СПОСОБ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ПОДОТВАЛЬНЫХ КИСЛЫХ СУЛЬФАТСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД Российский патент 2012 года по МПК C02F9/04 C02F1/66 C02F103/10 

Изобретение относится к области нейтрализации кислых производственных сточных вод, в частности к способам нейтрализации подотвальных вод горнодобывающих предприятий.

Известно, что для нейтрализации сточных вод, содержащих сульфат-ионы, применяют любой щелочной реагент, но чаще всего известь, известковое молоко, карбонаты кальция и магния.

Образующийся в результате нейтрализации сульфат кальция (гипс) кристаллизуется из разбавленных растворов в виде CaSO₄·2H₂O. Растворимость этой соли в воде при температуре 0-40°С колеблется от 1,76 до 2,11 г/л. Существенным недостатком метода нейтрализации известью является образование пересыщенного раствора гипса, выделение которого может продолжаться несколько суток, а также большой объем осадка, представляющий собой взвесь коллоидных частиц. Осадок чрезвычайно трудно уплотняется и обезвоживается.

Известен способ очистки сточных вод, предусматривающий совместное применение щелочных реагентов и флокулянтов /Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. - М: Стройиздат, 1985. - 335 с. (см. с.104)/. Использование этого метода объясняется не только относительно высокой скоростью образования осадка, но и, в отличие от коагулянтов, отсутствием засоления обрабатываемой воды, поскольку весь флокулянт извлекается с осадком. Кроме того, простой и надежный седиментационный метод требует подбора флокулянта, наиболее подходящего для данного типа сточных вод /Аксенов В.И., Ладыгичев М.Г., Ничкова И.И. и др. Водное хозяйство промышленных предприятий. Справочное издание. Книга 1. - М.: Теплотехник, 2005. - 640 с. (см. с.322-323)/.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к заявляемому является способ очистки сточных вод, при котором кислые сульфатсодержащие сточные воды нейтрализуют известковым молоком и осаждают образовавшиеся взвешенные частицы в присутствии флокулянта. Нейтрализацию проводят 5%-ным известковым молоком до pH 9,4-9,5, затем вводят анионный флокулянт в концентрации 5-8 мг/л и пиритные отвальные хвосты горно-обогатительного производства в концентрации 2,5-10 г/л, после чего перемешивают и отстаивают. В качестве флокулянта предпочтительно использовать анионный флокулянт Floerger AN 905 SH. Используемые пиритные отвальные хвосты должны содержать в предпочтительном варианте -38% Fe и -36% S. Изобретение обеспечивает нейтрализацию сульфатсодержащих вод, применение которой уменьшает объем осадка, что упрощает дальнейший процесс обезвоживания и утилизации осадка /Патент на изобретение №2355647, МПК C02F 1/66, опуб. 20.05.2009. Бюл. №14/.

Недостатком изобретения является большой расход известкового молока для нейтрализации сточных вод, образование большого количества осадка.

Задачей изобретения является уменьшение расхода известкового молока, уменьшение количества образованных осадков.

Указанная задача решается тем, что подотвальные кислые сульфатсодержащие сточные воды нейтрализуют 5%-ным известковым молоком до pH 9,4-9,5, затем вводят анионный флокулянт в концентрации 5-8 мг/л и пиритные отвальные хвосты горно-обогатительного производства в концентрации 2,5-10 г/л, после чего перемешивают и отстаивают, согласно изобретению полученную воду разделяют на два потока, один из которых направляют на доочистку перед сбросом в водные объекты, а другой направляют на орошение отвалов для частичной нейтрализации подотвальных вод, образуя поток рециркуляции. Степень рециркуляции воды, используемой для орошения отвалов, составляет 20-30%.

На чертеже показана технологическая схема очистки сточных подотвальных вод с водооборотным циклом орошения отвалов.

Технологическая схема содержит решетку 1 для удаления мусора, песколовку 2 для извлечения песковых фракций, отстойник с камерой хлопьеобразования 3, резервуар чистой воды 4. Очистные сооружения оборудованы реагентным хозяйством 5 с насосом-дозатором известкового молока, реагентным хозяйством 6 с насосом-дозатором флокулянта и реагентным хозяйством 7 с насосом-дозатором пиритных отвальных хвостов. Песковые фракции из песколовки 2 удаляются на песковые площадки 8, оборудованные системой удаления дренажной воды с помощью насоса 9. Осадок из отстойника 3 удаляется на шламовые площадки 10 для обезвоживания, оборудованные системой удаления дренажных вод с помощью насоса 11.

