мая 06 2003

ОБ ОЧИСТКЕ ШАХТНЫХ ВОД НА ОСНОВЕ МЕТОДА ГИДРОСЕПАРАЦИИ

Опубликовано в 14:24 в категории Чистота воды и здоровье

ОБ ОЧИСТКЕ ШАХТНЫХ ВОД НА ОСНОВЕ МЕТОДА ГИДРОСЕПАРАЦИИ

Явруян А.Ю., Беляева Е.Л., Матлак Е.С.

Донецкий национальный технический университет

В Донбассе сложилась критическая ситуация с питьевой водой, которая объясняется:

- во-первых, огромной величиной стока шахтных вод (более 900 м3/год), сопоставимым с объемами естественного стока малых рек региона;

- во-вторых, низким качеством откачиваемых вод, не соответствующим современным требованиям правил охраны поверхностных вод практически по всем показателям, включая загрязненность взвешенными веществами (ВЗВ).

Анализ конструктивных решений и технологического регламента работы, применяемых на шахтах наземных очистных сооружений позволяет заключить, что последним присущи крупные недостатки:

а) сложность технологических схем и конструктивных решений;

б) необходимость использования в процессах очистки в больших 

количествах дефицитных и дорогостоящих химических реагентов;

в) высокая стоимость очистных сооружений (от 6 до 15% стоимости основных фондов);

г) недостаточная гибкость их реагирования на изменяющиеся условия

поступления загрязненных вод на вход очистных сооружений, в частности, на изменение величины расхода (притока), особенно количественного и качественного состава примесей загрязненных

вод;

д) отсутствие простых и надежных решений по чистке емкостей и аппаратов от остаточных продуктов очистки вод (т.е. «хвостов» в виде осадков, фильтратов и др.), регенерации наполнителей  аппаратов (фильтрующей загрузки, сорбентов и др.), а также по складированию остаточных продуктов и их утилизации;

е) отторжение значительных земельных площадей под очистные сооружения.

Указанные недостатки приводят к двум отрицательным последствиям, а именно:

- несоответствию проектной эффективности очистных сооружений реальной (как правило, в натурных условиях реальная эффективность значительно ниже проектной);

- ограничению применения в полном объеме технологических схем и сооружений для очистки вод (осветление часто ограничивается лишь одной стадией с помощью простейших горизонтальных отстойников, т.к. технические и технологические трудности фильтрования велики);

Перечисленные недостатки прямых гидроохранных мероприятий, возросшие требования водного законодательства указывают на необходимость совершенствования используемых методов осветления шахтных вод.

В работе /1/ нами обосновано, что одним из нетрадиционных подходов к снижению загрязненности шахтных вод взвешенными веществами является перенос гидроохранных мероприятий с земной поверхности в подземные горные выработки. Такой подход позволяет одновременно использовать два направления решения проблемы снижения загрязненности шахтных вод взвешенными веществами, а именно профилактическое и очистное. Очистное направление необходимо для осветления остаточных (малых) объемов загрязненных шахтных вод. Оно может осуществляться различными методами. Наиболее часто применяются методы гравитационного осаждения и фильтрования взвесей. Особенно широко на первой стадии, т.е. перед фильтрованием, используется гравитационное осаждение, как наиболее простой и наименее энергоемкий способ. Однако он имеет три крупных недостатка: во-первых, требует больших капитальных затрат на строительство огромных отстойников, занимающих большие площади рабочих пространств, во-вторых, создает трудности при чистке слежавшегося в отстойниках осадка; в-третьих, не позволяет зачастую выйти на нормативный уровень содержания взвешенных веществ в осветленной воде.

Нами рекомендуется применить в технологической схеме очистки шахтных вод вместо отстаивания метод гидросепарации с помощью компактных напорных гидроциклонных установок. Этот метод отличается простотой, его аппаратура не имеет движущихся частей; его легко можно изготовить в шахтных мастерских на поверхности земли, а затем доставить в горную выработку. Благодаря этому существенно снижаются капитальные затраты.

