В процессе хозяйственной деятельности шахта, попутно с основным видом добываемого сырья осуществляет забор воды на поверхность. Ежегодный забор шахтной воды в Донецкой области составляет 450 млн м3 (по данным статотчетности), что в несколько раз превышает объем естественного стока. В настоящее время в Донецкой области существует проблема дефицита пресной воды. В связи с этим эффективным решением данной проблемы является использования шахтной воды, после очистки и обеззараживания.

Подземные и поверхностные воды, проникая в горные выработки, образуют шахтные воды. Стекая по горным выработкам и выработанному пространству они обогащаются взвешенными и насыщаются химическими и бактериологическими веществами. В связи с этим возникает необходимость очистки шахтных вод.

По традиционной классификации существует следующие методы очистки шахтных вод: механические методы (отстаивание, флотация, центрифугирование, фильтрование); физико-химические методы (агрегация, окисление, адсорбция, экстракция, ионный обмен, перевод примесей в нерастворимое состояние); физические методы (изменение фазового состояния воды, облучение, обработка электрическими и магнитными полями, аэрирование, эвапорация); биологически (биохимические) методы предназначены для очистки воды, содержащей загрязнения органического происхождения.

Методы очистки шахтных вод обусловливаются их физико-химическими и технологическими свойствами, а также климатическими условиями угольных месторождений.

Осветление шахтных вод производится механическими и химическими методами в две стадии: осветление и фильтрование. Отстаиванию может предшествовать фильтрация или отделение грубовзвешенных примесей на решетках для извлечения из сточных вод крупных плавающих загрязнений и частично взвешенных примесей во избежание засорения каналов и труб. Процеживание производится через решетки и сита.

Отстаивание шахтных вод — это метод очистки от взвешенных в ней частиц различных веществ путем их осаждения под действием силы тяжести. Отстойники для очистки шахтных вод подразделяют на песколовки, отстойники и осветлители.

Песколовки (горизонтальные и вертикальные) применяют для предварительного выделения из шахтных вод тяжелых минеральных примесей.

Отстойники (периодического и непрерывного действия) — это сооружения, где происходит оседание взвешенных в воде твердых частиц. На шахтах применяют отстойники непрерывного действия, которые предназначены для улавливания частиц конкретного фиксированного размера независимо от общего эффекта осветления воды и улавливания определенного количества взвесей с учетом требуемого эффекта.

Осветлители — это аппараты для процесса глубокого осветления предварительно обработанной коагулянтом шахтной воды путем ее пропускания через слой ранее образованного осадка (контактной среды). В основном используются осветлители со взвешенным слоем осадка.

В качестве осветлителей могут использоваться гидроциклоны и центрифуги. Это центробежные устройства, в которых сила, действующая на частицы примесей, будет больше силы тяжести. Гидроциклоны различают открытые — для выделения оседающих и всплывающих примесей и напорные — только оседающих агрегатоустойчивых грубодисперсных Если после предварительного осветления в отстойниках, осветлителях или в гидроциклонах не удается получить воду требуемого качества, то ее дочищают с помощью фильтрования, выделяя тонкодисперсные, коллоидные твердые или жидкие частицы.

Водоочистные сооружения, на которых происходит процесс фильтрации, называются фильтрами. При фильтровании идет разделение жидкой и твердой фаз с помощью пористой перегородки под действием разности давлений, создаваемой избыточным напором или разряжением воздуха. Жидкая фаза проходит через поры перегородки и собирается в виде фильтрата, а твердая (осадок) задерживается на поверхности перегородки. В зависимости от вида фильтрующей среды фильтры делятся на тканевые, сетчатые, каркасные, намывные, зернистые и др. При очистке шахтных вод, когда приходится иметь дело с большими объемами воды, используют фильтры с сетчатыми элементами и фильтры с зернистой загрузкой, для работы которых не требуется больших давлений.

В шахтной воде, откачиваемой на поверхность, содержатся весьма мелкие частицы, вплоть до коллоидных. Скорость осаждения таких частиц фактически равна нулю, они могут долгое время находится в воде. Таким образом, обеспечивается лишь грубая очистка шахтных вод. В шахтных водах количество грубых взвесей незначительно и поэтому механическое отстаивание, а также фильтрация широко не применяется.

Для ускорения процесса отстаивания и усиления его эффективности применяют химические методы обработки воды — вносят коагулянты и флокулянты, имеющие заряд, противоположный заряду взвешенных частиц. В результате заряды последних нейтрализуются, начинают слипаться, образовывать более тяжелые хлопья, которые легко оседают, увлекая за собой частицы, еще не подвергшиеся обработке коагулянтом. В качестве реагентов используются сернокислый алюминий, сернокислое хлорное железо, полиакриламид, потиэтиленимин. Эффективность коагуляции повышается при постоянстве состава и температуры воды, небольшом ее расходе, а также правильном выборе коагулянта, равномерном перемешивании его в воде.

Очистка шахтных вод от бактериальных примесей является завершающим этапом и производится на практике путем хлорирования с использованием жидкого хлора, хлорной извести и гипохлорита натрия, озона или бактерицидного облучения.

Наиболее часто для обеззараживания принимается жидкий хлор. Ввиду малой растворимости жидкого хлора поступающий реагент предварительно испаряется. Затем хлор-газ растворяют в малом количестве воды, получаемую хлорную воду перемешивают с обрабатываемой водой. Дозировка хлора происходит в фазе газообразного вещества, соответствующие газодозаторы называются хлораторами. Хлорирование имеет ряд недостатков: необходимость соблюдения особых мер предосторожности в обращении с хлором из-за его токсичности; тщательной дозировки реагента; ухудшения органолептических свойств воды; недейственность хлора на спорообразующие бактерии.

Обеззараживание воды бактерицидными лучами имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Природные вкусовые качества и химические свойства воды не изменяются, бактерицидное действие во много раз быстрее. Бактерицидные лучи уничтожают вегетативные виды бактерий, а также спорообразующие. Эксплуатация установок для обеззараживания бактерицидными лучами проще.

Одним из наиболее сильных окислителей является озон. Преимуществом озонирования является: очень высокая окислительная способность; одновременно с обеззараживанием происходит обесцвечивание воды, а также ее дезодорация и улучшение вкусовых качеств; передозировка озона не опасна, так как через короткое время он превращается в кислород. Озон получают из атмосферного воздуха в озонаторах. Недостатком озона является переход органических соединений из биологически устойчивых форм в биоразлогаемые.

Таким образом, после применения выше перечисленных методов очистки, шахтные воды готовы к сбросу в водные объекты, а также при соответствующих показателях очистки к повторному использованию.

1. Матлак Е.С., Малеев В.Б. Снижение загрязнения шахтных вод в подземных условиях — Киев: Тeхника, 1991. — 134, с. ил.; 21 ст.
2. Монгайт И.А., Текиниди К.Д., Николадзе Г.И. Очистка шахтных вод. М.: Недра, 1978. — 173 с.
3. Омельченко Н.П. Очистка шахтных вод — МакНИИ, 1999