Типичные состояния закачки сточных вод

По результатам этих исследований решается вопрос о ремонте или ликвидации скважины. Заключение о качестве разобщения водоносных горизонтов затрубным цементированием выдается организацией, проводящей геофизические исследования скважин (ГИС). Такие заключения с положительной оценкой качества тампонажа на скважины участка должны быть приведены в проекте полигона.

Другим важным видом ГИС является термометрия благодаря высокой разрешающей способности. Она базируется на фиксировании процессов кондуктивно-конвективного теплопереноса. До начала работ по опытной или промышленной закачке в условиях стационарного режима во всех скважинах должны быть зарегистрированы термограммы. По распределению геотермической ступени или градиента могут быть уточнены и выделены пласты-коллекторы и покрышки. В процессе закачки уже через 20-90 мин температура в стволе скважины приближается к температуре сточных вод. Нижняя граница изменений соответствует подошве интервала поглощения. При остановке закачки в стволе скважины начинается восстановление термобарического поля. В пределах разделяющего коллекторы слоя перенос теплоты осуществляется за счет теплопроводности пород, а в смежных с ним водоносных горизонтах – путем конвективного теплопереноса. В интервалах поглощения естественная температура не восстанавливается в течение длительного времени (рис.7),превышающего время воздействия в десятки раз, за счет чего в пределах разделяющего слоя фиксируется значительный перепад температур. При вертикальных перетоках температура в смежных водоносных горизонтах должна быть близкой по величине. Следует иметь в виду, что скорость восстановления температуры в коллекторах и водоупорах различна, поэтому длительное время фиксируется на термограммах.

Термометрический метод также, как и гидродинамический, позволяет устанавливать перетоки сточных вод задолго до их появления в наблюдательных скважинах, а выделение интервалов поглощения намного надежнее, чем при использовании методов глубинной дебитометрии. В связи с этим термометрический способ принят как основной.

В целях упрощения процесса контроля за захоронением СВ и повышения его оперативности в Укрниигазе разработан способ контроля захоронения промышленных стоков, признанный в СССР изобретением. Для его осуществления устье нагнетательной скважины оборудуют как показано на рис.8. На этом рисунке представлены различные состояния эксплуатационных скважин. На основе регистрации параметров авторами изобретения выделено 10 наиболее характерных ситуаций (табл.6). Использование этой технологии позволяет вести контроль более оперативно и надежно.

Таким образом, современные методы контроля позволяют обеспечить надежность и безопасность подземного захоронения сточных вод в благоприятных гидрогеологических условиях, а при возникновении аварийных ситуаций своевременно принимать меры по их локализациии устранению.

Закачка промышленных стоков (жидких отходов) подземные воды широко применяется в ряде развитых стран, как способ борьбы с загрязнением окружающей среды (Гольдберг и др., 1994; Грабовников и др., 1999; Рыбальченко и др., 1994). Закачка токсических стоков регулируется в каждой стране своей законодательной базой. Разрешение на эксплуатацию объектов закачки промстоков выдаются в том случае, если представлены прогнозные расчеты. подтверждающие безопасность закачки и гарантирующие определенные время локализации стоков в пределах выбранных участков горизонтов подземных вод. Выполнение таких прогнозов базируется на моделирование процессов, протекающих в период закачки и в последующее время, в течение которого оценивается потенциальная опасность закачиваемых стоков для человека.

Моделирование контаминационных процессов является сложнейшей задачи, решение которой требует участия высококвалифицированных специалистов-гидрогеологов (желательно с привлечением программистов в части обоснования и использования вычислительных программ). Отметим, что необходимость прогнозного обоснования закачек промстоков в значительной мере стимулировала во всем мире развитие теоретических основ и практических методов моделирования геомиграционных процессов.

Наиболее распространена закачка водных растворов, когда закачиваемый флюид отличается по химической композиции и физическим свойством от пластовой воды, но при этом в поровом пространстве присутствует только одна жидкая фаза - водный раствор. При закачке растворов за счет существенной разницы физических и химических свойств закачиваемого флюида и пластовой воды могут развиваться связанные процессы (coupled processes) фильтрации с массо - и теплопереносом в подземных водах. Вместе с тем во многих случаях возможно использование постановки контаминационных расчетов без учета влияния миграционных процессов на характеристику геофильтрационных процессов.

