Система очистки грунтовых вод с низким окислительно-восстановительным потенциалом, пригодная дополнительно и для задержания вызванных антропологическим воздействием вредных веществ

Полезная модель относится к области очистки грунтовых вод и направлена на повышение экономичности и эффективности очистки воды, снижение эксплутационных затрат и трудозатрат при повышении надежности и производительности системы, уменьшение количества отходов шлама и промывочной воды. Указанный технический результат достигается в системе очистки грунтовых вод с низким содержанием кислорода, с пониженным значением рН и вредным антропологическим воздействием, содержащей водозаборные скважины, работающие попеременно в режиме откачки и налива и связанные через трубопровод с обогатительной установкой и установкой доочистки воды, соединенной с узлом обработки шлама и резервуаром чистой воды, при этом установка доочистки воды состоит из узла аэрации, наземной приемной емкости и фильтра. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к области очистки грунтовых вод с низким содержанием кислорода и с пониженным значением рН от 5,5 до 6,5, в частности к системам с использованием подземного обезжелезивание воды с подачей кислорода в пласт, с одновременным удалением никеля, мышьяка и сероводорода и понижением концентрации кремния до уровня соответсвующего требованиям СаНПиН к питьевым водам, и поверхностной деманганации воды с применением открытых или закрытых фильтров.

В России в настоящее время работают около 510 водозаборов, которые успешно используют подземный метод обезжелезивания воды (В.С.Алексеев, Е.В.Середкина, В.Г.Тесля, Опыт внутрипластовой очистки воды в России. Опыт подземной водоподготовки в России. Доклад, Рабочее совещание, Аркадис, Дрезден, 22.06.2007). Данный метод по сравнению с повехностным методом подготовки воды имеет ряд существенных преимуществ и особенно пригоден для применения на многочисленных месторождениях воды в России (Й.Херлитциус, X.Зумпф, Т.Гришек: Русский рынок как шанс для внутрипластовой поготовки грунтовых вод). При этом до сих пор было принято применение метода для значений рН выше 6,5. Опыта применения метода для значений рН ниже 6,5 мало или вообще нет совсем.

Из уровня техники известна установка по очистке и обеззараживанию воды, содержащая гидроциклон, фильтр осветительный, насос, гидродинамический импульсный генератор с электроприводом, кавитационный реактор-циклон (КРЦ), два эжектора, проскоковый фильтр, воздушные клапаны (RU 2305073, 27.08.2007).

Известно обезжелезивание подземных вод, включающее 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 K=W_o/W _з>5, где W_o - объем откачиваемой воды, W _з - объем закачиваемой воды (RU 2230040, 10.06.2004).

Недостатками данных систем является то, что очистка подземных вод с низким содержанием кислорода и с пониженным значением рН, при использовании данных систем не обеспечивает полного понижения концентрации нежелательных вредных веществ до уровня соответствующего требованиям СаНПиН по некоторым показателям, например, по марганцу.

Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании такой системы очистки грунтовых вод с низким содержанием кислорода или без содержания кислорода совсем и с пониженным значением рН пригодной дополнительно и для задержания вызванных антропологическим воздействием вредных веществ, которая исключала бы указанные выше недостатки.

Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в повышении экономичности и эффективности очистки воды, снижении эксплуатационных затрат при повышении надежности и производительности системы, уменьшении количества отходов шлама и промывочной воды.

Указанный технический результат достигается в системе очистки грунтовых вод с низким содержанием или без содержания кислорода и с пониженным значением рН пригодной дополнительно и для задержания вызванных антропологическим воздействием вредных веществ, содержащей водозаборные скважины, работающие попеременно в режиме откачки и налива и связанные через трубопровод с обогатительной установкой и установкой доочистки воды, соединенной с узлом обработки шлама и резервуаром чистой воды, при этом установка доочистки воды состоит из узла аэрации, наземной приемной емкости и фильтра.

Обогатительная установка содержит приемную емкость и обогатительный узел.

Обогатительный узел представляет собой, например, узел барботажа или оксигенератор и выполнен с возможностью регулирования количества подаваемого кислорода.

Обогатительный узел может содержать компрессор, выполненный с возможностью забора атмосферного воздуха и/или связанный через узел подготовки воздуха с кислородной установкой, выполненной с возможностью регулирования подачи кислорода в кислородную емкость, соединенную со смесителем принудительного действия.

Узел фильтрации представляет собой закрытые напорные фильтры или открытые скорые фильтры.

Содержит дополнительные наблюдательные скважины вод речного фильтрата, что позволяет, в свою очередь, увеличить производительность водозабора за счет вод речного (берегового) фильтрата при постоянном их мониторинге на наличие вызванных антропологическим воздействием вредных веществ до попадания их в реакционные зоны.

