способ хранения отходов

Формула изобретения

1. Способ хранения отходов, включающий оборудование их хранилища непроницаемыми днищем и бортами, подачу в него отходов и сооружение над хранилищем непроницаемого покрытия, отличающийся тем, что оставшуюся свободной емкость хранилища заполняют пористым материалами и вплоть до сооружения над ним непроницаемого покрытия ведут дренаж образующихся в хранилище грунтовых вод, поддерживая их уровень ниже поверхности пористого материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после сооружения непроницаемого покрытия ведут высушивание внутренней полости хранилища путем устройства в нем вентиляционных окон.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что над вентиляционными окнами устраивают дополнительное непроницаемое покрытие, препятствующее попаданию в хранилище через эти окна атмосферных осадков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при строительстве и эксплуатации временных и постоянных хранилищ жидких и твердых отходов с различным характером токсичности, в том числе, и радиоактивным.

Известен способ хранения отходов, заключающийся в устройстве выемки на поверхности земли, оборудовании ее непроницаемыми днищем и бортами, заполнении емкости высокопористым материалом и жидкими отходами, подаче в хранилище грунтовой засыпки и изготовлении на его поверхности системы отвода атмосферных осадков [1] Недостатками способа являются существование условий для увеличения объемов загрязненных материалов внутри хранилища и распространения загрязнений за его границы. Поэтому устанавливается ограничение по их строительству только для территорий с дефицитом испарения, т.е. районов с засушливым климатом.

Известен также способ хранения отходов, включающий оборудование хранилища непроницаемым днищем и бортами, заполнение его отходами и сооружение над хранилищем непроницаемого экрана [2]

Последний способ, принимаемый за прототип, как наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому, также имеет недостатки, хотя и в меньшей мере, чем ранее приведенный способ или другие аналогичные способы, известные по публикациям, связанные с сооружением и эксплуатацией хранилищ промышленных отходов. Главными недостатками прототипа являются низкая устойчивость кровли, особенно для хранилищ больших размеров, существование возможности для увеличения объема загрязненных материалов внутри хранилища и опасности распространения загрязняющих веществ из отходов за пределы хранилища, особенно при длительном хранении отходов. Хотя ограничений по применению данного способа районами с определенными климатическими условиями не выдвигается, его применение все же представляет достаточно реальную угрозу для окружающей среды.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего существенно ограничить рост загрязненных материалов внутри хранилища при обеспечении устойчивости его кровли, исключить опасность распространения загрязняющих веществ за его границы, используя для этого с максимальной эффективностью естественны природные процессы, протекающие в приповерхностном слое земли.

Решение этой задачи достигается в способе, сущность которого выражается в следующей совокупности и последовательности проведения операций. По предлагаемому способу хранения отходов, включающему оборудование их хранилища непроницаемыми днищем и бортами, подачу в него отходов и сооружение над хранилищем непроницаемого покрытия, при этом согласно изобретению оставшуюся свободной емкость хранилища заполняют пористым материалом и вплоть до сооружения над ним непроницаемого покрытия ведут дренаж образующихся в хранилище грунтовых вод так, чтобы их уровень оставался ниже поверхности пористого материала, после же сооружения непроницаемого покрытия ведут высушивание внутренней полости хранилища путем устройства в покрытии по крайней мере двух вентиляционных окон, одно из которых служит для впуска и другое для выпуска из хранилища воздуха, а над вентиляционными окнами устраивают дополнительное непроницаемое покрытие, препятствующее попаданию в хранилище через эти окна атмосферных осадков.

Как следует из описания сущности заявляемого изобретения, одними из основных его отличиев от прототипа являются операции по заполнению хранилища пористым материалом, обеспечивающим устойчивость крови, и по проведению дренажа образующихся в хранилище грунтовых вод. Образование грунтовых вод обусловлено наличием в хранилище непроницаемых днища и бортов (точнее низкопроницаемых, так как из какого бы материала они ни были изготовлены, говорить об их абсолютной непроницаемости не приходится), препятствующих стоку попадающих на поверхность хранилища атмосферных осадков. При этом объем грунтовых вод растет по мере роста объема подаваемого в хранилище пористого материала.

