МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОПЫТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ИССЛЕДОВАНИЯМ УСЛОВИЙ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ И ДЕМАНГАНАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ВОДОНОСНОМ ГОРИЗОНТЕ
Министерство природных ресурсов Российской Федерации Комитет природных ресурсов по Хабаровскому краю Научно-технический центр “ДАЛЬГЕОЦЕНТР”
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОПЫТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ИССЛЕДОВАНИЯМ УСЛОВИЙ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ И ДЕМАНГАНАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ВОДОНОСНОМ ГОРИЗОНТЕ
Хабаровск, 1999
10
каждой группе из 4 эксплуатационных скважин смонтирована оксигенера-торная станция для насыщения наливаемой воды кислородом.
Работа установок очистки подземных вод в пласте выполняется строго по регламенту в автоматическом режиме. Качество подаваемой потребителю воды полностью соответствует нормативным требованиям Словакии ( марганца < 0.05 мг/дм3).
Швеция.
В г.Ньючепинг эксплуатируются две установки VYREDOX-III (эксплуатационные скважины № 5 и 6). Установки сооружены в водноледниковых отложениях мощностью 30-50 м. Ширина долин, заполненных водно-ледниковыми песчано-гравийными отложениями, изменяется от 300 до 2000 м. Днище долин и склоны сложены гранитоидами.
Производительность установки на скв. №5 около 80 л/с (7000 м3/сутки), а на скв. №6 - около 110 л/с (9500 м3/сутки) при понижении уровня около 2 м.
Конструктивно установка состоит из эксплуатационной скважины, вокруг которой по окружности располагаются 20 спутниковых (инжекционных) скважин. В здании над эксплуатационной скважиной размещен компрессор и промышленный компьютер по автоматическому управлению установкой.
Эксплуатационные скважины оборудованы фильтровыми колоннами диаметром 300 мм, а наливные - 100 мм. Фильтры опущены на колонне труб, изготовленных из пластмассы высокого давления (PVC).
Первая установка VYREDOX-111 на скв. №5 сооружена в 1976 г., а вторая на скв. №6 - в 1982 г. Они работают в автономном автоматическом режиме, процесс откачки воды и работы установки управляется компьютером. Качество отбираемой воды соответствует стандарту Швеции (железо -
11
менее 0.1 мг/дм3, марганец - менее 0.05 мг/дм3) при исходном содержании железа до 8 мг/дм3 и марганца - до 0,7 мг/дм3.
В городе Миолби до 1987 года коммунальное водоснабжение осуществлялось из поверхностного источника (реки). Потребность в воде - 100 л/с (около 9000 м3/сутки). Из-за загрязнения поверхностных вод водоснабжение г. Миолби было переориентировано на подземный источник. Поскольку ресурсы подземных вод в районе ограничены, была сооружена система с искуственным восполнением запасов подземных вод, состоящая из наливных бассейнов и 3-х установок VYREDOX-1V, расположенных на расстоянии около 1 км от бассейнов. Такой водозабор работает с 1988 года и обеспечивает потребности города в воде нормативного качества (железо -менее 0,1 мг/дм3, марганец - менее 0,05 мг/дм3).
За рубежом эксплуатируются установки, где содержание железа в подземной воде достигает 38 мг/дм3.
В пределах бывшего СССР специализированными и проектными институтами многие десятилетия развивалась и совершенствовалась технология очистки воды от железа и марганца на поверхностных станциях и установках обезжелезивания, в том числе и с использованием реагентов. В СССР с 1980 года во ВНИИ ВОДГЕО [1, 14, 20] проводились комплексные гидрогеохимические и технологические исследования по обезжелезиванию подземных вод в пласте. В 1985 году эта технология внутрипластовой очистки была принята межведомственной экспертной комиссией ГКНТ СССР, согласована с Минздравом СССР и рекомендована к широкому внедрению. Технология включена в СНиП 2.04.02-84* (издание 1996 года, Приложение 14, п.5).
Анализ работы поверхностных станций обезжелезивания подземных вод с содержаниями железа до 15 мг/дм3 на Дальнем Востоке (около 100 установок),проведенный специалистами Дальневосточной государственной академии путей сообщения, показал, что все они работают неудовлетворительно.
