Малышенко В.С., Каплунов Ю.В., Красавин А.П., Харионовский А.А. Совершенствование природоохранных работ в угольной промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

ОЧИСТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД

Серьезной проблемой в отрасли является очистка кислых шахтных вод,

характеризующихся присутствием в них высоких концентраций растворенных

солей железа и алюминия, а также других тяжелых металлов в виде

микроэлементов. Объем этих вод составляет 60 млн м

в год, что выдвигает

задачу обезвреживания кислых стоков в число первоочередных

природоохранных мероприятий.

Устранение отрицательного влияния на окружающую природную среду

кислых шахтных вод осуществляется в основном по двум направлениям:

- разработка и осуществление мероприятий по сокращению объем шахтных

вод;

- разработка и внедрение эффективных экономичных и отвечающих

современным требованиям охраны природы технологий их очистки.

Институтами ВНИИОСуголь и Уралгипрошахт совместно с ПО «Кизелуголь»

разработаны конкретные мероприятия по снижению водопритоков и

загрязненности кислых шахтных вод на всех действующих и отработанных

шахтах этого объединения.

При разработке технологии очистки кислых шахтных вод, прежде всего,

должно быть обеспечено удаление из воды загрязняющих компонентов,

обуславливающих ее кислотность, в виде твердой фазы (осадка). При этом

очищенная вода должна соответствовать требованиям для сброса в водоем

или использования для технических нужд предприятий, а образующийся

осадок должен быть утилизирован.

Исходя из этих положений, технология очистки кислых шахтных вод состоит

из следующих основных процессов: нейтрализация воды с целью перевода в

твердую фазу основных загрязняющих компонентов; осветление воды,

уплотнение и обезвоживание образующегося осадка; обработка осадка с

целью его подготовки для утилизации.

Анализ отечественных и зарубежных материалов показывает, что по-

прежнему при очистке кислых сточных вод предпочтение отдается

химическому методу — нейтрализации. В качестве нейтрализующих

реагентов в мировой практике традиционными являются известь и известняк

в сочетании с известью. Однако при сильно загрязненной кислой воде и

соответственно большом расходе нейтрализующего реагента в очищенной

воде получается избыточное содержание сульфата кальция, что со временем

может привести к кристаллизации и выпадению гипса в осадок.

Очистка воды от сульфатов является в настоящее время проблемой,

нерешенной в промышленном масштабе ни в одной стране. Перспективные

разработки по удалению сульфатов из сточных вод с применением в качестве

отходов различных производств ведутся в цветной металлургии. Институтом

«Казмеханобр» совместно с КазПТИ предложено использовать отходы

алюминиевого и энергетического производства под названием «шлабозол»:

Испытания этого реагент показали его высокую эффективность при очистке

сточных и оборотных вод не только от сульфатов, но и кальция, фтора и ионов

цветных металлов. Преимуществом этого реагента являются его низкая

стоимость, а также наличие источников сырья для его получения с

использованием имеющегося оборудования.

Новый способ осаждения сульфатов разработан в институте "Унипромедь".

Метод может быть осуществлен с использованием глиноземистого цемента,

алюминийсодержащего осадка станций подготовки питьевой воды,

оксихлорида алюминия состава от А1(ОН)Cl

до Al

(OH)

Cl, а также с

использованием солей алюминия. Реализация сульфоалюминатного метода

осуществляется с применением нейтрализующего реагента - известкового

молока. Нейтрализация производится в 2 стадии: сначала до pH=10—10,5,

затем до норматива. В результате образуется гидросульфоалюсинат кальция,

растворимость которого по CaSO

около 36 мг/дм

. После осветления и

кондиционирования воды в пруде очищенная вода имеет содержание ионов

тяжелых металлов на уровне 0,01 мг/дм

(по каждому металлу) и SO

<100

мг/дм

Для осветления нейтрализованной шахтной воды несомненный практический

интерес представляет метод флотации. Исследования, проведенные в этом

направлении институтами ВНИИОСуголь и ИОТТ, показали преимущества

флотационного метода по сравнению с традиционными гравитационными

методами осветления воды: высокие скорость осветления воды и

концентрацию твердой фазы в осадке, а также лучшие показатели по

обезвоживанию пенного продукта. Флотационное извлечение загрязняющих

компонентов из шахтных

вод осуществляется в двух направлениях: комплексное извлечение

осадка в пенный продукт с получением очищенной воды и селективное

извлечение загрязняющих компонентов. Технология флотационной очистки

шахтных вод с комплексным выделением загрязняющих компонентов

разработана институтом «Уралгипрошахт» в проектах очистных сооружений

для шахт ПО "Кизелуголь".

