способ захоронения радиоактивных и других токсичных жидких отходов

Формула изобретения

1. Способ захоронения радиоактивных и других токсичных жидких отходов в геологических формациях, заключающийся в том, что подготовленные для захоронения отходы закачивают в зону захоронения с помощью скважин и аккумулируют в этой зоне с формированием вторичного рудного месторождения, отличающийся тем, что в качестве геологических формаций используют недра низкотемпературной гидротермальной системы, функционирующей в толще кислого стекловатого пеплопемзового материала, сложенного мощными интенсивно цеолитизированными и глинизированными витрокластическими породами, причем в процессе закачки отходы переводят в легкорастворимое состояние, а для аккумуляции используют обладающие высокими сорбционными ионообменными свойствами минералы, через которые осуществляется фильтрация и перевод отходов в немобильное состояние.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для захоронения отходов используют систему рабочих и наблюдательных скважин глубиной 250-400 м.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что закачку осуществляют в породы, состоящие в среднем на 60% из высококремнистых цеолитов.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что захоронение осуществляют в тех предварительно выбранных недрах низкотемпературной гидротермальной системы, где температура гидротерм не превышает 100^oC и общий поток направлен от ближайшего очага разгрузки.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что захоронение осуществляют в те пласты, где имеется достаточно мощная водоупорная покрышка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обезвреживания и захоронения радиоактивных и других токсичных жидких отходов.

Известен способ с выполнением полостей для захоронения радиоактивных отходов с заглушением в водоупорный грунт. В полости перед заполнением вводят цементную суспензию со вспененной гидрофобными пенообразователями глиной, вокруг полостей выполняют замкнутую щель, которую заполняют материалом, используемым для закрытия входных отверстий полостей (а.с. СССР N 1267974 МПК G 21 F 9/24).

Известен способ захоронения радиоактивных жидких отходов в геологических формациях земной коры, состоящий в том, что с поверхности Земли бурят скважину, заглубленную в скальные породы. Способами развернутого бурения определяют в породах непроницаемые участки и участки вскрытия естественных трещин, закачивают содержащий радиоактивные отходя твердеющий раствор, например цементный. До отверждения раствора производят битумизацию скальных пород в зоне вскрытия. Нагнетание раствора осуществляют под давлением, не обеспечивающим опрессовки щелей и трещин, а битумизацию производят с их опрессовкой (а.с. СССР N 1340454 МПК G 21 F 9/24).

Известен также способ захоронения отходов, находящихся в водных растворах, с разбавлением этих растворов водой из пористой и находящейся под морским дном геологической формации и введением разбавленного раствора в ту же самую геологическую формацию (заявка Франции N 2545638 G 21 F 9/24).

Недостатком указанных способов является то, что в случае физического или химического разрушения оболочки консервантов радиоактивные отходы сохраняют способность к миграции и рассеиванию в окружающей среде.

Наиболее близким к предлагаемому является способ захоронения радиоактивных отходов в недрах высокотемпературной гидротермальной системы, расположенной в структуре андезитового стратовулкана островной вулканической дуги на глубине 2-4 км. Для захоронения используется система глубоких (2-4 км) скважин, пробуренных с монолитных трещиноватых блоках с интенсивным вторичным минералообразованием при температуре 300^o (см. патент РФ N 2001454 МПК G 21 F 9/24).

Недостатками способа является следующее: 1. Высокая стоимость и сложность технологии бурения столь глубоких скважин. 2. Невозможность прогнозирования зон трещиноватости на больших глубинах. 3. Невозможность эффективного контроля движения радионуклидов на больших глубинах. 4. Низкая приемистость скважин. 5. Невозможность оценки геохимической и геотермической обстановки андезитового стратовулкана на глубине 3-5 км и контроля обстановки минералообразования в зоне смешения магматического флюида с подземными и морскими водами на пути миграции горячих растворов в сторону окраинного материкового склона океанического желоба или морских впадин внутренних морей. 6. Взаимодействие гидротерм с подземными холодными или морскими (океаническими) водами далеко не всегда приводит к резкому охлаждению горячих растворов и столь же резкому изменению pH среды, что лежит в основе формирования геотермо-геохимических барьеров. 7. Нельзя считать положительным моментом резкое снижение фильтрационных свойств коллекторов, вплоть до образования абсолютных водоупоров на геохимических барьерах, ибо на подступах к таким зонам будут создаваться застойные условия с постоянным накоплением токсичных веществ. 8. Депонирование жидких радиоактивных и вредных химических веществ в скважинах, пробуренных в монолитных малотрещиноватых за счет интенсивного вторичного порового минералообразования блоках, приведет к долговременному сохранению их в глубинах гидротермальных систем. Повышенная сейсмическая активность, характерная для островных вулканических дуг, рано или поздно вызовет разгерметизацию таких хранилищ и утечку токсичных и радиоактивных соединений.

Задачей изобретения является повышение технологичности и надежности захоронения радиоактивных отходов.

