Физико-химические способы очистки воды

Способы очистки жидких отходов горных предприятий.

Водное хозяйство горной промышленности отличает то, что забор воды и сброс ее в процессе добычи превышает потребление воды на производственные нужды отрасли более чем в 3 раза, причем для шахт - в 7 раз, для разрезов - в 4,5 раза.

В настоящее время охрана вод от загрязнения и истощения на территории России регламентируется Основами водного законодательства страны, водными кодексами и на их основе постановлениями соответствующих органов о порядке использования вод, правилами их охраны.

В соответствии с Конституцией Российской Федерации все воды (водные объекты) составляют единый государственный фонд и предоставляются только в пользование.

Высшей формой учета является Государственный водный кадастр (содержит данные, характеризующие вещественный состав государственного фонда).

Важная роль в водном законодательстве отводится регулированию водных отношений. За государством закрепляются функции:

1. Распоряжение фондом;

2. Установление основных положений в области использования вод;

3. Охрана от загрязнения, истощения;

4. Предупреждение и ликвидация вредного воздействия вод;

5. Установление нормативов водопользования, требований к качеству вод, их потребления, регистрации водопользователей;

6. Утверждение схем комплексного использования и охраны вод;

7. Государственный контроль за использованием и охраной вод и установление порядка его осуществления.

Основы водного законодательства обязывают предприятия - водопользователей содержать в исправном состоянии очистные и другие водохозяйственные сооружения, влияющие на состояние вод. Предусматривается обязательное обеспечение рационального и комплексного использования вод при условии первоочередного удовлетворений питьевых и бытовых нужд.

Для нарушителей водного законодательства установлены следующие виды ответственности: административная, дисциплинарная материальная и уголовная. Специфической мерой ответственности является лишение или прекращение права водопользования.

Водопотребление при добыче и переработке полезных ископаемых обычно связано с хозяйственно-бытовыми и коммунальными нуждами, производственными и техническими, а также с пожаротушением. Для этого используют системы водоснабжения, в состав которых входят водозаборные сооружения, насосные станции, станции очистки и подготовки воды, магистральные или разводящие трубопроводы или каналы, резервуары и водонапорные башни, а также вспомогательные сооружения: лаборатории, склады и др.

В соответствии с видами водопотребления системы водоснабжения разделяются на хозяйственно-питьевые, технические (производственные) и противопожарные. Они могут быть как раздельными, так и совмещенными, по способу подачи воды - самотечными, с механической подачей и зонными, а по способу ее использования - прямоточными, оборотными, с повторным использованием.

В прямоточных системах вся забираемая вода задействована в технологических или других процессах однократно, после чего передается на очистку и сброс. В оборотных системах предусматривается многократное использование воды без сброса ее в природные водные объекты, но каждый цикл использования должен предусматривать при необходимости очистку (кондиционирование). Для компенсации безвозвратных потерь производится постоянная или периодическая подпитка систем оборотного водоснабжения. Повторно-последовательное использование воды предусматривает несколько технологических процессов, а затем очистку воды и сброс.

Основные направления совершенствования водопотребления горнодобывающих предприятий - сокращение потребления воды питьевого качества из рек, озер и городского водопровода, а также расширение использования шахтных и карьерных вод для хозяйственно-бытовых и технических нужд. Для этого проводится детальный анализ работы горного предприятия и разрабатывается ситуационный план (графический документ) расположения водных объектов, инженерных сооружений и устройств по использованию и охране водных ресурсов, на котором показано расположение на местности всех водных объектов, линий водопотребления и водоотведения, водозаборов и других сооружений.

