ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШАХТНЫХ ВОД 13 страница
Используют несколько типов установок для обеззараживания воды бактерицидными лучами, разработанных в Академии коммунального хозяйства им.К.Д.Памфилова.
Обеззараживание воды бактерицидными лучами имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Так, при его использовании природные вкусовые качества и химические свойства воды не изменяются, а бактерицидное действие лучей протекает во много раз быстрее, чем хлора, благодаря чему воду можно сразу подавать потребителям. Бактерицидные лучи уничтожают не только вегетативные виды бактерий, но и спорообразующие. Эксплуатация установок для обеззараживания бактерицидными лучами проще, чем эксплуатация хлорного хозяйства.
Однако метод имеет два недостатка:
- обеспечивает надежную дезинфекцию воды, однако, только при обработке осветленных и бесцветных вод.
- отсутствие оперативного способа контроля за эффектом обеззараживания (в отличие от хлорирования по остаточному хлору).
4 Озонирования воды
4.1. Свойства озона
Озон (О3) - аллотропическая модификация кислорода. Это газ бледно-фиолетовых цветов, очень токсичен, тяжелее воздуха. Предельно допустимая концентрация озона в воздухе рабочей зоны равна 0,0001 мг/м3. В воде растворим слабо: 0,68 г/л при t »10С и Р=0,1 МПа.
Озон является одним из наиболее сильных окислителей, благодаря его высокой реакционной способности. Молекула озона неустойчива и диссоцинирует по реакции
|
|
|
О3 ® О2 + О.
Скорость диссоциации повышается с повышением температуры, рн и солесодержания воды. Считают, что бактерицидный эффект обеспечивает как раз атомарный кислород.
Озон является одним из наиболее сильных окислителей, уничтожающих не только бактерии, но и (в отличие от хлорирования) также споры и вирусы (в частности, вирусы полиомиелита). При этом микроорганизмы погибают в несколько тысяч раз быстрее, чем при обработке воды хлором. Таким образом, он является сильным бактерицидным и вирулицидным агентом.
Озон почти мгновенно осуществляет инактивацию (прекращения деятельности) бактерий и вирусов, то есть он значительно эффективнее хлора. Могут уцелеть только некоторые виды спор бактерий. Считается, что остаточное содержание озона в воде через 5-8 мин контакта в количестве 0.2-0.3 мг/л гарантирует полное обеззараживание воды. Для очень загрязненных вод продолжительность контакта может быть увеличена до 20 мин, а остаточный озон до 0,5 мг/л.
4.2 Получения озона
Получают озон из кислорода воздуха или технического кислорода путем воздействия на них высокого напряжения. Кислород пропускают между электродами, поверхность одного из которых покрыта кварцевым стеклом. На электроды подается напряжение U=10-30 кВ. В узкой щели между электродами протекает слабый электрический разряд и под его воздействием на поверхности кварцевого стекла происходит рекомбинация молекул кислорода в молекулы озона:
|
|
|
3О2 → 2О3.
Для получения 1 кг озона из хорошо осушенного атмосферного воздуха расходуется 50...60 м3 воздуха и затрачивается до 40 квт-ч электроэнергии. При производстве озона из чистого кислорода потребление электроэнергии резко снижается.
Получение озона обязательно сопровождается его предварительной подготовкой, а именно обеспыливание, осушением, охлаждением (до 80С с помощью холодильных машин) (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Технологическая схема озонирования сточных вод: 1 - блок охлаждения воздуха; 2 - блок осушки воздуха; 3 - блок фильтрации воздуха; 4 - блок генерации озона; 5 - контактная камера (реактор).
Только при соблюдении этих процедур процесс получения озона в озонаторах (аппаратах для получения озона) является эффективным и продуктивным.
Созданы новые экономические озонаторы, работающие на токе повышенной частоты.
4.3 Введения озона в воду
В связи с относительно малой растворимостью в воде озон необходимо тщательно смешивать с ней в специальных контактных колоннах или ротационных смесителях. Из-за токсичности нельзя допускать попадания озона в воздух рабочих помещений.
|
|
|
Как реакторы используются различные контактные аппараты, схемы которых определяются способом подачи смеси: барботирование через слой воды; протиточною струйной абсорбцией; механическим смешиванием воды со смесью в инжекторах.
Несмотря на относительно высокую стоимость обработки вод, озоном целесообразность его использования несомненна и диктуется следующими преимуществами: универсальность метода, возможность получения озона на месте, отсутствие в обеззараженной воде остаточных концентраций озона.