6.1. Методика гидрогеодинамических расчетов закачки стоков

При обосновании возможности закачки стоков прежде всего решается задача оценки приемистости нагнетательных скважин, определяющий возможный расход закачиваемых стоков, величина которого обусловливается главным образом проводимостью водоносного пласта и особенностями формирования проницаемости прискважинной зоны.

При закачке в одиночную скважину с расходом Q_с повышение напора H_с относительно статического представляется выражением (Шестаков 1995)

(6.1)

где r_с - радиус скважины, R - расчетный радиус питания, T-проводимость пласта - коллектора, -потери напора в прискважинной зоне. (скин - эффект). Принимая линейную связь где показатель скин - эффекта, из (6.1) получим выражение для расхода закачки

(6.2)

Проводимость пласта T может быть получена по данным опытно-фильтрационных опробований (откачки или наливы) одиночных скважин, обычно в режиме восстановления уровня.

Характер связи величины с расходом закачки устанавливается по данным специальных опытных опробований. Опытные данные показывают (Костин, 1989), что при больших давлениях показатель скин -эффекта может уменьшаться увеличением расхода закачки, что по видимому связано с раскрытием трещин в прискважинной зоне при повышения давления воды. Такие же сведения получены при закачке воды в нагнетательные скважины для законтурного заводнения при разработке нефтяных месторождений (Эксплуатация 1967). На приемистость скважин может существенно влиять также химическая кольматация пласта (особенно в прискважинной зоне), обусловленная физико-химической <несовместимостью> закачиваемых стоков и пластовых вод (Костин, 1989).

Реальные величины расходов закачки в одиночные скважины в глубокие водоносные горизонты составляют 500-1000 м³/сут, а в системе нескольких нагнетательных скважин могут повысится несколько раз.

Оценка распространения закачиваемых стоков в эксплуатируемом водоносном пласте (коллекторе), так и через разделяющий пласт-покрышку требует обстоятельного учета гидрогеодинамических особенностей строения водоносной системы.

Определяющим при закачке стоков является конвективный перенос, обусловливающий расчетные размеры зоны их распространения на основе кинематического уравнения (4.5). Приведем получаемым таким путем расчетные зависимости для условий наиболее простой расчетной схемы закачки в совершенную скважину с расходом Q при радиальном распространении закачиваемых нейтральных стоков в слоистом пласте с суммарной проводимостью T. Как показывает анализ (Шестаков, 1960), в пределах зоны распространения закачиваемых стоков поток обычно можно считать квазистационарным, с расчетным градиентом напора в радиальном направлении I_r =Q/(2 . Рассматривая в случае слоистого строения водоносного пласта расчеты послойного переноса в наиболее проницаемом слое с коэффициентом фильтрации k и активной пористостью n₀ , запишем кинематическое условие для распространения мигранта в радиальном направлении

. (6.2)

Разделяя в (6.2) переменные и интегрируя, получим формулу для радиального распространения закачиваемых стоков

(6.3) где V = Qt- объем закачиваемых стоков;

При закачке в несколько наблюдательных скважин, а также при наличии естественного потока для построения такого рода решения следует определять градиенты напора с использованием принципа суперпозиции.

Для глубоко залегающих песчаников и известняков характерные значения активной пористости n₀ = 0,08-0,15 (Гольдберг и др., 1994). Для распространения сорбируемого мигранта в расчетные зависимости для распространения мигранта следует вместо n₀ вводить эффективную пористость n_е , связанную с коэффициентом распределения выражением (2.2). Величина n_е обычно определяется по данным лабораторных экспериментов и уточняется на основания анализа данных натурных наблюдений на объекте закачки.

