СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОД ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА И ПРИМЕСЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК C02F1/24 C02F1/52 C02F9/02 C02F9/04 B01D21/02 B03D3/02 C02F103/06 

Изобретение относится к очистке подземных вод от растворенных в ней газов, в частности сероводорода и примесей, и может быть использовано в водоподготовке, например, изобретение может найти применение при подготовке экологически чистой воды в коммунальных, промышленных и оборотных системах хозяйственно-питьевого водоснабжения городов, населенных пунктов, отдельных объектов и сельскохозяйственных комплексов, а также при подготовке воды для санаторно-курортных комплексов.

Известен способ очистки воды, в том числе сероводорода [1], основанный на аэрации, обеззараживании и очистке с использованием оксидов марганца. Однако известный способ очистки воды является дорогим, сложным, трудоемким и длительным процессом за счет использования в нем дорогостоящего фильтрующего материала (в частности, силицированного кальцита), а также используемого для обеззараживания воды дорогостоящего оборудования с сорбционными фильтрами и нанесенными на их поверхность зернами серебра.

Известен способ очистки воды, в том числе сероводорода [2], основанный на использовании гибко меняющегося технологического режима, обеспечивающего непрерывность работы без ограничений по концентрации в исходной воде подлежащих очистке загрязнителей. Однако использование режима естественной вентиляции и мелкоячеистой насадки из колец Рашига приводит к снижению экологической безопасности за счет очевидного улетучивания в атмосферу опасных газов и ее загрязнения, а также делает эту технологию затратной, а саму очистку скорее «фиктивной», чем эффективной, как это заявлено в [2].

Известен способ очистки воды от сероводорода [3], основанный на предварительном аэрировании воды и последующей ее фильтрации через каталитическую загрузку, в качестве которой используют дробленый магнетит. Однако известный способ неэкономичный и экологически небезопасный за счет выброса в атмосферу при аэрировании сероводорода. Кроме того, использование дробленого магнетита в качестве каталитической загрузки приводит к значительному удорожанию технологии и делает ее трудоемкой и длительной, поскольку периодически возникает необходимость промывки фильтров из-за налипания к магнетиту разных примесей.

Известен способ обезжелезивания воды [4], основанный на коагуляции исходного конденсата, смешанного с природной речной водой и добавлением поверхностно-активных веществ (ПАВ), и последующей фильтрации. Однако этот способ достаточно дорогой, трудоемкий и длительный за счет дополнительных расходов, связанных с необходимостью подготовки и доставки чистой речной воды, а также использования дорогостоящих ПАВ.

Известен способ очистки воды от сероводорода [5], который является наиболее близким по решаемой технической задаче к заявляемому объекту «способ» и принятый в качестве прототипа. Известный способ [5] основан на использовании окислителей и последующей фильтрации через слои загрузки антрацита с металлической сеткой и кварцевого песка.

Недостатками прототипа, выбранного из заявляемой группы изобретений для объекта «способ», являются невысокая его практическая значимость и связанная с этим эффективность, поскольку очистка воды от сероводорода проводится с заведомо низким содержанием сероводорода в исходной воде (до 50 мг/л) - в сравнении, например, с заявленным изобретением (130 мг/л). Известный способ имеет также недостаточно высокую точность очистки за счет узкой области применения очистки исключительно к сероводороду (без учета дополнительных примесей). Кроме того, в описании, на взгляд Заявителя, допущена некорректность при указании очень высокой степени очистки, поскольку в описании полностью отсутствует информация об образованных окислах (т.е. не учтены продукты окисления оксидами).

Известно устройство для очистки подземных вод [6], которое является наиболее близким по решению технической задачи к заявляемому объекту «устройство» и принято в качестве прототипа. Известное устройство [6] содержит подводящую магистраль исходной воды, последовательно установленные по ходу процесса насос подачи исходной воды, блок окисления, блок осветления, линию отвода осветленной воды, блок фильтрации с системой регенерации, емкость готового продукта, систему вентилей. Реализуемый на этом устройстве технологический процесс основан на насыщении окислителем воды, последующем осветлении и фильтрации.

Недостатками прототипа, выбранного из заявляемой группы изобретений для объекта «устройства», являются длительность, высокая затратность и сложность технологического процесса за счет проведения фильтрации с регенерацией, которую необходимо дополнительно нейтрализовать; высокой металлоемкости и громоздкости используемой системы отстойников, а также за счет необходимых временных затрат, требуемых на замену загрязненных фильтров, и связанное с этим прерывание всего технологического процесса.

Технический результат, достигаемый новым решением, является общим для всей группы объектов заявленного изобретения (способа очистки вод подземных источников от сероводорода и устройства для его реализации) и состоит в повышении качества очистки, а также упрощении, удешевлении и снижении трудоемкости.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе очистки вод подземных источников от сероводорода и примесей на основе проведения флотации и осветления вод подземных источников в соответствии с заявленным изобретением флотацию осуществляют в две стадии, на первой из которых осуществляют подачу химического реагента, способствующего нейтрализации сероводорода, в соотношении на 1 куб.м очищаемой воды не менее 300 г в пересчете на сухой реагент, а на второй стадии флотации добавляют реагент, способствующий выпадению в осадок сульфатов и сульфидов в соотношении на 1 куб. м очищаемой воды не менее 400 г в пересчете на сухой реагент, после чего производят отстаивание очищаемой воды до достижения в ней не менее 96% нейтрализации сероводорода, которую определяют до полного выпадения в осадок сульфатов и сульфидов визуально и по результатам лабораторного анализа, а при наличии примесей дополнительно осуществляют коагуляцию отстоянной воды после нейтрализации в ней сероводорода добавлением раствора хлопьеобразующего химического реагента в количестве на 1 куб.м очищаемой воды не менее 150 г в пересчете на химический реагент в сухом состоянии, а при наличии в очищаемой воде примесей в виде нефтепродуктов доводят их снижение до количества не более 0,05 г на 1 куб.м очищаемой воды подземных источников.

Кроме этого, указанный технический результат достигается тем, что в качестве химического реагента, способствующего нейтрализации сероводорода, берут сернокислый цинк.

Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что в качестве химического реагента способствующих выпадению в осадок сульфатов и сульфидов берут кальцинированную соду и/или раствор извести.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что в качестве хлопьеобразующего химического реагента берут коагулянт титановый.

Указанный технический результат достигается также новым устройством для очистки вод подземных источников от сероводорода и примесей, содержащим контактный осветлитель и отстойник, в котором в соответствии с заявленным изобретением контактный осветлитель через отстойник соединен с флотатором, который имеет трубопровод подачи исходной воды подземного источника со штуцером для подачи реагента нейтрализации сероводорода, отстойник имеет глухие вертикальные перегородки, высота которых ниже уровня верхнего края его корпуса, контактный осветлитель соединен с отстойником трубопроводом со штуцером для подачи хлопьеобразующего химического реагента.

Кроме этого, указанный технический результат достигается тем, что контактный осветлитель имеет гравийную загрузку.

Помимо этого, указанный технический результат достигается тем, что флотатор имеет не менее двух камер, в одну из которых поступает исходная вода подземного источника.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что штуцер для подачи реагента нейтрализации сероводорода расположен на трубопроводе подачи исходной воды подземного источника на расстоянии не менее одного метра от входа во флотатор.

Вместе с тем указанный технический результат достигается тем, что штуцер для подачи хлопьеобразующего химического реагента расположен на трубопроводе, соединяющем контактный осветлитель и отстойник, на расстоянии не менее 1 метра от входа в контактный осветлитель.

В основу заявленного изобретения поставлена техническая задача повышения качества очистки вод подземных источников от сероводорода и примесей, а также упрощения, удешевления и снижения трудоемкости всего технологического процесса.

Сущность заявленного изобретения поясняется Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3.