ЛЕКЦИЯ 18
ОБРАБОТКА ОСАДКОВ ШАХТНЫХ ВОД
1 Виды, состав и свойства осадков
В процессе очистки сточных вод выделяются большие массы осадков. По химическому и физическому составу, а также санитарной характеристике они не идентичны (поскольку зависят от вида вод и применяемого метода очистки), имеют высокую влажность.
Существуют различные классификации твердых осадков водоочистки. Все они делятся на два класса: инертные и токсичные. Кроме того, они бывают двух видов: стабильные и нестабильные (загнивают). Отдельные виды осадков требуют обязательного обеззараживания.
|
|
|
Для выбора метода обработки осадков важное знание их физико-химического состава. Осадки характеризуются: содержанием сухого вещества (г/л или %); содержанием беззольной вещества (% от массы сухого вещества); элементным составом; вязкостью и текучестью; гранулометрическим составом; влажностью. Влажность рассматривается как одна из важных характеристик осадков. В них содержится свободная (60-65%) и связанная (30-35%) вода. Первая достаточно легко удаляется из осадка, а вторая намного тяжелее, поскольку в виде оболочки гидрата прочно связана с твердыми частицами ван-дер-ваальсовыми силами.
Осадки подразделяют на три группы: 1) осадки в основном минерального состава; 2) осадки в основном органического состава (зольность менее 10%); 3) смешанные осадки (зольность изменяется от 10 до 60%).
Осадки шахтных вод (их количество составляет в среднем 1..3%, а в отдельных случаях достигает до 10% объема вод, которые очищаются) относятся по химическому составу к первой группе. Они обычно инертными и стабильными, содержат, как правило, свободную влагу, которую в большинстве случаев легко отдают.
Взвешенные вещества шахтных сточных вод имеют разнообразные свойства: плотность осадков изменяется от 1160 до 1290 кг/м3; плотность твердой фазы - от 1750 до 2120 кг/м3. Гранулометрический и минеральный состав осадков, в основном, соответствует составу суспензии, находящейся в исходной воде, и зависит от марки угля, добываемого. По данным ДонУГИ и ИГД им. А.А.Скочинского повышенное содержание фракций менее 50 мкм характерен, в основном, для вод шахт, добывающих коксующийся и газовый уголь. Основное влияние на гранулометрический состав фракций менее 50 мкм оказывают вмещающие породы. С увеличением дисперсности фракций растет их зольность, достигая во фракции 0...10 мкм 60...65%.
Микроэлементный состав осадков отличается от микроэлементного состава осветленной шахтной воды. В осадках содержится значительно большее количество микроэлементов, чем в воде, что можно объяснить лишь частичной растворимостью химических элементов в воде.
Коэффициент фильтрации отложений изменяется от 0,025 м/сутки для шлама до 0,001 м/сутки для шлама, представленного в основном, глинистыми частицами.
Важнейшим показателем способности осадков сточных вод к влагоотдачи является их удельное сопротивление фильтрованию. Величина удельного сопротивления является обобщающим параметром. Он учитывает изменение состава и свойств осадка, позволяет выбирать методы его обработки и осуществлять соответствующие технологические расчеты.
Удельное сопротивление фильтрованию осадка шахтных вод в зависимости от гранулометрического состава,
При очистке шахтной воды с применением коагулянтов осадки, образующиеся на очистных сооружениях имеют рыхлую структуру, обусловленную структурой хлопьев (см. рис. 5.1), плохо отдают воду, имеют высокую влажность (до 99%). При влажности до 70...85% осадков сохраняет текучесть.
Кроме взвешенных и коллоидных примесей, гидрооксидов алюминия осадок может содержать сорбированные токсичные примеси. По этой причине их нельзя сбрасывать без отделки в природную водную среду.
В схемах безреагентной очистки осадки плотные, хорошо отделяются от воды; проблем с их обработкой не возникает.
Принятая в настоящее время технология обработки осадков включает их сгущения, обезвоживания, складирования и утилизации.
2 Сгущение осадков
Необходимость в предварительном сгущении осадков возникает, если средняя за год мутность шахтной воды не превышает 300 мг/л.
Сгустителями являются вертикальные (для маломутных вод) или радиальные (для вод мутностью более 100 мг/л) отстойники, оборудованные лопастями для медленного перемешивания осадка. При перемешивании происходит вторичная агрегация разрушенных при выпуске осадка хлопьев.
Выпавший уплотненный осадок имеет влажность 96...98% (до 86% для мутных вод). Вода, отделившаяся от осадка, перекачиваемого насосами в узел смесителя и подмешивается к воде с шахты. Цикл сгущения продолжается 5...10 часов. Объем одного загустителя должен вмещать всю порцию осадка, выпускаемого из сооружений I ступени, их количество должно быть не менее двух.
