Дипломная работа: Очистка шахтных вод шахты "Житомирская" ш/у "Комсомольское" ГХК "Октябрьуголь"
Шахтные воды отличаются большим разнообразием химического состава, непригодны для питья и обладают свойствами, исключающими их использование в технических целях без предварительной очистки. Загрязнения шахтных вод делятся на минеральные, органические и бактериальные. К минеральным загрязнениям относятся песчаные и глинистые частицы, минеральные включения углей (кварц, пирит, карбонаты), инертная пыль, а также содержащиеся в шахтных водах растворенные соли, щелочи и кислоты. Преобладающими ионами являются кальций, магний, натрий, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты, карбонаты.
Степень кислотности шахтных вод обуславливается присутствием свободной серной кислоты и характеризуется концентрацией свободных ионов (рН). По величине рН шахтные воды условно делятся на 3 класса:
нейтральные (рН=6,5 - 8,5);
кислые (рН менее 6,5);
щелочные (рН более 8,5). [10].
Шахтные воды шахты “Житомирская относятся к нейтральным.
Рассмотренные ранее физико-химические показатели состава шахтных вод обусловлены природой тех подземных или поверхностных вод, которые имеют решающее значение в формировании водопритоков; на величину этих показателей горные работы влияния практически не оказывают.
К числу основных загрязнений, наличие которых в шахтных водах непосредственно связаны с горными работами, относятся взвешенные вещества (ВЗВ), нефтепродукты, бактериальные примеси. Обогащение этими загрязняющими веществами происходит в процессе движения их по горным выработкам и выработанному пространству шахты. [9].
Органические загрязнения представлены частицами чистого угля, минеральными маслами, применяемыми для смазки горных машин и механизмов, продуктами жизнедеятельности живых организмов, разложения древесины и др., основной составляющей частью которых является углерод органический.
Бактериальные загрязнения шахтных вод представлены различными микроорганизмами, среди которых наиболее распространены плесневые грибы, микробы кишечной группы.
Шахтные воды обычно не имеют запаха, однако иногда затхлый, неприятный запах придает ей растворенный сероводород или разлагающиеся органические вещества.
Цвет воде придают растворенные и взвешенные вещества. Например, железистые соединения придают воде бурую окраску, если же твердая фаза представлена преимущественно дисперсными частицами угля - шахтные воды приобретают черный цвет. При значительном количестве породных включений цвет воды становится серым.
Привкус шахтной воде придают в основном растворенные минеральные соединения, газы и другие вещества. Распространенный солоноватый привкус объясняется присутствием хлористого натрия. При наличии в воде сульфатов натрия и кальция она приобретает горький привкус, ионы железа придают воде неприятный вкус, а органические вещества - сладковатый.
Органические загрязнения шахтных вод можно охарактеризовать пермангонатом бихроматной окисляемостью (ХПК), а также биохимической потребностью в кислороде (БПК).
Окисляемость является показателем загрязненности воды органическими веществами и выражается количеством кислорода в миллиграммах, затрачиваемого на окисление этих веществ в 1 л воды в определенных условиях [9].
Биохимическая потребность в кислороде (БПК) шахтных вод определяется количеством кислорода, расходуемым на окисление нестойких органических веществ за определенный промежуток времени и выражается в мг/л О2. Обычно определяют БПК5, БПК20 (пяти - и двадцати суточную).
Наличие азота аммонийных, нитритных и нитратных ионов в шахтной воде указывает на загрязнение воды продуктами распада растительного и животного происхождения. При биохимическом распаде азоторганических соединений регенерирует в минеральные формы. Конечным продуктом распада являются ионы аммония, которые могут быть окислены в нитриты и нитраты. Наличие нитратов в очищенной воде указывает на достаточно полную ее очистку от органических загрязнений.
