СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕДР ПРИ РЕГЕНЕРАЦИИ ИОНООБМЕННЫХ ФИЛЬТРОВ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/08 E21B37/08 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в процессе водоподготовки для промышленного и хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Известен способ подготовки воды, включающий очистку ее от катионов жесткости кальция и магния на катионообменных фильтрах, регенерацию катионита регенерирующим раствором, являющимся обычно раствором технической поваренной соли, и удаление регенерационного раствора, т.е. раствора, прошедшего через фильтр в процессе его регенерации и насыщенного катионами жесткости, в поверхностные водотоки [1].

Основными недостатками этого способа являются большие затраты на приготовление регенерирующего раствора, большие объемы сточных вод, образующихся в результате разбавления регенерационных растворов до допустимых концентраций перед выпуском их в поверхностные водотоки, и связанную с ними опасность существенного ухудшения экологической обстановки в поверхностных водоемах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ использования недр при регенерации ионообменных фильтров, при котором регенерационные растворы удаляются на захоронение в глубокозалегающие горизонты подземных вод через специально пробуренные для этого скважины [2].

Этот способ, принимаемый за прототип, в значительной мере устраняет недостатки предыдущего, но некоторые из них все же остаются, например, такой, как большие затраты на приготовление регенерирующего раствора. К ним добавляются и новые, такие как недостаточно полное использование недр, большие энергетические затраты на поддержание высокого давления закачки в подземный водоносный горизонт регенерационных растворов и др.

Задачей изобретения является создание способа с более эффективным использованием недр и одновременным снижением затрат на приготовление регенерирующего и утилизацию регенерационного растворов.

Задача решена путем создания способа использования недр при проведении регенерации ионообменных фильтров, включающем приготовление регенерирующего раствора, промывку им ионообменных фильтров, сооружение закачной скважины на подземный водовмещающий горизонт, проведение закачки в него регенерирационного раствора, при этом, согласно изобретению, в качестве регенерирующего раствора используют природную воду из подземного горизонта, извлекаемую из него через сооруженную для этого откачную скважину с расположением этой скважины на тот же горизонт, куда ведется закачка регенерационных растворов, и на таком расстоянии от закачной скважины, при котором время прохождения этого расстояния регенерирационными растворами не превышает амортизационного срока службы скважин и качество откачиваемой воды остается соответствующим кондициям в течении всего этого срока.

Применение перечисленных операций обуславливает появление следующих новых положительных свойств у заявленного изобретения.

Использование природной воды подземного водовмещающего горизонта для регенерации ионообменных фильтров позволяет значительно сократить затраты на реагенты (поваренная соль, минеральные кислоты и др.), необходимые для приготовления регенерирующего раствора, а также на их транспортировку, на погрузку-разгрузку, технологические операции растворения реагентов и способствует улучшению экологической обстановки в местах их добычи или производства. Необходимо также учесть, что для регенерации может быть использована только высокоминерализованная подземная вода (рассол), которая не может быть применена для водоснабжения, т.е. такое ее применение не наносит какого-либо ущерба другим водопотребителям и ресурсам подземных вод в целом.

Расположение откачной и закачной скважины в одном и том же водовмещающем горизонте обусловливает снижение затрат энергии на проведение закачки регенерационных и откачки регенерирующих растворов. В противном же случае, при использовании для этих операций различных водовмещающих горизонтов, в каждом из них в соответствии с гидродинамическими расчетами, будет происходить непрерывный рост давлений на устье закачной скважины и понижение уровня в откачной, что и определит дополнительные затраты энергии на преодоление давления при закачке и на подъем раствора с большей глубины при ее откачке.

Проведение откачки-закачки растворов в одном и том же горизонте определяет также возможность для рационального и экономного использования недр, заключающуюся в возможности многократного получения регенерирующего раствора из одного и того же объема водовмещающего горизонта. Эта возможность основывается на физико-химических закономерностях сорбционного процесса, который будет происходить при закачке регенерационного раствора в водовмещающие песчано-глинистые отложения используемого горизонта.

В этом случае при продвижении в пористой песчано-глинистой среде регенерационного раствора с повышенным содержанием катионов жесткости относительно их содержания в ранее находящейся в этой среде природного раствора будет происходить на песчано-глинистых частицах сорбция катионов жесткости и эквивалентная десорбция наиболее распространенного в природных водах натриевого катиона. Протекание такого сорбционно-десорбционного процесса приводит к восстановлению содержания натрия в закачиваемом регенерационном растворе и переходу его по своему качеству в категорию регенерирующего.

