Формирование и использование железо- и марганецсодержащих пресных подземных вод северной части Средне-Амурского артезианского бассейна Козлов, Сергей Анатольевич

Введение к работе

Актуальность работы. Важнейшей социально-экономической іроблемой во всем мире является обеспечение населения водой питье-юго качества. Нижнее Приамурье обладает значительными ресурсами ;ак поверхностных так и подземных вод. Объектом исследований в іанной работе является северная часть Средне-Амурского артезиан-жого бассейна ( от оз.Болонь до г. Комсомольска-на-Амуре ) и его -орное обрамление, по мере необходимости для анализа привлекаются латериалы по другим частям Средне-Амурского артезианского бассейна ( рис.1 ). Использование подземных вод здесь в настоящее время весьма низкое и составляет менее 1 % от их ресурсов. Содержание же-теза в подземных водах достигает 80 мг/дм³, а марганца - 8 мг/дм³. Эксплуатация таких железо- и марганецсодержащих подземных вод ;опряжена со значительными трудностями и дополнительными затратами на удаление железа и марганца. Этим в значительной мере и объясняется широкое исторически сложившееся использование поверхностных вод р. Амур для водоснабжения городов и поселков. В связи с ростом загрязнения поверхностных вод р. Амур, роль подземных вод, как источника водоснабжения с каждым годом неуклонно возрастает. Железо- и марганецсодержащие подземные воды представляют большой практический интерес, в первую очередь как источник хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также как лечебные питьевые минеральные воды.

В пределах территории бывшего СССР специализированными и проектными институтами многие десятилетия развивалась технология очистки воды от железа и марганца на поверхностных станциях и установках г^езжелезивания, в том числе и с использованием реагентов для удаления марганца и железа. Различные модификации поверхностных установок обезжелезивания подземных вод эксплуатируются и на территории Дальнего Востока. В настоящее время практически

Рис. J .. Схема района исследований

1 - месторождения подземных вод (Л - Комсомольское, 2 - Хурбинское, 3 - Усть Эльбанское, 4 - Сенденское); 2 - объекты, на которых выполнены опытные раооть по обезжелезиванию и деманганации подземных вод в пласте ( I - водозабор Ком сомольского нефтеперерабатывающего завода, 2 - Мостовой участок Хурбинскогс месторождения, 3 - водозабор на станции Приамурской, 4 - водозабор завод; ЖБИ-5 ); 3 --границы района исследований; 4 - площадь Средне-Амурского арте зианского бассейна.

все станции обезжелезивания Дальнего Востока, а их около 100, работают неудовлетворительно.

Метод обезжелезивания и деманганации подземных вод в пласте нашел широкое применение в странах Западной Европы. К настоящему времени за рубежом эксплуатируется более 150 установок по обез-железиванию и деманганации подземных вод в пласте, а в пределах России и СНГ - более 40 установок.

Технология обезжелезивания и деманганации подземных вод в водоносном горизонте, как экономически более эффективная и не требующая решения экологических проблем в части утилизации промывных вод, получаемых на поверхностных установках, позволяет расширить масштабы использования подземных вод Нижнего Приамурья и других районов Российской Федерации.

Цель работы. Целью работы является установление основных закономерностей формирования железо- и марганецсодержащих подземных вод северной части Средне-Амурского артезианского бассейна в естественных и нарушенных условиях, и обоснование возможности эффективного использования этих вод в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Основные задачи исследований:

1. Анализ природных факторов формирования и распространения железо- и марганецсодержащих подземных вод, формирования их естественных ресурсов и выявление особенностей формирования химического состава этих вод в естественных и нарушенных условиях.

2. Анализ работы поверхностных установок по обезжелезиванию и деманганации подземных вод в регионе и анализ применения методов обезжелезивания и деманганации вод в водоносном горизонте на действующих водозаборах.

3. Сравнение и оценка применимости различных методов обезжелезивания и деманганации подземных вод.

6 4. Определение перспектив использования железо- и марганецсо-держащих пресных подземных вод. Методы исследований:

4. Полевые гидрогеохимичсжие исследования при выполнении гидрогеологической съемки, поисках и разведке пресных подземных вод, при выполнении гидрогеологических исследований на месторождениях твердых полезных ископаемых, при обследовании и изучении опыта эксплуатации действующих водозаборных скважин и групповых водозаборов и мониторинге подземных вод.

5. Стационарные многолетние наблюдения за изменением химического состава подземных вод на действующих водозаборах.

3. Опытные гидрогеологические работы по внутрипластовой
очистке подземных вод от Fe и Мп на действующих водозаборах.

