MEND NEDEM Departement - Обзор пассивных систем очистки кислотных шахтных вод.

Одна из основных проблем, которые должна решить канадская горная промышленность, это обработка стоков во время и после закрытия горной собственности.

Очистка сточных вод может быть осложнена присутствием и сбором сточных вод кислых шахт, которые даже с лучшим планом реабилитации может потребовать длительной очистки. Хотя обычная очистка сточных вод в Канаде подвергалась химической обработке, либо другой форме активной очистки, недавно были рассмотрены пассивные формы очистки.

Пассивные системы очистки включают химические, биологические и физические процессы очистки, которые часто встречаются в естественном состоянии в окружающей среде и изменяют свойства жидкости. Системы пассивной очистки были впервые признаны пригодными для очистки сточных вод кислых шахт из-за низкой стоимости их конструкции, эксплуатации и обслуживания, а также из-за возможности наладки пультом дистанционного управления с ограниченными оперативными потребностями. Целью этого проекта был обзор пассивных очистных систем и формулирование рекомендаций относительно их применимости в очистных DMA в Канаде.

Хотя пассивные системы были достаточно испытаны в мире, канадский климат и водная среда создают серьезные проблемы для их широкого использования в Канаде. Биологические системы имеют низкую активность в холодную погоду и засуху, а также требуют мощных и гибких систем во время штормов и весенних паводков.

В этом обзоре были изучены четыре основных типов пассивной технологии очистки сточных вод кислых шахт:

Бескислородный известковый сток;
Водно-болотные угодья;
Микробные реакторы;
Биосорбенты.

В соответствии с объемом работ, этот документ представляет:

содержание известных пассивных технологий очистки;
требования к техническому обслуживанию и мониторингу;
Ожидаемая долговечность и долгосрочный эффект (более 100 лет);
Ограничение по показаниям продукта очистки;
Способность удовлетворить канадский регламент жидких стоков метановых шахт и ограничение их токсичности;
Описанием такого вида исследований являются: диапазон расхода, температура, химический состав воды и идентификация стресс-факторов, описанных в литературе;
- Общая оценка применимости существующих пассивных систем очистки шахт и рудников в Канаде.

Безкислотный известковый сток (БИС)

Безкислотным известняковым стоком, в основном, заполнены траншеи из дробленого известняка высокого качества, изолированные пластиком и засыпанные землей, в которых отходящий поток загрязненной непроветриваемой жидкости поступает самотеком. По мере их прохождения через систему, сточные воды кислых шахт растворяет известняк с высвобождением кальция в форме бикарбоната, то есть, с увеличением уровня pH.

По результатам исследований, проведенных в угольных шахтах в США, БСА были более эффективными в случае жидкости с концентрацией растворенного кислорода, Трехвалентного железа (Fe3+) и алюминия менее 1 мг/л, сульфата в концентрации ниже 2000 мг/л. При более высоких концентрациях известняк может быть покрыт окисью или гипсом, который замедляет растворение известняк или засоряет систему. В обоих случая, способность подщелачивания БСА может быть значительно уменьшена и это может вызвать отказ системы.

Учитывая строгие спецификации, влияющие на жидкость, БСА должно быть ограничено в очистке шахтных вод на канадских рудниках.

Водно-болотные угодья

Водно-болотные угодья являются экологическими системами, предназначенными для оптимизации различных природных процессов, как физических, так и химических, микроорганизмов и растений. В системе жидкость от БСА поступает самотеком в болото, где осуществляется удаление металла и нейтрализация. Металлы удаляют путем осаждения, шламмации и обмена, в то время, как нейтрализация является в основном результатом действия сульфаторедуцирующих бактерий (СРБ), или увеличением щелочности в результате химической реакции и действием микробов, включая растворение известняка.

Пассивные системы очистки вод DMA – как правило, это сочетание водно-болотных угодий, торфа и открытых водоемов с изменением химической (в основном известняк) и органической основ для увеличения щелочности и снижения кислотности. Эффективная комбинация – последовательная очистка воды для удаления железа путем окисления, гидролиза и оседания в аэробной стадии, и действие СБР в анаэробной стадии для повышения pH.

Конструкция аэробных, или анаэробных клеток должна максимизировать контакт с матрицей, которые могут быть газированной водой или анаэробной подложкой. Важно, что водно-болотные угодья управляются в соответствии с отдельными компонентами и их взаимодействием друг с другом, чтобы они могли иметь желаемую общую эффективность. Многие механизмы удаления металла в водно-болотных угодьях являются временными и обратимыми, они могут стать насыщеннее, что снижает эффективность водно-болотных угодий и снижает рентабельность. Кроме того, обратимость является проблемой для контроля продукции и осаждения очистки.

