Меню Рубрики

Установки для очистки шахтных вод

Образование и очистка шахтных вод

Способы очистки шахтных вод

Основными способами очистки шахтных вод являются отстаивание, осветление в слое взвешенного осадка, фильтрование, а также удаление взвешенных веществ под действием центробежных сил.

Отстаивание применяется как без обработки воды реагентами (безреагентное отстаивание), так и с предварительной обработкой коагулянтами и флокулянтами, фильтрование – преимущественно с применением реагентов, а осветление в слое взвешенного осадка – только с обработкой воды реагентами.

Наибольшее распространение на предприятиях угольной промышленности получил способ отстаивания.

Безреагентное отстаивание продолжительностью до 6 ч. в горизонтальных секционных отстойниках небольшой емкости на большинстве угольных шахт обеспечивает очистку от взвешенных веществ в среднем до 50-200 мг/л, что не достаточно для сброса в водные объекты и подачи на фильтры доочистки. Образующийся при этом осадок обладает сравнительно высокой плотностью и плохо удаляется гидравлическим способом, а применяемый в большинстве случаев на практике способ удаления осадка путем его гидроразмыва и перекачки шламовыми насосами в илонакопители или иловые площадки нетехнологичен, особенно в зимних условиях, и весьма трудоемок. Поэтому очистка отстойников от осадка производится обычно один раз в год в летний период, что приводит к переполнению его осадком и неэффективной работе в течение длительного периода времени.

Безреагентное отстаивание в бетонированных и земляных отстойниках большей емкости, рассчитанных на 6-24 ч., обеспечивает более высокую эффективность, однако во многих случаях качество очищенной воды также не удовлетворяет предъявляемым требованиям. В целом они, хотя и в меньшей степени, обладают теми же недостатками, что и горизонтальные секционные отстойники.

Пруды-отстойники являются наиболее эффективными сооружениями по безреагентному отстаиванию шахтных вод и позволяют при оптимальных параметрах снизить содержание взвешенных веществ до величин, не превышающих 30-50 мг/л. Повышение эффективности очистки достигается при последовательной работе 2-3 прудов-отстойников. При невысоких требованиях к качеству воды, подлежащей к сбросу в водные объекты, и небольшом содержании тонкодисперсных частиц в исходной воде эти сооружения могут успешно использоваться в качестве самостоятельного способа очистки, а в остальных случаях – в качестве первой ступени очистки перед фильтрованием. Пруды-отстойники должны рассчитываться на длительное накопление осадка в течение не менее 10 лет.

Вертикальные и тонкослойные отстойники рассчитаны на работу, как правило, с предварительной обработкой шахтных вод реагентами и удалением осадка под гидростатическим давлением без выключения их из работы. Из этих двух типов сооружений более компактны, эффективны и удобны в эксплуатации тонкослойные отстойники, обеспечивающие при этом максимальную удельную нагрузку на поверхность для сооружений отстойного типа.

Осветление в слое взвешенного осадка является весьма эффективным способом очистки шахтных вод и может осуществляться в аппаратах различного типа. Однако на предприятиях угольной промышленности преимущественное применение получили осветлители коридорного типа с вертикальным осадкоуплотнителем.

Работа осветлителей основана на явлении контактной коагуляции, которая происходит при прохождении очищаемой воды, подвергшейся реагентной обработке, через слой взвешенного осадка, находящийся в динамическом равновесии благодаря равенству скорости восходящего потока и средней скорости осаждения скоагулированных частиц. Необходимым условием эффективной работы осветлителей служит сохранение постоянства расхода и температуры очищаемой воды. Верхний предел содержания взвешенных веществ, поступающих на очистку шахтных вод не ограничен, а нижний предел составляет 150 мг/л, содержание взвешенных веществ в очищенной воде не превышает 10-15 мг/л. В связи с этим, данный способ может применяться как для одноступенчатой очистки шахтных вод, так и в качестве первой ступени очистки перед фильтрованием.

Фильтрование, в отличие от отстаивания и осветления в слое взвешенного осадка, является методом тонкой (глубокой) очистки воды и осуществляется пропусканием воды через зернистые или пористые материалы. Осветление воды при фильтровании происходит в результате действия двух противоположных процессов: адгезии твердых или скоагулированных частиц к поверхности зерен фильтрующей загрузки и отрыва, ранее задержанных частиц и переноса их гидродинамическим потоком жидкости в следующие по ходу потока слои фильтрующего материала.

