Очищення стічних вод збагачувальних фабрик

Очи́щення стічни́х во́д збага́чувальних фа́брик — збагачувальні фабрики споживають на технологічні потреби значні об'єми води — від 3 до 8 м³/т сировини. Склад стічних вод збагачувальних фабрик комплексний, він залежить від мінерального складу корисної копалини і застосованого методу збагачення. До стоків збагачувальних фабрик відносять флотаційні відходи, зливи згущувачів, фільтрати вакуум-фільтрів. Флотаційні відходи рудних збагачувальних фабрик, в яких міститься 15 — 35% твердого, становлять 60 — 90% усіх стічних вод збагачувальної фабрики. Звичайно флотаційні відходи, зливи згущувачів, фільтрати вакуум-фільтрів об'єднують і відкачують у басейн-сховище спільно.

Стічні воді фабрик з магнітними і гравітаційними процесами забруднені в основному грубодисперсними домішками, що складаються з породних частинок різної крупності. В стічних водах флотаційних фабрик містяться флотаційні реагенти — збирачі, спінювачі і модифікатори. Крім того, при збагаченні сульфідних руд поверхні мінералів окиснюються, тому в стоках знаходяться катіони кольорових металів і інші сполуки, що є результатом взаємодії реагентів з мінеральними поверхнями.

Основні забруднюючі речовини

До основних забруднювальних речовин стічних вод збагачувальних фабрик належать:

• грубодисперсні домішки — відходи фабрик з флотацією, гравітаційними процесами і з мокрою магнітною сепарацією. Згідно з «Правилами охорони поверхневих вод від забруднення» концентрація шкідливих речовин не повинна перевищувати 0,25 мг/л для водойм господарчо-питного значення і 0,75 мг/л для водойм рибогосподарчого значення;
• кислоти і луги, що подають у технологічний процес як реагенти-регулятори. В будь-яких водоймах показник рН середовища повинен бути в межах 6,5 — 8,5;
• йони кольорових і чорних металів, концентрація яких визначається у основному мінеральним складом сировини;
• ксантоґенати і дітіофосфати, які застосовуються при збагаченні руд кольорових металів і додають воді неприємний специфічний запах;
• сірчаний натрій, що використовується на багатьох збагачувальних фабриках і має неприємній запах; сульфідів у воді не повинно бути;
• ціаніди (дуже токсичні реагенти), які застосовуються при збагаченні руд кольорових металів і при вилученні золота;
• роданіди — дуже токсичні реагенти, що утворюються в стічних водах при взаємодії сульфідів з ціанідами;
• флуориди, що присутні в стічних водах при збагаченні барит-флюоритових та інших руд плавиковою кислотою і кремній-флуористим натрієм;
• феноли і крезоли, що застосовуються на фабриках як реагенти. Феноли і крезоли не токсичні, але мають дуже неприємний запах, особливо коли воду хлорують. Гранично допустима концентрація фенолу — 0,001 мг/л;
• нафтопродукти — найпоширеніші реагенти при збагаченні вугілля, мідно-молібденових і молібденово-вольфрамових руд, а також інших корисних копалин. Нафтопродукти надають воді неприємного запаху і присмаку;
• інші реагенти, які використовуються на збагачувальних фабриках. Гранично допустимі концентрації (ГДК) деяких реагентів (мг/л) такі: талова і соснова олія – 0,2; терпінеол – 0,05; ОПСМ – 7; ОПСБ – 0,5; АНП – 0,05.

Сольовий склад стоків збагачувальних фабрик можна характеризувати підвищеним вмістом сульфатів, хлоридів і карбонатів. У «Правилах охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами» вказано, що концентрація солей у воді водойм не повинна перевищувати 1000 мг/л по сухому залишку.

Основні способи очищення

Для очищення стічних вод застосовують такі методи: йонний обмін, електродіаліз, ультрафільтрування, зворотний осмос, флотацію. Пристрої, засновані на мембранних методах, застосовують для очищення стоків, які містять ціаніди і сполуки хрому, для очищення від йонів важких металів. Особливо перспективні є поєднання йонного обміну з вакуумним відгоном і йонного обміну із зворотним осмосом.

