Реагентне очищення шахтних вод

Вступ. Для України характерне як кількісне, так і якісне виснаження водних ресурсів через їх забруднення. Забезпеченість населення України ресурсами річкового стоку досить низька. У розрахунку на одного жителя показник водозабезпеченості в Україні у 2-8 разів менший, ніж у країнах, розташованих на пострадянському просторі. На одну людину річна водозабезпеченість ресурсами місцевого стоку становить 1,1 тис. м3. В нашій країні близько 75 % населення споживає воду з відкритих водоймищ, а із загальної кількості водопроводів 6 % не відповідають санітарним нормам. Ця проблема є надзвичайно гострою. Найбільш кризова ситуація сьогодні склалася у Луганській та Донецькій областях [1]. В цих областях зосереджена велика кількість підприємств, в результаті роботи яких утворюються великі об’єми шахтних вод. Шахтні води характеризуються підвищеної кислотністю, великою концентрацією різноманітних солей та високим вмістом сульфат-іонів. Отже, необхідно шукати різноманітні шляхи і засоби для вирішення цих проблем.
Одними з найефективніших методів в практиці водоочищення шахтних вод є реагентні методи, що передбачають застосування реагентів – коагулянтів. Як коагулянти най­частіше застосовують солі алюмінію і феруму: хлориди і гідроксохлориди алюмінію, а також сульфати і хлориди феруму, алюмінат натрію.

Найбільш розповсюджені коагулянти на основі алюмінію. Вони видаляють від 60 до 80 % різноманітних шкідливих домішок. На теперішній час в світі все більш широко застосовуються алюмінієві коагулянти високої основності – гідроксохлориди алюмінію [2-5]. Також досить часто в якості коагулянту використовують алюмінат натрію.
Такими чином, метою даної роботи було визначення ефективності вилучення сульфатів із води, в залежності від витрати реагентів та зменшення витрати реагентів на очищення води при комбінованому застосуванні алюмінату натрію та гідроксохлориду алюмінію.
Методика експерименту. В процесі досліджень використовували воду з шахти Кремєнная Луганської області із вмістом сульфатів 1000 мг/дм3, хлоридів 1270 мг/дм3, жорсткістю 39,0 мг-екв/дм3, лужністю

