Физико-химические основы и анализ возможности применения хемосорбционной минерально-матричной технологии для очистки загрязненных карьерных вод бокситовых рудников

УДК 624 13]

В.М.КНАТЫЮ, Е.В.ЩЕРБАКОВА, Д.В.СМИРНОВА,

Д.Э.АСРИЯН, В.А.ЮЛИН

Санкт-Петербургский государственный университет М.В.КНАТЬКО, А.С.ИВАНСКИЙ

НТЦ « Технологии XXI века»

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ХЕМОСОРБЦИОННОЙ МИНЕРАЛЬНО-МАТРИЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ КАРЬЕРНЫХ ВОД БОКСИТОВЫХ РУДНИКОВ

Рассмотрены физико-химические основы хемосорбционной минерально-матричной технологии очистки загрязненных вод бокситовых рудников. Экспериментально подтверждена эффективность применения новой технологии.

The paper deals with physical and chemical basis of chemosorption mineral-and-matrix technology to purify contaminated bauxite pit water. The efficacy of use of the new technology has been corroborated experimentally.

Карьерные воды бокситовых и других рудников отличаются большой степенью замутненности, обусловленной большим содержанием взвешенных веществ (до 160 мг/л и более), и различных загрязнителей (нефтепродуктов, АПАВ, оксидов металлов железа, меди, цинка, алюминия, хрома, марганца и др.) в количествах, превышающих нормы ПДК рыбохозяйственных водоемов. Кроме того, показатель ХПК карьерных вод в ряде случаев превышает в десять и более раз нормы ПДК. Указанное обусловливает необходимость осветления и очистки карьерных вод физико-химическими методами с использованием различных коагулянтов и флокулянтов. Названные реагенты отличаются высокой стоимостью (особенно такой эффективный флокулянт как полиакриламид ПАА), в связи с чем применение этих веществ, учитывая большие расходы карьерных и подот-вальных вод бокситовых и других рудников (до 1000 м3/ч и более), в ряде случаев тех-нико-экономически не выгодно.

Для осветления и очистки загрязненных карьерных вод бокситовых рудников предлагается использовать минерально-матричную хемосорбционную технологию

170

[1, 2]. Преимущества этой технологии заключаются в том, что для ее реализации используются природные алюмосиликаты, содержащиеся, например, в глинах, из которых после специальной обработки формируется предельно неравновесная минеральная система сорбционно-активная паста (САП). Этот сорбент включает коллоидно-дисперсные и золь-гелевые фазы, а также химически активную минеральную матрицу, что обусловливает его высокую сорбцион-ную емкость [3, 4]. Коагуляционное и фло-куляционное действие САП на загрязненные воды обеспечивает осаждение взвешенных веществ благодаря взаимодействию с ними вышеуказанных сорбционно активных фаз сорбента. При этом достигается вовлечение взвешенных веществ в процессы сорбции загрязнителей при дальнейшем образовании равновесной минеральной системы на основе САП. Образовавшаяся минеральная система подвергается интенсивной седиментации, в результате чего достигается осветление и очистка карьерных вод.

Формирующийся в процессе седиментации взвешенных веществ и очистки воды осадок обладает способностью самопроизвольного омоноличивания в результате диа-

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.153

генетического обезвоживания, что приводит к его литификации. Образующаяся искусственная минеральная структура химически равновесная и вследствие этого практически не подвержена процессам десорбции загрязнителей и, следовательно, экологически безопасна, благодаря чему исключается необходимость специального захоронения или переработки получаемого осадка.

Для осветления и очистки карьерных вод расход САП из расчета соотношения твердого к жидкому составляет 1: (2000-3000), т.е. на 1 м3 очищаемой воды расход вводимого сорбента составляет 0,3-0,5 кг в расчете на твердую фазу САП. Для приготовления САП используется ли-тифицирующий порошковый концентрат (ЛПК), состоящий из смеси дисперсных алюмосиликатов (например, глины), извести, цемента и комплексообразующих добавок. Приготовление САП осуществляется путем затворения ЛПК водой с тщательным перемешиванием до получения вязкой пасты. Приготовленная САП может применяться непосредственно после перемешивания. Однако, следует иметь в виду, что по мере ее выдерживания в течение 1 -2 суток обеспечивается повышение сорбционной емкости на 20-30 %, благодаря более полному осуществлению процессов гидролиза дисперсных алюмосиликатов. Как в первом, так и во втором случае производится контрольная проверка уровня рН САП