Один из наиболее важных графических документов, по которому можно судить об эффективности использования водных ресурсов на предприятии, - схема водопотребления и водоотведения - включает в себя следующие основные элементы:

· откачку подземных вод при разработке месторождения;

· истощение запасов поверхностных и подземных вод при их дренировании;

· использование откачиваемой воды самим предприятием;

· увеличение запасов поверхностных и подземных вод в результате сброса отработанных вод;

· загрязнение природных вод;

· удовлетворение потребностей горного предприятия в технической и пресной воде за счет водоснабжения извне или передачу воды другим откачку подземных вод при разработке месторождения;

Для более детального учета водных ресурсов составляются балансовые схемы, где для каждого участка указаны количество и химический состав протекающей воды, а также воды, потерянной для отдельных технологических агрегатов, звеньев и предприятия в целом. Данные из балансовых схем помещают по операциям в таблицу водного баланса, которая позволяет увидеть, в каких звеньях водные потери максимальны и где можно повысить эффективность использования водных ресурсов.

На горных предприятиях основные водопотребляющие процессы организованы на оборотной системе водоснабжения, на пополнение которой используют карьерные, шахтные и дренажные воды.

Промышленные воды строящихся шахт, рудников и карьеров формируются преимущественно из сопутствующих вод атмосферного и подземного происхождения, загрязненных вследствие водной эрозии отвалов пустых пород и некондиционных полезных ископаемых.

Горнопромышленной сточной называют также воду, которая после одно- или многократного использования в технологических процессах становится непригодной для дальнейшего применения по прямому назначению и подлежит сбросу или использованию в другом производстве.

По степени загрязненности и условиям образования такие воды могут быть разделены на чистые или циркуляционные (оборотные); условно чистые; загрязненные промышленные; загрязненные ливневые.

Чистыми или циркуляционными (оборотными) называют воды, качество которых в процессе их использования практически не ухудшается, что позволяет многократно использовать их без специальной обработки. Эти воды подлежат только периодическому сбросу и замене при накоплении в них продуктов коррозии трубопроводов и оборудования или эрозии железобетонных сооружений.

Условно чистыми называют воды, ухудшение качества которых делает их непригодными для повторного использования в процессе, но не исключает возможности применения их для процессов с менее жесткими требованиями к воде либо допускает их в водоем или канализацию без специальной обработки (очистки).

Загрязненными горнопромышленными (промстоками) называют воды, которые в процессе использования настолько загрязняются исходным сырьем, что их нельзя не только употреблять в дальнейшем, но и сбрасывать без очистки из-за токсичности, агрессивности или других отрицательных свойств. С учетом вида и содержания загрязнений промстоки отводят и очищают одним общим или не несколькими самостоятельными потоками в зависимости от основных загрязнителей: потоки нефтесодержащие, кислотно-щелочные, хромсодержащие, циансодержащие, содержащие красители, токсичные органические загрязнения и т. п. Тем самым упрощают обработку промстоков, а также предотвращают образование взрыво- и огнеопасных продуктов или выделение ядовитых газов при взаимодействии веществ, содержащихся в различных видах промстоков. Иногда целесообразно разделять промстоки, одинаковые или близкие по качественному составу, но значительно различающиеся по количеству загрязнений.

Загрязненные ливневые воды образуются на сильно загрязненных участках территории предприятий: стоянках транспорта, открытых площадках для хранения сырья, горючесмазочных материалов (ГСМ), отходов производства и т.п. В этих водах чаще всего содержатся взвешенные вещества (пыль, грязь, нефтепродукты и др.), которые попадают в зону действия ливня. Объем загрязненных ливневых вод нередко бывает весьма значительным.

Для снижения воздействия горнодобывающей промышленности на состояние водных ресурсов принимаются различные меры, направленные на уменьшение водопритоков в горные выработки:

· организация предварительного осушения;

· заградительный дренаж (в том числе контурный и с использованием систем водопонизительных и водопоглощающих скважин), а также поглощающий дренаж с обособленным отводом воды;

· изоляция водоисточников, например водонепроницаемыми завесами (экранами);

· создание надежных систем канализации ливневого и талого стоков с территории горного отвода;

· откачка талых и дождевых вод из мест оседаний и провалов;

· нормированный расход технологической воды.