12
В Хабаровском крае и Еврейской автономной области с 1990 года выполнялись опытные работы и сооружались установки обезжелезивания подземных вод в пласте на водозаборах в районе г. Комсомольска - на -Амуре и г. Хабаровска [3, 9, 12, 15, 16].
При опытно-технологических исследованиях в пласте на Мостовом водозаборе г, Комсомольска-на-Амуре в скважине 16 на односкважинной установке достигнуто снижение содержания железа с 27 до 0,05 мг/дм3, а марганца - с 1-1,5 до 0,5 мг/дм3.
Опытные технологические исследования по обезжелезиванию и де-манганации подземных вод в пласте в районе г. Хабаровска (ст. Приамурская) на односкважинных установках позволили снизить концентрации железа с 20-25 мг/дм3 до 0,11 мг/дм3, а марганца - с 1-1,2 до 0,4-0,8 мг/дм3. На многоскважинной установке на этом же участке содержание железа в воде уменьшилось до 0,16 мг/дм3, а марганца - до0,04 мг/дм3.
13
2. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ И ДЕМАНГАНАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ВОДОНОСНОМ ПЛАСТЕ
2.1 Научно-методические основы обезжелезивания и де-манганации подземных вод в водоносном пласте
В основу технологии обезжелезивания и деманганации подземных вод в пласте заложена возможность создания в водоносном горизонте на участке расположения водозаборных скважин гидрогеохимических зон, резко отличающихся по окислительно-восстановительным условиям от природных.
В естественных условиях водоносного горизонта подземные воды, обогащенные железом и марганцем, имеют pH 5,8 - 7,0, Eh изменяется от (-100) mV до 100 mV. Содержание растворенного С02 достигает 200-300 мг/дм3 при отсутствии кислорода. Основной формой миграции железа и марганца ( до 95% ) в маломинерализованных бескислородных и бессуль-фидных подземных водах с pH от 6 до 8 являются простые ионы Fe2+ и Мп2+.
При искусственном насыщении подземных вод кислородом и удалении избыточных концентраций С02 на участках расположения водозаборных скважин в водоносном горизонте происходит изменение состояния среды с восстановительной на окислительную, Eh воды увеличивается до 250 -500 mV. Породы пласта, окружающие скважину, и размножившиеся в них железо- и марганецокисляющие бактерии, при откачке воды из скважины начинают работать как медленные фильтры, способствуя окислению железа и марганца и осаждению их нерастворимых соединений в поровом пространстве водоносного горизонта.
Таким образом, основы технологии обезжелезивания и деманганации подземных вод в пласте опираются на природные окислительно - восстановительные процессы при создании искусственных геохимических
14
барьеров вблизи эксплуатационных скважин за счет насыщения воды кислородом.
При уменьшении концентрации углекислоты, pH подземных вод повышается и происходит гидролиз железа с образованием гидрата закиси. Независимо от того, в какой последовательности протекают реакции окисления и гидролиза, конечным продуктом их всегда является гидроокись железа .
При обогащении подземной воды кислородом окислительновосстановительный потенциал увеличивается и даже при неизменных значениях pH это вызывает уменьшение содержания железа в воде. Аэрированием воды в пласте достигается смещение химического равновесия в область устойчивости Fe(OH)3. Однако, термодинамическое равновесие при этом не наступает, т.к. концентрация железа во времени непрерывно изменяется.
На поверхности частиц водовмещающих пород, покрытых каталитической пленкой гидроокиси железа, адсорбируется значительное количество кислорода, а в период откачки подземных вод адсорбированный кислород расходуется на окисление ионов Fe2+.
В воде поров о го пространства в результате гидролиза образуются высокодисперсные положительно заряженные коллоидные мицеллы гидрата закиси железа. Частично адсорбированный кислород расходуется на перевод мицелл гидрата закиси в гидрат окиси железа. Первоначально образовавшиеся мицеллы гидрата закиси-окиси железа адсорбируют на себе продукты реакции, укрупняются и осаждаются на поверхности зерен водовмещающих пород и в межпоровом пространстве. Одновременно с этим кислород из воды адсорбируется также на поверхности оболочек частиц водовмещающих пород и активизируется, вызывая дополнительное обрастание поверхности зерен грунта. Со временем вся поверхность зерен грунта покрывается слоем пленки, состоящей из гидратированных форм железа.