Нейтрализованная вода с помощью насоса 12 из резервуара чистой воды 4 подается на орошение отвалов горных пород 13. Под отвальная вода с помощью лотка 14 отводится в накопитель 15, откуда насосом 16 подается на очистные сооружения.

Способ нейтрализации подотвальных кислых сульфатсодержащих сточных вод реализуется следующим образом. Подотвальная вода с pH 3,0-3,2 с помощью лотка 14 самотечно поступает в накопитель 15, откуда насосом 16 подается на решетки 1 для удаления крупного мусора и на песколовку 2 для удаления песковых фракций. Нейтрализация сточных вод производится 5%-ным известковым молоком, подаваемым в трубопровод с помощью реагентного хозяйства 5. В этот же трубопровод подается флокулянт с помощью реагентного хозяйства 6 и пиритные отвальные хвосты с помощью реагентного хозяйства 7. В камере хлопьеобразования отстойника 3 происходит образование гидроксидов металлов, которые в щелочной среде становятся нерастворимыми и образуют хлопья коагулянта. Органические молекулы флокулянта укрупняют хлопья коагулянта, на поверхности которых сорбируются коллоидные частицы гипса. Пиритные хвосты выполняют роль утяжелителя, что способствует ускорению осаждения взвешенных веществ. Осадок из отстойника 3 периодически удаляется на шламовые площадки 10 для обезвоживания и дальнейшей утилизации.

Вода, очищенная в отстойнике 3, подается в резервуар чистой воды 4. Эта вода имеет щелочную реакцию pH 9,4-9,5, содержит сульфаты и тяжелые металлы в концентрации, превышающей допустимые нормативы на сброс в водные объекты, поэтому требуется ее доочистка. На выходе резервуара чистой воды формируют два потока, один из которых направляют на доочистку перед сбросом в водные объекты, а другой направляют на орошение отвала 13 с помощью насоса 12 (поток рециркуляции). Эта мера вызвана тем, что в результате многолетнего мониторинга подотвальных вод установлено, что с уменьшением pH подотвальных вод увеличивается концентрация сульфатов и тяжелых металлов, поэтому орошение отвала водой со щелочной реакцией должно привести к частичной нейтрализации подотвальных вод и уменьшению их загрязненности. Очевидно, что в результате этого количество подотвальных вод увеличится, что потребует увеличения производительности очистных сооружений, но, с другой стороны, уменьшение концентрации загрязняющих веществ в подотвальных водах потребует меньшего расхода известкового молока, а также уменьшится количество осадка, а соответственно, уменьшатся затраты на его утилизацию.

Пример 1. Проведены опыты на модели отвала горных пород Учалинского горно-обогатительного комбината по влиянию степени рециркуляции очищенных подотвальных вод с pH 9,4-9,5 в интервале от 10 до 50% на pH подотвальных вод. Результаты приведены в таблице 1. В этой же таблице указаны концентрации сульфатов и тяжелых металлов, определенные по данным мониторинга подотвальных вод этого же месторождения, в зависимости от полученного опытным путем значения pH.

Таблица 1 Степень рециркуляции, % pH Концентрация, мг/л Расход известкового молока, Т/сут Доля реагента от исходного значения, % SO₄ Zn Fe Mn Cu 0 3,10 9500 530 280 110 80 92,7 100 10 3,42 6300 470 230 90 50 70,2 75,7 20 3,64 4000 430 200 75 30 51,8 55,9 30 3,80 2600 400 175 60 20 39,5 42,6 40 3,94 1500 380 150 50 10 28,4 30,7 50 4,0 1000 375 140 45 5 23,7 25,5

Расход реагента определяли по известной формуле /Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. - М.: Стройиздат, 1985. - 335 с. (см. с.105)/:

где k - коэффициент запаса расхода реагента;

В - количество активной части в товарном продукте, %;

Q=3000 - производительность очистных сооружений, м³/сут;

a - доза известкового молока для нейтрализации сточных вод, кг/кг;

А - концентрация сульфатов, кг/м³;

b₁, b₂, b₃, b₄ - доза известкового молока для извлечения Zn, Fe, Mn, Cu, кг/кг;

c₁, c₂, c₃, с₄ - концентрация металлов, кг/м³.

