RU2709593C1 - Method for purification of contaminated ground water using nanosized iron of zero valence - Google Patents

Abstract

FIELD: water treatment.

SUBSTANCE: invention relates to water treatment. Method of cleaning contaminated ground water involves adding a suspension of nanosized zero-valent iron to drilled well 1 at high pressure exceeding the pressure of the cleaned horizon. Well 1 is drilled to the middle of bed of cleaned water-bearing layer 2. Hydraulic expansion is provided by underground collector 5 to which proppant is pumped. Suspension is obtained by mixing powder of nanosized zero-valent iron with normalized water to pH 4.5–5.5. In well 1 there placed is metal casing 3 with which one pole of alternating current source is connected with frequency of 0.5–5 Hz, and second pole is connected to ground 8, which is located from well 1 at the distance equal to two or three values of well depth 1.

EFFECT: invention increases volume of water treatment and prevents removal of cleaning substances.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относиться к способам очистки подземных водоносных горизонтов от загрязнений при непосредственном вводе очищающих веществ в загрязненные участки с использованием в качестве очищающего вещества наноразмерное железо нулевой валентности. Изобретение может быть применено при очистке грунтовых вод и горных пород, загрязненных хлорированными углеводородами, тяжелыми металлами и другими токсичными загрязнителями.The invention relates to methods for cleaning underground aquifers from contaminants by directly introducing cleaning substances into contaminated areas using nanosized iron of zero valence as a cleaning agent. The invention can be applied in the treatment of groundwater and rocks contaminated with chlorinated hydrocarbons, heavy metals and other toxic pollutants.

Современная промышленность использует огромное количество токсичных веществ приводящих к образованию большого количества органических и неорганических отходов. Основная часть загрязнений попадает в грунт или подземные горизонты - литосферу и гидросферу. Для очистки от вредных соединений используют механические, физико-химические и биологические методы очистки. Существуют различные методы восстановления окружающей среды, однако в настоящий момент не обеспечивают кардинального решения этой проблемы, вызванной возрастающими объемами промышленных отходов.Modern industry uses a huge amount of toxic substances leading to the formation of large amounts of organic and inorganic waste. Most of the contaminants enter the soil or underground horizons - the lithosphere and hydrosphere. Mechanical, physicochemical, and biological methods of purification are used to remove harmful compounds. There are various methods for restoring the environment, but at the moment they do not provide a radical solution to this problem caused by increasing volumes of industrial waste.

Известные технологий, применяемые для очистки подземной водной среды, в основном применяются двух типов. Первая технология основана на извлечении объема загрязненной грунтовой воды и последующей ее переработки на поверхности земли с применением процессов воздушного разделения, углеродистой адсорбции, биологических и химических методов очистки с выкачиваем (методом ex situ - на месте). Данная технология является одним из наиболее ранних и трудоемких методов, применявшихся для переработки небольших масс загрязненной почвы и грунтовых вод. Вторая технология, заключается в непосредственном вводе очищающих веществ в загрязненные участки почвы (in situ), при которой отсутствует необходимость проведения трудоемких и дорогостоящих операций, что существенно повышает эффективность процесса. Метод (in situ) позволяет подвергнуть очистке весь объем загрязненной среды и имеет высокие качественные показатели. Применение метода in situ имеет ряд преимуществ таких, как значительное повышение эффективности процесса очистки; снижение трудовых и финансовых затрат, вызванных необходимостью извлечения очищаемой среды (в частности, больших объемов загрязненной почвы) для переработки; процесс очистки происходит без попадания реагентов и побочных продуктов во внешнюю среду, что увеличивает безопасность процесса для персонала и сторонних лиц; появляется возможность широкого применения наноматериалов для повышения эффективности процесса. У нановеществ есть огромное преимущество по сравнению с традиционными реагентами - это высокая проникающая способность (вследствие сверхмалых размеров) и реактивность, позволяющая с высокой степенью эффективности перерабатывать большее число загрязнителей.Known technologies used to clean the underground aquatic environment are mainly used in two types. The first technology is based on the extraction of the volume of contaminated ground water and its subsequent processing on the surface of the earth using air separation processes, carbon adsorption, biological and chemical treatment methods with pumping (ex situ method - in place). This technology is one of the earliest and most labor-intensive methods used to process small masses of contaminated soil and groundwater. The second technology is the direct injection of cleaning substances into contaminated soil (in situ), in which there is no need for labor-intensive and expensive operations, which significantly increases the efficiency of the process. The method (in situ) allows you to clean the entire volume of contaminated medium and has high quality indicators. The use of the in situ method has several advantages, such as a significant increase in the efficiency of the cleaning process; reduction of labor and financial costs caused by the need to extract the cleaned environment (in particular, large volumes of contaminated soil) for processing; the cleaning process occurs without reagents and by-products entering the external environment, which increases the safety of the process for personnel and third parties; there is the possibility of widespread use of nanomaterials to increase the efficiency of the process. Nanoparticles have a huge advantage over traditional reagents - this is a high penetrating ability (due to the extremely small size) and reactivity, which allows to process a large number of pollutants with a high degree of efficiency.

