Добыча и транспортирование минеральных вод

Каптирование — это заключение в трубу природной воды, добы­ваемой из недр посредством скважин.

Минеральные воды формируются на разной глубине недр, их добывают, используя гидротехническое водозаборное сооружение,

называемое каптажем, для захва­та воды на глубине и вывода ее на поверхность с необходимым де­битом (дебит — количество воды, даваемое источником в единицу времени) и напором при сохра­нении химического состава и фи­зических свойств.

Современный каптаж - это бу­
ровая скважина, обеспечивающая
захват воды с глубины при на­
дежной изоляции от других под­
земных вод. Менее распростране­
ны шахтные колодцы и горизон­
тальные или наклонные горные
выработки, служащие водосбором
(штольни). С помощью шахтных
колодцев выводят на поверхность
минеральные воды с небольших
глубин. В штольнях осуществляют
Рис. 99. Схемабуровой неглубокий захват большого ко-

каптажной скважины: личества рассредоточенных пото-

1 - фильтр скважины; 2 - насос ^{ков В}°Д^Ы НСбОЛЬШОИ МОЩНОСТИ.
с погружным элетродвигателем; Каптаж СОСТОИТ ИЗ ПОДЗСМНОЙ И

3,5 - колонна обсадных труб; наземной частей (рис. 99). Основные
4 - насосные (водоподъемные) трубы; части каптажного сооружения —

6 - кондуктор; 7 - павильон водозабор и распределительная

(надкаптажное помещение); _часть Водозабор- ЭТОСТВОЛ ГОр-

8 - задвижка; 9 - трубопровод _ft иыпяКттги я нем огнштымн

к потребителю; 10 - устье скважины ^НОЙ выработки,В немОСНОВНЫМИ

- оголовок; п - межтрубное частями являются водоприемник,

пространство; 12 - отстойник; через который в скважину посту-

а-а - статический уровень воды. пает вода; эксплуатационная (ра-

бочая) часть и устьевая часть с оголовком. Подъем воды осуществля­ют двумя способами; самоизливом и принудительным отбором с по­мощью насосов. Выше уровня земли находится устьевая часть водоза­бора, имеющая оголовок, и расположенная в специальных камерах или надкаптажном павильоне. В павильоне устанавливают: пульт уп­равления насосами, контрольно-измерительные приборы и др.

Транспортирование минеральных вод. Воду от скважины до пред­приятия транспортируют по трубопроводам, либо в автомобильных или железнодорожных цистернах.

По трубопроводам воду подают на расстояние до 50 км под не­большим избыточным давлением диоксида углерода, используя тру­бы из коррозиестойкой стали, чугуна, стекла, пищевого полиэтиле­на. Трубопроводы укладывают в бетонные или кирпичные коллекто­ры, а выполненные из коррозиестойкой стали и сваренные в атмосфере аргона — непосредственно в грунт.

В автомобильных цистернах воду перевозят на расстояние 50— 200 км. Для исключения дегазации заполнение цистерн ведут в гер­метичных условиях через нижние или боковые штуцеры со скорос­тью 0,8 м/с при давлении 0,05 МПа, обеспечивая микробиологичес­кую чистоту процесса. Если цистерны наполняют водой, содержащей двухвалентное железо, то из нее удаляют воздух, вытесняя его диок­сидом углерода со скоростью 300-360 дм³/мин. Термальные воды предварительно охлаждают до 20°С.

В железнодорожных цистернах воду перевозят на значительные расстояния. По сравнению с транспортированием бутылок (запол­ненных водой) навалом, при перевозке в цистернах сокращаются затраты, обусловленные боем бутылок и погрузо-разгрузочными опе­рациями. Так транспортируют воды: Боржоми, Нарзан, Бжни, Арз-ни, Нагутская, Бадамлы, Миргородская, Карачинская.