Бактериальные загрязнения шахтных вод обусловлено наличием в них большого количества микроорганизмов, что является следствием попадания в воду продуктов гниения древесины и живых организмов. Это создает благоприятную среду для развития бактерий, среди которых могут быть патогенные - вредные для человека, - возбуждающие различные желудочно-кишечные заболевания (брюшной тиф, дизентерия). Особенно следует выделить бактерии кишечной палочки Eschericia Colli, количество которых служит показателем фекального загрязнения воды [13].
Степень загрязнения шахтных вод оценивается микробиологическими показателями:
1. Коли-титром - количеством воды (в миллилитрах), в котором обнаружена одна кишечная палочка (определяется согласно ГОСТ 18963-73).
2. Коли-индексом - количеством кишечных палочек в 1 л исследуемой воды.
3. Микробным числом - общим числом микробов в 1 мл воды.
Степень загрязнения взвешенными веществами зависит от гидрогеологических условий шахтного поля, физико-механических свойств угля и вмещающих пород, технологии и интенсивности ведения очистных работ и подготовительных работ и др. факторов.
Наиболее крупные фракции взвешенных веществ оседают в подземных водосборниках. Крупность и количество осевших частиц определяются размерами и емкостью подземных водосборников, степенью заполнения их осадком и режимом работы водоотлива. В зависимости от этих факторов концентрация взвешенных веществ в выдаваемых на поверхность шахтных водах варьирует по отдельным шахтам от 30 до 2000 мг/л. Однако на большинстве шахт средняя концентрация взвешенных веществ не превышает 1000 мг/л. Относительно меньшей степенью загрязненности характеризуются шахты, разрабатывающие высокометаморфизованные угли (антрациты и полуантрациты).
Взвешенные вещества в шахтных водах представлены частицами угля и вмещающих пород различной крупности. Обычно в воде преобладают угольные частицы, реже породные, однако их соотношение непостоянно и может меняется с изменением условий разработки.
С точки зрения дисперсного состава взвешенные вещества представляют собой полидисперсную систему.
Содержание нефтепродуктов в шахтных водах определяется в основном уровнем механизации горных работ.
4.1.4 Требования к качеству очистки шахтных вод при их использовании в технических целях и выпуске в водоем
Во многих угольных бассейнах страны и за рубежом снижение расхода дефицитной и дорогостоящей питьевой воды для нужд, связанных с питьевым и бытовым водоснабжением, осуществляется за счет использования шахтных вод. Очищенные шахтные воды используются в процессе угледобычи для нужд комплексного обеспыливания, включающее нагнетание воды в пласт с целью дегазации и предотвращения внезапных выбросов газа и пыли, а также интенсивного пылеподавления в процессе разработки; устройства водяных заслонов на входящей и исходящей струях забоев, пластов или крыльев шахт; для орошения забоя при работе очистных и подготовительных комбайнов, а также транспортных средств; при бурении дегазационных скважин и шпуров с промывкой; на обмывку стенок основных и вспомогательных выработок для предупреждения и локализации взрыва угольной и породной пыли. Кроме того, значительный объем шахтной воды необходим поверхностным комплексам шахт и обогатительным фабрикам [9].
Возможность и объем использования шахтных вод определяются:
наличием потребителей неочищенной и очищенной шахтной воды и их потребностью в воде;
требованиями этих потребителей к качеству воды;
притоком и физико-химическим составом шахтных вод;
технической возможностью и стоимостью очистки шахтных вод до требуемых кондиций.
Основными потребителями шахтных вод являются:
технологические процессы на обогатительных фабриках и установках с мокрым обогащением угля;
профилактическое заиливание и гидрозакладка выработанного пространства;
котельные;
бани и прачечные;
борьба с пылью в подземных выработках, на технологических комплексах поверхности шахт и на обогатительных фабриках.
Общие требования к воде, предназначенной для использования на технические нужды, сводятся к следующим:
быть безвредной для обслуживающего персонала;
не обладать отрицательными органолептическими свойствами; не вызывать коррозии оборудования, аппаратуры, трубопроводов и сооружений;
не давать солевых отложений и не способствовать развитию биологических обрастаний;
не снижать технико-экономических показателей производственного процесса и не создавать аварийных режимов.