Из области техники известен Способ очистки загрязненного участка, содержащего загрязненную почву или подземные воды, с использованием технологии, основанной на использовании прямого проницаемого барьера с применением нуль-валентного железа [KR 101027140 В1 опубликовано 05.04.2011]. Согласно известного способа на загрязненный участок устанавливается нагнетательная стенка, контрольная скважина, нуль-валентное железо вводится через нагнетательную скважину. Недостатками известного решения являются необходимость в большом количестве грунтовых работ, высокая стоимость технологии, и при этом разрушается поверхностный слой почвы и подземные горизонты вплоть до зоны загрязнения.A technique is known from the technical field for cleaning a contaminated area containing contaminated soil or groundwater using a technology based on the use of a direct permeable barrier using zero-valence iron [KR 101027140 B1 published on 04/05/2011]. According to the known method, an injection wall is installed on the contaminated area, a control well, and null-valent iron is introduced through the injection well. The disadvantages of the known solutions are the need for a large number of soil works, the high cost of technology, and at the same time, the surface soil layer and underground horizons are destroyed up to the pollution zone.

Известен Способ строительства на месте реакционной зоны с нано-железным сульфидом для восстановления загрязненных подземных вод [CN 109290350 А опубликовано 01.02.2019], который заключается в бурении нескольких нагнетательных скважин вдоль направления потока грунтовых вод вблизи источника загрязнения и бурении более одной наблюдательной скважины ниже по течению от нагнетательной скважины. Смешанный раствор сульфида натрия, сульфата двухвалентного железа и дитионита натрия периодически вводится в очищаемую зону, далее контролируют с помощью наблюдательной скважины. Известный способ требует бурения нескольких скважин, что неизбежно влечет большие временные и технологические затраты, в результате способа осуществляется значительное разрушение как поверхностного слоя почвы, так подземных горизонтов. При создании реакционной зоны, которая перекрывала бы все подземное течение, требуется большое количество скважин, а также увеличенные требования к определению расположения очищаемого водного потока. Фактически известный способ является одним из вариантов построения прямого проницаемого барьера.The Known Construction Method in place of a reaction zone with nano-iron sulfide for the restoration of contaminated groundwater [CN 109290350 A published 02/01/2019], which consists in drilling several injection wells along the direction of the groundwater flow near the source of pollution and drilling more than one observation well below downstream of the injection well. A mixed solution of sodium sulfide, ferrous sulfate and sodium dithionite is periodically introduced into the cleaned area, then controlled using an observation well. The known method requires the drilling of several wells, which inevitably entails large time and technological costs, as a result of the method there is a significant destruction of both the surface soil layer and the underground horizons. When creating a reaction zone that would block the entire underground flow, a large number of wells are required, as well as increased requirements for determining the location of the purified water stream. In fact, the known method is one of the options for constructing a direct permeable barrier.

