СПОСОБ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ КИСЛЫХ ШАХТНЫХ ВОД
WAY TO NEUTRALISE THE ACIDIC MINE WATERS

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к нейтрализации кислых шахтных вод, например, угольных бассейнов.
Большинство из существующих способов нейтрализации кислых сточных вод характеризуются длительным временем проведения реакции.
3
Известен способ нейтрализации кислых сточных вод путем фильтрования через слой фильтрующего материала, содержащего двухкальциевые силикаты. В качестве такого материала используется пенобетон обычного твердения плотностью 500-800 кг/м и нейтрализацию ведут до рН 11-13 (Патент РФ №2283815 от 20.09.06).
Недостатками способа являются щелочное значение рН сточных вод после выхода из фильтрующей колонки и дороговизна материала.
Известен двухступенчатый процесс нейтрализации сточных вод, включающий в себя фильтрование сточных вод через мелкодисперсный феррохромовый шлак в течение 1 минуты на первой ступени, и нейтрализацию известковым молоком на второй ступени. На первой ступени рН увеличивается до значения 6-7, на второй ступени до 8,5-9,5 (Патент РФ №2207324 от 27.06.2003).
Недостатками данного способа являются сложность и длительность процесса нейтрализации.
Известен способ нейтрализации кислых сульфатсодержащих сточных вод, включающий нейтрализацию известковым молоком и осаждение образовавшихся взвешенных частиц в присутствии флокулянта. Нейтрализацию проводят 5%-ным известковым молоком до рН 9,4-9,5, затем вводят анионный флокулянт в концентрации 5-8 мг/л и пиритные отвальные хвосты горнообогатительного производства в концентрации 2,5-10,0 г/л, содержащие железо и серу, после чего воду перемешивают и отстаивают (патент РФ №2355647 от 20.05.09).
Недостатками известного способа являются сложность его осуществления, необходимость большого числа реагентов и дороговизна некоторых из них.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ нейтрализации кислых шахтных вод путем введения в стоки карбонатного материала. В качестве нейтрализующего карбонатсодержащего материала используют пульпу из шлама отхода Березниковского содового завода, состоящую из мелкодисперсного карбоната кальция не менее 80 мас. % и приготовленную в смесителе с использованием воды из шахтного самоизлива, при этом пульпу подают дозированным сливом в зону реакции - канал самоизлива кислых шахтных вод - с последующей подачей очищенных стоков в отстойник (патент РФ №2293063 от 10.02.2007). Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа - способ нейтрализации кислых шахтных вод путем введения в стоки кальцийсодержащего материала.
Недостатками известного способа, принятого за прототип, являются сложность осуществления процесса, необходимость в специализированном механическом оборудовании, а также длительность осуществления процесса (на стадию приготовления пульпы в смесителе уходит до 20 мин).
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - упрощение способа нейтрализации кислых шахтных вод, удешевление его и уменьшение времени проведения.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе нейтрализации кислых шахтных вод путем введения в стоки кальцийсодержащего материала, в качестве кальцийсодержащего материала используют шлак, образующийся при производстве феррованадия силикоалюминотермическим методом, следующего гранулометрического состава: до 97 мас. % частиц размером менее 2 мм, содержащий оксид кальция в количестве 53,0-60,0 мас. % и оксид магния в количестве 8,0-9,0 мас. %, при этом нейтрализацию осуществляют проточным методом, используя шлак в виде фильтрующей дамбы.
3
Рекомендуется шлак брать из расчета 14-16 кг на нейтрализацию 1 м кислой шахтной воды с начальным значением рН=4.
3
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - в качестве кальцийсодержащего материала используют шлак, образующийся при производстве феррованадия силикоалюминотермическим методом, следующего гранулометрического состава: до 97 мас. % частиц размером менее 2 мм, содержащий оксид кальция в количестве 53,0-60,0 мас. % и оксид магния в количестве 8,0-9,0 мас. %; нейтрализацию осуществляют проточным методом, используя шлак в виде фильтрующей дамбы; шлак берут из расчета 14-16 кг на нейтрализацию 1 м кислой шахтной воды с начальным значением рН=4.
