Способ защиты подземных вод от загрязнения

(51)02 3/16 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Жогло Василий Гаврилович Федин Виктор Николаевич Орехова Людмила Николаевна Ковалева Анна Васильевна(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) 1 Способ защиты подземных вод от загрязнения, включающий сооружение контура дренажных скважин, создание воронки депрессии под источником загрязнения путем откачки подземных вод, отвод дренажных вод по водоводу, отличающийся тем, что в грунтовом водоносном горизонте вне ореола загрязнения на пути его распространения к источникам хозяйственно-питьевого водоснабжения создают, по меньшей мере, один инфильтрационный бассейн, отвод дренажных условно чистых вод осуществляют в инфильтрационный бассейн, контур дренажных скважин сооружают между одним или несколькими инфильтрационными бассейнами и источником загрязнения, при этом при работе дренажных скважин источник загрязнения и инфильтрационный бассейн или бассейны находятся в пределах воронки депрессии, а при сооружении дренажных скважин их водоприемную часть размещают ниже слоя слабопроницаемых горных пород, обладающих высокими сорбционными свойствами по отношению к загрязняющим веществам источника загрязнения. 7488 1 2005.12.30 2 Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инфильтрационного бассейна используют технический водоем с загрязненной водой, а отвод дренажных условно чистых вод осуществляют в технический водоем. Изобретение относится к охране пресных подземных вод от загрязнения и может быть использовано при создании и эксплуатации гидротехнических сооружений, предотвращающих загрязнение пресных подземных вод техногенными отходами длительного хранения, занимающих большие площади (шламохранилища, хвостовики и т.д.). Согласно изобретению, решается задача создания способа защиты подземных вод от техногенных источников загрязнения длительного действия (например, от отвалов, шламонакопителей, хвостовиков, свалок, животноводческих комплексов и т.п.), расположенных на поверхности земли, в зоне аэрации или в верхней части грунтового водоносного горизонта в районах распространения осадочных пород, представляющих собой слоистую систему, состоящую из водоносных и слабопроницаемых слоев. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в снижении издержек эксплуатации защитных гидротехнических сооружений, повышении надежности зашиты пресных подземных вод, уменьшении вредного влияния защитных сооружений на баланс подземных вод. Решение указанной задачи и достижение технического результата обеспечивается тем,что в способе защиты подземных вод от загрязнения, включающем сооружение контура дренажных скважин, создание воронки депрессии под источником загрязнения путем откачки подземных вод, отвод дренажных вод по водоводу, в грунтовом водоносном горизонте вне ореола загрязнения на пути его распространения к источникам хозяйственнопитьевого водоснабжения создают, по меньшей мере, один инфильтрационный бассейн,отвод дренажных условно чистых вод осуществляют в инфильтрационный бассейн, контур дренажных скважин сооружают между одним или несколькими инфильтрационными бассейнами и источником загрязнения, при этом при работе дренажных скважин источник загрязнения и инфильтрационный бассейн или бассейны находятся в пределах воронки депрессии, а при сооружении дренажных скважин их водоприемную часть размещают ниже слоя слабопроницаемых горных пород, обладающих высокими сорбционными свойствами по отношению к загрязняющим веществам источника загрязнения. Кроме того, в качестве инфильтрационного бассейна используют технический водоем с загрязненной водой, а отвод дренажных условно чистых вод осуществляют в технический водоем. В предлагаемом способе защиты подземных вод под источниками техногенного загрязнения понимают преимущественно как территории предприятий в целом, так и места складирования отходов, хранилища жидких и твердых отходов. При наличии нескольких мест размещения отходов на территории предприятия применение понятия источник загрязнения может быть осуществлено применительно к совокупности мест загрязнения. При использовании заявляемого способа предполагается, что созданная с его помощью система защиты пресных подземных вод входит в очистные и защитные гидротехнические сооружения, размещаемые преимущественно на территории предприятия или нескольких предприятий, осуществляющих их совместную эксплуатацию. Новым в способе является применение в качестве элемента защиты