Известна методика применения наноразмерного нуль-валентного железа (ННВЖ) для очистки водной среды от загрязняющих веществ, образующихся на энергетических объектах [ЗОТОВ Павел Сергеевич «Применение наноразмерного нуль-валентного железа для очистки водной среды от загрязняющих веществ, образующихся на энергетических объектах», автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. https://www.dissercat.com/content/primenenie-nanorazmernogo-nul-z-valentnogo-zheleza-dlya-ochistki-vodnoi-sredy-ot-zagryaznyayus]. В соответствии с известной методикой суспензию ННВЖ вводят в пробуренную скважину под повышенным давлением, превышающем давление очищаемого горизонта. Наночастицы действуют в двух направлениях: мигрируя с водой постепенно очищают объем горной среды, которая находится в контакте с закачиваемым агентом, а также обеззараживают воду, протекающую через область, находящуюся под воздействием закачиваемого агента. Известная методика как способ очистки, обладает следующими недостатками: при инъекционном введения суспензии ННВЖ в зону загрязнения требует бурения нескольких скважин. Такое решение не обеспечивает полное перекрытие потока загрязнения, так как точечная инъекция распространяется по сфере с понижающейся концентрацией от центра, а подземные течения, как правило, осуществляются слоями, поэтому вводимая инъекция ННВЖ сносится потоком жидкости, не перекрывая удаленные от скважины зоны.The known method of using nanoscale zero-valence iron (NNVZh) for cleaning the water environment from pollutants formed at energy facilities [ZOTOV Pavel Sergeevich "Application of nanoscale zero-valence iron for cleaning the water environment from pollutants formed at energy facilities", abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences. https://www.dissercat.com/content/primenenie-nanorazmernogo-nul-z-valentnogo-zheleza-dlya-ochistki-vodnoi-sredy-ot-zagryaznyayus]. In accordance with the known method, the suspension of the UWWL is introduced into the drilled well under increased pressure in excess of the pressure of the horizon being cleaned. Nanoparticles act in two directions: when migrating with water, they gradually clean the volume of the mountain medium that is in contact with the injected agent, and also disinfect the water flowing through the area under the influence of the injected agent. The known technique as a cleaning method, has the following disadvantages: when injecting the suspension of the UHLV into the contamination zone, it requires the drilling of several wells. Such a solution does not provide a complete shutdown of the pollution flow, since a point injection spreads over a sphere with a decreasing concentration from the center, and underground currents are usually carried out in layers, therefore, the injected NNVZ injection is carried away by the fluid flow, without blocking the zones remote from the well.

Задачей настоящего изобретения является создание способа очистки подземных вод непосредственно на месте (методом in situ), который позволял бы быстро снизить концентрацию загрязняющих веществ в месте их очистки с применением бурения одной или минимального количества скважин.The objective of the present invention is to provide a method of purification of groundwater directly on the spot (in situ method), which would quickly reduce the concentration of pollutants in the place of treatment using one or a minimum number of wells.

Технический результат заявляемого способа заключается в увеличении объема очистки подземной воды при осуществлении инъекции очищающего вещества через одну скважину, предотвращение уноса очищающих веществ потоком очищаемой воды.The technical result of the proposed method is to increase the amount of underground water purification during the injection of a cleaning substance through one well, preventing the entrainment of cleaning substances by the stream of purified water.

Предлагаемый настоящим изобретением способ очистки загрязненных грунтовых вод с использованием наноразмерного железа нулевой валентности включает следующие этапы:Proposed by the present invention, a method of purifying contaminated groundwater using nanoscale iron of zero valency includes the following steps:

- обследование водоносных горизонтов с определением глубины подземных течений и выбором места бурения;- examination of aquifers with the determination of the depth of underground currents and the choice of drilling location;

- бурение, как минимум, одной геологические скважины на зараженном участке до середины залегания водоносного слоя, с установкой в скважину металлической обсадной трубы, откачки из скважины необходимого количества воды для приготовления очищающего- drilling of at least one geological well in the infected area to the middle of the aquifer, with the installation of a metal casing in the well, pumping out the required amount of water from the well to prepare cleaning

