layer underground environment (permeable sand-clay horizon I in a deep storage - landfill SCH); 3 - intermediate clay layer (poorly permeable clay layer B at the SCC test site); 4 - upper sand layer (permeable sand-clay horizon II at the SKH testing ground); 5 - stream line in the filtration stream of liquid waste; 6 - location filters injection wells; 7 - lower sand layer in a five-layer underground environment (permeable sand-clay horizon 1 in a deep storage - landfill GHK); 8 - lower clay layer (poorly permeable clay horizon B at the GCC test site); 9 - middle sandy layer (Lower Italian arkose sands at the Mining and Processing Complex); 10 - upper clay layer (poorly permeable clay horizon F + B at the GCC test site); 11 - upper sand layer (permeable sand-clay horizon II at the GCC testing site).
Выполнение способа захоронения отходов по данному изобретению поясняется следующими двумя примерами его применения соответственно для трех- (фиг.1) и пятислойного строения подземной среды (фиг.2).The implementation of the waste disposal method according to this invention is illustrated by the following two examples of its application, respectively, for the three- (figure 1) and five-layer structure of the underground environment (figure 2).
По первому примеру, в основу которого взяты природные условия на глубоком хранилище (полигоне захоронения) СХК, подача жидких отходов в количестве 3000 м3/сутки производится в верхний проницаемый слой (горизонт II) мощностью 30 м через скважины, расположенные в центральной части площади глубокого хранилища - полигона захоронения. Эта площадь размером приблизительно 12 км2 представляет собой круг радиусом около 2 км.According to the first example, which is based on natural conditions at the SCK deep storage (disposal site), liquid waste in the amount of 3000 m 3 / day is supplied to the upper permeable layer (horizon II) with a capacity of 30 m through wells located in the central part of the deep storage - landfill. This area of approximately 12 km 2 is a circle with a radius of about 2 km.
Одновременно с закачкой отходов ведется откачка подземных вод в том же количестве из нижнего проницаемого слоя (горизонт I) мощностью 10 м через скважины, равномерно расположенные на границе площади хранилища (полигона). При подобной откачке-закачке вод среднее повышение давления воды на площади полигона в верхнем горизонте составляет 20 м. Понижение же уровня воды в нижнем горизонте составляет 60 м. Под действием такой разности давлений по границам промежуточного глинистого слоя (пласт В) мощностью 30 м при его коэффициенте фильтрации 10-4 м/сутки обеспечивается прохождение через него фильтрационного потока в пределах площади хранилища (полигона) в объеме, равном величине закачки отходов.Simultaneously with the injection of waste, underground water is pumped in the same amount from the lower permeable layer (horizon I) with a capacity of 10 m through wells evenly located on the boundary of the storage area (landfill). With such pumping-out water injection, the average increase in water pressure in the area of the landfill in the upper horizon is 20 m. The decrease in water level in the lower horizon is 60 m. Under the influence of such a pressure difference along the boundaries of the intermediate clay layer (reservoir B) with a thickness of 30 m the filtration coefficient of 10 -4 m / day ensures the passage through it of the filtration stream within the storage area (landfill) in an amount equal to the amount of waste injection.
Тем самым обеспечивается двукратное увеличение объема хранилища жидких отходов относительно первоначально планируемого объема их захоронения только в верхнем проницаемом горизонте. Экономически это означает удвоенное увеличение или продление более чем в 2 раза сроков эксплуатации глубокого хранилища (полигона захоронения) с соответствующей экономией затрат на поиски, разведку и обустройство капитальными сооружениями нового глубокого хранилища (полигона захоронения).This ensures a twofold increase in the volume of liquid waste storage relative to the originally planned volume of their disposal only in the upper permeable horizon. Economically, this means doubling the increase or more than 2-fold extension of the operational life of the deep storage (disposal site) with the corresponding savings in the costs of searching, exploration and equipping capital facilities with a new deep storage (disposal site).
По второму примеру, в основу которого положены природные условия на глубоком хранилище (полигоне захоронения) ГХК, подача жидких отходов ведется одновременно в нижний и верхний проницаемые слои с эффективной мощностью соответственно 35 м (горизонт I) и 70 м (горизонт II). Общий дебит закачки отходов составляет 900 м3/сутки, распределяется он по горизонтам пропорционально их мощности и мощности прилегающих к ним глинистых слоев (горизонт Б - 80 м и горизонт F+B - 80 м), т.е. 390 м3/сутки в первый горизонт и 510 м3/сутки - во II горизонт.According to the second example, which is based on natural conditions at a deep storage facility (landfill) of the MCC, liquid waste is supplied simultaneously to the lower and upper permeable layers with an effective thickness of 35 m (horizon I) and 70 m (horizon II), respectively. The total discharge rate of waste injection is 900 m 3 / day, it is distributed over the horizons in proportion to their thickness and the thickness of clay layers adjacent to them (horizon B - 80 m and horizon F + B - 80 m), i.e. 390 m 3 / day to the first horizon and 510 m 3 / day to the II horizon.
