Анализ состояния питьевой воды и оценка возможности использования коагулянтов из отходов угледобычи

Р. К. Сотченко, Л. М. Власова, И. В. Фигуринене, С. К. Кабиева, Н. С. Реметова

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОАГУЛЯНТОВ ИЗ ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫЧИ

Карагандинский государственный медицинский университет

Важнейшим источником питьевого водоснабжения являются подземные воды. Для питьевого водоснабжения городов Шахтинск, Сарань, Шахан подземные воды поступают из Котырского месторождения, для Караганды и Темиртау - из Верхнесокырского месторождения. Вода к водоочистным сооружениям подается по каналу «Иртыш - Караганда». Для питьевого водоснабжения городов Павлодар и Экибастуз вода поступает по каналу «Иртыш - Караганда», водозабор для которого ведется из реки Иртыш.

В результате многолетнего промышленного и сельскохозяйственного освоения районов они оказались под угрозой загрязнения. Ухудшение количественного и качественного состояния подземных вод приводит к выводу из строя водоисточников и вследствие этого - к ухудшению качества питьевых вод. Качество питьевых вод ухудшается также из-за нехватки коагулянтов, применяемых для очистки воды. На всех водоочистных сооружениях в качестве коагулянта используется сульфат алюминия. К качеству питьевых вод предъявляется ряд гигиенических требований, действующих на территории содружества независимых Государств: микробиологические показатели воды (коли-индекс, общее микробное число); токсикологические показатели воды, характеризующие безвредность ее химического состава и концентрации химических веществ, встречающихся в природе или добавляемых к воде в процессе ее обработки; органические показатели воды (цветность, мутность, запах и т.д.).

Были собраны показатели качества очищаемой питьевой воды из аналитических лабораторий водоочистных сооружений городов Караганда, Темиртау, Сарань, Шахтинск, Шахан, Экибастуз, Павлодар, питающихся из канала «Иртыш -Караганда», с января по август. Полученные данные позволили сделать вывод о качестве питьевых вод в зависимости от месяца года. Анализ показал, что даже при поступлении из одного канала, качество поступаемой воды для городов разное. Это можно объяснить тем, какие промышленные предприятия находятся на этой территории, каково состояние самого канала, происходит ли его очищение, как его эксплуатируют. Показатели очистки воды зависят и от того, откуда взята проба воды на водоочистных сооружениях. Поэтому вследствие несопоставимости данных и невозможности их объединить, обработать

Таблица 1.

Показатели качества очищенной питьевой воды

Показатель качества Ед. измерения Очищенная питьевая вода

Алюминий ост. мг/л 0,5

Фтор мг/л не более 0,75

рН - 6,5-8,5

Железо мг/л не более 0,1

Жесткость общая ммоль/м3 7,0

Сульфаты мг/м3 100

Сухой остаток мг/м3 1000

Хлориды мг/м3 300

Мутность мг/м3 1,5

Кислород мг/м3 не более 6

Азот аммиака мг/м3 0,5

Азот нитритов мг/м3 0,08

Азот нитратов мг/м3 4,0-4,5

Мышьяк мг/м3 не более 0,005

Фенолы мг/м3 не более 0,001

Нефтепродукты мг/м3 0,05

Коли-индекс* - не более 3

ОМЧ при 370 ** - не более 100

*коли-индекс - число бактерий группы кишечных палочек в 1 л воды; **ОМЧ - общее микробное число

эти данные по очистке воды по месяцам или кварталам с получением математической модели изменения качества очищаемой воды в зависимости от степени очистки и времени года не представляется пока возможным [1, 2].

Анализируя полученные данные можно сделать вывод, что во время паводка (с марта по май) резко увеличивается мутность воды: для Экибастуза - до 23 мг/л; для Павлодара - до 44 мг/л, для Караганды и Карагандинско-Темиртауской области - до 30 мг/л. Также в питьевых водах в этот период находится определенное количество остаточного полиакриламида - поверхностно-активного вещества, который добавляют в очищаемую воду для ускорения хло-пьеобразования и осветления от взвешенных частиц. В другие месяцы качество воды меняется незначительно для всех проб очищаемой воды.

В настоящее время в странах СНГ в качестве коагулянтов для очистки питьевых, а также сточных вод применяются сульфат алюминия, гидроксосульфат алюминия, дигидроксосульфат алюминия, гидроксохлорид алюминия. Более эффективным коагулянтом является дигидро-сульфат алюминия А12 ^04)2(0Н)2. Он работает в более широком интервале значений рН очищаемой воды, требует меньшего щелочного резерва

и обладает значительно лучшей хлопьеобразую-щей способностью, особенно при низких температурах. При том, что он является основным коагулянтом, растворы его менее агрессивны, благодаря чему резко снижается кислотная коррозия оборудования и коммуникаций. Для производства дигидросульфата алюминия требуется значительно меньше серной кислоты (на 35%), что позволяет существенно снизить его себестоимость. Расход этого коагулянта (в расчете на А1203) на 15-20%, а в некоторых случаях на 3035% ниже, чем сульфат алюминия. Мицеллы, образующиеся в результате гидролиза, несут более высокий положительный заряд и обладают лучшей адсорбционной способностью [3].