Осушение в горном деле - совокупность технических мероприятий, снижающих обводненность месторождений полезных ископаемых и регулирующих режим притоков воды в горные выработки при строительстве горных предприятий и эксплуатации месторождений со сложными гидрогеологическими условиями. Тем самым создаются экономически эффективные и безопасные условия ведения горных работ, а также обеспечивается охрана недр и водных ресурсов. Поэтому, как правило, горнодобычные работы сопровождаются искусственным водопонижением. Только при добыче угля из шахт и разрезов откачивается около 14 км3 воды в год. Сброс откачиваемых и сточных вод ведет к загрязнению поверхностных водных объектов различными солями, нефтепродуктами и тяжелыми металлами.

Осушение включает отвод поверхностных вод, снижение уровня подземных вод, откачку и отвод воды из горных выработок за пределы месторождения полезных ископаемых. Для отвода поверхностных вод (из заболоченных участков, озер, рек, мульд оседания) выполняют:

· перехват склонового стока с помощью нагорных канав и дамб;

· экранирование русел водопритоков в пределах шахтных и карьерных полей;

· удаление воды самотеком из водоемов и водотоков за пределы месторождения полезных ископаемых по канавам, трубам или откачкой насосами;

· откачку ливневых и талых вод из мульд оседания насосами, устанавливаемыми обычно на понтонах.

Для снижения уровня подземных вод на участках ведения горных работ используют дренажные и барражные устройства.

Дренаж - способ осушения территории месторождений полезных ископаемых и массивов горных пород путем сбора и отвода подземных гравитационных вод в естественные русла (реки, озера и т.п.) или искусственные сооружения (каналы, горные выработки и др.).

Дренажные устройства разделяются на поверхностные, подземные и комбинированные. К поверхностным относятся вертикальные водопонижающие и водопглощающие скважины, горизонтальные дренажные скважины, иглофильтровые установки и опережающие поверхностные траншеи, к подземным - дренажные штреки, сквозные фильтры, восстающие скважины, водопонижающие колодцы, а также опережающие выработки (горизонтальные и наклонные скважины). Комбинированные дренажные устройства включают комплекс поверхностных и подземных выработок.

По схеме расположения в плане дренажные устройства делят на кустовые, линейные и контурные, сетчатые, а в разрезе - на одно- и многогоризонтные, коллекторные и бесколлекторные; по срокам сооружения - на опережающие, параллельные и совмещенные; по срокам службы - на стабильные и скользящие (вслед за подвиганием забоя).

Водопонижающие скважины (диаметром) бурят для снижения уровня (напора) в водоносных горизонтах мощностью свыше, залегающих на глубине, и характеризуемых коэффициентом фильтрации более 1, до подошвы горизонта, при пересечении горизонта устанавливают фильтры или перфорированные трубы (в трещиноватых породах). После прокачки и очистки (обычно эрлифтом) скважина оборудуется погружным насосом.

Водопоглощающие скважины сооружают для перепуска воды из верхнего горизонта с низкими фильтрационными свойствами в нижние с более высокими фильтрационными свойствами. Разность уровней воды в дренируемом и поглощающем горизонтах поддерживается обычно водопоглощающими скважинами. По конструкции водопоглощающие скважины аналогичны водопонижающим.

Горизонтальные дренажные скважины (диаметром, длиной) сооружают для самотечного осушения уступов карьеров в песчаных породах.

Иглофильтровые установки с коэффициентом фильтрации позволяют временно и локально понизить уровень подземных вод в песчаных и песчано-глинистых породах от (передвижные) до (эжекторные).

С помощью опережающих траншей снижается уровень воды в маломощных (до) и неглубоко (до) залегающих водоносных горизонтах.

