Методы очистки шахтных вод

Шахтные сточные воды очищают различными методами, важнейшими из которых являются механические, химические, физико-химические и биологические.

Механическая очистка применяется при выделении нерастворимых примесей методами процеживания, отстаивания, фильтрования и центрифугирования. Процеживание осуществляется через решётки, сита, сетки и позволяет избавиться от грубодисперсных примесей в воде. При отстаивании тяжёлые частицы примесей осаждаются, а лёгкие всплывают на поверхность. Фильтрование осуществляется чаще всего через песок, в котором остаются примеси. Центрифугирование осуществляется в гидроциклонах и центрифугах, где под действием центробежных сил механические примеси отбрасываются к стенкам и оседают на дно.

Для интенсификации процессов отстаивания и фильтрации в сточные воды обычно добавляют коагулянты и флокулянты.

Коагулянты (коагуляция - свёртывание, сгущение) - это вещества, при добавлении которых в шахтную воду происходит укрупнение частиц, и они выпадают из коллоидного раствора в виде хлопьевидного осадка или застуденевают. В качестве коагулянтов используют сульфаты аммония, железа или алюминия.

Флокулянты – поверхностно-активные вещества, адсорбируются на поверхности частиц и способствуют образованию агрегатов из нескольких частиц, которые всплывают на поверхность. В качестве флокулянтов используют полиакриламид, жирные кислоты, мыла и др.

Химические методы очистки основаны на добавлении в сточные воды реагентов, способствующих получению из растворённых в воде вредных примесей нерастворимых веществ и выпадению их в осадок в результате окислительно-восстановительных и др. реакций, Среди химических методов очистки широко распространены нейтрализация, окисление (активным хлором, кислородом воздуха, озоном и др.), восстановление и удаление ионов тяжёлых металлов.

Нейтрализация кислых шахтных вод осуществляется: смешением их со щелочными водами других шахт или со щелочными городскими сточными водами; введением соответствующих реагентов; фильтрованием кислых шахтных вод через специальные плотины из известковых пород или фильтрованием через отвалы пород, содержащих известняк.

Окисление шахтных вод осуществляется для обеззараживания их от микроорганизмов. Наиболее широкое распространение получило хлорирование воды. Для этого чаще всего используют жидкий хлор, а также гипохлориды кальция и натрия, хлорную известь и диоксид хлора.

Перспективным методом обеззараживания воды является обработка ее озоном - озонирование. При разложении озона в воде образуются свободные радикалы и молекулярный кислород, которые, являясь сильными окислителями, оказывают бактерицидное действие.

Восстановление используется для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка, которые при окислительно-восстановительных реакциях восстанавливаются до свободных элементов и оседают на дно. Для этого в воду вводят сульфит железа, сероводород и др.

Для удаления ионов тяжёлых металлов (ртути, хрома, кадмия и др.) используют гидроокислы кальция и натрия, карбонаты и др. В результате химической реакции образуются нерастворимые вещества.

Физико-химическую очистку используют для удаления из вод суспензированных и эмульсированных примесей, а также других веществ, растворенных в сточной воде, применяя коагуляцию, адсорбцию, ионообмен, экстракцию, кристаллизацию, дистилляцию, флотацию и др.

Адсорбция – это прилипание частиц, находящихся в очищаемой среде, к твёрдым веществам – сорбентам. В качестве таких веществ используются активированный уголь, синтетические сорбенты, некоторые отходы производства. Процесс происходит в адсорбционных установках. Проблема способа состоит в последующей очистке сорбента.

Ионообмен - процесс взаимодействия раствора с твёрдой фазой, обладающей способность обменивать ионы, содержащиеся в ней на другие ионы, присутствующие в растворе. В качестве твёрдой фазы используют алюмосиликаты, селикагели и др.

Экстракция - извлечение одного или нескольких компонентов раствора путем перевода их в несмешивающуюся с этим раствором другую жидкость. Используется при относительно высокой концентрации вредных веществ (фенолов, масел и др.).

Процесс протекает в три стадии:

- интенсивное смешивание сточной воды с экстрагеном (органическим растворителем);

- разделение чистой воды и несмешиваемых загрязнений, используя при этом отстаивание, центрифугирование, кристаллизацию;

- регенерация (восстановление) загрязнений.

Способ применим, если стоимость удаляемых веществ (например, ценных металлов), компенсирует затраты на проведение процесса.

Кристаллизация - образование кристаллов из растворов в процессе электролиза и при химических реакциях.

Дистилляция - удаление примесей из шахтной воды путем ее выпаривания.

Флотация основана на процессе взаимодействия загрязнённых веществ с поверхностью раздела воздуха и воды: к пузырькам воздуха, подаваемого, например, со дна ёмкости прилипают механические частицы, находящиеся в воде. При этом образуются комплексы частиц, которые удаляются при всплывании их на поверхность.