3 Обезвоживания осадков
3.1 Осадконакопители (шламонакопители, мулонакопители)
Наиболее распространенная сооружение для обезвоживания и складирования осадков. Конструктивно это или искусственные выемки с обсыпкой (при плоском рельефе), или искусственные водоемы в оврагах, балках, перегороженных плотиной. Могут использоваться недействующие карьеры.
Первая конструкция показана на рис. 9.1. Осадконакопитель оборудуется колодцем-водосбросом с несколькими ярусами окон, которые перекрываются по мере накопления осадка щитовыми затворами. Через окна вода, отделенная от осадка, сливается в колодец и сбрасывается из накопителя.
Рис. 9.1. Осадконакопитель: 1 - сброс осадка, 2 - обезвоженный осадок, 3 - вода, отделенная от осадка, 4 - колодец-водосброс, 5 - мостик, 6 - сброс воды, отделенной от осадка.
Накопители разбиваются на две секции, которые наполняются попеременно по годам. Рассчитываются они на накопление осадка в течение 5...10 лет; за это время влажность осадка, скапливающегося на дне, достигает 85...90%, за 10 лет 65...80%. После исчерпания полезного объема накопителя они чистятся с вывозом осадка на полигоны. Глубина осадконакопителей составляет от 2 до 5 метров.
Вода, отделенная от осадка, через колодцы - водосбросы сливается в природную среду.
3.2 Площадки замораживания
Площадки замораживания являются иловыми площадками для намораживанния осадка послойно. Применяются в районах с периодом отрицательных температур не менее 2 месяцев. Льдообразования При замораживании эффективно разрушает структурные связи осадка и после оттаивания хорошо вода, которая сбрасывается через колодцы. Один раз в 1...3 года площадки чистят, а осадок, что накопился, отправляют в места складирования.
3.3 Площадки подсушивания
Конструктивно аналогичные площадкам намороживанния, применяются в южных районах с малой влажностью. На них вода испаряется, а осадок подсушивается. Чистка площадок проводится раз в 1...3 года.
3.4 Механическое обезвоживание осадков
Основными аппаратами для этого есть центрифуги и фильтр-прессы, только для высокомутных вод могут применяться вакуум-фильтры.
Перед подачей осадка на обезвоживающие аппараты он обрабатывается известью, полиакриламидном.
Сооружения механического обезвоживания занимают малые площади (в отличие от иловых площадок или шламонакопителей), но являются дорогостоящими с точки зрения как капитальных, так и эксплуатационных затрат. Кроме того, механическое оборудование имеет меньшую надежность работы.
ЛЕКЦИЯ 19
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОСВЕТЛЕНИЯ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ШАХТНЫХ ВОД
Комплекс мероприятий и сооружений, предназначенных для предотвращения загрязнений вод, а также извлечения из них вредных примесей, оформляют в виде технологической схемы.
1 Технологические схемы очистки шахтных вод на поверхности
Шахтные воды, которые откачиваются на поверхность, могут быть полностью или частично использованы на различные технические нужды шахт и соседних с ними предприятий или сброшены в поверхностные водоемы.
В общем случае технология очистки шахтных вод на поверхности должна включать ряд технологических процессов, представленных на рис. 10.1.
Поскольку шахтный водоотлив работает в неравномерном режиме, а очистные сооружения должны работать в равномерном режиме, в начале схемы необходимые усреднители. В качестве последних можно использовать шахтные отстойники, которые есть почти на каждой шахте, и не дают должной степени освещения. Некоторые потребители 1-й группы (например, углеобогатительными) уже могут использовать шахтную воду после предварительного удаления с нее угольных частиц. Они могут быть удалены в открытых гидроциклонах, осадок которых направляется на угольный склад.
В дальнейшем вода обконується коагулянтами или флокулянтами для агрегации тонкодисперсных взвешенных веществ, которые удаляются отстаиванием (лучше всего – в тонкослойных отстойниках) или волокнистыми фильтрами или осветителей со взвешенным слоем осадка. После сооружений 1-й степени содержание взвешенных веществ составляет 20-30 мг/л, и такие воды после обеззараживания могут сбрасываться в водоемы или использоваться (без обеззараживания) потребителями отстойной воды (2 группа).
Если потребители требуют воду питьевого качества (3 группа), то отстойная вода осветляется еще на зернистых фильтрах (2-ая степень).
