Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование и разработка методов очистки подземных вод хозяйственно-питьевого назначения непосредственно в пластовых условиях

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка методов очистки подземных вод хозяйственно-питьевого назначения непосредственно в пластовых условиях"

2 д ^

На правах рукописи

ХАЙСЛМ ХАЛЕД ЮСЕФ АБДЕЛЬ ВАХЕД

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ НЕПОСРЕДСТВЕННО В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена на кафедре промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Российского университета дружбы народов

Научный руководитель профессор, академик Международной академии

наук экологии и безопасности жизнедеятельйосш В.И. Тагасов Официальные ошшнеитм:

доктор геолого-минсралогичсских наук В.В. Антонов, кандидат технических наук Н.В. Малков

Ведущая организация: Санкт.-Петербургский государст венный горный институт имени Г.В.Плеханова (технического университета)

Защита диссертации состоится 15 декабря 1998 г в .16.00. часов на заседании диссертационного совета К 053. 22.26 в Российском университете дружбы народов. Адрес: 117302, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д.З

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов (117198, г.Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.6).

Автореферат разослан "_"ноября. 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Актуальность темы данной диссертационной работы связана с необходимостью разработки эффективных и экологичесш безопасных методов очистки подземных вод, предназначенных для хозяйсг-венно-питьевого водоснабжения.

Во многих случаях, добываемые подземные воды могут имел, относительно небольшие отклонения по качеству, не позволяющие использовать их для хозяйственно-питьевых целей без специальной водоподготовки. Например, для многих регионов России и Иордании характерно повышенное содержание в подземных водах, главным образом, железа, а также некоторых других металлов (марганец, аллюминий, кадмий и др.). В связи с этим, остро встает вопрос о дополнительном обезжелезивании и деманганации откачиваемых подземных вод. В данной диссертационной работе рассмотрены методы устранения железа и марганца путем осаждения слаборастворимых гидрооксидов этих металлов внутри эксплуатируемого водоносного горизонта.

Цели работы - заключались в исследовании и разработке эффективных методов очистки подземных вод хозяйственно-питьевого назначения непосредственно в пластовых условиях. В конечном итоге, целью диссертационной была разработка оптимальной технологии очистки подземных вод для централизованных водозаборов, с учетом необходимости минимального экологического воздействия на подземные источники водоснабжения.

Основные задачи исследований. В соответствии с поставленными целями решались следующие основные задачи:

1) обобщение и анализ основных представлениях о методах и технологиях очистки и доочистки подземных вод как на поверхности (после их извлечения из земных недр), так и непосредственно в пластовых условиях;

2) анализ особенностей гидрогеохимического поведения железа и марганца при закачке в пласт аэрированной воды;

3) проведение лабораторных и опытных полевых исследований и экспериментов по обезжелезиванию и деманганации подземных вод в пластовых условиях;

4) разработка оптимальной технологии очистки подземных вод, содержащих повышенные концентрации железа и марганца, в пластовых условиях.

Идея работы заключалась в поиске и опытно-промышленной апробации гового экологически безопасного метода очистки питьевых подземных вод, тозволяющего обеспечить устойчивое водоснабжение крупных объектов.

Методы исследований и достоверность результатов. Для решения по-ггавленных в диссертации задач выполнен широкий комплекс теоретических, методических, лабораторных и полевых исследований в разнообразных гео-гого-гидро-геологических условиях.

Методика исследований реалнзовывалась через:

- сравнительный анализ методов очистки и доочистки подземных вод а поверхности и в пластовых условиях;

- проведение лабораторных работ по оценке окисления железа и марганца в свободной среде;

- выполнение опытно-промышленных экспериментов по обезжелези-ванию и демангазации подземных вод в пластовых условиях;

- математическое моделирование связанное с выбором оптимальных параметров очистки подземных вод в односкважинной системе по схеме "закачка-откачка";

- теоретическое обобщение материалов и разработка основных подходов к выбору оптимальных технологий обезжелезивания и деманганации в пластовых условиях.

Научная новизна. В работе получен ряд новых научных результатов, имеющих как теоретическое и методическое, так и практическое значение.

Научная новизна и теоретические результаты работы заключаются в следующем.

1. Исследованы особенности гидрогеохимического поведения железа и марганца в природных водах. В лабораторных условиях получены кривые окисления эШк металлов в свободной среде.

2. Экспериментально в полевых условиях выявлены закономерности протекания окисления железа и марганца в пластовых условиях при закачке аэрированной воды по односкважинной схеме "закачка-откачка".

3. Разработаны методы оптимизации создания каталитической зоны, на которой происходит осаждения гидрооксидов железа и марганца.

Защищаемые положения.

' 1. В качестве эффективного и экологически безопасного метода очистки и доочистки питьевых подземных вод на глубинах свыше 50 м предлагается использовать односкважинную систему, работающую по схеме "закачка аэрированной воды - откачка пластовой воды". При этом для ускорения создания каталитической зоны предлагается использовать реагентную закачку щелочи и фильтрацию закачиваемой воды через карбонатный фильтр.

2. После создания каталитической зоны снижение содержания железа в откачиваемых подземных водах носит устойчивый характер. Экспериментально установлено, что в диапазоне от 7 до 22 откачиваемых объемов (по сравнению с закаченным) содержание суммарного железа снижается не менее чем в 2 раза, по сравнению с его концентрациями в исходной пластовой воде.

3. Характер снижения содержания марганца в откачиваемых водах свидетельствует о протекании процессов вторичной его сорбции на выпадающих гидрооксидах железа как в свободной среде, так и впластовых условиях. При этом, чем больше время контакта растворенного марганца с породами имеющими каталитическую пленку гидрооксидов железа, тем более интенсивно сорбируется Мп+2. Процесс деманганации носит волнообразный характер, параметры которого зависят от сорбционой емкости выпадающих гидроокислов железа и кинетики протекания данного процесса.

Практическая ценность работы. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке стратегии очистки и доочистки подземных вод в пластовых условиях при решении вопросов обеспеченности населения подземными водами различного целевого назначения, а также при отработке промышленной технологии обезжелезивания и деманганации подземных вод.