(рН должно быть не менее 11). Приготовленная впрок САП должна храниться под слоем воды 2-3 см, что исключает возможность испарения из нее воды и обеспечивает сохранение вязкопластичного состояния (т.е. затормаживает процессы литификации САП и сохраняет сорбционную емкость составляющих ее фаз).

Внесение САП в очищаемую воду производится после ее разбавления карьерной водой в соотношении 1:10- 1:15. Полученную разбавленную суспензию совмещают с очищаемой водой с помощью специальных устройств (типа турболизаторов). Совмещенная с САП вода поступает в котлован-отстойник (накопитель), где происходят процессы очистки и осветления воды, седиментация взвешенных частиц и формирование осадка.

Процесс осветления загрязненной воды после внесения суспензии наблюдается примерно через 0,5-2,5 ч. Средняя продолжительность времени осветления - очистки карьерной воды с помощью суспензий САП зависит от выбранного соотношения Т:Ж (твердого к жидкому) и режима опытов:

Т:Ж 1:1000 1:2000 1:3000 1:4000 (,ч. 0,5-0,8 1,5-2,0 2,5-3,5 4,0-6,0

В результате процесса седиментации происходит практически полное осветление карьерной воды (мутность менее 10).

Результаты лабораторных исследований качества осветления и очистки карьерной воды

Ингредиент Исходная проба карьерной воды Очищенная вода, Т:Ж= 1:2000 Очищенная вода, Т:Ж= 1:3000 ПДКРХ/ПДКСАНПИН*

Взвешенные вещества, мг/л 180,3 <2 <2 10,0/30,0

Мутность 184,6 4,2 4,7

рн 7,1 7,8 7,5 6,5-8,5/6,5-8,5

ХПК, мгО/л 110,1 13,1 15,2 10,0/30,0

Азот аммонийный, мг/л 5,0 <0,05 <0,4 0,5/2,0

Железо, мг/л 2,8 0,24 0,28 0,1/0,3

Медь, мг/л 0,018 0,002 0,003 0,001/1,0

Цинк, мг/л 0,046 < 0,002 <0,002 0,01/1,0

Алюминий, мг/л 0,48 0,06 0,04 0,04/0,5

Нефтепродукты, мг/л 0,27 (0,35) 0,13 0,15 0,05/0,3

* Обозначения в таблице: ПДКРХ - для рыбохозяйственных водоемов; ПДКСАНПИН - для водоемов культурно-бытового назначения.

- 171

Санкт-Петербург. 2003

Очищенная карьерная вода (см. таблицу) полностью отвечает нормам ПДК САНПИН и по большинству показателей отвечает требованиям ПДКРХ (для полного соответствия ПДКРХ требуется дополнительно пропускать очищенную воду через фильтры).

ЛИТЕРАТУРА

1 .КнатькоВ.М. Регенерация загрязненных вод новыми видами алюмосиликатных сорбентов /

В.М.Кнатько, Е.В.Щербакова Сергеевские чтения. Вып.З. ГЕОС. М„ 2001.

2 .КнатькоВ.М. Преимущества минерально-матричной технологии регенерации загрязненных вод / В.М.Кнатько, Е.В.Щербакова, М.В.Кнатько // Вестник СПбГУ Сер.7. Вып.4 (№31). 2001.

3. Патент №2143403 (Российская Федерация). Способ очистки загрязненных вод поверхностных водоемов / В.М.Кнатько, Е.В.Щербакова, М.В.Кнатько // Офиц. бюл. Рос. агентства по патентам и тов. знакам. 1999. №36.

4. Патент №2143316 (Российская Федерация). Сорбент на основе соединений алюминия / В.М.Кнатько, Е.В.Щербакова, М.В.Кнатько // Офиц. бюл. Рос. агентства по патентам и тов. знакам. 1999. № 36.

172 -

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.153