Станцию наполнения железнодорожных цистерн организуют при заводе минеральных вод или рядом с надкаптажным сооружением. На станции наполнения есть отделение промывания железнодорож­ных цистерн и первичной обработки воды. Первичная обработка зак­лючается в фильтровании, охлаждении, обеззараживании воды суль­фатом серебра или УФ-лучами и частичном насыщении диоксидом углерода до 0,05—0,1% масс.

Станцию слива минеральной воды из железнодорожных цистерн (рис. 100) организуют на заводах, где есть отделение по розливу минеральных вод. На станции слива устанавливают емкости для сбо­ра и хранения минеральной воды, а также аппаратуру для поддержа­ния давления СО₃ в емкостях.

Хранение минеральных вод. Углекислые (содержащие свободный диоксид углерода) и железистые минеральные воды хранят в герме­тичных резервуарах под избыточным давлением СО₂ до 0,05 МПа. Во избежание значительной дегазации резервуары заполняют снизу под слой воды со скоростью 0,6—0,8 м/с. Неуглекислые воды можно хра-

Рис. 100. Технологическая схема станции слива минеральной воды из железнодорожной цистерны:

1 — железнодорожная цистерна; 2 — насос; 3 - емкость для хранения

минеральной воды; 4 — газгольдер; 5 — вентилятор; 6 - предохранительный

клапан; 7 - коллектор; 8 - редуктор; 9 - баллоны для СО₂.

нить в негерметичных, нозакрытых резервуарах. Срок храненияводы, поступившей напредприятие железнодорожным транспортом, недол­жен превышать 5 ч.

Классификация, технология обработки ифасование питьевых минеральныхвод

§ 1. Классификация минеральных вод На рис. 101 представлена классификация минеральных вод:

4 Питьевые минеральные воды

Углекислые

[

Неуглекислые

Не со-

Содер-

Со держа -

Не

со-

Содер-

Содержа-

держащие

жащие

щие

держащие

жащие

щие

легко

легко

вещества,

легко

легко

вещества,

окис-

окисляе-

трансфор-

окис-

окисляе-

трансфор-

ляемых

мые

мируемые

ляемых

мые

мируемые

компо-

компо-

биогенным

компо-

компо-

биогенным

нентов

ненты

путем

нентов

ненты

путем

/

/

^

^ / /

Содержащие

/

Содержащие

Содержащие

/

соединения

/

восстановленные

соединения

/

железа (II)

/

формы серы

железа (IJ)

/

t

/

/

Содержащие

Содержащие

Содержащие

Содержащие

сульфат-

органические

сульфат-

органические

восстанавлива-

вещества

восстанавлива-

вещества

юшие микроор-

с

активной

ющие мккроор-

с активной

ганизмы

микрофлорой

ганизмы

микрофлорой

Рис. 101. Технологическая классификация питьевых минеральных вод

§ 2. Обработка минеральных вод

Перед розливом воду обрабатывают, подвергая ее фильтрованию, обеззараживанию, охлаждению и насыщению диоксидом углерода. Фильтрование минеральных вод проводят для освобождения их от взвешенных частиц. Воды минерализацией до 7—8 г/дм³ фильтруют на фильтрах из микропористой керамики, минерализацией выше 8 г/дм³ — на рамных фильтрах через фильтр-картон марки Т.

Минеральные воды неглубокого залегания, в которых высока вероятность микробиологического загрязнения, рекомендуется фильтровать на керамических свечных фильтрах с размером пор менее 1 мкм. Размер.клеток патогенных и условно-патогенных мик­роорганизмов 1—2 мкм и это позволяет эффективно их задержи­вать на свечных фильтрах.

Фильтрование воды проводят под давлением, обеспечивающем преодоление сопротивления в трубопроводе и фильтрующего мате­риала без дополнительной перекачки насосами.

Отстаивание минеральных углекислых вод вместо фильтрования недопустимо, так как при этом происходят дегазация и окисление их воздухом.

Обеззараживанию не подвергают воды с содержанием БГКП не более 1 ед. в 500 см³.

