CC BY
123
_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 2
УДК 66.081.6
З.З. Фаткуллин * , В.О. Шитова, Е.Н. Фарносова, Г.Г. Каграманов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия. 125047, Москва А-47, Миусская пл., 9 (1-я Миусская ул. 3) *e-mail: zimfir-fatkullin@mail.ru
РАЗРАБОТКА МЕМБРАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД
Аннотация
Составлена комбинированная технологическая схема очистки шахтных вод на примере шахтной воды Учалинского горно-обогатительного комбината. Экспериментально определены оптимальные параметры процессов стадии ультрафильтрации и флотации. Изучена степень извлечения тяжелых металлов.
Ключевые слова: мембраны, ультрафильтрация, флотация, очистка шахтных вод, очистка от тяжелых металлов.
Проблема очистки и комплексной переработки высокоминерализованных шахтных вод до сих пор не решена. При откачке шахтных вод и ее сбросе на рельеф происходят засоление почвы и изменение состава водоемов-приемников. Требуются значительные затраты на ликвидацию техногенных последствий [1].
Сброс минерализованных шахтных вод оказывает пагубное воздействие на флору и фауну водоемов, а при длительном воздействии приводит к их засолению.
Действующие на предприятиях добывающей промышленности очистные сооружения не рассчитаны на удаление из сточных вод растворенных минеральных солей, а известные в мировой практике специальные способы и технологии снижения минерализации природных и сточных вод, их опреснения и деминерализации до сих пор не нашли широкого применения. Поэтому проблема очистки (переработки) минерализованных шахтных вод горнодобывающих предприятий, представляется весьма актуальной, решение этой задачи имеет важное практическое значение [1].
Шахтные сточные воды и находящиеся в них примеси разнообразны. Поэтому нет единого способа очистки вод, а выбор оптимального метода значительно усложнен. Иначе говоря, при корректном подходе к проектированию систем очистки, необходимо говорить не о каком-то методе, а о комплексе мероприятий и аппаратурной цепи, для их осуществления [2].
Процесс очистки сточных вод включает в себя несколько стадий, тип и количество которых зависит от состава и расхода исходной воды и требований к качеству очистки, предъявляемых санитарным нормам или заказчиком.
Тяжелые металлы являются основными токсическими компонентами сбрасываемых шахтных вод. Удаление данных загрязнений позволит вторично использовать сточные воды в основной технологии, обеспечив, таким образом, энерго- и ресурсосбережение.
В качестве объекта исследования рассматривалась вода, состав которого идентичен составу шахтной воды Учалинского горнообогатительного комбината республики Башкортостан.
Таблица 1. Химический анализ шахтной воды Учалинского ГОК
№ Показатель Шахтная вода
1 Водородный показатель 4,70
2 Сульфаты мг/дм3 1801,76
3 Хлориды мг/дм3 115,80
4 Железо мг/дм3 240,00
5 Медь мг/дм3 67,00
6 Цинк мг/дм3 189,00
7 Взвешенные вещества мг/дм3 275,00
8 Сухой остаток мг/дм3 2660,00
Мембранные методы разделения являются одним из самых перспективных, позволяющих значительно снизить затраты на обработку сточных вод и получать воду требуемого качества, при этом снижать трудозатраты и экономить производственные площади.
Флотационные процессы также все чаще находят применение для очистки стоков различного происхождения, позволяя из массы сточных вод
выделить значительную часть примесей при низком энергопотреблении. Наиболее энергоэффективным способом является флотация с диспергированием воздуха через пористые материалы, например, керамические мембраны.
Поэтому для решения данной задачи было предложено использовать совмещение
баромембранных и флотационных процессов.
Стадия реагентной обработки включает в себя известкование, а также добавления флокулянта и ПАВ. После стадии флотации шлам направляется на
фильтр-пресс, где происходит его утилизация. Стадия ультрафильтрации служит для удаления остаточных концентраций
Рис.1. Блок-схема комбинирования флотации и ультрафильтрации
Для проведений процессов предочистки применяли флотатор, сочетающий в себе прямоточную мембранную-флотационную камеру и противоточную электрофлотационную камеру. В ранее проведенных исследованиях на данной установке было определено оптимальное время пребывания очищаемого раствора в аппарате (тпреб 15 мин) и газосодержание в мембранной камере (фЁ = 20%) [3]. Основной задачей на данном этапе была определение оптимальных доз реагентов -поверхностно-активных веществ (ПАВ, например, додецилсульфатнатрия) и флокулянтов (например, полиакриламида-ПАА).
