Анатолий АННЕНКОВ, генеральный директор Федерального государственного унитарного геологического предприятия "Гидроспецгеология", кандидат геологических наук

Николай ЕГОРОВ, Сергей СВЯТОВЕЦ, руководители отделов того же предприятия

Полностью безотходные технологии пока редкость для российской промышленности, а существующие методы очистки стоков далеко не всегда эффективны, поэтому поиск рациональных способов их утилизации по-прежнему актуален. Исследования и производственные эксперименты показали: для ряда отечественных регионов и городов выходом из положения может стать хранение жидких токсичных отходов в глубокозалегающих геологических формациях.

стр. 24

Сегодня в России один из широко распространенных способов обращения с жидкими промышленными отходами - сброс их в реки, озера, моря после предварительного доведения концентрации вредных веществ до предельно допустимой нормы. Последнее достигается простым разведением водой. Однако объем токсичных компонентов при этом остается прежним, что делает такую "утилизацию" стоков небезопасной для окружающей среды.

На большинстве теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) Москвы одним из элементов технологической цепочки очистки воды являются натрий-катионитовые фильтры. Это металлические емкости объемом порядка 100 м³ заполненные гранулами особой смолы, способной улавливать ионы кальция и магния. Периодически ее функция ослабевает, ибо наступает предел насыщения. Тогда через фильтр пропускают расчетное количество раствора поваренной соли либо природных высокоминерализованных хлоридно-натриевых рассолов, "вымывающих" накопленные катионы. Образующиеся стоки-регенераты сливают в канализацию или непосредственно в Москву-реку. В итоге среднесуточный сброс минеральных солей ТЭЦ в пересчете на сухую массу превышает 100 т. К сожалению, для этих предприятий неприменимы или экономически неэффективны существующие методы очистки стоков (механический, химический, физико-химический, биологический). Однако отходы, наряду с хранением на поверхности в специальных сооружениях, можно закачивать в глубокозалегающие геологические формации, отвечающие определенным требованиям.

Отечественное законодательство в части охраны окружающей среды и недр на протяжении последних десятилетий серьезно совершенствовалось и потребовало коренного изменения производственных процессов, а именно создания замкнутых (безотходных) комплексных природно-технических систем, минимально воздействующих на окружающую среду и позволяющих рационально использовать недра. Существуют разные варианты: подземное выщелачивание металлов на месте их залегания, добыча йода, брома и других веществ из промышленных рассолов глубоких горизонтов, использование термальных вод и, наконец, упомянутое глубинное захоронение токсичных промышленных стоков.

Еще в конце 1980-х годов Министерство геологии СССР поручило нашему предприятию оценить принци-

стр. 25

Геолого-гидрогеологический разрез по линии ТЭЦ-21 - ТЭЦ-26.

пиальную возможность применения данной технологии на территории московских ТЭЦ. Анализ фондовых геолого-гидрогеологических материалов, а также результаты комплексных изысканий, проведенных при участии Института физической химии (ИФХ) РАН и специализированных организаций Министерств природных ресурсов и атомной промышленности РФ, показали: поставленная задача выполнима. На предприятиях ОАО "Мосэнерго" уже давно применяли природные рассолы среднедевонского-верхнепротерозойского водоносного комплекса в технологии очистки вод столичных ТЭЦ. Теперь поддержали и нашу идею использовать глубокие водоносные горизонты для размещения отработанных растворов. После подготовки соответствующих обоснований и оценок был намечен ряд объектов для комплексных исследований.

Следует подчеркнуть, что к тому времени "Гидроспецгеология", а также привлеченные к реализации намеченной программы Всесоюзный научно-исследовательский институт промышленных технологий (ВНИПИпромтехнология) и ИФХ РАН уже имели значительный опыт проведения геолого-разведочных работ, гидрогеологических и физико-химических изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации систем глубинного захоронения жидких токсичных промышленных отходов в глубокозалегающие геологические формации. Однако решение вопроса о возвращении в недра отработанных природных рассолов на территории такого густонаселенного мегаполиса, как Москва, потребовало углубленного изучения геологического строения не только непосредственно районов расположения ТЭЦ, но и более обширной территории, включая прилегающий к городу лесопарковый пояс.

Тектонические и неотектонические условия кристаллического фундамента и осадочного чехла здесь оценивали и традиционными методами - сейсмопрофилированием, вертикальным электрозондированием, изучением геологических разрезов глубинных скважин и посредством биолокации (метод, использующий способность живых организмов обнаруживать неоднородность строения геологических тел). Результаты исследований не выявили никаких тектонических нарушений в осадочном чехле выше протерозойских отложений.

