гэп практика. ГпЭ практическая. Практикум для студентов направления 210504 Горное дело ЮжноРоссийский государ ственный политехнический университет (нпи) имени М. И. Пла това. Новочеркасск юргпу(нпи), 2016. 96 с
 Скачать 1.7 Mb.
|
|
Рис.8. Схема непрерывной экстракции Другие способы физико-химической очистки: очистка маг- нитным полем, ионный обмен, методам образного осмоса, элек- трохимическим способом, способом ультразвуковых колебаний и др. применяются гораздо реже и только в том случае, когда это 51 вызвано экологической необходимостью, так как эти методы до- вольно сложны и дороги. 4. Химические и электрохимические методы очистки вод Химическая очистка сточных вод заключается в проведении химических реакций с использованием реагентов и получении из загрязняющих веществ новых веществ, которые легче удалить из стока, чем исходные. Методы химической очистки сочетаются обычно с механической или физико-химической очисткой. К хи- мическим методам относятся: этерификация, окисление, озони- рование, нейтрализация. Метод этерификации основан на превращении этих кислот в легкокипящие эфиры, которые удаляются из сточной воды отгон- кой. Применение метода этерификации для очистки сточных вод возможно в производстве синтетических жирных кислот, уксус- ного ангидрида, триацетата целлюлозы и др. Окисление загрязнителей применяют в случаях, когда их нельзя извлечь или разрушить другим способом. Для очистки сточных вод от цианистых соединений приме- няют окисление весьма ядовитых цианиона СN - до безвредного цианата СNО - недорогим окислителем – гипохлоритом в щелоч- ной среде при рН = 10. Образующиеся цианаты легко гидролизу- ются в воде до безвредных карбонатов и аммиака. Метод озонирования заключается в применении озона для глубокой очистки сточных вод. В процессе очистки в сточную воду подают озонно-воздушную смесь, состоящую из мельчай- щих пузырьков. Нейтрализация сточных вод производится в случае дости- жения концентрации кислот 20-30%. Для нейтрализации кислых сточных вод обычно применяют известковое молоко, получаемое смесителе 4, путем смешивания активной извести Са(ОН) 2 с концентрацией 5-10% ( Рис.9) 52 Рис.9. Нейтрализация сточных вод Кислая вода поступает через ввод 1 в ершовый смеситель 2, являющийся одновременно и контактным резервуаром. На выхо- де из смесителя установлен датчик 11 системы автоматического регулирования, который в зависимости от рН выходящей воды приводит в действие прибор системы автоматического регулиро- вания 9, а тот, регулируя работу дозатора 7, поддерживает задан- ное значение рН нейтрализованной сточной воды. Нейтрализо- ванная сточная вода по выводу 10 направляется в отстойник. Более простым способом нейтрализации, применяемым при небольших объемах кислой воды, является фильтрование стоков через колонны, заполненные нейтрализующими материалами: из- вестняком (СаСО 3 ), доломитом (СаСО 3 МgСО 3 ), магнезитом (МgСО 3 ). 5. Биохимические методы очистки вод Метод, биохимической очистки сточных вод основан на способности некоторых микроорганизмов, питаться растворен- ными в воде органическими и неорганическими веществами. В процессе потребления этих веществ происходит их окисление кислородом, растворенным в воде. Часть окисляемого микроор- ганизмами вещества используется ими для увеличения биомассы и для размножения, а другая превращается в безвредные продук- ты окисления - воду, СО 2 , NО 2 и др. Для создания новых клеток биомассы микроорганизмы рас- ходуют биогенные элементы: углерод, водород, кислород, серу, микроэлементы, которые они берут из разрушаемых органиче- 53 ских веществ. Микроорганизмы, которые участвуют в процессе биологической очистки, формируются в виде активного ила или биопленки. Активный ил состоит из живых организмов и твердо- го субстрата. Живые организмы представлены скоплениями бак- терий, простейшими организмами, одиночными бактериями, чер- вями, плесневыми грибами, дрожжами и редко водорослями, ли- чинками насекомых, рачков и др. Сообщество всех живых орга- низмов, населяющих ил, называют биоценозом или биопленкой. Известны два метода биохимической очистки сточных вод: анаэробный и аэробный. Анаэробный метод осуществляется бактериями, не требую- щими кислорода, и заключается в сбраживании загрязняющих воду органических веществ в