раствора;solution;

- производство гидрорасширения очищаемого горизонта известной технологией, например, технологией гидравлического разрыва пласта (ГРП) широко используемого в нефтедобыче, а также применяемого и в методах очистки in situ. Гидрорасширение производиться в нижней точке скважины, преимущественно в середине залегания очищаемого водоносного пласта. В расширенную гидрорасширением полость образующую подземный коллектор, производят закачку проппанта, с предпочтительным диаметром 1 мм. С образованием подземного коллектора, в подземном горизонте, увеличивается зона контакта загрязнителя и инжектируемых ННВЖ. Эффект коллектора объясняется тем, что в образованной гидрорасширением полости, заполненной проппантом, резко снижается сопротивление течению подземных вод, создается зона с пониженным гидравлическим сопротивлением, что обеспечивает «втягивание» очищаемого потока в сформированный коллектор, при этом проппант предотвращает смыкание коллектора от действия горного давления;- the production of hydraulic expansion of the horizon being cleaned by known technology, for example, hydraulic fracturing (Fracturing) technology, which is widely used in oil production, as well as used in in situ cleaning methods. Hydroelectric expansion is carried out at the bottom of the well, mainly in the middle of the bed of the cleaned aquifer. A proppant is injected into the cavity expanded by hydro expansion, forming an underground reservoir, with a preferred diameter of 1 mm. With the formation of an underground collector, in the underground horizon, the contact zone of the pollutant and injected GNR increases. The effect of the collector is explained by the fact that in the cavity formed by hydro expansion, filled with proppant, the resistance to groundwater flow is sharply reduced, a zone with reduced hydraulic resistance is created, which ensures “retraction” of the treated stream into the formed collector, while the proppant prevents the collector from closing due to rock pressure;

- нормализация полученной из скважины воды до рН 4,5-5,5 на основе которой приготавливают очищающий раствор в виде водной суспензии ННВЖ. Суспензия ННВЖ должна обладать максимально возможной реакционной способностью, поэтому ее приготовление осуществляется прямо на месте применения с использованием любого известного оборудования (миксера) путем смешивания ННВЖ с нормализованной водой. Первоначально порошок ННВЖ разводят в приготовленной, нормализованной воде в пропорции 1 : 1, путем перемешивания любым бытовым миксером. Перемешивание осуществляется для предотвращения образования комков и слипшихся частиц ННВЖ. Далее подготовленную смесь разводят в количестве нормализованной воды, достаточном для заполнения подземного коллектора.- normalization of the water obtained from the well to a pH of 4.5-5.5 on the basis of which a cleaning solution is prepared in the form of an aqueous suspension of a non-permanent residence fluid. The suspension of NNVZh should have the highest possible reactivity, therefore, its preparation is carried out directly at the place of use using any known equipment (mixer) by mixing NNVZh with normalized water. Initially, the ННВЖ powder is diluted in prepared, normalized water in a ratio of 1: 1, by mixing with any household mixer. Stirring is carried out to prevent the formation of lumps and adherent particles of GND. Next, the prepared mixture is diluted in the amount of normalized water, sufficient to fill the underground collector.

- под давлением, превышающем давление горизонта, при непрерывном перемешивании суспензия ННВЖ вводится в скважину;- at a pressure exceeding the pressure of the horizon, with continuous stirring, a suspension of UWW is introduced into the well;

- к металлической обсадной трубе скважины подключают один полюс источника переменного электрического тока низкого напряжения 7-24 вольт, с частотой от 0,5 до 5 Гц. Второй полюс подключают к заземлению либо к другой скважине (если бурится более одной скважины), при этом полюса (скважина/скважины и/или заземление) располагаются на линии перпендикулярной направлению течению подземной водоносного слоя, и при этом полюса располагают относительно друг от друга на расстоянии в 2 - 3 величины глубины скважины. Подача электрического тока производиться в течении всего времени процесса очистки.- one pole of a source of alternating electric current of low voltage of 7-24 volts, with a frequency of 0.5 to 5 Hz, is connected to the metal casing of the well. The second pole is connected to ground or to another well (if more than one well is being drilled), while the poles (well / s and / or ground) are located on a line perpendicular to the direction of the underground aquifer, and the poles are spaced relative to each other in 2 - 3 values of the depth of the well. Electric current is supplied throughout the entire cleaning process.