Использование в качестве нейтрализующего кальцийсодержащего материала шлака указанного гранулометрического состава, образующегося при производстве феррованадия силикоалюминотермическим методом, и содержащего оксиды кальция и магния в указанных количествах, обеспечивает за счет высокой дисперсности материала большую площадь взаимодействия, что позволяет уменьшить время нейтрализации.
Проведение нейтрализации проточным методом, используя шлак в виде фильтрующей дамбы, обеспечивает реакционную способность всей массы шлака, что позволит упростить способ нейтрализации кислых шахтных вод, удешевить его и уменьшить время проведения.
Экспериментально установлено, что оптимальное количество шлака для повышения рН шахтной воды с начальным значением, равным 4 до значений 7,0, составляет 14-16 кг.
3
Использование шлака в количестве менее 14 кг на нейтрализацию 1 м кислой шахтной воды не позволит обеспечить достижение показателя кислотности воды (рН) равной нейтральной 7,0.
3
Использование шлака в количестве более 16 кг на нейтрализацию 1 м кислой шахтной нецелесообразно, это приведет к увеличению рН воды выше 7,0 и создаст щелочную среду.
Шлак, образующийся при производстве феррованадия силикоалюминотермическим методом, представляет собой мелкодисперстный порошок с гранулометрическим составом: до 97% частиц лежит в интервале до 2 мм.
Преобладающими минералом в шлаке является мервинит, также в состав входят двукальцевый силикат, мелит, периклаз. Общее содержание оксидов кальция и магния достигает 61-69%. Химический состав шлаков производства ферросплавов представлен в таблице.
Исследования показали, что шлак относится к 4 классу опасности и обладает следующими характеристиками: содержание в водной вытяжке токсичных веществ на уровне ниже фильтрата из твердых бытовых отходов, биохимическая потребность в кислороде (БПК20) и химическая потребность в кислороде (ХПК) - не выше 300 мг/л, удельная эффективная активность природных радионуклидов составляет 58 Бк/кг. Высокая дисперсность материала обеспечивает большую площадь взаимодействия и уменьшение времени нейтрализации.
Сущность способа поясняется чертежом, на котором показана схема нейтрализации кислых шахтных вод при помощи дамбы из шлака. На схеме показаны:
1 - русло реки;
2 - заградительное сооружение;
3 - накопительный пруд;
4 - дамба из шлака, образующего при производстве феррованадия.
Пример осуществления способа.
Исследования проводились на шахтных водах Кизеловского угольного бассейна, характеризующихся высокой минерализацией и сернокислой реакцией среды (значение рН 2-4).
В качестве нейтрализующего кальцийсодержащего материала использовали шлак, образующийся при производстве феррованадия силикоалюминотермическим методом. Нейтрализацию осуществляли проточным методом.
Конструкторским решением для осуществления очистки сточных вод служит фильтрующая дамба из шлака 4. В качестве устройства для равномерной подачи воды может использоваться пруд 3 перед дамбой. Сточные воды подаются самотеком по водоотводной канаве.
3
Проведенные исследования показали, что для нейтрализации кислой шахтной воды со значения рН=4 до нейтральной реакции среды (рН=7) необходимо добавить 1,5 г шлака на 100 мл воды, или в пересчете 15 кг на 1 м, реакция происходит в течение 1 минуты.
При добавлении 1 грамма шлака на 100 мл рН воды с рН=4 поднимается до 5,8. При добавлении 2 граммов шлака на 100 мл рН воды поднимается до 8,8 при одной и той же длительности процесса, равной 1 минуте.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет полностью нейтрализовать кислые шахтные воды в течение короткого промежутка времени, дешевый и простой в выполнении.