Узел обработки шлама содержит отстойник или отстойник и шламоуплотнитель.

Отстойник выполнен с возможностью сброса промывочной воды в почву или отвода в канализацию. Отстойник может быть соединен через дополнительный фильтр с наземной приемной емкостью для возвращения ее после дополнительной фильтрации в наземную приемную емкость. В зависимости от выбранного способа шлам осушается, прессуется и утилизуется.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена общая технологическая схема.

Система очистки грунтовых вод с низким содержанием или без содержания кислорода и с пониженным значением рН пригодная дополнительно и для задержания вызванных антропологическим воздействием вредных веществ, содержит обогатительную установку 1, в которую поступает часть грунтовой воды из скважин 2, работающих попеременно в режиме откачки и налива.

Основная часть воды из скважин поступает по трубопроводу в установку доочистки воды 9, а именно в установку аэрации 3, которая через наземную приемную емкость 4 связана с узлом фильтрации 5. Один из трубопроводов узла фильтрации 5 связан с резервуаром чистой воды 6 (РЧВ), а другой трубопровод связан с установкой обработки шлама 7.

Резервуар чистой воды 6 выполнен с одной стороны с возможностью подачи чистой воды на насосную станцию 8, а с другой - через воздуходувку 10 связан с узлом фильтрации 5.

Установка обработки шлама 7 содержит отстойник 11, выполненный с возможностью сброса промывочной воды в почву или отвода в канализацию. В идеале, конечно, предпотчительно возвращать ее после дополнительной фильтрации 18 в наземную приемную емкость 4.

Отстойник 11 связан также со шламоуплотнителем 12 (фильтр-пресс), после которого происходит утилизация спрессованного шлама.

Обогатительная установка 1 (обогащение инфильтрационной воды происходит концентрацией кислорода и/или кислородом атмосферного воздуха за счет чего происходит окисление всех реагирующих с кислородом содержащихся в грунтовой воде веществ в скважинах) содержит обогатительный узел 14 и приемную емкость 13 и выполнена с возможностью регулирования количества кислорода. Обогатительный узел 14 может представлять собой, например, узел барботажа или оксигенератор. Обогатительный узел 14 может содержать компрессор (не показан), выполненный с возможностью забора атмосферного воздуха или кислорода из кислородной установки, выполненной с возможностью подачи кислорода в кислородную емкость, соединенную со смесителем принудительного действия.

Узел фильтрации 5 представляет собой закрытые напорные фильтры или открытые скорые фильтры.

Система очистки грунтовых вод с низким содержанием кислорода дополнительно содержит наблюдательные скважины 15, позволяющие увеличивать производительность водозабора за счет вод речного (берегового) фильтрата 19 при постоянном их мониторинге на наличие вызванных антропологическим воздействием вредных веществ до попадания их в реакционные зоны.

После насосной станции 8 в трубопровод, по которому подается очищенная вода, может дополнительно подключаться узел 16 регулировки рН, в который, например, подается NaOH для защиты труб от ржавчины.

Вокруг скважин 2 образуются реакционные зоны 17.

Заявленная полезная модель представляет собой оптимальное решение подготовки грунтовых вод с пониженным в пределах от 5,5 до 6,5 значением рН. Она использует преимущества подземного метода очистки воды относительно железа и других нежелательных, содержащихся в питьевой воде веществ (таких как, например мышьяк, никель, кремний, сероводород) и уменьшает в той или иной мере содержание оставшихся в воде веществ поверхностным методом доочистки таких, например, как марганец.

Обезжелезивание в пласте базируются на взаимодействии окислительно-восстановительного процесса и процесса ионного обмена. Процесс окисления ведет сначала к превращению растворенного железа Fe (II) в трудно растворяемое Fе (III). В качестве окислителя действует кислород. Вследствие подачи кислорода образовавшийся гидрооксид железа осаждается на поверхности породы водоносного пласта и улучшает ее адсорбирующие свойства.

На конечном этапе для водоподготовки используется мощность катионирования пласта. При этом в качестве ионообменника выступает структура зерна водоносного горизонта, которая должна циклически восстановляться. При правильных расчетах реакционной зоны вокруг скважины образуется устойчивая долговременная зона, свободная от двухвалентного железа. В этой зоне может произойти адсорбция марганца исходя и в зависимости от величины рН денитрификация и автокатализ или микробиологический катализ окисления марганца.