закрытых аппаратах без доступа воздуха. Применение этого метода ограничено только для подго- товки стоков к дальнейшей и чистке аэробным методом. Аэробный метод осуществляется бактериями при наличии в воде кислорода и является основным способом биологической очистки, применяемым в промышленности. Аэробные методы очистки осуществляются в аэротенках, биологических фильтрах и биологических прудах. Все аэротенки построены по одному принципу: смесь воды и активного ила медленно движется по прямоугольным вытяну- той формы резервуарам аэротенка и непрерывно насыщается воз- духом, подаваемым в воду через фильтросы , уложенные на дне резервуара вдоль его длинной стороны. Пузырьки воздуха, поднимаясь, перемешивают активный ил со сточными водами и не дают хлопьям ила оседать на дно аэро- тенка. Так перемешивание обеспечивает интенсивный процесс окисления загрязнителей сточных вод. На практике применяют : 1) аэротенки-смесители, в которых смесь сточной жидкости и активного ила вводится вдоль всей продольной стены аэротенка, а выход следует с противополож- ной стороны. При этом порция стока почти мгновенно переме- шивается со всей массой смеси жидкости и активного ила, что позволяет равномерно распределять загрязнения и растворенный кислород в объеме аэротенка; 2) аэротенки - вытеснители, в кото- рых порция смеси очищаемых сточных вод с активным илом проходит последовательную очистку без полного смешивания со всем объемом жидкости, содержащимся в аэротенке, и степень 54 очистки зависит от расстояния, пройденного данной порцией стоков от точки впуска до точки выпуска Для аэробной очистки применяют также биофильтры. Био- фильтры представляют собой очистные сооружения, в которых сточную воду пропускают через слой крупнозернистого материа- ла, покрытого биопленкой, заселенной аэробными бактериями и низшими организмами, адсорбирующими и окисляющими орга- нические вещества. Биофильтр представляет собой прямоугольный или круглый резервуар из кирпича или бетона, загруженный фильтрующей массой. Водораспределительное устройство обеспечивает равно- мерное с небольшим интервалом орошение фильтрующей массы. Прошедшая фильтр вода уходит снизу через дренажное устрой- ство. Для поддержания окислительных процессов в фильтр снизу подают воздух. Существуют также более сложные и совершен- ные типы фильтров: высоконагружаемые, башенные, фильтры с рециркуляцией очищаемой воды, двухступенчатые и др. Чаще аэробная очистка сточных вод происходит в биологи- ческих прудах. Биологические пруды представляют собой систему земля- ных резервуаров глубиной 1,0 - 1,5 м, по которым протекает вода и происходит ее очищение от загрязнений в условиях близких самоочищению в естественных водоемах. Пруды состоят из по- следовательно расположенных секций. Время пребывания воды в прудах зависит от вида и концентрации загрязнений и колеблется в широких пределах - от 3 до 50 суток. Отчет по работе должен содержать: - титульный лист; - цель работы; - содержание работы; - необходимые чертежи и схемы; - задания и выводы; - список использованной литературы. Контрольные вопросы 1. Назовите основные контролируемые показатели реч- ных водостоков. 55 2. Перечислите основные органолептические показатели сточных вод, подверженные контролю. 3. В чем заключаются основные принципы очистки сточ- ных вод? Перечислите их. 4. Назовите основные процессы механической очистки сточных вод. 5. В чем заключается сущность работы песколовок и от- стойников? Их основные конструкции и параметры. 6. Нефтеловушки и гидроциклоны. Конструкция и пара- метры. 7. Фильтрование, Требования к фильтроматериалу, Кон- струкция, параметры. 8. Перечислите основные физико-химические методы очистки сточных вод. 9. Дайте характеристику основных способов химической очистки сточных вод. 10. На чем основан метод биохимической очистки сточных вод, область его применения, конструкция очист- ных сооружений. 56 Практическая работа №4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД Цель работы: изучить основные методы и технологические решения по очистке шахтных вод с целью снижения их негатив- ного воздействия на окружающую среду. 