Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%
При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности [19].
Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.
Среди методов очистки сточных вод большую роль должен сыграть биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки.
В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.
В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.
Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила
Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)
Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.
3. Очистка рудничных шахтных вод
Очистка шахтных рудничных вод состоит из нескольких этапов:
· Отстаивание (безреагентное и с применением реагентов).
· Осветление в слое взвешенного осадка.
· Фильтрование.
· УФ-обеззараживание.
Отстаивание
Очистка рудничных вод заключается, в первую очередь, в отстаивании и седиментации взвешенных частиц.
Рисунок 3 - Отстаивание и седиментация взвешенных частиц
Без использования реагентов отстаивание осуществляется в прудах-отстойниках. Последовательное отстаивание в трёх прудах в течение 10 лет позволяет снизить содержание взвешенных веществ до 30-50 мг/л. Пруды-отстойники могут служить единственным этапом очистки, если не существует повышенных требований к качеству воды по взвешенным веществам.
В качестве предварительного этапа очистки шахтных рудных сточных вод служит безреагентное отстаивание в горизонтальных секционныхе, вертикальных и тонкослойных отстойниках, в которых шахтные воды содержатся не менее 6 часов.
При реагентном отстаивании параллельно происходит их очистка от сопутствующих примесей. Для этих целей применяют разного рода реагенты, приводящие к следующим результатам:
1. Осаждение тяжелых металлов с помощью гидроксидов железа и гидросиликатов магния.
2. Образование нерастворимых карбонатов и осаждение ценных металлов с помощью диоксида углерода в кислых шахтных водах, так называемая СО2-минерализация.
3. Нейтрализация кислых шахтных вод карбонатом натрия с образованием небольшого осадка в виде цемента, на который адсорбируются тяжелые металлы.
3.1 Осветление в слое взвешенного осадка
Следующим этапом является осветление в слое взвешенного осадка с применением реагентной обработки. В качестве реагентов применяют сульфат алюминия. Шахтные сточные воды после добавления коагулянта поступают в воздухоотделитель, где в течение часа происходит отделение пузырьков воздуха, образовавшихся в результате коагуляции.
В осветлителе рудничные сточные воды подаются снизу вверх и проходят через слой взвеси, ранее отделившейся от шлама. Взвешенный осадок находится в состоянии динамического равновесия вследствие сохранения баланса скорости восходящего потока и скорости осаждения хлопьев осадка. В результате происходит захват частиц и осветление воды. Эффективность очистки составляет по взвешенным веществам 10-15 мг/л.
Фильтрование
Фильтрование считается методом глубокой очистки рудных сточных вод. Принцип очистки заключается в пропускании сточных вод через зернистую или пористую загрузку. Для эффективности фильтрования в стоки должны содержать минимальное количество взвешенных веществ.
Применение реагентов позволяет повысить качество очистки и ускорить процесс фильтрования. В качестве реагентов используют сернокислый алюминий и полиакриламид. Иногда применяют хлористое железо, известь.
УФ-обеззараживание
Финишным этапом очистки рудничных шахтных вод является освобождение их от патогенных микроорганизмов и бактериальных примесей. Наиболее эффективным способом является обеззараживание с помощью ультрафиолетового излучения, которое уничтожает до 95-97% биологических загрязнений.
Рисунок 3.1 - УФ-обеззараживание
После установки УФ-обеззараживания сточные рудные шахтные воды соответствуют требованиям сброса в водоем.
3.2 Технологическая схема очистки шахтных рудных вод
При разработке технологической схемы очистки рудных шахтных вод следует учитывать расход сточных вод, климатические условия месторождения, расположение шахты или карьера. Важную роль играют требования, предъявляемые к очистке стоков. Использование тех или иных этапов очистки зависит от дальнейшего использования очищенной воды:
· пылегашение;
· технологические нужды предприятия;
· хозяйственно-бытовое использование;
· сброс на рельеф или в водоем.
Рисунок 3.1.2 - Технологическая схема с применением блочно-модульных ЛОС
В ряде действующих месторождений по добыче руды была применена современная технологическая схема многоступенчатой очистки сточных вод на блочно-модульных очистных сооружениях типа Argel или Векса из армированного стеклопластика. Такая схема показала на практике высокую эффективность, позволяя очистить рудные шахтные воды от множества загрязнений и "хвостов" до требований сброса в водоем.
Блочно-модульные очистные сооружения включают в себя блоки:
· механической очистки;
· тонкослойного отстаивания;
· коалесцентной сепараци;
· фильтров сорбционной очистки;
· УФ обеззараживания.
Рисунок 3.1.3 - Блочно-модульные очистные сооружения
Заключение
Разработка калийных месторождений и переработка калия представляют собой экономически важную и развивающуюся отрасль народного хозяйства. Наиболее распространёнными и промышленно важными калийными месторождениями являются залежи твердых ископаемых солей хлоридного состава. Именно они являются основными поставщиками сырья для производства главного товарного продукта - калийных удобрений.