Дигидроксосульфат алюминия можно получать из готового сульфата алюминия при взаимодействии его с высокоактивным гидроксидом алюминия по реакции:

АЬ^э + А1(ОН)3 = 3[А12 (БОРОНИ при известных условиях выщелачивания образуется небольшое количество нерастворимого остатка - труднорастворимая соль типа водородного алунита по реакции:

4 А12 (БО4)3 + 10 А1(ОН)3 + 6Н2О = 3{ Н2 [А16 (БО4)4 (ОН)2 ] }.

Более целесообразно получать коагулянты из отходов добычи и обогащения углей, которые являются источниками загрязнения окружающей среды в промышленно развитых областях Казахстана. К твердым отходам можно отнести отходы добычи углистых пород Экибастузкого месторождения, отходы обогащения борлинских углей. Вследствие высокой зольности они не могут использоваться в энергетике на тепловых электростанциях.

Качественная характеристика минеральной части глиноземсодержащих углистых пород Экибастузкого бассейна колеблется в пределах (%): зольность - 60-70; выход летучих - 15-16; содержание углерода - 20-25. Химический состав золы (%): БЮ2 - 55-60; А12О3 -30-35; Fe2O3 - 2,54,5; СаО - 0,5-1,0; МдО - 0,3-0,5; SO3 - 0,5-1,0; С - 2-8.

Зольность отходов обогащения Борлинских углей составляет 60%. Количественная характеристика золы составляет (%): SiO2 - 55-60; А1203 - 25-33; Fe2O3 - 2,5-3,5; СаО - 0,4-0,6; МдО - 0,45-0,50.

В лабораторных условиях были получены образцы сульфата, гидроксосульфата и гидрок-сихлорида алюминия.

Каолинит трудно разлагается серной кислотой, при обработке 20-25% Н^О4 степень извлечения А12О3 не превышает 5%. Поэтому каолинит необходимо перевести в другое соединение. Это происходит при обжиге углистых пород. При температуре обжига 600-650 С0 каолинит

полностью превращается в метакаолинит - высокоактивное соединение (А12О3^Ю2), легко разлагающееся кислотами по реакциям: А12О3 ^Ю2 + Н^О4 = А12^О4)3 + 2SiO2 + 3Н2О; А12О3 ^Ю2 + 2НС1 + Н2О = 2А1(ОН)2 С1 + 2SiO2.

С увеличением температуры обжига извлечение глинозема снижается за счет образования трудно-растворимого соединения - муллита А12О3^Ю2 [4].

Полученные образцы были испытаны по стандартной методике пробного коагулирования воды с механическим перемешиванием на установке «Капля», а часть (в основном образцы гид-роксохлорида алюминия) - на пилотной установке фильтрационно-технологического анализа.

Образец твердого сульфата алюминия имел химический состав (%): 17,6 А12О3, Н^О4 отсутствует, Fe2O3 - следы, нерастворимый остаток - 0,3 и отвечал требованиям на «Алюминий сульфат технический очищенный».

Образец гидроксосульфата алюминия (ГОСА) имел следующий химический состав (%): 16,85 А12О3 , 0,30 SiO2, нерастворимый остаток -

0.35. 0,12 Fe2O3.

Образец гидроксохлорид алюминия (ГОХА) средней основности содержал (%): 11,9 А12О3, 10,5 СГ, 0,36 SiO2, 0,005 Fe2O3, 0,2 нерастворимого остатка и соответствовал техническим условиям на «Алюминий хлористый основной».

Таким образом, при оценке состояния питьевой воды в зависимости от времени года выявлена возможность получения высокоэффективных коагулянтов из глиноземистых отходов добычи и обогащения углей Экибастузского и Бор-линского месторождений в лабораторных условиях. Дальнейшая разработка и реализация подобных исследований принесет не только экономическую, но и экологическую пользу.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лайнер Ю. А. Комплексная переработка золошлаковых отходов ТЭЦ с получением глинозема, коагулянта, редких металлов, стройматериалов /Ю. А. Лайнер, А. Р. Рахимов, Р. К. Сотченко //Промышленность Казахстана. -2002.

- №4. - С. 23 - 24.

2. Малышев В. П. Вероятностно-детерминиро -ванное отображение. - Караганда: Гылым, 1994.

- 350 с.

3. Нуркеев С. С. О кинетике растворения различных форм и соединений оксида алюминия в соляной кислоте / С. С. Нуркеев, Г. О. Малыбае-ва, Л. Г. Романов //Комплексное использование минерального сырья. - 1981. - №10. - С. 86 - 89.

4. Шпирт М. Я. Рациональное использование отходов добычи и обогащения углей /М. Я. Шпирт, В. А. Рубан, Ю. В. Иткин. - М.: Недра, 1990. - 224 с.

Поступила 29.10.2012 г..