Изучение перетекания мигранта через пласт - покрышку относится к наиболее сложным и трудно решаемом гидрогеодинамическим задачам. Для качественной оценки возможностей вертикального перетекания используются геолого-структур- ные подходы дополняемые материалами водно-гелиевой съемки (Гидрогеологические исследования 1993). Количественные оценки перетекания в разделяющих пластах не имеют апробированного решения. Для определения скорости перетока предлагалось использование методов термометрии в разделяющем пласте-покрышке, имеющих однако ограниченные возможности лишь для определения сравнительно больших скоростей перетока на локальных участках (Шестаков, 1995). Для крупномасштабных оценок представляют интерес оценки скоростей перетекания по гидрогеохимическим данным в условиях естественного режима подземных вод, опирающиеся на изучение латеральных изменений качественного состава подземных вод (Шестаков, 2000).

6.2. Моделирование связанных процессов фильтрации и переноса* при закачке стоков

При закачке стоков в подземные воды нередко возникает ситуация, когда стоки существенно отличаются от пластовой воды по плотности и вязкости в связи с различным физико-химическим составом этих жидкостей и концентрацией растворенных в ней веществ. При этом плотность закачиваемых стоков может быть меньше плотности пластовой воды и тогда закачиваемые стоки будут стремиться занять наиболее высокое положение в пласте-коллекторе, как бы всплывая в потоке подземных вод и, наоборот, плотность стоков может быть более высокой и тогда стоки стремятся занять более низкое положение в пласте-коллектора.

В однородном по вертикали в пласте мощностью m с коэффициентом фильтрации k и активной пористостью n₀ граница раздела между закачиваемыми стоками плотностью и пластовой водой плотностью наклоняется так, что ее длина l_пл при времени процесса t определяется по формуле

(6.4) Это решение развито также для условий монотонно меняющиеся проницаемости от кровли до подошвы пласта с учетом различия вязкости жидкости (Шестаков, 1960).

В более общем случае для прогнозирования распространения закачиваемых стоков переменной плотности и вязкости необходимо использовать связанные модели миграции и фильтрации, в которых фильтрация определяет конвективный перенос компонентов, формирующих минерализацию, а процесс переноса в свою очередь влияет на фильтрационный процесс за счет измерения плотности и вязкости фильтрующейся воды (Guo, Langevin, C.D. 2002). При такой постановке уравнения фильтрации и миграции связываются зависимостями плотность-концентрация и вязкость-концентрация.

Необходимость рассмотрения связанных процессов фильтрации и теплопереноса возникает тогда, когда закачиваемые отходы имеют существенно отличную от пластовой воды температуру. Как известно, плотность и динамическая вязкость

*) Эта часть главы основана на материалах С.П.Позднякова.

жидкости зависят от ее температуры, причем для воды при температуре более четырех градусов и плотность и вязкость уменьшаются с увеличением температуры. Соответственно, при закачке отходов, не имеющих серьезного контраста минерализацией по сравнению с пластовой водой, но имеющих разницу температур на десятки градусов с температурой пластовой воды возможно формирование конвективных потоков. Например, если отходы более теплые, чем подземные воды они за счет пониженной плотности будут всплывать в подземных водах. Однако в процессе всплытия отходы будут охлаждаться за счет контакта с более холодной породой и, соответственно, их плотность будет увеличиваться. Наиболее ярко такие процессы могут развиваться в отходах, способных к саморазогреву. Для корректного прогнозирования подобных процессов необходимы связные модели неизотермической фильтрации, в которых уравнения теплопереноса и фильтрации связаны через соотношения плотность-температура (вязкость-температура).

В случае же, если минерализация отходов существенно отличается от минерализации подземных вод, то все три процесса: фильтрация, массо - и теплоперенос должны рассматриваться, как связанные.

Жидкие радиоактивные отходы, по видимому, являются одним из наиболее сложных типов промышленных стоков, закачиваемых в подземные воды. Соответственно они требуют наиболее тщательного подхода к обоснованию прогнозов их распространения. Это связано с одной стороны с тем, что такие отходы, как правило, остаются опасными для человека в течение сотен и даже тысяч лет (Рыбальченко и др. 1994), а с другой стороны именно эти отходы характеризуются широким развитием связанных процессов.