Реализация работы. Результаты научных разработок использованы при решении проблем организации централизованного водоснабжения п. Кор-чмино и г. Зеленогорск (Ленинградской обл.). Научно-методические разработки были использованы при проведении крупной региональной работы по оценке обеспеченности населения Северо-Запада РФ подземными водами хозяйственно-питьевого назначения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы док-лады-вались на научных семинарах и конференциях кафедр общей геологии и промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Российского университета дружбы народов, СПбГГИ; на 7-х Толстихинских чтениях (г.С,-Петербург).

Публикации - по результатам научных исследований опубликовано две печатные работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 95 наименований. Объем диссертации составляет 103 машинописных страницы текста и включает в себя 15 рисунков и 23 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе изложено современное использование водных ресурсов и рассмотрена проблема качества питьевых вод.

Проведенный анализ свидетельствует о том, что в среднем по земному шару величины использования возобновляемых водных ресурсов превзошли пороговые 10%,'за которыми возможно проявление глобальной неустойчивости (по существу, именно это вероятное проявление глобальной неустойчивости и называется "кризисом водных ресурсов" ). В конкретных регионах и на локальных участках эти величины могут достигать гораздо больших значений. Это может приводить к критическим ситуациям в организации систем водоснабжения. Особенно сложная ситуация возникает в связи с прогрессирующим загрязнением водных ресурсов.

В соответствии с целевым назначением качество подземных вод определяется требованиями государственных стандартов, технических условий и других нормативных указаний, принятых в той или иной стране. В диссертации проведен сопоставительный анализ требований государственных стандартов Иордании и России, а также международного стандарта для питьевых вод. Сравнивая требования названных выше стандартов можно отметить, что, в целом, требования Иордании соответствуют международному стандарту. Это касается органолептических свойств, микробиологических показателей, содержания токсичных микрокомпонентов и показателей общего хигмиче-

с кого состава питьевых йод. Исключение составляет норматив на ртуть, который в иорданском стандарте в 5 раз выше, чем рекомендуется в международном стандарте. 1 '

Причины, вызывающие отклонение качества природных вод от нормативных показателей, определяющих требования к питьевым водам, могут С ыть связаны с естественными или техногенными причинами.

Природное отклонение качества подземных вод, прежде всего, отмечается по отношению к железу и марганцу. Например, доля месторождений подземных вод, требующих специального обезжелезивания и деманганации, по северо-западному региону России достигает 55 %.

Во второй главе рассмотрены существующие методы очистки и доочист-ки питьевых вод на подземных водозаборах.

Во многих случаях, добываемые подземные воды могут иметь относительно небольшие отклонения по качеству, не позволяющие использовать их для хозяйственно-питьевых целей без специальной водоподготовки. Например, для Иордании, также как и для России, характерно повышенное содержание в подземных водах, главным образом, железа, а также некоторых других металлов (марганец, аллюминий, кадмий и др.).

Для доведения подземных вод до требований нормативных документов могут быть использованы методы дополнительной очистки или доочистки на поверхности, после их извлечения из водоносных горизонтов. Такими методами очистки являются: аэрирование, очистка на быстрых фильтрах, фильтрация через адсорбционные и мембранные фильтры, электро-химические методы очистки и пр. При использовании поверхностных методов очистки возникает множество проблем, главные из которых связаны с необходимостью складирования или захоронения остающегося токсичного фильтрата.

В современных условиях перспективным представляется очистка и до-очистка откачиваемых вод непосредственно в пластовых условиях.

Метод обезжелезивания подземных вод непосредственно в пластовых условиях основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтровании через поровое пространство горных пород выделять (сорбировать) железо на поверхности минеральных зерен.

В настоящее время в мире эксплуатируется более 150 установок обезжелезивания подземных вод в водоносном пласте, однако, при их проектировании до сих пор используется эмпирический подход, что связано со сложностью гидрогеохимических процессов. Различными исследователями предложен целый ряд математических моделей для описания процесса обезжелезивания воды в пласте, однако, по крайней мере в большинстве случаев, характер принятых при их выводе допущений позволяет их рассматривать скорее как регрессионные зависимости, чем в качестве уравнений^ описывающих реальное протекание физико-химических процессов в водоносном пласте.

При исследовании процессов обезжелезивания необходимо учитывать совместное протекание следующих основных процессов.

1. Сорбция - десорбция кислорода породами водоносного горизонта,

2. Каталитическое действие образующейся на поверхности минеральных зерен пленки, состоящей из окислов и гидроокислов железа.

3. Дополнительные потери кислорода на окисление органических веществ водоносного горизонта и растворенных в закачиваемой воде, а также на окисление железа, находящегося в обменном комплексе породы.

Одновременный учет перечисленных выше факторов является достаточно сложной задачей, что в практическом плане вынуждает, в основном, ориентироваться на опытно-экспериментальные методы исследования проблемы обезжелезивания подземных вод.

Метод деманганации подземных вод в пластовых условиях в гидрогеологической практике применяется относительно редко. Отметим, что, помимо геохимических аспектов поведения марганца при закачке аэрированной воды, о которых было сказано выше, важным является возможность вторичной сорбции марганца на выпадающие коллоиды гидроокиси железа.

В третьей главе исследуются методы обезжелезивания и деманганации подземных вод непосредственно в пластовых условиях на месторождениях "Корчмино" и "Зеленогорское" (Ленинградская обл.).

Опыты по обезжелезиванию на месторождении "Корчмино" проводились по схеме односкважинной цикличной "закачки - откачки". Для экспериментов использовалась водозаборная скважина глубиной 85 м, оборудованная на межморенные водоносные горизонты. Всего было проведено четыре фильтроцикла в режиме "закачка - откачка", причем два первых фильтро-цикла проводились без дополнительной аэрации закачиваемой водопроводной воды. Изменение концентраций железа и растворенного кислорода в третьем и четвертом фильтроциклах показаны на рис.1. Представленные данные показывают, что при снижении содержания растворенного кислорода меньше 1 мг/дм3 отмечается заметный рост концентраций общего железа.