Нагнетательные скважины располагаются на одной линии в центральной части площади глубокого хранилища (полигона захоронения), размером 7,3 км2 и имеющую форму, близкую к квадрату. Параллельно нагнетательным, на двух сторонах квадрата располагаются откачные скважины, фильтры которых установлены в среднем песчаном слое (Нижнеитатский песчаный слой) мощностью 15 м. Дебит откачки подземных вод из этих скважин равен суммарному дебиту закачки жидких отходов, т.е. 900 м3/сутки.The injection wells are located on one line in the central part of the deep storage area (disposal site), measuring 7.3 km 2 and having a shape close to square. In parallel to the injection, pumping wells are located on both sides of the square, the filters of which are installed in the middle sand layer (Nizhneitatsky sand layer) with a thickness of 15 m. The flow rate of groundwater pumping from these wells is equal to the total rate of liquid waste injection, i.e. 900 m 3 / day.
В результате подобного режима работы откачных и нагнетательных скважин повышение уровня подземных вод в нагнетательных горизонтах составило в среднем по площади хранилища (полигона) в среднем около 10 м, а среднее снижение уровня в откачном горизонте составило около 40 м. При таком перепаде давлений на границах глинистых слоев и их коэффициенте фильтрации 10-4 м/сутки обеспечивается прохождение через них фильтрационного потока в пределах площади хранилища (полигона), равного по величине дебиту закачки отходов.As a result of such a mode of operation of pumping and injection wells, the increase in groundwater level in injection horizons was on average about 10 m in storage area (landfill), and the average decrease in the level in the pumping horizon was about 40 m. With this pressure drop at clay boundaries layers and their filtration coefficient of 10 -4 m / day ensures the passage through them of the filtration stream within the storage area (landfill), equal to the rate of waste injection.
Это означает, что объем хранилища жидких отходов оказался увеличенным за счет привлечения для захоронения глинистых слоев более чем 2,5 раза относительно первоначально предусматриваемого захоронения отходов объема только в нижнем и верхнем песчаных горизонтах. Соответственно в 2,5 раза продлен срок эксплуатации этого хранилища. Экономическая эффективность подобного решения задачи захоронения отходов приближенно может быть оценена как величина сокращения эксплуатационных затрат, получаемая в результате уменьшения амортизационной составляющей в 2,5 раза в себестоимости процесса захоронения по первоначальному варианту. Амортизационные отчисления обычно составляют около 50% от полной себестоимости захоронения отходов. Тогда при себестоимости захоронения 100 руб./м3 и годовом объеме захоронения 300 тыс. м3 экономическая эффективность от использования глинистых слоев составит: 30000×100×0,5×0,75=10,25 млн руб. в год.This means that the volume of liquid waste storage was increased due to the involvement of clay layers for burial more than 2.5 times relative to the originally envisaged waste disposal volume only in the lower and upper sand horizons. Accordingly, the life of this storage is 2.5 times extended. The economic efficiency of such a solution to the waste disposal problem can be approximately estimated as the value of the reduction in operating costs obtained by reducing the depreciation component by 2.5 times the cost of the disposal process according to the original version. Depreciation charges usually account for about 50% of the total cost of waste disposal. Then, with a cost of burial of 100 rubles / m 3 and an annual volume of burial of 300 thousand m 3, the economic efficiency of using clay layers will be: 30,000 × 100 × 0.5 × 0.75 = 10.25 million rubles. in year.
Источники информацииSources of information
1. Гольдберг В.М., Скворцов Н.П., Лукьянчикова Л.Г. Подземное захоронение промышленных сточных вод. - М.: Недра, 1994. - 282 с.1. Goldberg V.M., Skvortsov N.P., Lukyanchikova L.G. Underground burial of industrial wastewater. - M .: Nedra, 1994 .-- 282 p.
2. Рыбальченко А.И., Пименов М.К., Костин П.П. и др. Глубинное захоронение жидких радиоактивных отходов. - М.: ИздАТ, 1994. - 256 с.2. Rybalchenko A.I., Pimenov M.K., Kostin P.P. et al. Deep burial of liquid radioactive waste. - M .: Publishing House, 1994 .-- 256 p.