Наличие же грунтовых вод определяет условие переноса загрязняющих веществ из отходов в чистую, а также в свежезасыпанную часть хранилища. Перенос загрязняющих вещество может происходить, в частности, под влиянием естественного температурного градиента, вызывающего конвективные потоки в грунтовых водах, которые могут быть значительно усилены в результате тепловыделения у некоторых отходов, например радиоактивных. Рост же объемов загрязненных материалов ухудшает экологическую обстановку в самом хранилище и вокруг него, а также потребует в дальнейшем значительных затрат на очистку этих материалов в случае необходимости ликвидации хранилища.

Особенно недопустимым является случай выхода уровня грунтовых вод на поверхность засыпаемого материала в связи с возможностью загрязнения отходами как самой свободной поверхности воды, так и поверхностного слоя засыпки, с последующим ветровым разносом загрязнений на окружающую территорию.

Проведение в этих условиях дренажа вод в значительной мере предотвращает рост объема загрязненных материалов и устраняет опасность ветрового загрязнения прилегающей к хранилищу территории.

Другим отличием заявляемого изобретения является проведение высушивания материалов заполняющих внутреннюю полость хранилища, которое начинает выполняться после сооружения покрытия над хранилищем. Необходимость такой операции объясняется тем, что наличие жидкой фазы в хранилище способствует диффузионному переносу загрязнений как внутри его, так и за его пределы через слабопроницаемые (или условно называемые непроницаемыми) борта и днище. Этот процесс усиливается еще и тем, что жидкая фаза будет находиться в постоянной циркуляции под влиянием естественного и искусственного температурного градиента, вызывающего конвективные потоки жидкости и паровоздушных смесей в хранилище. Поэтому рано или поздно указанное распространение загрязнений окажется неизбежным.

Устранение такой опасности в результате высушивания внутренней полости хранилища обуславливается тем, что миграция каких-либо веществ в сухих материалах практически прекращается. Больше того, в этом случае возникает поток влаги и растворенных в ней солей извне внутрь хранилища. При испарении же этой влаги при продолжающемся высушивании хранилища соли осаждаются в порах засыпки и тем самым закупоривают пути миграции загрязнений из отходов.

В процессе высушивания принимают участие различные механизмы перемещения влаги. В частности, при пленочно-диффузионном перемещении влаги, она передвигается от мест с повышенной температурой к пониженной, т.е. в условиях хранилища от нижней его части к кровле. Парообразная влага, конденсируясь на нижней поверхности кровли, может стекать в виде капиллярно подвешенной воды в направлении к бортам хранилища. Здесь, при наличии зазоров (вентиляционных окон) между бортами и кровлей хранилища, конденсационная вода, чистая от загрязнений и экологически безопасная для окружающей среды, может выходить за пределы хранилища.

Проведение высушивания может выполняться также путем подачи в хранилище сухого воздуха и отбора из него влажного через вентиляционные окна и в кровле хранилища. Для осуществления такой операции достаточно двух вентиляционных окон. Процесс подачи извлечения воздуха из хранилища может осуществляться принудительно с использование различных технических средств (воздуходувок, осушителей воздуха и др.) и, естественно, без таких средств и затрат энергии.

При естественном процессе высушивания теплый и насыщенный влагой воздух, находящийся внутри хранилища, поднимается и выходит из него через одно из верхних вентиляционных окон. При наличии пригрузочного слоя на кровле хранилища, воздух из него, попадая в этот слой, охлаждается, в следствии чего появляющийся избыток влаги в нем конденсируется и затем стекает по кровле за пределы хранилища. Вышедший из хранилища воздух одновременно замещается более холодным, тяжелым и менее влажным воздухом, поступающим в хранилище через другое вентиляционное окно. Этот воздух, попадая в хранилище, нагревается и поэтому насыщается дополнительной влагой, затем поднимается и выходит из хранилища через вентиляционное окно и т.д.

Подобная циркуляция воздуха обеспечивается тем, что в природных условиях всегда существует в среднем в течение года положительная разность температур между более глубокими и приповерхностными слоями земли. При наличии же внутреннего источника тепла, как в случае в радиоактивными отходами, эта разность температур еще более возрастет с соответственным увеличением скорости циркуляционных потоков и сокращением времени высушивания хранилища.

Таким образом, только устройством в непроницаемой кровле хранилища вентиляционных окон достигается протекание процесса высушивания внутренней полости хранилища и тем самым ликвидируется опасность миграции загрязнений за пределы установленных границ.