Для обеззараживания используют безреагентный способ, заклю­чающийся в обработке воды ультрафиолетовыми лучами длиной волны 225-300 нм. Наиболее эффективны лучи при 260 нм. При этом не изменяются органолептические показатели воды. Эффективность та­кой обработки снижается при содержании в воде коллоидных и тон­кодисперсных взвешенных частиц, а также соединений железа. Воды с содержанием железа более 0,3 мг/дм³ УФ-лучами не обрабатывают.

Кроме этого способа, применяют реагентные способы — серебре­ние и хлорирование. При серебрении воду обрабатывают дозой сереб­ра 0,2 мг/дм³. При этом уничтожаются не только патогенные микро­организмы, но и сапрофитная микрофлора, которые могут вызывать посторонние запахи.

Для обеззараживания вод, не содержащих легко окисляющихся компонентов, используют гипохлорит натрия.

Минеральные воды, в зависимости от температуры, обусловлен­ной тепловым режимом недр, относят к холодным температурой до 20°С, теплым (слаботермальным, субтермальным) температурой 20— 35°С, горячим (термальным) температурой 35-42°С и очень горячим (высокотермальным, гипертермальным) температурой выше 42°С.

Перед насыщением диоксидом углерода воду охлаждают до 4—10°С в противоточных холодильных установках. Термальные воды подвергают двухстадийному охлаждению, первую стадию проводят у скважины.

Все минеральные воды насыщают диоксидом углерода, так как он препятствует нарушению карбонатного равновесия и тем самым

способствует сохранению в растворе углекислых солей кальция, маг­ния, железа, а также подавляет развитие микроорганизмов, увели­чивает срок годности воды и улучшает вкус. При яодготовке воды к розливу углекислые воды теряют часть диоксида углерода, поэтому их дополнительно насыщают диоксидом углерода. Насыщение прово­дят при температуре воды 4-7°С и избыточном давлении в сатураторе 0,2 МПа или при температуре воды 8-10°С и давлении 0,25 МПа.

Неуглекислые воды карбонизируют.

Деаэрацию воды не проводят, так как это приводит к декарбони­зации воды, нарушению карбонатного равновесия и выпадению в осадок солей.

В зависимости от химического состава газовой и жидкой фаз ми­неральной воды разработано пять вариантов их технологической об­работки и фасования.

1. Технология обработки и фасования неуглекислых вод. Около 44% питьевых минеральных вод относится к неуглекислым. Их хи­мический состав стабилен, поэтому отпадает необходимость в спе­циальных технологических режимах для переработки таких вод, за исключением обработки неуглекислых сульфатсодержащих вод. На рис. 102 показана технологическая схема для розлива неуглекислых вод, которая включает только общепринятые технологические при­емы их обработки.

Минеральная вода из скважины 1 поступает в сборник мине­ральной воды 3, установленный в прикаптажном помещении 2. Насосом 4 минеральную воду перекачивают в сборник-мерник 5. Для удаления взвешенных веществ и частичного обеспложивания минеральную воду фильтруют на керамических свечных фильтрах б (для вод с минерализацией более 8 г/дм³ используют фильтры, в которых фильтрующим материалом является фильтр-картон). Ос­ветленная минеральная вода охлаждается до 4-10° С в противоточ-ном теплообменнике 7 и подается в промежуточный сборник 8. Все минеральные воды (кроме воды Лугела) насыщают диоксидом уг­лерода для улучшения вкусовых свойств и подавления жизнедея­тельности микроорганизмов. Для сохранения солевого состава ми­неральные воды перед сатурацией не деаэрируют. В сатураторе 9 поддерживают давление 0,2-0,25 МПа, что обеспечивает содержа­ние СО,, в разлитых в бутылку лечебных минеральных водах 0,15-

"I 3

Рис. 102. Схемарозлива неутлекнслыхвод

0,20%, в лечебно-столовых — не менее 0,30%, а в железистых — не менее 0,4%. Минеральные воды с коли-титром менее 500 поступа­ют далее на обеззараживающую установку 10(бактерицидная ус­тановка с использованием ультрафиолетовых лучей или установка для обработки воды сульфатом серебра) и в резервуар разливоч­ной машины. Бутылки из пакетов 12укладывают в ящики 11 и подают по ленточному транспортеру 13 к автомату 14для выемки бутылок из ящиков.

