В.В.Гапченко, Макеевский металлургический техникум, г. Макеевка Донецкой области
Развитие промышленного и сельскохозяйственного производства приводит к непрерывному увеличению потребления воды, а также к деградации качества воды в природных водоемах вследствие непрерывно увеличивающейся концентрации различных загрязнителей, и, прежде всего, концентрации солей.
Это особенно отчетливо проявляется в промышленно развитых регионах, где воздействие значительных объемов промышленных сточных вод усугубляется сбросом в водные источники минерализованных шахтных и карьерных вод.
И именно Донецкая область занимает первое место в Украине по сбросу сточных вод, их объём составил 30,6% от сброса всех загрязнённых вод Украины (диаграмма 1) [1].
Сброс загрязненных сточных вод в водные объекты Украины (%) по областям Украины
Диаграмма 1
В настоящее время в Украине шахтные и карьерные воды угольной промышленности, железорудных предприятий, а также карьеров по добыче нерудных материалов следует отнести к основным источникам засолонения природных водоемов. Так, горнодобывающими предприятиями угольной промышленности сбрасывается в гидрологическую сеть более 700 млн. м3
/год минерализованных вод, железорудными предприятиями - около 150 млн. м3
/год [2]
С карьерными и шахтными водами в природные водоемы, являющиеся источниками водоснабжения, сбрасывается около 5 млн. тонн в год солей. Это существенно влияет на показатели качества воды в водных источниках и отражается на экологическом состоянии водоемов, величине затрат потребителей на водоподготовку и состояние здоровья населения.
Основная масса карьерных и шахтных вод предприятий угольной и нерудной отраслей промышленности сбрасывается через малые реки Донецкой и Луганской областей, Северский Донец, Кальмиус и Миус в Азовское море (общий объем сбрасываемых вод - 650-700 млн. м3
/год, солей – 2 млн. тонн в год) [2]
Донецкая и Луганская области относятся к числу маловодных регионов. Основным источником хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения региона является канал Северский Донец – Донбасс. Используются также питьевые и технические водохранилища, подземные воды, речной сток. Качество воды из местных источников, как правило, не соответствует санитарно-гигиеническим требованиям к питьевой воде, в ряде районов предприятия и население испытывают острый дефицит воды.
В последние годы в регионе существенно увеличены отпускные цены на воду. При общем недостатке питьевой воды значительная часть ее расходуется на технические цели, для подпитки систем водоснабжения промышленных и коммунальных предприятий. В связи с недостаточно эффективным использованием воды и выросшей в последнее время на порядок ее стоимостью, плата за воду сиала тяжелым бременем для многих предприятий.
В то же время, при современном уровне развития технологии водоподготовки вода для хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения может быть получена путем очистки и кондиционирования шахтных и карьерных вод при уровне эксплуатационных расходов меньшем действующих цен на воду.
Проблема получения питьевой и технической воды в регионе может быть решена за счет очистки, кондиционирования и использования шахтных и карьерных вод. Одновременно с этим будет в определенной степени решаться и экологическая проблема, т.к. при очистке и кондиционировании воды предотвращается сброс в водоемы взвешенных, эфирорастворимых веществ, солей и других загрязнителей.
Однако наиболее кардинальным способом предотвращения вредного воздействия шахтных и карьерных вод на состояние водоемов является комплексная переработка этих стоков с получением высококачественной воды и солей в виде утилизируемых продуктов.
Процесс комплексной переработки минерализованных вод может быть представлен в виде единой структурной схемы (рис.1), основными стадиями которой являются подготовка исходной воды перед концентрированием, концентрирование-опреснение, корректировка состава концентрата, разделение, кондиционир
Вид операций, входящих в состав стадии подготовки исходной воды перед опреснением-концентрированием, определяется химическим составом минерализованной воды, способом опреснения-концентрирования и другими факторами. В общем случае в состав стадии могут входить очистка от взвешенных веществ и нефтепродуктов, умягчение и стабилизационная обработка, деаэрация, нагрев и другие операции [3]
Задача стадии опреснения-концентрирования состоит в получении опресненной воды и раствора с концентрацией солей возможно более близкой к равновесной при использовании методов, обеспечивающих минимальные затраты. Эта стадия является наиболее энерго- и материалоемкой, на ней получается до 95-98% обессоленной воды.
Рисунок 1 Структурная схема установки переработки минерализованных вод
На стадии корректировки состава концентрата предусматривается удаление примесей до концентраций, обеспечивающих получение солепродуктов необходимого качества. Для очистки концентрированных растворов в основном применяются реагентные методы.
Состав операций, входящих в стадию разделения, определяется взаимной растворимостью солей в водно-солевой системе. В общем случае эта стадия может включать упаривание или охлаждение с кристаллизацией, сгущение и отделение кристаллов, их отмывку и другие операции.
Для кондиционирования опресненной воды может применяться оборудование для более глубокого обессоливания (умягчения), очистки от примесей, улучшение органолептических показателей.
В состав обработки полученных солепродуктов включается обезвоживание, сортировка, упаковка и другие операции, обеспечивающие требования конкретных потребителей.
Как упоминалось выше, наиболее значительные энергетические и материальные затраты при комплексной переработке минерализованных вод свойственны процессам обессоливания воды.
В настоящее время известен ряд методов частичного или полного обессоливания воды. К ним относятся химические (методы осаждения), физико-химические (ионный обмен, электродиализ, обратный осмос, экстракция) и термические (вымораживание, кристаллогидратный метод, дистилляция, сушка). Перечисленные методы характеризуются различными возможностями, технико-экономическими показателями, а также разной степенью разработанности и использования в промышленности [4]
При выборе метода обессоливания в технологии комплексной переработки минерализованных вод должно предусматриваться решение основной задачи – разделение раствора на опресненную воду и соли в виде утилизируемых продуктов при минимальном количестве отходов. При этом технические решения должны обеспечивать надежную работу оборудования при минимальных капитальных затратах. Наиболее широкое применение методы обессоливания получили при опреснении соленых вод и в водоподготовке. Использование традиционных методов опреснения для комплексной переработки природных и сточных вод не всегда возможно или экономически оправдано.
Методы осаждения чаще всего применяются с целью удаления отдельных ионов в виде осадка труднорастворимых соединений. Они используются в основном для удаления катионов кальция и магния, а также сульфат-ионов, при обескремнивании, декарбонизации и в других процессах. Для этого используются известь, сода, фосфаты, гидроксид натрия, соли бария, кислоты и другие реагенты. Применение методов осаждения для обессоливания и комплексной переработки возможно в сочетании с другими методами.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Земля тривоги нашої. За матеріалами доповіді про стан навколишнього природного середовища в Донецькій області в 2002 році/ під ред. С.Куруленка / . – Донецьк: Новый мир 2002. -107 с.:іл.
2. Шахтные и карьерные воды. Кондиционирование, использование, обессоливание и комплексная переработка / Ю.Н.Резников, В.Г.Львов, В.В.Кульченко. – Донецк: Каштан, 2003. – 242 с.
3. Новые методы опреснения воды / Л.А.Кульский, А.С.Чепцов, Т.В.Князькова и др. – Киев: Наукова думка, 1974. – 189 с.