Проблема поводження з мінералізованими шахтними водами є одним із найскладніших екологічних викликів вугільних та залізорудних басейнів. Через високу мінералізацію такі води потребують спеціальних технічних рішень, які пов’язані з їх осисткою та знезараженням. Безпечне управління шахтними водами є важливою передумовою збереження водних ресурсів, вирішення екологічних проблем та впровадження сучасних принципів водного врядування відповідно до європейських стандартів.
Характеристика шахтних вод
Шахтні води характеризуються високим (до 10 %) вмістом сульфідів заліза (пірит, марказит), які легко окислюються і відносно легко переходять у воду. Шахтна вода, яка містить залізо, спочатку прозора і чиста. Однак при контакті з киснем повітря, залізо швидко окислюється, надаючи воді жовто-коричневого кольору.
Концентрація заліза у воді залежить від значення рН та вмісту кисню у воді. Забруднення шахтних вод в основному пов’язане з окисленням мінералів, особливо сульфідів заліза та наявністю бактеріального заліза. Присутність заліза у воді збільшує її кольоровість і каламутність, надає воді червонувато-коричневого кольору, погіршує її фізико-хімічні та органо-лептичні показники, викликає зростання залізобактерій. Все це приводить до забруднення навколишнього природного середовища та до створення осаду, який відкладається всередині труб і веде до їх закупорювання.
У більшості випадків визначити, яке залізо переважає у воді, можна за зовнішнім виглядом осаду. Наприклад, червонувато-коричневий осад вказує на наявність у воді Fe+2. Жовто-коричневий осад вказує на присутність у воді Fe+3.
Також жовто-коричневий колір шахтній воді надає наявність у воді бактеріального (колоїдного) заліза – продукту життєдіяльності залізобактерій (Leptospirillum ferrooxidans, Thiobacillus ferrooxidans, Metallosphaera sedula, Sulfolobus solfataricus та інші):
Методи очищення шахтних вод
Необхідно відмітити, що тривалентне залізо Fe+3 (іржа) видаляється набагато легше, ніж двовалентне Fe+2. Оксид заліза Fe2O3 майже нерозчинний у воді, тому знаходиться у воді в завислому стані і може бути видалений відстоюванням, механічною фільтрацією або примусовим осадженням за допомогою флокулянтів. Запобігає утворенню бактеріального заліза його опромінювання УФ випромінюванням.
Оскільки основним забруднювачем шахтних є залізо у всіх його формах (включаючи сульфати FeSO4, Fe2(SO4)3 і сульфіди FeS, FeS2, Fe3S4), то технологія очищення зводиться до його фотохімічного (hν) окислення
Fe2+ + HO– + H+ + hν → Fe3+ + H2O;
переведення отриманого в результаті хімічних реакцій заліза в нерозчинну у воді гідроксидну форму (Fe(OH)3):
Fe3+ + 3OH– → Fe(OH)3 ↓,
і подальше видалення його з води на освітлювальниї фільтрах з зернистим завантаженням.
Фотохімічне окислення перетворює розчинене у воді залізо у нерозчинні хімічні сполуки, які легко фільтруються або випадають в осад.
Установки фотохімічного очищення шахтних вод ВОДОГРАЙ
Для фотохімічного очищення шахїтних вод інженерами та науковцями нашої компанії розроблена спеціальна серія ультрафіолетових установок ВОДОГРАЙ з індексом “шахт”. Ці установки забезпечують ефективне перетворення наявних у шахтній воді металів (в основному заліза) у нерозчинений осад, який можна легко видалити з води у відстійниках, або на освітлювальних фільтрах. Спектральна характеристика УФ ламп, які використовуються у цих установках також забезпечують ефективне знищення наявних у шахтних водах мікроорганізмів, у тому числі: кишкової палички, збудників холери та туберкульозу, а також залізобактерій, які придають шахтним водам інтенсивний червоно-коричньовий колір.
УФ установки складаються з блоку (одного або кількох) фотохімічного окислення, системи дозування пероксиду водю та блоку управління.
Блок фотохімічного окислення оснащується потужними амальгамними УФ лампами, які знаходяться у захисних трубах з прозорого кварцового скла. Для очищення зовнішньої поверхні цих труб від окислів металів, які осідають на їх поверхні під час роботи установки, установка оснащується системою механічного очищення.
Система механічного очищення забезпечує непреривне (або періодичне) очищення поверхні кварцових труб безпосередньо під час роботи установки. Що позитивно впливає на ефективність фотохімічного перетворення розчиненого у воді заліза у нерозчинний у воді осад.
Управління установкою здійснюється у автоматичному режимі. Система автоматичного управління забезпечує:
- вмикання та вимикання установки в залежності від наявності протоки води через блок фотохімічного окислення (фотохімічний реактор);
- вмикання та вимикання УФ ламп;
- управління роботою блоку дозування реагентів;
- управляння роботою системи очищення захисних кварцових труок;
- контроль роботи УФ ламп;
- контроль ресурсу УФ ламп;
- контроль інтенсивності УФ випромінювання та інше.
РЕАЛІЗЦІЯ
Розроблена нашими фахівцями технологія фотохімічного очищення шахтних вод застосовується на шахтах Донбасу (Україна).
Науково-технічною радою ДП “Укрвугілляреструктуризація« (у 2002 р.) було прийняте рішення про доцільність застосування цієї технології для очищення шахтних вод. Технологія впроваджена на багатьох шахтах Донбасу, у тому числі на шахтах концерна ДТЕК, на шахтах ВО “Антрацитвугілля”, ВО “Павлоградвугіллям”, ВО “Селідоввугілля” та ін.
Технологія фотохімічного очищення шахтних вод дозволила забезпечити ефективне очищення шахтних стічних вод, відмовитись від використання небезпечного хлору і знизити інвестиційні та експлуатаційні витрати.