В зарубежной практике флотационные методы нашли широкое применение

для очистки производственных и хозбытовых сточных вод, а также при

подготовке природных вод для питьевого водоснабжения.

В Японии на двух шахтах внедрена технология селективного извлечения

отдельных компонентов осадка, образующегося при нейтрализации кислых

шахтных вод. На шахте Янахара для очистки кислых шахтных вод, состав

которых представлен в табл. 8, внедрен комбинированный способ

фракционного осаждения и флотации (рис. 3).

Шахтная вода нейтрализуется карбонатом кальция до рН=4, образовавшиеся

смешанные осадки гидроокиси железа и гипса разделяются флотацией, после

чего фильтраты обоих продуктов снова нейтрализуются до рН=6. Вновь

образованные на этой стадии осадки (гидроокись алюминия и гипс) также

разделяются флотацией. В результате получаются три чистых продукта:

гидроокись железа, гидроокись алюминия и гипс.

На шахте Мацуо ввиду меньшей концентрации железа гипс после первичной

нейтрализации до рН=4 не выпадал в осадок, поэтому гидроокись железа

извлекалась фильтрацией. В результате получалось также три продукта:

гидроокись железа, гидроокись алюминия и гипс. Необходимо отметить, что

для флотационного извлечения гипса в обоих случаях применяли в качестве

реагентов диалуровую кислоту ДАА и крахмал. В камерном продукте,

полученном после флотационной обработки шахтных вод шахт Мацуо и

Янахара, содержится 96% гидроокиси алюминия, которая извлекается либо

фильтрованием, либо осветлением воды флотационным или гравитационным

методами. Технология обеспечивает снижение содержания иона SO

в воде,

предотвращает последующее выпадение гипса в водоеме или в трубопрово-

де, а, следовательно, и кольматацию трубопровода, а также позволяет

получить товарные продукты. Внедрение аналогичной технологии очистки

кислых вод на предприятиях угольной промышленности СНГ является

актуальной задачей на ближайший период.

Обезвоживание осадков, образующихся при очистке кислых вод, согласно

анализу имеющихся отечественных и зарубежных материалов, наиболее

экономично осуществлять механическими методами с использованием

вакуум-фильтров, ленточных пресс-фильтров, центрифуг. Заслуживает

внимание также метод обезвоживания замораживанием с последующим

размораживанием осадка. При этом образуются крупные частицы с большей

скоростью осаждения и более высокой способностью к обезвоживанию.

Актуальными являются вопросы обеспечения охраны окружающей среды, а

также экономии природных ресурсов при утилизации обезвоженного осадка.

ВНИИОСуголь проведены исследования по возможности применения

обезвоженного осадка в качестве пигмента, сорбента, коагулянта и сырья для

производства строительных материалов. В 1979 г. была выпущена опытная

партия пигмента для изготовления облицовочных плит для жилого дома. За

более чем десятилетний период цвет плит не изменился, что свидетельствует

о высокой стойкости пигмента. В 1989 г. на опытно-промышленной установке

шахты «Широковская» ПО «Кизелуголь» наработан осадок кислых шахтных

вод и на Яйвенском заводе ЖБК изготовлена опытная партия керамзитового

гравия. Исследования показали, что полученный гравий отвечает всем

необходимым требованиям.

Среди известных методов обеззараживания воды наибольшее

paспространение в нашей стране и за рубежом получило хлорирование с

использованием жидкого хлора. Данный метод обладает надежным

бактерицидным действием, обеспечивает возможность оперативного

контроля за процессом обеззараживания, простоту аппаратурного

оформления, получение дезинфицирующего реагента в готовом виде. Однако

хлор является токсичным веществом и поэтому требует особых мер

предосторожности при транспортировке, хранении и применении.

