Экспериментальные исследования задерживающей способности твердой фазы при механической очистке сточных вод горных предприятий фильтрованием с применением волокнистых полимерных материалов

© К В. Свалова, 2013

УДК 504.20.1 К.В. Свалова

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАДЕРЖИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ФИЛЬТРОВАНИЕМ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Представлены существующие методы очистки промышленных стоков горных предприятий, рассмотрен механический способ, как наиболее популярный. Описаны практические исследования, а также просчитана задерживающая способность некоторых фильтровальных материалов и их комбинаций на основе волокнистых полимерных материалов.

Ключевые слова: механическая очистка, сточные и оборотные воды, фильтрование, задерживающая способность.

Забайкалье - старейший горнорудный регион России, который, к сожалению, подвергается антропогенному воздействию в процессе эксплуатации горно-добывающих и горно-обогатительных предприятий, что приводит к загрязнению внешней среды. Это касается не только техногенных скоплений в толще земли, но, главным образом, сточных вод, которые в большом количестве используются в технологическом процессе при добыче и обогащении полезных ископаемых, а затем после очистки подлежат сбросу в водоемы. Зачастую очистка не проводится должным образом, и сточные воды не отвечают нормам предельно-допустимых концентраций. Это приводит к загрязнению водоёма-приёмника сточных вод.

На сегодняшний день существуют различные методы очистки, которые подбираются индивидуально для каждого предприятия в зависимости от размеров загрязняющих частиц, их

концентрации в стоке и характера загрязнений. Классификация методов представлена в табл. 1 [4].

Химические и физико-химические методы очистки характеризуются большим расходом реагентов и громоздкой аппаратурой. Кроме того, часто возникает проблема хранения и применения образующихся осадков. Биологические и биохимические способы - дорогостоящие. Проблематичным является и работа с бактериями, применяющимися в данных способах. Физические методы связаны с дополнительными энергетическими и финансовыми затратами и требуют специального оборудования. Поэтому данные методы очистки на горных предприятиях Забайкальского края применяются крайне редко[5].

В основном для очистки используют механические способы улавливания взвешенных частиц и примесей, для чего сооружается каскад отстойников, где под действием гравитационных сил сточные воды освет-

Таблица 1

Методы очистки сточных вод

Название методов Способы обработки

Механические Химические Физико-химические Физические Биологические и биохимические Отстаивание, фильтрация, процеживание, очистка в гидроциклонах, центрифугирование Окисление (хлорирование, озонирование), восстановление, нейтрализация, реакция осаждения, комплексообразование Коагуляция, флокуляция, флотация, сорбция, ионообмен, экстракция, дистилляция, электрокоагуляция, вымораживание, электродиализ, гиперфильтрация, обратный осмос Магнитная обработка, ультразвуковая обработка, электроимпульсная обработка, плазменная обработка, ионизирующее облучение Поля фильтрации, биологические пруды, аэротенки, реакторы восходящего потока с активным илом, биофильтры, окислительные каналы

Рис. 1. Общий вид установки Рис. 2. Вид установки сверху

ляются, а затем фильтруются через различные материалы, что позволяет очищать стоки до требуемых норм, не насыщать воды остатками реаген-тов[1].

Для того чтобы понять, насколько эффективен данный способ очистки были проведены исследования. Целью проведения эксперимента, с технической точки зрения, является нахождение наиболее эффективной фильтровальной комбинации исходя из задерживающей способности фильтра, его рыночной стоимости и времени фильтрования.

Эксперимент проводился в лаборатории ЗабГУ, а количественный анализ на взвешенные вещества очищенной воды проводился в лабора-торно-исследовательском центре «ЛИЦИМС» за счет средств гранта ЗабГУ № ГР-117.

Испытания проходили в 3 этапа на сконструированной для данных целей фильтровальной установке. Фотография общего вида установки представлена на рис. 1, а вид сверху на рис. 2.