В частности, химическая композиция отходов, закачиваемых в России на полигонах в районе г. Томска и районе г. Красноярска такова, что их плотность определяется нейтральным несорбируемым компонентом нитратом натрия, концентрация которого настолько велика, что контраст плотностей стоков и подземных вод превышает контраст плотностей пресной и морской воды. Так, например, на полигоне в районе г. Красноярска наиболее тяжелые закачиваемые стоки имеют плотность более чем 1.1 г/л (Паркер и др. 1999 а, б). При миграции этих отходов оказывается, что существенное влияние на направление миграции поток повышенной плотности играет рельеф подошвы водоупора, понижения в котором являются ловушками для отходов (Лобанова, 2006).

Кроме тяжелого компонента стоки содержат сорбируемые радиоактивные нуклиды, в первую очередь стронций и цезий, а также короткоживущие нуклиды (Рыбальченко и др. 1994). Данные нуклиды находятся в отходах в микроконцентрациях, то есть они не влияют на плотность жидкости, но они в процессе распада выделяют тепло, которое, в зависимости от концентрации нуклидов может приводить к саморазогреву отходов. Так, например, на полигоне закачки в районе г Томска зафиксированы температуры в наблюдательных скважинах до 160^OС (Рыбальченко и др. 1994). Очевидно, что такой разогрев влияет на физические свойства фильтрующихся флюидов и может вызывать термальные конвективные потоки. Соответственно, полная прогнозная модель должна учитывать связанные фильтрационные и миграционные тепловые процессы, протекающие в подземных водах. В настоящее время такие связанные модели применяются достаточно редко, однако их первый опыт применения свидетельствует о том, что роль связанных процессов достаточно существенна.

Так в работе (Zinin et al, 2003) была рассмотрена ситуация близкая к условиям полигона закачки в районе г. Томска. Рассматривалось долговременное поведение стоков в земной коре после окончания закачки. При этом рассматривалась миграция стоков состоящих из низко активной части с минерализацией 20 г/л и активностью 0.01 К/л и среднеактивной частью с минерализацией 250 г/л и активносью 4 К/л. Также предполагалось, что определяется тремя нуклидами 25% - стронций 90, 25% цезий 137 и 50% - условный короткоживущий нуклид с периодом полураспада 1 год. Общая минерализация отходов определялась тяжелым нейтральным макрокомпонентом. Процессы, возникающие в постинжекционный период, описывались системой уравнений фильтрации, миграции каждого из четырех компонентов (макрокомпонент и три нуклида) и теплопереноса с учетом тепловыделения за счет радиоактивного распада.

Особенности миграции радионуклидов стронции цезия связаны проявлениями обменных процессов на породах содержащих их стабильные изотопы, что обусловливает сравнительно быструю миграцию микроколичеств радиоактивных изотопов в концентрациях равновесных с содержанием природных изотопов в поглощенном комплексе (Лехов, Шваров, 2002).

Для анализа совместных процессов система уравнений фильтрации, массо - и теплопереноса рассматривалась как полностью связанная, как частично связанная и как полностью несвязанная. Такие расчеты показали, что при не учете связей моделей, оказывается, что центры масс ореола активности и концентрации тяжелого компонента в вертикальном разрезе совпадают, так как идет преимущественно латеральный перенос отходов. При связном же моделировании возникает их вертикальная миграция, причем в наиболее полной связанной модели проявляются нелинейные свойства связанных процессов, вызывающие расслоение ореолов активности и концентрации тяжелого компонента. Тяжелый компонент мигрирует вниз, причем разогрев замедляет его миграцию, а легкие нуклиды в начале выбрасываются вверх за счет разогрева, а затем начинают опускаться после окончания периода интенсивного тепловыделения и охлаждения отходов.

Таким образом, при прогнозировании долговременной миграции радиоактивных отходов в подземных водах требуется анализ наиболее полной связанной модели процессов возникающих в инжекционный и постинжекционный период.