Перспективным является метод, основанный на использовании гипохлорита

натрия, получаемого на месте потребления путем электролиза раствора

хлорида натрия. Для обеззараживания шахтных вод гипохлоритом натрия

используются электролизные установки непроточного типа ЭН с графитовыми

электродами производительностью 1—100 кг активного хлора в сутки,

разработанные НИИКВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова. В подземных условиях

находят применение электролизеры ЭД-2 и ЭВ, являющиеся

усовершенствованными модификациями установок ЭН. С целью уменьшения

затрат электроэнергии на получение гипохлорита натрия применяют

титановые аноды с активным покрытием из двуокиси рутения (ОРТА).

Применение таких анодов увеличивает время работы электролизеров между

ремонтами, стабилизирует напряжение, повышает выход хлора по току. К

недостаткам ОРТА можно отнести их высокую стоимость.

В последние годы для обеззараживания природных и сточных вод предложен

и начал использоваться метод прямого электролиза. При реализации этого

метода не требуется применения каких-либо реагентов, обеззараживание

воды происходит в процессе электролиза за счет образующегося при этом

активного хлора из солей, содержащихся в обрабатываемой воде. Метод

внедрен на ряде предприятий жилищно-коммунального хозяйства.

Шахтные и карьерные воды содержат в своем составе хлориды, поэтому

метод прямого электролиза также может быть использован для их

обеззараживания. Опыт использования этого метода показывает, что он

наиболее эффективен при содержании хлоридов не менее 20 мг/дм

жесткости не более 7—10 мг-экв/дм

и расходе воды до 5000 м

/сутки.

Для обеззараживания природных и сточных вод методом прямого

электролиза НИИКВОВ АКХ им. К. Д. Памфилова была разработана

электролизная установка «Поток», которая серийно выпускается заводом

"Коммунальник". Она состоит из электролизера, блока питания и замкнутого

кислотного контура. Электролизер конструктивно выполнен в виде корпуса с

расположенным в нем пакетом электродов, собранным из пластин

прямоугольной формы толщиной 1 мм, расстояние между пластинами 3 мм.

Аноды выполнены из двуокиси рутения, катоды - из титана. Электропитание

электролизера осуществляется из выпрямительного агрегата ВУ 12/600,

рассчитанного на работу при напряжении 6, 9 и 12 В и максимальном токе 600

А. Замкнутый кислотный контур предназначен для периодической промывки

аппарата 3-5% раствором соляной или азотной кислоты с целью удаления с

электродов отложений солей жесткости. Режим работы установки подбирают

таким образом, чтобы величина остаточного хлора в обработанной воде через

30 мин контакта составляла 0,3—0,5 мг/дм

. Для размещения установки не

требуется отдельное помещение, ее работу можно легко автоматизировать.

Номинальная производительность установки 150 м

/ч.

В 1987 г. на шахте «Октябрьская» ПО «Челябинскуголь» ВНИИОСуглем

проведены эксперименты по возможности применения метода прямого

электролиза для обеззараживания шахтных вод. Исследованиями

установлено, что эффективность обеззараживания этим методом при

содержании хлоридов в шахтной воде 300 мг/дм

не ниже, чем жидким

хлором. При оптимальном режиме работы электролизера содержание

остаточного хлора в обработанной воде составляет 0,3— 0,5 мг/дм

, расход

электроэнергии — 0,1 кВт*ч/м

. Расчеты, выполненные на основании

полученных данных, показали, что себестоимость обеззараживания

составляет 0,2 коп/м

, что соответствует себестоимости обеззараживания

гипохлоритом натрия и на 10—12% ниже, чем при использовании жидкого

хлора. Капитальные вложения на строительство станции обеззараживания в 3

—4 раза меньше, чем типовой хлораторной такой же производительности. В

1989 году установка прямого электролиза внедрена на шахте «Бутовка-

Донецкая» ПО

"Донецкуголь". Анализ данных по физико-химическому составу шахтных вод

свидетельствует о том, что метод прямого электролиза может применяться

примерно на 30% угледобывающих предприятий отрасли. Широкое внедрение

метода в отрасли позволит значительно снизить капитальные затраты на

строительство очистных сооружений, уменьшить зависимость их

эффективной работы от поставок дефицитного и токсичного реагента —

жидкого хлора.