Описание предлагаемого способа поясняется рисунками, где:The description of the proposed method is illustrated by drawings, where:

на Фиг. 1 показано расположение скважины в подземном горизонте на этапе откачки воды из водоносного горизонта;in FIG. 1 shows the location of the well in the subterranean horizon at the stage of pumping water from the aquifer;

на Фиг. 2 - этап гидрорасширения с закачкой проппанта в образуемый подземный коллектор;in FIG. 2 - stage of hydraulic expansion with proppant injection into the formed underground reservoir;

на Фиг. 3 - этап инъекции очищающего раствора на основе ННВЖ;in FIG. 3 - stage of injection of a cleaning solution based on NNVZh;

на Фиг. 4 изображена схема расположения скважины, заземления и подключения к ним источника тока.in FIG. 4 shows a diagram of the location of the well, grounding and connecting a current source to them.

Способ осуществляется следующим образом:The method is as follows:

Перед проведением очистки на загрязненном участке производят подготовительные изыскательские работы, которые могут включать гидрогеологическую (в некоторых случаях и геофизическую) разведку, первоначальный мониторинг, проверку подземных инженерных сетей, геотехническую или статическую оценку. Подготовительные работы также могут осуществляться путем бурения исследовательской скважины с отбором керна и анализа загрязненной воды. По итогам подготовительных работ определяют глубину залегания очищаемого водоносного слоя, его ширину. Получив результаты подготовительных работ бурят геологическую скважину 1 (Фиг. 1) до середины очищаемого водоносного слоя 2 с установкой в скважину обсадной металлической трубы 3. Из скважины 1 насосом откачивают необходимое количество воды для проведения гидрорасширения пласта и приготовления очищающего раствора. В отдельной емкости 4 проводят нормализацию воды до рН 4,5-5,5 на основе которой приготавливают очищающий раствор в виде водной суспензии наноразмерного нуль-валентного железа путем смешивания порошка ННВЖ с нормализованной водой. Экспериментально было установлено, что рН воды в диапазоне от 4,5, до 5,5 рН (общепринято как нейтральная среда) обеспечивает реакционную способность ННВЖ на период времени в 1,5-2 раза более длительный, чем без нейтрализации, как при рН равной 3,5. Первоначально порошок ННВЖ разводят в приготовленной, нормализованной воде в пропорции 1: 1, путем перемешивания миксером для предотвращения образования комков и слипшихся частиц ННВЖ. Далее подготовленную смесь разводят в количестве нормализованной воды в емкости 4, достаточном для проведения инъекции. На следующем этапе проводится процедура гидрорасширения известным способом. В результате гидрорасширения, в зоне очищаемого водоносного горизонта создается подземный коллектор 5 (Фиг. 2), в который через скважину 1, производится закачка воды и проппанта из емкости 6. Проппант выбирают преимущественно диаметром 1 мм, что является оптимальным размеров при заявляемом способе. В образованном коллекторе 5, заполненном проппантом, резко снижается сопротивление течению подземных вод, создается зона с пониженным гидравлическим сопротивлением, что обеспечивает «втягивание» очищаемого водного потока в сформированный коллектор. Проппант предотвращает смыкание коллектора под действием горного давления. Из емкости 7 (Фиг. 3) в коллектор 5 под давлением с непрерывным перемешиванием подается очищающий раствор (суспензия) на основе ННВЖ. Наночастицы ННВЖ, попав в коллектор 5, обеззараживают воду, протекающую через очищаемую область водоносного слоя 2. Под воздействием подземного течения водоносного слоя 2 очищающий раствор ННВЖ может вымываться из коллектора 5, снижая общую эффективность очистки, в связи с чем, для предотвращения миграции очищающего раствора производят монтаж заземления 8 (Фиг. 4) в виде, например, металлического прута вбитого в грунт. Заземление 8 располагается таким образом, что линии между скважиной и заземлением должна быть перпендикулярно направлению течения подземного водоносного слоя 2. Далее к металлической