ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД

Промышленность занимает важное место в экономике любой страны, для ее полноценного развития и функционирования. В России добыча полезных ископаемых является стратегически-перспективным направлением, в котором угледобывающая отрасль уступает только добыче сырой нефти и природного газа. В настоящий момент на территории страны работает 70 угольных шахт, с постоянным увеличением общего объёма добычи угля.

Таблица 1.

Добыча угля в России

Однако предприятия угольного производства оказывают наиболее масштабное негативное экологическое воздействие на загрязнение окружающей среды, в частности водных бассейнов [1].

Подтверждением этого являются данные о сбросе грязной воды угольными предприятиями, представленные на графике (Рис.1). Объем загрязненных сточных вод, выпущенных в водные объекты, равен 318,5 млн. м3 в 2014 году, это составляет 76% доли общего объема. Без предварительной очистки было сброшено в поверхностные водоемы 112,3 млн. м3 (27 %) загрязненных сточных вод. Из 283,6 млн. м3, что поступили на очистные сооружения, до нормативных требований очищены 77,4 млн. м3 (30 %) и 206,2 млн. м3 (70 %) сброшены в поверхностные водоемы с превышением нормативных требований [3].

Рисунок 1. Диаграмма данных сброса шахтных вод

Основная причина сложившейся ситуации заключается в низкой эффективности работы имеющихся на предприятиях очистных сооружений. Их проектирование, как правило, производится на основании ограниченного объёма исходных данных, без надлежащего учета технологических свойств шахтных вод, зачастую с использованием несовершенных технологий. Также расход очищаемых шахтных вод превышает проектную мощность действующих очистных сооружений. В результате этого 90% очистных сооружений на действующих шахтах не обеспечивают нормативную очистку [2].

Шахтные воды в основном загрязнены взвешенными веществами, нефтепродуктами, бактериальными примесями. Обогащение этими загрязняющими веществами происходит в процессе движения вод по горным выработкам и выработанному пространству шахты.

Первоочередная задача в технологии очистки шахтных вод стоит в удаление взвешенных веществ.

На сегодняшний день фильтрование фильтровальные установки не рассчитаны на осветление высокомутных вод, каковыми являются шахтные воды, без предварительной очистки [4]. Вследствие этого удельный расход воды на регенерацию загрузок достигает значительной величины и снижает эффективность работы таких установок.

В Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (НГАСУ) разработан новый способ очистки мутных вод в реакторе-осветлителе (Рис.2). Принцип действия устройства основан на восходящем фильтровании воды снизу-вверх через псевдоожиженную загрузку, что позволяет увеличить скорость фильтрования и грязеемкость загрузки, для повышения коэффициента объёмного использования. В установке предусмотрена эжекционная промывка загрузки чистой водой, которая позволяет добиться эффективной промывки контактной массы, предотвращая тем самым образование крупных конгломератов угольных частиц. После эжекционной промывки производится завершающая промывка чистой водой, при этом расход чистой промывной воды сокращается более чем в 2 раза [1]. Также задерживаемые угольные частицы дополнительно могут служить сорбентом. Но при этом, не требуя никакой регенерации, просто выводясь из реактора в процессе промывки.

Рисунок 2. Реактор-осветлитель. 1 – корпус; 2 – контактная загрузка; 3 – трубопровод исходной воды; 4 – сборный желоб; 5 – трубопровод осветленной воды; 6,7 – трубопроводы отведения и подачи промывной воды; 8 – гидроэлеватор; 9 – трубопровод транспортировки пульпы; 10 – коническая диафрагма; 11 – трубопровод выпуска пульпы; 12 – тонкослойный модуль; 13 – полупогружной цилиндр; 14 – воздушный эжектор; 15 – воздухоотделитель; 16 – опускная распределительная труба

Для проведения ряда исследований, в лаборатории НГАСУ была собрана экспериментальная модель реактора (Рис. 3), которая была загружена горелыми породами с фракционным составом 0,8–1,25 мм.

Рисунок 3. Экспериментальная модель реактора. 1 – реактор-осветлиетль, 2 – воздухоотделитель, 3 – измерительное оборудование, 4 – бак с чистой промывной воды

Считается что, шахтная вода предварительно отстаивается в горизонтальном отстойнике и уже далее со значительным снижением взвешенных веществ, проходя воздухоотделитель для предотвращения попадания пузырьков воздуха, поступает в реактор (Рис.4).

Рисунок 4. Схема реактора – осветлителя в технологии очистки шахтных вод

При проведении эксперимента концентрация взвешенных веществ в исходной воде была установлена 200 мг/л, путем замутнения чистой воды порошкообразным углем. Скорость восходящего потока очищаемой жидкости составляла 8,6 м/ч. На выходе из установки в течение 16 часов наблюдалась высокая очистка воды до 3-10 мг/л (Рис.5), после появления проскоков со значениями до 30 мг/л фильтроцикл был остановлен.

Рисунок 5. Результаты лабораторных исследований

Предлагаемая установка реактора в технологической схеме очистки шахтных вод показала высокую степень осветления воды, образующейся на угольных предприятиях. В данный момент ведутся производственные испытания модели реактора на шахте «Южная» Кемеровской области, для получения натурных результатов подтверждающих эффективность работы осветлителя.

Реализация результатов исследования должна позволить получить дополнительный источник чистой воды для восполнения хозяйственных и производственных потребностей шахтерских городков и поселков.

Список литературы:

1. Войтов Е.Л., Сколубович Ю.Л. Патент 23070754, РФ, МКИ C02F 1/52. Устройство для очистки воды 2007 г.

2. Гусев Н.Н., Каплунов Ю.В., Подсевалов А.Н.. Очистка шахтных вод до питьевого качества на ликвидированных шахтах. УДК 622.51:628.33/.35. - 309 с.

3. Гусев Н.Н. Эколого-экономическая оценка вовлечения шахтных вод в хозяйственный оборот. УДК 338.45:622.3. – 247 с.

4. Харионовский А.А., Васева В.Н., Симанова Е.И.. Охрана окружающей среды в угольной промышленности России. УДК 622.85:622.33/.470. - 79 с.

5. Чучелок А.С. Анализ существующих и поиск перспективных материалов для очистки шахтных вод. Материалы ежегодной научно-практической конференции «Дни науки» 2005 г.