Нашли ошибку? Выделите ее мышкой
и нажмите Ctrl + Enter

Очистка подотвальных сточных вод

Главная / Горная промышленность / Очистка подотвальных сточных вод

22.08.2022

При добыче полезных ископаемых лишь около 3% руд используется как конечный продукт. Остальные 97% добываемого сырья представляют собой отходы и промышленные сбросы, которые хранятся на территории горнодобывающих предприятий в виде отвалов. Такие отходы представляют экологическую опасность для почв, поверхностных и подземных вод за счёт миграции химических элементов.

Подотвальные воды включают в себя высокое содержание сульфатов, ионы тяжёлых металлов (Mg, Zn, Fe, Cu), кислоты (свободную H2SO4), следы реагентов, которые применяются при обогащении руды. Их рН варьируется в пределах 3,0–4,0.

Подотвальные сточные воды характеризуются несколькими особенностями:

образуются круглосуточно в любое время года с большим расходом;
являются высокоминерализованными;
образуют большое количество осадков в процессе очистки сточных вод.

Основными химическими веществами, входящими в состав подотвальных вод, являются сульфаты. Высокое содержание этих соединений снижает эффективность работы очистных сооружений, приводит к регулярно возникающим гипсовым отложениям в оборудовании, а также вызывает загрязнение водоёмов и почв из-за сложности процесса очистки.

Концентрация загрязняющих веществ в подотвальных сточных водах увеличивается пропорционально уменьшению атмосферных осадков, а концентрация сульфатов изменяется в широких пределах и в разные сезоны года может значительно превышать ПДК водоёмов культурно-бытового назначения.

Очистка подотвальных сточных вод требует применения следующих способов и методов:

механическая очистка;
отстаивание в хвостохранилищах;
физико-химические методы;
мембранные методы;
биологические методы.

Схема локальных очистных сооружений для очистки подотвальных вод

Механическая очистка

При поступлении на очистные установки подотвальные сточные воды освобождаются от крупнодисперсных примесей на пескоуловителях, а затем и от мелкодисперсных взвесей в хвостохранилищах или в специальных отстойниках путем отстаивания. Взвешенные вещества выпадают в осадок и укладываются в хвосты или утилизируются как твёрдые
отходы.

Хвостохранилища горно-обогатительных фабрик устроены в виде большой открытой чаши, заполненной подотвальными сточными водами, в которой под действием гравитации происходит процесс оседания твёрдых частиц, так называемая укладка хвостов. Сливы хвостохранилищ представляют собой дисперсные растворы, образованные сточными водами и нерудными компонентами.

Осветлённые сточные воды непрерывно вытекают из чаши и могут использоваться в оборотном водоснабжении. При соответствии ПДК часть слива сбрасывается на рельеф.

В хвостохранилище вследствие биологических и физико-химических факторов протекают сложные процессы, которые изменяют состав сточных вод:

нормализуется рН до 7–8;
осаждаются соединения тяжёлых металлов;
сульфиды окисляются до сульфатов или до безопасных промежуточных соединений;
снижается концентрация цианидов под действием воздуха при аэрации.

Благодаря происходящим процессам содержание тяжёлых металлов и цианидов в сточных водах падает, что упрощает их дальнейшую очистку.

Физико-химическая очистка

Наиболее распространённым и эффективным методом очистки подотвальных сточных вод является известкование. Эту технологию применяют для подщелачивания раствора и снижения количества сульфатов за счёт образования гипса и перевода в осадок тяжёлых металлов.

На первом этапе известкования удаление металлов происходит путём превращения их в гидроксиды и обменной реакции ионов металлов с карбонатом кальция. Для осаждения гидроксида меди необходим показатель рН в пределах 6,2–7,1, для гидроксида железа (II) — показатель рН = 7,5–9,7, железа (III) — рН = 2,3–4,1.

Для восстановления нейтрального рН (7,5–8,0) очищаемых вод необходимо на втором этапе известкования провести следующие мероприятия:

ввести избыточное количество Ca(OH)2 и повысить жёсткость воды;
провести декарбонизацию с помощью барботажа углекислым газом до достижения требуемой рН;
образовавшийся осадок CaCO3 отправить на утилизацию.