До основних заходів очищення стічних вод відносяться: видалення із стічних вод механічних домішок, застосування системи зворотного водопостачання, зниження витрати і зміна складу застосовуваних реагентів, хімічне очищення шляхом осадження шкідливих солей.

• Видалення грубодисперсних частинок здійснюють в одну або дві стадії: в першу — виділяють на решетах і ситах найбільш крупні частинки, в другу (або одну стадію) — видаляють тонкі частинки відстоюванням у полі сил тяжіння і відцентрових сил. Для збільшення швидкості осадження тонких частинок в стічні води додають коагулянти і флокулянти.

• Хімічні методи очищення стоків — нейтралізація і окиснення різних мінеральних сполук.

В стічних водах збагачувальних фабрик можуть бути присутніми мінеральні кислоти. Частіше в них присутня сірчана кислота, що додається у флотаційний процес як регулятор середовища. Основний реагент, що застосовується для нейтралізації кислих стічних вод, — гашене вапно. Обробка стічних вод вапном приводить до осадження з них катіонів кольорових металів.

• Обробка стічних вод хлорвмісними реагентами дозволяє розкласти ксантоґенати, дітіофосфати, ціаніди і роданіди до нешкідливих речовин.

• Найскладніше завдання — очищення стоків від нафтопродуктів, концентрація яких у стічних водах збагачувальних фабрик бл. 10 мг/л, а допускається 0,1 — 0,3 мг/л. Очищення стічних вод від нафтопродуктів здійснюється за складною схемою, яка передбачає уловлювання їх у нафтопастках, коагуляцію стоків сульфатом заліза і вапном, флотаційне очищення, фільтрування стічних вод крізь кварцові і сульфовугільні фільтри.

При наявності у стічних водах органічних речовин їх очищення виконують методами екстракції або адсорбції.

• Адсорбцію застосовують для очищення стічних вод при концентрації органічних сполук менше 1 г/л. Як правило, адсорбенти — активоване вугілля, активований антрацит, коксовий і шлаковий дріб'язок — використовують у вигляді зерен неправильної форми розміром від 1,5 до 5 мм. При очищенні стічних вод їх пропускають через шар адсорбенту. Після насичення адсорбенту поглиненою речовиною його направляють на регенерацію, яка здійснюється екстракцією органічними розчинниками, відгоном водяною парою і випарюванням під дією струменя інертного газоподібного теплоносія.

• Екстракція застосовується при концентрації органічних речовин у стічних водах понад 2 г/л. При подачі екстрагенту в стічні води він розчинює органічні сполуки, які в них знаходяться. Після розчинення органічних сполук їх концентрація в екстрагенті значно перевищує концентрацію в стічних водах. Екстрагент виділяють зі стічних вод, з нього вилучають органічні сполуки і він знову використовується для очищення стічних вод. При очищенні стічних вод як екстрагенти застосовуються хлороформ, бензол, толуол та ін.

Природне очищення стічних вод

Див. також Природне очищення стічних вод

Природне очищення стічних вод збагачувальних фабрик відбувається в басейнах-сховищах. В басейнах-сховищах під дією сили ваги тверда фаза відходів осаджується, а прояснений злив через водозабірні пристрої безперервно відкачується на збагачувальну фабрику і використовується як оборотна вода або частково скидається у природні водойми (якщо вода задовольняє нормам ГДК).

Для збільшення швидкості осадження тонких частинок в стічні води додають коагулянти і флокулянти. Також в басейнах-сховищах крім відстоювання води від механічних домішок відбувається розкладення шкідливих домішок, що містяться в стічних водах збагачувальних фабрик. Згідно з «Правилами охорони поверхневих вод від забруднення» концентрація шкідливих речовин не повинна перевищувати 0,25 мг/л для водойм господарсько-питного значення і 0,75 мг/л для водойм рибогосподарського значення.

При відстоюванні у басейні-сховищі під дією температури і кисню повітря, сонячної радіації, біологічних і інших факторів концентрація реагентів в стічних водах зменшується. У басейні-сховищі протікають фізико-хімічні процеси, в результаті яких в стоках знижується вміст міді, цинку, свинцю, ціанідів, ксантогенатів і рН середовища. Зниження рН середовища обумовлене взаємодією стоків з вуглекислим газом повітря. Так за 5 – 6 діб рН середовища зменшується з 10 – 10,5 до 7,5 – 8.