Калийное производство сопряжено с большим количеством образующихся отходов. Преобладающую их часть складируют в поверхностных хранилищах. Отличительной особенностью отходов является их высокая растворимость, что в условиях гумидного климата приводит к нарушению гидрохимических условий приповерхностной гидросферы. В связи с этим, совершенствование методов оценки степени влияния отходов предприятий калийной промышленности на состав подземных вод зоны активного водообмена, имеет высокое значение. В настоящей работе, на основании проведенного анализа условий разработки крупнейших месторождений калийных солей, показано, что применение сходных технологий добычи, переработки сырья, складирования отходов, определяемых составом руд, общность климатических условий территорий расположения крупнейших калийных производств, ведут к схожим техногенным изменениям в химическом составе природных вод и преобладающему накоплению в них определённого перечня химических элементов.
В результате исследований трансформации химического состава подземных вод зоны активного водообмена, проведенных в пределах Верхнекамского месторождения солей, предложен комплекс гидрохимических показателей, определяющих влияние объектов калийной промышленности на химизм водоносных горизонтов надсолевой толщи.
Процессы формирования хлоридных вод с высокими концентрациями катионов кальция и магния в пределах разрабатываемых участков ВКМС изучены в условиях лабораторного эксперимента с применением реальных объектов (техногенных рассолов, образцов грунтов). Экспериментальными исследованиями доказано, что рост содержаний ионов кальция и магния определяется протеканием ионообменных процессов между твердой фазой пород и жидкой фазой рассола.
Теоретическая значимость исследований обоснована комплексом полученных выводов. Разработан универсальный ряд химических элементов, определяющих специфику техногенных изменений в составе пресных подземных вод зоны активного водообмена под влиянием объектов калийного производства. Анализ этого перечня элементов, с учетом их роли в формировании химического состава калийных солей, способности к водной миграции и опасности для человека, позволил выделить основные группы химических веществ: ведущие макрокомпоненты солей (Cl, Na, K), второстепенные макрокомпоненты солей (S, Ca, Mg), ведущие микрокомпоненты солей (галогены, щелочные и щелочноземельные металлы), акцессорные микрокомпоненты солей, концентрирующиеся в их нерастворимой фазе (тяжелые металлы, полуметаллы и неметаллы).
Закономерности трансформации химического состава подземных вод изучены на территории Верхнекамского месторождения солей. Это уникальное месторождение, обладающее мировым значением. Гидрогеохимические исследования проведены в пределах трёх участков детальной разведки месторождения - Соликамского, Ново-Соликамского и Половодовского, находящихся на различных стадиях освоения. Основным водоносным подразделением в пределах изучаемой части ВКМС, приуроченной к бассейну р. Усолки, является водоносная верхнесоликамская терригенно-карбонатная подсвита.
Химический состав вод верхнесоликамской подсвиты в пределах планируемого к разработке Половодовского участка ВКМС формируется, преимущественно, под влиянием естественных факторов. Содержание макро- и микрокомпонентов стабильно во времени, воды подсвиты соответствуют действующим нормам для питьевого водоснабжения. Состав вод характеризуется преобладанием гидрокарбонат-ионов и катионов кальция. В микроэлементном составе наибольшую роль играют стронций, барий, бор, литий, селен, медь.
Химический состав подземных вод верхнесоликамской подсвиты в пределах разрабатываемых участков ВКМС изучен посредством опробования родников, разгружающихся в пределах влияния объектов складирования отходов калийной промышленности, а также скважин режимной наблюдательной сети. Таким образом, произведена оценка трансформации ионного и микроэлементного состава пресных подземных вод в результате техногенных процессов разработки ВКМС.
Результаты опробования родников, разгрузка которых происходит в непосредственной близости от действующих калийных предприятий и поверхностных объектов складирования отходов, показали значительную трансформацию химического состава подземных вод. Воды родников характеризуются значительным ростом минерализации и общей жесткости, хлоридным кальциево-натриевым составом. В микроэлементном составе значительную роль играют щелочные и щелочноземельные металлы (стронций, барий, литий, рубидий), полуметаллы (бор, мышьяк, селен, германий), происходит рост концентраций тяжёлых металлов - титана, никеля, хрома и др. Анализ корреляционных зависимостей показал изменение состава корреляционных групп микроэлементов по сравнению с фоновым участком, обусловленную ростом минерализации и снижением pH вод.
Процессы формирования хлоридных вод с высокими концентрациями катионов кальция и магния в пределах разрабатываемых участков ВКМС изучены в условиях лабораторного эксперимента с применением реальных объектов (техногенных рассолов, образцов грунтов). Результаты исследования взаимодействий в системе «рассол-порода» подтвердили наличие ионообменных процессов между твердой фазой пород и жидкой фазой рассола. В состав насыщенных рассолов переходят кальций и магний, при дальнейшем разбавлении формирующие подземные воды нетипичного для данной территории хлоридного магниево-кальциевого и кальциево-натриевого состава, обменные натрий и калий входят в состав грунтов.