Способ опреснения воды подземного источника (варианты)

 

Изобретения относятся к области опреснения воды подземного источника, направлены на обеспечение населения технической и питьевой водой в регионах с недостатком или отсутствием пресной и наличием соленой воды с сохранением экологической безопасности окружающей среды. Способ включает выполнение подземного водозабора в источнике, монтаж опреснительной установки с обратноосмотическим модулем, посредством которого получают опресненную воду и рассол. Обратноосмотический модуль размещают в водозаборе или в канале подачи воды от водозабора на земную поверхность, опресненную воду подают на поверхность. Кроме того, дополнительно размещают в водозаборе и/или в канале подачи воды от водозабора один или более обратноосмотических модулей. Канал подачи воды от водозабора выполняют в виде скважины, или трубопровода, или колодца, водозабор выполняют скважинным или колодезным. Опресненную воду и рассол в обратноосмотическом модуле получают за счет гидростатического давления, рассол с обратноосмотического модуля удаляют в подземный водоносный слой, либо в поверхностный водоем, а солесодержание рассола с обратноосмотического модуля уравнивают с солесодержанием вод, куда удаляют рассол, и при получении на выходе из обратноосмотического модуля воды пониженной солености и рассола подают ее на поверхность и осуществляют опреснение воды пониженной солености. 2 с. и 10 з.п. ф-лы.

Изобретения относятся к области опреснения воды подземного источника, солоноватой воды, в частности касаются, в основном, обеспечения экологически безопасного водоснабжения населения качественной питьевой и технической водой.

Известен способ опреснения воды подземного источника, при котором забирают подземную воду, солоноватую вследствие ее обогащения морской водой, загрязненную органическими соединениями и железом, из шахтного колодца, очищают воду на двухступенчатом безреагентном фильтре, затем выполняют окисление и сорбцию взвесей, растворенных элементов и соединений в реакторе озона и на фильтре с активным углем, обессоливают воду на мембранном фильтре со снижением содержания железа с 20 до 0,2 мг/л, хлоридов - с 20000 до 230 мг/л, сульфатов - с 800 до 25 мг/л, в частности (см., например, Г.Г. Непаридзе, Р.Ш. Непаридзе, О.П. Колбин. Особенности водоподготовки для поселков прибрежных районов Камчатки. Сборник материалов 5-го Международного Конгресса "Вода: экология и технология" (ЭКВАТЕК-2002), Москва, 2002, М.: ЗАО "Фирма СИБИКО Интернэшнл", 2002, с.333).

Наиболее близким является известный способ опреснения воды подземного источника, при котором забирают из скважины солоноватый береговой фильтрат водоема с соленой водой, морской водой, в частности, отделяют опресненную воду на установке, сбрасывают полученный рассол с соленостью, соответствующей солености воды в зоне его сброса, в водоем (см. например, патент РФ 2147293, МКИ 7 С 02 F 1/00, 11.08.99, опубл. 10.04.2000, бюл. 10) - прототип.

Основным недостатком известных способов опреснения воды подземного источника являются их недостаточная экологичность и низкая экономичность получения опресненной воды для водоснабжения.

В задачу изобретения входит повышение экономичности опреснения воды подземного источника, питьевой воды, в частности, при сохранении экологической безопасности окружающей среды.

Указанная задача решается изобретением за счет достижения технического результата, заключающегося в получении опресненной воды из местного подземного источника воды в обратноосмотическом модуле, с удалением рассола без ущерба для окружающей среды.

Технический результат достигается в способе опреснения воды подземного источника, заключающемся в том, что выполняют подземный водозабор в источнике, осуществляют монтаж опреснительной установки с обратноосмотическим модулем, посредством которого получают опресненную воду и рассол, при этом размещают обратноосмотический модуль в водозаборе или в канале подачи воды от водозабора на земную поверхность, подают опресненную воду на поверхность, предлагается также дополнительно размещать в водозаборе и/или в канале подачи воды от водозабора один или более обратноосмотических модулей, канал подачи воды от водозабора выполнять в виде скважины, или трубопровода, или колодца, водозабор выполнять скважинным или колодезным, кроме того, опресненную воду и рассол в обратноосмотическом модуле получать за счет гидростатического давления, рекомендуется также рассол с обратноосмотического модуля удалять в подземный водоносный слой, либо в поверхностный водоем, а солесодержание рассола с обратноосмотического модуля уравнивать с солесодержанием вод, куда удаляют рассол.

Изобретение предлагается осуществлять следующим образом.

