Исследование эффективности очистки шахтных вод от
механических примесей с помощью флокулянта "Штокополь"
Авторы: Бондаренко Н.К., Нечесова Ю.Ю., Резников Н.Г., Петров В.А.
Донецкий национальный технический университет
Общегосударственный научно-технический журнал "Проблемы экологии", 1'2001,
Донецк, ДонГТУ, 2001
Индустриальная агрессия природы Донбасса
(только в Донецкой области находятся около 1500 крупных и средних предприятий 1-го класса опасности)
создала огромную антропогенную нагрузку на биосферу региона. В поверхностные водоемы сбрасывается
примерно 3,7 млрд. м3/год сточных вод, а в атмосферу за это же время поступает
4,7 млн. т вредных веществ. В связи с этим Донбасс отнесен к числу особо напряженных в экологическом
отношении природохозяйственных регионов Украины.
Одними из важнейших факторов, определивших столь тяжелое состояние в
Донбассе, являются изменения, происшедшие в водной экосистеме, в числе которых можно назвать
(в сравнении с другими регионами Украины):
- во-первых, дефицит питьевой воды - самая низкая (в 10-15 раз) водообеспеченность;
- во-вторых, самая высокая интенсивность водопотребления, млн. м3/год:
1310 - в электроэнергетике, угольном производстве, черной металлургии, химической
и нефтехимической отраслях промышленности; 250 - в орошаемом земледелии; 320 (или 410 л. чел/сут) -
на хозяйственно-питьевые нужды; от 10 до 40% общего объема реализуемой воды - потери в
изношенных трубах;
- в-третьих, самое низкое качество.
Особенно сложной экологической проблемой Донбасса являются сбрасываемые
шахтные воды. Угольную промышленность Донбасса свободно можно назвать "водно-угольной", так как
согласно статистическим данным на каждую тонну добытого угля на поверхность земли насосами главного
водоотлива выдается 3 м3 шахтной воды. Шахтные воды не соответствуют требованиям
охраны поверхностных вод по 4-м критериям:
- Высокая минерализация (более 1 г/л - все шахты, до 3 г/л - 60% шахт и более Зг/л - 40% шахт),
из-за чего в водоемы и реки ежегодно сбрасывается около 2 млн. т минеральных солей.
- Загрязненность взвешенными веществами (90-100 мг/л), что вызывает заиливание водных объектов.
- Бактериальная загрязненность (зачастую нормы превышаются в сотни и тысячи раз).
- Повышенное содержание тяжелых металлов, особенно цинка, железа, ванадия,
меди, хрома, никеля и др. Их содержание превышает предельно допустимые концентрации от 1,5 до 15 раз.
Учитывая важность проблемы очистки шахтных вод от механических примесей,
на кафедре "Природоохранной деятельности" ДонГТУ проводились сравнительные испытания различных реагентов
для интенсификации процесса. В частности для сравнения использовался флокулянт "Штокополь" производства
фирмы "Штокхаузен" (Германия), а также сернокислый алюминий и полиакриламид (ПАА) отечественного
производства, широко применяемые в угольной промышленности.
Реагент "Штокополь" - синтетический полимер, состоящий из 95%
активного вещества и 5% влажности, белый мелкозернистый гранулянт, хорошо растворимый в воде.
ПАА - сухой гранулированный сульфатный. Гранулы зеленоватого цвета
более 8 мм, ТУ 95-64-71. Содержание основного вещества - 65%.
Сернокислый алюминий [Аl2(SО4)3] - ГОСТ 12966-67.
Содержание основного вещества 15%. Для проведения испытаний использовались шахтные воды шахт имени
М. Горького и имени А.Ф. Засядько ГХК "Донецкуголь", как наиболее представительные для условий Донбасса.
Концентрация механических примесей в различных пробах исходной шахтной воды
изменялось от 50 до 1712 мг/л, общее солесодержание воды шахты имени М. Горького - 2,8 г/л, имени
А.Ф. Засядько - 3,7 г/л, величина рH соответственно 8,1 и 8,4.
С целью определения влияния испытуемого реагента на процесс осветления
пресных шахтных вод был приготовлен имитат шахтной воды с общим солесодержанием 1,0 г/л, при величине
рН=7,0 и с различным содержанием механических примесей.
Сравнительные испытания влияния реагентов на осветление натуральных шахтных
вод и имитатов выполнялись в стандартных цилиндрах емкостью 1 л согласно действующей методике.