Восстановление реакционной зоны происходит за счет кислорода. В зависимости от технических или гидрогеохимических граничных условий используется атмосферный воздух, обогащенный кислородом воздух или технический кислород. В качестве растворителя действует часть обработанной грунтовой воды, которая инфильтрируется в реакционную зону.

Соотношение откачиваемой и инфильтрационной воды называется соотношением дебитов или коэффициентом производительности.

Важно, чтобы реакционная зона образовывалась на достаточно большом расстоянии от скважины.

Обогащение кислородом в обогатительной установке инфильтрационной воды проводится различными технологиями в зависимости от концентрации ионов железа (II) в грунтовой воде. Например, при применении воздуха возможно использование следующих способов:

- Обогащение декарбонизатором струйного типа

- инжекторные смесители,

- оксигенераторы/декарбонизаторы барботажного типа,

- распыление под давлением воздуха.

Для поверхностной очистки воды от марганца выбраны следующие элементы, варианты и подварианты для комбинации с подземной водоподготовкой:

- подача кислорода например с помощью декарбонизатора;

- параллельно подключены быстрые фильтры открытого или закрытого типа, как одно- или многослойные фильтры с инертной или щелочной загрукой;

- доочистка промывочных вод по причине осаждения шлама марганца преимущественно с помощью седиментации без добавления химикатов.

Оптимизация происходит путем концентрации кислорода в инфильтрационной воде и ее можно регулировать по желанию, например, в пределах до 40 мг/л. Это приводит, помимо повышения производительности водоподготовки и экономии электроэнергии за счет уменьшения объема инфильтрационной воды также и к повышению окислительно-восстановительного потенциала, вследствие чего применение данной модели становится более эффективной и разносторонней. Необходимое количество кислорода при этом может, как поставляться, так и производиться на месте.

Преимущества заявленной полезной модели:

1. более низкие эксплуатационные расходы;

2. более продолжительнй срок службы скважин (>50 лет) при одновременно более низких затратах на ремонтно-восстановительные и регенерационные работы;

3. более продолжительный срок эксплуатации водопроводных сетей из-за отсутствия типичных отложений в трубах;

4. более низкие эксплуатационные расходы, из-за отсутствия необходимости утилизации шламов железа и мышьяка;

5. внутрипластовая седиментация гидрата окиси железа, как дополнительного барьера для остаточных вредных веществ в пласте грунтовых вод;

6. внутрипластовое расположение реакторов, которые обуславливают эксплуатационную безопасность особенно в условиях зимней эксплуатации с экстремально низкими температурами;

7. в отношении объемов откачки применение технологии без какой-либо градации;

8. использование преимуществ подземной подготовки грунтовых вод при значениях рН меньших 6.5 при полном удалении большей части нежелательных вредных примесей, содержащихся в воде;

9. высокая надежность и безопасность и длительный срок эксплуатации также и при экстремальных климатических условиях при правильном соблюдении конструктивных требований;

10. не используется совсем или в очень ограниченной мере применение химикатов;

11. количество отходов шлама и промывочной воды по сравнению с полностью поверхностной типичной водоподготовкой уменьшается на 90%;

12. возможность стабилизации очищенной воды для защиты трубопроводов от коррозии с помощью поверхностной фильтрации с щелочной загрузкой фильтра.

1. Система очистки грунтовых вод с низким содержанием кислорода или без содержания кислорода совсем и с пониженным значением рН, пригодная дополнительно и для задержания вызванных антропологическим воздействием вредных веществ, характеризующаяся тем, что содержит: водозаборные скважины, работающие попеременно в режиме откачки и налива и связанные через трубопровод с обогатительной установкой и установкой доочистки воды, соединенной с узлом обработки шлама и резервуаром чистой воды, при этом установка доочистки воды состоит из узла аэрации, наземной приемной емкости и фильтра.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что обогатительная установка содержит приемную емкость и обогатительный узел.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что обогатительный узел представляет собой узел барботажа или оксигенератор и выполнен с возможностью регулирования количества подаваемого кислорода.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что обогатительный узел содержит компрессор, выполненный с возможностью забора атмосферного воздуха и/или связанный через узел подготовки воздуха с кислородной установкой, выполненной с возможностью регулирования подачи кислорода в кислородную емкость, соединенную со смесителем принудительного действия.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что узел фильтрации представляет собой закрытые напорные фильтры или открытые скорые фильтры.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит дополнительные наблюдательные скважины вод речного фильтрата.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что узел обработки шлама содержит отстойник.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что узел обработки шлама содержит отстойник и шламоуплотнитель.

9. Система по п.7 или 8, отличающаяся тем, что отстойник соединен через дополнительный фильтр с наземной приемной емкостью.