Выполненные на месторождении "Корчмино" опытные работы показали технологическую возможность обезжелезивания подземных вод в пластовых уловиях как при закачке обычной невской воды (без дополнительной аэрации), так и при аэрировании ее с помощью эжектора специальной конструкции. Учитывая довольно низкие температуры закачиваемых вод (1-4 градуса) можно предположить, что в экспериментах железо в пласте осаждалось преимущественно химическим путем. Вероятно, химический состав подземных вод межморенного водоносного горизонта и состав закачиваемой невской водой оказались достаточно хорошо совместимыми для проведения обезжелезивания в пластовых условиях по схеме "закачки - откачки" в одно-скважинную систему. .. ,

В опытах наблюдается постепенное увеличение коэффициента отбора обезжелезенной воды (Котб.), определяемого как отношение обьема откаченной воды, в которой суммарное содержание железа не превышает варвдруе-

мое значение 0,3 мг/дм3, к обьему закаченной насыщенной кислородом воды. Так, дня первого фильтроцикла этот коэффициент был равен 2,32; для второго фильтроцикла он составил 2,90; для третьего фильтроцикла - 3,38; для четвертого фильтроцикла 3,48.

Месторождение подземных вод "Зеленогорское" располагается в районе г.Зеленогорска. На месторождении эксплуатируются подземные воды приуроченные к межморенным отложениям. По своему генетическому типу это месторождение, также как и МПВ "Корчмино", представляет собой погребенную долину. Геолого-гидрогеологические условия этого МПВ аналогичны месторождению "Корчмино".

Рис. 1. Изменение концентраций общего железа и растворенного кислорода в процессе 3-го и 4-го фильтроциклов: содержание растворенного кислорода в ходе откачки -1 - на 3-м фильтроцикле; 2 - на 4-м фильтоцикле; содержание общего железа -3 - на 3-м фильтроцикле; 4 - на 4-м фильтоцикле;

Опыты проводились в скважине № 10728 (глубина 80 м) по схеме "закачка - откачка".

Для выяснения принципиальной возможности обезжелезивания, перед началом экспериментов был проведен опыт по окислению железа в свободном объеме. Результаты аэрации в свободной среде показаны на рис. 2. Как видно из рисунка концентрация железа за 22-25 часов практически не изменилась. В дальнейшем, окисление сопровождалось образованием мелких хлопьев, выпадение которых продолжалось более суток. Выполненный опыт наглядно продемонстрировал отсутствие в водах межморенного водоносного горизонта трудноокисляемых форм железа.

Всего на месторождении "Зеленогорское" было проведено 13 полных фильтроциклов. При этом было выделено три этапа работ. На первом этапе, закачка проводилась обычной аэрированной водой, на втором этапе помимо этого добавлялась реагентная закачка в пласт щелочи ИаОН, на третьем этапе закачиваемая вода предварительно фильтровалась через фильтр заполненный карбонатным материалом и, кроме того, на 13-м фильтроцикле была продолжена реагентная закачка.

Рис. 2. Изменение содержания железа и растворенного кислорода

при окислении в свободном объеме Изменение содержания железа и марганца в зависимости от концентрации в откачиваемой воде растворенного кислорода (3-й филыроцикл), показано на рис. 3. Обратим внимание на то, что, также как и в опытах на месторождении "Корчмино" (см. рис.1), при снижении концентрации растворенного кислорода менее 1-1,5 мг/дм3 отмечается резкое лавинобразное повышение концентраций железа и марганца.

Рис. 3. Изменение содержания железа и марганца в зависимости

от содержания в откачиваемой воде растворенного кислорода (3-й фильтроцикл): 1-содержание Fei;; 2-содержание Мп+2.

Выполненные опытные работа показали, что процессы обезжелезива-ния на МПВ "Зеленогорское" в пластовых условиях идут достаточно активно.

Так, на первом этапе работ было получено, что всего лишь за три фильт-роцикла выход на суммарное содержание железа равное 1,2 - 1,4 мг/дм3 (снижение концентрации примерно в 5 - 6 раз по сравнению с исходным), отмечается при коэффициенте отбора обезжелезенных вод равном 2,0. При реагентной закачке процессы обезжелезивания идут еще более активно.

Выполненные работы показали, что снижение содержания железа в 5 - б раз по сравнению с исходным отмечается при коэффициенте отбора обезжелезенных вод (Ко) равном 3,2 (6-й фильтроцикл). Для седьмого фильтроцикла отмечается довольно устойчивое снижение содержания Fes До значений меньших 0,3 мг/дм3 (предельно-допустимая величина для питьевых вод) для величин коэффициента Ко равном примерно 1,6.

Работы третьего этапа отмеченную тенденцию подтвердили. В частно-„сти, снижение концентраций Fei до 0,3 мг/дм3 отмечается при следующих соотношения У/Уз:_

№ фильтроцикла Отношение V/Уз для Fei < 0,3 г/дм3 Примечание

9 1,7

10 1,8

11 за Начало закачки

12 3,3 через карбонат-

13 3,2 ный фильтр

Резкий скачок связан с началом фильтрации через карбонатный фильтр, что свидетельствует об эффективности данного способа. Подчеркнем также, что при фильтрации через карбонатный фильтр вода практически сразу же с первых откачиваемых объемов находилась в пределах ГОСТ,а.

Полученные на третьем этапе работ коэффициенты Ко делают систему обезжелезивания в пластовых условиях экономически достаточно выгодной.

Отметим также, что снижение содержания железа в откачиваемых подземных водах носит устойчивый характер, когда даже водоотбор более чем 7,5 объемов (6-й фильтроцикл) или 10,5 объемов (10-й фильтроцикл), по сравнению с закаченным, позволяет отбирать воды имеющие концентрацию Ре е примерно А 2 раза ниже, чем в исходной пластовой воде.