В результате образования гидроокисла железа количество С02 в воде будет возрастать: при окислении 1 мг Fe2+ выделяется 1.6 мг С02. На окисление 1 мг Fe‘* расходуется 0,143 мг 02. При содержании растворенного кислорода в подаваемой в пласт воде порядка 10 мг/дм3, теоретически
15
этого количества достаточно для окисления около 70 мг/дм3 железа, если кислород не будет расходоваться на окисление других компонентов.
На диаграмме - схеме (рис. 2.1 ) показано при каких значениях pH и Eh растворенные Ре2+(а) и Мп2+(б) могут окислиться в нерастворимую форму. Эти граничные линии нельзя рассматривать как абсолютные, т.к. их положение может изменяться в зависимости от концентраций других веществ в природных водах.
Теоретически окисление Мп в воде кислородом может происходить при pH в пределах 9-9,5. При более низких значениях pH скорость окисления Мп2+ крайне мала. Вместе с тем данные, представленные в работах зарубежных исследователей, свидетельствуют о том, что при одновременном присутствии в подземных водах железа и марганца осаждение последнего может происходить при более низких значениях pH. Зафиксировано окисление и осаждение марганца в присутствии железа уже при pH равном 5,8-6,5.
а) б)
Рис. 2.1 Диаграмма зависимости стабильности ионов железа (а) и марганца (б) от величины pH и Eh раствора
16
В природных условиях величины pH и Eh являются недостаточно высокими, поэтому для окисления железа и марганца требуется жизнедеятельность специальных бактерий. Эти железо- и марганцеокисляющие бактерии не образуют однородную систематическую группу, но обладают способностью использовать окисление железа и марганца в качестве источника энергии для обмена веществ. Бактерии, которые в качестве источника энергии могут использовать как железо, так и марганец, должны окислить в 6 раз больше марганца, чем железа для получения того же количества энергии. Чем ярче у бактерий выражена склонность к окислению марганца, тем больше их потребность в органическом углероде (вместо двуокиси углерода), являющимся источником углерода, необходимого для роста и размножения железобактерий.
Биохимические окислительно-восстановительные реакции весьма сходны с химическими, но имеют и отличительные черты. Катализируемые ферментами, вырабатываемыми живой клеткой, они способны протекать в отсутствие высоких температур, в то время как для осуществления ряда химических реакций требуются высокие температуры .
Д.Т. Лацей и Ф. Лаусон (1970), изучая кинетику окисления FeS04 в оптимальных для развития Thiobacillus ferrooxidans условиях (избыток кислорода, двуокиси углерода, температура 31°С, рН=2,2), рассчитали, что названный микроорганизм при непрерывном окислении может окислять двухвалентное железо со скоростью, приблизительно в 500000 раз большей, чем скорость его химического окисления .
Известно несколько видов железобактерий, принадлежность которых не вызывает сомнений. Из них только у пяти видов - Leptothrix ochracea , L. trichogenes, Gallionella ferruginea, G. minor, G. Major, достаточно резко выражены все существенные признаки железобактерий (рис 2.2). Эти пять форм принадлежат к автотрофным микроорганизмам, синтезирующим из неорганических веществ необходимые для жизни органические вещества.
17
Наибольшее значение для железобактерий играет концентрация растворенных в воде закисных соединений бикарбоната железа. Содержание его в воде, где обильно развиваются железобактерии, колеблется от 10 до 30 мг/дм3. Наиболее благоприятна для развития железобактерий слабокислая среда с pH от 3,5 до 7,6. При нейтральной реакции среды железобактерии могут довольствоваться ничтожным содержанием железа в воде -2-3 мг/дм3, а при слабокислой реакции для своего развития они требуют уже более высокой концентрации железа (6-10 мг/дм3 ) .
Рис. 2.2 Область, благоприятная для развития железо- и марта-нецокисляющих бактерий
Железобактерии могут развиваться в среде, не содержащей органических веществ. На 1г синтезированного ими клеточного вещества они окисляют 279 г двухвалентного железа с образованием 534 г Fe(OH)3. Соотношение между окисленным железом и ассимилированным из углекислоты углеродом (500 : 1) показывает, какое большое количество гидроокиси железа образуется при автотрофном росте. Гидроокись железа после отмирания бактерий служит материалом для заполнения порового пространства.