Поставленная задача решается тем, что в способе захоронения радиоактивных и других токсичных жидких отходов в геологических формациях, заключающемся в том, что подготовленные для захоронения отходы закачивают в зону захоронения с помощью скважин и аккумулируют в этой зоне с формированием вторичного рудного месторождения, согласно изобретению в качестве геологических формаций используют недра низкотемпературной гидротермальной системы, функционирующей в толще кислого стекловатого пепло-пемзового материала, сложенного мощными интенсивно цеолитизированными и глинизированными витрокластическими породами, причем в процессе закачки отходы переводят в легкорастворимое состояние, а для аккумуляции используют обладающие высокими сорбционными и ионнообменными свойствами минералы, через которые осуществляется фильтрация и перевод отходов в немобильное состояние.

Для захоронения отходов используют систему рабочих и наблюдательных скважин глубиной 250-400 метров.

Закачка осуществляется в породы, состоящие в среднем на 60% из высококремнистых цеолитов.

Захоронение осуществляется в тех предварительно выбранных участках низкотемпературной гидротермальной системы, где температура гидротерм в недрах не превышает 100^oC и общий поток направлен от ближайшего очага разгрузки.

Захоронение осуществляется в те пласты, где имеется достаточно мощная водоупорная покрышка.

Способ поясняется чертежом, на котором представлена схема закачки жидких радиоактивных отходов, где 1 - тонкие пепловые туфы, цеолитизированные более, чем на 60%; 2 - пеплово-пемзовые туфы, цеолитизированные более, чем на 60%; 3 - тонкие пепловые туфы, цеолитизированные более, чем на 60%; 4 - туфобрекчин андезитового состава; 5 - зона закачки радиоактивных жидких отходов; 6 - геоизотерма 100^oC; 7 - пьезометрический уровень подземных вод.

Захоронение можно осуществлять в зонах 1, 2 и 3. При этом наиболее оптимальным является захоронение в зоне 2 на участке скважины 5 при температуре гидротерм, не превышающей 100^oC, то есть выше линии изотермы 6. Захоронение осуществляют на участках, где изотермический уровень подземных вод 7 расположен ниже поверхности грунта.

Для реализации способа используют геологическую среду, характерную для образования полезных ископаемых радиоактивных и других химических элементов, в которой будет происходить их консервация за счет протекания ионообменных и сорбционных процессов. Захоронение жидких радиоактивных отходов производится в недрах низкотемпературной гидротермальной системы, расположенной в областях тектономагматической активности и функционирующей в толще кислого стекловатового пепло-пемзового материала преимущественно на глубине 250-400 метров. Для захоронения используется система неглубоких скважин, пробуренных в цеолитизированных и глинизированных витрокластических породах в зонах латеральных потоков гидротерм на участках отсутствия поверхностной разгрузки термальных вод. Зоны высококремнистых цеолитов (клиноптилолит, гейландит, морденит) и смектитовых глин мощностью от первых десятков до 150 метров расположена над зоной аргиллизированных пропилитов, развитой по туфобрекчиям андезитового состава 4. Общеизвестно, что клиноплилолит, гейландит, морденит и смектиты обладают высокими сорбционными и ионнообменными свойствами. Клиноптилолит используется в качестве сорбента в промышленных очистных установках по очистке сточных вод, содержащих стронций 90 и цезий 137 в США. Многочисленные опытные испытания показывают высокую степень сорбции, достигающей 93-98%, и коэффициент сорбции до 16000 мл/г по цезию 137 и 5500 мл/г по стронцию 90. Закачка радиоактивных отходов должна осуществляться в виде хлоридов в коллектор, сложенный высококремнистыми цеолитами и монтмориллонитовыми глинами, представляющими собой напорную гидродинамическую систему с достаточными для закачки фильтрационными параметрами; с расположением пьезометрической поверхности уровня подземных вод ниже вреза местной эрозионной сети; имеющую перекрывающие водоупорные отложения, представленные породами с высоким содержанием природных сорбентов и мощностью не менее 50-100 метров; обладающую трещино-поровой проницаемостью. Общее направление потока термальных вод должно быть от ближайшего очага разгрузки. Закачка производится в трещиноватые зоны с максимальной проницаемостью, что обеспечивает необходимую приемистость скважин и глубину проникновения закачиваемых отходов. По данным лабораторных исследований сорбционная емкость отдельных минералов (клиноптилолит) достигает по цезию 0,1 г/г. Скорость сорбции зависит от размера трещин и температуры, повышаясь при увеличении температуры и уменьшении трещин, но в целом не превышает нескольких часов. В реальных природных условиях водовмещающие породы содержат в среднем 60% цеолитов, достигая в отдельных случаях 80-90%, что учитывая их значительные мощности и занимаемые площади, обеспечивает значительную сорбционную емкость массива. Движение радиоактивных отходов с потоком подземных вод по водоносному пласту будет происходить с минимальными скоростями, которые существенно меньше скорости сорбирования элементов. В связи с ионообменным характером протекания процессов существенного ухудшения проницаемости пласта и приемистости скважин не ожидается. Для захоронения жидких радиоактивных отходов используется система скважин, пробуренных в цеолитизированных и глинизированных витрокластических породах, слагающих водоносный комплекс с трещинопоровой проницаемостью, содержащей термальные воды. Система включает также сеть постов радиационного контроля и наблюдательных скважин, контролирующих радиационную обстановку и направление потока гидротерм.