Последним отличием заявляемого изобретения является операция по сооружению над вентиляционными окнами еще одного непроницаемого покрытия для устранения попадания через них внутрь хранилища атмосферных осадков. При таком покрытии, очевидно, потребуется меньше времени на высшуивание хранилища, так как отпадает необходимость в испарении попавшей через вентиляционные отверстия влаги. При сооружении же дополнительной кровли не только непосредственно над вентиляционными окнами, а над всей площадью хранилища возможность попадания осадков в хранилище устраняется практически полностью. Кроме того, в этом случае упрощается сооружение вентиляционных окон за счет ограничения высоты прибортовых валиков вокруг них мощностью двигающего по поверхности нижней кровли конденсационного потока воды.

Осуществление способа иллюстрируется чертежом, представляющим разрез хранилища, на котором видны: днище хранилища 1; твердые и жидкие отходы 2; дренажные трубы 3; уровень воды в хранилище 4; борт хранилища 5; вентиляционное окно 6; линия тока воздуха 7; кровля хранилища 8; верхняя дополнительная кровля 9 над вентиляционными окнами; прибортовой валик 10 вокруг вентиляционного окна; поверхность земли 11; засыпка 12.

Выполнение способа поясняется на следующем примере. В хранилище, размером в плане 200 х 300 м, глубиной 3 м, оборудованное непроницаемыми днищем 1, бортами 5 и системой дренажных труб 3, расположенных вблизи днища, после его заполнения до глубины 1 м жидкими и твердыми высокотоксичными отходами 2 подают песчаную засыпку 12. По завершении засыпки свободной емкости хранилища и образования купола над ним высотой 1-2 м над бортами формируют над куполом первую непроницаемую кровлю из местных суглинков и глин толщиной 0,5 м.

При проведении засыпки и формировании первой непроницаемой кровли ведут откачку грунтовых вод из дренажных труб с дебитом 50-100 м³/сутки, обеспечивающих постоянное положение уровня грунтовых вод ниже поверхности подаваемого в хранилище песка. При обнаружения загрязнений в дренажной воде ее подают на очистные сооружения или на полигон глубинного захоронения жидких отходов.

При образовании первой (нижней) непроницаемой кровли оставляют ней три вентиляционных окна: одно в наиболее высокой части кровли и два на стыке кровли с бортами хранилища. Верхнее вентиляционное окно обрамляют валиками из глины высотой 0,3 м. На поверхность нижней кровли вновь подают песчаную засыпку толщиной 1-1,5 м, на поверхности которой устраивают еще одну верхнюю кровлю из суглинков и глин, мощностью 0,5-0,7 м. Эту кровлю изготовляют сплошной над всей площадью хранилища. На эту кровлю подают еще пригрузочный слой для предохранения ее от разрушительной деятельности растений, температурных перепадов и других факторов.

После образования нижней кровли, а затем и верхней ведут высушивание внутренней полости хранилища. По данному примеру это делают, используя известные естественные закономерности перемещения влаги в грунтах, без применения каких-либо технических средств и затрат энергии. В результате выполненных операций и действия местных природно-климатических факторов происходит испарение воды в нижней части хранилища и перемещение ее кверху в виде пара при температурном градиенте 5,0-10^o с/м, образованном главным образом, под влиянием тепловыделения отходов и частично естественного глубинного источника тепла.

Часть этого пара конденсируется на нижней поверхности первой кровли и затем конденсат, образуя капиллярно-подвешенный к этой поверхности слой воды, стекает по уклону кровли, через боковые вентиляционные окна за пределы хранилища. Другая часть пара поступает вместе с конвективным воздушным потоком через верхнее вентиляционное окно в пространстве между нижней и верхней кровлей, где вследствие пониженной температуры также происходит конденсация пара. Этот конденсат стекает также за пределы хранилища по верхней поверхности нижней кровли.

Количество испаряемой и выводимой таким способом из хранилища воды около 0,2 м/год по высоте ее столба. При такой интенсивности испарения и при первоначальной мощности столба жидких отходов в хранилище, равным 2 м, оно окажется высушенным в течение 10 лет. После этого исчезает какая-либо реальная опасность распространения загрязнений как внутри, так и за пределами хранилища.