Разумеется, создание технологии "добычи-возврата" потребовало серьезных санитарно-экологических и технико-экономических оценок. Было выполнено проектирование и строительство подземных и поверхностных сооружений системы, усовершенствован режим эксплуатации всех ее элементов, включая регенерацию натрий-катионитовых фильтров. Предварительные изыскания заняли около четырех лет.

Водоносные горизонты, содержащие высокоминерализованные воды, в районах расположения ТЭЦ залегают на глубинах 1150 - 1900 м. Для их выявления и изучения на первом этапе разведочных работ пробурили четыре скважины. Две из них (1298 и 1804 м) вскрыли верхнепротерозойский комплекс, третья и четвертая (1298 и 1292 м) позволили охарактеризовать водоносный комплекс нижнедевонских отложений. Оказалось, что вендский и рифейский водоносные комплексы протерозойских отложений непригодны для "добычи-возврата" жидких стоков ввиду низких фильтрационных свойств (они имеют глинистый гранулометрический состав). Перспективным же признали песчанистый ряжский горизонт среднего девона, обладающий высокими гидродинамическими параметрами, подтвержденными многочисленными опытами.

Отметим: в системе "добычи-возврата" при последовательном залегании геологических горизонтов могут возникнуть нежелательные вертикальные перетоки содержащихся в них или закачиваемых природных рассолов, в результате чего токсичные компоненты попадут в пресные воды. Чтобы это предотвратить, особое внимание уделяют конструкции и способам цементирования

стр. 26

нерабочей части (затрубного пространства) относительно глубоких (свыше 1000 м) скважин.

Для внедрения новой технологии на ТЭЦ-26, намеченной в качестве экспериментального объекта, выбрали ряжский горизонт девонских отложений. Его пластовые воды представляют собой высокоминерализованные рассолы хлоридно-натриевого состава с минерализацией до 275 г/л и плотностью 1,18 г/см³. Мы провели исследования, выполнили расчеты и построили модели различных схем и режимов "добычи-возврата", благодаря чему определили режим эксплуатации и рационального размещения скважин, добывающих рассолы и нагнетающих в пласт регенераты. В 1996 г. группой специалистов ВНИПИпромтехнологии, "Гидроспецгеологии", АОЗТ Гидрогеологическая научно-производственная и проектная фирма "ГИДЭК", ИФХ РАН и ТЭЦ-26 был получен патент на способ использования недр при регенерации ионообменных фильтров. Промышленные испытания состоялись в 1998 - 2000 гг.

К началу эксперимента подземная часть системы "добычи-возврата" состояла из девяти скважин, в числе которых три наблюдательные для слежения за распространением регенерата по пласту-коллектору (ряжскому горизонту) и две для добычи рассола. С их помощью мы контролируем также состояние всех вышележащих водоносных горизонтов, вскрытых при бурении. Но вероятнее всего, при внедрении описываемой технологии во многих других российских регионах можно будет ограничиться четырьмя-пятью скважинами: первый масштабный опыт в условиях столичного мегаполиса и довольно специфической геолого-гидрогеологической обстановки обязывал к некоторой перестраховке.

Одна из важнейших задач опытно-промышленной "добычи-возврата" - получение информации о движении возвращаемых в пласт-коллектор стоков. Поскольку в природных рассолах преобладают ионы Na, скорость процесса определяют по динамике концентрации ионов Ca, которыми обогащены отработанные растворы. Основные показатели были получены посредством наблюдательной скважины, расположенной в 28 м от нагнетательной: использованные рассолы распространялись значительно медленнее, чем прогнозировали, основываясь на завышенных представлениях о пористости пород ряжского горизонта. Мы уточнили фильтрационные показатели и, принимая во внимание гидрогеологические и гидрохимические наблюдения, вывели более точные параметры поведения системы "добычи-возврата" для последующей промышленной эксплуатации.

Данные геофизических и гидрогеохимических исследований на стадии эксперимента подтвердили: внедренная технология циклического использования рассолов на ТЭЦ-26 не влечет никаких экологических издержек. Это практически безотходная система, не оказывающая какого-либо влияния на другие объекты Москвы и Подмосковья, производственный цикл которых связан с использованием ряжского горизонта. И через 50 лет эксплуатации (максимальный срок прогноза для промышленного предприятия) радиус зоны распространения отработанных растворов в пласте-коллекторе не превысит 400 м от нагнетательной скважины.

Сотрудники нашего предприятия составили "Карту пригодности геолого-гидрогеологических условий захоронения жидких промышленных отходов в глубокие водоносные горизонты на территории России". Она показывает: более 70% отечественных земель обладают благоприятными условиями. Не лишним будет отметить и следующее: согласно выполненным проектным оценкам все затраты, связанные с созданием системы "добычи-возврата" природных рассолов, окупаются в течение 3 - 4 лет, что свидетельствует не только о ее высокой экологической, но и экономической эффективности.

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: