Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
-
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ, ФОРМИРОВАНИЯ И ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ РАЙОНОВ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ХОЗЯЙСТВЕННО- ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ 11
Г1. Формирование пресных подземных вод и факторы, влияющие на распространение и формирование подземных вод 11 Т2. Гидрогеологическое расчленение западно-сибирского ме- габассейна. Размещение резервуаров пресных подземных вод 15 1.3. Формирование состава пресных подземных вод 26
2Л. Растворенные газы подземных вод 30
2 Л .2. Диоксид углерода 41
2Л.З. Сероводород 41
-
-
Фосфаты и железо-фосфатные комплексы 42
-
Железо 45
-
Фенолы и нефтепродукты 47
-
Азотосодержащие вещества 47
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССОВ ДЕСОРБЦИИ РАСТВОРЕННЫХ ГАЗОВ ИЗ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД 51
3 Л. Анализ существующих технологических схем и процессов
газ оудапения. 51
-
-
Теоретические исследования процесса десорбции метана в дегазаторах барботажного типа 61
-
Экспериментальные исследования процесса десорбции в дегазаторах барботажного типа 81
3.3.1 Моделирование процесса десорбции 81
-
-
-
Планирование эксперимента 83
-
Обработка результатов экспериментов 86
-
Лабораторные исследования процессов десорбции
метана 89
-
-
-
Производственные испытания дегазаторов барбо- тажно-аэрационного типа. 113
-
-
-
-
ТЕХНЖО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ 144 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 150
ЛИТЕРАТУРА
Приложение 1. Протокол испытаний экспериментальных дегазаторов 162 Приложение 2. Выписка из акта производственных испытаний дегазатора барботажно-аэрационного типа на водопроводных очистныхсооружениях г. Лангепас 164 Приложение 3. Акт испытаний опытного барботажно-
аэрационного дегазатора. 166
Приложение 4 Методика расчета барботажных дегазаторов при
заданных Qx, Сн и 168
Приложение 5 Методика расчета барботажных дегазаторов при
заданных Аж, Сн J и Dc 111
Введение к работе
Повышение уровня жизни, рост промышленного производства, развитие энергоемких технологий требует значительного количества энергетических ресурсов. В этой связи освоение природных богатств Сибири, где сосредоточено более 80% запасов России угля, нефти и газа, является одной из первоочередных задач. Однако, суровые природно-климатические условия, огромные размеры территории, недостаток трудовых ресурсов, удаленность от центральных районов затрудняет хозяйственное освоение Сибири и заставляет использовать в этом регионе принципиально новые подходы к размещению производительных сил, производству машин и оборудования, строительству объектов жилищно-коммунального, культурно-бытового и промышленного назначения. В этих условиях очень важной является проблема обеспечения качественной водой населения городов и поселков, промышленных предприятий и других объектов.
В качестве источников хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения на территории Западной Сибири могут использоваться как поверхностные, так и подземные воды. Однако, учитывая сзфовые климатические условия, слабое развитие гидрографической сети и растущее антропогенное воздействие, в настоящее время преимущество отдается подземным водам. Это положение в полной мере отвечает требованиям ГОСТа «Источники водоснабжения», согласно которому для хозяйственно-питьевого водоснабжения необходимо использовать весь наличный ресурс подземных вод и только дефицит водопотребления рекомендуется покрывать из поверхностных источников. Это объясняется высокой надежностью и устойчивостью подземного стока, а также возможностью более качественной и экономичной очистки подземных вод по сравнению с сильно загрязненными поверхностными источниками. Имеющиеся на сегодняшний день данные по расположению и запасам подземных вод, пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения, нельзя назвать полными, и в первую очередь это относится к северным районам
Тюменской области. Однако следует заметить, что изучением гидрогеологических и инженерно-геологических условий интересующих нас территорий занимались и занимаются большое количество организаций. К ним относятся Главтюменьгеология, Новосибирское, Томское, Западно-Сибирское НТО, СО РАН, ВСЕГЕИ, ВСЕГИНГЕО, ЗапСибНИГНИ, ВНИГРИ, ТюмГНГУ, ТГУ, МГУ и др. Работы этих организаций позволили накопить и систематизировать большое количество данных по гидрогеохимии и гидрогеологии рассматриваемого региона. В изучении процессов обработки подземных вод нефтегазоносных районов, а также гидрогеологических особенностей данного региона приняли участие НИИ КВОВ АКХ им. К.Д. Памфилова, ВНИИ ВОДГЕО, ЦНИИЭП инженерного оборудования, СГУПС и дрзЛие научные подразделения, и проектные организации.
Результаты исследований, проведенных в последнее время, показали, что подземные воды нефтегазоносных территорий Западной Сибири имеют 5шикальный химический состав. В них содержится железо, марганец, аммонийный азот, фенолы, нефтепродукты, железо-фосфатные комплексы и большое количество растворенных газов (диоксид углерода СО2, метан СЯ4, сероводород ЯгЛ). Присутствие этих загрязнений, а также низкий температурный режим сделали невозможным применение стандартных схем обработки воды.
Развитие систем водоснабжения на данной территории связано с периодом бурного освоения месторождений нефти и газа. На начальном этапе строительства и эксплуатации водоочистных сооружений технологические изыскания и исследования, как правило, не проводились. Это привело к тому, что на указанный регион были распространены известные схемы обработки воды, широко применявшиеся ранее в других регионах страны.
Основным загрязнением считалось железо, и для его удаления, чаще всего, применяли методы обезжелезивания с упрощенной аэрацией. Вопросам же десорбции растворенных газов внимания практически не уделялось. Процесс газовыделения в этом случае проходил не в специально предназначенных для этого сооружениях, а в фильтрах, резервуарах чистой воды и трубопроводах. Это значительно осложн5шо работу всех водопроводных сооружений, а в отдельных случаях приводило к возникновению опасной для жизни людей ситуации. Так, например, газы, выделяясь в загрузке фильтров, способствовали кольматации последней, вплоть до полной остановки сооружений. Подобные причины послужили толчком для усовершенствования схем очистки, и через некоторое время для дегазации воды стали применять вентиляторные десор- беры с насадками различного вида, чаще всего хордовыми. Акцент при этом ставился на извлечение диоксида углерода, поскольку присутствие этого газа напрямую влияет на эффективность процесса обезжелезивания и способствует коррозии трубопроводов. Удалению же взрывоопасного метана, поскольку его содержание в воде не лимитируется нормативными документами, отводилась второстепенная роль. Эта ситуация изменилась лишь в середине 80-х годов, в связи с возникновением взрывоопасных ситуаций на объектах водоснабжения. К решению этой проблемы были привлечены НИИ КВОВ АКХ, ЦНИИЭП инженерного оборудования, ЛИИЖТ и ряд других организаций. В своих рекомендациях лаборатории этих институтов, основываясь на аналогиях с удалением других труднорастворимых газов, предложили для десорбции растворенного метана применять вакуумные дегазаторы [115]. Кафедра «Гидравлики и водоснабжения» СГУПСа (НИИЖТа), учитывая особенности качественного состава подземных вод, предложила для этой цели конструкцию дегазатора аэрационно-барботажного типа.
Накопленный опыт эксплуатации существующих станций водоподго- товки показал существенные недостатки в работе насадочных и вакуумных дегазаторов, которые выразились в низкой эффективности процессов газоудаления, в особенности метана, и надежную, высокоэффективную работу десор- беров барботажного типа. Определение причин отказов дегазаторов, а также анализ работы последующих ступеней очистки выявили четкую взаимосвязь технологических процессов с гидрогеологическими особенностями качественного состава и установили необходимость изучения условий формирования подземных вод региона.
Эти и другие причины определили цель диссертационной работы: разработать теоретическое обоснование и инженерные решения, исследовать и внедрить в практику технологию очистки подземных вод нефтегазоносных районов Западной Сибири от газовых примесей, и в первую очередь от метана, поскольку присутствие этого газа в воде может вызвать последствия более пагубные нежели СО2 или НгЗ. Объясняется это следующими причинами: во-первых, выделяясь из воды в резервуарах, трубопроводах и помещениях станции водоподготовки, а также у потребителя, метан вместе с воздухом образует взрывоопасную смесь, что может привести к возникновению пожаро- и взрывоопасной ситуации. Об этом свидетельствует ряд несчастных случаев, в результате которых погибли люди. во-вторых, вступая в реакцию с хлором, метан способен образовывать токсичные и канцерогенные соединения (хлороформ и др.), а поскольку дезинфекция воды в большинстве слзд1аев производится, именно, хлором, да еще и на последнем этапе очистки, эти соединения будут накапливаться в резервуарах чистой воды и напрямую поступать потребителю.
К этому необходимо добавить, что практически все применяющиеся в настоящее время дегазаторы имеют низкую эффективность газоудаления не только метана, но и СО2. Повышенное содержание углекислоты приводит к тому, что вода становится агрессивной, усиливается коррозия труб. Происходит вторичное загрязнение воды железом.
Таким образом, можно отметить, что проблема дегазационной обработки воды является весьма актуальной, и решение этой задачи будет иметь практическое значение для народного хозяйства.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи: -обобщить имеющиеся данные о размещении подземных вод ЗападноСибирского мегабассейна, пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения; -изучить условия формирования вод и особенностей их качественного состава; оценить современный уровень научных разработок и их внедрения в области десорбции из воды растворенного метана, сероводорода и диоксида углерода; изучить теоретические основы и закономерности процессов газоудаления; -разработать теоретические принципы расчета дегазаторов и провести их апробацию; -подготовить научно-обоснованные рекомендации на проектирование, строительство и эксплуатацию аппаратов для дегазационной обработки воды; дать оценку технико-экономических показателей предлагаемых конструкций дегазаторов. -внедрить в практику очистки воды новые конструкции аппаратов для дегазационной очистки воды.
Научную новизну работы составляет: -исследование закономерностей десорбции растворенного метана в дегазаторах барботажного типа; получение критериальных уравнений десорбции метана в барботажных дегазаторах различного диаметра; -разработка методики проектирования и расчета десорберов барботаж- ного типа, предназначенных для удаления растворенного метана. разработка конструкции барботажного дегазатора для удаления растворенных газов в условиях Западной Сибири.
Практическая значимость: -разработанная технология осуществляет очистку воды физическими методами, что позволяет отказаться от содержания реагентного хозяйства и исключить возможность вторичного загрязнения воды; -отказ от реагентов улучшает экологическую обстановку и позволяет избежать химического загрязнения воды, почвы, воздуха; -удаление метана из воды ликвидирует опасность взрыва, как на станции водоочистки, так и у потребителя и исключает возможность образования хлорорганических соединений. -применение дегазаторов барботажного типа позволяет одновременно решить две задачи: произвести комплексное удаление растворенных газов и насытить воду необходимым количеством кислорода, что упрощает дальнейший процесс очистки воды; - использование барботажных дегазаторов в схемах очистки воды позволяет широко применять серийное оборудование, они надежны и просты в эксплуатации;
Работа выполнена в Сибирском государственном университете путей сообщения на кафедре «Гидравлика и водоснабжение».
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 118 наименований и 5 приложений. Работа изложена на 170 страницах текста, содержит 32 рисунка и 28 таблиц.
Похожие диссертации на Очистка подземных вод нефтегазоносных районов Западной Сибири от газовых примесей
-
-
-
-
-
-
-
-
