Очистка сточных вод от минеральных солей

Очистка от минеральных солей заключается в выделении, разделении и очистке содержащихся минеральных образований до товарных продуктов. Используются следующие способы: термические (дистилляция, вымора-живание), мембранные (обратный осмос, электродиализ и реагентные (ионный обмен, алюмосиликаты, осаждение). Выпускаемые промышленностью электро-диализные аппараты имеют производительность от 1 до 100 м³/час. Концен-трация рассола до 80 г/дм³, потери давления от 1,10⁵ до1,5∙ 10^5. Учитывая значительно большие дебиты карьерных и шахтных вод эти установки хотя и являются ысокоэффективными, не в полнй мере удовлетворяют потребности шахт и рудников благодаря невысокой производительности. В месте с тем, большинство шахтных вод обрабатывается электродиализом (до 96,5 %). На долю обратного осмоса приходится 7%, а на термическое опреснение -1,5 %.

Очистка от тяжелых металловобычно сопровождающих месторождения полиметаллов осуществляется переводом растворенных компонентов в твердую фазу с последущей утилизацией осадка. Перевод растворимых солей в нерастворимые может осуществляться с помощью извести.

Реагентный метод связан с применением окислителей - хлора, пер-манганата калия, озона, а также извести, коагулянтов, которые добавляют непосредственно в воду. Окисленные примеси, как правило, нерастворимы и отделяются фильтрацией или отстаиванием.

Ионообменные материалы, сорбенты, активированный уголь практи-чески не применяются для обезжелезивания и деманганации, поскольку они необратимо связывают удаляемые ионы и емкость загрузки быстро исчер-пывается при невозможности регенерации.

При использовании реагентов для предварительной обработки воды предусматривают следующее:

- для более активного и быстрого окисления ионов железа и марганца –при-

менение сильных окислителей - хлора, озона, перманганата калия;

- для ухудшения растворимости соединений железа и марганца используют

добавление извести, соды и других щелочных реагентов;

- проведение коагуляции добавлением в воду соединений коагулянтов – алю-

миния, хлорида железа и др. с последующим образованием хлопьев, на

поверхности и в объеме которых задерживаются трудноотделимые примеси и

выпадают в осадок.

Окисление ионов железа в воде при комнатной температуре проходит медленно. Так, выпадение осадка со связанной примесью происходит через 10-20 часов и более. Однако после аэрации при фильтрации через песчано-гравийные фильтры, или загрузки из кварцевого песка, цеолитов, антрацита, активированного угля последние выполняют роль катализаторов и абсорбентов и очистка от железа и марганца после первых одного - двух часов фильтрации значительно ускоряется. Однако максимально эффективными являются специально приготовленные катализаторы с нанесенными и закрепленными активными железо-марганцевыми композициями. Такие композиции произво-дятся в России.

Высокую эффективность обеспечивает применение материала BIRM, который представляет собой синтетический алюмосиликат с нанесенными на его поверхность соединениями железа и марганца. Высокая пористость, поверхность и малый насыпной вес (0,7-0,8 г/см³) обеспечивают его высокую активность и упрощает промывку обратным потоком воды.

Из других материалов используются изготовленные на основе приро-дного доломита, содержащего карбонаты кальция и магния такие фильтрующие материалы, как Магнофилт, Дамфер, а также МЖФ. Из глауконитового зеле-ного песка получают еще один широко распространенный материал для каталитической фильтрации – MGS. В процессе приготовления глауконит мо-дифицируется оксидами марганца, обладающими высокой каталитической активностью и дополнительной окисляющей способностью. За счет этого материал способен окислять не только ионы растворенных металлов, но и сероводород до нерастворимых сульфатов. Поэтому данный фильтрующий материал эффективен при очистке воды с высоким содержанием железа и мар-ганца в широком диапазоне рН. Регенерация MGS проводится раствором пер-манганата калия.

Ту или иную фильтрующую загрузку обычно выбирают исходя из состава очищаемой воды, применяемой технологической схемы и конструкции оборудования.

Безреагентные методы обезжелезивания могут быть применены, когда исходная вода характеризуется: рН – не менее 6,7; щелочностью – не менее 1 мг-экв/л; перманганатная окисляемость – не более 7 мг О₂/л. Фильтровальная загрузка быстро покрывается пленкой из соединений очищаемого компонента.

