Очищення шахтних вод

Очищення шахтних вод

ЧЕРВОНА ВОДА

Очищення шахтних вод. Вода у річках та водоймищах повинна бути чистою і прозорою. Але в багатьох промислових регіонах річки і водоймища набувають червоного або жовтого кольору.
Як правило, це пов’язано з потраплянням у водоймища брудних шахтних вод, у складі яких міститься багато заліза, марганцю, меді та інших металів, які і міняють природний колір і стан води.
Пропонуємо вашій увазі розроблену нашими науковцями та інженерами технологію фотохімічного окислювання, яка добре зарекомендувала себе при очищенні шахтних вод вугільних та металургічних підприємств.

ХАРАКТЕРИСТИКА ШАХТНИХ ВОД

Шахтні води характеризуються високим (до 10 %) вмістом сульфідів заліза (пірит, марказит), які легко окислюються і відносно легко переходять у воду, а також наявністю бактеріального заліза – продукту життєдіяльності залізобактерій (Leptospirillum ferrooxidans, Thiobacillus ferrooxidans, Metallosphaera sedula, Sulfolobus solfataricus та інші).

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 кольоровість і каламутність, надає воді червонувато-коричневого кольору і погіршує її смак, викликає зростання залізобактерій, дозволяє відкладатись осаду в трубах і закупорювати їх.

ФОРМИ ІСНУВАННЯ ЗАЛІЗА

У воді залізо може існувати в різних формах:

  • у вигляді нерозчинного елементарного заліза – Fe0, яке в присутності вологи та кисню швидко окислюється до Fe+3 і утворює нерозчинний у воді оксид заліза Fe2O3;
  • двовалентного заліза – Fe+2, яке завжди розчинено у воді і утворює нерозчинний гідроксид заліза Fe(OH)2, що випадає в осад при високих значеннях рН;
  • тривалентного заліза – Fe+3, яке утворює гідроксид заліза Fe(OH)3, який розчиняється у воді при низькому pH або при контакті з іншими елементами, такими як хлорид FeCl3 або сульфат Fe2(SO4)3 заліза.

Fe2+ + 2OH → Fe(OH)2

Fe3+ + 3OH → Fe(OH)3

Залізо також може існувати в різних комплексних сполуках, так зване органічне залізо. Органічне залізо майже завжди розчинне або має колоїдну структуру, яку дуже важко видалити. У воді воно знаходиться в різних комплексах і в різних формах.

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.

Райдужна плівка на поверхні води і желеподібна маса всередині труби свідчать про наявність у воді бактеріального заліза. Якщо вода
забарвлена, але осад не утворюється, це свідчить про наявність колоїдного заліза.

Найчастіше у воді присутня комбінація декількох або всіх видів заліза. Вода, що містить залізо (особливо підземна), спочатку прозора і чиста. Однак, навіть при короткому контакті з киснем повітря, залізо окислюється, надаючи воді жовто-коричневого кольору.

МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ

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 стічних вод є залізо у всіх його формах (включаючи сульфати FeSO4, Fe2(SO4)3 і сульфіди FeS, FeS2, Fe3S4), технологія очищення зводиться до його окислення, переведення в нерозчинну у воді форму і видалення з води у вигляді нерозчинного осаду.

Тобто основним завданням всіх систем очищення шахтної води, є окислення двовалентного заліза Fe+2 до тривалентного Fe+3.

ТЕХНОЛОГІЯ

Загалом технологія фотохімічного очищення шахтних вод складається з декількох етапів, а саме з:

Відстоювання. Очищення шахтних вод починається з їх відстоювання. У процесі відстоювання, яке як правило, проводиться без Використання реагентів, здійснюється осадження завислих речовин. Шляхом послідовного відстоювання шахтних вод у трьох відстійниках вміст завислих речовин можна знизити до 30 – 50 мг/л.

