Методические и технологические основы экологически эффективной очистки шахтных вод от техногенных загрязнений

• Автор: Харионовский, Анатолий Алексеевич
• Шифр специальности: 25.00.36
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 48 с. : ил.; 20х14 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современная экологическая ситуация в России остается напряженной, несмотря на снижение валовых выбросов и сбросов вредных веществ в окружающую среду, загрязнения и нарушения земель вследствие сокращения объемов производства в последние 10 лет. Особенно неблагополучное положение отмечается в сфере охраны водных ресурсов. Качество воды в большинстве водных объектов - приемников сточных вод не отвечает нормативным требованиям. Сотни малых рек практически выведены из водопользования и превращены в сточные канавы.
Негативное воздействие предприятий угольной промышленности проявляется в нарушении гидродинамического и гидрохимического режима водных объектов, а также загрязнении их вредными веществами при сбросе неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод [ 41 ]. Удельный вес отрасли в общем объеме сброса загрязненных сточных вод промышленности России остается значительным, составляя 7,3%. В 2001 г. угольными предприятиями сброшено в водные объекты 513,5 млн. м3 (1,9 м3/г) сточных вод, из которых
423,4 млн. м3 (82,5%) с превышением нормативных требований. Со сточными водами поступило в водные объекты 20,4 тыс. т взвешенных веществ, 3,2 тыс. т органических соединений, 513,8 тыс. т минеральных солей, 308 т железа и
86,2 т нефтепродуктов. В общем объеме загрязненных сточных вод 92,5% приходится на попутно забираемые шахтные и карьерные (далее по тексту - шахтные) воды.
Главная причина неудовлетворительного состояния очистки шахтных вод стоит в том, что проектирование очистных сооружений, как правило, производится на основании ограниченного объема исходных данных, без надлежащего учета технологических свойств шахтных вод, зачастую с использованием несовершенных технологий. В результате этого 90,0% действующих очистных сооружений не обеспечивают нормативную очистку.
Технологические свойства шахтных вод и способы их очистки изучены недостаточно. Применяемые для этих целей методики исследований не учитывают особенности физико-химического состава шахтных вод. Отсутствует систематизация технологий очистки, научно обоснованный подход к выбору экологически эффективных и экономически приемлемых технологий для условий угледобывающих предприятий.
Анализ отечественной практики показал, что не решен вопрос эффективной очистки шахтных вод, имеющих низкую минерализацию и содержащих в повышенных концентрациях тонкодисперсные кинетически и агрегатив-но устойчивые твердые частицы, эмульгированные нефтепродукты, фенолы и микроэлементы. Применяемые для очистки этой категории шахтных вод на угледобывающих предприятиях Кузбасса, Дальнего Востока, Приморья и Сахалина способы и технологии имеют низкую эффективность и не обеспечивают соблюдение нормативных требований при использовании очищенной воды на производственные нужды и сбросе в водные объекты [27,31].

Для устранения негативного воздействия угледобывающих предприятий на водные ресурсы необходима разработка нового методического подхода к очистке шахтных вод, систематизация технологий очистки по условиям применения и технико-экономическим показателям, разработка механизма выбора оптимальной технологии. Для очистки до нормативных требований шахтных вод, содержащих сложный и трудно устранимый комплекс загрязняющих веществ, требуется создание и апробация новых эффективных способов и технологий. Поэтому разработка научно-методических основ эффективной очистки шахтных вод от техногенных загрязнений, технологических и технических решений, направленных на их реализацию, является актуальной и имеет важное народнохозяйственное значение [49-53].
Объект исследований - шахтные воды предприятий угольной промышленности, содержащие техногенные загрязнения и подлежащие очистке перед использованием на производственные нужды и сбросом в водные объекты.
Предмет исследований - состав и содержание загрязняющих веществ, технологические свойства, способы и технологии очистки шахтных вод и обработки образующегося осадка, выбор оптимальных технологий для угледобывающих предприятий.
Цель исследований - разработка научно-методических основ, технологических и технических решений по очистке шахтных вод, обеспечивающих охрану водных ресурсов от техногенных загрязнений.
Задачи исследований:
- создание модели взаимодействия природно-экологических условий региона и производственно-технических условий разработки угольных месторождений, физико-химического состава, технологических свойств и способов обработки шахтных вод с технологией их очистки, разработка механизма выбора оптимальных технологий для угледобывающих предприятий;
- выбор из числа существующих к разработка новых методик и экспериментальных установок для исследования технологических свойств и способов очистки шахтных вод;
- экспериментальные исследования технологических свойств, способов очистки шахтных вод и обработки осадка;
- исследование напорной флотации как способа очистки шахтных вод, содержащих тонкодисперсные кинетически и агрегативно устойчивые твердые частицы, эмульгированные нефтепродукты, фенолы и микроэлементы;
- разработка технологии очистки шахтных вод на основе способа напорной флотации, определение условий ее применения и технико-экономических показателей, создание промышленного напорного флотатора;
- систематизация технологий очистки шахтных вод по условиям применения и технико-экономическим показателям, выбор технологий для промышленного использования.
Методы исследований. В работе использованы методы инструментального анализа, планирования лабораторных и натурных экспериментов, матема-

С, мг/дм3 60 40
• 0 2 4 ..6 8 10 ЧМ^-ч
Рис. 10. Зависимость концентрации взвешенных веществ в очищенной воде С от удельной гидравлической нагрузки я при исследованиях на шахтах "Капитальная" при' Со - 500-600 мг/дм3 (1,5) и "Долинская" при Со = 400-500 мг/дм3 (2, 4)
1,2* расчетные кривые; 3, 4 - экспериментальные кривые
Горизонтальная скорость потока в камере флотации находилась в диапазоне 20-25 мм/с, минимальная скорость всплывания флотоагрегатов -2,5-3,0 мм/с. Общая продолжительность процесса очистки, включая смешение шахтной воды с реагентами, хлопьеобразование и флотацию, составляла 10-13 мин., что значительно меньше, чем при отстаивании. Так на шахте "Долинская" очистка шахтных вод в промышленных вертикальных отстойниках с реагентной обработкой длится 2 ч. Концентрация взвешенных веществ в очищенной воде не превышала 30 мг/дм3 при исходной концентрации до 500 мг/дм3 и 50 мг/дм3 при исходной концентрации от 500 до 1000 мг/дм3.
Шахтные исследования показали, что наряду с очисткой от взвешенных веществ в процессе напорной флотации эффективно извлекаются из воды и нефтепродукты. Концентрация нефтепродуктов во время исследований на шахте "Капитальная" снижалась с 1,2-1,7 до 0,5-0,7 мг/дм3.
Объем пенного продукта, образующегося при флотационной очистке шахтных вод, зависит от исходной концентрации в них взвешенных веществ, типа и доз применяемых реагентов, способа и периодичности удаления пенного продукта с поверхности воды. Анализ экспериментальных данных [ 31 ] показал, что наибольшее влияние на объем пенного продукта оказывает концентрация взвешенных веществ в исходной воде С0, при этом корреляционная зависимость (ошибка аппроксимации £= 19,8%) выражается формулой
V = 0,0021 С0+ 0,47 % .
Экспериментальные исследования, выполненные автором [ 44 ] на моделях обезвоживающих аппаратов, показали, что пенный продукт при условии предварительной обработки реагентами может обезвоживаться центрифу-