Выбор оптимальной технологической схемы очистки вод - достаточно сложная задача, что обусловлено многообразием примесей, находящихся в воде, и требованиями, предъявленными к качеству очистки воды. При выборе способа очистки учитывают не только состав воды, но и экологические требования, которым должны удовлетворять очищенные воды при сбросе воды в водный объект - ПДС (предельно допустимые сбросы) и ПДК (предельно допустимая концентрация вещества), а при использовании очищенных сточных вод в производстве - те требования, которые предъявляются для осуществления конкретных технологических процессов. Важное значение имеет также технико-экономическое обоснование выбираемой схемы.
Применяемые технологические схемы очистки должны обеспечивать максимальное использование очищенных вод в основных технологических процессах и минимальный их сброс в открытые водные объекты.
Рис. 10.1. Структурная схема осветления и обеззараживания шахтных вод
Технологические схемы осветления и обеззараживания шахтных вод классифицируют по различным признакам:
- по используемым методам отделения твердой фазы от жидкой (отстойные, отстойно-фильтрующие, фильтрующие, шламоконтактные, с использованием напорной флотации и электрофлотации);
- по числу однотипных сооружений (аппаратов), по которым проходит вода (одноступенчатые, двухступенчатые, многоступенчатые);
- по использованию реагентов (безреагентные, реагентные).
Все осветленные воды подлежат обеззараживанию.
На основании результатов научных исследований, практического опыта применения различных технологических схем очистки шахтных вод и выявления соответствия этих схем требованиям можно выделить наиболее эффективные технологические схемы, представленные в табл. 10.1.
Таблица 10.1 - Основные технологические схемы осветления шахтных вод
| Номер технологической схемы | Технологическая схема | Продуктивность очистных сооружений, м3/ч
| Концентрация взвешенных веществ, мг/л | |
| после І ступени | после II ступени | |||
| 1 | Технологическая схема с использованием прудов-отстойников Вариант 1. Пруд-отстойник большой емкости Вариант 2. Каскад прудов-отстойников Вариант 3. Пруд-отстойник и скорые фильтры | не ограничивается -//- -//- | 30-50 20-30 30-50 | - - 5 |
| 2 | Технологическая схема с использованием осветлителей со взвешенным слоем осадка | не менее 150 | 10-15 | |
| 3 | Технологическая схема с использованием тонкослойных отстойников или волокнистых фильтров Вариант 1. С глубоким освещением части притока на скорых фильтрах | не больше 1200 | 30-50 | 5 |
| 4 | Технологическая схема с использованием фильтров с восходящим потоком (контактных осветлителей) | 100-2000 | 5 | |
В каждом конкретном случае в зависимости от состава и технологических свойств шахтных вод, требований к глубине очистки и особенностей применяемых методов и устройств отдельные процессы могут быть полностью исключены из технологии или соединенные с другими процессами. Кроме того, те же технологические процессы могут осуществляться с использованием различных по своему конструктивному выполнению сооружений и аппаратов. Эти обстоятельства обуславливают большое разнообразие применяемых на практике технологических схем.
Самая простая схема, используемая на большинстве шахт - шахтные горизонтальные отстойники - устарела и не обеспечивает необходимого эффекта освещения.
2 Технологические схемы очистки шахтных вод под землей
В связи с огромным различием условий водопритоков по шахтах, разработки угольных пластов, а также большим количеством способов получения необходимого качества обрабатываемых вод, на современном этапе невозможно предложить единую завершенную технологическую схему снижения загрязненности шахтных вод в подземных условиях. В это время можно рекомендовать лишь принципиальную комплексную технологическую систему мероприятий и сооружений, обеспечивающих снижение загрязнения шахтных вод в подземных условиях. Такая система включает профилактические мероприятия по предотвращению и снижению загрязнения подземных вод, стекающие с горного массива в выработки, а также по очистке малых объемов загрязненных шахтных вод.
Комплексная схема технологической системы для снижения загрязненности шахтных вод в подземных условиях показана на рис. 10.2.
Рис. 10.2. Комплексная технологическая схема снижения загрязненности шахтных вод взвешенными веществами в подземных условиях
Селективный отбор условно чистых вод выполняется из выработанного пространства отработанных горизонтов шахты 4 в водонакопителя 2 через скважину 3 или погашенные выработки 5. С водонакопителя по трубопроводу 6 условно чистые воды поступают в центральный (главный) водосборник шахты 7. Подача воды в зависимости от перепада высот между скважиной (или погашенной вырабатыванием) и водосборником 7 может осуществляться самотеком или в напорном режиме. При напорном режиме насосные установки для откачки условно чистых вод из водонакопителя должны работать в непрерывном автоматическом режиме (на приток).
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 270; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!