Отличительная особенность способа фильтрования заключается в высокой чувствительности его к содержанию взвешенных веществ в исходной воде. С повышением исходного содержания взвешенных веществ эффективность очистки и длительность цикла фильтрования резко снижается, существенно возрастает расход воды на промывку фильтров. В связи с этим предельное значение концентрации взвешенных веществ в исходной воде ограничено для скорых открытых однослойных зернистых фильтров 30 мг/л, для скорых напорных и открытых двухслойных фильтров 50 мг/л и для контактных осветлителей 150 мг/л .

Из механизма процесса фильтрования следует также, что его эффективность может быть повышена путем реагентной обработки поступающей на очистку воды. Способность коагулянтов и флокулянтов к образованию хлопьев, увеличению их плотности, прочности и сил адгезии позволяет оптимизировать процесс фильтрования и добиваться максимальной его эффективности. Таким образом, с учетом особенностей способа фильтрования, целесообразной областью его применения следует считать одноступенчатую очистку шахтных вод с небольшим исходным содержанием взвешенных веществ или вторую ступень очистки после отстаивания и осветления в слое взвешенного осадка.

Прогрессивным направлением в технологии очистки сточных вод угольных предприятий является удаление взвешенных веществ под действием центробежных сил. Силы, действующие на выделяемые частицы в центробежных устройствах, больше сил тяжести, действующих в отстойниках. Вследствие этого повышается в несколько раз их производительность, уменьшаются их размеры. На горных предприятиях широко распространены напорные конические гидроциклоны. Загрязненная вода подается под давлением 0,05-0,3 МПа внутрь гидроциклона, поступает в цилиндрическую часть и вращательно движется в ней вместе с примесями. Крупные примеси отжимаются возникающей центробежной силой к стенкам и вместе с жидкостью по винтовой спирали поступают к сливу. Осветленная вода движется вверх по оси гидроциклона. Эффективность очистки в гидроциклонах составляет в среднем 70-80 %.

Читайте также:  Установка предпусковых подогревателей на хонду

Выводы

Таким образом, при исследовании сложившейся ситуации в области очистки шахтных вод на угольных предприятиях Сибирского региона, с учетом условий их образования и качественного состава, можно заключить, что на сегодняшний момент основные проблемы угольных предприятий по очистке шахтных вод остаются не решенными: кроме низкой эффективности существующих технологий, они требуют больших эксплуатационных затрат.

При анализе применяемого оборудования для очистки шахтных вод, выявлены его недостатки, а следствием этого является то, что эффективность очистки шахтных вод на большинстве имеющихся очистных сооружениях недостаточна и очищенная вода по своим качественным показателям не удовлетворяет нормативным требованиям на сброс.

Поэтому возникает необходимость разработки и внедрения новых эффективных способов и технологических схем очистки шахтных вод с заменой устаревшего оборудования на современное, например, флотационное, которое, по нашему мнению, будет являться наиболее перспективным.

источник

Методы очистки шахтных вод

Шахтные сточные воды очищают различными методами, важнейшими из которых являются механические, химические, физико-химические и биологические.

Механическая очистка применяется при выделении нерастворимых примесей методами процеживания, отстаивания, фильтрования и центрифугирования. Процеживание осуществляется через решётки, сита, сетки и позволяет избавиться от грубодисперсных примесей в воде. При отстаивании тяжёлые частицы примесей осаждаются, а лёгкие всплывают на поверхность. Фильтрование осуществляется чаще всего через песок, в котором остаются примеси. Центрифугирование осуществляется в гидроциклонах и центрифугах, где под действием центробежных сил механические примеси отбрасываются к стенкам и оседают на дно.

Для интенсификации процессов отстаивания и фильтрации в сточные воды обычно добавляют коагулянты и флокулянты.

Коагулянты (коагуляция — свёртывание, сгущение) — это вещества, при добавлении которых в шахтную воду происходит укрупнение частиц, и они выпадают из коллоидного раствора в виде хлопьевидного осадка или застуденевают. В качестве коагулянтов используют сульфаты аммония, железа или алюминия.

Флокулянты – поверхностно-активные вещества, адсорбируются на поверхности частиц и способствуют образованию агрегатов из нескольких частиц, которые всплывают на поверхность. В качестве флокулянтов используют полиакриламид, жирные кислоты, мыла и др.

Химические методы очистки основаны на добавлении в сточные воды реагентов, способствующих получению из растворённых в воде вредных примесей нерастворимых веществ и выпадению их в осадок в результате окислительно-восстановительных и др. реакций, Среди химических методов очистки широко распространены нейтрализация, окисление (активным хлором, кислородом воздуха, озоном и др.), восстановление и удаление ионов тяжёлых металлов.

