Подотвальная вода что это
Технология очистки подотвальных сточных вод горнодобывающих предприятий
Мустафин А. Г., Сабитова З. Ш., Башкирский государственный университет, Уфа, Россия
Ковтуненко С. В., Институт геологии Уфимского научного центра Российской академии наук, Уфа, Россия
Пестриков С. В., Уфимский государственный авиационный технический университет, Уфа, Россия
Деятельность предприятий горнопромышленного комплекса оказывает негативное воздействие на окружающую среду, которое проявляется в загрязнении атмосферного воздуха, почв, поверхностных и подземных вод, сокращении площадей земель, пригодных для сельскохозяйственного использования, снижении продуктивности земельных ресурсов, нарушении гидрологических и гидрогеологических режимов района, ухудшении ландшафта. Сточные воды предприятий горнопромышленного комплекса представляют наибольшую опасность для поверхностных и подземных вод.
На сегодняшний день не существует целостной технологической схемы очистки подотвальных сточных вод предприятий, добывающих полиметаллические руды. Трудности возникают из-за значительных материальных затрат на сооружение подобных установок, большого объема сточных вод, географического расположения данных объектов.
Отработанное месторождение Куль-Юрт-Тау в Зауралье в 5 км от г. Баймак Республики Башкортостан Российской Федерации — действующий источник загрязнения окружающей среды. Из-за нарушения гидрогеологического режима данной местности и воздействия природных факторов на рудный материал наблюдается неконтролируемый сток в р. Таналык подотвальных вод, имеющих следующие показатели: рН 2,16; минерализация 70 г/дм 3 ; концентрации тяжелых металлов (согласно атомно-адсорбционному анализу), мг/дм 3 : Fe — 10 4 ; Сu — 26,81; Мn — 29,49; Zn — 12,51; Со — 12,04; Ni — 1,31; V — 1,22; Сг — 0,12; Сd — 0,06. Основные загрязняющие элементы — железо и медь. Их концентрации больше ПДК в десятки тысяч раз; содержание других металлов также многократно прев ыш ает ПДК.
Создание рентабельной очистной установки на подобных объектах очень актуально. При построении технологической схемы очистки принято во внимание следующее:
— промышленные сточные воды с высоким содержанием ионов металла, как правило, локализованы (отстойники, хвостохранилища, пруды-накопители, затопленные карьеры); при просачивании воды из карьера в карьер концентрация ионов тяжелых металлов снижается до величины, приемлемой для дальнейшей очистки воды;
— применение физико-химических методов выделения металлов из разбавленных растворов весьма эффективно.
Разработанная нами технологическая схема представлена на рисунке.
Блок-схема очистки подотвальных сточных вод
В месте выхода подотвальных вод оборудуют гидроизолированный сборник в виде прямоугольного бассейна емкостью 200—500 м 3 . Из сборника кислые воды насосом подают в технологический модуль, где происходит их первичная очистка:
— селективная сорбця ионов свинца, ртути, мышьяка, кадмия;
— окисление фотоинициированным озоном с последующим выделением осадка (смеси окислов железа и марганца) на гидроциклоне и фильтре;
— электроэкстракция меди и цинка.
После первичной очистки воду направляют на нейтрализацию в бетонные желоба, заполненные крошкой из мраморизированных известняков, где происходит нейтрализация серной кислоты и более полная очистка от ионов металлов за счет образования нерастворимых в воде карбонатов и гидрокарбонатов металлов, которые скапливаются в специально оборудованных приямках и откачиваются на фильтрование. После узла гидрокарбонатной очистки воду подают на биоплато, засаженное высшими водными растениями, где происходит доочистка, позволяющая производить сброс в открытые водоемы.
Разработке данной технологической схемы предшествовали лабораторные эксперименты по подбору методов очистки подотвальных вод.
