Очищення шахтних вод до стану придатного для пиття із застосуванням ресурсо-та енергозберігаючих технологій

 

Як відомо Донецька область є промислово навантаженим регіоном. І в той же час область є маловодних регіоном.

Водні ресурси Донецької області формуються за рахунок транзитного притоку поверхневих вод р. Сіверський Донець, місцевого річкового стоку, який утворюється в межах області, стічних, шахтних і кар'єрних вод, а також експлуатаційних запасів підземних вод.

Водозабезпеченість місцевим природним річковим стоком в області в 6 разів менше ніж в середньому по Україні.

Якість води не відповідає вимогам що ставляться до води питної.

Але не дивлячись на брак питної води в області існує інша проблема, проблема шахтних вод.

Загальний обсяг скидання шахтних вод складає 250 млн м3 на рік.

Вугільна промисловість в загальному скиданні займає друге місце, після металургії.

За даними статистики на території області знаходиться більше 100 вугледобувних підприємства мають водовідлив.

З них близько 20-ти підприємств - це закриваються шахти, які працюють в режимі водовідливу.

Розглядаючи питання в розрізі концентрації вугільних підприємств слід відзначити, що Донецький регіон умовно розділений на:

  • Донецький промвузол;
  • Торезько-Сніжнянський промвузол;
  • Горлівський промвузол;
  • Макіївський промвузол.

Це регіони в яких зосереджена максимальна щільність населення.

Також слід зазначити, що вартість води в регіоні вище ніж в цілому по країні.

Шахтні води характеризуються стабільністю якості води і тому розгляд питання про використання шахтних вод є актуальним і доцільним.

Основними забруднюючими речовинами шахтних вод є завислі речовини і розчинені неорганічні домішки.

Існуючі технології використовують зворотньоосмотичну фільтрацію не вирішують питання очистки води, тому як мають ряд недоліків, основним з яких є утворення так звані концентрованих розсолів. Питання утилізації яких не вирішене.

На сьогоднішній день практично всі схеми обробки води (очищення і водопідготовки) представляють собою різні комбінації таких методів:

  • Біоочищення;
  • Іонний обмін;
  • Коагулірування;
  • Знезараження;
  • Окислювання;
  • Відстоювання;
  • Сорбція;
  • Фільтрація;
  • Флотація.

Можливі сотні поєднань зазначених методів, але тільки менш 10-ти з них можна вважати промислово застосовними.

До того ж існуючі технології очищення з переважним використанням біохімічних і коагуляційних методів, не тільки не відповідають зрослим вимогам до якості очищеної води, але також призводять до утворення значних обсягів опадів, що в свою чергу тягне за собою відчуження все великих площ для зберігання та утилізації отриманих відходів очистки.

Всі зазначені вище методи очищення мають ряд серйозних недоліків, які обмежать їх масове застосування, через поганий якості очистки та використання дорогих витратних матеріалів, як-то різних фільтраційних завантажень, хімічних реагентів і т.д. До того ж їх відрізняє низька продуктивність, великі габарити водоочисних установок, високі експлуатаційні витрати, складне технологічне забезпечення, обмеження по вихідній концентрації основних типів забруднювачів.

Найбільш слабкою ланкою технології є коагуляція. Необхідність механічного внесення коагулянтів в очищається потік вимагає величезного витрати коагулянту і великих виробничих площ для зберігання та утилізації відстояного осаду. Вартість утилізації даного осаду перевищує вартість самої очистки, так як осад підлягає спеціальній обробці (зневоднення або термічна утилізація) та вивезення на спецполігон.

Флокулянти, що вносяться для оптимізації та інтенсифікації процесу коагуляції, ситуацію не рятують. Для середнього промислового підприємства, що використовує дану схему, коагулянт доводиться закуповувати сотнями тонн і завозити вагонами, тобто наступні експлуатаційні витрати - непомірно великі. Тому, найчастіше з метою зниження витрат, коагуляцію тимчасово виключають зі технології, а наявні ємності використовують для природного відстоювання води.

В результаті, основне навантаження з водоочищення лягає на фільтри, що швидко виводить їх з ладу.

Використання ж ультрафіолетових ламп на потоці води, що містить забруднення, робить застосування ламп малопродуктивним, так як дрібно дисперсні включення відображають ультрафіолетові промені, таким чином, завдання по окисленню залишкових розчинів і знищенню хвороботворних мікроорганізмів, що містяться у воді, в цьому випадку, є важко здійснюваними.

Альтернативою сформованій ситуації на наш погляд може стати застосування методів електрокоагуляції. Основними перевагами якого можна вважати відсутність реагентів, низька експлуатаційна вартість, освіта інертного щільного садка 4 класу небезпеки, компактне апаратне оформлення, автоматизація процесу, висока ступінь очищення.

В основу прийнятий принцип мультістадійной селекції, що включає ряд послідовно або одночасно випливають фізико-хімічних процесів при змінюваному тиску середовища, таких як: електрокоагуляція; електрофлотація; ІК - обробка; фотоокислення; та інші.

Всі установки проектуються в блочно-модульному виконанні, що спрощує монтаж і полегшує експлуатацію. Їх можна розміщувати в стаціонарному приміщенні або в контейнері.

Продуктивність модулів від 0,5 до 10 м3/годину залежно від розв'язуваних завдань.

При великих обсягах оброблюваних вод можна, збільшуючи кількість модулів, відповідно збільшувати продуктивність. Так, наприклад, розроблено проекти з очищення вод з продуктивністю 50, 100, 200, 400, 800 м3 / год.