Из приведенных в таблице 1 данных следует, что увеличение степени рециркуляции приводит к уменьшению расхода известкового молока.

В таблице 2 приведены результаты расчета количества осадков, представленных гипсом, гидроксидами металлов, в зависимости от степени рециркуляции.

Таблица 2 Степень рециркуляции, % Масса осадка, т/сут Сумма масс осадка, Т/сут Доля осадка от исходного значения, % CaSO₄ Zn(OH)₂ Fe(OH)₂ Mn(OH)₂ Cu(OH)₂ 0 40,5 2,42 1,35 0/53 0,37 45,2 100 10 29,5 2,36 1,22 0,48 0,25 33,8 74,8 20 20,4 2,36 1,16 0,44 0,16 24,5 54,2 30 14,4 2,37 1,10 0,38 0,12 18,4 40,7 40 8,9 2,43 1,01 0,34 0,06 12,7 28,1 50 6,4 2,57 1,01 0,33 0,03 10,3 22,8

Из полученных результатов расчета следует, что количество осадка уменьшается с увеличением степени рециркуляции.

Пример 2. Обоснование степени рециркуляции провели по Учалинскому горно-обогатительному комбинату. Увеличение степени рециркуляции, с одной стороны, приводит к уменьшению расхода реагента и количества осадка, с другой стороны, вода, поступающая на орошение отвала, увеличивает количество подотвальных вод, а соответственно, требуется увеличение капитальных затрат на реконструкцию очистных сооружений.

Сравнение вариантов проводили по приведенным затратам и себестоимости очистки воды по формулам:

П_i=Э_i+Е_HK_i

где П_i - приведенные затраты по вариантам, руб.;

Е_н=0,14 - нормативный коэффициент отчислений на реновацию;

Э_i - эксплуатационные затраты по вариантам, руб.;

K_i - капитальные затраты по вариантам, руб.;

Себ_i - себестоимость очистки воды, руб./м³;

Q_i - производительность очистных сооружений по вариантам, м³/год.

Результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3 Степень рециркуляции, % 0 10 20 30 40 50 Себестоимость, руб./м³ 65,8 52,5 45,3 42,0 40,0 39,4

Из приведенных результатов следует, что оптимальным значением следует считать степень рециркуляции 20-30%, так как дальнейшее увеличение расхода воды на орошение отвала не дает существенного уменьшения себестоимости очистки воды.

Изобретение может быть использовано в горнодобывающей промышленности. Для осуществления способа кислые подотвальные сульфатсодержащие сточные воды нейтрализуют 5%-ным известковым молоком до pH 9,4-9,5, затем вводят анионный флокулянт в концентрации 5-8 мг/л и пиритные отвальные хвосты горно-обогатительного производства в концентрации 2,5-10 г/л. Полученную смесь перемешивают и отстаивают. После отстаивания воду разделяют на два потока. Один поток направляют на доочистку перед сбросом в водные объекты. Другой поток направляют на орошение отвалов для частичной нейтрализации подотвальных вод, образуя поток рециркуляции. Степень рециркуляции воды, используемой для орошения отвалов, составляет 20-30%. Способ обеспечивает уменьшение расхода известкового молока, уменьшение количества образованных осадков. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Способ нейтрализации подотвальных кислых сульфатсодержащих сточных вод, включающий нейтрализацию известковым молоком, осаждение взвешенных частиц в присутствии анионного флокулянта и пиритных отвальных хвостов горно-обогатительного производства, содержащих железо и серу, перемешивание и отстаивание, отличающийся тем, что полученную воду разделяют на два потока, один из которых направляют на доочистку перед сбросом в водные объекты, а другой направляют на орошение отвалов для частичной нейтрализации подотвальных вод, образуя поток рециркуляции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что степень рециркуляции воды, используемой для орошения отвалов, составляет 20-30%.