9,5 мг-екв/дм3. Як реагенти використовували вапно, гідроксоалюмінат натрію та 2/3 гідроксохлорид алюмінію синтезований в лабораторії. 
При обробці води вапном та алюмінієвим коагулянтом враховували витрату вапна та коагулянту в залежності від вмісту сульфатів, жорсткості і лужності води.
Воду при перемішуванні обробляли розрахованою кількістю вапна і коагулянту, витримували при температурі 40 0С в термостаті протягом 3 годин. Осад відділяли на фільтрі, в фільтраті визначали вміст сульфатів, жорсткість та лужність. Через фільтрат пропускали СО2 до досягнення рН = 7÷8. Осад, що утворився відділяли на фільтрі.
Сульфати визначали фотометричним методом, хлориди – методом Мора, лужність і жорсткість за стандартними методиками.
Результати та їх обговорення. Серед хлоровмісних сполук алюмінію, найбільш часто в практиці очищення води використовуються гідроксохлориди алюмінію. Широке використання гідроксохлоридів алюмінію можна пояснити цілою низкою його переваг. Під час використання цього коагулянту інтенсифікується пластівцеутворення і прискорюється осадження коагульованих зависей. Значно зменшуються витрати коагулянту для очищення мало-забарвлених вод з низьким вмістом солей і завислих часточок. Інтервал оптимальних значень рН істотно розширюється, особливо в бік низьких значень. Гідроксохлориди алюмінію характеризуються досить високим вмістом водорозчинного алюмінію, а його розчини не потребують застосування нержавіючих сталей і протикорозійного захисту апаратури та трубопроводів. Під час зберігання коагулянт не злежується і не старіє.
Алюмінат натрію характеризується високою ефективністю видалення забруднень, не окислює воду і стічну воду, які піддаються очистці. Даний коагулянт зручний в дозуванні і не містить важких металів.
Вищеназвані коагулянти мають і ряд недоліків. З гідроксохлоридами алюмінію у воду додатково вносяться хлориди. В той час як  недоліком використання алюмінату натрію з вапном, при очищенні води від сульфатів та при її пом’якшенні, є великі значення залишкової лужності води. Крім того, для вирівнювання рН розчинів їх після вилучення сульфатів необхідно обробляти вуглекислотою.
Результати очищення води з шахти Кремєнная Луганської області від сульфатів представленні в табл.1. Ефективність очищення води від сульфатів збільшується при підвищенні витрати алюмінієвого коагулянту і вапна При очищенні води від сульфатів з допомогою вапна та гідроксоалюмінату натрію в окремих випадках вдалося зменшити сульфат-іони від 20,8 до 2,8 мг-екв/дм3 при загальній жорсткості на рівні 3 мг-екв/дм3, загальна лужність в деяких пробах зменшується до 5,4 мг-екв/дм3при обробці розчину вуглекислотою.
При постійній витраті вапна ефективність очищення води від сульфатів підвищується зі збільшенням витрати алюмінієвого коагулянту, хоча при оптимальній витраті вапна збільшення дози 2/3 ГОХА не призводить до суттєвого підвищення ефективності вилучення сульфатів, а лише збільшується вміст хлоридів у воді. Концентрацію сульфатів вдалося зменшити до 140-195 мг/дм3. При цьому концентрація хлоридів збільшується до 1530-1660 мг/дм3 при залишковій жорсткості води 4,3-7,1 мг-екв/дм3 і лужності – 4,1-5,8 мг-екв/дм3, що значно краще в порівнянні з алюмінатом натрію.
В значній мірі зменшити дані недоліки можливо за рахунок використання наряду із алюмінатом натрію гідроксохлориду алюмінію. Як видно з таблиці застосування 2/3 гідроксохлориду алюмінію майже не вплинуло на вміст хлоридів у воді, при цьому було досягнуто зниження концентрації сульфатів до 1,7 мг-екв/дм3. В кращих дослідах було досягнуто зниження жорсткості води до 2,3-4,0 мг-екв/дм3 без обробки води вуглекислотою. При цьому гідратна лужність води була відсутня, а загальна сягала 5,5÷10,5 мг-екв/дм3. При обробці води вуглекислотою концентрації сульфатів суттєво не змінились, проте знизились залишкова жорсткість та лужність.
Таким чином, вибір доз реагентів, з урахуванням складу води, дозволяє досягти ефективного очищення її від сульфатів при ефективному її пом’якшенні.
Висновки. Встановлено, що при очищенні води від сульфатів ефективність очищення залежить не лише від витрати реагентів, але і від складу води. Визначено ефективність вилучення сульфат-аніонів з концентратів та ефективність пом’якшення в залежності від доз вапна та алюмінієвого коагулянту. Показано взаємний вплив алюмінату натрію та 2/3 гідроксохлориду алюмінію на ефективність очищення води від сульфатів та її пом’якшення при обробці вапном. Показано, що за певних співвідношень можна досягти ефективного очищення води без обробки її на останній стадії вуглекислотою.

Таблиця 1 – Вплив витрати вапна та алюмінієвих коагулянтів на ефективність пом’якшення та знесолення води ( Ж = 39,0 мг-екв/дм3; [Ca2+]=24,0 мг-екв/дм3; [Mg2+]=15,0; [SO] = 20,8 мг-екв/дм3;

Л = 9,5мг-екв/дм3; [Cl-] = 1270 мг/дм3) (шахта Кремєнная Луганської обл.)


№ п/п

Доза, мг-моль/дм3

SO

Ж, мг-екв/дм3

Cl-, мг/дм3

Лужність, мг-екв/дм3
(ОН– загальна)