Масштабность этого процесса может быть рассчитана по коэффициенту межфазного распределения, характеризующего процесс линейной сорбции - десорбции. Если принять в первом приближении этот коэффициент для катионов жесткости равным 1 см³/г, то через один объем водовмещающего горизонта можно пропустить около 10 объемов регенерационного раствора и получить на выходе раствор, соответствующий по качеству регенерирующему.

Расположение откачной и закачной скважины на таком расстоянии друг от друга, прим котором обеспечивается получение кондиционного регенерирующего раствора из откачной скважины в течение всего амортизационного срока службы этих скважин также способствует рациональному использованию недр и соответствует оптимальному соотношению между капитальными и эксплуатационными затратами на регенерацию ионообменных фильтров. При меньших расстояниях уменьшаются эксплуатационные затраты за счет уменьшения затрат энергии на закачку-откачку растворов, но увеличиваются капитальные, т.к. потребуется большее число скважин для переработки того же объема растворов из-за более быстрого заполнения некондиционными растворами объема водовмещающего горизонта, приходящегося на эти скважины.

При больших же расстояниях использование недр является нерациональным, так как к моменту окончания амортизационного срока службы этих скважин между ними окажется незаполненный регенерационными растворами объем. Кроме того, в этом случае потребуются дополнительные затраты энергии из-за больших расстояний между скважинами на закачку-откачку из них растворов.

Пример применения способа. Известно, что установка умягчения воды на катионитовых фильтрах работает с производительностью 1300 м³/час для подпитки теплосети ТЭЦ. Для регенерации этих растворов требуется м³/сутки раствора поваренной соли концентрации 60 - 80 г/л; столько же растворов образуется после регенерации, которые удаляются через 2 скважины в подземный горизонт высокоминерализованных вод, находящийся на глубине 1200 м. Известно также, что общая минерализация подземных вод составляет 250 г/л с содержанием в них натрийиона 70 г/л, мощность содержащих эти воды горизонта составляет 50 м, пористость водовмещающих песчано-глинистых отложений равна 0,2, а уровень подземных вод совпадает с поверхностью земли
Кроме того, установлено: вода из этого водоносного горизонта может быть использована в качестве регенерирующего раствора с ее расходом 500 м³/сутки при выходе после регенерации приблизительно такого же количества регенерационных растворов; коэффициент межфазного распределения для катионов жесткости при их взаимодействии с вмещающими песчано-глинистыми породами составляет 1,0 см³/г; амортизационный срок службы скважин равен 254 годам.

Требуется в вышеобозначенных условиях сократить затраты на регенерацию ионообменных фильтров за счет отказа от поставок поваренной соли, уменьшения энергетических затрат на закачку регенерационных растворов в недра с соблюдением требования по их рациональному использованию.

Для этого на расстоянии 150 м от каждой действующей закачной скважины сооружают на этой же водовмещающий подземный горизонта по одной откачной скважине, откачивают воду из каждой по 250 м³/сутки, производят очистку этой воды от взвесей, ведут добытым рассолом регенерацию фильтров и регенерационный раствор закачивают в каждую закачную скважину с дебитом 250 м³/сутки. Использование скважин продолжается в течение 25 лет до окончания их срока службы и заполнения между ними объема пласта отработанными растворами. Затем бурят новые скважины с такими же расстояниями между ними и ведут откачку-закачку растворов в их в прежнем режиме.

В результате такой работы устранена необходимость в использовании технической поваренной соли для регенерации фильтров и связанных с этим затраты, уменьшены затраты энергии на закачку регенерационных растворов не мене чем в 1,5 раза и уменьшена приблизительно в 3 раза используемая площадь недр, причем эта площадь используется одновременно как для возврата отработанных растворов, так и для производства регенерирующих растворов.

По способу использования недр при регенерации ионообменных фильтров сооружают закачную скважину на подземный водовмещающий горизонт. Проводят закачку в него регенерационного раствора, сооружают на этом же горизонте откачную скважину, откачивают из нее воду для использования в качестве регенерирующего раствора. Техническим результатом является уменьшение затрат на приготовление и закачку регенерирующего и регенерационного раствора и уменьшение используемой площади недр. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ использования недр при регенерации ионообменных фильтров, включающий приготовление регенерирующего раствора, промывку им ионообменных фильтров, сооружение закачкой скважины на подземный водовмещающий горизонт и проведение закачки в него регенерационного раствора, отличающийся тем, что в качестве регенерирующего раствора используют природную воду из подземного горизонта, извлекаемую из него через сооруженную для этого откачную скважину, при этом закачную и откачную скважины располагают на один и тот же подземный горизонт. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закачную и откачную скважины располагают на таком расстоянии друг от друга, при котором время прохождения регенерационных растворов этого расстояния не превышает амортизационного срока службы скважин.