Очистка кислых и щелочных карьерных и дренажных вод

Значительный ущерб окружающей природной среде наносит сброс в открытые водоемы минерализованных, кислых и щелочных карьерных и дренажных вод. Основными методами очистки минерализованных вод являются: термический, мембранный, ионообменный и гидротехнический.

К термическому методу опреснения относятся процессы с использованием высоких температур (дистилляция) и низких температур (вымораживание). Процесс дистилляции является в настоящее время наиболее разработанным, поэтому он получил наиболее широкое распространение. Термическое опреснение связано с изменением агрегатного состояния минерализованной воды при ее нагревании. При кипении воды образуется пар, а ионы солей ввиду их малоподвижности остаются в рассоле. Промышленностью создано несколько различных типов дистилляционных аппаратов, отличающихся условиями процесса, регенерацией тепла, конструкцией и т.д.

Процесс вымораживания заключается в том, что при температуре ниже температуры замерзания чистая вода образует кристаллы пресного льда, а рассол с растворенными в нем солями размещается в ячейках между этими кристаллами. Температура замерзания рассола всегда ниже температуры замерзания чистой воды и зависит от концентрации растворенных солей.

Ионный обмен распространен при обессиливании воды в процессе водоподготовки для извлечения из сточных вод ряда металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят в ионообменных установках и аппаратах, изготовляемых промышленностью.

Разделение ионов солей в минерализованных водах возможно при помощи ионоселективных мембран под действием постоянного тока. Этот процесс осуществляется в специальных аппаратах - электродиализаторах.

Наиболее простым методом очистки минерализованных вод является гидротехнический, который предусматривает использование процессов естественного испарения или вымораживания или разбавление их чистой водой до нормативного уровня.

Естественное вымораживание осуществляют буртовым способом или наливным. В первом случае создают с помощью разбрызгивающих форсунок ледяные бурты. Во втором случае производят послойное намораживание.

Этот метод достаточно широко применен на горных предприятиях, карьерные и дренажные воды которых содержат сульфаты, хлориды кальция и магния. Это объясняется, прежде всего, отсутствием в стране и за рубежом промышленно освоенных методов очистки сточных вод от этих ингредиентов. Поэтому метод разбавления может рассматриваться как временный.

Технология очистки кислых и щелочных карьерных и дренажных вод предусматривает перевод растворенных солей в твердую фазу, отделение твердой фазы от воды, уплотнение и обезвоживание твердой фазы. Первый этап очистки осуществляется химическими методами нейтрализации, окисления и восстановления.

Нейтрализацию можно проводить различными способами: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами.

Если на одном предприятии или на соседних предприятиях имеются кислые и щелочные воды, не загрязненные другими ингредиентами, то применяют нейтрализацию вод смешиванием. Кислые и щелочные воды смешивают в емкости (рис.5.21) с мешалкой и без мешалки. В последнем случае перемешивание ведут воздухом. При переменной концентрации сточных вод в схеме предусматривают установку усреднения. При избытке кислых или щелочных сточных вод добавляют соответствующие реагенты. В процессе нейтрализации могут образовываться осадки.

Для нейтрализации кислых вод путем реагентной обработки могут быть использованы: едкий натр, едкий калий, известь, известняк, доломит, мрамор, мел, магнезит, сода, отходы щелочей, отходы ацетиленного производства, зола, цемент. Однако наиболее дешевым реагентом является гидроксид кальция (известковое молоко) с содержанием активной извести Са (ОН) г 5-10%. Соду и гидроксид натрия используют, если они являются отходами производства. Иногда для нейтрализации вод, содержащих серную кислоту, применяют различные отходы (например, шлаки сталеплавильного, феррохромового и доменного производства, содержащие достаточное количество окиси кальция и других щелочей).

Основными нейтрализующими реагентами, наиболее распространенными на горных предприятиях, является известь и известняк.

При нейтрализации кислых вод, содержащих растворенные соли железа и алюминия, с помощью извести образуются легкие желатинообразные хлопья гидроокисей железа и алюминия, выпадающие в осадок, и сульфат кальция (гипс), который в зависимости от его количества растворяется в воде или частично выпадает в осадок.

Для перемешивания кислых вод с реагентом (например, известковым молоком) на очистных сооружениях используют различного рода смесители: ершовые, вихревые, диафрагмовые, эжекторные и др. Нейтрализованная вода в простейших схемах очистки (рис.5.22) поступает в пруд-отстойник, где происходит ее осветление с одновременным накоплением осадка на дне водоема. На практике применяются также более сложные схемы очистки, включающие многоступенчатую обработку кислых вод. В качестве реагента широкое применение может найти известняк как распространенный в природе и недорогой материал или совместное использование известняка и извести.

Кроме гравитационного метода осветления воды и уплотнения осадка могут быть использованы флотационные методы.

Обезвоживание образующегося осадка после его уплотнения может осуществляться на типовых аппаратах заводского изготовления: вакуум-фильтрах. В последнем случае процесс очистки ведется с применением флокулянтов.

Для нейтрализации кислых вод в некоторых случаях проводят их фильтрование через слой магнезита, доломита, известняка, твердых отходов (шлак, зола).

Процесс ведут в фильтрах - нейтрализаторах, заполненных кусками известняка или доломитом размером 30-80 мм. При высоте слоя материала 0,85-1,2 м скорость течения сточных вод не должна превышать 5 м/с.

Рис.5.22. Принципиальная схема нейтрализации кислых шахтных вод:

1 - смеситель; 2 - погружной датчик; 3 - приборы автоматического регулирования; 4 - дозатор; 5 - резервуар известкового молока

Для нейтрализации щелочных сточных вод используют различные кислоты. В последнее время начинают использовать отходящие кислые газы, содержащие СО2, SO2, NO2, N2O3 и др. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализовать сточные щелочные воды, но и одновременно производить высокоэффективную очистку и самих газов от вредных компонентов. При этом нейтрализация осуществляется в реакторах с мешалкой (рис.5.23), пленочных и тарельчатых колоннах.