На Фиг.1 и 2 представлены зависимости эффективности очистки воды от количества вводимых хлопьеобразующих химических реагентов (в г/куб.м), в качестве которых в примерах конкретной реализации были использованы сернокислый цинк (Фиг.1) и коагулянт титановый (Фиг.2).

На Фиг.3 представлена схема заявленного устройства, на котором реализуется новый способ очистки вод подземных источников от сероводорода и примесей.

Устройство содержит трубопровод (1) для подачи исходной воды подземного источника, штуцер (2) для подачи реагента нейтрализатора сероводорода, флотатор (3), отстойник (4), штуцер (5) для подачи хлопьеобразующего химического реагента и контактный осветлитель (6).

Работа заявленного устройства осуществляется следующим образом. По трубопроводу (1) подается исходная вода подземного источника, содержащая сероводород и примеси, которая затем направляется во флотатор (3), имеющий не менее двух камер, в одну из которых на первой стадии флотации с помощью штуцера (2), расположенного на трубопроводе (1) на расстоянии не менее 1 метра от входа во флотатор, осуществляется подача нейтрализатора сероводорода, а на второй стадии флотации - подача химического реагента, способствующего выпадению в осадок сульфатов и сульфидов. По трубопроводу (1) вода поступает в отстойник (4), имеющий глухие вертикальные перегородки, высота которых ниже уровня края корпуса отстойника. Затем вода по трубопроводу поступает на контактный осветлитель (6), имеющий гравийную загрузку и соединенный с отстойником (4) через штуцер (5), расположенный на расстоянии не менее 1 метра от входа в контактный осветлитель (6) и необходимый для подачи хлопьеобразующего реагента.

Примеры реализации заявленной группы изобретений (способа очистки вод подземных источников от сероводорода и примесей и устройства для его реализации)

Примеры реализации заявленного изобретения были проведены в реальных условиях на производственной (и/или лабораторной) базе структурных подразделений ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» подземных источников Усинского и Баяндыского нефтяных месторождений.

Технологический процесс очистки вод подземных источников от сероводорода и примесей заключается в следующем. По трубопроводу подается исходная вода подземного источника, содержащая сероводород в количестве не более 2000 г/м³ и примеси. Далее исходная вода направляется на первую стадию процесса флотации, где происходит подача сернокислого цинка - химического реагента, способствующего нейтрализации сероводорода, в исходную воду подземного источника, содержащую сероводород и примеси. Подачу сернокислого цинка осуществляют с помощью штуцера, который представляет собой короткий отрезок трубы с наружной резьбой и за счет которого происходит присоединение к трубопроводу подачи исходной воды подземного источника. Важным условием является расположение штуцера на расстоянии не менее 1 метра от входа во флотатор, что позволяет сернокислому цинку заранее вступить в химическую реакцию за счет создаваемого потоком исходной воды подземного источника интенсивного перемешивания. Далее смесь сернокислого цинка с исходной водой подземного источника направляется в первую камеру флотатора, где происходит связывание сероводорода по схеме: ZnSO₄+H₂S→ZnS↓+H₂SO₄. На второй стадии флотации осуществляется подача химического реагента - кальцинированной соды и/или раствора извести, с помощью которого выпадают в осадок сульфаты и сульфиды, что наблюдается визуально. Далее по трубопроводу вода направляется в отстойник, который имеет две глухие вертикальные перегородки, высота которых ниже уровня верхнего края корпуса отстойника, что позволяет очищаемой воде постепенно и равномерно перетекать от одной камеры к другой. По результатам лабораторного анализа определяется эффективность нейтрализации сероводорода после отстаивания по отношению к исходному содержанию. При достижении в отстоянной очищаемой воде не менее 96% нейтрализации сероводорода она далее направляется на стадию коагуляции для очистки от содержащихся примесей. Коагуляция проводится с использованием хлопьеобразующего химического реагента - коагулянта титанового, подача которого осуществляется в трубопровод через штуцер. Далее вода, смешанная с коагулянтом титановым, направляется на контактный осветлитель, имеющий гравийную загрузку, где происходит окончательный процесс очистки воды.