Установка состоит из цилиндра (1), диаметром 9 см, закрепленного с

Таблица 1

Результаты испытаний 1 этапа фильтровальных материалов

Вид фильтровального материала t, мин N, г/л Кф Пф

I. Нетканый иглопробивной, плотностью:

1. р=500 г/м2 (И 500) 7 16,91 1,96 66,18

2. р=400 г/м2(И 400) 5 18,41 1,72 63,18

3. р=300 г/м2(И 300) 2,7 25,66 0,95 48,68

4. р=200 г/м2(И 200) 2 26,54 0,88 46,92

5. р=150 г/м2(И 150) 1,5 32,95 0,52 34,10

II. Фильтровальная ткань:

6. PL-35 10 24,82 1,01 50,36

7. PL-50 12 23,47 1,13 53,06

8. PL-70 15 21,60 1,32 56,80

9. ТХ-50 12 29,24 0,71 41,52

10. РХ-70 13 14,40 2,47 71,20

III. Нетканный термоупрочненный

11. Тайпар SF-32 17 10,82 3,62 78,36

12. Тайпар SF-27 12 27,21 0,84 45,58

13. Тр=500 г/м2 19,5 7,14 6,00 85,72

14. Тр=250 г/м2 13,5 9,52 4,25 80,96

Средние значения 10,8 20,62 1,95 58,75

помощью решетки (4) в прямоугольной емкости (3) размерами 22*15*23 см, объемом 8 л. Изготовлена из стекла и прозрачной пластмассы, что позволяет на протяжении всего опыта отслеживать процесс фильтрования и выявлять его закономерности. Фильтровальный материал укладывается на решетку (2), закрепленную на расстоянии 7 см от края в полости цилиндра. Наглядная схема установки представлена на рис. 3.

Известно, что в вещественный состав дисперсной фазы сточных вод входят органические и минеральные вещества, которые в основном состоят из смеси нерудных, в основном глинистых минералов (50 %)[2].

Поэтому для лабораторных испытаний в качестве жидкости, подлежащей фильтрованию, использовалась загрязненная вода, полученная путем

смешения воды с абсолютно сухой глиной в концентрации 50 г глины / на 1 л воды.

Из всего многообразия фильтровальных материалов, представленных на рынке, были выбраны следующие,

1_

2

Рис. 3 Схема лабораторной установки для фильтрования

Таблица 2

Результаты испытаний 2 этапа фильтровальных материалов

Комбинация фильтровальных материалов 1, мин N г/л Кф Пф, %

1. И 500 + 1 см кв.песок+ РЬ-20 18 16,34 2,06 67,32

2. И 300 +1 см кв.песок + РЬ-20 15 17,09 1,92 65,82

3. И 200 + 1 см кв.песок + РЬ-20 10 25,46 0,96 49,08

4. И 150 +1 см кв.песок + РЬ-20 7 28,63 0,75 42,74

5. И 200+1 см фильтр. порошок 300 15 18,67 1,68 62,66

6. И 400+1 см фильтр. порошок 460 17,5 8,32 5,00 83,36

7. И 500+РЬ-35 14 11,59 3,32 76,82

8. И 400+ ТХ-35 13,5 12,67 2,95 74,66

9. И 300+ РЬ-50 13 11,68 3,28 76,64

10. И 150 + РЬ-50 11 18,56 1,69 62,88

11. И 150+ ТХ-35 8 27,11 0,85 45,78

12. Тр 250 +БР-27 12 4,44 10,26 91,12

13. И 400+БР-27 9 17,64 1,83 64,72

14.И 400+ И 200 5 11,60 3,31 76,8

15. И 300+ И 150 3,5 12,07 3,14 74,8

Средние значения 11,5 16,13 2,87 67,68

ввиду их доступности и низкой стоимости: это, волокнистые полимерные материалы, полученные иглопробивным способом и термоскреплением, разной поверхностной плотности, фильтровальная ткань из волокон полипропилена, фильтровальный порошок на основе диатомита и кварцевый песок.

На 1 этапе исследования испыты-вались синтетические волокнистые полимерные материалы и фильтровальная ткань из волокон полипропилена. В процессе эксперимента отслеживалось время фильтрования мин. Количество взвешенных веществ до фильтрования составляет 50 г/л, после фильтрования Ы, г/л представлено в таблице 1.

Задерживающую способность Кф фильтровальной перегородки оценивают по формуле [3]:

КФ =

д - д д"

где д и д - содержание взвешенных веществ в пробах жидкости соотвест-венно до и после фильтровальной перегородки.

Процент твердой фазы, которую задержал фильтровальный материал на своей поверхности и в порах находят по формуле [3]:

Пф = х 100%.

Результаты 1 серии эксперимента показывают целесообразность применения данных фильтровальных материалов для очистки промышленных стоков, так как в среднем данные материалы задержали около половины взвешенных веществ на своей поверхности и в порах.

Но, очищенная вода не полностью соответствует требуемым нормам, поэтому возникла необходимость проведения 2 этапа эксперимента. Основываясь на данных 1 серии, была предпринята попытка комбинирования фильтровальных материалов совместно с кварцевым песком и фильтровальным порошком с целью уменьшения пор поверхностного уровня, как следствие увеличения задерживающей способности. Количество взвешенных веществ до фильтрования составляет 50 г/л, после фильтрования Ы, г/л представлено в табл. 2.