Особенности мониторинга связных процессов, развивающихся при закачке токсичных и радиоактивных стоков в подземные воды, связаны с тем, что период прогнозов может составлять сотни и тысячи лет, а наблюдения ведутся только в период закачки, который составляет годы или в лучшем случае первые десятки лет. При этом, такие процессы, как плотностная и термальная конвекция развиваются довольно медленно и поэтому могут не проявиться в течение ограниченного периода наблюдений. Это приводит к тому, что калибрация связных процессов часто затруднена по периоду наблюдений. Так, например, в упомянутом выше примере по Томску (Zinin et al, 2003) характерное время закачки отходов составляло сорок лет, интенсивные процессы термальной конвекции происходили в течении первых 100 -150 лет, а плотностная конвекция, обусловленная наличием тяжелого компонента проявлялась весь постинжекционный период. Поэтому не приходится рассчитывать на то, что можно достаточно хорошо откалибровать полную связную модель по результатам мониторинга. Тем не менее, мониторинг должен быть организован так, чтобы наблюдать значимые частные процессы, развивающиеся при закачке: геофильтрационное поле (поле напоров), геомиграционные поля отдельных компонентов стоков, поле температур. Наблюдение за каждым из этих полей позволит оценить параметры частных моделей, а затем, используя замыкающие соотношения температура-плотность-концентрация использовать для долговременных прогнозов связную модель.

В последние годы в первую очередь США и Канаде интенсивно исследуются на уровне моделей вопросы закачки парниковых газов - в первую очередь углекислого газа в подземные воды (Prues et all, 2001, Rutquist and Tsang 2005) Эти исследования связаны с идеей захоронения углекислого газа в глубокие формации (CO2 geological sequestration в англоязычной терминологии). Технологически данная идея предполагает создание в районе каждой крупной ТЭЦ цеха, в котором парниковые газы, генерируемые данной станцией, будут улавливаться, сжиматься до состояния суперкритического флюида, представляющего собой нечто среднее между жидкостью и газом и закачиваться в глубокие пласты. Предполагается, что закачеваемый в глубокие пласты флюид будет надежно изолирован от поверхности. а кроме того со временем, вступая в реакцию с водовмещающими породами этот флюид будет входить в состав минеральной части породы и навсегда выводиться из атмосферного цикла. Важной проблемой при модельном изучении такой схемы оказалось, что в условиях нормального роста давлений и температур в земной коре, условия для существования углекислого газа в виде суперкритического флюида существуют на глубине более 800 метров. При этом, плотность данного флюида составляет 200-800 кг/м³, а его вязкость примерно на порядок ниже вязкости воды. То есть данный флюид является весьма подвижным и существует возможность его всплывания выше глубины 800 метров и переход его в газообразное состояние.

Для исследования поведения подобного флюида потребовалась связная модель учитывающая: многофазную фильтрации жидкостей и газов с учетом фазовых переходов, растворимости газа в воде, теплопереноса, химические реакции в системе вода-суперфлюид-газ порода. Подобная модель, известная как TOUGH2 была создана (Prues et all, 2001) и на ней начаты исследования по миграции парниковых газов для модельного изучения возможных ситуаций, которые возникнут при реальных закачках этих газов в глубокие водоносные горизонты.

Полигон подземного захоронения жидких промышленных отходов АО "Пигмент" (г. Тамбов)

С 1968 г в городе Тамбове, расположенном на левом берегу реки Цны, на Тамбовском АО "Пигмент" находится в эксплуатации первая и крупнейшая в химической промышленности России установка по обезвреживанию жидких отходов методом захоронения их в глу­бокие, надежно изолированные подземные горизонты. Тамбовское АО "Пигмент", в прошлом Тамбовский химкомбинат, относится к предприятиям анилинокрасочной промышленности (рис.1.).

Большая часть номенклатуры производств - это малотоннажные продукты, иногда до 10 т/год, со своей индивидуальной техноло­гией и сырьевыми продуктами. Основная специализация предприятия - производство азопигментов, лаков, красителей, полупродуктов, сырья для химико-фармацевтической промышленности и т.д.

Соответственно номенклатура загрязнений, попадающих в сточные воды любого из цехов, весьма разнообразна. Так, от цехов по производству азопигментов попадает в стоки до 20 наименований минеральных и до 20 органических загрязнений. Аналогично положе­ние со сточными водами цеха по производству малотоннажных полу­продуктов, где номенклатура органических загрязнений увеличивает­ся до 40 наименований.