По сравнению с отстаиванием способ гидросепарации является более энергоемким. Для уменьшения энергетических потерь нами рекомендуется обеспечивать напор за счет гидростатического давления жидкости, образующегося в результате перепада высот при расположении горных выработок в подземных условиях (например, гидроциклон устанавливается в нижней части уклона).

Опыт показывает, что в применяемых в настоящее время гидроциклонах можно отделять частицы размером от 0,5 до 20 Мкм. В зависимости от назначения используются гидроциклоны больших (диаметром от 300 до 1000 мм), средних (от 100 до 300 мм) и малых (до 100мм) размеров.

Для увеличения производительности средних гидроциклонов их следует соединять параллельно по несколько штук, создавая общую камеру для слива и выхода, образую мультигидроциклоны. Наконец для осаждения суспензий с частицами диаметром меньше 0,5-2Мкм можно использовать мультигидроциклоны малых размеров (от 2 до 20 мм), так называемые микромультигидроциклоны.

Эксперименты показали, что оптимальные условия работы среднего гидроциклона диаметром D=50мм наблюдаются при давлении перед ним, равном 3·105 Па (30 мм вод.ст.). В этих условиях гидроциклон производительностью 5м3/ч задерживает частицы с гидравлической крупностью 0,3 мм/с, что соответствовало эффективности осветления порядка 35%. Для обеспечения тонкой очистки и повышения эффективности очистки до 90% гидроциклонная установка должна иметь вторую степень очистки, которая состоит из двух и более предварительно работающих блоков микромультициклонов. Микромультициклоны имеют диаметр 15 мм, каждый блок содержит от 20 до 120 циклонов диаметром 15 мм. Помимо циклонов блок содержит также камеру распределения исходной воды, камеру осветленной воды и шламовую камеру.

Аппараты всех ступеней работают под давлением, создаваемым одной насосной установкой (или перепадом высот) перед первой ступенью.

Для предотвращения абразивного износа насоса и направленной транспортировки шлама из сливного патрубка гидроциклона целесообразно рассмотреть также вариант расположения аппарата на всасывающей линии насоса (опыт КазНИИводохз).

В рассмотренном варианте можно также использовать гидроциклонную установку для чистки осадков из водосборных емкостей. В последнем случае размытый шлам в виде пульпы подается насосом в гидроциклоны, где происходит выделение из пульпы шлама, который направляется в вагонетки. Все агрегаты установки монтируются на платформе с обычными вагонеточными колесами. Малый вес и малые размеры установки позволяют ей свободно перемещаться по всем горным выработкам. Если для работы гидроциклона требуется высокое давление, то необходимый напор можно создавать расположенной внутри турбиной (гидроциклон превращается в турбоциклон или центриклон). Их применение также дожно рассматриваться при разработке комплексной технологической технологической схемы очистки шахтных вод в подземных условиях.

Анализ позволяет заключить, что одной из важных особенностей работы гидроциклонов является сильная корреляция эффективности разделения суспензий и производительности аппаратов от различных факторов. Последние можно распределить на две группы:

- факторы, обусловленные свойствами осветляемой жидкости;

- факторы, которые формируют гидродинамический режим аппарата и интенсивность центробежного поля в циклоне.

Перечисленные факторы тесно связаны между собой. Но следует констатировать, что известные до настоящего времени теоретические расчетные формулы не полностью учитывают их. Поэтому наиболее надежным способом определения технологических параметров гидроциклонных установок является предварительная экспериментальная проверка аппаратов на конкретной загрязненной воде.

Перечень ссылок

1. Матлак Е.С., Явруян А.Ю., Моргунов В.М., Беляева Е.Л. О нетрадиционном подходе к решению проблемы снижения загрязненности шахтных вод взвешенными веществами на основе концепции устойчивого эколого-экономического развития// Известия Донецкого горного института, 2003. - №2 – с.23-28.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.