Бутылки ленточным транспортером 15перемещаются перед инс­пекционным устройством 16 и подаются в бутылкомоечную машину 17.Чистота бутылок после их отмывания еще раз проверяют на инс­пекционном устройстве 16.

Далее бутылки наполняют минеральной водой на разливочной машине 18,укупоривают на машине 19,инспектируют устройством 20, наклеивают этикетки машиной 21, с помощью машины 22 укладывают бутылки в ящики 23 и подают их в склад готовой продукции.

2. Технология обработки и фасование углекислых вод. Технологи­
ческий режим организован так, чтобы свести до минимума дегаза­
цию воды. Химический состав воды, в составе которых преобладают
кальций и магний, наиболее изменяется при дегазации. Технологи­
ческие операции для углекислых вод такие же, как для неуглекис­
лых, но все стадии проводят в условиях, исключающих или сводя­
щих к минимальной дегазации. Все резервуары, установки для ох­
лаждения и обеззараживания герметизируют.

3. Технология обработки и фасование минеральных вод, содержа­
щих железо. Для минеральных вод, содержащих более 5 мг/дм³ двух­
валентного железа, во избежание выпадения осадка, предусмотрены
технологические приемы, направленные на исключение дегазации и
окисления. Для сохранения в растворе железа, обладающего биологи­
ческим действием на организм, в воду вводят аскорбиновую или
лимонную кислоты. Стабилизирующие добавки вводят в автоцистер­
ну перед вытеснением из нее воздуха или в промежуточную емкость
при подаче ее по трубопроводу.

4. Технология обработки и фасования гидросульфидных и гидросуль­
фидно-сероводородных минеральных вод. Минеральные воды с содер­
жанием сероводорода до 20 мг/дм³ и гидросульфид-ионов до 30 мг/
дм³ обрабатывают с выведением сернистых соединений из состава
воды. Сернистые соединения окисляются с образованием коллоид­
ной серы, придающей воде опалесценцию. Сероводород также ухуд­
шает органолептические показатели. Поэтому после накопительного
резервуара воду для окисления подают в барботажный дегазатор,
куда поступает диоксид углерода. При барботировании СО₂ гидро­
сульфид-ионы превращаются в сероводород, который уносится из
воды током диоксида углерода. Остатки сероводорода удаляют при
деаэрации перед сатурированием.

5. Технология обработки и фасования минеральных вод, содержа­щих сульфатвосстанавливающие бактерии. Обработку и фасование таких вод проводят по технологическим схемам, аналогичным схе­мам для углекислых и неуглекислых вод. Но дополнительно уста­навливают оборудование для введения активного хлора и подавле­ния жизнедеятельности бактерий. Для этого в трубопровод перед фильтром вводят раствор, содержащий активный хлор. Остаточное содержание активного хлора в воде через 30 мин после хлорирова­ния должно быть 0,3 мг/дм³.

Выбор технологической схемы, В зависимосги от состава минераль­ной воды выбирают технологическую схему ее обработки и фасова­ния. Для неуглекислых вод, за исключением железистых азотных, например, марциальных, используют схему 1, по схеме 2 разливают углекислые воды, не содержащие легко окисляемых компонентов, а по схеме 3 — углекислые и азотные воды, содержащие легко окисля­емые соединения двухвалентного железа. Схему 4 применяют для воды, содержащей сероводород и его связанные формы (гидросуль­фид- и сульфид-ионы), а по схеме 5 фасуют воды, содержащие сульфатвосстанавливающие бактерии,