Шахтная вода всегда имеет разный состав, поэтому было принято решение исследовать влияние
100
95 90 85 80 75 70
■c(Zn2+)= 150 мг/л
■c(Zn2+)= 190 мг/л
•c(Zn2+)= 230 мг/л
флотореагентов в некотором диапазоне концентрации. Таким образом, концентрация меди (Си2+) варьировали в диапазоне от 30 до 90, цинка (2п2+)от 150 до 230, железа (Бе2+) от 200 до 280 мг/л соответственно.
После проведенных серии экспериментов было установлено, что при повышении концентрации ПАВ от 0 до 5 мг/л происходит резкое возрастание степени очистки, а дальнейшее увеличение дозы ПАВ не дает видимых изменений (рис.3). Это явление объясняется тем, что при дозировке 5 мг/л вся поверхность пузырьков насыщается ПАВ, а при меньших дозах часть пузырьков коалесцируется, тем самым снижая межфазную поверхность и степень очистки.
■c(Zn2+)= 150 мг/л
■c(Zn2+)= 190 мг/л
■c(Zn2+)= 230 мг/л
100
95
90
чО
©ч 85
* 80
75
70
Спаа, мг/л
10
спавмг/л
-I
20
Рис.2. Зависимость степени извлечения тяжелых металлов от концентрации ПАА
Применительно к флокулянту (ПАА) наблюдалась аналогичная картина (рис.2), и
Рис.3. Зависимость степени извлечения тяжелых металлов от концентрации ПАВ
оптимальная доза флокулянта составила 2 мг/л. Полученные данные приводятся в Табл. 2.
Таблица 2. Влияние исходной концентрации тяжелых металлов на степень очистки.
Доза ПАВ - 5 мг/л. Доза ПАА - 2 мг/л.
Катион тяжелого металла Ci, мг/л R, %
150 90
170 92
Zn2+ 190 95
210 95
230 94
Заключительной стадией стала стадия лабораторной установке с использованием ультрафильтрации. Исследование эффективности половолоконных мембранных модулей на основе ультрафильтрационного процесса изучали на
полисульфонных мембран, характеризуеющихся • Простота в эксплуатации [4].
«отсечками» 10, 30, 50, 100, 150 кДа. После проведенных серии опытов при
Основные преимущества ультрафильтрации с оптимальном режиме ультрафильтрации, было
полыми волокнами являются: выяснено, что при «отсечки» по молекулярной массе
• Высокая удельная поверхность 10, 30, 50 кДа достигается степень извлечения ионов половолоконных мембран; меди (Cu2+) выше 99 %. Таким образом, после
• Отсутствие потребности применения процесса ультрафильтрации достигаются нормы ПДК специальных систем дренажа; предъявляемые к воде водных объектов питьевого,
• Низкие энергозатраты на турбулизацию хозяйственно - бытового и рекреационного потока; водопользования.
Фаткуллин Зимфир Забирович студент V курса. кафедры мембранной технологии ФГБОУ ВПО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва
Шитова Вероника Олеговна аспирантка 1-го года обучения кафедры мембранной технологии ФГБОУ ВПО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва
Фарносова Елена Николаевна к.т.н, доцент кафедры мембранной технологии ФГБОУ ВПО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва
Каграманов Георгий Гайкович д.т.н, профессер, заведующий кафедры мембранной технологии ФГБОУ ВПО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева», Россия, Москва
Литература
7. Демкин В.И., Навитний А.М., Гусев Н.Н., Свитцов А.А., Каплунов Ю.В. Комплексная переработка шахтных вод с использованием мембранно-сорбционных методов. 2011, с.311 - 315.
8. Пиксаева О.Н. Прогноз качества шахтных вод горного объединения «Снежноеантрацит» и экологические последствия их сброса в поверхностные водотоки и рациональные методы очистки шахтных вод. Автореферат. 2010.
9. Судиловский П.С. Разработка совмещенного флотационно - мембранного процесса очистки сточных вод от тяжелых металлов. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Москва. 2007. 123 с.
10. Орлов Н.С. Ультра- и микрофильтрация. Теоретические основы. Москва. 1990. 174 с.
Fatkullin Zimfir Zabirovich, Shitova Veronika Olegovna, Farnosova Elena Nikolaevna, Kagramanov George Gaikovich
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
• e-mail: zimfir-fatkullin@mail.ru
DEVELOPING OF MEMBRANE TECHNOLOGY MINE WATER TREATMENT Abstract
Compiled by the combined technological scheme of mine water treatment on the example of mine water Uchalinsky Mining and Processing Plant. Optimal parameters of ultrafiltration process and flotation was determined from experimental data. The degree of extraction o heavy metals was studied.
Key words: membranes, ultrafiltration, flotation, mine water treatment, removal of heavy metals.
