Рациональное использование природных ресурсов, применение водосберегающих технологий на базе достижений научно-технического процесса оказывает содействие решению актуальной проблемы современности - охране окружающей среды, в частности, охране водохранилищ от загрязнения сточными водами.

Существующие методы позволяют очищать стоки почти всех областей промышленности. Однако эти методы очистки связаны с образованием большого количества рыхлого, плохо отдающего влагу осадка, затраты на утилизацию которого превосходят затраты на очистку воды.

В угольной промышленности вопросы утилизации осадков шахтных вод остаются нерешенными. Следует отметить, что это - наиболее трудное место во всем процессе очистки шахтных вод, которое требует значительных временных и финансовых затрат. Не пройден еще первоначальный барьер для решения этого вопроса - получение обезвоженного осадка, доведеннго до транспортабельного состояния. В промышленных условиях такие работы не проводились, не решенные они и на экспериментальных этапах.

Шахтами Украины ежегодно выдается около 900 млн м3 шахтной воды. Содержимое взвешенных веществ в шахтной воде 100-1000 мг/л. При очистке шахтных вод образовываются осадки, которые содержат тонкие частицы твердых веществ размером < 10 мкм (до 90%). Объем этих осадков в жидком состоянии составляет около 10 млн м3 в год. Их, как правило, направляют в илонакопители обогатительных фабрик. Складирование осадков шахтных вод на иловых площадках, обезвоживание в который происходит годами, приводит к тому, что при неблагоприятных условиях, вызванных паводками или сильными дождями, осадок может быть вынесен в расположенные поблизости водохранилища. Если рассматривать работу средней шахты, то серьезность проблемы сглаживается небольшими объемами осадка: 3-7 т/ч по твердому и 100-150 м3/ч по объему суспензии. В масштабах Украины проблема охраны водохранилищ от загрязнения сточными шахтными водами требует немедленного решения.

В угольной промышленности Украины проводились работы с обезвоживанием осадков шахтных вод на центрифугах и фильтрах, но дальше экспериментов эти работы не продвинулись.

Выбору направления исследований предшествовало изучение отечественных и заграничных разработок по отвердению осадков сточных вод, причем в отечественных публикациях рекомендаций по исследуемой проблеме практически нет.

В данной работе исследована возможность сгущения и дальнейшего отвердения осадков шахтных вод с целью их утилизации. Были использованы осадки шахт «Россыпнянская» №2 и «Волынская».

В зависимости от качества отвердевшего осадка возможные следующие пути его утилизации: складирование с общешахтной породой, закладка отработанного пространства шахт, а также использование в качестве низкосортного топлива или добавок при производстве строительных материалов, которое ведет к уменьшению количества отходов в отвалах и, как следствие, улучшению экологической ситуации в регионе.

Данную работу целесообразно разделить на два основных этапа:

– исследование возможности получения сгущенного осадка при очистке шахтных вод (до 400 г/л);

– исследование возможности отвердения сгущенных осадков шахтных вод.

Рис.1. Лабораторная установка для сгущения осадков шахтных вод:

1 – емкость питания; 2 – насос; 3, 7 –расходомер; 4 – отделитель воздуха; 5 –капельницы; 6 – сгуститель; 8 – емкость сгущенного; 9 – емкость слива.

В качестве реагента-сгустителя использовали полиакриламид (ПАА). Затрата реагента составляла 5,7 мг/л. Для экспериментов использовали осадок с содержимым в нем взвешенных веществ 60 г/л. Результаты экспериментов показали, что осадок осаживается и уплотняется на протяжении 1 мин. до содержания в нем взвешенных веществ 300-350 г/л.

Для отвердения осадков шахтных вод применяли смеси на основе силиката натрия (жидкого стекла). В качестве добавок, которые содействуют отвердеванию, в осадок вводили хлористый кальций, алюминат натрия и сернокислый алюминий. Затрата добавок составляла 5-10 кг на тонну твердого осадка. Для улучшения контакта реагентов с частицами осадка и силикатом натрия водорастворимые добавки вводили в виде 10%-ного раствора.

Разные стадии преобразования осадка условно названные по степени отвердения: гель, паста, замазка.

Полное отвердение образцов практически во всех случаях наступало на 28-30 сутки от начала экспериментов.

С учетом того факта, что на большинстве шахт осадок концентрируется в горизонтальных отстойниках и прудах, в лабораторных условиях были сделаны модели отстойников. Смешивание осадка со смесями, которые содействуют отвердеванию, проводили методом инъекций.

Результаты исследований показывают, что отвердение осадков шахтных вод можно проводить в промышленных условиях.