Дренажные штреки предназначены для дренажа полезных ископаемых и водоносных горизонтов, расположенных вблизи кровли и почвы полезного ископаемого. Дренаж осуществляют через стенки выработок, естественные трещины и тектонические нарушения, а при наличии водоупорных пород (мощностью более) в кровле и почве полезного ископаемого - с помощью дренажных скважин. Дренажные штреки сооружаются на карьерах со сложными гидрогеологическими условиями; на шахтах обычно роль дренажных штреков выполняют подготовительные выработки.

Сквозные фильтры - скважины диаметром, пробуренные с земной поверхности до кровли подземной выработки (или дренажного штрека), обсаженные трубами, оборудованные фильтрами в интервале водоносных пород; предназначены для дренажа водоносных горизонтов мощностью более, залегающих над полезным ископаемым на расстоянии свыше. Восстающие скважины (диаметром) бурят из подземных горных выработок и оборудуют фильтрами в интервале водоносных горизонтов. Их применяют для дренажа водоносных горизонтов, залегающих на расстоянии от кровли выработки.

Водопонижающие колодцы - вертикальные горные выработки, которые закладывают на пониженных участках почвы выработки для понижения напора в водоносных горизонтах, залегающих ниже подошвы выработки. Для откачки воды употребляют центробежные насосы.

Опережающие скважины (диаметром) бурят из подземных горных выработок в направлении обводненных участков, содержащих напорные воды, чтобы предупредить внезапные прорывы воды, а также провести предварительный дренаж обводенных пород, залегающих впереди фронта горных работ.

Дренажные системы по сравнению с барражными не исключают попадания (проскока) подземных вод через заградительный контур в горные выработки: размер проскока воды, например, на некоторых шахтах и карьерах достигает динамического потока.

Длительный дренаж водоносных горизонтов нарушает гидравлические и гидрохимические режимы подземных и поверхностных вод в районах эксплуатации месторождений (снижает уровень подземных вод в радиусе нескольких десятков километров, способствует появлению депрессионных воронок, истощению водных ресурсов, загрязнению поверхностных водотоков и водоемов шахтными и карьерными водами), изменяет природный ландшафт.

Барраж — способ защиты шахт и карьеров от подземных вод путем полного или частичного ограждения горных выработок водонепроницаемыми устройствами. При этом уровень подземных вод снижается за счет водоотлива или дренажа, а вне пределов водонепроницаемых устройств остается близким к естественному или несколько повышается в результате подпора.

Барраж обеспечивает охрану ресурсов подземных вод, снижает эксплуатационные расходы на осушение (откачка статичных запасов воды в пределах контура защищенного участка). Для него используют инфузионные, инъекционные, криогенные и шпунтовые барражные устройства (завесы).

Инфузионные (заливные, засыпные) устройства представляют собой узкие вертикальные выработки (щели или траншеи), пройденные специальными машинами, траншеекопателями и экскаваторами до водоупорной подошвы обводненных песчаных, гравелистых или галечных пород и заполненные глиной, глиноцементным раствором, рулонным синтетическим материалом и др. Применяется при небольшой глубине залегания водоупоров (до 50 м), выдержанных (в плане и разрезе) водоносных горизонтах и слабой проницаемости разрабатываемых пород.

Инъекционные (нагнетательные) устройства основаны на цементации, глинизации, силикатизации и смолизации пород через нагнетательные скважины. По сравнению с инфузионными они требуют небольшого расхода тампонажного материала и применяются на глубинах до нескольких сотен метров.

Криогенные (ледопородные) барражные устройства создаются путем искусственного понижения температуры породи замораживания содержащейся в них воды. Они обычно применяются как временное сооружение при проходке стволов шахт в любых породах.

Шпунтовые устройства сооружаются путем забивки металлических, бетонных и других свай в песчано-глинистые породы (без крупных включений крепких пород) при небольших глубинах залегания и толщине водоносных пород.

По схеме расположения в плане барражные устройства разделяются на линейные и контурные, замкнутые и незамкнутые; по схеме расположения в разрезе — на совершенные, заглубленные на в водоупор, и несовершенные, не доходящие до водоупора (применяются в скальных породах с затухающей вглубь трещиноватостью).