Пример 1

Результаты проведенных на производственной базе исследований на Усинском нефтяном месторождении ООО «ЛУКОЙЛ-Коми», где целью являлось снижение содержания сероводорода в воде подземного источника, иллюстрируются таблицей 1. Исходная вода подземного источника с содержанием сероводорода 87,15 г/м³-130,64 г/м³ подвергалась очистке с использованием в качестве химического реагента, способствующего нейтрализации сероводорода, сернокислого цинка, взятого в количестве 323 г/м³-483 г/ м³, а в качестве химического реагента, способствующему выпадению в осадок сульфатов и сульфидов, брались кальцинированная сода и/или раствор извести в количестве 418 г/м³-618 г/ м³.

Как видно из таблицы 1, в которой представлены результаты исследований по примеру 1, эффективность очистки воды подземного источника с содержанием сероводорода в количестве 87,15 г/м³-130,64 г/м³ составляет не менее 96%, при условии обработки воды сернокислым цинком в количестве не менее 300 г/м³ и кальцинированной содой и/или раствором извести в количестве не менее 400 г/м³.

Пример 2

Результаты проведенных на производственной базе исследований на Усинском нефтяном месторождении ООО «ЛУКОЙЛ-Коми», где целью являлось снижение содержания примесей в воде подземного источника, проиллюстрированы таблицей 2. Исходная вода подземного источника с содержанием примесей 29,04 г/м³-65,98 г/м³ подвергалась очистке с использованием в качестве хлопьеобразующего химического реагента - коагулянта титанового - в количестве 152 г/м³-387 г/м³.

Как видно из таблицы 2, в которой представлены результаты исследований по примеру 2, эффективность очистки воды подземного источника с содержанием примесей в количестве 29,04 г/м³-65,98 г/м³ составляет не менее 95%, при условии обработки воды коагулянтом титановым в количестве не менее 150 г/м³.

Пример 3

Результаты проведенных на производственной базе исследований на Баяндыском нефтяном месторождении ООО «ЛУКОЙЛ-Коми», где целью являлось снижение содержания сероводорода и примесей в воде подземного источника, иллюстрируются таблицей 3. Исходная вода подземного источника с содержанием сероводорода 87,15 г/м³-130,64 г/м³ подвергалась очистке с использованием в качестве химического реагента, способствующего нейтрализации сероводорода, сернокислый цинк в количестве 323 г/м³-483 г/м³, а в качестве химического реагента, способствующего выпадению в осадок сульфатов и сульфидов, - кальцинированную соду и/или раствор извести в количестве 418 г/м³-618 г/м³.

Как видно из таблицы 3, в которой представлены результаты исследований, эффективность очистки воды подземного источника с исходным равным содержанием сероводорода в количестве 137,18 г/м³ и с исходным равным содержанием примесей в количестве 58,19 г/м³. При добавлении различных количеств сернокислого цинка в диапазоне 298 г/м³-432 г/м³ и кальцинированной соды и/или раствора извести в диапазоне 380 г/м³-524 г/м³ эффективность нейтрализации сероводорода составляет от 95,82% до 99,46%. При добавлении различного количества коагулянта титанового в диапазоне 124 г/м³-275 г/м³ эффективность удаления примесей составляет от 92,91% до 99,91%.

Результаты многочисленных производственных и лабораторных исследований в режиме реального времени, частично отраженные в примерах 1-3 и в соответствующих таблицах (1-3), проиллюстрированы также на Фиг.1 и Фиг.2, на которых приведены графические зависимости эффективности очистки вод подземных источников от используемых в качестве хлопьеобразующих реагентов сернокислого цинка и коагулянта титанового.

Приведенные результаты подтверждают работоспособность и достижение технического результата заявленной группы изобретений: существенного упрощения технологии, снижения трудоемкости, повышения достоверности и эффективности очистки в более широком диапазоне по сравнению с известными аналогами и прототипами. Значимым результатом заявленного изобретения является также его универсальность применительно как к сероводороду, так и к примесям.