Основные производства АО "Пигмент" как полупродуктов, так и красителей, являются сложными многостадийными органическими син­тезами, требующими для их проведения создания экстремальных средств при ограниченных возможностях превращения сырья. Сырь­евые индексы производств колеблются от 4-5 до 20-30. Подавляющая часть минерального сырья, используемого в производстве, не вхо­дит в окончательный продукт, и после проведения синтеза отделяет­ся как отход в виде жидкой смеси солей, кислот и т.д. Органичес­кое сырье используется значительно полней, но и оно в немалой части попадает в отход в виде побочных продуктов реакций, естест­венных потерь основного продукта и т.д. Основная часть отходов, около 90%, выходит в виде разнообразных растворов переменного состава.

Река Цна, в которую сбрасывались сточные воды, типичная рав­нинная река центральных районов Европейской части России, сне­гового и дождевого питания, с многоводным бурным весенним паводком, во время которого проходит до 75% годового стока, и двумя меженными периодами - летом и зимой. Особенно маловодна зимняя межень, когда расход падает, до 2,4 м3/сек, при нормальных рас­ходах 10-20 м3/сек.

Качество воды в реке к середине пятидесятых годов начало серьезно ухудшаться как из-за увеличивающегося сброса сточных вод промышленными предприятиями Рассказова, Котовска и Тамбова, так и из-за попадания в реку все большего количества бытовых сточных вод, прошедших недостаточную очистку. Для уменьшения влияния жидких промышленных отходов на реку Цну сточные воды це­хов полупродуктов, неподдающихся биологическому разложению, со­бирались в пруд-накопитель объемом 30000 м3 и сбрасывались в реку в период весеннего паводка. Малый объем пруда, и нерегуляр­ность весенних паводков часто сдерживали производство даже на су­ществующих мощностях и препятствовали развитию завода.

Создавшееся положение привело к тому, что во второй поло­вине пятидесятых годов пришлось остановить строительство нового цеха азопигментов и лаков и затормозить реконструкцию ряда дру­гих основных производств.

Для обеспечения очистки образующихся жидких загрязнений до существовавших норм ПДК в водоеме, с начала пятидесятых годов це­лая группа институтов (ИОНХ АН УССР, ВНИВО, институт им. Эрисмана, НИОПиК и др.) проводила разработку обезвреживания и очистки жид­ких промышленных отходов традиционными (физическими, физико-химическими, биологическими и т.д.) методами.

С 1955 г параллельно с другими методами была начата разра­ботка способа обезвреживания жидких отходов путем закачки их в глубокие, надежно изолированные подземные горизонты.

Контура закачанной жидкости:
_______ - в нижнем рабочем пласте (на 01.04.98 г.)
- - - - - - в верхнем рабочем пласте (на 01.04.98 г.)

Основными разработанными и частично осуществленными меро­приятиями по обезвреживанию жидких отходов были следующие.

Был построен еще один пруд-накопитель для наиболее загряз­ненных жидких отходов объемом 150 тыс.м3, что позволило первые годы его эксплуатации обеспечить нормальную работу цехов и отве­дение промстоков в реку в весенний паводок при соблюдении тре­бований контролирующих органов. Однако уже через несколько лет после пуска ряда новых производств в связи с неравномерностью паводков и уменьшением стока реки Цны, нормальная работа предпри­ятия стала невозможной. Таким образом, решить проблему за счет строительства дополнительных прудов было невозможно.

Так как указанные жидкие отходы невозможно обезвредить обычными методами - стоки не поддаются биохимическому разложе­нию, сорбции, экстракции и т.д. - разрабатывались физические ме­тоды их обезвреживания на термохимических установках. Техничес­кая невозможность осуществить подобный процесс и явная экономи­ческая нерациональность заставили отказаться от этого метода.

Для обезвреживания основного объема жидких отходов пред­приятия от комплекса цехов по производству пигментов, лаков и прямых красителей была разработана схема каталитическо-адсорбционной очистки с доочисткой на биохимических сооружениях совмест­но с жидкими отходами ряда других цехов, что должно было обеспе­чить очистку порядка 20% органических загрязнений, образующих­ся на объединении. Осуществить запроектированный процесс не уда­лось из-за образования очень большого количества (10-15% от объе­ма очищаемого стока) неотстаивающегося шлама, для сбора и хране­ния которого необходимы пруды-накопители объемом в миллионы м3. Попытки уплотнить шлам на центрифугах или другим методом не дала положительных результатов.