Нейтрализация кислых шахтных вод осуществляется: смешением их со щелочными водами других шахт или со щелочными городскими сточными водами; введением соответствующих реагентов; фильтрованием кислых шахтных вод через специальные плотины из известковых пород или фильтрованием через отвалы пород, содержащих известняк.

Окисление шахтных вод осуществляется для обеззараживания их от микроорганизмов. Наиболее широкое распространение получило хлорирование воды. Для этого чаще всего используют жидкий хлор, а также гипохлориды кальция и натрия, хлорную известь и диоксид хлора.

Перспективным методом обеззараживания воды является обработка ее озоном — озонирование. При разложении озона в воде образуются свободные радикалы и молекулярный кислород, которые, являясь сильными окислителями, оказывают бактерицидное действие.

Восстановление используется для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка, которые при окислительно-восстановительных реакциях восстанавливаются до свободных элементов и оседают на дно. Для этого в воду вводят сульфит железа, сероводород и др.

Для удаления ионов тяжёлых металлов (ртути, хрома, кадмия и др.) используют гидроокислы кальция и натрия, карбонаты и др. В результате химической реакции образуются нерастворимые вещества.

Физико-химическую очистку используют для удаления из вод суспензированных и эмульсированных примесей, а также других веществ, растворенных в сточной воде, применяя коагуляцию, адсорбцию, ионообмен, экстракцию, кристаллизацию, дистилляцию, флотацию и др.

Адсорбция – это прилипание частиц, находящихся в очищаемой среде, к твёрдым веществам – сорбентам. В качестве таких веществ используются активированный уголь, синтетические сорбенты, некоторые отходы производства. Процесс происходит в адсорбционных установках. Проблема способа состоит в последующей очистке сорбента.

Ионообмен — процесс взаимодействия раствора с твёрдой фазой, обладающей способность обменивать ионы, содержащиеся в ней на другие ионы, присутствующие в растворе. В качестве твёрдой фазы используют алюмосиликаты, селикагели и др.

Экстракция — извлечение одного или нескольких компонентов раствора путем перевода их в несмешивающуюся с этим раствором другую жидкость. Используется при относительно высокой концентрации вредных веществ (фенолов, масел и др.).

Читайте также:  Установка 2 дин магнитолы в кайрон

Процесс протекает в три стадии:

— интенсивное смешивание сточной воды с экстрагеном (органическим растворителем);

— разделение чистой воды и несмешиваемых загрязнений, используя при этом отстаивание, центрифугирование, кристаллизацию;

— регенерация (восстановление) загрязнений.

Способ применим, если стоимость удаляемых веществ (например, ценных металлов), компенсирует затраты на проведение процесса.

Кристаллизация — образование кристаллов из растворов в процессе электролиза и при химических реакциях.

Дистилляция — удаление примесей из шахтной воды путем ее выпаривания.

Флотация основана на процессе взаимодействия загрязнённых веществ с поверхностью раздела воздуха и воды: к пузырькам воздуха, подаваемого, например, со дна ёмкости прилипают механические частицы, находящиеся в воде. При этом образуются комплексы частиц, которые удаляются при всплывании их на поверхность.

Биологическая очистка заключается в биохимическом разруше- нии (минерализации) микроорганизмами органических загрязняющих веществ. Участвующие при этом бактерии делят на две группы: аэробы (использующие при дыхании растворенный в воде кислород) и анаэро- бы (развивающиеся без свободного кислорода).

Аэробную биологическую очистку осуществляют в условиях близких к естественным (в биологических прудах и др.), а также в специальных искусственных сооружениях (аэрофильтрах, биофильтрах, аэротенках). В аэрофильтрах и аэротенках используется дополнительная аэрация воды, т.е. подача сжатого воздуха в воду.

Анаэробная очистка осуществляется в специальных резервуарах большой вместимости (до нескольких тысяч кубических метров ).

Технология очистки шахтных вод очистной установкой » Дон — 3″

В настоящее время для очистки шахтных вод хорошо зарекомендовала себя очистная установка » Дон — 3″, которая обеспечивает очистку шахтной воды в подземных условиях и на поверхности. В шахте производится отстаивание воды в участковых и главном водосборниках, а также фильтрование её через обрушенные породы выработанных пространств лав. На поверхности шахты после откачки воды насосами главного водоотлива осуществляется очистка её с помощью напорных песчаных фильтров.

Технология очистки шахтной воды следующая.

Из участковых водосборников 1 (рис.2.1) частично отстоявшаяся вода подается насосами по трубопроводу 2 на один горизонт выше откаточного штрека и сбрасывается в выработанное пространство 3. Проходя вниз через обрушенные породы выработанного пространства вода фильтруется и, собираясь в водосточной канавке откаточного штрека, поступает дальше в водосборник главного водоотлива 7.