трубе 2 скважины 1 подключают один полюс 9 источника переменного тока 10 низкого напряжения. Второй полюс 11 подключается к заземлению 8. Напряжение к полюсам 9 и 11 прикладывается в интервале от 7 до 24 Вольт, а частоту тока выбирают от 0,5 до 5 Гц. При этом подача тока производиться в течении всего времени процесса очистки. Расстояние между скважиной и заземлением выбирают преимущественно как величину в два-три расстояния глубины скважины.Before cleaning the contaminated area, preparatory survey work is carried out, which may include hydrogeological (in some cases, geophysical) exploration, initial monitoring, verification of underground utilities, geotechnical or static assessment. Preparatory work can also be carried out by drilling a research well with coring and analysis of contaminated water. According to the results of preparatory work, determine the depth of the cleaned aquifer, its width. Having obtained the results of the preparatory work, they drill a geological well 1 (Fig. 1) up to the middle of the aquifer to be cleaned 2 with a metal casing 3 installed in the well. The required amount of water is pumped out of the well 1 to conduct hydraulic expansion of the formation and prepare a cleaning solution. In a separate container 4, water is normalized to a pH of 4.5-5.5, on the basis of which a cleaning solution is prepared in the form of an aqueous suspension of nano-sized null-valence iron by mixing NNVZh powder with normalized water. It was experimentally established that the pH of the water in the range from 4.5 to 5.5 pH (generally accepted as a neutral medium) ensures the reactivity of the NWVL for a period of time 1.5-2 times longer than without neutralization, as at pH equal 3,5. Initially, the NNVZh powder is diluted in prepared, normalized water in a 1: 1 ratio by mixing with a mixer to prevent the formation of lumps and sticking NNVZh particles. Next, the prepared mixture is diluted in the amount of normalized water in a container 4, sufficient for injection. At the next stage, the hydraulic expansion procedure is carried out in a known manner. As a result of hydraulic expansion, an underground reservoir 5 is created in the area of the aquifer being cleaned (Fig. 2), into which water and proppant are pumped from the reservoir 6 through the well 1. The proppant is chosen predominantly with a diameter of 1 mm, which is the optimal size for the claimed method. In the formed collector 5, filled with proppant, the resistance to groundwater flow is sharply reduced, an area with reduced hydraulic resistance is created, which ensures the “retraction” of the purified water flow into the formed collector. Proppant prevents the closure of the collector under the influence of rock pressure. From the tank 7 (Fig. 3), a cleaning solution (suspension) based on NNVZh is supplied to the collector 5 under pressure with continuous stirring. Nanoparticles of NNVZh, once in the collector 5, disinfect the water flowing through the cleaned area of the aquifer 2. Under the influence of the underground current of the aquifer 2, the NNVZh cleaning solution can be washed out of the collector 5, reducing the overall cleaning efficiency, and therefore, to prevent the migration of the cleaning solution make installation of grounding 8 (Fig. 4) in the form, for example, of a metal rod driven into the ground. Grounding 8 is located in such a way that the line between the well and ground should be perpendicular to the direction of flow of the underground aquifer 2. Next, one pole 9 of the low voltage alternating current source 10 is connected to the metal pipe 2 of the well 1. The second pole 11 is connected to ground 8. The voltage to the poles 9 and 11 is applied in the range from 7 to 24 volts, and the current frequency is selected from 0.5 to 5 Hz. At the same time, current is supplied throughout the entire cleaning process. The distance between the well and ground is selected primarily as a value of two to three distances of the depth of the well.