Биологическая очистка заключается в биохимическом разруше- нии (минерализации) микроорганизмами органических загрязняющих веществ. Участвующие при этом бактерии делят на две группы: аэробы (использующие при дыхании растворенный в воде кислород) и анаэро- бы (развивающиеся без свободного кислорода).

Аэробную биологическую очистку осуществляют в условиях близких к естественным (в биологических прудах и др.), а также в специальных искусственных сооружениях (аэрофильтрах, биофильтрах, аэротенках). В аэрофильтрах и аэротенках используется дополнительная аэрация воды, т.е. подача сжатого воздуха в воду.

Анаэробная очистка осуществляется в специальных резервуарах большой вместимости (до нескольких тысяч кубических метров ).

Технология очистки шахтных вод очистной установкой" Дон - 3"

В настоящее время для очистки шахтных вод хорошо зарекомендовала себя очистная установка " Дон - 3", которая обеспечивает очистку шахтной воды в подземных условиях и на поверхности. В шахте производится отстаивание воды в участковых и главном водосборниках, а также фильтрование её через обрушенные породы выработанных пространств лав. На поверхности шахты после откачки воды насосами главного водоотлива осуществляется очистка её с помощью напорных песчаных фильтров.

Технология очистки шахтной воды следующая.

Из участковых водосборников 1 (рис.2.1) частично отстоявшаяся вода подается насосами по трубопроводу 2 на один горизонт выше откаточного штрека и сбрасывается в выработанное пространство 3. Проходя вниз через обрушенные породы выработанного пространства вода фильтруется и, собираясь в водосточной канавке откаточного штрека, поступает дальше в водосборник главного водоотлива 7.

Для регулярной чистки водосборников - отстойников применяются ручные гидромониторы и гидроэлеваторы 8, с помощью которых осевший шлам перекачивается в выработанное пространство. Рабочая вода для гидромониторов и гидроэлеваторов подается из напорного става главного водоотлива по трубопроводу 6.

Плотина - перемычка 9 в водосборнике 7 служит для сливания верхнего осветленного слоя воды. Дальше вода через поплавковый всас 10 переливается в водозаборный колодец 11.

Поплавковый всас позволяет осуществлять забор поверхностного слоя воды, а также включать или выключать замыканием герметических электрических контактов насосы главного водоотлива при пересеченииуровнем воды соответственно допустимых нижнего и верхнего пределов.

Из водозаборного колодца вода откачивается насосами 14 на поверхность и подается по трубопроводу 22 на напорные фильтры 18 с песчаной загрузкой. Диаметр фильтра 3,4 м, производительность - 90 м ³/ч. Проходя через песчаные фильтры вода очищается от механических примесей и поступает по трубопроводу 23 в хлораторную с дозатором хлора 28, где хлорируется и поступает в резервуар осветленной воды 30. Оттуда она сбрасывается в гидрографическую сеть района или поступает потребителю.

Для защиты фильтров и трубопроводов от разрыва при превышении давления воды в трубопровод исходной воды перед фильтрами включен предохранительный клапан 21.

Обеззараживание в хлораторной осуществляется гипохлоритом натрия с содержанием активного хлора 5-6 мг/л, поступающим от электролизеров. Для получения гипохлорита натрия используются растворы поваренной соли. При отсутствии отходов поваренной соли для получения гипохлорита может использоваться техническая поваренная соль.

Если предприятие не располагает возможностью установки электролизёра, обеззараживание воды можно производить жидким хлором или хлорной известью.

Загрузка песка в фильтры осуществляется гидроэлеватором 15, установленным в дозирующей емкости песка 16 по трубопроводу 17.Рабочая жидкость для гидроэлеватора подается по трубопроводу 6. Песок в дозирующую ёмкость поступает со склада фильтрующего материала 26 с помощью установленного там гидроэлеватора 15 по трубопроводу 17.

Промывка загрязнённого фильтра осуществляется очищенной водой с других рабочих фильтров за счет её остаточного напора после фильтрования. Например, если осуществляется промывка левого фильтра, то вода идет к нему по трубопроводу 23 с других фильтров в направлении обратном рабочему фильтрованию. Для этого задвижкой 31 перекрывается движение воды в резервуар 30. Автоматическое поддержание необходимого давления воды обеспечивается регулятором 27. Далее промывная вода идет по загрязнённому фильтру снизу вверх, затем по трубопроводу 24 поступает в сборник промывной воды 29. Оттуда идёт в шламонакопитель на породном отвале для скоростного выделения шлама из воды, которая

на фильтровальную станцию в этом случае не возвращается или подается на специальную иловую площадку с возвратом отстоявшейся воды на фильтровальную станцию.

Запорная арматура на фильтровальной станции оборудуется гидравлическими приводами, работающими от маслостанции. Могут применяться также задвижки с электроприводом.