Результаты 2 серии эксперимента подтвердили теоретические предположения и показали, что с применением песков и порошков увеличива-

ется задерживающая способность на 47 %, процент твердой фазы, которую задержал фильтровальный материал на своей поверхности и в порах на 15 %.

Одновременно с этим зафиксировано увеличение времени фильтрования на 6,5 %, а самое главное уменьшение количества взвешенных веществ после очистки на 22 %. Полученные результаты хоть и имеют положительную тенденцию, но все еще не достигают требуемых норм, поэтому было принято решение проведения 3 серии эксперимента.

Предполагается, что будущий фильтр для промышленного применения будет иметь структуру каскада, состоящей из фильтровальных материа-

Таблица 3

Результаты испытаний 3 этапа фильтровальных материалов

Комбинация фильтровальных материалов 1, мин N г/л Кф Пф,%

Комбинации:

1. И 250+ И 500 + БР 27 15 5,960 3,19 76,16

2. И 400+ РЬ 100 + И500 12 4,719 4,30 81,12

3. И 500Т + И 250 Т 17 1,955 11,8 92,18

4. И400+ РЬ 100 20 3,634 5,88 85,46

5. 2 слоя И200+ фл.пор.+ РЬ-35 14 3,205 6,80 87,18

6. И200+И500+И200+ РЬ-70 15 1,128 21,16 95,49

7. И500+И500т+ РЬ-70 20 1,738 13,38 93,05

8. И400+РЬ-100+ РЬ-70 16 2,064 11,12 91,75

9. И250т+И400+РХ-70 18 2,251 10,10 90,99

10. И500т+И250т+И500 25 0,392 62,77 98,43

11. И400+БР32+ РЬ-100 18 2,387 19,95 90,45

12. И150+кв.песок+ РЬ-35 15 2,575 8,71 89,70

13. И150+И150+кв.песок+И500т 23 0,686 35,44 97,26

14. И400+ фил.пор.+ РЬ-100 18 1,690 13,80 93,24

Средние значения 17,6 2,456 16,31 90,2

лов от грубой до тонкой очистки. Поэтому, исходя из результатов 1 и 2 серии опытов, было решено, что концентрация взвешенных веществ в жидкости до фильтрования будет составлять 25 г/л. Результаты представлены в табл. 3.

Результаты 3 серии эксперимента по сравнению со 2 серией показали:

- увеличение процента твердой фазы, которую задержал фильтровальный материал на своей поверхности и в порах на 33 %;

- увеличение задерживающей способности в среднем в 5 раз;

1. Герасимов В.М. Волокнистые и пленочные материалы в технологиях горного производства / В.М. Герасимов, А.В. Раш-кин - Чита: ЧитГУ, 1998. - 91 с.

2. Герасимов В.М. Волокнистые полимерные материалы в геотехнологии: монография. ЧитГУ, 2010, 207 с.

3. Жужиков В.Ё. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий / В. Л. Жужиков. - М.: Химия, 1971. - 440 с.

- уменьшение концентрации взвешенных веществ после фильтрования на 84 %;

- увеличение времени фильтрования на 53 %.

Таким образом, после проведения 3 серии опытов зафиксирован достаточно высокий процент задерживающихся частиц на поверхности и в порах фильтровальных материалов, это означает, что выбранные комбинации достаточно эффективны и могут стать основой для фильтров промышленного применения.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Михайлов Ю.В. Горнопромышленная экология: учебное пособие / Ю.В. Михайлов, В.В. Коворова, В.Н. Морозов; под ред. Ю.В. Михайлова. - М.: Изд. центр «Академия», 2011. - 336 с.

5. Субботин Ю.В. Применение геотекстильных материалов в технологии очистки сточных вод / Ю.В. Субботин // Вестник МАНЭБ. — 2004. — № 6. — С. 78— 83. IТШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Свалова Кристина Витальевна — аспирант, специалист по учебно-методической работе, kristi24091990s@yandex.ru, Забайкальский государственный университет,

ГОРНАЯ КНИГА -

Финансовая политика горных компаний

А.Л. Пучков 2013 год 168 с.

ISBN: 978-5-98672-340-2 UDK: 622:338.23:336

Рассмотрен комплекс вопросов, определяющих финансы предприятий горнодобывающего производства, вопросы управления ими, методы их экономической оценки, финансовые ресурсы горных предприятий и результаты их использования в процессе добычи полезных ископаемых; а также методы оценки эффективности реализации инвестиционных проектов, внедрения новой техники и другие актуальные вопросы.

Для студентов, обучающихся по направлению «Экономика» и специальности «Финансы и кредит».