Физико-химические методы очистки карьерных вод от сульфат ионов

Исследованиями насточных водах установлено, что после импульсногоэлектрического разряда в водных гетерогенных системах этот потенциал резко снижается, становитсязначительно ниже порога коагуляции (± 30 мВ). Приэтом происходит интенсивное осадкообразование засчёт повышенной коагуляции тонкодисперсных частицпримесей, находящихся в промстоках. Вследствиеэтого эффективность осаждения вредных веществ значительно возрастает (таблица 2).Таблица 2 – Качественно-количественная характеристика карьерно-дренажных вод Бородинского месторождения Канско-Ачинского бассейнаДанный метод обработки позволяет не только интенсифицировать процесс осаждения примесей из промышленных сточных вод, но и извлекать органические примеси и нефтепродукты, удалять токсичные вещества, способствует удалению из водной фазы соединений тяжёлых и цветных металлов, разложению сульфатов и хлоридов и т.д. Технологическая схема очистки сточных вод представлена на рисунке 9.Рисунок 9 – Технологическая схема очистки сточных водИсследования, проведенные на сточных водах,показали достаточно высокие результаты. Предлагаемая технологическая схема очистки сточных водпрошла проверку на ряде предприятий Красноярскогокрая и показала высокую эффективность. Данная технология не требует больших энергетических затрат, значительных капитальных вложений и серьёзного изменения существующих технологических схем (Гронь, 2012).Баромембранная технологияВключает в себя обратный осмос, нанофильтрацию,микро- и ультрафильтрацию.Сочетание мембранных и традиционных технологий (коагулирование, отстаивание,фильтрация через песчануюили иную зернистую загрузку)позволяет решить широкийспектр задач, возникающих какпри очистке «соленых» рудничных вод. Данный подход к деминерализации — устоявшаясязарубежная практика, широкоприменяемая в Европе, Ближнем Востоке, Китае.В обессоливаемой воде не должно бытьвзвешенных и коллоидных частиц, растворенных органических веществ, а также большого количества солей жесткости.Эти требования достигаютсяпри предочистке воды с помощью микро- или ультрафильтрации (удаление взвешенныхи коллоидных частиц), нанофильтрации (удаление органических растворённых веществи солей жёсткости). Передэтими стадиями вода потребует осветления для удаленияосновной массы взвешенныхи коллоидных частиц. Именнона этом этапе целесообразноприменение коагулированияс последующим отстаиванием,фильтрации на песчаных фильтрах или контактного осветления (рисунок 10).Рисунок 10 – Схема очистки карьерных водс помощью баромембраннойтехнологииОбразующиеся в процессеочистки жидкие высокоминерализованные растворыи шламы могут быть переработаны до влажности 30-40%с помощью многостадийнойвыпарной установки, спроектированной специально длятакого типа отходов. Другимспособом утилизации высокоминерализованных растворовявляется получение из них полезных продуктов. Например,известен способ получениясульфата натрия из концентрата стадии обратного осмоса.Шламы процесса осветления втаком случае перерабатываются отдельно.Применение баромембранныхтехнологий выгодно отличается отсутствием потребности в большом количестве реагентов, при этом полная автоматизация оборудования позволяет существенно сократитьтрудозатраты обслуживающего персонала, а также проводить диагностику и контрольсостояния оборудования из удалённого центра. Применениетехнологии целесообразно приминерализации рудничных вод свыше 2 г/л при необходимости сброса очищенных рудничных вод в водоёмы рыбохозяйственного назначения (Кондрашкин, 2015).Сравнительный анализ основных показателей очистки карьерных вод различными физико-химическими методами представлен в таблице 3.Представленное экономическое и техническое сравнение методов сниженияконцентрации сульфатов в сточных водах показало, что в настоящее время не существуетуниверсальных технологических приемов очистки. Это связано как с объемами сточных вод,так и с их составом и конкретными горно-химическими условиями горнорудных предприятий (R.J.Bowell, 2004).Таблица 3 – Сравнительный анализ физико-химических методов по показателям очистки воды от сульфат-ионовМетоды очисткиДистилляцияИонный обмен GYP-CIXОбратный осмосSPARROБаромембранная технологияЭлектродиализПредварительная обработканетдаданетдаУдаление сульфатов, %99,595999992-95Образование рассоладададададаОбразование шламанетумеренноенизкоеумеренно-высокоенизкоеКапитальные затраты, млн рублей/10 тыс.м³11,024,954,4-44,2Плюсы1. Возможность организации замкнутого цикла без сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду2. Возможность использования солей обратно в производстве1. Относительно малоеколичество жидких отходов - до 5% от производительности.2.Эксплуатационные расходытехнологии ионного обмена растут пропорционально солесодержанию обрабатываемойводы1.Высокая степень очистки1. Малая потребность технологиив реагентах.2. Высокий потенциалавтоматизации.3. Высокое и надёжное качество очистки воды от всехзагрязнений.4. Компактность основного оборудования1. Небольшие габариты установки2. Установка в системуМинусы1. Отложения сульфата кальция (сульфатной накипи).2. Высокая энергозатратность1. Большая потребность технологии в водена собственные нужды - до 35% от производительности.2. Потребность в реагентах для регенерации ионообменной загрузки,проблема утилизацииотработанных регенерационных растворов.3. Сложность технологии(большое количество циклов регенерации).1. Износ мембран1. Проблема утилизациижидких отходов, количество которых может достигать 20 -25%от производительности.2. Потребность в периодической замене мембранных элементов.3. Чувствительность схемык перерывам в работе.4. Относительно высокиеэнергозатраты1. Износ мембранЗаключениеОбъем сточных вод, сбрасываемых в природные поверхностные воды Российской Федерации, в 2019 году составил 37666,22 млн м3, сократившись с2018 года на 5,97%. За десятилетний период сокращение сброса произошло на115252,11 млн м3 или на 23,43%. Снижение объема забора свежей воды не является следствием снижения потребности в воде, а происходит в связи с совершенствованием схем водоснабжения и водоотведения (Орехова, 2021).