3. Гидрогеологические исследования для обоснования подземного захоронения промышленных стоков. Под ред. В.А.Грабовникова - М.: Недра, 1993. - 335 с.3. Hydrogeological studies to justify the underground disposal of industrial effluents. Ed. V.A. Grabovnikova - M .: Nedra, 1993 .-- 335 s.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003103247/03A RU2233380C1 (en) | 2003-02-03 | 2003-02-03 | Method for burying liquid waste in underground layer environment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003103247/03A RU2233380C1 (en) | 2003-02-03 | 2003-02-03 | Method for burying liquid waste in underground layer environment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2233380C1 true RU2233380C1 (en) | 2004-07-27 |
| RU2003103247A RU2003103247A (en) | 2004-08-10 |
Family
ID=33413906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003103247/03A RU2233380C1 (en) | 2003-02-03 | 2003-02-03 | Method for burying liquid waste in underground layer environment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2233380C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102913282A (en) * | 2012-11-20 | 2013-02-06 | 中国神华能源股份有限公司 | Open pit coal mine underground reservoir |
| CN102913281A (en) * | 2012-11-20 | 2013-02-06 | 中国神华能源股份有限公司 | Method for detecting and repairing mine distributed type underground reservoir |
| RU2803340C1 (en) * | 2023-04-13 | 2023-09-12 | Сергей Алексеевич Фаер | Method for underground disposal of liquid household waste and sludge |
-
2003
- 2003-02-03 RU RU2003103247/03A patent/RU2233380C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| РЫБАЛЬЧЕНКО А.И. и др. Глубинное захоронение жидких радиоактивных отходов. - М.: ИздАТ, 1994, с. 168-225. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102913282A (en) * | 2012-11-20 | 2013-02-06 | 中国神华能源股份有限公司 | Open pit coal mine underground reservoir |
| CN102913281A (en) * | 2012-11-20 | 2013-02-06 | 中国神华能源股份有限公司 | Method for detecting and repairing mine distributed type underground reservoir |
| RU2803340C1 (en) * | 2023-04-13 | 2023-09-12 | Сергей Алексеевич Фаер | Method for underground disposal of liquid household waste and sludge |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111705871A (en) | Underground water recharging treatment system, construction method and mine water recharging method | |
| Johnson | Development of the Wink Sink in west Texas, USA, due to salt dissolution and collapse | |
| Maliva et al. | Injection well options for sustainable disposal of desalination concentrate | |
| RU2233380C1 (en) | Method for burying liquid waste in underground layer environment | |
| Missimer et al. | Hydraulic fracturing in southern Florida: a critical analysis of potential environmental impacts | |
| Panno et al. | Karst regions of Illinois | |
| Wojtanowicz | Oilfield waste disposal control | |
| Legostaeva et al. | Geoecologic situation at site of drainage brine utilization during development of primary deposits in Yakutia | |
| Dix et al. | Paleokarst in the Lower Ordovician Beekmantown Group, Ottawa Embayment: structural control inboard of the Appalachian orogen | |
| Warner | Subsurface disposal of liquid industrial wastes by deep-well injection | |
| RU2790345C1 (en) | Method for utilization of industrial effects of an enterprise in the conditions of cryolithozone | |
| Johnson | Salt dissolution and subsidence or collapse caused by human activities | |
| Kvitkin et al. | Environmental efficiency and legal possibility of mineralized water dispose in the suprasalt sequence of the verkhnekamskoe deposit | |
| Wickstrom et al. | Industrial-Waste Disposal Wells in Ohio | |
| Fouch | Oil-and Gas-bearing Upper Cretaceous and Paleogene fluvial rocks in central and northeast Utah | |
| Govender | Characterisation of the deep aquifers of South Africa-the bushveld igneous complex, crystalline basement rocks and dolomite formations | |
| RU2713796C2 (en) | Method for burial of liquid effluents in geological environment | |
| RU2150721C1 (en) | Method of control over stressed state of seismic region | |
| Clifford | Subsurface liquid-waste injection in Ohio | |
| Wickstrom | a quarterly publication of the Division of Geological Survey | |
| RU2368788C1 (en) | Method of underground disposal of liquid wastes | |
| Kharkhordin et al. | Hydrogeological characterization and forecast of contaminant transport at site of Biryuchevskii and Mikulinskii springs, Tatarstan, Russia | |
| Sharp Jr | Sharp, JM, Jr., 1990, Stratigraphic, geomorphic and structural controls of the Edwards aquifer, Texas, USA: in Selected Papers on Hydrogeology (Simpson, ES, and Sharp, JM, Jr., eds.), International Association of Hydrogeologists, Heise, Hannover, v. 1, i р. 67-82. | |
| Bakarzhiyev et al. | Perspective of exploitation of new sandstone type deposits by ISL method and environmental impact from uranium deposits mined out by in situ leaching in Ukraine | |
| Geddes | In-situ leach uranium mining: a review |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140204 |