|
содержание
В.И. Сергеев, Т.Г. Шимко, М.Л. Кулешова, Е.В. Петрова, Н.Ю. Степанова
Проблема защиты подземных вод от загрязнения в районах складирования и захоронения токсичных и радиоактивных отходов весьма актуальна как для России, так и для целого ряда других стран. В связи с тем, что переход на безотходные технологии пока является делом будущего даже в экономически развитых странах, существует необходимость разработки надежных и дешевых способов защиты от поражения водных ресурсов - одного из главных для человечества компонентов окружающей среды.
Таким способом, эффективность которого доказана многолетними исследованиями ЛОГС, является использование природных грунтов в качестве геохимических барьеров, а также создание искусственных поглощающих барьеров.
В качестве естественных экранов из глинистых грунтов изучались однослойные и многослойные грунтовые толщи, представленные одной или несколькими литологическими разностями.
Для создания искусственных глинистых горизонтальных экранов, а также вертикальных экранов типа "стены в грунте" исследовались глинистые материалы. Кроме этого, для локализации очагов загрязнения изучалась возможность использования вертикальных экранов, создаваемых путем тампонажа песчаных грунтов глинистыми суспензиями и химическими растворами, гели которых обладают высокой поглощающей способностью в отношении потенциальных загрязнителей подземных вод.
Комплекс выполненных инженер-геологами, гидрогеологами, геохимиками, химиками и математиками лаборатории теоретических, экспериментальных и полевых исследований позволил определить оптимальную математическую модель массопереноса загрязнителей в естественных и искусственных экранах, уравнение, соответствующее этой модели, и его решение. Такой моделью явилась гидродисперсионная модель, учитывающая процесс поглощения загрязнителей.
Экспериментальным путем с применением образцов экранов доказана возможность прогнозировать распространение элементов-загрязнителей, в том числе радионуклидов, в пределах геохимического барьера. Прогнозные решения получены на базе решения уравнения массопереноса, соответствующего гидродисперсионной модели.
В ходе исследований разработана и используется установка, позволяющая получать для естественных и искусственных экранов зависимость изменения концентрации элементов на выходе из экспериментальной колонки от объема профильтровавшегося через эти образцы раствора, т.е. получать "выходные кривые", необходимые для расчета величины поглощающей способности и миграционных параметров токсикантов и радионуклидов: эффективной пористости и коэффициента гидродисперсии.
Исследования проводились на дисперсных грунтах различного состава и генезиса, а также на песчано-глинистых и песчано-гелевых материалах. В качестве загрязнителей использовались Cd, Co, Zn, Cu, Pb, As, Se, V, Sr, Cs, U и др. элементы, распространенные в отходах, в том числе атомной промышленности.
Установлено, что для радионуклидов, также как для тяжелых металлов, использование природных и искусственных геохимических барьеров может быть достаточно эффективным. А в ряде случаев, инъекционный экран может стать единственным способом для локализации существующего загрязнения подземных вод.
Теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать способ расчета предельно допустимого времени работы естественного и искусственного экрана при заданной техногенной нагрузке для условий, когда ни один из потенциальных загрязнителей не выходит за переделы геохимического барьера с концентрацией выше ПДК как в период его эксплуатации, так и после консервации. В ходе исследований разработан также способ расчета необходимой и достаточной мощности искусственного экрана, обеспечивающего на заданный период времени защиту подземных вод от загрязнения тяжелыми металлами или радионуклидами.
Полученные результаты исследований прошли апробацию на 11 промышленных предприятиях, складирующих жидкие отходы, в России и за рубежом. Последним объектом, где подготовлено проектное решение по защите подземных вод от загрязнения, является накопитель жидких радиоактивных отходов на одном из предприятий Росатома. Здесь для дополнительной защиты подземных вод в случае аварийной ситуации предложено, и включено в проект, использование песчано-гелевого экрана, созданного путем инъекции щавелевоалюмосиликатного раствора. Рецептура этого раствора позволяет создать вертикальный противофильтрационный сорбирующий экран по периметру участка захоронения радиоактивных отходов в песках с коэффициентом фильтрации менее 30 м/сут. Для этого объекта разработан также способ очистки промышленных отходов от Sr90 и Cs137. Этот способ основан на использовании в виде сорбирующего экрана песчано-гелевого материала, приготовленного специальным способом и имеющего высокую проницаемость.
|