Можно констатировать, что примерно в диапазоне от 7 объемов до 22 объемов (эксплуатационный водоотбор между 2-м и 3-м этапами работ) содержание железа не превышает 3 - 3,9 мг/дм3.

Процессы деманганации в пластовых условиях идут менее отчетливо. Однако, и туг отмечается принципиальная возможность снижения концентрации марганца в откачиваемых подземных водах. На втором этапе работ было показано, что реагентная закачка делает этот процесс более рельефным. Например, перед началом 6-го фильтроцикла содержание марганца в пластовых водах достигало 1 мг/дм3. В процессе самого фильтроцшсла отмечалось постепенное снижение концентрации Мп+2, которое достигло своего минимума 0,35 мг/дм3 (снижение в 2,86 раза) при У/Уз равном 1,41.

Еще более отчетливо снижение концентрации иона марганца проявилось в 7-м фильтроцикле. Также как и в предыдущем фильтроцикле начальные концентрации марганца достигали довольно больших величин равных 1,05 мг/дм3. Начиная примерно от величин У/Уз равных 0,6 до 1,9 отмечается зона снижения содержания марганца в опсачивамых подземных водах. Минимальные значения в этом фильтроцикле были достигнуты примерно при У/Уз =1,3-1,4, когда концентрация Мп+2 снизилась до 0,33 мг/ дм3 (снижение примерно в 3,2 раза).

Минимальные значения содержания иона марганца в откачиваемых вода отмечалось в начале 5-го фильтроцикла, когда концентрация Мп+2 снизилась до 0,15 мг/дм3 (снижение концентрации примерно в 5-6 раз).

Проведенные на третьем этапе исследования показали примерно такие же тенденции в поведении марганца. Однако, в силу того, что при закачке воды через карбонатный фильтр величины рН были меньше, чем при реа-гентной закачке второго этапа работ, минимальные снижения концентрации марганца в работах этого этапа составили величину порядка 0,43 мг/дм3.

Заметам, что перерывы в проведении фильтроциклов, особенно перерывы между отдельными этапами работ, приводили к практически полному восстановлению концентраций марганца до исходных его значений.

Характер снижения содержания марганца в откачиваемых водах может свитедельствовать о протекании процессов вторичной его сорбции на выпадающих гидроокислах железа (аналогично, процессам вторичной сорбции в свободной среде). При этом, чем больше время контакта растворенного марганца с породами имеющими каталитическую пленку гидроокислов железа, тем более интенсивно сорбируется Мп +2. В этих условиях процесс будет иметь волнообразный характер, параметры которого будут зависеть от сорб-ционой емкости выпадающих гидроокислов железа и кинетики протекания данного процесса.

В четвертой главе рассмотрены вопросы разработки оптимальной технологии очистки в подземных вод в пластовых условиях с учетом необходимости обеспечения устойчивого недропользования. Рекомендуемая технология базируется на использовании моделей внутрипластового окисления и результатов выполненных опытно-промышленных экспериментов.

В настоящее время известны две основные схемы очистки в пластовых условиях: 1) односкважинные системы; 2) многоскважинные системы.

Многоскважинные системы обычно применяются для относительно неглубоких водоносных горизонтов, когда в скважины, подающие аэрированную воду, осуществляется налив без применения специального насосного оборудования. В России этот метод был опробован в 1991 г. на Мостовском водозаборе г. Комсомольска-на-Амуре. Для очистки от железа и марганца здесь был применен метод спаренных скважин. В 1993-94 гг. аналогичные работы были выполнены на водозаборе АО "Комсомольский нефтеперерабы-тывающий завод". В процессе работ было доказано, что для осаждения железа в пласте в данных условиях достаточным является повышение ЕЬ воды до 250 мВ, в результате подачи в пласт аэрированной воды со средними концентрациями растворенного кислорода 8-10 мг/дм3.

В то же время, односкважинные системы очистки хорошо зарекомендовали себя на действующих достаточно глубоких водозаборах подземных вод. Отметим, что стоимость традиционной устновки поверхностной очистки для подобных условий, оказывается более, чем в 10 раз выше, чем для установки обезжелезивания подземных вод в пласте. С этих позций, очистка подземных от железа и марганца в водоносном горизонте экономически более эффективна и не требует решения экологических проблем, связанных с утилизацией промывных вод, получаемых на поверхностных установках. Еще большего эффекта можно добиться, если технология очистки в пластовых условиях (как один из видов недропользования) будет ориентирована на обеспечение условий устойчивости недропользования.

Полученные в процессе выполнения работ на местородениях "Корчмино" и "Зеленогорское" результаты позволяют говорить о практической отработке технологии создания окисленной зоны с каталитической пленкой. Используя реагентную закачку щелочи и фильтрацию закачиваемой воды через карбонатный фильтр удалось всего лишь за 10 фильтро-циклов выйти на устойчивое снижение содержания железа не превышающее

0,3 мг/дмЗ при соотношении объемов закачиваемых и откачиваемых вод не менее 3,1 - 3,3. Одновременно удалось снизить содержание марганца в откачиваемых водах примерно в 2 - 2,5 раза.

На действующих водозаборах, при работе по односкважинной схеме "закачки-откачки", технология проведения экспериментов по очистке в пластовых условиях должна включать следующие главные моменты:

1) проведение опытно-фильтрационных работ на эксплуатационных скважинах, с целью уточнения конкретных значений фильтрационных параметров и состояния прифильтровой зоны скважин. Обычно, на действующих объектах, удается провести только одиночные откачки или экспрес-опыты, для интерпретации которых могут быть использованы разработанные методики;

2) проведение экспериментов по окислению в свободной среде, для оценки наличия трудноокисляемых форм железа и марганца и решения вопроса о принципиальной возможности окисления в пластовых условиях;

3) оценка величины минимального объема закачиваемой в пласт аэрированной воды. Данный минимальный объем определяется из необходимости создания гидрохимического барьера на расстоянии 10 и более метров от опытной скважины;

4) выполнение серии фильтроциклов, включая сюда и реагенгную закачку, по созданию каталитической зоны, на которой будет происходить высаживание железа и марганца.