Помимо рассмотренных выше способов обеззараживания воды СНГ и за

рубежом находят практическое применение такие способ как

ультрафиолетовое облучение и озонирование, на стадии опытно-

промышленных испытаний находятся способы, основанные на применении

ультразвука и виброакустических колебаний. Использование

ультрафиолетового облучения для обеззараживания воды весьма

перспективно в связи с разработкой новых мощных источников излучения.

При использовании ультрафиолетовых лучей в воду не вводят посторонние

вещества, не изменяются ее физико-химические и opганолептические

свойства. Установки компактны, сравнительно просты в эксплуатации, легко

могут быть автоматизированы. Но обеззараживание ультрафиолетовым

облучением производится при условии, что вода обладает малой цветностью

и не содержит коллоидных и взвешенных веществ, поглощающих и

рассеивающих ультрафиолетовые лучи.

Весьма эффективным методом обеззараживания сточных вод является

озонирование. Исследования показали, что для уничтожения болезнетворных

микроорганизмов требуются примерно одинаковые дозы хлора и озона. При

сильном бактериальном загрязнении сточных вод большие дозы озона не

вызывают неприятного запаха и вкуса, в то время как массированное

применение хлора и его соединений придают воде неприятный вкус. Кроме

эффективного обеззараживания стоков озон может использоваться для

обесцвечивания и дезодорации воды, очистки ее от устойчивых органических

веществ (ПАВ, фенолов, пестицидов и др.). Препятствием для широкого

применения метода озонирования является высокая стоимость получения

бактерицидного вещества, связанная с большим расходом электроэнергии.

Исследованиями установлено, что бактерицидным действием обладают также

ультразвуковые волны, импульсный электрический разряд и радиационное

облучение. Однако перечисленные способы обеззараживания воды не вышли

из стадии испытаний и не нашли практического применения.

Серьезной проблемой в отрасли является очистка хозбытовых сточных вод,

отличающихся высокими коэффициентами неравномерности расхода и

содержанием синтетических поверхностно-активных веществ и

нефтепродуктов, отрицательно сказывающихся на качеств< их

обеззараживания. Решение этой задачи обеспечивается при широком

применении компактных установок типа ТАБС фирмы «Татабанья Сенбаняк»

(Венгрия), которые прошли промышленные испытания и успешно

эксплуатируются в ряде производственных объединений отрасли

("Ростовуголь", «Тулауголь», «Северокузбассуголь» и др.). Установки ТАБС

производительностью 150—1650 м3/сутки представляют собой систему

раздельно расположенных аэротенков и отстойников с активным илом,

которая позволяет проводить очистку воды с помощью глубокого окисления

без предварительного отстаивания. Аэротенки и отстойники выполнены в

виде цилиндрических емкостей с металлическими стенками и бетонными

основаниями. С наружной стороны стенки резервуаров покрыты пористым

синтетическим теплоизолирующим материалом и рифлеными алюминиевыми

листами. Аэротенки оснащены аэрационными колесами для насыщения воды

кислородом и рециркуляции активного ила. Перекачка циркулирующего и

избыточного ила осуществляется блоком насосов. Основным узлом

обезвоживающего оборудования является ленточный пресс-фильтр.

Техническая характеристика установок ТАБС приведена в табл. 9.

В настоящее время фирмой освоены и производятся 24 типоразмера

установок, отличающихся габаритами и числом аэротенков, отстойников и

механических аэраторов, а также сгустителей осадков ленточных пресс-

фильтров. Многолетняя эксплуатация установок ТАБС в нашей стране

показала, что эффективность их работы составляет по взвешенным

веществам 88,6-96,1%, химически потребному кислороду 45—92,3%,

биологически потребному кислороду 66,7—97,7%. В 1989 г. с участием ПО

"Ленинградсланец" создано совместное советско-венгерское предприятие

"ЭКОТАБС" по производству установок ТАБС.

В условиях перехода предприятий на хозяйственный расчет, введения платы

за водопользование и сброс сточных вод в водные объекты роль

рационального использования шахтных и карьерных вод в народном

хозяйстве существенно возрастает.