18
Готовое органическое вещество отмирающих железобактерий используется для синтеза своего организма гетеротрофными марганецокисляющими бактериями .
Наиболее изученным представителем нитчатых бактерий, накапливающих окислы марганца, является Leptothrix ( Sphaerolutilus ) discofora, но окисление марганца осуществляют также L. Lopholea, L. Pseudoochracea, L. cholodnii, L. sideropus, Crenothrix manganifera, Siderocapsa, Naumanniella .
Окисление марганца способны вызывать разнообразные микроорганизмы и для многих из них образование отложений марганца является скорее реакцией на специфические внешние условия, чем специфической физиологической функцией. Марганецокисляющие микроорганизмы являются типичными гетеротрофами .
Метод очистки подземных вод от железа и марганца в пласте (рис. 2.3) заключается в создании в подземных водах вокруг эксплуатационных скважин на определенном расчетном расстоянии такой величины Eh, которая вызвала бы выпадение в осадок железо и марганец непосредственно в порах водовмещающих пород. Осаждение железа происходит в первой (более удаленной от скважины) зоне. Здесь увеличивается количество железоокисляющих бактерий, соответственно, увеличивается и число мертвых железобактерий. Часть погибших железобактерий, перемещаясь потоком подземных вод по порам водоносного пласта, поставляет органическое вещество, которое является источником углерода для бактерий, имеющих склонность к окислению марганца во второй зоне, приближенной к эксплуатационной скважине.
|
19 |
|
|
Рис. 2.3 Принципиальная схема формирования зоны осаждения железа и
марганца |
Смена восстановительной обстановки пласта на окислительную активизирует размножение железо- и марганецпоглощающих бактерий. Эти бактерии имеют щелочную поверхность, на которую осаждаются положительно заряженные мицеллы окислов железа и марганца. Отмирая, бактерии заполняют осадком гидроокислов железа и марганца поровое пространство (немобильные поры) водоносного горизонта в пределах определенной расчетами зоны, что позволяет при соблюдении регламента эксплуатации установок избежать кольматации прифильтровой зоны эксплуатационных скважин в течение столетий их работы.
Таким образом, технология обезжелезивания и очистки подземных вод в пласте соответствует условиям, которые создает сама природа с помощью различных типов бактерий при изменении гидрогеохимической обстановки с восстановительной на окислительную за счет насыщения воды кислородом.
2
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПЫТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ИССЛЕДОВАНИЯМ УСЛОВИЙ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ И ДЕМАН-ГАНАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ВОДОНОСНОМ ГОРИЗОНТЕ
Рекомендации предназначены для недропользователей, коммунальных служб, проектных организаций и специалистов, занимающимся геологическим изучением, разведкой, проектированием, эксплуатацией и технологией водоподготовки на месторождениях и водозаборах пресных подземных вод хозяйственно-питьевого назначения.
Разработчик: Научно-технический центр ДАЛЬГЕОЦЕНТР
Исполнители: д.г.-м.н, Кулаков В.В.
Архипов Б.С. к.г.-м.н. Козлов С.А.
Научный редактор: д.г.-м.н, Кулаков В.В.
Рецензенты: ВСЕГИНГЕО (к.х.н. М.А. Антипов, к.г.-м.н. В.Д. Гродзенский); НИИ ВОДГЕО (д.т.н. Г.М. Коммунар, к.т.н. Е.В. Середкина)
Одобрено Департаментом геологии, гидрогеологии и геофизики МПР РФ (протокол от 27.01.99 г.) для апробации в Дальневосточном регионе России
Адрес: 680000, Россия, Хабаровск, ул.
Л. Толстого, 8
НТЦ Дальгеоцентр
Тел. : (4212)227624 Факс :
(4212)227501
E-mail : dalgeocentre@mail.khv.ru
© НТЦ Дальгеоцентр, 1999
20
2.2. Принципиальные технологические схемы установок обезжелезиваиия и деманганации подземных вод в пласте
Технология обезжелезивания и деманганации подземных вод в пласте обусловлена воздействием кислорода воздуха, которым подземные воды насыщаются на поверхности или непосредственно в водоносном горизонте.