Переваги систем очистки:

  • Здатність очищати практично будь-які види вод;
  • Відсутність обмежень по вихідній концентрації основних забруднень;
  • Стабільність високого ступеня очищення незалежно від тривалості роботи очисних установок;
  • Економічність - мале енергоспоживання на 1 м3 води, що очищається (1,2 кВт); вартість 1 м3 води, що очищається 1-3 грн .; окупність від півроку до двох років;
  • Будь-яка продуктивність за рахунок використання модульності;
  • Автоматизація технологічного процесу;

Основні процеси очищення:

В основу технології був прийнятий принцип мультістадійной селекції, що включає ряд послідовно або одночасно випливають фізико-хімічних процесів:

  • електрокоагуляція забруднень;
  • електрофлотація забруднень;
  • коалесценція забруднень на поверхні розділу фаз в інфрачервоному тепловому потоці, умовно звана ІК - обробка;
  • фотоокислення розчинених забруднень під впливом ультрафіолетового опромінення;
  • та інші при необхідності (знезараження, зворотньоосмотичне фільтрування).

З метою підвищення ефективності та інтенсивності фізико-хімічного впливу на перші три стадії процесу накладається змінне парціальний тиск в діапазоні від 0,2 до 2,5 атм.

1. Електрокоагуляція.

Процес заснований на коагуляції (укрупнення) основних забруднювачів на тому чи іншому підходящому коагулянтів-носії. У нашій технології як коагулянт використовується анод - розчинений алюмін(Al3+), що істотно ефективніше і дешевше використовуваного усіма коагулянту сульфату алюмінію Al2(SO4)3.

Крім того, ефективність роботи електрокоагулятора обумовлена застосуванням джерела електроживлення, який:

- за рахунок періодичної перефазіровки забезпечує рівномірний знос електродних пластин, уповільнює їх пасивацію, що багаторазово збільшило час роботи до заміни пластин;

- за рахунок падаючої характеристики підтримує сталість вихідних характеристик джерела живлення (струму коагулірування) незалежно від хімічного складу води, що очищається (в тому числі її електропровідності).

2. Електрофлотація.

Процес заснований на концентрування забруднень на межі розділу фаз: рідина - газ. В якості газу-носія використовуються газоподібні кисень і водень, що виділяються в результаті електролізу води, супутнього стадії електро-коагуляції. При накладенні зниженого парціального тиску до 0,2 - 0,3 атм. (вакуум) кількість флотаційних бульбашок відповідно збільшується в 3¸5 раз, що істотно підвищує ефективність електрофлотаціі. Утворюється при цьому флотопена «гаситься» також за рахунок вакууму.

3. ІК - обробка.

Процес заснований на флотаційному концентрування дрібноемульгірованной і розчиненою частини забруднень за рахунок опромінення в області ІЧ - спектра. Знижений парціальний тиск значно знижує температуру кипіння забруднюючих речовин, отже, підвищує ефективність ІК - обробки за рахунок виділення газів в результаті теплового руйнування дрібноемульгірованних і розчинених забруднень, а також використання цих газів в якості газу-носія.

4. УФ - опромінення.

Ультрафіолетове опромінення очищується стічної води застосовується для загального знезараження води і для доочистки розчиненою фракції нафто-і інших забруднювачів органічної природи методом допалювання.

5.Інші методи очищення.

Відстоювання, фільтрація, сорбція, окислення є додатковими методам очистки і використовуються нами в міру необхідності.

 

Принципова схема очисної станції.

Умовні позначення:

ЭК – електрокоагулятор; ФЗП – фільтр засипною пісочний;

БР – бак розширення; ФЗС – фільтр засипною сорбційний;

ВБ – вакуумний блок; ФЗИ – фільтр засипною іонообмінний;

БП – блок живлення; УФ – ультрафіолетовий опромінювач;

БК – блок комутації; ГПХ – установка отримання гіпохлориту;

ПУ – пульт керування; рН – коригування рН;

ВВН – вакуумний насос; ЭВ1, ЭВ2 – електровакуумний клапан;

НД – насос-дозатор; Э1…8 – електромагнітний клапан;

НВ1…3 – насос водяний; ОК – зворотний клапан;

П1…3 – поплавок; М1…3 – манометр;

Д1, Д2 – датчики рівня; МВ – манометр вакуумний.

К1…7 – кран кульовий;

 

Ефективність очищення:
Основні види забруднень Исходное содержание После установки
Каламутність, мг/л без обмеж. <5
Кольоровість, град без обмеж. <30
Залізо, мг/л 35 <0,3
Нафтопродукти, мг/л без обмеж. <0,3
СПАР, мг/л 100 <1
Фенол, мг/л 2 Відсутність
та інші домішки    
За численними аналізам не менше 95% обсягу забруднень видаляються після електрокоагулірування і відстою.

 

Загальні технічні дані:
Продуктивність, м3/год 3-10
Енергоспоживання, кВт 7,5
Загальна маса, к 1200
Маса в робочому стані, к 2500
Max маса знімних елементів, кг 75
Æ трубопроводу, вхід, дюйм 2
Æ трубопроводу, вихід, дюйм 2
Допустима температура води, град.С 1¸50
Min габарит. розміри, А´В´Н, м 2,3´1,2´1,8
Щоб отримати більшу продуктивність, необхідно відповідно збільшити кількість елементів блоку.