^; 4. Статистическая обработка на ЭВМ результатов геохимических (полевых и лабораторных) исследований водовмещающих пород и подземных вод.

Научная новизна работы.

6. Впервые на основе углубленного изучения различных природных и антропогенных факторов выявлены особенности формирования железо- и марганецсодержащих пресных подземных вод в естественных условиях и на участках их интенсивной эксплуатации.

7. Впервые были получены и проанализированы данные по содержаниям железа и марганца, характеризующие процесс преобразования подземных вод в момент перехода от естественного ненарушенного к нарушенному эксплуатацией состоянию водоносного горизонта. ' . . . .

,., 3. Обоснована необходимость увеличения интенсивности водо-отбора и продолжительности опытных гидрогеологических работ при разведке месторождений подземных вод артезианских ' бассейнов Дальнего Востока.

4. Установлен механизм увеличения концентраций железа и марганца в подземных водах на участках водозаборов в период ввода их в эксплуатацию. Показано, что максимальное влияние на преобразование подземных вод па участках действующих водозаборов оказывают локальные факторы в околоскважинной зоне. Показана важность учета возрастания интенсивности водной миграции марганца по отношению к железу на участках водозаборов после ввода их і! эксплуатацию для проектирования использования подземных вод Средне-Амурского артезианского бассейна в хозяйственно-пшьеяых целях.

5. Обоснована возможность эффективного применения методов внутрипластовой очистки подземных вод от Г'е и М п в условиях (Средне-Амурского артезианского бассейна для их использования в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Защищаемые положения:

1. Выявлены закономерности формирования химического состава железо- и мартаиецсодержащих подземных вод Средне-Амурского артезианского бассейна как в естественных условиях гак и на участках им интенсивной эксплуатации. Формирование химического состава таких вод происходит в условиях отсутствия кислорода, высоких концентраций двуокиси углерода ( до 250 мг/дм¹ h отрицательных значе-i ий Eh в пласте, что и приводит к выносу железа и марганца из вмещающих пород в подземные воды. '

2. Доказана необходимость удлинении интенсивности и продолжительности откачек при разведке месторождений подземных вид артезианских бассейнов Дальнего Востока.

3. Обоснована возможность эффективного применения методов внутрип ''товой очистки подземных вод.от Fe и Ми в условиях Средне-Амурского артезианского бассейна для их использования в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Практическая значимость работы.-На основании проведенных исследований дан прогноз изменения химического состава месторож-

дений пресных подземных вод Средне-Амурского артезианского бассейна после начала их эксплуатации. Оценено влияние антропогенных факторов ца химический состав^, пресных подземных вод. Методические разработки и конкретные предложения реализованы при изучении и вводе в эксплуатацию месторождений пресных подземных вод Нижнего Приамурья.

Уточнена методика опытных гидрогеологических работ при разведке месторождений подземных вод артезианских бассейнов Дальнего Востока, с обязательным включением опытно-технологических исследований по очистке подземных вод от повышенных содержаний железа и марганца в состав полевых исследований.

Получены положительные результаты при опробовании технологии рбезжелезивания и деманганации подземных в пласте на Мостовом водозаборе Хурбинского месторождения подземных вод (район г. Комсомольска-на-Амуре ), на их основе разработан проект реконструкции и расширения данного водозабора. Технология внутрипласто-вой очистки подземных вод от железа и марганца внедрена на водозаборе АО "Комсомольский нефтеперерабатывающий завод".

В проведении исследований данного региона участвовал большой коллектив гидрогеологов Дальгеолкома, но в диссертации использованы данные, полученные непосредственно автором.

Апробация работы. По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 20 работ, внедрено 10 научно-производственных отчетов, в которых представлены средне- и крупномасштабные гидрогеологические карты Комсомольско-Амурско-Солнечного промышленного района и дана оценка эксплуатационных, запасов месторождений подземных вод для водоснабжения городов Комсомольска-на-Амуре, Амурска, поселков Эльбан, Кондер и др. с утверждением запасов в ГКЗ и ДВ ТКЗ>

Результаты исследований докладывались автором на совещаниях по подземным водам Сибири и Дальнего Востока : в г. Томске в 1991

году, в г. Иркутске в 1994 году, на научно-практической конференции в г. Хабаровске в 1995 году, на 2-м Международном конгрессе "Вода: экология и технология" (ECWATECH-96) в г. Москве в 1996 году.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Объем диссертации 204 стр., включая текст на 124 стр., 22 таблицы и 58 рисунков, а также 14 приложений на 19 стр. и :лисок литературы на 23 стр., включающий 219 названий.