1. Первичная очистка шахтной воды в подземных условиях Шахтная вода, подаваемая из участковых водоотливов и ча- стично очищенная от взвешенных веществ за счет фильтрации через обрушенные породы выработанных пространств или за счет инерционного выделения крупной взвеси в гидроциклонах, по трубопроводам или водосточным канавкам поступает в водо- сборники главного водоотлива, которые предназначены для сбора воды, ее очистки от крупных взвешенных частиц. Правилами безопасности (насосные установки должны обеспечивать откачку суточного притока воды за 16 ч для проектируемых и за 20 ч для действующих шахт). Под нормализованным режимом эксплуатации водосборни- ков главного водоотлива понимается регулярная чистка их от осевшего шлама. Чистка водосборника должна производиться при накоплении в нем средней толщины слоя ила равной 15 % высоты водосборника. Минеральные частицы, взвешенные в шахтной воде, сильно истирают рабочие колеса насосов. Для борьбы с абразивным из- носом центробежных насосов используется предварительное осветление шахтных вод. Для этого перед водосборниками на го- ризонтальных участках выработки устраиваются отстойники. Шахтные воды движутся через отстойники в горизонтальном направлении с небольшой скоростью, при которой происходит оседание твердых частиц. Отстойники рассчитывают таким обра- зом, чтобы обеспечить оседание крупных частиц. Частицы мень- ших размеров попадают в водосборник и вместе с водой откачи- ваются насосами. 57 В тех случаях, когда емкость водосборников недостаточна для сооружения отстойников, необходимо изменить режим от- качки воды. Известно, что в процессе откачки величина проточ- ного слоя уменьшается, скорость движения воды в водосборнике возрастает, начинается вынос с водой крупной взвеси. В резуль- тате этого загрязненность воды в последний период откачки рез- ко увеличивается. Так, например, на шахте "Мирная" загрязнен- ность воды, поступающей из водосборника, в начале откачки со- ставляет 50 мг/л, а в конце — 368 мг/л, на шахте им. С.М. Кирова — соответственно 197 и 764 мг/л. Чтобы исключить возможность резкого увеличения загряз- ненности воды в конце откачки, необходимо ограничить сниже- ние уровня воды в водосборнике с таким расчетом, чтобы толщи- на оставшегося слоя воды над осадком была не ниже значения, при котором начинается вынос с водой крупных частиц. По до- стижении этого уровня насосы должны отключаться. Минималь- ная высота воды (м) может быть определена из выражения min max 0, 27 в Q h B , где Q B — величина притока воды, м 3 /ч; max — максимально до- пустимая скорость движения воды (10—12 мм/с); В— суммарная ширина отстойников (при одновременной работе двух отстойни- ков), мм. Существующий режим откачки воды из водосборников без ограничения высоты проточного слоя приводит к тому, что при использовании горизонтальных или наклонных отстойников за- грязненность сбрасываемой воды колеблется в очень широких пределах, что затрудняет отладку режимов работы очистных со- оружений. Для увеличения степени осветления шахтной воды в водо- сборниках предложено устройство (рис. 1.), позволяющее не до- пускать повышение скорости воды в водосборнике выше макси- мально допустимой. 58 Рис. 1. Схема поплавкового всаса: 1 — осевший шлам; 2 — вода; 3— горизонтальный всас; 4 — попла- вок; 5 — направляющая стойка; 6—8 — герметические электрические кон- такты (герконы); 5 — рычаг; 10 — скоба; 11 — опорный конус; 12 — стержень; 13— гибкий рукав Устройство состоит из горизонтального всаса, поплавка, гибкого рукава, направляющих стоек, ограничительного опорно- го конуса и трех герметичных электрических контактов (герко- нов). Всас имеет отверстия для забора воды в верхней и передней стенках. Опорный конус соединен с поплавком при помощи стержня, пропущенного через отверстия в скобе. Конец стержня шарнирно соединен с рычагом Работа устройства осуществляется следующим образом. Шахтная вода поступает в водосборник, а осветленная вода через всас и гибкий рукав переливается в приемный колодец насосной станции. Опорный конус не допускает опускания всаса до того минимального уровня воды, при котором скорость в про- точном слое достигает предельно допустимой величины. По мере поступления воды в водосборник глубина проточного слоя уве- личивается, а всас по направляющим стойкам поднимается. В верхнем положении поплавок замыкает контакт, подающий сиг- нал включения насосов. Насосы работают до тех пор, пока опор- ный