Для оценки величины минимального объема закачиваемого в пласт необходимо определить расстояние, на которое проникает в пласт аэрированн-ная вода. Расчет глубины проникновения может быть проведен по схеме "поршневого вытеснения".

В соответствии с теоретическими проработками, одной из главных величин характеризующих реакционную активность каталитической зоны "зарядки" пласта является величина X, определяемая выражением:

Х = ОМ0,!,§/0й, (4.1)

где Оре+2 - константа скорости окисления железа адсорбированным кислородом; - расход воды при закачке в пласт; р0 - расход воды при откачке; 1, - время закачки; % - комплексный параметр, характеризующий удельную норму адсорбции кислорода породами водоносного горизонта.

При X меньше 3,0 имеет место проскок двухвалентного железа в откачиваемую воду; при X = 3,0 проскоковые концентрации уменьшаются, а при X больше 3,0 в течение определенного времени обеспечивается отбор практически полностью обезжелезенной вода.

Из формулы (4.1) можно получить

ХОо

=--(4.2)

При X= 3,0 формула (4.2) дает возможность определить минимальный объем закачиваемой воды при его "зарядке". Так при apetz - 0,04 мг- час/дм3 и при ^ = 0,6 мг/дм3 (данные полученные в опыте) эта величина оказывается равной

3 Qo :

Qrt, = -125- Qo (4.3)

0,04-0,6

Если расход откачки и закачки примерно равны друг другу, то из (4.3) следует, что время закачки должно быть не меньше 125 час = 5,2 суток.

Если найденную величину Q, t3 использовать в расчетах для оценки рас* стояния, на которое продвинется фронт закачки аэрированной воды, мы получим оптимальное значение, которое обеспечит формирование каталитической зоны необходимых размеров.

Таким образом, разработанная нами методика обеспечит получение оптимальной технологии очистки подземных вод в пластовых условиях.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Таким образом, основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему.

1. Выполнен анализ современного использования водных ресурсов в среднем по земному шару и по отдельным его регионам. Приведенные материалы свидетельствуют о том, что в среднем по земному шару величины использования возобновляемых водных ресурсов превзощли пороговые 10%, за которыми возможно проявление глобальной неустойчивости ("кризисом водных ресурсов").

Проведен анализ требований государственных стандартов Иордании и России, а также международного стандарта для питьевых вод. Исследованы основные источники загрязнения подземных вод, которые могут приводить к повышенным содержаниям в них тяжелых металлов.

2. Проведено обобщение и анализ основных представлениях о методах и технологиях очистки и доочиспш подземных вод. Выполнен анализ особенностей гидрогеохимического поведения железа и марганца при закачке в пласт аэрированной воды.

С современных позиций охарактеризовано формирование химического состава подземных вод содержащих повышенные концентрации железа и марганца. Формирование химического состава таких вод происходит в условиях отсутствия кислорода, высоких концентраций двуокиси углерода и низких значений Eh в пласте, что приводит к выносу железа и марганца из вмещающих пород в подземные воды.

3. Исследованы и проанализированы методы дополнительной очистки или доочистки подземных вод на поверхности, после их извлечения из водоносных горизонтов. Такими методами очистки являются: аэрирование, очистка на быстрых фильтрах, фильтрация через адсорбционные и мембранные фильтры, электро-химичеркие метода очистки и пр. При использовании

поверхностных методов очистки возникает множество проблем, главные из которых связаны с необходимостью складирования или захоронения остающегося токсичного фильтрата.

На основе углубленного анализа формирования химического состава подземных вод и геохимического поведения железа и марганца обоснована возможность эффективного применения методов внутрипластовой очистки вод от Ре и Мп. Эта технология, являющаяся альтернативой поверхностным методам водоподготовки на водозаборах подземных вод, рекомендуется для использования в условия северо-западного региона РФ, а также и для других регионов имеющих схожие геолого-гидрогеологические условия.

4. На примере месторождений подземных вод северо-западного региона РФ экпериментально установлено, что наиболее перспективным методом устранения повышенного содержания железа и марганца в подземных водах хозяйственно-питьевого назначения является их обезжелезивание и деманга-нация непосредственно в пластовых условиях

Полученные, в процессе выполнения экспериментальных опытно-промышленных работ по односкважинной системе (схема "закачка-откачка") на месторождениях "Корчмино" и "Зеленогорское", результаты позволяют говорить о практической отработке технологии создания окисленной зоны с каталитической пленкой. Используя реагентную закачку щелочи и фильтрацию закачиваемой воды через карбонатный фильтр удалось всего лишь за 10 фильтроцшслов выйти на устойчивое снижение содержания железа до 0,3 мг/ дм3 (т.е. снижение концентрации общего железа в 20-25 раз) при соотношении объемов закачиваемых и откачиваемых вод не менее 3,1 - 3,5. Одновременно удалось снизить содержание марганца в откачиваемых водах примерно в 2 - 2,5 раза.

Характер снижения содержания марганца в откачиваемых водах может свитедеяьствовать о протекании процессов вторичной его сорбции на выпадающих гидрооксидах железа. При этом, чем больше время контакта растворенного марганца с породами имеющими каталитическую пленку гидрооксидов железа, тем более интенсивно сорбируется В этих условиях процесс деманганации имеет волнообразный характер, параметры которого будут зависеть от сорбционой емкости выпадающих гидрооксидов железа и кинетики протекания данного процесса.

5. Выполненные теоретико-методические и экспериментальные работы позволили предложить оптимальную технологию проведения очистки в пластовых условиях.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Хайсам Абделъ-Вахед, Фролов Л.В. "Существующие методы очистки и доочистки питьевых вод'V1 Межвузовская конференция: - Актуальные проблемы экологии, Тез.доклад.-М., 1995.-С.21-22.

2. Хайсам Абдель-Вахед, Фролов Л.В., Тагасов В.И. "Исследование методов очистки подземных, вод в пластовых условиях^ II Межвузовская конференция: - Актуальные проблемы экологии, Тез.доклад.-М., 1996, с.13-14.