Одним из способов известкования является создание искусственного геохимического барьера, который представляет собой известковый слой, в котором происходит связывание и осаждение сульфатов и тяжёлых металлов.

Реагентная обработка при очистке подотвальных сточных вод направлена на освобождение стоков от сульфатов и тяжёлых металлов. В качестве реагентов для осветления используют гашёную известь, известняк, хлорную известь, гипохлорит кальция, железный купорос. Наилучший эффект дают известь и известь III сорта, содержащая СаО и СаСО3.

При очистке от цианидов имеет смысл использовать хлорную известь или гипохлорит кальция. Хороший эффект дает также жидкий хлор.

При очистке подотвальных сточных вод применяют флотацию, которая ускоряет процесс осаждения гипса и карбонатов. В качестве коагулянтов и флокулянтов используют известь или глинозём, Са(ОН)2, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3. Также коагулянтами могут служить сульфат железа (железный купорос) FeSO4•7H2O и сульфат алюминия (глинозём) Al2(SO4)3•18H2O.

При этом происходит образование взвесей, осаждение тяжёлых металлов и частичное осветление. Коагулянты также снижают в стоках концентрацию жирных кислот.

Мембранные методы очистки

При сильном загрязнении ионами тяжёлых металлов или для получения очищенной воды более высокого качества применяют мембранные методы очистки.

Удаление тяжёлых металлов происходит при помощи обратноосмотического обессоливания. Сущность метода состоит в разделении потока на две составляющие:

фильтрат — обессоленная вода;
концентрат — насыщенный раствор солей по сравнению с исходным.

Перед обратноосмотическим обессоливанием в стоки необходимо ввести антискаланты — химические вещества, влияющие на скорость образования кристаллов солей в жидкости (карбонатов, гидрокарбонатов, сульфатов). Это позволит загрязняющим веществам оставаться во взвешенном состоянии перед подачей на обратноосмотическую мембрану.

Обессоленная вода может быть возвращена в производственный цикл или отправлена для сброса в водоём. Концентрат отправляется на доочистку или утилизацию.

Биологические методы

Для доочистки подотвальных сточных вод используют биологические методы, такие как биологические пруды или биоплато.

Подотвальные сточные воды характеризуются содержанием ионов тяжёлых металлов, имеющих форму обменных соединений. В этой форме они с трудом удаляются традиционными методами очистки. Для снижения токсичности ионы необходимо перевести в связанное состояние.

Для доочистки сточных вод применяют биоплато, заселённое высшими растениями: гидатофитами и гидрофитами. Дно биоплато сложено из слоя загрузки, включающей в себя песок, щебень, гравий и другие адсорбирующие материалы.

Проходя через слои загрузки, ионы марганца, меди, цинка и др. оседают благодаря сложным процессам адсорбции, а также жизнедеятельности микроорганизмов, живущих на биоплёнке.

Часть загрязняющих химических элементов вовлекается в процессы жизнедеятельности и обеспечивает обмен веществ в организмах растений и бактерий. Другая часть переводится в менее токсичные формы и осаждается.

Технологическая схема очистки

Технологическая схема очистки подотвальных сточных вод включает в себя несколько этапов, которые помогают достичь степени очистки для сброса в водоёмы рыбохозяйственного назначения.

После механической очистки, где удаляются крупные частицы и мусор, сточные воды подаются на флотационные установки (такие как флотаторы из стеклокомпозита Flotomax S), где происходит их осветление. Для эффективности флотации применяют реагентную обработку коагулянтами и флокулянтами. Их подбор и расход зависит от состава стоков.

Образовавшийся шлам с поверхности флотатора отправляется на утилизацию, а осветлённые воды поступают в отсек чистой воды.

Одним из эффективных способов разделения жидкости стоков является нанофильтрация. В принципе работы лежит разность потенциалов на мембране, благодаря которой раствор разделяется на фильтрат (очищенную воду) и пермеат (концентрированный раствор).