Заявляемый способ очистки загрязненной почвы и грунтовых вод был опробован для очистки загрязнений на Приобском нефтяном месторождении в Тюменской области. Источником загрязнения являлся шламовый амбар, в котором были захоронены отходы содержащие бензольные соединения и тяжелые металлы - ванадий и хром в концентрация значительно превышающий предельно-допустимые, где поток загрязнения через нарушения в шламовом амбаре мигрировал в водоносный горизонт. Для осуществления заявляемого способа была пробурена скважина на глубину 18 метров. В скважину была помещена обсадная колонна, выполненная из металлической трубы диаметром 76 мм. Через трубу, с подачей геля на водной основе, под давлением 4 Мпа проводилась процедура гидрорасширения пласта с одновременной закачкой проппанта диаметром 1 мм. В результате чего был образован коллектор в зоне очищаемого подземного горизонта. На расстоянии 20 м от скважины был забит заземлитель на глубину 5 м из катанной стали диаметром 12 мм. К клеммам заземлителя и скважины подключался источник тока с частотным преобразователем типа Z401 Т2 В. В ходе работ перед проведением ГРП было откачено 20 кубометров воды, из которых 10 кубометров использовалось для проведения ГРП, а 10 для растворения 2 кг ННВЖ. Откаченная вода имела кислую реакцию на лакмусовую бумажку, поэтому воду нейтрализовали каустической содой в количестве 1,8 кг. до 4,5 рН. В подготовленную воду внесли суспензию ННВЖ, которую готовили путем смешивания 2 кг. порошкового ННВЖ и 2 л. нормализованной воды перемешивая бытовым миксером. Инъекция очищающего раствора проводилась сразу за ГРП, путем закачивания под давлением 2 Мпа подготовленного раствора ННВЖ. Зона инъекции ННВЖ производилась в образованный ГРП подземный коллектор. В результате применения метода было установлено длительное воздействие ННВЖ по снижению содержания бензолов в 3 - 5 раз, концентрации ванадия с 130 мг/л до 2 мг/л, а хрома с 40 мг/л до 3 г/л., при этом хром был преобразован из 6-ти валентной формы в 4-х валентную. Последующие инъекции проводились без ГРП и так же показали высокую эффективность способа.The inventive method of cleaning contaminated soil and groundwater was tested to clean up pollution at the Priobskoye oil field in the Tyumen region. The source of pollution was a sludge barn, in which wastes containing benzene compounds and heavy metals - vanadium and chromium were buried at a concentration significantly exceeding the maximum permissible ones, where the pollution flow through irregularities in the sludge barn migrated to the aquifer. To implement the proposed method, a well was drilled to a depth of 18 meters. A casing made of a metal pipe with a diameter of 76 mm was placed in the well. Through the pipe, with the supply of a water-based gel, at a pressure of 4 MPa, a hydraulic expansion of the formation was carried out with the simultaneous injection of proppant with a diameter of 1 mm. As a result, a reservoir was formed in the area of the cleared underground horizon. At a distance of 20 m from the well, an earthing switch was driven to a depth of 5 m from rolled steel with a diameter of 12 mm. A current source with a frequency converter of the Z401 T2 V type was connected to the terminals of the ground electrode and the well. During the work before hydraulic fracturing, 20 cubic meters of water were pumped out, of which 10 cubic meters were used to carry out hydraulic fracturing, and 10 to dissolve 2 kg of unloading oil. The evacuated water had an acid reaction to a litmus test; therefore, water was neutralized with caustic soda in an amount of 1.8 kg. up to 4.5 pH. A suspension of NNVZh was added to the prepared water, which was prepared by mixing 2 kg. powder unloading and 2 l. normalized water mixing with a household mixer. The injection of the cleaning solution was carried out immediately after the hydraulic fracturing, by pumping under the pressure of 2 MPa the prepared NNVZh solution. The NNVZh injection zone was carried out in an underground reservoir formed by hydraulic fracturing. As a result of the application of the method, a long-term effect of NNVZh was found to reduce the benzene content by 3-5 times, the concentration of vanadium from 130 mg / l to 2 mg / l, and chromium from 40 mg / l to 3 g / l., While the chromium was converted from a 6 valence form to a 4 valence form. Subsequent injections were performed without hydraulic fracturing and also showed high efficiency of the method.