На основании результатов химического анализа установлено, что применение традиционных сорбентов типа катионитов или анионитов нерентабельно вследствие их малой емкости и селективности. Лабораторные исследования сорбционной очистки проводили с применением сорбентов-комплексонов типа полиметилсульфида, полиэтиленсульфида, полипропиленсульфида и их производных. Особенность этих сорбентов — высокая селективность по отношению к ионам ртути, кадмия, свинца, кобальта, селена, мышьяка в кислых растворах. Испытывали сорбенты Тр-1, Т-3, полимер — SM , СЭ, СП, КУ-2-8, угли БАУ и КАД. Результаты исследований показали, что материалы типа полимер -SM , (полиметилсульфиды) и типа Тр-1, Т-3 (серосодержащие гетероциклические соединения) обладают высокой сорбционной емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов, что позволяет использовать эти сорбенты в фильтрах-накопителях для предварительной очистки подотвальных вод.
Нами проведены предварительные исследования электроэкстракции меди из подотвальных вод отработанного месторождения Куль-Юрт-Тау, в которых содержание меди колеблется от 5 до 500 мг/дм 3 . Исходн ы й раствор с содержанием Cu 2+ 80 мг/дм 3 и суммарным содержание Fe 2+ и Fe 3+ 7-9 мг/дм 3 подвергали электролизу при различных режимах по току и стабилизации напряжения на ячейке. При малых токах образуются наиболее качественные катодные осадки меди и практически отсутствует газовыделение. Согласно экспериментальным данным подбирают режим работы промышленной установки электроэкстракции в зависимости от химического состава и электропроводности очищаемой воды.
Очистку воды с помощью сильных окислителей широко используют для выделения железа и марганца, ионы которых в высшей степени окисления легко гидролизуются с образованием нерастворимых осадков. Самый привлекательный реагент для этих целей — озон, окислительно-восстановительный потенциал которого составляет 2,07 В (перманганата калия — 1,51 В, хлора — 1,3б В). Широкое распространение методов озонирования сдерживается высокой стоимостью оборудования и большими эксплуатационными затратами. Это обусловлено особыми требованиями к очистке воздуха для установок, работающих на барьерных разрядах. Мы изучали возможность применения воздуха, прошедшего обработку вакуумным УФ-излучением в специальном растворе. Для исследований была изготовлена установка, которая состояла из компрессора, реактора с УФ-излучателем, смесительным устройством и фильтром для отделения образующегося осадка.
При реагентной очистке подотвальной воды месторождения Куль-Юрт-Тау использовали карбонат кальция. К пробе подотвальной воды объемом 100 мл добавляли 20 г порошкообразного карбоната кальция. Реакция протекала очень бурно, с обильным выделением пены, кальцит добавляли в раствор небольшими порциями. Образовавшийся осадок фильтровали на «синей ленте». В исходной воде сухой остаток составлял 70 г/дм 3 , а после карбонатной очистки — 6 г/дм 3 . Содержание тяжелых металлов определяли атомно-адсорбционным методом. Степень очистки воды от ионов железа, меди, кобальта, никеля, ванадия, кадмия и хрома превышает 9 G %, благодаря чему концентрации этих металлов в воде были снижены до ПДК для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования. Степень очистки от ионов марганца и цинка — 74,б и б0 % соответственно. Значительное снижение сухого остатка в очищенной воде свидетельствует об удалении не только катионов, но и анионов.
Благодаря наличию гидроксида железа осадок, полученный при карбонатной очистке подотвальной воды, имеет оранжевый цвет. Высушеннъгй и прокаленный при 200 °С осадок представляет собой мелкодисперсный ярко-коричневый порошок. Окраска свидетельствует о присутствии в нем большого количества железа в трехвалентном состоянии. Железосодержащие соединения часто используют как пигмент в производстве лакокрасочных материалов.
