Патент на изобретение №2230040

(54) СПОСОБ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

(57) Реферат:

Изобретение относится к очистке воды хозяйственно-питьевого назначения от железа без применения специальных очистных сооружений и может быть использовано для обезжелезивания подземных вод. Для осуществления способа, включающего закачку в пласт воды, обогащенной кислородом воздуха, закачивают воду с содержанием растворенного кислорода не менее 10 мг/л. Измеряют количество воздуха, подаваемого на смешивание с водой, расход которого составляет не менее 50% расхода воды. Обеспечивают коэффициент эффективности К=Wo/Wз>5, где Wo – объем откачиваемой воды, Wз – объем закачиваемой воды. Способ обеспечивает повышение эффективности процесса внутрипластовой очистки подземных вод от железа.

Изобретение относится к области обработки воды и может быть использовано при очистке от железа подземных вод хозяйственно-питьевого назначения.

Известен способ очистки грунтовых вод, получаемых из глубоких колодцев, путем введения в несущие грунтовые воды слой почвы питательной воды, содержащей вещества, способные выделять кислород (авторское свидетельство СССР №310442, кл. С 02 В 1/20, опубл. 1971).

Известный способ, принятый за аналог, характеризуется следующими недостатками. Для его осуществления сооружаются специальные нагнетательные скважины, расположенные вокруг водозаборных. Недостатком известного способа являются значительные капитальные затраты, необходимые для сооружения помимо водозаборной дополнительных специальных скважин.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что при его реализации не контролируют расход воздуха. При этом чем меньше объем воздуха, поступающего вместе с водой через скважину в водоносный пласт, тем хуже окисляемость железа, содержащегося в подземных водах.

Это вызывает необходимость закачки в пласт больших объемов, что приводит к снижению эффективности процесса внутрипластовой очистки.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности процесса очистки воды за счет увеличения содержания кислорода в воде, подаваемой в водоносный пласт, и контроля расхода воздуха.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем закачку в пласт воды, обогащенной кислородом воздуха, воду закачивают с содержанием растворенного кислорода не менее 10 мг/л, измеряют количество воздуха, подаваемого на смешивание с водой.

Расход воздуха поддерживают в отношении 1/2 к расходу воды и обеспечивают коэффициент эффективности К=W_о/W_з>5, где W_о – объем откачки; W_з – объем закачки.

Соотношение объемов закачиваемой и откачиваемой воды в каждом цикле “закачка-откачка” является основным показателем эффективности внутрипластовой очистки. Чем выше соотношение объемов откачиваемой и закачиваемой воды, тем реже скважины переводятся на режим закачки и тем ниже доля расходов воды, возвращаемой в пласт. Одновременно снижаются непроизводительные затраты.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В систему трубопроводов артезианской скважины в ее наземной части устанавливается аэраторная установка, выполненная в виде водовоздушного эжектора, для закачки в скважину водовоздушной смеси, обогащенной кислородом атмосферного воздуха. Система каналов для подачи в эжектор воздуха подобрана с размерами, обеспечивающими постоянство его обмена.

При этом эжектор выполнен с накопительной камерой для отбора проб водовоздушной смеси с целью определения химическим путем содержания растворенного кислорода.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

По системе трубопроводов в наземной части артезианской скважины подается вода в эжектор под давлением не ниже 0,25 МПа. В линии подачи воды устанавливают счетчик и контролируют расход воды, не превышая 15 м³/ч. Атмосферный воздух по системе каналов поступает в воздушную камеру эжектора.

В линии подачи воздуха устанавливают счетчик для измерения расхода. Образующаяся в эжекторе водовоздушная смесь, обогащенная кислородом воздуха, поступает в накопительную камеру и дальше по трубопроводу в артезианскую скважину и в водоносный пласт. Из накопительной камеры по графику отбирают пробы для проведения химического анализа по определению содержания растворенного кислорода в воде, подаваемой в скважину. Контроль расхода воздуха и воды обеспечивает их соотношение не менее 1:2.

Химическим анализом определяется содержание растворенного кислорода в воде при закачке и содержание железа в очищенной воде при откачке.

Пример конкретного выполнения способа

С целью полного раскрытия технической сущности и преимуществ предлагаемого изобретения, применительно к артезианским скважинам приведен пример испытания способа на скважине №11142 водозабора с. Гремячее Новомосковского р-на Тульской области. Аэраторная установка по предлагаемому способу, включающая эжектор, была смонтирована в павильоне скважины и включена в штатную систему трубопроводов. Установка оснащена измерительной аппаратурой, в том числе счетчиками воды и воздуха. Артезианская скважина №11142 пробурена на известняки Упинского водоносного горизонта на глубину 93 м. Диаметр труб водоподъемного става составляет 325 мм, обсадной – 426 мм.

Содержание железа в воде до начала работы установки составило 2,5 мг/л.

Работа установки заключается в насыщении закачиваемой воды кислородом воздуха с помощью эжектора непосредственно перед подачей ее в пласт.

Принцип очистки воды от примесей железа основан на химическом окислении железа, присутствующего в подземной воде за счет закачки в пласт воды, обогащенной кислородом воздуха. Продукт окисления в виде хлопьев выпадает на водовмещающие породы, а очищенная вода забирается из скважины насосом.

Пробы воды отбирались из накопительной камеры эжектора и из водоподъемного става.

Анализы проб воды производились центрами ГСЭН г.Новомосковска и г.Богородицка и ведомственной лабораторией МУП “Водоканал” г.Новомосковска.

В цикле закачки в водоносный горизонт было подано 6600 м³ воды, обогащенной 3552 м³ воздуха, соотношение расхода воздуха и воды составило 0,53 (53%).

Содержание растворенного кислорода в воде изменялось в пределах 10,7-11,6 мг/л. Период откачки очищенной воды из скважины №11142 продолжался 100 дней с 24.07.02 по 31.10.02 г.

Объем откачки составил 48000 м³ при среднем расходе 20 м³/ч.

Среднее содержание железа в очищенной воде снизилось с 2,5 мг/л до 0,42 мг/л или в 5,95.

Наименьшее содержание железа отмечено – 0,04 мг/л.

Разрешенная СанПиН 2.1.4.1074-01 величина составляет 1 мг/л.

Коэффициент эффективности составил:

Формула изобретения

Способ обезжелезивания подземных вод, включающий закачку в пласт воды, обогащенной кислородом воздуха, отличающийся тем, что воду закачивают с содержанием растворенного кислорода не менее 10 мг/л, измеряют количество воздуха, подаваемого на смешивание с водой, расход которого составляет не менее 50% расхода воды, при этом обеспечивают коэффициент эффективности К=Wo/Wз>5, где Wo – объем откачиваемой воды, Wз – объем закачиваемой воды.