Для обезжелезивания и деманганации подземных вод в водоносном горизонте применяются односкважинные и дуплетные (двухскважинные) установки циклического действия, а также многоскважинные установки типа VYREDOX циклического или постоянного действия. Процесс обогащения подземных вод кислородом воздуха (или закачки-налива аэрированной воды) может осуществляться как непосредственно через эксплуатационные скважины на односкважинных и дуплетных установках, так и через специальные инжекционные (наливные или спутниковые) скважины, расположенные вокруг каждой эксплуатационной скважины, на многоскважинных установках.
Односкважинные и дуплетные установки рассчитаны на периодическую (циклическую) работу скважин с чередованием циклов закачки в пласт аэрированной воды и отбора очищенной подземной воды. Многоскважинные установки, как правило, обеспечивают непрерывную подачу потребителю воды, очищенной от железа и марганца.
Подача в пласт воды, насыщенной кислородом и освобожденной от избыточного содержания углекислого газа и сероводорода, может производиться с:
- естественной аэрацией воды за счет инжекции воздуха (эжектором) на поверхности;
- принудительной аэрацией воды в стволе скважины за счет подачи воздуха от компрессора.
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение............................................................................................................ 5
1. Современное состояние использования технологии очистки подземных вод от железа и марганца в водоносном пласте.................................... 8
2. Научно-методические основы технологии обезжелезивания идеман-
ганации подземных вод в водоносном пласте............................................... 13
2.1. Научно-методические основы обезжелезивания и деманганации
подземных вод в водоносном пласте........................................................ 13
2.2. Принципиальные технологические схемы установок обезжелези-
ванияи деманганации подземных вод в пласте........................................ 20
2.3 Область применения установок обезжелезивания и деманганации
подземных вод в пласте............................................................................. 26
2.4 О кольматации пород водоносного горизонта.................................. 27
3. Методика опытно-технологических исследований условий обезжелезивания и деманганации подземных вод в водоносном пласте................... 29
3.1. Назначение опытно-технологических исследований....................... 30
3.2 Опытно-технологические исследования в комплексе геологического изучения месторождений подземных вод...................................... 33
3.2.1 Выбор вида опытно-технологических исследований............... 35
3.2.2 Выбор местоположения и схемы опытной технологической
установки............................................................................................... 36
3.2.3 Характер и степень возмущения . Продолжительность и количество циклов.................................................................................... 39
3.2.4 Требования к сооружению скважин и оборудованию установок очистки подземных вод в водоносном пласте............................. 42
3.2.5 Проведение специальных продолжительных групповых откачек для определения исходных гидрохимических параметров .... 45
3.2.6 Методика изучения динамики подземных вод, периодич
ность отбора проб воды, выбор комплекса показателей при гидро-химическом и микробиологическом опробовании............................ 46
3.2.7 Выбор специального оборудования, приборов для определе-
4
ния необходимых гидрохимических параметров, выбор оптимальных методов анализа воды................................................................... 49
3.2.8 Интерпретация результатов опытно-технологических исследований и выбор технологической схемы очистки подземных вод
в водоносном пласте............................................................................ 50
3.3. Опытно-технологические исследования на эксплуатируемых водозаборах подземных вод.......................................................................... 53
4. Отчетные материалы................................................................................... 55
Литература........................................................................................................ 57
Список рисунков
Рис. 2.1 Диаграмма зависимости стабильности ионов железа (а) и марганца (б) от величины pH и Eh раствора
Рис. 2.2 Область, благоприятная для развития железо- и марганецокисляю-щих бактерий
Рис. 2.3 Принципиальная схема формирования зоны осаждения железа и марганца
Рис. 2.4 Принципиальная схема односкважинной установки НИИ ВОДГЕО, состоящей из 3-х эксплуатационных скважин (а), и схема модуля установки (б)
Рис 2.5 Дуплетные установки обезжелезивания подземных вод в пласте
Рис 2.6 Многоскважинные установки обезжелезивания и деманганации подземных вод в пласте
Рис. 2.7 Схемы установок VYREDOX I (а), II (Ь) и III и 1У(с)
5
ВВЕДЕНИЕ
Значение и доля пресных подземных вод в обеспечении питьевого водоснабжения населения постоянно возрастает в связи с обострением экологической ситуации из-за систематического (часто - аварийного) загрязнения поверхностных вод. В то же время подземные пресные воды нередко не удовлетворяют нормативным требованиям к питьевым водам из-за высоких концентраций железа, марганца и ряда других нормируемых компонентов их химического состава. Использование таких пресных подземных вод для удовлетворения хозяйственно - питьевых потребностей людей возможно только после их очистки и доведения содержания всех компонентов в воде до требований ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая” и СанПиН 2.1.4.559-96 перед подачей ее потребителю.
