Образование и очистка шахтных вод

Содержание
1. Образование шахтных вод 2. Способы очистки шахтных вод
Содержание
1. Образование шахтных вод 2. Способы очистки шахтных вод

Способы очистки шахтных вод

Основными способами очистки шахтных вод являются отстаивание, осветление в слое взвешенного осадка, фильтрование, а также удаление взвешенных веществ под действием центробежных сил.

Отстаивание применяется как без обработки воды реагентами (безреагентное отстаивание), так и с предварительной обработкой коагулянтами и флокулянтами, фильтрование – преимущественно с применением реагентов, а осветление в слое взвешенного осадка – только с обработкой воды реагентами.

В качестве сооружений для реализации этих способов нашли практическое применение горизонтальные (железобетонные и земляные), вертикальные и тонкослойные отстойники, пруды-отстойники, осветлители со взвешенным слоем осадка, искусственные фильтрующие массивы, скорые напорные и открытые однослойные и двухслойные фильтры, фильтры с восходящим потоком очищаемой воды (контактные осветлители), гидроциклоны.

Отстаивание

Наибольшее распространение на предприятиях угольной промышленности получил способ отстаивания.

Безреагентное отстаивание продолжительностью до 6 ч. в горизонтальных секционных отстойниках небольшой емкости на большинстве угольных шахт обеспечивает очистку от взвешенных веществ в среднем до 50-200 мг/л, что не достаточно для сброса в водные объекты и подачи на фильтры доочистки. Образующийся при этом осадок обладает сравнительно высокой плотностью и плохо удаляется гидравлическим способом, а применяемый в большинстве случаев на практике способ удаления осадка путем его гидроразмыва и перекачки шламовыми насосами в илонакопители или иловые площадки нетехнологичен, особенно в зимних условиях, и весьма трудоемок. Поэтому очистка отстойников от осадка производится обычно один раз в год в летний период, что приводит к переполнению его осадком и неэффективной работе в течение длительного периода времени.

Безреагентное отстаивание в бетонированных и земляных отстойниках большей емкости, рассчитанных на 6-24 ч., обеспечивает более высокую эффективность, однако во многих случаях качество очищенной воды также не удовлетворяет предъявляемым требованиям. В целом они, хотя и в меньшей степени, обладают теми же недостатками, что и горизонтальные секционные отстойники.

Пруды-отстойники являются наиболее эффективными сооружениями по безреагентному отстаиванию шахтных вод и позволяют при оптимальных параметрах снизить содержание взвешенных веществ до величин, не превышающих 30-50 мг/л. Повышение эффективности очистки достигается при последовательной работе 2-3 прудов-отстойников. При невысоких требованиях к качеству воды, подлежащей к сбросу в водные объекты, и небольшом содержании тонкодисперсных частиц в исходной воде эти сооружения могут успешно использоваться в качестве самостоятельного способа очистки, а в остальных случаях – в качестве первой ступени очистки перед фильтрованием. Пруды-отстойники должны рассчитываться на длительное накопление осадка в течение не менее 10 лет.

Вертикальные и тонкослойные отстойники рассчитаны на работу, как правило, с предварительной обработкой шахтных вод реагентами и удалением осадка под гидростатическим давлением без выключения их из работы. Из этих двух типов сооружений более компактны, эффективны и удобны в эксплуатации тонкослойные отстойники, обеспечивающие при этом максимальную удельную нагрузку на поверхность для сооружений отстойного типа.

Осветление

Осветление в слое взвешенного осадка является весьма эффективным способом очистки шахтных вод и может осуществляться в аппаратах различного типа. Однако на предприятиях угольной промышленности преимущественное применение получили осветлители коридорного типа с вертикальным осадкоуплотнителем.

Работа осветлителей основана на явлении контактной коагуляции, которая происходит при прохождении очищаемой воды, подвергшейся реагентной обработке, через слой взвешенного осадка, находящийся в динамическом равновесии благодаря равенству скорости восходящего потока и средней скорости осаждения скоагулированных частиц. Необходимым условием эффективной работы осветлителей служит сохранение постоянства расхода и температуры очищаемой воды. Верхний предел содержания взвешенных веществ, поступающих на очистку шахтных вод не ограничен, а нижний предел составляет 150 мг/л, содержание взвешенных веществ в очищенной воде не превышает 10-15 мг/л. В связи с этим, данный способ может применяться как для одноступенчатой очистки шахтных вод, так и в качестве первой ступени очистки перед фильтрованием.

Фильтрование

Фильтрование, в отличие от отстаивания и осветления в слое взвешенного осадка, является методом тонкой (глубокой) очистки воды и осуществляется пропусканием воды через зернистые или пористые материалы. Осветление воды при фильтровании происходит в результате действия двух противоположных процессов: адгезии твердых или скоагулированных частиц к поверхности зерен фильтрующей загрузки и отрыва, ранее задержанных частиц и переноса их гидродинамическим потоком жидкости в следующие по ходу потока слои фильтрующего материала.