-л

"Н,

Хайсам Халед Юсеф Абдель-Вахед (Иордания)

«Исследования и разработка методов очистки подземных вод хозяйственно-питьевого назначения непосредственно в пластовых условиях».

Предложен новый экологически безопасный метод очистки питьевых подземных вод обеспечивающий устойчивое водоснабжения крупных объектов.

Проведен анализ современного использования водных ресурсов, требования международных стандартов для питьевых вод, обобщены основные представления о методах и технологиях очистки и доочистки подземных вод. Проанализированы методы дополнительной очистки и доочистки подземных вод на поверхности (аэрирование, фильтрация, электрохимические методы). Изучено геохимическое поведение железа и марганца.

«Examinations and the development of purification of industrual and pure (potabla) ground waters directly in geological formations.

Offered a new ecologically safe method of refining of pure underground waters ensuring the resistant water supply of large water consumers.

The analysis of the contemporary application of aqueous resources, the demands of international standards for pure waters, carried out of generalized main insight into methods and the technologies of refining and before the refining underground waters. Are Analyzed the methods of complementary refining and before the refining underground waters afloat (airation, percolation, electrochemical methods). Is Studied the geochemical behavior of iron and i—------- "

Hytham Khalid Yousef Abdel Wahid (Jordan)

I

17.II.98г. Объем 1п. л. Тир. 100 Зак. 761

Тип. РУДН, Орджоникидзе, 3

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата технических наук, Хайсам Халед Юсеф Абдель Вахед, Москва



^ - . /

/> / {] ( / А ..... / П / /> С

{; { I,/ - ■ ) / 4 ^ —- ' )

Министерство общего и профессионального образования РФ Российский Университет Дружбы Народов

На правах рукописи

ХАЙСАМ ХАЛЕД ЮСЕФ АБДЕЛЬ ВАХЕД

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ НЕПОСРЕДСТВЕННО В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель профессор, академик Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности В.И.ТАГАСОВ

Москва 1998

- 2 -

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................. 4

1. СОВРЕМЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ И ПРОБЛЕМА КАЧЕСТВА ПИТЬЕВЫХ ВОД....................................... 9

1.1. Современное использование водных ресурсов................................... 9

1.2. Анализ требований к качеству питьевых вод...................................... 16

1.3. Основные причины отклонения качества природных

вод от нормативных показателей......................................................... 20

2. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ И ДООЧИСТКИ ПИТЬЕВЫХ ВОД.................................................................................... 24

2.1. Методы обезжелезивания и деманганции на поверхности................ 24

2.2. Очистка в пластовых условиях............................................................ 34

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫЗ ВОД

В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ.............................................................. 38

3.1. Опыт обезжелезивания подземных вод на месторождении "Корчмино"........................................................................................... 38

3.2. Опыт обезжелезивания и деманганации подземных вод

на месторождении "Зеленогорское".................................................... 51

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ......... 70

4.1. Основные схемы очистки в пластовых условиях............................... 70

4.2. Концепция устойчивого недропользования как методическая основа выбора оптимальных технологий

очистки подземных вод в пластовых условиях............................... 72

4.3. Рекомендуемая технология очистки в пластовых условиях............... 79

Заключение................................................................................................... 92

Список использованной литературы.......................................................... 96

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИИ. Актуальность темы данной диссертационной работы связана с необходимостью разработки эффективных и экологически безопасных методов очистки подземных вод, предназначенных для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Во многих случаях, добываемые подземные воды могут иметь относительно небольшие отклонения по качеству, не позволяющие использовать их для хозяйственно-питьевых целей без специальной водоподготовки. Например, для многих регионов России и Иордании характерно повышенное содержание в подземных водах, главным образом, железа, а также некоторых других металлов (марганец, аллюминий, кадмий и др.). В связи с этим, остро встает вопрос о дополнительном обезжелезивании и деманганации откачиваемых подземных вод, В данной диссертационной работе рассмотрены методы устранения железа и марганца путем осаждения слаборастворимых гидрооксидов этих металлов внутри эксплуатируемого водоносного горизонта.

ЦЕЛИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ - заключались в исследовании и разработке эффективных методов очистки подземных вод хозяйственно-питьевого назначения непосредственно в пластовых условиях. В конечном итоге, целью диссертационной была разработка оптимальной технологии очистки подземных вод для централизованных водозаборов, с учетом необходимости минимального экологического воздействия на подземные источники водоснабжения.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ. В соответствии с поставленными целями решались следующие основные задачи:

1) обобщение и анализ основных представлениях о методах и технологиях очистки и доочистки подземных вод как на поверхности (после их извлечения из земных недр), так и непосредственно в пластовых условиях;

2) анализ особенностей гидрогеохимического поведения железа и марганца при закачке в пласт аэрированной воды;

3) проведение лабораторных и опытных полевых исследований и экспериментов по обезжелезиванию и деманганации подземных вод в пластовых условиях;

4) разработка оптимальной технологии очистки подземных вод, содержащих повышенные концентрации железа и марганца, в пластовых условиях.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Для решения поставленных в диссертации задач выполнен широкий комплекс теоретических, методических, лабораторных и полевых исследований в разнообразных геолого-гидрогеологических условиях.

Методика исследований реализовывалась через:

- сравнительный анализ методов очистки и доочистки подземных вод на поверхности и в пластовых условиях;

- проведение лабораторных работ по оценке окисления железа и марганца в свободной среде;

- выполнение опытно-промышленных экспериментов по обезжелезиванию и демангазации подземных вод в пластовых условиях;

- математическое моделирование связанное с выбором оптимальных параметров очистки подземных вод в односкважинной системе по схеме "закачка-откачка";

- теоретическое обобщение материалов и разработка основных подходов к выбору оптимальных технологий обезжелезивания и деманганации в пластовых условиях.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В работе получен ряд новых научных результатов, имеющих как теоретическое и методическое, так и практическое значение.

Научная новизна и теоретические результаты работы заключаются в следующем.