инфильтрационного бассейна (нескольких бассейнов), сооружаемого(-ых) в грунтовом водоносном горизонте. При малых мощностях грунтового водоносного горизонта возможно врезание в нижележащие пласты. При расположении инфильтрационного бассейна(-ов), согласно изобретению, в области действия воронки депрессии жидкость из бассейна(-ов) интенсивно проникает в межпластовый водоносный горизонт и вместе с подземными водами создает 7488 1 2005.12.30 поток, направленный к источнику загрязнения, что повышает надежность защиты подземных вод. Защита от загрязнения осуществляется при этом как с помощью дренажа, так и за счет гидравлической завесы, создаваемой инфильтрационным(-и) бассейном(-ами). Инфильтрационный бассейн необходимо размещать на пути распространения ореола загрязнения к источнику хозяйственно-питьевого водоснабжения, что дополнительно повышает надежность защиты подземных вод, так как обеспечивает локализацию загрязнения на наиболее опасном и динамичном участке. Фиг. 1 схематически иллюстрирует защитное гидротехническое сооружение, создаваемое и эксплуатируемое в соответствии с заявляемым способом для защиты водозабора хозяйственно-питьевого назначения от отходов химического предприятия, вид сверху. Фиг. 2 иллюстрирует указанное защитное сооружение при больших мощностях грунтового водоносного горизонта, вид в разрезе. При малых мощностях грунтового водоносного горизонта при сооружении дренажных скважин их водоприемную часть размещают ниже слоя слабопроницаемых горных пород, обладающих высокими сорбционными свойствами по отношению к загрязняющим веществам источника загрязнения, что иллюстрируется фиг. 3 (вид в разрезе). Гидротехническое сооружение по защите подземных вод представляет собой (фиг. 3) контур 1 дренажных устройств, образованных скважинами 2 (насосы и трубопроводы на фигурах не показаны), и инфильтрационный бассейн 3. Позициями обозначены источники загрязнения 4 с ореолом 5 загрязнения и водозабор 6 хозяйственно-питьевого назначения. Стрелками показано направление движения водных потоков, а пунктирной линией со стрелкой - направления отвода откачиваемых вод. Пунктирной линией очерчена граница ореола 5 загрязнения, а сплошной линией - воронка 7 депрессии, сформировавшаяся в результате работы дренажных 2 и водозаборных 6 скважин. Заявляемый способ осуществляют следующим образом. Создают контур 1 дренажных скважин 2. Скважины 2 сооружают таким образом, чтобы создаваемая ими воронка 7 депрессии захватывала весь ореол 5 загрязнения в плане и исключала нисходящее движение загрязненных вод в нижележащие водоносные горизонты 11, защиту которых осуществляют. Для этого скважины 2 оборудуют таким образом, чтобы линия контура 1 проходила между ореолом 5 загрязнения и месторасположением сооружаемого или имеющегося инфильтрационного бассейна 3, а водоприемные части скважин 2 располагают ниже ореола 5 загрязнения у подошвы водоносного горизонта 9. При малых мощностях грунтового водоносного горизонта водоприемную часть скважин 2 оборудуют под слабопроницаемым слоем 8 (в кровле межпластового водоносного горизонта 9), но выше слабопроницаемого слоя 10, перекрывающего межпластовый водоносный горизонт 11, из которого осуществляют отбор подземных вод для хозяйственно-питьевого назначения водозабором 6. При наличии в разрезе слоя или слоев слабопроницаемых горных пород, обладающих высокими сорбционными свойствами по отношению к загрязняющим веществам источника загрязнения, например глин, суглинков, супесей и т.п., откачка вод формирует потоки направленной фильтрации загрязненных вод через слой 8, что дополнительно очищает воды. При этом инфильтрационный бассейн 3 сооружают в грунтовом водоносном горизонте (при малых мощностях грунтового водоносного горизонта возможно врезание в нижележащие пласты) на пути распространения ореола 5 загрязнения к водозабору (источнику) 6 хозяйственно-питьевого водоснабжения. При благоприятных геолого-гидрогеологических условиях инфильтрационный бассейн 3 сооружают как технический водоем для сбора загрязненных вод, загрязнения которых могут сорбироваться слабопроницаемыми породами. При наличии на предприятии технического водоема (сборника сточных и технологических вод, коллектора и т.п.) проектирование защитного сооружения может быть осуществлено с учетом модернизации уже имеющегося на предприятии технического водоема. 