Для доочистки воды необходимо создать 3-уровневую цепь биологических очистных прудов, в которых используется способность высшей водной растительности, водной микрофлоры и микроорганизмов извлекать растворенные в воде органические вещества, минеральные соли, ионы тяжелых металлов с образованием нерастворимых комплексных соединений. Предлагается сформировать растительные сообщества, состоящие из следующих видов местной водной флоры: 1) тростник обыкновенный!; 2) рогоз узколистный; 3) камыш озерный; 4) рдест блестящий; 5) ситняг обыкновенный; б) осока дернистая.
Предлагаемая технологическая схема обеспечивает замкнутый режим работы без слива воды в открытые водоемы (очищенные воды направляются на орошение отвалов). Металлы выделяют в виде компактных продуктов — оксидов, гидроокисей и карбонатов, которые легко упаковываются для перевозки на специализированные предприятия для дальнейшей переработки.
Mustafin A. G., Sabitova Z. Sh., Bashkir State University, Ufa, Russia
Kovtunenko S. V., Institute of Geology, Ufa Scientific Centre, Russian Academy of Sciences, Ufa, Russia
Pestrikov S. V., Ufa State Aviation Technical University, Ufa, Russia
The technology of underspoil sewage treatment at the mining enterprises producing polymetallic ores is offered. The given technological scheme consists of moistureproof collector, unit of heavy metals ions selective sorption, oxidation block with photoinitiated ozone and subsequent deposit (iron and manganese oxides mixture) allocation on hydrocyclone and filter, electrowinning block (metal copper and zinc), hydrocarbonate clearing unit, bioplateau with higher water plants.
Мустафин Ахат Газизьянович, д-р хим. наук, зав. кафедрой физической химии и химической экологии, Башкирский государственный университет, ул. Фрунзе, 32, Уфа, 450007, Россия. Тел. (347) 273-09-88. E — mail
Сабитова Зиля Шафигулловна, мл. науч. сотр., кафедра физической химии и химической экологии, Башкирский государственный университет, ул. Фрунзе, 32, Уфа, 450007, Россия. E — mail
Ковтуненко Сергей Викторович, нач. отдела анализа минерального сырья, Институт геологии УНЦ РАН, ул. К. Маркса, 16/2, Уфа, 450077, Россия. Tел. (347) 273-13-71
Пестриков Станислав Васильевич, д-р хим. наук, ст. науч. сотр., кафедра безопасности производства и промышленной экологии, Уфимский государственный авиационный технический университет, ул. К. Маркса, 12, Уфа, 450025, Россия. Tел. (347) 272-33-36
Источник
Для предприятий горнодобывающей промышленности (карьерные, подотвальные, шахтные воды)
Карьерные и шахтные воды характеризуются большими расходами, высокой минерализацией и, как правило, отличаются высокой жесткостью и содержанием ионов тяжелых металлов, хлоридов и сульфатов. Кроме того карьерные и шахтные сточные воды содержат большое количество взвешенных веществ; соединения азота (ион аммония, нитраты, нитриты); значительное количество органических загрязнений, характеризуемых показателями перманганатной окисляемости и ХПК.
На большинстве карьеров и шахт РФ и стран СНГ проблема сточных вод решается с применением неэффективных и морально устаревших технологий. Шахтные и карьерные воды либо сбрасываются в искуственные пруды-накопители, либо в ближайшие водные объекты, при этом наносится значительный ущерб окружающей среде. Необходимость снижения экологической нагрузки на водные объекты, а также постоянное ужесточение контроля природоохранных органов требует применения современных технологий и оборудования для очистки карьерных и шахтных вод до норм сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения.
Для решения задачи очистки карьерных и шахтных вод НПП Би-ТЭК применяет комплексный подход, сочетающей эффективные традиционные и современные мембранные методы очистки воды, отличающиеся высокой энергоэффективностью и малым потреблением реагентов.