Пример 1. Для обеспечения опресненной водой удаленного населенного пункта в Средней Азии, размещенного над двумя подземными водоносными слоями на глубине 25 м и 70 м, верхний подземный источник - локальной соленостью 6,4 г/л, нижний - соленостью 42 г/л, выполнить в верхнем подземном источнике скважинный водозабор с фильтром для предварительной очистки воды, насосом и обратноосмотическим модулем для опреснения воды до солесодержания в 0,4 г/л и получения рассола соленостью 42 г/л, канал подачи воды от водозабора на земную поверхность опресненной воды выполнить в виде скважины, получаемый рассол удалить в нижний подземный водоносный слой с соленостью, равной солености рассола, транспортировать опресненную воду на поверхность в емкость для хранения опресненной воды на 5 тысяч м³ и емкость в 1 тысячу м³ питьевой воды, которую приготовить из опресненной воды в соответствии со стандартом на питьевую воду, для выполнения вышеуказанных операций транспортировать из Центра управления локальным водоснабжением сухопутный водопоезд на колесно-гусеничном шасси с резервными обратноосмотическими модулями для опреснения солоноватой воды, отсеком - фургоном жизнеобеспечения, дизель-генератором и 2 емкостями топливными - цистернами с дизельным топливом, выполнить забор, очистку и опреснение солоноватой воды, удалить рассол, получить опресненную и питьевую воду, заполнить водой емкости в течение 10 суток, вернуть водопоезд в Центр управления локальным водоснабжением, переключить подачу питьевой и опресненной - агротехнической - воды из емкостей на систему водоснабжения поселка питьевой водой и систему полива, обеспечить водоснабжение населенного пункта качественной питьевой и технической водой в течение 3 месяцев, выполнить аналогичные операции в соседних населенных пунктах, относящихся к тому же Центру управления локальным водоснабжением, повторять операции по опреснению солоноватой воды в данном и остальных населенных пунктах с настройкой обратноосмотических модулей специалистами Центра управления локальным водоснабжением на текущее солесодержание воды в зоне водозабора, что позволяет наладить локальное водоснабжение опресненной агротехнической и питьевой водой, оптимизируя эффективность эксплуатации обратноосмотических модулей, распределение оборудования и частоту использования водопоездов, привлечение подготовленных специалистов Центра управления локальным водоснабжением, включая персонал водопоездов, для опреснения воды и производства питьевой воды из опресненной для нескольких населенных пунктов, требующих локального водообеспечения, без причинения экологического вреда населению и окружающей среде.

Пример 2. То же, что и в примере 1, но для получения опресненной воды использовать размещенные последовательно в водозаборе и канале подачи воды от водозабора на земную поверхность опресненной воды, выполненном в виде колодца, два обратноосмотических модуля с насосами, первый из которых опресняет воду подземного источника до солесодержания в 2,0 г/л, второй, размещенный на выходе из колодца, - до солесодержания в 0,4 г/л, рассол с обоих обратноосмотических модулей смешивать, уравнивая его солесодержание с локальной соленостью нижнего источника в 42 г/л, удалять рассол в нижний подземный водоносный слой (см., например, Б.П. Акулиничев, С.К. Яровая. Опыт подземного захоронения промстоков в глубокие водоносные горизонты. Сборник материалов 5-го Международного Конгресса "Вода: экология и технология" (ЭКВАТЕК 2002), Москва, 2002, М.: ЗАО "Фирма СИБИКО Интернэшнл", 2002, с. 439-440), что позволяет использовать насосы меньшего давления, повысить надежность опреснительного комплекса.

Пример 3. То же, что и в примере 1, но периодически использовать водопоезд на колесном шасси, емкость только для хранения опресненной воды, питьевую воду бутылировать в модуле в составе водопоезда, рассол соленостью 53 г/л удалять по трубопроводу от населенного пункта в залив Кара-Богаз-Гол, Туркмения, с рапой той же солености, что позволяет повысить экономичность опреснения посредством снижения капитальных затрат на сооружение емкости для питьевой воды, увеличения солености рассола, повысить транспортабельность и качество бутылированной питьевой воды.