Освітлення. Подальше очищення стічних шахтних вод здійснюється в горизонтальних секційних або вертикальних відстійниках. Для підвищення ефективності водопідготовки у воду додають відповідні коагулянти та флокулянти. Їх тип і кількість вибирають на етапі Проектування.

Використання реагентів забезпечує:

  • осадження важких металів, в тому числі гідроксидів заліза та гідросилікатів магнію;
  • зменшення вмісту завислих речовин до 10 – 15 мг/л;
  • зменшення кольоровості води.

Фотохімічне окиснювання. Для здійснення ефективного окислення присутніх у шахтних водах металів та інших забруднень застосовується технологія фотохімічного окиснення (ADVANCED OXIDATION PROCESSES) .

H2O2 + UV → 2OH*

OH* + H2O2 → H2O + HO2*

Fe2+ + HO2* → Fe3+↓ + HO2

Фотохімічне окислення перетворює більшість водорозчинних металів та інших речовин у нерозчинні у воді хімічні сполуки, які легко фільтруються або випадають в осад.

Система фотохімічного окислення WATERPLAY 2W24AC-T6 (ВОДОГРАЙ)
Система фотохімічного окислення WATERPLAY 2W24AC-T6 (ВОДОГРАЙ)

Нейтралізація. Оскільки окислення води зазвичай відбувається при відносно низькому рівні pH, технологія водопідготовки повинна забезпечити доведення кислотнолужного балансу до pH = 6,5 … 8,5, тобто здійснити процес нейтралізації. Нейтралізація окисленої шахтної води може здійснюватися за допомогою карбонату натрію. У цьому процесі вода додатково очищується, утворюючи невеликий осад у вигляді цементу, на якому адсорбуються важкі метали.

H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4↓ + 2H2O

H2SO4 + CaCO3 → CaSO4↓ + H2O + CO2

Станція нейтралізації

Фільтрація. Безнапірна фільтрація є наступним етапом очищення води. Вона використовується для видалення з нейтралізованої води нерозчинних речовин. Конструкція і продуктивність фільтрів визначаються на етапі проектування.

Безнапірна фільтрація

Ультрафіолетове знезараження. УФ-знезараження – це останній етап очищення шахтної води від присутніх у воді патогенних і непатогенних мікроорганізмів. Використання ультрафіолетового випромінювання забезпечує знищення всіх присутніх у воді мікроорганізмів, в тому числі залізобактерій, які надають воді інтенсивного червонувато-коричневого кольору. Після ультрафіолетового знезараження шахтні стоки відповідають вимогам для скидання в річки та інші відкриті водойми.

Утилізація шламу. У процесі очищення шахтних стічних вод з води видаляється велика кількість різного шламу, в якому присутні метали, мінерали та органічні речовини. Враховуючи, що цей шлам містить велику кількість вологи, перед його подальшою утилізацією необхідно здійснити його зневоднення. Зневоднення шламу може здійснюється на фільтр-пресі. Для інтенсифікації процесу зневоднення до шламу додають коагулянт. Вода, яка отримана в процесі зневоднення, направляється у первинні відстійники для очищення, а згущений осад може бути відправлений на шахтні відвали або на подальшу переробку для вилучення цінних металів і мінералів.

Зневоднення шламу

РЕАЛІЗЦІЯ

Шахта “Лутугінська”. Система фотохімічного окиснювання і знезараження шахтних вод “ВОДОГРАЙ”. 2005 р.

Розроблена нашими фахівцями технологія фотохімічного окислення шахтних стічних вод застосовується на шахтах Донбасу (Україна).

Науково-технічною радою ДП “Укрвугілляреструктуризація« (у 2002 р.) було прийняте рішення про доцільність застосування цієї технології для очищення стічних 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 окислення шахтних вод дозволила забезпечити ефективне очищення шахтних стічних вод, відмовитись від використання небезпечного хлору і знизити інвестиційні та експлуатаційні витрати.

З основними засадами технології можна ознайомитись натиснувши кнопку «ПРЕЗЕНТАЦІЯ».

Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert
Прокрутити вгору