В настоящее время накоплен большой отечественный и зарубежный опыт

использования шахтных вод в угольной промышленности, других

горнодобывающих отраслях и сельском хозяйстве.

ВНИИОСуголь разработаны требования к качеству шахтных вод для

производственных нужд угольных предприятий и орошения

селскохозяйственных угодий, определены объемы их применения на

перспективу.

Использование шахтных вод предусматривается годовыми и перспективными

планами охраны природы наряду с планами развития производства, начиная с

1974 г.

На долю шахт, являющихся основным потребителем шахтных вод, приходится

73 % общего объема их использования на производственные нужды,

обогатительных фабрик — 18,2%, разрезов — 8%. Основными направлениями

расходования шахтных вод в отрасли являются пылеподавление и

технологические процессы обогащения. За счет шахтных вод обеспечивается

около 80% потребности в воде для пылеподавления при подземном способе

добычи и 100% потребности — на разрезах, На обогатительных фабриках

92,3% используемых шахтных вод направляется на технологические процессы

мокрого обогащения угля, 7,7% — для пылеулавливания. В среднем по

отрасли на шахтах для пылеподавления расходуется 2/3 общего объема

используемых шахтных вод, для гидрозакладки и профзаиливания — 1/4

объема.

Увеличение объема применения шахтных вод для нужд отрасли ограничено

нормативной потребностью в воде и требованиями к ее качеству. К 2000 г. он

составит 370 млн. м

/год. При этом использование возрастет за счет замены

питьевой и технической воды для пылеподавления (пылеулавливания) на 44

млн. м

/год, вспомогательных и коммунально-бытовых нужд соответственно —

на 31,1 и 24,8 млн. м

/год.

Важным показателем рационального использования шахтных вод является

применение водооборотных систем при добыче угля и сланца. В 1990 г. объем

оборотной воды угольной промышленности СНГ составил 2296 м

, т. е. возрос

на 83 млн. м

по сравнению с 1985 г. Лучшие показатели были достигнуты в

Донецком бассейне (1306 млн. м

воды, коэффициент водооборота 0,87) и на

месторождениях Восточной Сибири (55 млн. м

, коэффициент водооборота

0,85).

Перспективным направлением использования шахтных вод в народном

хозяйстве является орошение сельскохозяйственных угодий, которое

рассматривается не только как важное природоохранное мероприятие, но и

как резерв повышения продуктивности земель. Оценка качественного состава

и объемов вод угольных предприятий Украины показала, что на всех типах

почв без предварительной подготовки пригодны для орошения 69 млн. м

/год

шахтных вод ПО "Торезантрацит", «Александрияуголь», «Макеевуголь», 96

млн. м

/год ПО «Артемуголь», «Стахановуголь», «Луганскуголь» являются

условно пригодными, 266 млн. м

/год ПО «Донецкуголь», "Торезантрацит",

«Советскуголь», «Ровенькиантрацит» относятся к ограниченно пригодным для

орошения. Использование этих вод может обеспечить орошение 140 тыс. га

сельскохозяйственных угодий. Лишь около 9% шахтных вод ПО

«Павлоградуголь», "Стахановуголь", "Красноармейскуголь" не могут быть

использованы в сельском хозяйстве из-за высокой минерализации (свыше 10

г/л). Народнохозяйственный экономический эффект, учитывающий ущерб,

предотвращенный за счет использования шахтных вод, составляет 14 коп. на

1 м

. Кроме того, использование каждых 100 м

шахтных вод для орошения

сельхозугодий обеспечивает дополнительный народнохозяйственный

экономический эффект 11,5 руб.

В последние годы ведутся исследования по использованию омагниченных

шахтных вод для орошения, что способствует повышению растворимости

солей. Вследствие этого происходит общее рассоление черноземных почв при

одновременном увеличении содержания водорастворимых солей натрия.

Активизация иона натрия под влиянием магнитного поля приводит к более

интенсивному его внедрению в почвенный поглощающий комплекс.

Растворение почвенных минералов, активизация микробиологических и

биохимических процессов в почве способствуют улучшению питательного

режима почвы, повышают обеспеченность растений зольными элементами,

что в свою очередь ведет к росту урожайности сельскохозяйственных

культур.

