ОЧИСТКА ДРЕНАЖНЫХ ВОД КАРЬЕРА

К карьерным (дренажным) водам относятся ливневые, талые и поверхностные воды, попадающие непосредственно в выработанное пространство карьера, а также подземные воды, поступающие в подземную дренажную систему или на откосы и дно карьера.

Дренажные воды от водопонижения карьера имеют очень высокую мутность и при сбросе их в реку, многократно увеличивается мутность реки, что является угрозой для жизни рыб.

Цель исследования: Разработать технологию очистки дренажных вод . На основе выполненных исследований разработать рекомендации по проектированию очистных сооружений дренажных вод .

Для достижения поставленной цели были выполнены следующие задачи:

1. Исследовать физико-химические свойства дренажных вод карьера.

2. Определить направления исследований по очистке дренажных вод.

3. Выбрать оптимальную технологию очистки дренажных вод

В исходной и отстоянной дренажной воде на выходе из водоема-усреднителя, а также в очищенной воде определяли следующие показатели: концентрацию взвешенных веществ, прозрачность, сухой остаток, прокаленный остаток, водородный показатель (pH), концентрации железа общего, сульфат-ионов, хлорид-ионов [1,2,3]. По результатам исследований установлены

Таблица 1.

Состав и свойства дренажной воды.

Первоначальная очистка карьерных вод от механических примесей происходит, как правило, в главном водосборнике карьера, а окончательная (до предельно допустимых величин) — в пруде-отстойнике на поверхности. Химически и бактериологически загрязнённые карьерные воды подлежат биологической очистке их перед сбросом в поверхностные водотоки. После очистки часть карьерных вод используется для технического водоснабжения — пылеподавления, обогащения полезных ископаемых, орошения земель, тушения пожаров и т.д. [2].

Очистку карьерных вод производят механическими и физико-химическими методами. К механическим методам относятся отделение крупнозернистых загрязнений на решётках, отстаивание и фильтрование. К реагентным методам относят: коагулирование, нейтрализацию кислот и щелочей, перевод ионов в малорастворимое состояние и т.п.

Сорбционные методы заключаются в выделении органических и неорганических загрязнений на природных или синтетических сорбентах, а также в использовании ион-селективных материалов.

Для получения нормируемой остаточной концентрации взвешенных веществ 10 мг/л, использовали следующие методы очистки: безкоагулянтные методы озонирования с применением кислот (H₂SO₄, HCl) и солей (CaCl₂), коагулирование с помощью сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃·18H₂O), сульфата железа (III) (Fe₂(SO₄)₃·9H₂O), применение неионогенного флокулянта - полиакриламид (ПАА).

Исследовали влияние различных доз озона (40 мг/л и 60 мг/л) на остаточную концентрацию взвешенных веществ. Установлено, что озон оказывает эффективное дестабилизирующее действие на устойчивость коллоидной системы дренажной воды.

Было изучено воздействие серной и соляной кислот (60 мг/л H2SO4 + 130 мг/л HCl) в сравнении с хлоридом кальция (CaCl2). Эффективность очистки  при обработке кислотами значительно выше, чем при обработке CaCl₂. Но в обоих случаях достичь остаточной концентрации взвешенных веществ не удалось. Кроме этого, количество сульфат и хлорид-ионов превышало ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения.

На следующем этапе исследовали эффективность применения озона в сочетании с обработкой кислотами.  Использовали серную  кислоту в сочетании с соляной кислотой в дозах 60 мг/л H2SO4 и 130 мг/л HCl, дозы озона составляли 20, 40 и 60 мг/л. Полученные результаты показывают что с увеличением дозы озона эффект осветления увеличивается, но требуемая степень очистки не достигалась.

Следующим этапом исследования были проведены исследования с использованием коагулянтов и флокулянтов. В качестве коагулянта в данной технологии на первом этапе был применен сульфат алюминия (Al2(SO4)3·18H2O) в дозах 25, 50, 75, 100 мг/л. Было отмечено, что с увеличением дозы сульфата алюминия эффективность очистки увеличивалась. Однако остаточная концентрация взвешенных веществ в очищенной воде (10 мг/л) не достигалась.

Для интенсификации процесса осветления дренажной воды после обработки коагулянтом добавлялся неионогенный флокулянт — полиакриламид (ПАА). Было исследовано влияние обработки дренажной воды сульфатом алюминия дозами 50 и 100 мг/л при дозах 1 и 2 мг/л ПАА. При дозе сульфата алюминия 100 мг/л и дозе флокулянта 1 мг/л требуемая степень очистки достигалась за время отстаивания 75 мин., а при дозе флокулянта 2 мг/л — около 40 мин. (рисунок 2).

АБ

Рисунок 1.  Эффективность коагулянта при дозе ПАА 1 мг/л (А) и 2 мг/л (Б)

В качестве коагулянта в этой технологии так же применяли сульфат сульфат железа (III) (Fe2(SO4)3•9H2O) в дозах 50 и 100 мг/л  с добавлением флокулянта 1 и 2 мг/л.. Ни в одном из вариантов достичь требуемой степени очистки не удалось. С целью выявления дозы сульфата железа (III), позволяющей достичь требуемой степени очистки, мы использовали более высокие концентрации (до 200 мг/л) сульфата железа (III) с добавлением полиакриламида (2 мг/л). Требуемый уровень очистки дренажных вод был достигнут при дозе сульфата железа (III) 125 мг/л. Однако остаточная концентрации сульфат-ионов в очищенной воде в данном случае превышала ПДК (100 мг/л) для водоемов рыбохозяйственного назначения

Выводы:

1. В результате очистке дренажных вод по безкоагулянтной технологии достичь требуемой остаточной концентрации взвешенных веществ  не удалось.

2. Установили, что технология очистки, основанная на применении сульфата алюминия по сравнению с использованием коагулянта сульфата железа (III) является более предпочтительной

3. При сравнении эффективности исследованных методов очистки  установлено, что наиболее полно поставленная задача (остаточная концентрация взвешенных веществ 10 мг/л) решается при применении метода коагулирования сульфатом алюминия с использованием неионогенного флокулянта ПАА с последующим отстаиванием.

Список литературы:

1. Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь. Реестр методик выполнения измерений, допущенных к применению при выполнении измерений в области охраны окружающей среды. В трех частях Ч. 2 Книга 1. – Мн.: «Бел НИЦ «Экология». 2009.
2. Строкач, П.П. Практикум по технологии очистки природных вод / П.П. Строкач, Л.А. Кульский. – Мн.: «Высшая школа». – 1980.
3. Анализ существующих и поиск перспективных фильтрующих материалов для очистки шахтных вод. Чучелок А.С., Беляева Е.Л.: материалы ежегодной научно-практической конференции «Дни науки – 2005», Днепропетровск.
4. Кожинов, В.Ф. Озонирование воды / В.Ф. Кожинов, И.В. Кожинов. – М.: Стройиздат, 1974. – 159 с.