Источники информации

1. Патент RU №2145576 C1, МПК C02F 1/64.

2. Патент RU №2145577 C1, МПК: C02F 1/64; B01D 19/00.

3. Авторское свидетельство SU №793943, МКИ C02B 1/18.

4. Патент RU №2111925 C1, МПК: C02F 1/64; 1/52.

5. Патент RU №2042644 C1, МПК C02F 1/58 (прототип для способа).

6. Патент RU №2187462 C1, МПК: C02F 1/64; 9/04; C02F 9/04 (прототип для устройства).

Группа изобретений относится к очистке подземных вод от растворенных в ней газов и может быть использована в водоподготовке. По трубопроводу 1 подают исходную воду, содержащую сероводород и примеси. Затем воду направляют во флотатор 3, имеющий не менее двух камер. На первой стадии флотации через штуцер 2 осуществляют подачу нейтрализатора сероводорода, а на второй - подачу химического реагента, способствующего выпадению в осадок сульфатов и сульфидов. Обрабатываемая вода поступает в отстойник 4, откуда ее подают на контактный осветлитель 6, имеющий гравийную загрузку. Контактный осветлитель 6 соединен с отстойником 4 через штуцер 5, необходимый для подачи хлопьеобразующего реагента. Группа изобретений позволяет повысить качество очистки, а также упростить, удешевить и снизить трудоемкость. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 3 пр.

1. Способ очистки вод подземных источников от сероводорода и примесей, заключающийся во флотации, нейтрализации и осветлении вод подземных источников, отличающийся тем, что флотацию осуществляют в две стадии, на первой из которых осуществляют подачу химического реагента, способствующего нейтрализации сероводорода, в соотношении на 1 куб.м очищаемой воды не менее 300 г в пересчете на сухой реагент, а на второй стадии флотации добавляют реагент, способствующий выпадению в осадок сульфатов и сульфидов, в соотношении на 1 куб.м очищаемой воды не менее 400 г в пересчете на сухой реагент, после чего производят отстаивание очищаемой воды до достижения в ней не менее 96% нейтрализации сероводорода, которую определяют до полного выпадения в осадок сульфатов и сульфидов визуально и по результатам лабораторного анализа, а при наличии примесей дополнительно осуществляют коагуляцию отстоянной воды после нейтрализации в ней сероводорода добавлением раствора хлопьеобразующего химического реагента в количестве на 1 куб.м очищаемой воды не менее 150 г в пересчете на химический реагент в сухом состоянии, а при наличии в очищаемой воде примесей в виде нефтепродуктов доводят их снижение до количества не более 0,05 г на 1 куб.м очищаемой воды подземных источников.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве химического реагента, способствующего нейтрализации сероводорода, берут сернокислый цинк.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве химического реагента, способствующего выпадению в осадок сульфатов и сульфидов, берут кальцинированную соду и/или раствор извести.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве хлопьеобразующего химического реагента берут коагулянт титановый.

5. Устройство очистки вод подземных источников от сероводорода и примесей, содержащее контактный осветлитель и отстойник, отличающееся тем, что контактный осветлитель через отстойник соединен с флотатором, который имеет трубопровод подачи исходной воды подземного источника со штуцером для подачи реагента нейтрализации сероводорода, отстойник имеет глухие вертикальные перегородки, высота которых ниже уровня верхнего края его корпуса, контактный осветлитель соединен с отстойником трубопроводом со штуцером для подачи хлопьеобразующего химического реагента.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что контактный осветлитель имеет гравийную загрузку.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что флотатор имеет не менее двух камер, в одну из которых поступает исходная вода подземного источника.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что штуцер для подачи реагента нейтрализации сероводорода расположен на трубопроводе подачи исходной воды подземного источника на расстоянии не менее одного метра от входа во флотатор.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что штуцер для подачи хлопьеобразующего химического реагента расположен на трубопроводе, соединяющем контактный осветлитель и отстойник на расстоянии не менее 1 м от входа в контактный осветлитель.