Комплексные решения НПП Би-ТЭК по очистке карьерных и шахтных вод включают в себя комбинацию различных видов водоочистного оборудования:
- резервуары-накопители типа РН для приема и усреднения вод;
- модульные системы обработки осадков станций водоочистки на базе УОЛВ;
- модернизированные традиционные системы для эффективного осветления карьерных и шахтных вод (фильтры глубинной фильтрации);
- современные системы микро- и ультрафильтрации для финишной глубокой очистки вод от механических и коллоидных примесей;
- системы баромембранного разделения высокоминерализованных вод, в том числе селективные — нанофильтрационные — для избирательного удаления ионов тяжелых металлов и снижения жесткости вод, а также обратноосмотическое обессоливание;
- эффективные современные системы термической утилизации сточных вод с применением экономичных и энергоэффективных выпарных аппаратов.
Применяемые технологии позволяют получать глубокоочищенную воду, соответствующую нормам сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения, а также нормам СанПиН «Питьевая Вода».
Очистные сооружения поставляются как в виде блок-модулей максимальной заводской готовности, так и в виде отдельных блоков определенного назначения для последующей установки в быстровозводимом здании или помещении Заказчика.
Все водоочистные системы автоматизированы с применением программируемых логических контроллеров (PLC), имеют цифровые интерфейсы для обеспечения возможности удаленного контроля и управления сооружениями.
Источник
Очистка сточных вод горнодобывающих предприятий
Очистка сточных вод горнодобывающих предприятийОчистка шахтных, карьерных, пластовых, подотвальных вод предприятий горнодобывающего и горнообогатительного комплексов
В последние десять лет ООО «БМТ» активно работает с предприятиями горнодобывающего и горнообогатительного комплексов, внедряя оборудование по очистке шахтных, карьерных, пластовых, подотвальных вод, образующихся при процессах выработки пластов горных пород полезных ископаемых. Учитывая природу образования вод и широкий спектр загрязняющих веществ, нами разрабатываются индивидуальные технологические решения для каждого объекта с целью достижения предельно допустимых концентраций на сброс в объекты рыбохозяйственного назначения. Как правило, шахтные, карьерные, пластовые, подотвальные воды имеют повышенные значения концентрация по следующим группам химических соединений:
1. Взвешенные вещества, которые представляют собой микрочастицы добываемой породы (каменный уголь, песок, руды цветных металлов)
2. Соединения азотной группы (азот аммонийный и азот нитритный)
3. Нефтепродукты в эмульгированной и растворённой формах
4. Ионы тяжелых металлов (медь, цинк, марганец, никель, алюминий; реже – кадмий, кобальт, хром, ванадий, вольфрам)
5. Минерализация (общее солесодержание), которое определяется повышенным значением суммы ионов кальция, калия, натрия, сульфатов, хлоридов, карбонатов. Данные примеси не являются токсичными и превышение по данным показателям в этих водах наблюдается значительно реже. Тем не менее, из горных пород зачастую вымываются ионы сульфатов и кальция, концентрации которых могут многократно превышать требования ПДК.
ООО «БМТ» предлагает специальные технические решения для удаления указанных групп загрязняющих веществ из шахтных, карьерных, пластовых, подотвальных вод.
Взвешенные вещества. Для эффективного удаления взвешенных веществ, содержание которых в исходной воде может достигать 100 000 мг/л, предлагается использование высокоэффективных коагулятов и флокулянтов. При этом важнейшая роль в очистке отводиться прудам – отстойникам, которые выполняют функцию аккумулирования и предварительного осветления отстаиванием воды, поступающей непосредственно из горных выработок. Объёмы прудов – отстойников различные и рассчитаны на время пребывания воды от нескольких часов до нескольких суток. Количество прудов – два и более. По мере накопления и уплотнения осадка один и прудов подвергается сливу, осушке, при этом уплотнённый осадок раз в несколько месяцев извлекается экскаватором. Второй пруд при этом включается в работу по сбору и осветлению воды. Комбинирование реагентной обработки и рабочих параметров пруда – осветлителя позволяет повысить эффективность осветления до 95-98 % и достижение фактической концентрацией взвешенных частиц на выходе из пруда – осветлителя на уровне 30 — 50 мг/л.