конус не опустится на осевший шлам. При соприкосновении основания конуса со слоем шлама стержень перемещается отно- 59 сительно скобы вверх, поворачивает рычаг, который замыкает геркон 8, подающий электрический сигнал остановки насосов. При увеличении слоя шлама до установленного предела од- новременно с включением геркона 8 срабатывает включенный в его цепь геркон 7, подающий сигнал о необходимости чистки во- досборника. Такой режим работы водосборника-отстойника позволит значительно снизить загрязненность шахтной воды механической взвесью и обеспечит более надежную работу очистных сооруже- ний. Практика и расчеты показывают, что при соблюдении нор- мальных условий эксплуатации подземных отстойников и водо- сборников-отстойников в них накапливается шлам со скоростью 20—25 см в месяц, что составляет 10—25 % проточного слоя. Та- кое быстрое накопление шлама требует систематической чистки отстойников и отстойников-водосборников. На практике применяют следующие способы чистки. 1. Удаление ила в вагонетках. Ил в вагонетки грузится скре- пером, диафрагменными насосами, водоструйными насосами, с помощью специальных шнековых грузчиков. 2. Откачка ила шламовыми насосами или гидроэлеваторами в выработанное пространство. 3. Непрерывная очистка специальными шламовыми насоса- ми, подающими пульпу в нагнетательный трубопровод главной водоотливной установки при работающем основном насосе. 4. Чистка с помощью эрлифта. Из приведенных способов более рациональным и менее тру- доемким является способ очистки гидроэлеваторами с транспор- тировкой шлама в выработанное пространство. Гидроэлеватор (струйный насос) представляет собой наиболее простое устрой- ство, применяемое для транспортирования пульпы. Он не имеет движущихся частей, поэтому обладает высокой степенью надеж- ности, не требует никакого ухода и может изготавливаться в шахтных мастерских. Для его установки не требуется сооружения зданий или фундаментов. К достоинствам гидроэлеватора следует также отнести воз- можность достижения большой мощности в одном агрегате. Не- достатком гидроэлеватора является его низкий к. п. д. 60 Шламовые воды, выдаваемые гидроэлеваторами из водо- сборников, целесообразно направлять для фильтрации через об- рушенные породы в тех случаях, когда воды относятся к нейтральным или слабощелочным. На шахтах с кислыми водами, как показали исследования А.В. Докукина и Л.С. Докукиной, пе- репуск вод через выработанное пространство приводит к повы- шению их кислотности за счет вымывания продуктов окисления сернистых соединений, содержащихся в боковых породах и оставшемся в выработанном пространстве угле. Поэтому на таких шахтах применять способ первичной очистки воды фильтрацией через обрушенные породы можно только после установления ко- личества продуктов окисления сернистых соединений в этих по- родах. 2. Технологическая схема очистки шахтной воды «Дон-3» Снижение загрязнения шахтных вод и их первичная очистка в подземных условиях были осуществлены по технологической схеме "Дон-3", предложенной С.И. Жуковым, В.А. Меркуловым, Б.Ф. Мещеряковым, П.Н. Торским, И.Г. Трофимовым, Л.Ю. Шляфером (рис. 2.). По этой схеме построены очистные сооружения на шахте "Южная" производственного объединения "Ростовуголь". Они предусматривают в качестве первой ступени очистки использо- вать водосборники участковых и главных водоотливов, а также фильтрование воды через обрушенные породы выработанных пространств. Для регулярной чистки водосборников главных и участковых водоотливов применены гидроэлеваторы, с помощью которых осевший шлам перекачивается в выработанные про- странства для фильтрации через обрушенные породы. 