В 1966 году Геологическим Управлением Центральных Районов на основании материалов исследований скв.Н5 I, обобщенных в отчете НИОПиК, было дано разрешение на закачку 6000 м3/сутки жидких про­мышленных отходов АО "Пигмент". Указанный объем предусматривал как текущее производство, так и перспективу развития предприятия на семидесятые - восьмидесятые годы.

Подлежащие закачке жидкие отходы характеризуются следующими показателями: кислотность в пересчете на Н2SO4 - 15-25 г/л; со­держание минеральных солей (NaCl, КСl, Na2 SO4, Na2SO3 и др.) - 40-50 г/л; ионов тяжелых металлов - 0,3 г/л; сульфокислот нафта­лина, их производных, карбонатных кислот, аминов, красителей, азопигментов и др. - 2,5-3 г/л; ХПК - 13-15 г/л; рН - 1-2. Жид­кие отходы очень агрессивны и быстро разрушают черные металлы, нержавеющие стали, алюминий, медь. Стойкими по отношению к этим стокам являются только титан и стеклопластики на эпоксидной ос­нове.

Полигон подземного захоронения жидких промышленных отходов ОАО "Волжский Оргсинтез" (г. Волжский)

Опытно-промышленный полигон захоронения жидких отходов ОАО "Волжский Оргсинтез" расположен на территории Средне-Ахтубинского района Волгоградской области, к северо-востоку от города Волжский.

Жидкие отходы образуются в процессе производств резиновых ускорителей (каптакса, альтакса, тиурама-Д, стабилизатора С-789, сульфенамида), анилина, ксантогенатов 2-нафтола, морфолина, серо­углерода, фенасала, товаров бытовой химии, ряда вспомогательных производств и малых предприятий ("Бекон", "Флокотон" и МП "МБИ"). Указанные сточные воды перекачивались в два шламонакопителя, где отстаивались, усреднялись и после разбавления вместе со сточными водами других предприятий города поступали на вторую очередь со­оружений биологической очистки.

Исследования показали, что химзагрязненные стоки высокотоксичные и оказывают сильное ингибирующее влияние на активный ил, в результате чего нарушается нормальная работа сооружений биоло­гической очистки, из условий нормального функционирования пос­ледние могут принять только часть сточных вод ОАО "Волжский Оргсинтез". Остальные сточные воды предприятия без очистки сбрасыва­лись в Большой лиман, выполняющий функции накопителя-испарителя.

Неудовлетворительное экологическое состояние Большого лима­на вызывает серьезные опасения, так как сам он практически утра­тил способность к самоочищению, а продолжение сброса неочищаемых высокотоксичных вод грозит экологической катастрофой не только для Большого лимана, но и для всего региона.

В работе экологической фирмы "Грин Фрог" рассмотрены три варианта обезвреживания жидких отходов из шламонакопителя: био­логическая очистка, сжигание и подземное захоронение.

Для реализации указанных вариантов необходимо выполнение следующих условий.

I. Биологическая очистка всего объема сточных вод возможна только после их разбавления, что потребует 9-ти кратного увели­чения существующих сооружений биологической очистки, либо после предварительной очистки 60% общего объема сточных вод ОАО "Волжский Оргсинтез".

Однако биологическая очистка не снимет проблему обезвреживания химических стоков, так как, во-первых, практически не снижает чрезвычайно высокую концентрацию солей (30 г/л), во-вторых, не гарантирует достаточно глубокую очистку от специфических загряз­нений (каптакса, тиурама-Д, 2-нафтола, ксантогенатов), значений которых на 3 и более порядка превышают ПДК.

Продолжительность реализации метода - не менее 5 лет, вклю­чая длительные экспериментальные исследования по выбору техно­логии локальной очистки.