Водно-болотные угодья имеющие достаточную область, имеют необходимый потенциал очистки вод DMA на некоторых канадских сайтах, они могут быть выбраны с точки зрения стоимости, эффективности и экологической безопасности. Конструкция в соответствии с подходом «черного ящика», которая была использована в прошлом и всегда предлагается, все же не рекомендуется. Конструкция должна быть основана на понимании взаимодействия между компонентами системы – химические, микробиологические и растения, а так же инженерных требованиях, климате и гидрогеологии места очистки.

Водно-болотные угодья являются сборником металлов и изделий эффективных реакций. Ключ к ее эффективности матрица физических, химических и биотических продолжений болот. Этот потенциал будет снижен в период гололедов и наводнений. Водно-болотные угодья могут быть наиболее применимы в канадских шахтах, где зима самый мягкая и более мягкая в рудниках, где постоянный расход может быть сохранен. Другой метод очистки может потребоваться в течение зимы и период весеннего стока, если у вас есть большие резервуар-отстойники.

Микробные реакторы

Конфигурация в микробных реакторах или биореакторах может быть открытой или закрытой в зависимости от того, подвергаются ли они воздействию атмосферы. В обоих случаях корпус микробных реакторов содержит биологически подложки (обычно сельскохозяйственных продуктов, таких как компост грибов или солома), который способствует росту микроорганизмов выполняя очистку сточных вод кислых шахт.

Целлюлоза сельскохозяйственной продукции разлагается из-за целлюлозоразлагающих бактерий, которые приводят к образованию свободных сахаров и других метаболитов, которые метаболизируются дальше и обеспечивают субстраты для анаэробных ферментативных агентов. Анаэробно эти свободные сахары превращаются путем ферментации органических кислот и короткоцепочечных жирных кислот, которые являются благоприятными для ростовых субстратов сульфатредуцирующих бактерий (СРБ). СРБ уменьшают сульфаты в сульфиде водорода, который осаждает ионы металлов, превратив их в плохо растворимые сульфиды. В то же время сульфатредуцирующие бактерии потребляют ионы водорода и двуокиси углерода в процессе их метаболизма, тем самым повышая рН раствора за счет снижения концентрации ионов водорода .

Данные, полученных в пилотной установкепредполагают, что биореакторы применимы к очистке небольших потоков AMD технологии. Открытые биореакторы должны быть применимы в некоторыхканадских шахтах, где зима мягкая или умеренная. Закрытые биореакторы могут использоваться везде, где можно поддерживать довольно постоянную температуру.

Биосорбенты

Микроорганизмы - в том числе бактерии, водоросли, грибы и дрожжи - эффективно концентрируют тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Биосорбенты различных конфигураций крупности имеют способность очищать сточные кислые. Живые клетки могут быть использованы для очистки стоков которых содержание металла ниже токсических уровней. Использование мертвых биомасс в виде коммерческих биосорбентов устраняет проблемы токсичности металлов, неблагоприятных погодных условий и стоимость питательных веществ и урожай обслуживания.

Лишь малое количество исследований было проведено на сегодняшний день по очистке воды с DMA биосорбентами. Хотя, кажется, что только биосорбенты являются эффективной системой первичной очистки вод DMA. Успех биосорбентов в живой биомассе должен быть ограничен в зимний период. Эффективность очистки будет ниже в худших условий выращивания. Системы, использующие мертвую биомассу должны иметь большую применимость, которые не могут быть компромиссом в зимних условиях, так как поток сохраняется.

Вывод

Пассивная очистка сточных кислых шахтных вод есть в будущем Канады, но его применения ограничивается случаями, когда:

Расход имеет относительно постоянный объем;
Температура воды выше 7 C ;
Кислотность воды и концентрации металла в воде низкие или средние;
Низкий уровень алюминия и железа;
Низкая чувствительность принимающей среды к изменениям в пассивной системе очистки.

Нужно будет провести больше исследований и натурных экспериментов для более точного определения пассивных систем очистки воды DMA в Канаде о жидких шахтных потоках в полном объеме. Ни одна система «пассивной очистки " не является на самом деле пассивной. Все системы нуждаются в контроле и замене потребляемой щелочности или питательных органических веществ для бактерий. Кроме того, осажденный металл должен быть удален, а в некоторых юрисдикциях шлам покрыт положением о "опасные отходы" и их осаждение может быть серьезной проблемой.

Обзор пассивных систем для очистки кислых шахтных вод – май, 1996.