Заслуживает внимания опыт применения рудничных вод предприятий черной

и цветной металлургии. В Южном Казахстане на руднике «Миргалимсай» 90

млн. м3 рудничных вод подается ежегодно для обеспечения питьевых и

коммунально-бутовых нужд населения. Кроме того, эти воды используются

для водоснабжения кирпичных заводов, автобаз, предприятий по

производству серной кислоты.

В отличие от отечественной угольной промышленности в зарубежных странах

широкое распространение получила практика селективной откачки шахтных

вод с учетом их качества, обеспечивающая в отдельных случаях возможность

их использования для хозяйственно-бытовых и питьевых нужд. Шахтные воды

в Польше применяются для охлаждения машин (компрессоров, снабжающих

сжатым воздухом двигатели шахтных механизмов), коммунально-бытовых

нужд, пылеподавления, гидродобычи, производства пара (для приводов

машин и питания паровых локомотивов), питьевых целей (после

соответствующей водоподготовки), охлаждения турбин электростанций, для

подпитки оборотных систем обогатительных фабрик. Изучена возможность

рыбоводства в соленых шахтных водах из каменноугольных шахт в

Рыбницком угольном бассейне при следующих показателях качества этих вод:

в сухом остатке содержится 82—92% хлорида натрия, 1,6% хлорида калия, 1—

3% хлорида кальция и 0,8—2,5% хлорида магния.

Угольная промышленность Германии объединяет не только шахты, разрезы,

обогатительные фабрики, но и коксохимические заводы, электростанции, а

иногда заводы по переработке угля, в связи с чем область применения

шахтных вод более широкая. Практикуется каскадное использование

охлаждающей воды от установок кондиционирования шахтного воздуха и

электростанций на нужды обогатительных фабрик, а затем — коксовальных

установок. Для тушения кокса на коксохимических заводах, охлаждения

шлака на электростанциях используются как шахтные, так и хозяйственно-

бытовые сточные воды, прошедшие механическую очистку.

В США (штат Пенсильвания) накоплен положительный опыт использования

воды из затопленных шахт для отопления и охлаждения зданий. При этом

обеспечивается экономия 25—60% средств, затрачиваемых на обычный

обогрев и охлаждение. Кислая шахтная вода используется для обогащения

угля методом отсадки. В Западном угольном бассейне (штат Кентукки)

осуществляется повторное использование очищенных шахтных вод для

ускорения и улучшения рекультивации породных отвалов.

В бывшей ГДР сточные воды угольной промышленности использовались на

заводах гидрирования, газовых, коксовых и полукоксовых заводах и для

сельскохозяйственного орошения. Для питьевых нужд предусматривалось

использование карьерных вод с солесодержанием до 2 г/л после очистки от

железа, углекислого газа и нормализации рН.

В Боршодском угольном бассейне (Венгрия) применяется селективная откачка

шахтных вод, позволяющая использовать их после очистки для питьевых

нужд населения, а также после накопления в оставленных выработках — для

нужд промышленности и сельского хозяйства. В Южной Африке (Трансвааль и

Натале) кислые шахтные воды после нейтрализации известью используются

для хозяйственно-бытового водоснабжения и для орошения

сельскохозяйственных угодий.

В условиях хозрасчета и перехода к рыночным отношениям отечественным

предприятиям угольной промышленности необходимо внедрять зарубежный

опыт использования шахтной воды.

ОЧИСТКА МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ШАХТНЫХ ВОД

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ

Годовой объем минерализованных шахтных и карьерных вод составляет около

1,4 млрд. м

. Минерализованные воды сбрасывают 336 предприятий угольной

промышленности. По солесодержанию они распределяются следующим

образом: 1-2 г/л — 608 млн. м

; 2-7 г/л —764,8 млн. м

; 7-20 г/л — 14,8 млн. м

;

более 20 г/л — 12,4 млн. м

Можно выделить две основные группы шахтных вод — хлоридно-натриевые,

имеющие, как правило, солесодержание свыше 7 г/л (3,3%) и сульфатно-

хлоридно-натриевые воды с различными соотношениями сульфата и хлорида

натрия, имеющих солесодержание до 7 г/л (96,5%). Каждая из этих групп

требует особой технологии обработки.

