CC BY
99
----------------------------------------- © В.И. Демкин, А.М. Навитний,
А.А. Свитцов, Ю.В. Каплунов,
2010
УДК 651:628.33/.35
В.И. Демкин, А.М. Навитний, А.А. Свитцов, Ю.В. Каплунов
КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ШАХТНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕМБРАННО-СОРБЦИОННЫХ МЕТОДОВ
Дан анализ методов комплексной переработки высокоминерализованных шахтных вод. Предложено практически мало- и безотходное производство деминерализации вод с учетом требований обеспечения экологически безопасной обстановки в районах крупномасштабного закрытия шахт и разрезов
Ключевые слова: очистка и переработка шахтных вод, мембранно-сорбционные установки, экологизация.
Семинар № 8
Т Проблема очистки и комплекс-• ной переработки высокоминерализованных шахтных вод до сих пор не разрешена. При откачке шахтных вод и ее сбросе на рельеф происходят засоление почвы и изменение состава водоемов-приемников, что требует затрат на ликвидацию таких техногенных последствий.
2. Указанная проблема соотносится с интересами населения на больших углепромышленных территориях, являясь одним из главных препятствий для обеспечения экологически безопасных условий жизнедеятельности людей.
3. В государственной политике России принимаются активные меры для эффективного использования природноресурсного потенциала, и, в частности водных ресурсов.
В угольных регионах эта задача соотносится с предотвращением сброса недостаточно очищенных соленых и кислых шахтных вод. Основными компонентами в сбрасываемых шахтных водах являются соединения железа, натрия, кальция, магния.
4. Объем сбрасываемых шахтных вод составил в 2006 г. 500 млн м3, которые из-за своего состава не могут быть использованы не для сельскохозяйственного, ни тем более для питьевого водо-потребления. И все это происходит на фоне жесткого дефицита питьевой воды на большинстве территорий топливноэнергетических комплексов.
5. Из-за невозможности в 80-х годах прошлого столетия спрогнозировать техногенные масштабы изменений в углепромышленных регионах, до настоящего времени среди основных технических методов водоочистки шахтных вод остается их отстаивание в прудах-накопителях с последующим сбросом в водоемы. Дополнительно применяемые методы с фильтрацией и обработкой воды позволили снижать содержание в ней твердых взвесей и железа, однако не обеспечивали очистку от вредных растворенных веществ. При этом обеспечивалось снижение на 5-10 процентов токсичности воды.
На этапе поиска решений с предложением использовать реагентные методы обработки, выяснился их основной недостаток - на 1 кг выводимых солей необходимо применить почти столько же дополнительных химических реагентов и требовались дополнительные затраты на специальные бетонные сооружения для обеспечения режимов водоочистки. При этом на практике удавалась снижать токсичность воды в 2-3 раза, однако этого уровня недостаточно для достижения нормативных требований.
6. В перспективное направление оформлялась решение специалистов угольной отрасли начать разработку проблемы обессоливания шахтных вод с получением при этом полезных продуктов. Из-за отсутствия серьезного дефицита питьевой воды и высокой стоимости проектов они не были реализованы в широких масштабах (за исключением отдельных решений в угольной, металлургической, атомной, химической и энергетической отраслях). Однако в целом идея получила признание. И, в результате, в западных странах, и затем в б. СССР и России появились промышленные мембранные установки опреснения воды. В 1990-ых годах были разработаны соответственные научно-технические программы освоения новых методов опреснения, которые в силу различных причин не были реализованы.
6.1. Параллельно с перспективным направлением развивались новые технологические способы очистки (электрохимический и биотехнологический). Однако они по сути могли быть использованы лишь на этапе доочистки воды с целью обеспечения питьевых кондиций, а поэтому экологический аспект проблемы, и, в частности, обеспечения ма-
лоотходности технологии практически полностью игнорировался. Процесс водоочистки с выделением чистой воды в любом случае происходит параллельно с образованием концентратов загрязнений (шламы, осадки веществ, рассолы) потенциально опасные для окружающей среды. Это предопределяет необходимость экологизации техникотехнологических решений в очистке шахтных вод.