Якщо після відстоювання в басейні-сховищі вміст шкідливих домішок в проясненої воді перевищує гранично допустиму концентрацію (ГДК), вона направляється на додаткове очищення.

Хімічні методи очищення стічних вод

Див. також Хімічні методи очищення стічних вод

До хімічних методів очищення стоків відносять нейтралізацію кислот і окиснення різних мінеральних сполук.

У стічних водах збагачувальних фабрик можуть бути присутніми мінеральні кислоти. Частіше в них присутня сірчана кислота, що додається у флотаційний процес як регулятор середовища. Основний реагент, що застосовується для нейтралізації кислих стічних вод, – гашене вапно (найбільш дешевий із застосованих лугів). Кислі води нейтралізують також лугами і їхніми відходами, крейдою, магнезитом, мармуром і меленим вапняком. Незважаючи на дешевизну вапняку, цей метод має ряд недоліків, головний з яких – невелика швидкість реакції між кислотою і частинками вапнякової суспензії. Нейтралізація води звичайно наступає через 15 – 20 хв. після введення вапна у стічні води. Обробка стічних вод вапном приводить також до осадження з них катіонів кольорових металів.

Для нейтралізації кислих вод можна застосовувати й метод фільтрування крізь шар матеріалу, що складається з магнезиту або доломіту. Перевагами даного методу – простота обслуговування пристрою і відсутність апаратів для дозування реагентів. Фільтри-нейтралізатори виконують горизонтальними і вертикальними. У вертикальних фільтрах застосовують грудки магнетиту або доломіту крупністю 30 – 80 мм, висота фільтрувального шару становить 0,8 – 1,2 м. Швидкість фільтрування не повинна перевищувати 5м³/год•м².

Йонообмінний метод очищення стічних вод

Див. також Йонообмінний метод очищення стічних вод

Процес йонного обміну використовують для очищення стічних вод від багатьох органічних і неорганічних сполук, а також від катіонів кольорових металів. При хімічному очищенні стоків від катіонів кольорових металів за допомогою подачі вапна або їдкого натру і осадження у вигляді гідратів оксидів не завжди вдається очистити стоки повністю. Крім того, осадження гідратів оксидів вимагає строгої підтримки визначених значень рН стоків. Недоліками хімічного способу очищення стоків є значні витрати вапна і великі об’єми отриманих осадів гідратів оксидів металів. Використання більш досконалих процесів йонного обміну дозволяє практично повністю виділити з стічних вод катіони кольорових металів і отримані метали утилізувати .

Найбільше розповсюдження при йонному обміні одержали синтетичні йонообмінні нерозчинні у воді смоли – іоніти (катіоніти і аніоніти). Катіоніти – іоніти, у яких протийони мають кислотний характер, тобто обмінюють йони водню на інші катіони. Аніоніти – іоніти, у яких протийони мають лужний характер, тобто обмінюють гідроксильні йони лугу або аніони солей на інші аніони. При йонообмінному очищенні стічних вод застосовують також сильнокислотні сульфокатіоніти КУ-1 і КУ-2, слабокислотний карбоксильний катіоніт КБ-4 і аніоніти ЕДЕ-10П і АВ-17.

Електрохімічний метод очищення стічних вод

Див. також Електрохімічний метод очищення стічних вод

При електричному методі очищення стічних вод відбувається або руйнування шкідливих речовин окисненням їх на аноді, або вилучення металів з стічних вод відкладенням їх на електродах.

Електрохімічне анодне окиснення стоків дозволяє поряд зі зневодненням здійснити регенерацію цінних компонентів. При електрохімічному окисненні ціанідів відбувається створення ціанат-йонів, подальше їхнє електрохімічне окиснення на аноді, а також розкладення гідроксильних йонів і хлориду натрію, який вводиться у воду перед її обробкою. Електрохімічний метод окиснення часто застосовується у комбінації з електролітичною флотацією гідрату оксиду міді і інших металів.