Пример 4. Для обеспечения опресненной водой нефтепромыслов в Сахаре над истощенным нефтеносным пластом на глубине 800 м и нефтеносным пластом на глубине 1200 м опреснять воду подземного источника - водоносного пласта, размещенного на глубине 130 м, через 10 скважин общим дебетом опресненной воды в 200 тысяч м³, в каждой из которых размещать по одному обратноосмотическому модулю, опресненную воду с солесодержанием в 0,2 г/л через отводы от 9 обратноосмотических модулей подавать в скважины для закачки в истощенный нефтеносный пласт, опресненную воду с одной скважины и рассол соленостью 39,5 г/л со всех скважин насосами подавать на дневную поверхность, получать из опресненной воды питьевую воду для персонала нефтепромысла, часть опресненной воды использовать для уравнивания солености в локальном регионе Средиземного моря, куда выведен оголовок рассолопровода, после исчерпания запасов нефти из истощенного нефтеносного пласта добывать нефть с закачкой пресной воды по контуру месторождения из нижнего нефтеносного пласта, а рассол, доведенный до солености 80 г/л, подавать в истощенный нефтеносный пласт, не выводя его на поверхность, после истощения обоих нефтеносных пластов создать в пустыне оазис, используя опресненную и питьевую воду для агротехнических и бытовых целей соответственно, с отводом рассола соленостью 80 г/л в истощенные нефтяные месторождения, что обеспечивает эффективное использование подземных вод на этапах добычи нефти и создания агротехнического хозяйства при сохранении экологической, геоэкологической, в частности, безопасности.

Известен способ опреснения воды подземного источника, при котором разделяют получаемые на опресняющей установке опресненную воду и рассол обратным осмосом, и/или трансмембранной дистилляцией, или тепловым испарением, и/или сжатием пара с выделением кристаллической солевой и паровой обессоленной фаз, и/или химическим и термическим осаждением (см., например, K. Marquardt, Disposal of Saline Waste Water Resulting from Drinking Water Production System, Saline Water Processing, VCH Publ, 1990, p.243-260).

Наиболее близким является известный способ опреснения воды подземного источника, при котором получают 200 т/ч питьевой воды и/или дистиллята из солоноватой воды, а также 20 т/ч пара и/или горячей воды, одновременно производят электроэнергию посредством дистилляционно-опреснительного горизонтально трубного пленочного испарителя, использующего мятый пар - вторичный продукт, получаемый при утилизации выхлопных топочных газов газотурбинной установки, приготовление питьевой воды включает обогащение дистиллята кальцием и фтором, фильтрацию через активированный уголь, корректировку величины рН и обработку хлором (В.Л. Подберезный, В.А. Никулин, Д.И. Гринев. Энергоопреснительный комплекс. Автономная газотурбинная термодистилляционная установка парогазового цикла. Сборник материалов 5-го Международного Конгресса "Вода: экология и технология" (ЭКВАТЕК 2002), Москва, 2002, М.: ЗАО "Фирма СИБИКО Интернэшнл", 2002, с.379) - прототип.

Основным недостатком известных способов опреснения воды подземного источника являются их недостаточная экологичность и технологичность, низкая экономичность получения опресненной воды для водоснабжения.

В задачу изобретения входит повышение технологичности, экономичности опреснения воды подземного источника, питьевой воды, в частности, при сохранении экологической безопасности окружающей среды.

Указанная задача решается изобретением за счет достижения технического результата, заключающегося в получении воды пониженной солености из местного подземного источника воды в обратноосмотическом модуле и ее опреснении, с удалением рассола без ущерба для окружающей среды.

Технический результат достигается в способе опреснения воды подземного источника, заключающемся в том, что выполняют подземный водозабор в источнике, осуществляют монтаж опреснительной установки с обратноосмотическим модулем, при этом размещают обратноосмотический модуль в водозаборе или в канале подачи воды от водозабора на земную поверхность, получают на выходе из обратноосмотического модуля воду пониженной солености и рассол, подают воду пониженной солености на поверхность и опресняют ее, предлагается также дополнительно размещать в водозаборе и/или в канале подачи воды от водозабора один или более обратноосмотических модулей, канал подачи воды от водозабора выполнять в виде скважины, или трубопровода, или колодца, водозабор выполнять скважинным или колодезным, кроме того, воду пониженной солености и рассол в обратноосмотическом модуле получать за счет гидростатического давления, рекомендуется рассол с обратноосмотического модуля удалять в поверхностный водоем, либо в водоносный слой под дном водоема, либо в подземный водоносный слой, а также уравнивать солесодержание рассола с обратноосмотического модуля с солесодержанием вод, куда удаляют рассол, кроме того, рассол, полученный при опреснении воды пониженной солености, удалять в поверхностный водоем, либо в водоносный слой под дном водоема, либо в подземный водоносный слой, а также уравнивать солесодержание рассола, полученного при опреснении воды пониженной солености, с солесодержанием вод, куда удаляют рассол.