61 Рис. 2. Схема очистки шахтной воды "Дон-3" Технология очистки шахтной воды следующая. Из участко- вых водосборников 7 частично отстоявшаяся вода насосами по- дается на один горизонт выше коренного откаточного штрека и сбрасывается в выработанное пространство 2. В выработанном пространстве вода фильтруется через обрушенные породы и со- бирается в водоотливную канавку 3 коренного штрека, по кото- рой поступает в отстойник главного водоотлива 4, регулярно очищаемый от осевшего шлама гидроэлеватором 5. Из отстойни- ка вода через перегородку 6 поступает в водосборник 7, в кото- ром происходит дополнительное осветление воды. Осветленная вода через поплавковый всас 8 направляется в водозаборные ко- лодцы 9 насосов главного водоотлива 10. Насосами главного во- доотлива откачиваемая из шахты вода подается на семь напорных фильтров 11, установленных на поверхности. Эти фильтры се- рийно выпускаются Таганрогским заводом "Красный котель- 62 щик". Диаметр фильтра 3,2 м, номинальная производительность 90 м 3 /ч, фильтрующий материал — песок. Очищенная от механических примесей вода поступает в хлораторную 12 и далее на сброс. Загрузка песка в фильтры производится из дозирующей ем- кости 13 гидроэлеватором 14. В дозирующую емкость песок по- дается со склада 15 также с помощью гидроэлеватора. Давление воды на фильтрах, равное 39,24-10 4 __ 49,05-10 4 Па, создается насосами главного водоотлива. Для защиты фильтров и трубопроводов от разрыва на станции установлен предохрани- тельный клапан. На случай аварийного состояния станции преду- смотрен сброс неочищенной воды в отстойники с учетом после- дующего возврата ее на станцию для фильтрации. Промывка фильтров производится поочередно фильтратом с остальных действующих фильтров за счет избыточного давления насосов главного водоотлива. Все задвижки и краны на трубопроводах станции оборудо- ваны гидравлическими приводами, которые работают от масло- станции. Насосная станция главного водоотлива оборудована насоса- ми производительностью 300 м 3 /ч. При нормальном притоке во- ды в сутки 20 ч работает один насос со средней производитель- ностью 280-290 м 3 /ч и 4 ч работают два насоса, каждый на свой трубопровод со средней производительностью 560-580 м 3 /ч. Та- ким образом, на очистные сооружения в сутки поступает 8000 м 3 воды. По проекту очистные сооружения рассчитывались на очистку 15 тыс. м 3 /сут. С учетом того, что 20—25 % оборотной воды используется на нужды фильтровальной станции, суточная производительность очистных сооружений составляет 10000 м 3 Вода от промывки фильтров на фильтровальную станцию не воз- вращалась в связи с тем, что она использовалась для тушения по- родного отвала, расположенного рядом с фильтровальной стан- цией. После окончания тушения отвала часть воды от промывки фильтров будет идти на пополнение запаса воды обогатительной фабрики, а часть будет возвращаться на фильтровальную стан- цию. Хлорирование очищенной воды производится хлорной изве- стью или гипохлоритом натрия, получаемым с помощью элек- тролизера. 63 Для определения оптимальных параметров работы постро- енных по технологической схеме "Дон-3" очистных сооружений были проведены исследования по установлению эффективности очистки воды от взвешенных частиц за счет: фильтрации через обрушенные породы выработанного пространства; отстаивания в водосборнике-отстойнике главного водоотлива; фильтрации на песчаных фильтрах. В процессе исследования определялось из- менение солевого состава воды за счет возможного выщелачива- ния растворимых солей из пород и качество очистки шламовых вод при фильтрации в обрушенных породах. Эффективность очистки шахтной воды от механических примесей и возможное изменение солевого состава ее при филь- трации через обрушенные породы в выработанном пространстве определялись на воде, откачиваемой из уклона №15 (рис. 3.). Во- да из участкового водосборника подавалась насосом ЦНС-175 по трубопроводу, проложенному в восточном ходке на коренной штрек №4, далее по трубопроводу на вентиляционный штрек №8 отработанной лавы №10. Производительность насоса при этом не превышала 50 м 3 /ч. В вентиляционном штреке вода сбрасывалась в отработанное пространство лавы №10. Вмещающие породы пласта на участке лавы №10 имеют следующую характеристику. Почва — песчаник, на контакте с пластом слой пирита мощностью до 3 см. Породы кровли пред- ставлены песчано-глинистым и песчанистым сланцем. Участок лавы №10, на который подавалась вода с трех сто- рон, ограничен целиками и имеет размер по простиранию 75 м, по падению - 175 м. Угол падения пласта 15—16°. Общая пло- щадь, занятая обрушенными породами, на экспериментальном участке составляла более 13 тыс. м 2 Объем пустот обрушенных массивов горных пород состав- лял от 10 до 30 % извлеченной из недр горной массы. Этого объ- ема достаточно для размещения выделяемых из воды взвешенных частиц в течение всего срока отработки запасов уклона №15. |