Основная часть загрязнений попадает в водную среду в результате деятельности человека. Значительное влияние выпуска карьерных вод на качество речной водыпроисходит по сульфатам, т.е. сброс минерализованных подземных вод приводит кувеличению солесодержания речной воды.Очистка карьерных вод позволяет минимизировать антропогенное воздействиевыпуска.В связи с ужесточением требований Федеральной службы понадзору в сфере природопользования, остро встала проблема доочисткистоков металлургических предприятий от сульфат-ионов. В Россиисанитарная норма их содержания в воде для рыбохозяйственныхводоемов установлена в 100 мг/дм³.Одними из перспективных методов удаления сульфат-ионов израстворов являются мембранные методы (ионный обмен, обратный осмос). В результате обработки извлечение очищенной воды составило96 % с высоким снижением концентрации сульфат-ионов. К недостаткам мембранных методов относятся их высокая стоимость и энергоемкость, ведь мембранные и ионообменные процессы, неприемлемы для обработки без интенсивной предварительной подготовки.Исследования электроимпульсного метода, проведенные на сточных водах, показали достаточно высокие результаты снижения сульфатов на 92 % при невысоких его концентрациях в воде. А в связи с её вышеописанными плюсами, она может быть рекомендована для применения в цикле очистки сточных вод угольных месторождений.В то же время, вполне вероятно, что развитие методов снижения концентрации сульфатов в сточных водах горнопромышленного комплекса будет идти по пути создания комбинированных физико-химических технологий в сочетании с биотехнологиями (Маслобоев, 2017).Первостепенная задача российских инженерных компаний - комплектование систем очистки карьерных вод с оптимальным сочетанием различных методов для достижения необходимого Заказчику экологического результата с минимальными затратами. Ключевым фактором является умение использовать все инструменты очистки в нужной конфигурации (Кондрашкин, 2015).Все приведенные методы непрерывно совершенствуются, дополняются иупрощаются. Пока не существует универсального метода очистки. Внезависимости от выбранного метода к потребителю вода подается сконтролируемыми параметрами (Новикова, 2021).Список использованных источниковВасянович Ю.А., Лушпей В.П., Музыченко О.В. Возможности использования шахтных и карьерных вод для нужд населенных пунктов в угледобывающих регионах / Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). –№ 63 – 2013 – С. 116-119.Вертинский А.П. Физико-химические методы очистки сточных вод: проблемы, современное состояние и возможные пути усовершенствования / Инновации и инвестиции. – № 11. – 2019. – С. 257 – 261.Гронь В.А., Будник Е.В., Шахрай С.Г., Кондратьев Е.В. Новые возможности для очистки сточных вод угольных месторождений / Вестник ИрГТУ. – № 9 (68). – 2012. – С. 183-188.Долина Л.Ф. Сточные воды предприятий горной промышленности и методы их очистки / Справочное пособие. – Днепропетровск: Молодежная экологическая Лига приднепровья, 2000. – 61 с.Карпушенкова В.С. Количественное определение сульфат-ионов в питьевой и минеральной воде турбидиметрическим методом / 78-я научная конференция студентов и аспирантов Белорусского государственного университета: материалы конф. в 3 ч. ч. 1, Минск, 10–21 мая 2021 г. // Белорус. гос. ун-т; редкол.: В. Г. Сафонов (гл. ред.) [и др.]. – Минск: БГУ, 2021. – С. 356-359.Кондрашкин А.В., Кузовков С.В. Технологические подходы к очитске карьерных и подотвальных вод при добыче руд цветных металлов / Инженерная защита. – № 2(7). – 2015. – С. 58-63.Маслобоев В.А., Вигдергауз В.Е., Макаров Д.В., Светлов А.В., Некипелов Д.А., Селезнев С.Г. Методы снижения концентрации сульфатов в сточных водах горнорудных предприятий / ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН – 1(9). – 2017. – С. 99-115.Михайлова Е.С., Попова Л.В. Анализ методов очистки сточных вод от сульфатов / Московский экономический журнал. – № 11. – 2022. – С. 475-486.Новикова А.Е., Руина К.С. Современные методы очистки воды / Международный научный журнал «Вестник науки». – № 1(34) – 2021. – С. 146-149.Орехова Н.Н., Гмызина Н.В. Рациональное использование водных ресурсов [Электронный ресурс]: учебное пособие – Магнитогорск: ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2021. – 134 с.Постановления Главного государственного санитарного врача РФ от 28 января 2021 года N 2 об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания»/ документ предоставлен КонсультантПлюс.Приказ Минсельхоза России от 13.12.2016 N 552 «О порядке разработки и утверждения нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения»/ документ предоставлен КонсультантПлюс.Удачин В.Н., Аминов П.Г., Дерягин В.В. Химический состав техногенных вод в карьерных озёрах Башкортастана / Башкирский химический журнал. Том 15. – № 4. – 2018. – С. 64 – 69.Bowell, R. J. (2004): A review of sulphate removal options for minewaters. – In: Jarvis, A. P., Dudgeon, B. A. & Younger, P. L. (eds):mine water 2004 – Proceedings International Mine WaterAssociation Symposium 2. –Newcastle upon Tyne (University of Newcastle) – p. 75-91..