Для регулярной чистки водосборников — отстойников применяются ручные гидромониторы и гидроэлеваторы 8, с помощью которых осевший шлам перекачивается в выработанное пространство. Рабочая вода для гидромониторов и гидроэлеваторов подается из напорного става главного водоотлива по трубопроводу 6.

Плотина — перемычка 9 в водосборнике 7 служит для сливания верхнего осветленного слоя воды. Дальше вода через поплавковый всас 10 переливается в водозаборный колодец 11.

Поплавковый всас позволяет осуществлять забор поверхностного слоя воды, а также включать или выключать замыканием герметических электрических контактов насосы главного водоотлива при пересеченииуровнем воды соответственно допустимых нижнего и верхнего пределов.

Из водозаборного колодца вода откачивается насосами 14 на поверхность и подается по трубопроводу 22 на напорные фильтры 18 с песчаной загрузкой. Диаметр фильтра 3,4 м, производительность — 90 м 3 /ч. Проходя через песчаные фильтры вода очищается от механических примесей и поступает по трубопроводу 23 в хлораторную с дозатором хлора 28, где хлорируется и поступает в резервуар осветленной воды 30. Оттуда она сбрасывается в гидрографическую сеть района или поступает потребителю.

Для защиты фильтров и трубопроводов от разрыва при превышении давления воды в трубопровод исходной воды перед фильтрами включен предохранительный клапан 21.

Запорная арматура на фильтровальной станции оборудуется гидравлическими приводами, работающими от маслостанции. Могут применяться также задвижки с электроприводом.

Обеззараживание в хлораторной осуществляется гипохлоритом натрия с содержанием активного хлора 5-6 мг/л, поступающим от электролизеров. Для получения гипохлорита натрия используются растворы поваренной соли. При отсутствии отходов поваренной соли для получения гипохлорита может использоваться техническая поваренная соль.

Если предприятие не располагает возможностью установки электролизёра, обеззараживание воды можно производить жидким хлором или хлорной известью.

Загрузка песка в фильтры осуществляется гидроэлеватором 15, установленным в дозирующей емкости песка 16 по трубопроводу 17.Рабочая жидкость для гидроэлеватора подается по трубопроводу 6. Песок в дозирующую ёмкость поступает со склада фильтрующего материала 26 с помощью установленного там гидроэлеватора 15 по трубопроводу 17.

Промывка загрязнённого фильтра осуществляется очищенной водой с других рабочих фильтров за счет её остаточного напора после фильтрования. Например, если осуществляется промывка левого фильтра, то вода идет к нему по трубопроводу 23 с других фильтров в направлении обратном рабочему фильтрованию. Для этого задвижкой 31 перекрывается движение воды в резервуар 30. Автоматическое поддержание необходимого давления воды обеспечивается регулятором 27. Далее промывная вода идет по загрязнённому фильтру снизу вверх, затем по трубопроводу 24 поступает в сборник промывной воды 29. Оттуда идёт в шламонакопитель на породном отвале для скоростного выделения шлама из воды, которая на фильтровальную станцию в этом случае не возвращается или подается на специальную иловую площадку с возвратом отстоявшейся воды на фильтровальную станцию.

Читайте также:  Установка газосиликатных блоков на деревянный пол

источник

Установки для очистки шахтных вод

Доклады III Международной Научно-Технической Конференции «Механика жидкости и газа», 7-9декабря 2004г., Донецк

УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ И БАКТЕРИАЛЬНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Мацагор А.Е. студент, Сивер Л.Н., доцент

Донецкий национальный технический университет.

Разработана технология и спроектирована установка, обеспечивающая очистку шахтных вод от механических и бактериальных загрязнений.

Шахтные воды шахты им. Е.Т.Абакумова в основном относятся к сульфатно – хлоридно – гидрокарбонатно – натриево-кальциево-магниевому типу. Шахтные воды нижних горизонтов (абсолютная отметка — 94,4м) относятся к хлоридно – гидрокарбонатно – сульфатно-натриевому типу. Все воды шахты им. Абакумова сильно минерализованы (плотный остаток 2,3-3,8г/л), слабощелочные (рН=7…7,6), жесткие и очень жесткие. При кипячении шахтные воды способны вспениваться и отлагать очень большое или среднее количество твердого или среднего по твердости осадка.

