[Перечень публикаций] [На главную]

Беляева О.В., Чучелок А.С., Беляева Е.Л.

Анализ существующих и поиск перспективных фильтрующих материалов для очистки шахтных вод


     Традиционно применяемые на практике схемы осветления шахтных вод являются на данный момент упрощенными и при этом малоэффективными и не соответствуют современному уровню развития технологии очистки производственных стоков, а также требованиям, предъявляемым к очищенным сточным водам. Поэтому в отрасли наблюдается тенденция применения новых, более совершенных, технологических схем очистки шахтных вод.

     Для большинства шахт для глубокой очистки неизбежно применение двухступенчатого осветления: осаждение взвесей в тех или иных отстойниках (или изъятие их в осветлителях со взвешенным слоем осадка) на первой ступени и фильтрование на второй. Известны недостатки двухступенчатых схем, связанные с наличием первой ступени, - громоздкость и малая производительность отстойников; большие капитальные затраты на их сооружение; затруднения, связанные с чисткой отстойников. Недостатком осветлителей со взвешенным слоем осадка является также их неустойчивая работа при изменении качества и расходов исходной воды. Избежать этих недостатков можно исключением из схем очистки сооружений для предварительного осветления воды.

     При этом необходимо помнить, что самым производительным является процесс фильтрования, в котором удельные нагрузки по расходу очищаемой воды могут составлять 5-10 м3/ч•м2.

     Однако традиционные фильтровальные установки не рассчитаны на осветление мутных вод, каковыми являются шахтные воды, без предварительной очистки. Мутные воды можно осветлять до высоких кондиций только на двухступенчатых фильтрах с реагентной обработкой или без нее таковой. Такие установки разрабатываются и для очистки шахтных вод.

     Но низкая грязеемкость традиционных и новых фильтрующих материалов не позволяет получить значительную длительность фильтроцикла при осветлении мутных вод. Вследствие этого удельный расход воды на регенерацию загрузок достигает значительной величины и снижает эффективность работы таких установок.

     Поэтому основной проблемой по-прежнему остается поиск принципиально новых фильтрующих материалов, обладающих высокой грязеемкостью и повышенными адгезионными свойствами. При этом огромную роль играет дефицитность и дороговизна фильтрующих материалов.

     Одним из направлений технического прогресса в области фильтрования является разработка новых фильтрующих материалов вместо кварцевого песка. Такая их замена преследует две цели. С одной стороны стандартный кварцевый песок переходит в разряд дефицитных материалов, с другой стороны идет поиск фильтрующих материалов с лучшими, чем у кварцевого песка, адгезионными свойствами, большей пористостью и грязеемкостью.

     Одним из перспективных новых фильтрующих материалов, представляющих наибольший интерес для угледобывающей промышленности, является горелая порода, представляющая собой угленосные породы типа песчаников, сланцев, в которых при подземных пожарах и при горении в терриконах сгорают угольные примеси и остается обожженная минеральная глинисто-песчаная часть. Горелые породы недефицитны, а также имеют повышенные фильтрующие свойства.

     Из новых материалов также можно выделить дробленый керамзит. Он рекомендован для загрузки двухкамерных фильтров. Правда, общеизвестным недостатком керамзита является низкая износоустойчивость. К тому же затруднена унификация этого материала, так как свойства керамзита, выпускаемого различными заводами, существенно отличаются.

     Также имеются сведения об использовании в фильтрах для очистки шахтных вод такого нового материала, как гранулы вспененного полистирола. Он был испытан в двухъярусных фильтрах с плавающей загрузкой. При скорости фильтрования 5 м/ч вода очищалась с 300 до 30 г/м3.

     Довольно интересный способ предложил А.М. Фоминых: вводить в воду перед фильтрованием совместно с полиакриламидом тонкомолотый каменный уголь, что приводит к уменьшению объема осадка и возможности его утилизации сжиганием. Одновременно повышается степень очистки воды.

     Можно сделать следующий вывод, что основные усилия исследователей и разработчиков направлены на увеличение грязеемкости загрузок фильтров. Используются, например, такие способы повышения грязеемкости, как:

     Но даже самые совершенные конструкции фильтров не позволяют очищать мутные воды, так как грязеемкость их все еще недостаточна. Для использования высокопроизводительного способа осветления воды - фильтрования - для изъятия большого количества взвешенных веществ нужен принципиально новый фильтрующий материал. Поскольку зернистые фильтрующие материалы уже практически исчерпали возможности повышения грязеемкости, выход представляется в использовании волокнистых фильтрующих материалов.

     Именно таким принципиально новым волокнистым фильтрующим материалом является лавсановое волокно. Пористость такой загрузки превышает 99%, в то время как пористость кварцевого песка составляет около 40%, дробленого керамзита - 60%. Этот показатель потенциально обеспечивает высокую грязеемкость нового фильтрующего материала: большой объем порового пространства дает возможность разместиться в загрузке большому количеству загрязнений.

     Адгезионные свойства лавсановых ершей также намного выше, чем у зернистых загрузок. Активная поверхность волокон лавсановых ершей в одном кубометре загрузки из лавсановых ершей составляет около 10000 м2. Общеизвестно, что удельная поверхность дробленого керамзита составляет величину до 4000 м2, кварцевого песка - до 2000 м2, то есть в 2,5-5 раз меньше. Высокая удельная поверхность лавсановых ершей характеризует прекрасные адгезионные свойства этого нового фильтрующего материала и высокую его грязеемкость.

     Кроме того, наличие на поверхности волокон положительного заряда усиливает адгезию загрязнений на лавсановых ершах, вызывает контактную коагуляцию частиц примесей без обработки их коагулянтами и флокулянтами.

     Совокупность указанных свойств лавсановых ершей обеспечивает их высокие технологические качества как фильтрующей загрузки и позволяет предположить возможность очистки с их помощью мутных шахтных вод без предварительного осветления и с высокой производительностью.

Ежегодная научно-практическая конференция "ДНИ НАУКИ - 2005", Днепропетровск, 2005
[Перечень публикаций] [На главную]