Канд. техн. наук А.И.Смирнов
"Проблемы экологии" // Общегосударственный научно-технический журнал
- Донецк: ДонГТУ - 1998.- С. 57-59.
УДК 622.794
Исследование возможности разработки технологии по отверждению осадков шахтных вод с целью их утилизации
Шахтами Минуглепрома Украины ежегодно выбрасывается около 900 млн. м3 загрязненных шахтных вод. Содержание взвешенных частиц в них изменяется от 100 до 1000 мг/м3. Применяемые в настоящее время методы очистки связаны с образованием огромного количества (примерно 10 млн. м3) рыхлых, плохо отдающих воду осадков, затраты на утилизацию которых превосходят затраты на очистку воды. В связи с этим проблема утилизации шахтных вод является чрезвычайно актуальной.
Ранее в угольной промышленности проводились работы по обезвоживанию осадков шахтных вод на центрифугах и фильтрах. Однако, в виду сложности их практической реализации, дальше экспериментов эти работы не продвинулись.
Целью настоящей статьи является изыскание возможности утилизации шахтных вод т.е. их захоронения без ущерба для окружающей среды. Для достижения этой цели необходимо:
выполнить максимальное сгущение осадков шахтных вод до 350–400 г/л;
исследовать возможность отверждения сгущенных осадков шахтных вод.
Все исследования проводились в лабораторных условиях.
Получение сгущенного осадка
Исследования по сгущению тонких взвешенных веществ выполнялись при содержании твердого в питании 39–60 г/л, что соответствует сгущенному продукту наклонных тонкослойных отстойников.
Идея этих исследований заключалась в возможности их проведения в технологических схемах очистки шахтных вод, где используются наклонные тонкослойные отстойники.
Как правило, работы по очистке шахтных вод, содержащих 100–500 мг/л взвешенных веществ выполняются с целью получения чистой воды (чистого слива) с содержанием взвешенных веществ менее 30 мг/л. При этом сгущенный продукт (осадок) имеет содержание взвешенных веществ (твердого) до 60 г/л. Утилизировать такой продукт не представляется возможным. Его направляют в горизонтальные отстойники, пруды или иловые площадки, где происходит длительное осаждение и обезвоживание.
Исследования сводились к режиму дополнительного сгущения имеющегося сгущенного продукта (30–60 г/л) при очистке шахтных вод. Следует отметить, что дополнительное сгущение (досгущение) вызывает определенные технологические трудности, т.к. процесс флокуляции при осветлении воды осуществлен, а повторное сгущение разрушенных хлопьев (флоккул) по мнению некоторых исследователей затруднено.
Эксперименты проводились с осадком, отобранным из шахтных вод шахты “Кировская”. Было проведено 50 экспериментов, которые подтвердили, что при расходе полиакриламида (ПАА) 5,7 мг/л осадок осаждается и уплотняется в течение 1 мин. До содержания в нем взвешенных веществ 300–350 г/л, при этом содержание в нем взвешенных веществ в питании была 60 г/л.
Таким образом, тонкодисперсные частицы шахтных вод можно уплотнять до содержания твердого в пределах 350 г/л, при этом скорость осаждения приемлема для сгустительных аппаратов.
Отверждение осадка
При исследовании возможности отверждения осадка проводились эксперименты с различными отверждающими составами. Они готовились на основе силиката натрия со следующими добавками: алюмината натрия, хлористого кальция, комплексена-ингибитора (нитрилотриметилфосфоновой кислоты НТФ). Проводились исследования по изысканию новых отверждающих составов.
Если рассматривать процесс отверждения в целом, следует придерживаться принципа: не разрушать структуру осадка, а комплектовать ее с помощью механического и химического воздействия. За счет нейтрализации энергии связей — отделять воду от твердого механическим путем (например, например окомкование осадка при вращении барабана с небольшими оборотами), или вводить добавки поглощающие воду. Этот принцип выдерживали при проведении экспериментов.
Перемешивание отверждающих составов с осадком выполнялось в емкостях вручную.
Учитывая тот факт, что оснащение шахт наклонными отстойниками будет проходить значительное время, а на большинстве шахт осадок концентрируется в горизонтальных отстойниках и прудах, поэтому в лабораторных условиях были сделаны модели отстойников.
Перемешивание осадка с отверждающими составами в отстойниках (в промышленных) условиях повлечет за собой дополнительно решение ряда технических задач. В связи с этим эксперименты в моделях отстойников по отверждению осадка проводились при вводе отверждающих составов инъекционным способом.
Первоначально базовой шахтной водой и осадком использовалась вода шахты “Кировская”. Однако в дальнейшем при выполнении работы эксперименты расширились с включением в исследования отверждения осадков шахтных вод еще трех шахт (№ 12–12 ш.у. им. газеты “Правда”, “Волынская” и “Россыпнянская”).
В зависимости от характеристики полученного отвержденного осадка определялись направления возможной его утилизации. К ним относились: использование при закладке выработанного пространства горных выработок; отгрузка низкосортным топливом; складирование в отвалах с крупной породой.
Результаты выполненных исследований показывают, что отверждение осадков шахтных вод можно выполнять в промышленных условиях.