Откачка и отвод вод за пределы шахтных и карьерных полей осуществляется с помощью устройств водоотлива и водоотвода. Система водоотлива подразделяется на участковые и общешахтные.

Водозащита горных выработок - система мероприятий по предотвращению или ограничению поступления в горные выработки (главным образом в добычные забои) поверхностных, подземных и шахтных вод. Водозащита от поверхностных вод включает в себя мероприятия по осушению месторождения полезных ископаемых и дополнительно:

· тампонирование трещин оседания на поверхности земли (в шахтах) глинистым и другим материалом или выравнивание и утрамбовка краев мульд оседания;

· применение систем разработки без оставления выработанных пространств (с их закладкой).

Типы осушения месторождений необходимо дифференцировать в зависимости от вида полезного ископаемого.

Водопритоки с горных предприятий направляются по путям, обеспечивающим минимальное дополнительное загрязнение окружающей среды. Для этого роют изолированные от горного массива водоотливные канавы, на шахтах устраивают промежуточные водосборники нестандартного типа для незагрязненных вод, на карьерах регулируют внутрикарьерный сток, используя временные отстойники. Кроме того, шахтные воды очищают (осветляют от механических примесей, нейтрализуют, извлекают органические соединения, соли и металлы физическими, химическими и биохимическими методами), используют в замкнутом цикле горнодобывающего и рудоперерабатывающего производств.

Требования к сбрасываемым сточным водам. Чтобы не нарушалась работа сооружений и не ухудшались условия эксплуатации, сбрасываемые в городскую канализацию воды должны удовлетворять определенным требованиям. Основные из них: производственные сточные воды не должны быть агрессивными по отношению к материалам канализационных сетей, сооружений и их оборудования; не должны содержать примесей такой крупности и удельного веса, которые могли бы засорять канализационную сеть или откладываться на дне и на стенках труб и каналов; не должны содержать горючих примесей (бензина, нефти, масел, эфиров и т.п.), а также растворенных газообразных веществ, которые могут образовать взрывоопасные смеси в трубах и каналах канализационной сети, в приемных резервуарах насосных станций и в очистных сооружениях; температура смеси городских и производственных сточных вод в месте выпуска не должна превышать.

Условия выпуска горнопромышленных сточных вод в поверхностные водоемы (реки, озера, водохранилища, моря) регламентированы «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» и зависят от народнохозяйственной значимости водоемов и характера водопользования. И хотя они допускают некоторое ухудшение качества воды в водоемах после выпуска в них сточных вод, это не должно отражаться на жизни водоема и на возможности дальнейшего его использования как источника водоснабжения или для культурных и спортивных нужд населения. По этим правилам запрещено спускать в водоемы сточные воды:

· содержащие стабильные вещества, не подверженные биохимическому, химическому и физическим процессам самоочищения, а также радиоактивные вещества;

· устраняемые (с соблюдением технико-экономических условий) путем внедрения рациональной технологии, максимального использования в оборотной системе водоснабжения;

· содержащие ценные отходы, которые могут быть утилизированы. Концентрация большинства разнообразных органических и минеральных веществ, содержащихся в сточной воде, спускаемой в водоемы, нормирована.

При расчетах сброса промстоков учитывают максимально возможное разбавление сточных вод, которое можно обеспечить как процессами смешения, обусловленного природными условиями водоема, так и специальными инженерными мерами (рассредоточенным выпуском сточных вод по живому сечению реки, глубинными выпусками в озера и моря, перемешиванием с помощью насосов), предусматривающими наиболее полное разбавление сточных вод в створе выпуска.

Сопоставляя количество загрязнений, которое может быть принято данным водоемом и которое содержится в неочищенных сточных водах, определяют необходимую степень и выбирают метод предварительной, до выпуска в водоем, очистки.

Дата добавления: 2014-01-07