3 7488 1 2005.12.30 После сооружения контура 1 скважин 2, инфильтрационного бассейна (технического водоема) 3, всего гидротехнического сооружения производят откачку подземных вод из скважин 2 и сброс части воды в инфильтрационный бассейн 3. Откачку производят до формирования под источником загрязнения 4 воронки 7 депрессии. При откачке под действием воронки 7 депрессии формируют поток загрязненных вод, который, пройдя слабопроницаемый слой 8, подвергается очистке за счет его сорбционных свойств. Воронка 7 захватывает весь ореол 5 загрязнения по площади и в разрезе, ее затем поддерживают периодическими откачками. Откачкой подземных вод добиваются, чтобы область воздействия воронки 7 депрессии распространилась до инфильтрационного бассейна 3. При этом под действием воронки 7 депрессии воды из бассейна 3 усиленно просачиваются в грунт и формируют в нем поток загрязненных вод, направленный в сторону ореола 5 загрязнения и слоя 8 и препятствуют распространению загрязненных вод от источника 4 загрязнения. Пройдя слой 8, загрязненные подземные воды очищаются, а затем откачиваются скважинами 2. Часть чистых и условно чистых вод сбрасывают в инфильтрационный бассейн 3, а часть подают в систему оборотного водоснабжения предприятия. Ореол 5 загрязнения при этом локализуется или сокращается. За счет сброса чистых и условно чистых вод в водоем 3 может происходить постепенная очистка вод водоема. Для уменьшения вредного воздействия воронки 7 депрессии заявляемый способ может предусматривать сооружение 1-2 инфильтрационных бассейнов с чистой водой (на фигурах не показаны). Способ был смоделирован в стационарном режиме и апробирован на гидротехнических защитных сооружениях химического предприятия по производству минеральных удобрений. Основными источниками загрязнения на данном предприятии являются отходы производства, складируемые на открытом грунте, шламонакопитель и аварийные утечки стоков на промплощадке. Верхняя часть разреза на участке размещения предприятия представлена грунтовым и межпластовыми подморенным и палеогеновым водоносными горизонтами. В грунтовом водоносном горизонте под отвалами отходов производства и цехами предприятия сформировался ореол загрязнения с минерализацией до 30 г/л. В гидрографическом отношении предприятие расположено на водоразделе двух рек, вблизи водозабора хозяйственно-питьевого назначения, что обусловливает нисходящее движение загрязненных грунтовых вод в межпластовые водоносные горизонты и в сторону водозабора. На предприятии имеется технический водоем площадью 0,43 км 2. Контур дренажа был представлен 10 скважинами, расположенными между техническим водоемом и ореолом загрязнения. Причем ближайшие к водоему 4 скважины находились на расстоянии 30-100 м от него. Скважины глубиной 25-30 м были оборудованы на верхнюю часть палеогенового водоносного горизонта. Модельными экспериментами установлено, что оптимальная воронка депрессии формируется при работе каждой скважины с дебитом 900 м 3/сут. Снижение уровня грунтовых вод на промплощадке предприятия достигает 3,0-5,0 м, а понижение уровня воды в палеогеновом водоносном горизонте не превышает 25 м, что меньше глубины залегания кровли палеогеновых отложений. Практически на всей промышленной площадке и большей части территории под отвалами твердых отходов производства прекращено движение загрязненных подземных вод в нижележащие водоносные горизонты, а также в сторону водозабора. Поскольку кровля палеогеновых отложений состоит из слабопроницаемых пород, обладающих хорошими сорбционными свойствами, то на основании расчетов и режимных наблюдений разработан проект модернизации существующих защитных гидротехнических сооружений предприятия, проиллюстрированный на фиг. 3. Оптимальные параметры систем защиты (установки) определялись гидродинамическими расчетами и на основании режимных наблюдений. Оценки и испытания систем защиты подземных вод в районе химического предприятия показали, что предлагаемый способ позволяет получить комплексный эффект, а именно 7488 1 2005.12.30 очищает сточные воды при их направленной фильтрации в водонасыщенных горных породах, обладающих высокими сорбционными свойствами исключает загрязнение подземных вод за пределами области захвата установки позволяет использовать дренажные воды в оборотном водоснабжении и сократить забор поверхностных вод на технологические нужды сокращает сброс условно чистых вод в природные объекты уменьшает вредное влияние воронки депрессии на состояние грунтовых вод, расположенных вблизи населенных пунктов сокращает издержки на эксплуатацию гидротехнических сооружений. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5