Медицина и экология, 2012, 4

25

R. K. Sotchenko, L. M. Vlasova, I. V. Figurinene, S. K. Kabiyeva, N. S. Remetova

ANALYSIS OF DRINKING WATER AND EVALUATION OF WASTE COAL MINING COAGULANTS USE

The analysis of drinking water produced during the treatment of incoming water to the water treatment plant from the channel «Irtysh-Karaganda». The main indicators of quality of drinking water purification are described. It was considered the most important types of coagulants, currently used in water treatment. The samples obtained from waste coagulants mining and processing of coal were tested for coagulation ability to clean water. The test results showed that they fully comply with all the requirements for these types of coagulants.

Р. К. Сотченко, Л. М. Власова, И. В. Фигуринене, С. К. Кабиева

АУЫЗ СУЫ ЖАРДАЙЫНЬЩ ТАЛДАУЫ ЖЭНЕ К9М1Р 9НД1РУ КАЛДЫКТАРЫНАН

КОАГУЛЯНТТАРДЫ ПАЙДАЛАНУ МУМКШДЖТЕРШ БАРАЛАУ

«Ертк-Караранды» арнасынан су тазарту стансаларына тусетш суды тазарту нэтижесiнде алынран ауыз судык жардайына талдау жасалран. Ауыз суды тазарту сапасынык негiзгi кврсеткiштерi келтiрiлген. Казiргi уакытта суды тазарту Yдерiсiнде колданылатын коагулянттардык макызды тYрлерi карастырылран. Квмiрдi вндiру мен байыту калдыктарынан алынран коагулянттар Yлгiлерi тазартылатын судык коагуляциялык кабiлетi сыналран. Зерттеу нэтижелерi олардык коагулянттардык осы тYрлерiне усынылатын барлык талаптарра толык сэйкестiгiн кврсеткен

Р. К. Сотченко, И. В. Фигуринене, Л. М. Власова

ВОЗМОЖНОСТЬ ВОВЛЕЧЕНИЯ ОТХОДОВ ДОБЫЧИ И ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЕЙ В ПРОЦЕСС ПЕРЕРАБОТКИ

Карагандинский государственный медицинский университет

В связи с сохраняющимися темпами потребления угля и увеличением доли низкосортного угля в общем балансе угледобычи повышается актуальность решения широкого круга задач, заключающихся в утилизации отходов переработки угля и золы, экологии и защите окружающей среды. По оценкам специалистов, мировое хозяйство только из стационарных источников (ТЭЦ, котельные) выбрасывает более 120 млн. тонн золы. В Казахстане ежегодно в отвалы выбрасывается более 15 млн. тонн горной массы (отходов добычи и обогащения угля). Однако объем перерабатываемой минеральной части этих отходов исключительно мал по сравнению с возможным. Кроме того, при эксплуатации углеперерабатыва-ющих предприятий отторгаются земли из общего пользования под отвалы, шламо-отстойники, в которых хранятся твердые отходы, шламы и хвосты после обогащения, продукты сгорания углей на теплоэлектростанциях. Под отвалами отходов обогащения и углепереработки заняты значительные площади земли. Мелкие фракции разносятся ветром, засоряют атмосферу, поверхность и водоемы, что наносит урон не только окружающей среде, но и здоровью человека. Существует статистика, что только около 15% отходов вовлекается во вторичную переработку с получением необходимых для народного хозяйства продуктов.

По своему составу отходы добычи и обогащение угля таких месторождений, как «Экибас-тузкое» и «Борлинское», представляют собой комплексное сырье. Они отличаются высоким содержанием оксида алюминия (30-35%), диок-

сида кремния (55-60%), относительно низким содержанием оксидов железа и кальция, могут относиться к глиноземистому типу. Перспективным направлением переработки глиноземсодер-жащих углистых отходов Казахстана может явиться производство коагулянта - сульфата алюминия, применяемого для очистки питьевых и сточных вод. Проблема переработки заключается в том, что сырье является высококремнистым. Классические способы переработки в данном случае не представляются эффективными. Из известных способов переработки для данного вида сырья наиболее перспективным является способ кислотного растворения минеральной части углистых отходов [3]. Этот способ позволит уже на начальной стадии определить диоксид от оксида алюминия, что значительно упростит технологическую схему и позволит получить сульфат алюминия, который в настоящее время в Казахстане производится только на АО «Алюминий Казахстана» из продукта глиноземного цикла. Сиштоф - кремнистый остаток от выщелачивания, может явиться прекрасным сырьем для производства строительных материалов. Реализация технологии переработки углистых отходов на коагулянт и стройматериалы позволит решить не только проблему расширения сырьевой базы глиноземной промышленности, но и способствовать решению экологических проблем, связанных с многочисленными угольными отвалами на поверхности.

Сущность разработанной авторами статьи технологии заключается в обжиге углистых отходов с целью получения кислоторастворимого соединения, которое выщелачивают серной кислотой. Отфильтрованный раствор является готовым продуктом, применяемым в качестве коагулянта. Для получения кристаллического коагулянта раствор выпаривают с получением соли А12 ^04)3 *(17-18)Н2О.

Углистые отходы, обожженные в оптимальных условиях, выщелачивали серной кислотой. Гидрометаллургические особенности про-