По содержанию SO4 ’’ воды агрессивны ко всем видам несульфатостойких цементов. Общешахтная вода, отобранная из центрального водосборника, относится к хлоридно – сульфатно – гидрокарбонатно – натриево — магниево-кальциевому типу, высокоминерализованная, жесткая, слабощелочная.

Главным недостатком главной водоотливной установки горизонтов является загрязненность водосборников. Вследствие этого, загрязненная шахтная вода не успевает отстаиваться и загрязненной попадает в насосный агрегат.

С целью очистки откачиваемой из шахтных выработок вод разработана технология и спроектирован комплекс очистки, обеспечивающие качественные показатели шахтных вод до стандартов технической воды. Очищенная вода в последствии может быть использована для нужд шахты, для коммунальных нужд прилегающих к шахте поселков. Внедрение этого комплекса позволит освободить территории, отводимые под отстойники шахтных вод, тем самым уменьшить пагубное воздействие на окружающую среду, и использовать высвобожденные площади для сельского хозяйства.

Комплекс состоит из ряда очистных установок (см. рис. 1): отстойника, песколовки, фильтров, установки для обеззараживания воды. В очистных установках шахтная вода поэтапно очищается от механических примесей крупностью 1,0 мм и крупностью более 100-150 мкм, затем производится глубокая очистка шахтных вод до содержания в ней механических примесей не более 1,5 мг/л, и на последней стадии очистки происходит обеззараживание шахтной воды.

Рисунок 1 — Установка для очистки шахтных вод

На первом этапе неочищенная шахтная вода попадает в отстойник наклонный типа ОН [1]. Здесь происходит очистка воды от механических примесей с реагентной обработкой воды и без применения реагентов при содержании механических примесей в исходной воде от 50 мг/л до 50 г/л и крупности частиц 1,0 мм.

Отстойник состоит из камер осветления, хлопьеобразования и уплотнения осадка. В камере осветления установлены пакеты с наклонными ячейками. Восходящий поток исходной воды, пройдя камеру хлопьеобразования, поступает в камеру осветления. В камере осветления, установлены наклонные листы, которые образуют ряд ячеек. При движении воды в ячейках происходит выпадение механических примесей на нижнюю плоскость ячеек. Осветленная вода поступает в сливные желоба и через патрубок отводится из отстойника в песколовку, где шахтная вода очищается от механических примесей крупностью более 100-150 мкм.

Шахтная вода по патрубку поступает в боковые каналы, а из них – на спрямительную решетку наклонной ячейки. Выпавшие на наклонную поверхность частицы сползают в шламонакопитель.

Фильтр секционный напорный ФСН [2] предназначен для очистки сточных вод предприятий угольной промышленности от механических примесей путем фильтрации через насыпную зернистую загрузку (кварцевый песок, антрацитовая крошка, измельченный керамзит). Фильтр состоит из 6 секций, объединенных двумя распределительными устройствами, управляемыми автоматически. Внутри каждой из секций фильтра на ложных днищах верхней и нижней камеры загружен фильтрующий материал. В верхней камере находится крупнозернистый керамзитовый песок, в нижней — кварцевый песок. Секции работают последовательно в режиме фильтрация-промывка.

После этого частично очищенная вода выдается на поверхность, там она проходит более тщательную очистку от твердых фракций, вредных бактерий, и болезнетворных организмов.

Глубокая очистка шахтных вод до содержания в ней механических примесей не более 1,5 мг/л осуществляется в фильтре глубокой очистки [2]. Фильтр состоит из двух цилиндрических камер, на нижней части которых установлены ложные днища со щелевыми дренажно-распределительными колпачками. Верхняя камера загружена крупнозернистым керамзитовым песком, нижняя — мелкозернистым кварцевым. Фильтр снабжен двумя смотровыми люками. Промывается фильтр обратной подачей чистой воды через патрубок. Под действием потока воды в нижней и верхней камерах разрыхляется фильтрующий материал и отмывается от механических загрязнений.

Обеззараживание шахтной воды происходит электрохимическим путем [3]. Часть очищенной от взвешенных веществ шахтной воды направляется в буферный бак, откуда обогащенная активным хлором самотеком по трубопроводу поступает в контактный резервуар, где смешивается с общим потоком подлежащей обеззараживанию шахтной воды [3].

Питание электролизера постоянным электрическим током осуществляется от преобразователя тока. Очистка катодов от осадка солей жесткости производится периодически.

1. Монгайт И.Л. Очистка шахтных вод. – М.: Недра, 1978.

2. Комплексная переработка шахтных вод. /Под ред. А.Т. Пилипенко. – К.: Техника, 1985.

3. Селезнев С.Н. Очистка шахтных вод. – Донецк: Донбасс, 1975.

источник