Метод (технология) обезжелезивания и деманганации пресных подземных вод в водоносном пласте впервые нашел применение в Германии. К настоящему времени за рубежом эксплуатируется более 150 установок обезжелезивания и деманганации подземных вод в водоносном горизонте. Несмотря на экономические преимущества и снятие экологических проблем по утилизации промывных вод, этот метод еще недостаточно широко применяется. Одной из основных причин такого положения, по - видимому, является отсутствие у гидрогеологов и специалистов, эксплуатирующих водозаборы подземных вод, сведений о процессах и технологии очистки подземных вод в водоносном горизонте. Ключевое место в оценке возможности применения этой технологии на конкретном объекте принадлежит опытно -технологическим исследованиям в период разведки, подготовки к эксплуатации и эксплуатации месторождений пресных подземных вод, когда только соединение специальных знаний гидрогеологов, технологов и эксплуатационников может дать ощутимый успех.
Ввиду особой экономической и экологической значимости упомянутой проблемы опытно - технологические исследования оказываются в аж-
6
ным и необходимым звеном гидрогеологических исследований на стадии геологического изучения (поисково-оценочные работы и разведка) и эксплуатации месторождений пресных подземных вод .
20-30 - летний зарубежный опыт эксплуатации водозаборов подземных вод, где применяется технология обезжелезивания и деманганации подземных вод в водоносном горизонте, показывает эффективность ее внедрения. Эта технология включена в СНиП 2.04.02-84* (издан.1996 г., Приложение 14, п. 5).
Использование технологии обезжелезивания и деманганации подземных вод в пласте по сравнению с традиционными поверхностными установками экономически предпочтительнее. Капитальные вложения на сооружение установок обезжелезивания в пласте в 3-5 раз меньше по сравнению с поверхностными станциями обезжелезивания, а эксплуатационные расходы не превышают 15% от затрат на стандартных поверхностных станциях обезжелезивания. Кроме того, по сравнению с поверхностными установками снимаются экологические трудности по утилизации смывных вод, количество которых может достигать 15-20% от величины водоотбора.
Специальные опытно-технологические исследования по возможности обезжелезивания и деманганации подземных вод в пластовых условиях могут проводиться для подземных источников водоснабжения 2-го и 3-го класса ( ГОСТ 2761-84) после предварительного изучения их качества на поисковой стадии и оформления лицензии недропользователю на право геологического изучения и добычи подземных вод. Эти исследования служат основой для предпроектных и проектных технико-экономических проработок.
Методические рекомендации могут использоваться недропользователями, коммунальными службами, проектными и другими организациями при выборе технологии обезжелезивания и деманганации подземных вод с содержаниями железа до 15-30 мг/дм3 и марганца - до 1-3 мг/дм3.
Назначение рекомендаций - познакомить широкий круг специалистов с особенностями выбора рациональных схем, подготовки и проведения опытно-технологических исследований по обезжелезиванию и демангана-
7
ции подземных вод в пласте, получении сведений для альтернативной оценки вариантов водоподготовки на стадии разведки месторождений подземных вод.
Задачи рекомендаций - обеспечить получение достоверных оценочных параметров для сравнения вариантов различных схем обезжелезивания и деманганации подземных вод и разработки проектов технологических схем внутрипластовой очистки. Цель рекомендаций - подготовить специалистов различного профиля к проведению опытно-технологических испытаний в водоносном горизонте.
При подготовке Методических рекомендаций использованы результаты научно-исследовательских и производственных работ по очистке подземных вод в пласте, выполненные в 1990-1998 гг. НТЦ Дальгеоцентр по заданию Администрации Хабаровского края и Хабаровского Горводоканала и для других водопользователей, а также разработки института НИИ ВО-ДГЕО и зарубежный опыт внутрипластовой очистки от железа и марганца (фирма Vyrmetoder АВ, Швеция).