Применение заявляемого способа может быстро снизить концентрацию загрязняющих веществ до нормативных стандартов очистки. Способ может быть применен в различных условиях почвы и грунтовых вод и также применим для устранения различных загрязнителей. Способ по заявляемому изобретению являются эффективными, поскольку очистка происходит в течение продолжительного периода времени, при этом в большинстве случаев требуется подземная инъекция очищающего раствора на основе ННВЖ только в одну скважину.The application of the proposed method can quickly reduce the concentration of pollutants to regulatory standards for treatment. The method can be applied in various conditions of soil and groundwater and is also applicable to eliminate various pollutants. The method according to the claimed invention is effective, since the cleaning takes place over a long period of time, and in most cases, an underground injection of a cleaning solution based on NNVZh in only one well is required.

Заявляемый способ эффективен при очистке грунтовых вод от загрязнений промышленной деятельности кожевенных, химических, фармацевтических, лакокрасочных и многие других предприятия а также при эксплуатации полигонов с промышленными отходами I-IV класса опасности, а также в горнодобывающая деятельность (в старых шахтах и новых месторождениях с присутствием тяжелых металлов), в сельском хозяйстве для очистки фосфора и тяжелых металлов содержащихся в пестицидах и удобрениях и других областях.The inventive method is effective in the purification of groundwater from industrial pollution of leather, chemical, pharmaceutical, paint and varnish and many other enterprises, as well as in the operation of landfills with industrial waste I-IV hazard class, as well as in mining activities (in old mines and new fields with the presence of heavy metals), in agriculture for the purification of phosphorus and heavy metals contained in pesticides and fertilizers and other areas.

Claims (4)

1. Способ очистки загрязненных грунтовых вод с использованием наноразмерного железа нулевой валентности, включающий введение суспензии наноразмерного нуль-валентного железа в пробуренную скважину под повышенным давлением, превышающим давление очищаемого горизонта, отличающийся тем, что бурение скважины проводят до середины залегания очищаемого водоносного слоя, гидрорасширением создают подземный коллектор, в который закачивают проппант, суспензию получают путем смешивания порошка наноразмерного нуль-валентного железа с нормализованной водой до значений 4,5-5,5 рН, в скважину помещают металлическую обсадную трубу, к которой подключают один полюс источника переменного тока с частотой от 0,5 до 5 Гц, а второй полюс подключают к заземлению, которое располагают от скважины на расстоянии, равном две-три величины глубины скважины.1. A method of purifying contaminated groundwater using nanoscale zero-valence iron, comprising introducing a suspension of nanoscale zero-valence iron into a drilled well under increased pressure exceeding the pressure of the horizon being cleaned, characterized in that the well is drilled to the middle of the bed of the cleaned aquifer, hydro expansion underground reservoir into which the proppant is pumped, the suspension is obtained by mixing a powder of nanoscale null-valent iron with normal bath water to a value of 4.5-5.5 pH, a metal casing is placed in the well, to which one pole of an alternating current source is connected with a frequency of 0.5 to 5 Hz, and the second pole is connected to ground, which is located from the well to a distance equal to two to three values of the depth of the well. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первоначально порошок наноразмерного нуль-валентного железа разводят в нормализованной воде в пропорции 1:1 путем перемешивания, после чего подготовленную смесь разводят в количестве нормализованной воды, достаточном для заполнения подземного коллектора.2. The method according to p. 1, characterized in that initially the powder of nanoscale null-valent iron is diluted in normalized water in a ratio of 1: 1 by stirring, after which the prepared mixture is diluted in an amount of normalized water sufficient to fill the underground reservoir. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что напряжение, прикладываемое к обсадной трубе скважины и заземлению, устанавливают в пределах от 7 до 24 В.3. The method according to p. 1, characterized in that the voltage applied to the well casing and grounding is set in the range from 7 to 24 V. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скважину и заземление располагают на линии, перпендикулярной направлению течения водоносного слоя.4. The method according to p. 1, characterized in that the well and grounding are placed on a line perpendicular to the direction of flow of the aquifer.

Images