Пример 5. Для обеспечения опресненной агротехнической и питьевой водой деревни в отдаленном аридном регионе, под которым подземный бассейн с водой соленостью 16 г/л на глубине 90 м и водоносный слой с водой соленостью 70 г/л на глубине 180 м, транспортировать из Центра управления локальным водоснабжением вышку для бурения скважин на гусеничном шасси и оборудованием и стройматериалами для получения воды пониженной солености, опресненной воды, питьевой воды, емкостей для воды пониженной солености и питьевой воды, пробурить две скважины до подземного бассейна и одну - до водоносного слоя, выполнить в каждой из двух пробуренных до подземного бассейна - подземного источника воды - скважин водозаборы, разместить в первом из них один обратноосмотический модуль с насосом для получения воды на земной поверхности с солесодержанием в 2 г/л, производительностью 50 м³/сутки, во втором - 5 обратноосмотических модулей, каждый с насосом, для получения воды на земной поверхности с солесодержанием 1,2 г/л, с суммарной производительностью второй скважины 250 м³/сутки, установить на земной поверхности электродиализную установку для опреснения воды пониженной солености из первой скважины до солесодержания 0,2 г/л, с модулем для получения из опресненной воды питьевой воды, выполнить емкости для хранения воды солесодержанием 1,2 г/л на 5 тысяч м³ и питьевой воды - на 1 тысячу м³, установить отводы рассола от обратноосмотических модулей и электродиализной установки через скважину в нижний водоносный слой, выдерживая среднюю соленость рассола в пределах 10% от солености воды в этом слое, после выполнения строительно-монтажных работ направить в деревню водопоезд с фургоном жизнеобеспечения, 2 дизель-генераторами, 3 цистернами с дизельным топливом, заполнить водой солесодержанием 1,2 г/л емкость на 5 тысяч ³, вторую емкость и емкости для воды населения - питьевой водой в течение 20 дней, переключить подачу питьевой воды из емкости для питьевой воды на систему водоснабжения деревни, емкости для агротехнической воды солесодержанием 1,2 г/л - на систему полива и поения сельскохозяйственных животных, вернуть водопоезд в Центр управления локальным водоснабжением, обеспечивать водоснабжение деревни качественной питьевой и слабосолоноватой агротехнической водой в течение 4 месяцев, в это время специалистами Центра управления локальным водоснабжением выполнить аналогичные операции по обеспечению питьевой водой населения и слабосоленой водой агрохозяйства, затем в той же деревне повторять опреснение воды соленостью 16 г/л до параметров слабосоленой воды, частично опреснять солоноватую воду при участии специалистов водопоезда из Центра управления локальным водоснабжением, бурить дополнительные скважины для водозабора воды пониженной солености и сброса рассола в нижний водоносный слой, что позволяет увеличить дебет скважин, снизить стоимость питьевой и агротехнической воды, расширить зону сельскохозяйственного производства, повысить эффективность эксплуатации обратноосмотических модулей, оптимизировать распределение оборудования и частоту использования водопоездов, привлечение подготовленных специалистов Центра управления локальным водоснабжением, включая персонал водопоездов, для получения воды пониженной солености и производства питьевой воды из опресненной воды для нескольких населенных пунктов, требующих локального водообеспечения, без причинения экологического вреда населению и окружающей среде.

Пример 6. То же, что и в примере 5, но довести рассол до солености в 95 г/л, удалять его в скважину, пробуренную до вод затрудненного водообмена и застойных вод на глубине 1200 м, изолированную от других водоносных слоев, что дополнительно снижает стоимость получаемой воды пониженной солености, опресненной и питьевой воды без причинения экологического вреда населению и окружающей среде.

Пример 7. То же, что и в примере 6, но пробурить артезианскую скважину, использовать пластовое давление для получения воды пониженной солености, разместив обратноосмотический модуль в канале подачи воды от водозабора, выполненном в виде скважины, непосредственно у земной поверхности, что позволяет за счет гидравлического давления не применять насос до или после обратноосмотического модуля, повышает надежность и снижает энергетические затраты, а также капитальные затраты на приобретение, монтаж и эксплуатацию насоса.