Что касается стоимости осуществления метода, то по ориенти­ровочным расчетам только стоимость доочистки от солей составляет 100-200 млн. руб. При этом возникает проблема утилизации или за­хоронения выделенных солей в количестве 50-70 т/сут.

Исходя из вышеизложенного, метод биологической очистки мало реален для промышленного применения.

2. Следующим из рассмотренных методов обезвреживания жидких отходов является сжигание. При этом, даже после исключения нескольких относительно локальных малозагрязненных потоков, для сжигания оставшихся порядка 3000 м3/сут сточных вод потребуется около 25 млн. руб. в год только на эксплуатационные расходы, не считая капитальных затрат на строительство печи и сооружений газоочистки. Однако и в этом случае возникает проблема - необходимость ути­лизации или ликвидации остатка от сжигания (расплавов солей) в количестве около 50-70 т/сут. В противном случае необходимо строительство изолированного от грунтовых вод и атмосферных осадков хранилища объемом не менее 200 тыс. м3.

Метод сжигания представляется, таким образом, еще менее подготовленным к ре­ализации, чем предыдущий.

3. Единственным на сегодняшний день приемлемым, с экономи­ческой точки зрения, методом решения проблемы обезвреживания жидких отходов ОАО "Волжский Оргсинтез" является закачка их в глубокие надежно изолированные подземные горизонты.

Вопрос об обезвреживании жидких отходов ОАО "Волжский Орг­синтез", не имеющих методов очистки, путем закачки их в глубокие подземные горизонты впервые был поднят в 1973 году после извест­ного Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 13 марта 1972 г. № 177 "О мерах по предотвращению загрязнения бассейнов рек Волги и Урала неочищенными сточными водами".

В 1971-72 г.г. Вторым Гидрогеологическим управлением Министерства геологии СССР по результатам гидрогеологических иссле­дований были выявлены перспективные для захоронения жидких отхо­дов Волжского химкомбината в альб-сеноманский и байосский (верхний песчаный пласт) водоносные горизонты.

Решением совещания в Союзанилпроме от 6 июля 1973 г. Научно-исследовательскому институту органических полупродуктов и краси­телей (НИОГШК, в настоящее время ГНЦ РФ "НИОПИК") поручалось под­готовить геологическое обоснование возможности использования ме­тода закачки жидких отходов в районе строительной площадки Волж­ского завода органического синтеза (ныне ОАО "Волжский Оргсинтез").

В силу ряда организационных причин работа затянулась, и только в мае 1976 года головным институтом по очистке сточных вод - Всесоюзным научно-исследовательским институтом «ВОДГЕО» было вы­дано заключение о целесообразности закачки жидких отходов Волж­ского завода органического синтеза в глубокие подземные горизонты в количестве около 6000 м3/сут. Нижневолжское территориальное геологическое управление письмом от 15.II.77 № 20/5620 подтверди­ло возможность закачки жидких отходов в объеме 6000 м3/сут в байосские отложения, обусловив необходимость проведения опытных закачек для определения роли Западного разлома как проводящего или экрана.

Министерство здравоохранения РСФСР письмом от II.01.79 г. № 07/1320-5 согласовало проведение исследовательских работ по изучению возможности закачки 6000 м3/сут стоков в глубокие погло­щающие горизонты.

В течение длительного периода (по причинам финансового и организационного порядков) с 1974 по 1993 год были проведены геологоразведочные работы, обосновывавшие возможность захоронения жидких отходов в нижнебайосские поглощающие горизонты. По резуль­татам обработки всего имеющегося геолого-геофизического материа­ла по площадке и региону, по данным гидродинамических исследова­ний составлен отчет "Обоснование возможности закачки жидких от­ходов АООТ "Волжский Оргсинтез" в глубокие подземные горизонты по результатам геологоразведочных работ за 1974-1993 г.г." Москва, 1994 г.

В 1995 году по заданию Волгоградского областного комитета по охране природы российско-американская фирма JCF/ЕКО провела независимую экспертизу имеющихся материалов и сделала вывод о необходимости проведения опытно-промышленной закачки продолжи­тельностью не менее 2 лет, на основе результатов которой можно выяснить возможность дальнейшей закачки стоков и разработать проект промышленной закачки.