1. Исследованы особенности гидрогеохимического поведения железа и марганца в природных водах. В лабораторных условиях получены кривые окисления этих металлов в свободной среде.

2. Экспериментально в полевых условиях выявлены закономерности протекания окисления железа и марганца в пластовых условиях при закачке аэрированной воды по односкважинной схеме "закачка-откачка".

3. Разработаны методы оптимизации создания каталитической зоны, на которой происходит осаждения гидрооксидов железа и марганца.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. В качестве эффективного и экологически безопасного метода очистки и доочистки питьевых подземных вод на глубинах свыше 50 м предлагается использовать односкважинную систему, работающую по схеме "закачка аэрированной воды - откачка пластовой воды". При этом для ускорения создания каталитической зоны предлагается использовать реагентную закачку щелочи и фильтрацию закачиваемой воды через карбонатный фильтр.

2. После создания каталитической зоны снижение содержания железа в откачиваемых подземных водах носит устойчивый характер. Экспериментально установлено, что в диапазоне от 7 до 22 откачиваемых объемов (по сравнению с закаченным) содержание суммарного железа Бе е снижается не менее чем в 2 раза, по сравнению с его концентрациями в исходной пластовой воде.

3. Характер снижения содержания марганца в откачиваемых водах свидетельствует о протекании процессов вторичной его сорбции на выпадающих

гидрооксидах железа как в свободной среде, так и впластовых условиях. При этом, чем больше время контакта растворенного марганца с породами имеющими каталитическую пленку гидрооксидов железа, тем более интенсивно сорбируется Мп +2. Процесс деманганации носит волнообразный характер, параметры которого зависят от сорбционой емкости выпадающих гидроокислов железа и кинетики протекания данного процесса.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке стратегии очистки и доочи-стки подземных вод в пластовых условиях при решении вопросов обеспеченности населения подземными водами различного целевого назначения, а также при отработке промышленной технологии обезжелезивания и деманганации подземных вод.

РЕАЛИЗАЦИЯ. Результаты научных разработок использованы при решении проблем организации централизованного водоснабжения городов Корчмино и Зеленогорск (Ленинградской обл.). Научно-методические разработки были использованы при проведении крупной региональной работы по оценке обеспеченности населения Северо-Запада РФ подземными водами хозяйственно-питьевого назначения.

АПРОБАЦИЯ. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах и конференциях кафедр общей геологии и промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Российского университета Дружбы народов, СПбГГИ; на 7-х Толстихинских чтениях (г.С.Петербург).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 2 работы.

Работа была выполнена на кафедрах общей геологии и промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Российского университета Дружбы народов под руководством профессора, академика Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности В.Й.Тагасова. В обсуждении результатов работ принимали участие научные сотрудники и преподаватели кафедр, всем им автор выражает глубокую признательность. Особую признательность за постоянное внимание к работе автор выражает научному консультанту доценту, к.г.-м.н. Л.В.Фролову.

1. СОВРЕМЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ И ПРОБЛЕМА КАЧЕСТВА ПИТЬЕВЫХ ВОД

1.1. Современное использование водных ресурсов

Прежде всего обратимся к исследованию современного состояния природных водных ресурсов и анализу тенденций их использования.

Оценки последнего времени [24, 34, 56], показывают, что общий объем воды на Земле составляет примерно 1,3 -1,4 млрд. км3, из которых 96,7 - 97,3 % приходится на воды Мирового океана с минерализацией порядка 35-36 г/дм3. Пресные воды составляют лишь 2,5 - 2,7 % от общего объема свободной воды планеты, причем 69 - 77 % ее содержится в ледниках, постоянных снежных покровах и подземных льдах зоны многолетне-мерзлых пород (табл. 1.1) [56]. Подземные воды составляют около 30 % общего запаса пресных вод на Земле или 10,5 млн. км3.

Главной особенностью природных водных ресурсов является их постоянное движение и способность к самовозобновлению, что связано с общим круговоротом воды. Под воздействием солнечной энергии, вода движется в бесконечном гидрологическом (климатическом) цикле [44, 56] испаряясь с поверхности океана в атмосферу, из атмосферы в виде осадков попадает назад в океан или на сушу, а с суши снова в океан. Это огромная тепло- и водообменная установка Земли, включающая Солнце, гидросферу и атмосферу. Поскольку океан составляет семь десятых земной поверхности, значительная часть испаряемой им воды в виде атмосферных осадков поступает обратно, не участвуя в гидрологических процессах суши. Таким образом, только та часть атмосферных осадков, которая выпадает на сушу и не испаряется в атмосферу, становится природным возобновляемым ресурсом пресной воды, доступным для человека и других организмов биосферы. Практически, это составляет поверхностный сток су-

ши, равный 40 - 47 тыс. км3 в год [34, 56, 94] (оценка величин поверхностного стока суши, выполненного различными авторами [88, 92., 93], представлена в табл. 1.2). Соответственно, годовые, восполняемые гидрологическим циклом запасы пресной воды по континентам распределяются следующим образом (в тыс. км3): Европа - 3,0; Азия - 13,2; Африка - 4,1; Австралия - 2,3; Северная Америка - 6,7; Южная Америка - 11,2; Антарктида - 2,2; суша в целом - 42,7 [3].

Таблица 1.1.

Мировые запасы природных водных ресурсов (по данным [63])

Виды воды Объем; Доля в мировых запасах; %

тыс. км3 от общих запасов от запасов пресных вод

Мировой океан 1 338 ООО 96,5 -

Подземные воды 23 400 1,7

(гравитационные и капилярные)

Преимущественно пресные под- 10 530 0,76 30,1

земные воды

Почвенная влага 16,5 0,001 0,05

Ледники и постоянный снежный 24 064,1 1,74 68,7

покров

Подземные воды зоны многолет- 300 0,022 0,86

немерзлых пород

Вода озер: 76,4 0,013

пресных 91 0,007 0,26

соленых 85,4 0,006

Вода болот 11,5 0,0008 0,03

Вода в руслах рек 2,12 0,0002 0,006

Биологическая вода 1,12 0,0001 0,003

Вода в атмосфере 12,9 0,001 0,04

Общий запас воды 1385984,61 100

Пресная вода 35 029,21 2,53 100

Таблица 1.2.