Содержание взвешенных веществ в воде определялось после часового отстаивания,
при расчетной скорости осаждения взвешенных веществ 1,05 м/с.
При испытании влияния на имитате шахтной воды получена качественная сходимость
результатов с опытами на натуральной шахтной воде.
Исследованиями по определению оптимальных доз реагентов было установлено,
что с концентрацией механических примесей от 50 до 1712 мг/л они находятся в следующих пределах:
- "Штокополь" - 0,2-0,4 мг/л;
- ПАА - 0,6-1,0 мг/л;
- [Аl2(SО4)3] - 40-100 мг/л.
В таблице приведены результаты осветления исследованных шахтных вод
при оптимальных дозах реагентов.
Исследовалось также влияние указанных реагентов на степень уплотнения
осадков шахтных вод шахты имени А.Ф. Засядько на имитатах с концентрацией механических примесей 5, 10 и 15 г/л.
Таблица - Результаты осветления исследованных шахтных вод при оптимальных дозах реагентов
| Содержание взвешенных веществ в исходной воде, мг/л |
Эффект осветления, % при дозе реагентов, мг/л |
| |
"Штокополь" |
[Аl2(SО4)3] |
ПАА |
| |
0,2 |
0,4 |
40,0 |
60,0 |
80,0 |
100,0 |
0,6 |
1,0 |
| 50 |
- |
34,4 |
44,0 |
- |
- |
- |
- |
29,6 |
| 167 |
77,5 |
- |
- |
- |
- |
86,8 |
- |
80,8 |
| 172 |
80,0 |
- |
- |
75,9 |
- |
- |
- |
77,4 |
| 497 |
- |
84,0 |
- |
- |
- |
90,3 |
92,6 |
- |
| 504 |
92,7 |
- |
93,3 |
- |
- |
- |
- |
90,6 |
| 906 |
96,7 |
- |
- |
- |
- |
96,6 |
- |
96,7 |
| 1090 |
92,8 |
- |
- |
- |
95,3 |
- |
- |
96,4 |
| 1712 |
- |
96,8 |
- |
96,8 |
- |
- |
- |
97,0 |
Фракционный состав механических примесей шахтных вод шахты им.
А.Ф. Засядько - тонкодисперсный, фракций <50 мкм в них содержится 92,6%.
Исследования проводились в мерных цилиндрах емкостью 1 л с измерением
высоты слоя осадка через каждые 5 минут отстаивания в течение 4 часов. При этом расход реагентов
составлял: [Аl2(SО4)3] - 100 мг/л, ПАА - 1,0 мг/л и "Штокополь" - 1,0 мг/л.
Степень уплотнения осадков рассчитывалась по формуле:
I=(hН-ht)/(hН-hk) ,
где hН - высота слоя имитата, мм; ht - высота слоя осадка через t минут, мм;
hk - конечная высота слоя осадка при tmax, мм.
Было установлено, что степень уплотнения осадков для воды с концентрацией
механических примесей:
- 5 г/л - достигла 99,1% для воды с ПАА через 10 мин., в то время как со
"Штокополем" она составляла 98,4% (как без реагентов);
- 10 г/л - достигла 99,0% для воды с ПАА через 60 мин., а со "Штокополем"
такая же степень уплотнения была достигнута лишь через 150 мин. (как и с [Аl2(SО4)3]);
- 15 г/л - 95% воды с ПАА через 30 мин., а со "Штокополем" только через 60 мин. отстаивания
(как и с [Аl2(SО4)3]).
Конечная влажность осадков после 4-х часов отстаивания была одинакова во
всех опытах и составляла 78,6-83,1%.
ВЫВОДЫ
- Действия реагента "Штокополь" производства Германии на процесс осветления шахтных вод Донбасса
соответствует действию ПАА отечественного производства.
- Одинаковый эффект осветления воды достигается при дозах реагентов: "Штокополь" - 0,2-0,4 мг/л,
ПАА - 0,6-0,1 мг/л и сернистого алюминия - 40-100 мг/л.
- Эффективность действия реагента "Штокополь" на степень уплотнения механических примесей в
шахтных водах при концентрации их 5, 10 и 15 г/л не превышает действия ПАА.
Библиографический список
- Матлак Е.С., Малеев В.Б. Снижение загрязненности шахтных вод в подземных условиях. - К.: Техніка,
1991. - 138 с.