Отличительная особенность способа фильтрования заключается в высокой чувствительности его к содержанию взвешенных веществ в исходной воде. С повышением исходного содержания взвешенных веществ эффективность очистки и длительность цикла фильтрования резко снижается, существенно возрастает расход воды на промывку фильтров. В связи с этим предельное значение концентрации взвешенных веществ в исходной воде ограничено для скорых открытых однослойных зернистых фильтров 30 мг/л, для скорых напорных и открытых двухслойных фильтров 50 мг/л и для контактных осветлителей 150 мг/л .

Из механизма процесса фильтрования следует также, что его эффективность может быть повышена путем реагентной обработки поступающей на очистку воды. Способность коагулянтов и флокулянтов к образованию хлопьев, увеличению их плотности, прочности и сил адгезии позволяет оптимизировать процесс фильтрования и добиваться максимальной его эффективности. Таким образом, с учетом особенностей способа фильтрования, целесообразной областью его применения следует считать одноступенчатую очистку шахтных вод с небольшим исходным содержанием взвешенных веществ или вторую ступень очистки после отстаивания и осветления в слое взвешенного осадка.

Гидроциклоны

Прогрессивным направлением в технологии очистки сточных вод угольных предприятий является удаление взвешенных веществ под действием центробежных сил. Силы, действующие на выделяемые частицы в центробежных устройствах, больше сил тяжести, действующих в отстойниках. Вследствие этого повышается в несколько раз их производительность, уменьшаются их размеры. На горных предприятиях широко распространены напорные конические гидроциклоны. Загрязненная вода подается под давлением 0,05-0,3 МПа внутрь гидроциклона, поступает в цилиндрическую часть и вращательно движется в ней вместе с примесями. Крупные примеси отжимаются возникающей центробежной силой к стенкам и вместе с жидкостью по винтовой спирали поступают к сливу. Осветленная вода движется вверх по оси гидроциклона. Эффективность очистки в гидроциклонах составляет в среднем 70-80 %.

Выводы

Таким образом, при исследовании сложившейся ситуации в области очистки шахтных вод на угольных предприятиях Сибирского региона, с учетом условий их образования и качественного состава, можно заключить, что на сегодняшний момент основные проблемы угольных предприятий по очистке шахтных вод остаются не решенными: кроме низкой эффективности существующих технологий, они требуют больших эксплуатационных затрат.

При анализе применяемого оборудования для очистки шахтных вод, выявлены его недостатки, а следствием этого является то, что эффективность очистки шахтных вод на большинстве имеющихся очистных сооружениях недостаточна и очищенная вода по своим качественным показателям не удовлетворяет нормативным требованиям на сброс.

Поэтому возникает необходимость разработки и внедрения новых эффективных способов и технологических схем очистки шахтных вод с заменой устаревшего оборудования на современное, например, флотационное, которое, по нашему мнению, будет являться наиболее перспективным.

Литература

  1. Харионовский А.А. Комплексная очистка шахтных и карьерных вод от техногенных загрязнений. Шахты: Издательство ЮРО АГН. 2000. 238 с.
  2. Пилипенко А.Т. и др. Комплексная переработка шахтных вод. Под ред. А.Т. Пилипенко. К.: Техника. 1985. 183 с.
  3. Красавин А.П. Защита окружающей среды в угольной промышленности. М.: Недра. 1991. 221 с.
  4. Технологические схемы очистки от взвешенных веществ и обеззараживание шахтных вод. Каталог. М.: ЦНИЭИуголь. 1985.
  5. Меркулов В.А. Охрана природы на угольных шахтах. М.: Недра. 1981. 184 с.
  6. Харионовский А.А., Золотухин И.А. Оценка способов повышения работы горизонтальных отстойников // Охрана окружающей природной среды. М.: ИГД. 1978. С. 14-20.
  7. Парахонский Э.В. Охрана водных ресурсов на шахтах и разрезах. М.: Недра. 1992. 191 с.
  8. Гайдук Р.Д., Ижболдина В.И. Результаты промышленных испытаний метода осветления шахтных вод Печерского бассейна в восходящем потоке во взвешенном слое осадка. – В кн.: Очистка шахтных вод. М.: ИГД им. Скочинского. 1974.
  9. Кургаев Е.Ф. Осветлители воды. М.: Стройиздат. 1977. 192 с.
  10. Монгайт И.Л., Текиниди К.Д., Николадзе Г.И. Очистка шахтных вод. М.: Недра. 1978. 173 с.
  11. Горшков В.А. Очистка и использование сточных вод предприятий угольной промышленности. М.: Недра. 1981. 269 с.
  12. Ярошевская Н.В. Обоснование целесообразности фильтрования в направлении убывающей крупности зерен загрузки при очистке воды. – Деп. в ВИНИТИ, № 674. 10 с.
  13. Ярошевская Н.В., Андриевская М.Д., Сотскова Т.З. Анализ влияния различных факторов на эффективность работы водоочистных фильтров // Химия и технология воды. 1993. Т. 15. № 4. С. 294-303.
  14. Контактные осветлители для очистки воды / Под ред. Д.И. Минца. М.: Изд-во Минкоммунхоза РСФСР. 1955. 172 с.
  15. Швецов М.Н. Технические решения проблем охраны водных ресурсов в горнодобывающей промышленности юга Дальнего Востока: Автореф. дис. на соискание ученой степени докт. техн. наук. – Хабаровск. 1999.