При методе нанофильтрации сточные воды освобождаются от ионов металлов (магния, кальция, марганца, железа, свинца, меди). Также происходит обессоливание раствора.

Существует несколько схем оборотного водоснабжения при очистке подотвальных стоков.

Возвращаются в оборот следующие воды:

осветлённые после хвостохранилища;
после обезвоживания концентрата;
после промежуточной очистки;
после химической очистки.

Оборотный осадок возвращается для интенсификации процесса нейтрализации.

Блочно-модульные очистные сооружения

Очистка так называемых хвостов в подотвальных водах может осуществляться с помощью многоступенчатых блочных очистных сооружений, в состав которых входят

блок механической очистки;
блок тонкослойного отстаивания;
коалесцентная сепарация;
фильтр сорбционной очистки;
блок УФ обеззараживания.

Можно выделить следующие этапы очистки. После оседания крупных частиц подотвальные сточные воды попадают на тонкослойный отстойник, состоящий из блока полимерных наклонных пластин. На пластинах оседают мелкодисперсные взвеси, которые под действием силы тяжести оказываются на дне отстойника и механически удаляются. Очищенные воды с содержащейся эмульсией подаются на сорбцию.

В блоке сорбционнной очистки стоки в безнапорном режиме проходят через слои сорбента, где очищаются от нефтепродуктов и хвостов. В качестве сорбционной загрузки могут использоваться активированные и минеральные угли, природные цеолиты и др. Замена сорбента производится по мере снижения качества очистки. Срок замены зависит от состава сточных вод.

При необходимости очищенные воды поступают на станцию УФ обеззараживания, где происходят их доочистка и доведение до требований ПДК для сброса в водоёмы рыбохозяйственного назначения.

Примеры реализации очистных сооружений

Группа компаний «Аргель» является одним из крупнейших производителей ёмкостного и очистного оборудования из стеклокомпозита на отечественном рынке. Специализация компании — комплексные решения по очистке подотвальных, шахтных и карьерных вод, где применяются надёжные передовые технологии на базе блочно-модульных очистных сооружений.

Многолетний опыт компании позволил реализовать крупные и сложные объекты, такие как угольная шахта в Междуреченске, рудник по добыче золота в Анадыре, угольные разрезы в Абакане и Якутии, карьеры по добыче известняка в г. Норильске и др.

Перед угледобывающим предприятием Кузбасса стояла задача очитки шахтных вод на период консервации объекта. Очистные сооружения планировалось разместить на двух промплощадках вентиляционных скважин. Производительность оборудования была определена для каждой площадки и составила 104 и 229 л/с соответственно.

Для решения задачи использовались очистные сооружения из стеклопластика производительностью 100 и 240 л/с, а для завершающего этапа очистки — станции ультрафиолетового обеззараживания сточных вод. Таким образом удалось обеспечить степень очистки шахтных вод до требований сброса в водоём.

Золотодобывающему предприятию на Чукотке требовалась очистка дренажных и ливневых сточных вод с территории рудника. Задача осложнялась тем, что объект находится в северном регионе, и для реализации проекта требовалось оборудование, способное работать в условиях вечной мерзлоты.

Комплекс включил в себя очистную установку производительностью 100 л/с, установку для очистки поверхностного ливневого стока и шахтного водоотлива; установку для обеззараживания сточных вод; зумпф для очистки подтоварной воды.

Для известнякового месторождения, расположенного на Крайнем Севере, были необходимы локальные очистные сооружения. Их установили на две площадки производительностью 426,2 и 868,2 м3/ч соответственно.

Оборудование обеспечивает следующие этапы очистки: отстаивание; тонкослойное отстаивание; двухступенчатую сорбционную очистку; УФ-обеззараживание. Выбранное оборудование с предусмотренным утеплением и обогревом обеспечивает очистку рудничных стоков до требований на сброс в водоём.

Текст: ГК «Аргель»

Группа компаний «Аргель»