СаО

2/3 ГОХА по Al2О3

Na[Al(OH)4] по Al2О3

Після реагентної обробки

Після продування СO2

Після реагентної обробки

Після продування СO2

Після реагентної обробки

Після продування СO2

мг/дм3

мг-екв/дм3

мг/дм3

мг-екв /дм3

1

44,7

-

7,2

670

14,0

500

10,4

4,0

2,9

1270

2,0; 5,8

0,0; 3,9

2

44,7

-

8,6

620

12,9

415

8,6

4,2

2,6

1270

2,0; 6,0

0,0; 4,7

3

44,7

-

10,8

570

11,9

450

9,4

6,0

2,6

1270

4,0; 8,5

0,0; 6,8

4

53,6

-

7,2

500

10,4

485

10,1

4,3

2,9

1270

5,0; 7,0

0,0; 5,9

5

53,6

-

8,6

460

9,6

405

8,4

3,0

2,5

1270

2,6; 6,6

0,0; 5,4

6

53,6

-

10,8

450

9,4

415

8,6

2,3

1,5

1270

5,0; 10,0

0,0; 7,3

7

67,0

-

7,2

360

7,5

300

6,3

7,0

6,2

1270

13,0; 15,0

0,0; 12,0

8

67,0

-

8,6

155

3,2

140

2,9

2,0

1,7

1270

11,0; 14,0

0,0; 11,9

9

67,0

-

10,8

250

5,2

205

4,3

1,5

1,5

1270

10,0; 14,3

0,0; 12,6

10

89,4

-

7,2

180

3,8

165

3,4

23,6

9,4

1270

30,0; 33,0

0,0; 16,4

11

89,4

-

8,6

165

3,4

135

2,8

17,4

4,9

1270

26,0; 29,0

0,0; 13,7

12

89,4

-

10,8

190

4,0

155

3,2

9,6

2,2

1270

19,0; 22,0

0,0; 17,0

13

89,4

7,2

-

195

4,1

-

-

7,1

-

1529

0,0; 5,8

-

14

89,4

8,6

-

150

3,1

-

-

6,5

-

1568

0,0; 4,5

-

15

89,4

10,8

-

140

2,9

-

-

4,3

-

1660

0,0; 4,1

-

16

44,7

5,3

1,9

460

9,6

375

7,8

18,0

17,0

1460

14,0; 18,5

0,0; 15,0

17

44,7

5,3

2,9

180

3,8

175

3,6

8,5

7,0

1463

12,0; 16,5

0,0; 12,0

18

44,7

5,3

3,9

140

2,9

115

2,4

4,0

3,5

1462

10,5; 13,5

0,0; 11,5

19

44,7

7,4

1,9

325

6,8

233

4,9

11,0

5,8

1535

8,5; 10,5

0,0; 4,0

20

44,7

7,4

2,9

95

2,0

82

1,7

3,8

1,5

1538

6,5; 9,3

0,0; 7,5

21

44,7

7,4

3,9

128

2,7

128

2,7

3,0

1,3

1535

6,3; 10,0

0,0; 10,0

22

44,7

8,2

1,9

250

5,2

250

5,2

10,5

7,5

1563

7,5; 9,3

0,0; 7,5

23

44,7

8,2

2,9

138

2,9

103

2,1

2,3

2,3

1561

5,5; 9,0

0,0; 5,3

24

44,7

8,2

3,9

120

2,5

120

2,5

3,3

1,7

1554

5,8; 10,0

0,0; 10,0

Список літератури

  1. Заверуха Н.М., Серебряков В.В., Скида Ю.А. Основи екології – К.: Каравела, 2006. – 368 с.
  2. Буцева, Л.Н. Очистка сточных вод от сульфатов известкованием и коагуляцией с применением оксихлорида алюминия / Л.Н. Буцева, Л.В. Потапова // Очистка природных и сточных вод: Сборник научных трудов, Москва, 2009: Юбилейный выпуск. М.: ГНЦ «НИИВОДГЕО». – 2009. – С. 49-51.
  3. Серпокрылов, Н.С. Применение оксихлоридов алюминия в очистки и доочистке сточных вод /

    Н.С. Серпокрылов, Е.В. Вильсон, М.Н. Царева, В.Н. Горин, П.А. Коропец, М.Н. Рудик, А.Ф. Садовников // ВСТ: Водоснабж. и сан. техн. – 2003. – №2. – С. 32-35.
  4. Сальникова, Е.О. Осаждение сульфатов из сточных вод в виде сульфоалюминатов кальция /

    Е.О. Сальникова, О.Г. Переудерий, В.В. Пушкарев // Цветные металлы. – 1979. – № 9. – С. 41-43.
  5. Сальникова, Е.О. Выбор осадителя при очистке сточных вод от сульфата кальция / Е.О. Сальникова, О.Г. Передерий // Цветные металлы. –1983. – № 12. – С. 22-24.

Реагентне очищення шахтних вод [Електронний ресурс]  / [Гомеля М.Д., Трус І.М., Грабітченко В.М., Петриненко А.І., Воробйова В.І.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/reagentne-ochyshchennya-shahtnyh-vod

Topics: 
Оцінка: 
0
No votes yet