Пример 8. Для обеспечения опресненной водой пониженной солености нефтепромысла в отдаленном пустынном регионе выполнить скважинное поле из 12 вертикальных трубопроводов с водозаборами колодезного типа на глубине 120 м, где размещен водоносный бассейн - подземный источник воды соленостью 14 г/л, установить в каждом из водозаборов по 5 обратноосмотических модулей с насосами, 4 - действующих, 1 - резервный, для получения на земной поверхности воды пониженной солености с солесодержанием 2 г/л, каждый обратноосмотический модуль производительностью 50 м³/сутки, рассол соленостью 80 г/л закачивать по 6 скважинам в застойные воды на глубине 1600 м, изолированную от других водоносных слоев, нефте- и газоносных пластов, опреснение воды пониженной солености выполнять на 4 дистилляционных установках с горизонтально трубными пленочными аппаратами, размещенными на поверхности, общей производительностью 2400 ³/сутки дистиллированной технической воды, закачивать техническую воду в скважины нефтедобывающего бассейна, начиная с нижнего нефтесодержащего пласта, по периметру, закачивать рассол с дистилляционных установок в две дополнительные скважины в тот же водоносный слой на глубине 1600 м, после извлечения нефти и отделения от нее воды пропускать воду через пятую дистилляционную установку, отделяя рассол, также закачиваемый в изолированный водоносный пласт, возвращать повторно опресненную воду в нефтесодержащий пласт, по истощении нефтесодержащего пласта закачивать в него рассол с обратноосмотических модулей и дистилляционных установок, избыточную опресненную воду использовать для создания агрохозяйств, а также производства питьевой воды для персонала нефтепромыслов и обслуживающего населения, в том числе работников агрохозяйств, что позволит повысить отдачу нефти нефтепромысла, снизить стоимость ее переработки за счет роста производства технической воды и отсутствия в ней примесей, уменьшить затраты на производство технической и питьевой воды при повышении ее качества, снизить энергетические затраты на удаление рассола без причинения экологического вреда населению и окружающей среде в зоне удаления рассола, уменьшить экологический ущерб от комплекса, перерабатывающего нефть с этого месторождения.

Изобретения, объединенные общим замыслом, применимы в регионах с недостатком или отсутствием пресной воды и наличием соленой воды в подземном источнике, в удаленных регионах, в частности, для обеспечения населения питьевой водой, а также для снабжения различных производств, от агротехнических до нефтедобычи, технической водой, опресненной или слабосоленой, их применимость основана на опыте использования различных опреснительных устройств, обратноосмотических, в частности, в различных регионах мира.

Формула изобретения

1. Способ опреснения воды подземного источника, заключающийся в том, что выполняют подземный водозабор в источнике, осуществляют монтаж опреснительной установки с обратноосмотическим модулем, посредством которого получают опресненную воду и рассол, при этом обратноосмотический модуль размещают в водозаборе или в канале подачи воды от водозабора на земную поверхность, подают опресненную воду на поверхность, а рассол с обратноосмотического модуля удаляют в подземный водоносный слой, либо в поверхностный водоем, при этом солесодержание рассола с обратноосмотического модуля уравнивают с солесодержанием вод, куда удаляют рассол.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в водозаборе и/или в канале подачи воды от водозабора дополнительно размещают один или более обратноосмотических модулей.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что канал подачи воды от водозабора выполняют в виде скважины, или трубопровода, или колодца.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что водозабор выполняют скважинным или колодезным.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что опресненную воду и рассол в обратноосмотическом модуле получают за счет гидростатического давления.

6. Способ опреснения воды подземного источника, заключающийся в том, что выполняют подземный водозабор в источнике, осуществляют монтаж опреснительной установки с обратноосмотическим модулем, при этом обратноосмотический модуль размещают в водозаборе или в канале подачи воды от водозабора на земную поверхность, получают на выходе из обратноосмотического модуля воду пониженной солености и рассол, подают воду пониженной солености на поверхность и опресняют ее, а рассол с обратноосмотического модуля удаляют в подземный водоносный слой, либо в поверхностный водоем, при этом солесодержание рассола с обратноосмотического модуля уравнивают с солесодержанием вод, куда удаляют рассол.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в водозаборе и/или в канале подачи воды от водозабора дополнительно размещают один или более обратноосмотических модулей.

8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что канал подачи воды от водозабора выполняют в виде скважины, или трубопровода, или колодца.

9. Способ по любому из пп.6-8, отличающийся тем, что водозабор выполняют скважинным или колодезным.

10. Способ по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что воду пониженной солености и рассол в обратноосмотическом модуле получают за счет гидростатического давления.

11. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что рассол, полученный при опреснении воды пониженной солености, удаляют в подземный водоносный слой либо в поверхностный водоем.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что солесодержание рассола, полученного при опреснении воды пониженной солености, уравнивают с солесодержанием вод, куда удаляют рассол.