Оценка различными авторами величин поверхностного стока

(по данным [88, 92., 93])

Автор, год Поверхносный Автор, год Поверхносный

сток; тыс. км3 з сток; тыс. км

Е. Реклус, 1883 28,0 М.И.Будыко, 1956 38,1

Дж.Муррай, 1887 27,2 Ф. Альбрехт, 1960 33,5

Е.Брюкнер, 1905 25,0 Я.Марцинек, 1964 33,5

Р.Фритцше, 1906 30,64 М.И.Львович, 1964 38,18

Г.Вюст, 1922 37,1 В.И.Корзун, 1974 47,0

В.Хальбфасс, 1934 48,0 М.И.Львович, 1974 41,0

М.И. Львович, 1945 37,0 Р.К.Клиге, 1982 50,237

Глобальный круговорот воды объединяет все водные ресурсы Земли в единую физическую систему гидросферы, и хотя ежегодный объем круговорота составляет лишь 496 - 577 тыс. км 3, или 0,04 % всей воды гидросферы, он обеспечивает существование жизни на Земле, а также, так называемые, малый биологический и большой геологический круговороты веществ планеты [44, 56]. На поддержание этого гигантского водного цикла тратится до 23 % всей солнечной энергии, поступающей на земную поверхность. О временных характеристиках этого круговорота можно судить по данным М.И.Львовича [34], в которых указана активность водообмена по времени полной смены массы воды (см. табл. 1.3).

Перейдем теперь к проблеме оценки использования водных ресурсов.

Мировое использование и потребление пресной воды в XX веке непрерывно возрастают. Причем главный рост водопотребления связан не столько с ростом населения, сколько с бурным ростом промышленного и сельскохозяйственного производства. Промышленное водопотребление с начала века к настоящему времени увеличилось более чем в 20 раз, а его

доля в общем водопотреблении выросла с 8 до 21 % к 1975 г. и, согласно прогнозам, в 2000 г. составит 32 % (см. табл. 1.4 и рис. 1.1).

Таблица 1.3. Характеристика активности водообмена (по данным [34] )

№ Основные составляющие при- Время полной сме-

п/п родных водных ресурсов ны массы воды;

годы

1. Мировой океан 2600

2. Глубинные подземные воды 2000

3. Пресные подземные воды 800

4. Почвенные воды 1

5. Полярные и горные ледники 9700

6. Подземные льды 10000

7. Озерная вода 17

8. Болотная вода 5

9. Вода в руслах рек 16 дней

10. Вода в атмосфере 80 дней

И. Вся гидросфера в целом 2400

Сельскохозяйственное водопотребление за этот же период выросло в 6 раз, а доля его в общем водопотреблении снизилось с 87 до 70 % и к концу века снизится еще до 57 %. Что же касается коммунального (хозяйственно-питьевого) водопотребления, то, хотя общий объем его с начала века к 1975 г. и вырос в 7 раз, доля его в общем водопотреблении меняется мало и остается относительно небольшой (около 5-7 %).

По данным на 1980 г. полное водопотребление в мире составляло около 3300 км 3/год [9, 71], при этом безвозвратное водопотребление составляло 1950 км 3/год или 59 % от полного. Этот же автор оценивает уве-

личение полного водопотребления к 2000 г. до величин порядка 5200 км 3/год [71].

Вместе с тем, глобальные цифры приведенные в табл. 1.1, хотя и дают в целом относительно благоприятную картину (если глобальное водопотребление к 2000 г. и достигнет величин порядка 6000 км3/год, то это составит около 13-15 % мирового речного стока, т.е. возобновляемой части водных ресурсов), в отдельных регионах может существенно быть хуже, подтверждая известное положение: вода есть там, где она особенно и не нужна и ее нет там, где ее остро не хватает. В частности, во многих крупных регионах мира уже к настоящему времени полное водопотребление составляет 20-65 % от годового стока рек, а в перспективе может достигнуть 40-100 % [39,48, 64, 71].

Таблица 1.4.

Рост полного водопотребления в XX веке и его главных компонентов

( по данным [48] )

Водопотребление 1900 г. 1940 г. 1975 г. 2000 г. (прогноз)

кмЗ/год % кмЗ/год % кмЗ/год % кмЗ/год %

Водоснабжение населения 20 5 40 4,8 147 5 440 7

Промышленность 30 8 120 15 633 21 1900 32

Сельское хозяйство 350 87 660 80 2074 70 3400 57

Водохранилища 0 0 2 0,2 112 4 240 4

Всего 400 100 822 100 2966 100 5980 100

С другой стороны, влияние на возобновляемую часть водных ресурсов в размере 13-15 %, на наш взгляд, тоже достаточно велико и может привести к экологическим проблемам при использовании водных ресурсов.

-•-РЯД1 -°-Ряд2 ~*~РядЗ

2000

Рис. 1.1. Рост мирового водопотребления в XX столетии:

1- хозяйственно-питьевое водоснабжение;

2- сельскохозяйственное водоснабжение;

3- промышленное водоснабжение.

По территории Российской Федерации суммарное водопотребление, в настоящее время, находится в пределах 95-96 км3/год [9, 71], при этом использование подземных вод достигает 14,5-15 км3/год, т.е. составляет примерно 15-16 %. Ежегодное использование подземных вод начиная с 1986 г. увеличивается примерно на 1-1,5 % в год, за исключением последних лет связанных с экономическим кризисом. Общая структура использования водных ресурсов по территории РФ представлена в табл. 1.5 (таблица составлена по данным [18]). Душевое водопотребление для хозяйственно-питьевых целей в среднем по территории РФ составляет 326

дм3/сутки, причем за счет подземных используется примерно 194 дм3/сутки.

В целом, по Российской Федерации ситуация с водообеспечением за счет восполняемых водных ресурсов несколько лучше, чем в среднем по земному шару. Суммарный объем з