Кроме того, каждый потребитель предъявляет к воде свои специфические требования. Сопоставление перечисленных выше общих и специфических требований потребителей к качеству воды с физико-химическим составом шахтных вод с учетом объемов возможного потребления позволяет применительно к конкретным условиям шахты оценить целесообразность использования шахтных вод с технической и экономической точек зрения.
Особые требования предъявляются к воде, используемой для борьбы с пылью. Спецификой горных работ обусловлено присутствие машиниста комбайна и его помощников непосредственно в зоне повышенного пылеобразования. Вдыхание рабочими аэрозоли, включающей связанные частицы твердого при обеспыливании, неизбежно, если они не пользуются средствами индивидуальной защиты. Поэтому, естественно, что при использовании для пылеподавления шахтных вод, содержащих взвешенные вещества, ухудшаются санитарные условия, так как к исходной загрязненности воздуха прибавляются и загрязнения, содержащиеся в воде.
В 1975 году введены санитарные правила, по которым вода, используемая для нужд пылеподавления и комплексного обеспыливания, должна отвечать питьевому стандарту ГОСТ 2874-73. Для районов с дефицитом питьевой воды разрешается по согласованию с органами государственного санитарного надзора использовать шахтную воду, при условии ее предварительной очистки до норм питьевого качества. Последнее требование ставит перед угольной промышленностью важные задачи, связанные с необходимостью обессоливания некоторого объема шахтных вод перед их использованием для отдельных объектов водопотребления, особенно в условиях шахт Донбасса.
Таким образом, опреснение шахтных вод в промышленном масштабе - вопрос перспективы, хотя работы в этом направлении ведутся. Отказ от использования минерализованных шахтных вод для нужд технического водоснабжения в угольной промышленности может вызвать, с одной стороны, ухудшение санитарного состояния поверхностных и подземных вод в связи с необходимостью отвода сточных вод с территории шахт, и с другой - к дальнейшему повышению дефицита питьевой воды, обусловленному необходимостью ее для технических нужд.
В связи с дефицитом питьевой воды по согласованию с государственными санитарными органами шахтные воды используются для нужд технического водоснабжения угольных предприятий. Подача питьевой воды при этом полностью исключается. Для удовлетворения питьевых нужд подземных рабочих на шахтах организованы фляговые хозяйства.
Сброс шахтных вод в водоемы регламентируется "Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами".
В условия шахты "Житомирская" предполагается использовать шахтную воду в технологических целях, на цели вспомогательного производства, на хозяйственно-бытовые нужды работающих на предприятии.
4.1.5 Методы и способы очистки, применяемые в промышленности
Методы очистки шахтных вод обусловливаются их физико-химическими и технологическими свойствами, а также климатическими условиями угольных месторождений. В отечественной и зарубежной практике применяются механическая (безреагентная) очистка шахтных вод, физико-химическая, химическая (реагентная), электро-химическая и другие; наибольшее распространение получили безреагентная и реагентная очистки. [10].
Исходя из требований, предъявляемых к качеству воды, безреагентная очистка осуществляется методами отстаивания в отстойниках и прудах-осветлителях, фильтрования через слой зернистого материала, сетки и ткани.
Реагентную очистку применяют при необходимости более полного удаления взвешенных веществ из шахтной воды, ее стабилизации и т.п. Она осуществляется с помощью различных химических соединений или путем использования электрохимических процессов. Для достижения требуемой степени осветления шахтные воды перед отстаиванием и фильтрованием обрабатываются коагулянтами - солями алюминия или железа. Для интенсификации процесса очистки шахтных вод широко применяют высокомолекулярные флокулянты. Осветление воды, наступающее после осаждения скоагулировавших примесей, сопровождается обычно ее обесцвечиванием и частично обеззараживанием.