Екстракційне очищення стічних вод

Див. також Екстракційне очищення стічних вод

Екстракція застосовується при концентрації органічних речовин у стічних водах понад 2 г/л. При подачі екстрагенту в стічні води він розчиняє органічні сполуки, що містяться там. Після розчинення органічних сполук їх концентрація в екстрагенті значно перевищує концентрацію в стічних водах. Надалі екстрагент виділяють із стічних вод, регенерують, вилучають з нього органічні сполуки і знову використовують для очищення стічних вод. До екстрагенту, що застосовують для очищення стічних вод, висувають такі вимоги: він повинен добре розчинювати органічну речовину, що вилучається, і не розчинюватись у воді; густина екстрагенту повинна бути більше густини води для їхнього відносно простого розділення. Крім того, бажано, щоб регенерація розчинника здійснювалася легкодоступними методами без утрат екстрагенту . При очищенні стічних вод як екстрагенти застосовують хлороформ, чотирихлористий вуглець, диізопропіловий і дибутиловий ефіри, бутилацетат, бензол, толуол та ін.

Адсорбційне очищення стічних вод

Див. також Адсорбційне очищення стічних вод

Адсорбцію застосовують для очищення стічних вод при концентрації органічних сполук менше 1 г/л. Звичайно адсорбенти – активоване вугілля, активований антрацит, коксовий і шлаковий дріб'язок – використовують у вигляді зерен неправильної форми розміром від 1,5 до 5 мм.

Ефективність адсорбції органічних речовин із стічних вод залежить від хімічного складу адсорбенту і властивостей його поверхні.

При очищенні стічних вод їх пропускають через нерухомий і псевдорозріджений шар адсорбенту. Застосування адсорбенту в нерухомому шарі – один з найбільш простих методів очищення стоків.

Флотаційне очищення стічних вод

Див. також Флотаційне очищення стічних вод

Йонна флотація і її різновиди дозволяють забезпечити високу ефективність очищення стічних вод і запобігти забрудненню довкілля, підвищити вилучення корисних компонентів і комплексність використання сировини. що перероблюється.

Пінне фракціонування використовується для очищення стічних і природних вод від органічних речовин, і в першу чергу від миючих речовин (наприклад, алкілбензосульфонатів) які не піддаються біологічному руйнуванню. Вилучення поверхнево активних речовин з стічних вод становить 90 – 95 %.

Очищення стічних вод від нафтопродуктів.

Див. також Очищення стічних вод від нафтопродуктів

Найскладніше завдання – очищення стоків від нафтопродуктів, концентрація яких у стічних водах збагачувальних фабрик близько 10 мг/л, а за нормами ГДК допускається 0,1 – 0,3 мг/л. Очищення стічних вод від нафтопродуктів здійснюється за складною схемою, яка передбачає вловлювання їх у нафтопастках, коагуляцію стоків сульфатом заліза і вапном, флотаційне очищення, фільтрування стічних вод крізь кварцові і сульфовугільні фільтри.

Для очищення вод, які містять мастило і нафту, широко розповсюджені адгезійна і напірна флотації.

Біохімічне очищення стічних вод

Див. також Біохімічне очищення стічних вод

Біохімічні методи звичайно застосовують для остаточного очищення стічних вод після використання фізико-хімічних методів обробки, за допомогою яких видаляють речовини, що не піддаються біологічному очищенню, або знижують концентрацію цих речовин. Сьогодні широко застосовують сумісне очищення побутових і промислових стічних вод, тому що у побутових стоках містяться розчинені речовини, які найбільш легко засвоюються мікроорганізмами.

Процес біохімічного очищення стічних вод здійснюється у пристроях різного типу: аеротенках, біофільтрах, полях зрошення, полях фільтрування і біологічних ставках.

Див. також

• Очищення стічних вод
• Стічні води
• Прояснення води
• Рекультивація земель
• Хімічні методи очищення стічних вод

Література

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
• В. О. Смирнов, В. С. Білецький. Флотаційні методи збагачення корисних копалин. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2010. — 492 с.
• Білецький В. С., Олійник Т. А., Смирнов В. О., Скляр Л. В. Техніка та технологія збагачення корисних копалин. Частина ІІІ. Заключні процеси. — Кривий Ріг: Криворізький національний університет. 2019. — 232 с.