Обезжелезивание воды в загрузке, покрытой пленкой, является гетеро-генным автокаталитическим процессом, в результате чего обеспечивается непрерывное обновление пленки как катализатора непосредственно при работе фильтра.

Реагентные методы обезжелезивания воды применяются при низких значениях рН, высокой окисляемости, нестабильности воды.

Обезжелезивание воды упрощенной аэрацией, хлорированием и фильтро-ванием заключается в удалении избытка углекислоты и обогащения воды кис-лородом при аэрации, что способствует первичному окислению железо-орга-нических соединений. Окончательное разрушение комплексных соединений железа (II) и частичное его окисление достигается путем введения в воду окис-лителя. Соединения закисного и окисного железа извлекаются из воды при фильтровании.
Обезжелезивание воды методом напорной флотации основано на дейст-вии молекулярных сил, способствующих слипанию отдельных частиц гидро-ксида железа с пузырьками тонкодиспергированного в воде воздуха и всплыва-нии образующихся агрегатов на поверхность воды. Метод флотационного вы-деления дисперсных и коллоидных примесей природных вод перспективен из-за сокращения продолжительности процесса (в 3-4 раза) по сравнению с осаж-дением.
Наиболее распространёнными методами, использующимися при опресне-нии вод, являются: дистилляция, электородиализ и обратный осмос.

Дистилляция (выпаривание) – процесс испарения воды из раствора, который может сопровождаться кристаллизацией. Широкое распространение получили опреснительные установки многоступенчатого выпаривания и адиабатного (мгновенного) испарения. Они обеспечивают получение около 97% опресняемой в мире воды. Дистилляция применима при показателе минерализации – 1500-7000 мг/л. Производительность до 5000 куб.м/сут. Недостатки метода : высокий расход энергии, значительные капитальные затраты, возможность загрязнения водных объектов минерализованными стоками в виде осадков или концентрированных рассолов и необходимостью захоронения отходов, получаемых в процессе дистилляции.

Электродиализ – это процесс отделения ионов солей при помощи селективных мембран под действием электрического тока. Применим при показателе минерализации – более 10 000 мг/л. Производительность до 50 м³/сут. Недостатки метода: малый срок службы мембран и электродов, потери энергии за счет утечек тока, зависимость показателей работы установки от дебита, значительные эксплуатационные затраты. В сельской местности при наличии источников тока и возможности использования полученных примесей использование этого метода целесообразно.

Обратный осмос - это использование полупроницаемых мембран при да-влении превышающем осмотическое. Применим при минерализации – до 40000 мг/л. Производительность до 200 000 м³/сут. Преимущества: малые энер-гозатраты, простота эксплуатации, возможность автоматизации процесса, малые занимаемые производственные площади и возможность получения воды питьевого качества. Основную часть себестоимости процесса-заменой отрабо-танных мембран.

Вымораживание может использоваться при неограниченном показателе минерализации. Производительность до 10 м³/сут. По сравнению с дистилляцией холодильные опреснители потребляют меньшее количество тепла для получения 1 кг чистой воды, отличаются высокой коррозионной стойкостью, отсутствием накипеобразования и меньшими капитальными зат-ратами.

Таблица 4.1 - параметры работы основных опреснительных установок

Методы вымораживания не чувствительны к составу и концентрации примесей в воде, не требуют предварительной очистки исходной воды и имеют большую степень извлечения пресной воды. Наиболее перспективными и целесообразными исходя из капитальных и эксплуатационных затрат могут быть обратный осмос и вымораживание (табл.4.1).

Контрольные вопросы

1. Перечислите воды, которые формируют стоки и отосятся к технологиче-ским

2. Перечислите воды, которые формируют стоки и отосятся к сопутствующим

3. Какова доля технологических вод в общем балансе стоков горных предприятий

4. Перечислите мероприятия препятствующие изменению режимов подземных вод

5. Что относится к механическим методам очистки сточных вод.

6. Что относится к физико-химическим методам очистки сточных вод.

7. Что относится к электрохимическим методам очистки сточных вод.

8. Область применения механической очистки сточных вод.

9. Область применения физико-химической очистки сточных вод.

10. Область применения электрохимической очистки сточных вод.

11. Область применения биологической очистки сточных вод.

12. Область применения термической очистки сточных вод.

ГЛАВА 5. Охрана земель и почв в горном производстве