Для устранения вредного влияния минерализованных сточных вод на

природные водоемы на практике применяется ряд мер, в том числе

строительство прудов-накопителей и прудов-испарителей, регулируемый

сброс в водотоки, максимальное использование на производственные нужды

предприятий угольной и других отраслей промышленности, а также в

сельском хозяйстве. Однако применяемые методы недостаточно эффективны.

Радикальное решение проблемы обезвреживания минерализованных вод,

особенно с солесодержанием свыше 2—3 г/л, заключается в строительстве

деминерализационных установок с комплексной переработкой образующихся

рассолов на товарные солепродукты. На основании изучения мирового опыта

и выполнения научно-исследовательских работ определены основные способы

деминерализации и область их применения: электродиализ —

солесодержание 2—7 г/л (96,5% объема минерализованных вод), обратный

осмос — 7—20 г/л (2%), дистилляция — более 20 г/л (1,5%).

В 1988 г. ВНИИОСуголь разработана комплексная программа работ по

созданию и освоению технологий и оборудования для деминирализации

шахтных вод на 1989—1995 гг. Программой предусмотрены:

- создание нормализованного ряда электродиализных установок

производительностью 50—100 м

/ч и мембран нового уровня с улучшенными

электрохимическими свойствами и заряд-селективных мембран;

- разработка нормализованного ряда комплектных энергоэкономических

установок для концентрирования и переработки рассолов;

- проведение исследований по применению дистилляционных опреснителей

нового типа — горизонтально-трубчатых пленочных испарительных аппаратов

(ГТПА), увязке с узлом концентрирования и переработки технологии

опреснения с их применением.

Специфика технологии деминерализации шахтных вод в отличие от

известных технических решений получения пресной воды заключается в

необходимости их комплексной переработки с получением товарных

продуктов, продуктов, подлежащих дальнейшей утилизации или

подготовленных к захоронению. Это диктуется в первую очередь

экологическими требованиями. Сдерживающим фактором при внедрении

станций деминерализации является их высокая стоимость и значительные

эксплуатационные затраты.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА ВОДЫ ПЕРЕД ОПРЕСНЕНИЕМ

Предварительная подготовка воды перед опреснением может осуществляться

различными методами (реагентным, ионного обмена и др.) и заключается в

удалении взвешенных частиц и тех ионов, которые снижают эффективность

выбранного метода опреснения. Указанные методы могут использоваться и

как самостоятельные в случае очистки маломинерализованных шахтных вод

от сульфатов, нитратов и других примесей перед их сбросом в водоемы или

использованием.

Перед деминерализацией важно удалить катионы жесткости из-за накипи,

образующейся на внутренней поверхности аппаратов, которая снижает

теплопередачу и ведет к закупориванию трубопроводов. При электродиализе

существуют два технологических барьера — присутствие карбонат- и

сульфат-ионов из-за отложений на мембранах. Особую опасность

представляют железо и марганец из-за осаждения соответствующих

гидроксидов. Поэтому концентрация железа не должна превышать 0,1 мг/л.

Для предотвращения биологического обрастания мембран необходимо

поддерживать остаточную концентрацию хлора в воде 0,3-0,5 мг/л.

Содержание взвешенных веществ не должно превышать 1,5 мг/л.

Реагентные методы обработки воды, широко применяемые в настоящее время

в практике водоподготовки, заключаются в корректировке состава и рН

обрабатываемой воды таким образом, чтобы удалить ионы кальция и магния.

Однако лучшие результаты по остаточным концентрациям этих ионов (до 1

мг-экв/л) часто оказываются недостаточными. Наиболее эффективным

считается введение фосфат-ионов, что дает возможность снизить

концентрацию кальция и магния до 0,06 мг-экв/л.

Предложен способ очистки сточных вод от сульфат-ионов реагентной

обработкой, который заключается в том, что к обрабатываемой воде

добавляют известь до рН=11,2—11,7 и при рН-статировании и интенсивном

перемешивании вводят AI

, содержащий реагент. (AI

, алюминат кальция,

глинозем и др.), в результате чего происходит образование кристаллов

алюминатсульфата кальция.

Особую группу методов водоподготовки представляют электрохимические

методы. Наиболее известным и широко применяемым методом является