Перспективы в разрешении проблемы заложены только в комплексном подходе переработки шахтных вод, при котором возможно получение номенклатуры полезных для жизнедеятельности людей продуктов: чистая питьевая вода, вещества и материалы с потребительскими свойствами (пищевая соль, кальцинированная сода, магний и железо для металлургического производства и другие). Характеристики продуктов:
Поваренная соль: является биржевым продуктом. Цена в зависимости от качества изменяется в пределах от 40 до 60 долларов США за 1 тону. Соединения кальция. Продукты,- сухой хлорид кальция (для производства стройматериалов), раствор (для дальнейшего получения мела, для очистки дорог от снега), а также гашеная известь (для производства стройматериалов). Соединения магния: востребованы на рынке при цене 290 долларов США за одну тонну хлорида магния и 2500 долларов США за одну тонну металлического магния. Соединения магния широко применяются: в металлургии - производство алюминиевых сплавов, чугуна, огнеупоров; сельском хозяйстве - добавки к удобрениям и кормам, а также в химии, фармацевтике, производстве строительных материалов и машиностроении. Пресная вода. Дефицит пресной воды как питье-
вого, так и технического качества в гор- 6.2. В условиях рыночной экономи-
нопромышленных районах предопреде- ки и усугубляющегося дефицита
ляет наибольшую востребованность и рис. 1. Принципиальная схема комплексной очистки и переработки шах ценность этого продукта. отливном комплексе
.XV/ ІЦЧ'ХІІІШХІ ІІУіи НІШУ ІУІШІЧ'
Таблица 1
Характеристика шахтных и поверхностных вод в районах влияния ликвидируемых шахт
Пункты наблюдений
Содержание компонентов химического состава воды, мг/дм
РН №+К+ Са2+ Мд2* 80„2- СГ НСО3- Feобц
ПДК компонентов в воде водоемов и водотоков питьевого водопользования
Шахтная вода из коллектора
Шахтная вода из клет.ствола
Шахтная вода из-под породного отвала
На реке - в 100 м выше сброса шахтной воды
На реке в 100 м ниже сброса шахтной воды
На реке в 3 км ниже сброса
6,5-8,5
6,6
6,5
3,7
6,9
7,3
7,6
200
948
941
526
897
382
180
253
257
896
179
249
227
40
220
209
2551
131
201,9
226
500
2279
2168
8799
1198
2056
1700
350
482
477
1845
281
460,9
355
не норм
674
777
374
744,2
500
0,3
18.06
23,58
438,7
3,49
12,7
0,29
1000
4725
4640
14851
2962
4350
3438
0
0
шахтной воды
рального сырья. В случае рациональных решений возможна частичная окупаемость проекта деминерализации вод. Такие решения видятся в случае комплексной переработки шахтных вод.
На рис. 1 представлена принципиальная схема комплексной очистки и переработки шахтных вод, применительно к водоотливному комплексу одной из шахт Ростовской области (Восточный Донбасс).
7. В концепции комплексной технологии наряду с традиционными реа-гентными методами концентрированного выделения продуктов из рассолов предлагается использовать современные мембранные и сорбционные методы.
Современный уровень производства при широком ассортименте полупроницаемых мембран, фильтрующих и сорбционных материалов, позволяет обеспечить практически любые мощности производства и получить более чистые компоненты из рассолов обессоливающих установок.
Предлагаемая на принципиально новом уровне технологического обеспечения комплексная переработка шахтных вод является практически безотходной.
Представляется целесообразным с участием специализированных организаций в короткие сроки создать и внедрить небольшой производитель-
ностью опытно-промышленную установку по очистке шахтных вод с использованием мембранно-сорб-
ционных методов. Ее внедрение позволит в режиме реального времени получать исходные данные для проектирования требуемых крупных станций с различными типоразмерами производительностями (при средней -500 м /час) с учетом опыта проектирования, строительства, и эксплуатации мембранных опреснительных установок.
Для разработки опытно-промышленной водоочистной установки, могут быть приняты следующие характеристики и химический состав шахтных и поверхностных вод в районах влияния ликвидируемых шахт Восточного Донбасса применительно к шахтным водам шахты «Г лубокая» начинает выполняться (табл. 1).
С учетом результатов анализа качества воды на рис. 2 представлена прин-
ципиальная схема процесса очистки шахтной воды на опытнопромышленной (пилотной) установке.
Стадии кондиционирования продуктов будут в основном представлены оборудованием поискового масс-
штаба, поскольку расходы потоков на этой стадии незначительны.
После электрохимического концентрирования рассолов концентрат будет направляться на иловые площадки с дальнейшей переработкой и получением ценных товарных продуктов (таких как натрий в виде NaCl или NaOH , кальций в виде СаС12 или Са(ОН)2, магний в виде МдС12 или МдО2). То есть по предложенной схеме возможно практически мало- и безотходное производство деминерализации вод с учетом требований обеспечения экологически безопасной обстановки в районах крупномасштабного закрытия шахт и разрезов.
1. Сидоренко О.А., Демкин В.И. Электро-диализная станция опреснения с аппаратом ЭДА 1500x1000. Журнал «Технический прогресс в атомной промышленности», серия: Промышленная технология и радиоэкология, выпуск 1, 1992. - с. 29-31.
2. Сидоренко О.А. Автореферат диссертации «Совершенствование технологии электро-диализного опреснения воды озера Балкаш». М., 1991.
3. Щадов В.М., Агапов А.Е., Каплунов Ю.В., Навитний А.М. Научно-технические разработки по охране водных ресурсов и очистке сточных вод в угольной промышленности: Обзор - М., 2003. - 116 с.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Гусев Н.Н. К вопросу использования шахтных вод в качестве источника водоснабжения в углепромышленных районах. 20 лет кафедре экономика природопользования. Юбилейный выпуск научных трудов, МГГУ. -2007.
5. Доклад по деминерализации шахтных вод, г. Пермь, ВНИИОСуголь. іііШ
Коротко об авторах
Демкин В.И. - международный консорциум «Экологическое сообщество»
Навитний А.М. - Государственное учреждение по реорганизации и ликвидации нерентабельных шахт и разрезов (ГУ ГУРШ), bna@gursh.ru Свитцов А.А.
Каплунов Ю.В. - Государственное учреждение по реорганизации и ликвидации нерентабельных шахт и разрезов (ГУ ГУРШ), bna@gursh.ru
