Среди современных экологических проблем Сибирского региона особое место занимает проблема предотвращения загрязнения поверхностных и подземных вод. Это связано с тем, что качество воды большинства водных объектов не отвечает действующим нормативным требованиям.
В настоящее время река Обь, являющаяся источником хозяйственно-питьевого водоснабжения целого ряда городов и населённых пунктов и имеющая важное рыбохозяйственное значение, отнесена к категории загрязнённых, а её приток река Томь — к категории сильно загрязнённых.
Главная причина неудовлетворительного экологического состояния водных объектов заключается в сбросе в них со сточными водами большой массы загрязняющих веществ, что связано с отсутствием очистных сооружений, а также с перегруженностью и низкой эффективностью работы тех, что уже имеются. В загрязнении водных объектов существенна роль предприятий угольной промышленности.
Добыча угля подземным способом при существующих методах ведения горных работ не может производиться без откачки шахтных вод на поверхность. Шахтные воды образуются в результате вскрытия водоносных горизонтов подземными горными выработками в процессе ведения очистных и подготовительных работ и проникновения поверхностных вод в выработанное пространство.
Водообильность шахт определяется климатическими и гидрологическими условиями месторождения, глубиной разработки, схемой вскрытия и отработки шахтного поля, системой разработки, способом управления кровлей и другими горно-геологическими и горнотехническими факторами.
Притоки воды в шахты, в зависимости от этих факторов, изменяются в очень широких пределах — от 10 до 4000 м3/ч, а коэффициент водообильности — от 0,3 до 20 м3/т. По абсолютной величине водопритоков шахты Сибирского региона относятся к группе обводнённых и весьма обводнённых.
Величина притоков воды на большинстве шахт не остаётся постоянной в течение года. Заметное увеличение притоков (до 1,5-2 раз) наблюдается в весенний период, что связано с таянием снега, и в период дождей. Превышение максимальных притоков над нормальными притоками тем больше, чем меньше глубина разработки и теснее связь подземных водоносных горизонтов с поверхностными водами.
Со сточными водами в водные объекты ежегодно поступают большие количества взвешенных веществ, нефтепродуктов, фенолов, тяжёлых металлов. Масса загрязняющих веществ, поступающих в водные объекты, значительно превышает самоочищающую способность последних.
Очистка угольных 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 ёмкости на большинстве угольных шахт обеспечивает очистку от взвешенных веществ в среднем до 50-200 мг/л, что недостаточно 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 трудоёмок.
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 ёмкости, 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 твёрдых или скоагулированных частиц к поверхности зёрен 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 путём 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 учётом 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 в несколько раз повышается их производительность, уменьшаются их размеры.
На горных предприятиях широко распространены напорные конические гидроциклоны. Загрязнённая вода подаётся 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. Осветлённая 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 учётом условий их образования и качественного состава, можно заключить, что на сегодняшний момент основные проблемы угольных предприятий по очистке шахтных вод остаются нерешёнными: существующие технологии следует охарактеризовать как недостаточно эффективные, к тому же они требуют больших эксплуатационных затрат.
В результате на большинстве имеющихся очистных сооружений 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, флотаторы из стеклопластика Flotomax.
А также блочно-модульные очистные сооружения серии Argel или Векса, которые уже внедрены на множестве крупных объектов по добыче и переработке угля. Эти технологии позволяют эффективно удалять различные загрязнения и «хвосты» благодаря многоступенчатой очистке стоков в различных модулях, что, по нашему мнению, является наиболее перспективной альтернативой традиционным методам очистки.
Текст: ГК «Аргель»
Группа компаний «Аргель»
www.vo-da.ru
E-mail: info@vo-da.ru
Тел: +7 (4852) 58-05-96
г. Ярославль, ул. Республиканская, д. 84, корпус 2
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.