В настоящее время признано целесообразным осуществлять очистку шахтных вод на обособленных очистных сооружениях, так как в отличие от сточных вод других производств они, как правило, не содержат в значительных количествах вредных и трудно растворимых примесей. Совместно с шахтными водами могут очищаться такие производственные сточные воды, которые загрязнены взвешенными веществами и не содержат каких-либо специфических загрязнений.
Основными методами очистки шахтных вод от взвешенных веществ являются отстаивание, осветление во взвешенном слое осадка и фильтрование. Первый из них применяется как без обработки, так и с предварительной обработкой воды реагентами, а два вторых метода - преимущественно с предварительной обработкой воды реагентами. В качестве сооружений для реализации этих методов нашли практическое применение пруды-отстойники, горизонтальные (земляные и железобетонные), вертикальные и радиальные отстойники, осветлители со взвешенным слоем осадка, скорые напорные и открытые однослойные и двухслойные фильтры и фильтры с восходящим потоком очищаемой воды (контактные осветлители). Наибольшее распространение на шахтах из перечисленных выше типов сооружений получили пруды-отстойники, скорые открытые однослойные фильтры. Исследовательские работы и практический опыт очистки шахтных вод свидетельствует о том, что применяемые методы очистки и очистные сооружения имеют вполне определенную эффективность, которая достигается при оптимальных технологических параметрах работы очистных сооружений и их правильной эксплуатации.
Методы отстаивания могут применятся в основном в качестве первой ступени очистки (предварительной очистки) от взвешенных веществ перед фильтрованием и при благоприятных условиях (невысоких требованиях к качеству очищаемой воды и хорошей осаждаемости взвешенных веществ или хорошей способности их к коагуляции под влиянием реагентов) в качестве самостоятельного метода очистки перед сбросом шахтных вод в водоемы. Наиболее высокая эффективность очистки достигается при длительном безреагентном отстаивании в прудах-отстойниках, рассчитанных на накопление осадка в течение длительного срока, и при отстаивании с предварительной обработкой воды реагентами в горизонтальных отстойниках.
Фильтрование применяется для глубокой одноступенчатой очистки шахтных вод (до 5 мг/л) с небольшим исходным содержанием взвешенных веществ или в качестве второй ступени очистки после отстаивания или осветления в слое взвешенного осадка. Все известные типы фильтров обеспечивают практически одинаково высокое качество очистки, но отличаются друг от друга по конструктивному исполнению, технологическим параметрам и предельной величине концентрации взвешенных веществ в исходной воде. При снижении концентрации взвешенных веществ в воде, подаваемой на фильтры, эффективность и экономичность их работы повышается.
Применение реагентов позволяет значительно интенсифицировать процесс очистки и повысить его эффективность. На практике наиболее широко используется сернокислый алюминий и полиакриламид, возможно применение хлористого железа, извести и других реагентов. Более экономично применение реагентов при очистке шахтных вод методом фильтрования по сравнению с методом осветления во взвешенном слое осадка и отстаивания за счет меньших доз.
Рассмотренные выше методы очистки шахтных вод от взвешенных веществ успешно прошли проверку и положены в основу предлагаемых для применения технологических схем.
Очистка шахтных вод от нефтепродуктов в связи с невысоким их содержанием производится одновременно с очисткой от взвешенных веществ теми же методами и на тех же очистных сооружениях. С этой целью отстойники оборудуются устройствами для периодического удаления всплывающих нефтепродуктов. Высокие концентрации нефтепродуктов неблагоприятно отражаются на работе очистных сооружений, особенно фильтров с зернистой загрузкой, и даже могут вывести их из строя. Поэтому наиболее действенным мероприятием по достижению предельно допустимых концентраций (ПДК) нефтепродуктов в шахтных водах и предупреждению вредного влияния на работу фильтров, является ликвидация потерь эмульсий и масел в шахте и попадания их в шахтные воды.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13