Авторы благодарны М.А. Антипову, В.А. Грабовникову, В.Д. Грод-зенскому, Г.М. Коммунару и Е.В. Середкиной за конструктивную критику и замечания, которые учтены при доработке Методических рекомендаций.
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ЖЕЛЕЗА И МАРГАНЦА В ВОДОНОСНОМ ПЛАСТЕ
Впервые метод очистки подземных вод от железа в водоносном пласте нашел практическое применение в Германии в 40-х годах. Затем эта технология стала использоваться в Финляндии и Швеции. Технология очистки подземных вод от железа в пласте была запатентована в Финляндии в 1967 году. В 1970 году в СССР его авторам было выдано авторское свидетельство на изобретение (№ 310442 от 13.02.70г.) Результаты опытных работ по удалению железа и марганца из подземных вод непосредственно в пласте были опубликованы Риттензером в 1962г.
В 1976 году Р.О. Халльбергом и Р. Мартине лом опубликована статья по применению технологии очистки подземных вод в пласте [28], получившей название Виредокс (VYREDOX), Он нашел широкое развитие в последующие 20 лет в Швеции, Англии, ФРГ для очистки подземных вод, используемых для общественного потребления в коммунальных водопроводах. Наряду с методом VYREDOX, который используется для очистки подземных вод от железа и марганца, этими исследователями разработана технология очистки от углеводородного (нефтяного) и нитратного загрязнения, получившая название NITREDOX. Первая промышленная установка по обезжелезиванию подземных вод в пласте в Швеции была сооружена в 1971 году .
К настоящему времени за рубежом эксплуатируется более 150 установок по обезжелезиванию и деманганации подземных вод в пласте. Они работают в Швеции, Финляндии, Австрии, Венгрии, Словакии, Бельгии, Франции, Германии, США и других странах, а в пределах России и СНГ -более 40 предприятий. Предприятия были созданы в Латвии (г.Рига, г.Цесис), в Белоруссии, на Украине (г.Днепродзержинск), в России (г.Уфа, Подмосковье, г.Санкт-Петербург, Тюменская область, Амурская область) и других местах.
9
Установки обезжелезивания и деманганации подземных вод в пласте сооружались в разнообразных гидрогеологических и гидрохимических условиях. Но в опубликованной литературе очень мало сведений об опыте их сооружения и эксплуатации .
Словакия. Водозабор Русовце в г.Братислава На этом водозаборе установки обезжелезивания подземных вод в пласте VYREDOX-1 в 1989 -90гг. сооружены шведской компанией Vyrmetoder АВ. Водозабор расположен в 20 км от центра г. Братиславы и обеспечивает ее микрорайон Пет-ржалка, где проживает 150 тысяч человек.
Скважинами водозабора, глубиной 60 - 65 м, вскрыты четвертичные аллювиальные песчано - гравийно - галечные отложения долины р. Дуная. Содержание марганца в воде - 1.2 мг/дм3, pH - 7.0, железа - менее 0.3 мг/дм3. Первая очередь водозабора состоит из 12 эксплуатационных скважин, расположенных на расстоянии 100 м. Каждая скважина оборудована фильтром, установленным впотай, с двухслойной гравийной обсыпкой. Диаметр рабочей части колонны - 1620 мм (до глубины 20 м), диаметр фильтровой колонны длиной 35 -40 м - 325 мм. В каждой эксплуатационной скважине установлены погружные насосы производительностью 120 л/с (430 м3/час). Суммарный водоотбор первой очереди водозабора составляет 1200 л/с (105 тыс. м3/сутки), из них 200 л/с возвращаются для налива в инжекционные скважины, а 1000 л/с - направляются в разводящую сеть. На водозаборе установки VYREDOX-1 объединяют в группу по 4 эксплуатационные скважины .
Вокруг каждой эксплуатационной скважины на расстоянии 15 м сооружены 8 наливных скважин глубиной 60 - 65 м и диаметром фильтровой колонны 194 мм. На расстоянии 5 м от каждой эксплуатационной скважины сооружена 1 наблюдательная скважина глубиной 60 - 65 м, диаметром 225 мм, в которой установлены зонды для автоматического измерения Eh. В
