Очистка минерализованных шахтных вод основные проблемы деминерализации

Можно выделить две основные группы шахтных вод — хлоридно-натриевые, имеющие, как правило, солесодержание свыше 7 г/дм³ (3,3 %) и сульфатно-хлоридно-натриевые воды с различными соотношениями сульфата и хлорида натрия, имеющих солесодержание до 7 г/л (96,5 %). Каждая из этих групп требует особой технологии обработки.

Для устранения вредного влияния минерализованных сточных вод на природные водоемы на практике применяется ряд мер, в том числе строительство прудов-накопителей и прудов-испарителей, регулируемый сброс в водотоки, максимальное использование на производственные нужды предприятий угольной и других отраслей промышленности, а также в сельском хозяйстве. Однако применяемые методы недостаточно эффективны. Радикальное решение проблемы обезвреживания минерализованных вод, особенно с солесодержанием свыше 2—3 г/дм³, заключается в строительстве деминерализационных установок с комплексной переработкой образующихся рассолов на товарные продукты. На основании изучения мирового опыта и выполнения научно-исследовательских работ определены основные способы деминерализации и область их применения: электродиализ — солесодержание 2—7 г/л (96,5 % объема минерализованных вод), обратный осмос — 7—20 г/л (2 %), дистилляция — более 20 г/л (1,5 %).

Специфика технологии деминерализации шахтных вод в отличие от известных технических решений получения пресной воды заключается в необходимости их комплексной переработки с получением товарных продуктов, продуктов, подлежащих дальнейшей утилизации или подготовленных к захоронению. Это диктуется в первую очередь экологическими требованиями. Сдерживающим фактором при внедре­нии станций деминерализации является их высокая стоимость и значительные эксплуатационные затраты.

Предварительная подготовка воды перед опреснением

Предварительная подготовка воды перед опреснением может осуществляться различными методами (реагентным, ионного обмена и др.) и заключается в удалении взвешенных частиц и тех ионов, которые снижают эффективность выбранного метода опреснения. Указанные методы могут использоваться и как самостоятельные в случае очистки маломинерализованных шахтных вод от сульфатов, нитратов и других примесей перед их сбросом в водоемы или использованием.

Перед деминерализацией важно удалить катионы жесткости из-за накипи, образующейся на внутренней поверхности аппаратов, которая снижает теплопередачу и ведет к закупориванию трубопроводов. При электродиализе существуют два технологических барьера — присутствие карбонат- и сульфат-ионов из-за отложений на мембранах. Особую опасность представляют железо и марганец из-за осаждения соответствующих гидроксидов. Поэтому концентрация железа не должна превышать 0,1 мг/л. Для предотвращения биологического обрастания мембран необходимо поддерживать остаточную концентрацию хлора в воде 0,3-0,5 мг/л. Содержание взвешенных веществ не должно превышать 1,5 мг/л.

Реагентные методы обработки воды, широко применяемые в на­стоящее время в практике водоподготовки, заключаются в корректировке состава и рН обрабатываемой воды таким образом, чтобы удалить ионы кальция и магния. Однако лучшие результаты по остаточным концентрациям этих ионов (до 1 мг-экв/л) часто оказываются недостаточными. Наиболее эффективным считается введение фосфат-ионов, что дает возможность снизить концентрацию кальция и магния до 0,06 мг-экв/л.

Предложен способ очистки сточных вод от сульфат-ионов реагентной обработкой, который заключается в том, что к обрабатываемой воде добавляют известь до рН=11,2—11,7 и при рН-статировании и интенсивном перемешивании вводят AI₂O₃, содержащий реагент. (AI₂O₃, алюминат кальция, глинозем и др.), в результате чего происходит образование кристаллов алюминатсульфата кальция.

Особую группу методов водоподготовки представляют электрохимические методы. Наиболее известным и широко применяемым методом является электрокоагуляция, однако для предварительной подготовки шахтной воды перед деминерализацией наибольший интерес представляет электролиз. Было исследовано влияние основных факторов (плотности тока, химического состава, удельного расхода воды) на общую жесткость, рН и концентрацию активного хлора в отработанной воде. Исследования показали, что обработка воды при плотности тока 6,1-6,9 А/дм² позволяет достигнуть рН 12,3—12,6 и снизить жесткость католита до 0,06—0,09 мг-экв/л. Затраты электроэнергии при этом составляют 60—72 кВт*ч/м³.

Таким образом, анализ отечественных и зарубежных научно-технических достижений показывает, что для предварительной подготовки шахтных вод перед опреснением могут быть использованы известные методы реагентной обработки, ионного обмена и электрохимические методы. Однако применение их в каждом конкретном случае должно производиться с учетом особенностей физико-химического состава и требований охраны окружающей среды.