Для удаления азотной группы соединений (азота аммонийного и азот нитритного) используется автоматически контролируемое дозирование окислителя на основе активного хлора с его последующим дерхлорированием. Операция позволят полностью удалить даже следовые количества аммония и нитритов.
Нефтепродукты. Для удаления нефтепродуктов используется адсорбционная загрузка, селективная к нефтепродуктам. Применяемый адсорбент является представителем нового класса сорбента на основе природного алюмосиликата. Его основное назначение – это доочистка нефтепродуктов в области низких концентраций для достижения нормативных требований на сброс (не более 0,05 мг/л). Гранулы сорбента имеют микропористую, мезопористую и слоистую чешуйчатую макропористую структуру, благодаря чему сорбент имеет по эмульгированным и растворённым нефтепродуктам высокую сорбционную ёмкость и подлежит замене не чаще 1 раза в год.
Тяжёлые металлы. Для удаления тяжёлых металлов ООО «БМТ» использует специальную модифицированную адсорбционную загрузку. Основное назначение адсорбционной загрузки – это удаление тяжёлых металлов в частности, меди, никеля, цинка, марганца, находящихся в исходной шахтной воде даже в низких концентрациях и доведение воды до требований ПДК на сброс в рыбохозяйстенный водоём. Модифицированный материал имеет высокую селективную адсорбционную активность к указанным тяжёлым металлам. Вторым возможным технологическим решением доочистки воды от тяжёлых металлов в области низких концентраций является применение специальных хелатных ионообменных смол европейского производства. Существенным их недостатком являются высокие капитальные затраты (до 20 € за 1 литр смолы) и сложный механизм двухступенчатой регенерации агрессивными химическими реагентами (кислота, щёлочь), соответственно, имеет место наличие отработанных регенерационных растворов, требующих утилизации. Всех этих недостатков лишена разработанная ООО «БМТ» технология с применением селективных к тяжёлым металлам сорбентов, гарантируя при этом достижение ПДК на сброс.
Минерализация (солесодержание). В сточных водах шахт и карьеров периодически имеет место превышение показателя общей минерализации (солесодержания), а именно солей сульфатов, гидрокарбонатов, кальция, магния, натрия. Инновационная разработка ООО «БМТ» ориентирована на удаление сульфат–ионов и снижение общего солесодержания воды без применения дорогостоящих и энергозатратных баромембранных и выпарных технологий.
В основу разработанной технологии очистки от сульфат – ионов положен физико – химический метод, в процессе которого образуется сложная кристаллогидратная соль — эттрингит, обладающая сверхнизкой растворимостью в воде и выпадающая в осадок в осветлителе — отстойнике. Технология позволяет снизить концентрацию сульфатов в шахтных, карьерных, пластовых, подотвальных водах с исходных 3000-5000 мг/л до 100 мг/л, что обеспечит достижение ПДК рыбохозяйственного сброса, как по сульфатам, так и по общему солесодержанию (не более 1000 мг/л в очищенной воде согласно требованиям ПДК). Кроме этого, коллоидная суспензия эттрингита, образующаяся в отстойнике, обладает высокой сорбционной активностью в отношении ионов тяжёлых металлов, нефтепродуктов, что обеспечивает дополнительное снижение их концентраций в очищаемых водах. Эттрингит, как твёрдый отход может использоваться при производстве бетонных изделий различного назначения, существенно повышая их прочность и долговечность либо направляться на захоронение как твердый отход 4 класса опасности.
Предложенные инновационные решения ООО «БМТ» разработаны, подтверждены экспериментально, апробированы в ходе пилотных испытаний на предприятиях горно-добывающего и горно-обогатительного комплексов России, гарантированно обеспечивают достижение требований ПДК по всем показателям на сброс очищенной воды в объекты рыбохозяйственного назначения.
На фото: сооружения водоочистки блочно–модульного типа производительностью 2500 м 3 /час, изготовленные для месторождения бокситов, находящееся в республике КОМИ корпорации РУСАЛ
Источник
