На сегодняшний день не существует целостной технологической схемы очистки подотвальных сточных вод предприятий, добывающих полиметаллические руды. Трудности возникают из-за значительных материальных затрат на сооружение подобных установок, большого объема сточных вод, географического расположения данных объектов.

Отработанное месторождение Куль-Юрт-Тау в Зауралье в 5 км от г. Баймак Республики Башкортостан Российской Федерации — действующий источник загрязнения окружающей среды. Из-за нарушения гидрогеологического режима данной местности и воздействия природных факторов на рудный материал наблюдается неконтролируемый сток в р. Таналык подотвальных вод, имеющих следующие показатели: рН 2,16; минерализация 70 г/дм³; концентрации тяжелых металлов (согласно атомно-адсорбционному анализу), мг/дм³: Fe — 10⁴; Сu — 26,81; Мn — 29,49; Zn — 12,51; Со — 12,04; Ni — 1,31; V — 1,22; Сг — 0,12; Сd — 0,06. Основные загрязняющие элементы — железо и медь. Их концентрации больше ПДК в десятки тысяч раз; содержание других металлов также многократно превышает ПДК.

Создание рентабельной очистной установки на подобных объектах очень актуально. При построении технологической схемы очистки принято во внимание следующее:
—  промышленные сточные воды с высоким содержанием ионов металла, как правило, локализованы (отстойники, хвостохранилища, пруды-накопители, затопленные карьеры); при просачивании воды из карьера в карьер концентрация ионов тяжелых металлов снижается до величины, приемлемой для дальнейшей очистки воды;
—  применение физико-химических методов выделения металлов из разбавленных растворов весьма эффективно.

Разработанная нами технологическая схема представлена на рисунке.

В месте выхода подотвальных вод оборудуют гидроизолированный сборник в виде прямоугольного бассейна емкостью 200—500 м³. Из сборника кислые воды насосом подают в технологический модуль, где происходит их первичная очистка:
—     селективная сорбця ионов свинца, ртути, мышьяка, кадмия;
—     окисление фотоинициированным озоном с последующим выделением осадка (смеси окислов железа и марганца) на гидроциклоне и фильтре;
—     электроэкстракция меди и цинка.

После первичной очистки воду направляют на нейтрализацию в бетонные желоба, заполненные крошкой из мраморизированных известняков, где происходит нейтрализация серной кислоты и более полная очистка от ионов металлов за счет образования нерастворимых в воде карбонатов и гидрокарбонатов металлов, которые скапливаются в специально оборудованных приямках и откачиваются на фильтрование. После узла гидрокарбонатной очистки воду подают на биоплато, засаженное высшими водными растениями, где происходит доочистка, позволяющая производить сброс в открытые водоемы.

Разработке данной технологической схемы предшествовали лабораторные эксперименты по подбору методов очистки подотвальных вод.

На основании результатов химического анализа установлено, что применение традиционных сорбентов типа катионитов или анионитов нерентабельно вследствие их малой емкости и селективности. Лабораторные исследования сорбционной очистки проводили с применением сорбентов-комплексонов типа полиметилсульфида, полиэтиленсульфида, полипропиленсульфида и их производных. Особенность этих сорбентов — высокая селективность по отношению к ионам ртути, кадмия, свинца, кобальта, селена, мышьяка в кислых растворах. Испытывали сорбенты Тр-1, Т-3, полимер-SM, СЭ, СП, КУ-2-8, угли БАУ и КАД. Результаты исследований показали, что материалы типа полимер-SM, (полиметилсульфиды) и типа Тр-1, Т-3 (серосодержащие гетероциклические соединения) обладают высокой сорбционной емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов, что позволяет использовать эти сорбенты в фильтрах-накопителях для предварительной очистки подотвальных вод.

Нами проведены предварительные исследования электроэкстракции меди из подотвальных вод отработанного месторождения Куль-Юрт-Тау, в которых содержание меди колеблется от 5 до 500 мг/дм³. Исходный раствор с содержанием Cu²⁺ 80 мг/дм³ и суммарным содержание Fe²⁺ и Fe³⁺ 7-9 мг/дм³ подвергали электролизу при различных режимах по току и стабилизации напряжения на ячейке. При малых токах образуются наиболее качественные катодные осадки меди и практически отсутствует газовыделение. Согласно экспериментальным данным подбирают режим работы промышленной установки электроэкстракции в зависимости от химического состава и электропроводности очищаемой воды.

Очистку воды с помощью сильных окислителей широко используют для выделения железа и марганца, ионы которых в высшей степени окисления легко гидролизуются с образованием нерастворимых осадков. Самый привлекательный реагент для этих целей — озон, окислительно-восстановительный потенциал которого составляет 2,07 В (перманганата калия — 1,51 В, хлора — 1,3б В). Широкое распространение методов озонирования сдерживается высокой стоимостью оборудования и большими эксплуатационными затратами. Это обусловлено особыми требованиями к очистке воздуха для установок, работающих на барьерных разрядах. Мы изучали возможность применения воздуха, прошедшего обработку вакуумным УФ-излучением в специальном растворе. Для исследований была изготовлена установка, которая состояла из компрессора, реактора с УФ-излучателем, смесительным устройством и фильтром для отделения образующегося осадка.

При реагентной очистке подотвальной воды месторождения Куль-Юрт-Тау использовали карбонат кальция. К пробе подотвальной воды объемом 100 мл добавляли 20 г порошкообразного карбоната кальция. Реакция протекала очень бурно, с обильным выделением пены, кальцит добавляли в раствор небольшими порциями. Образовавшийся осадок фильтровали на «синей ленте». В исходной воде сухой остаток составлял 70 г/дм³, а после карбонатной очистки — 6 г/дм³. Содержание тяжелых металлов определяли атомно-адсорбционным методом. Степень очистки воды от ионов железа, меди, кобальта, никеля, ванадия, кадмия и хрома превышает 9G %, благодаря чему концентрации этих металлов в воде были снижены до ПДК для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования. Степень очистки от ионов марганца и цинка — 74,б и б0 % соответственно. Значительное снижение сухого остатка в очищенной воде свидетельствует об удалении не только катионов, но и анионов.

Благодаря наличию гидроксида железа осадок, полученный при карбонатной очистке подотвальной воды, имеет оранжевый цвет. Высушеннъгй и прокаленный при 200 °С осадок представляет собой мелкодисперсный ярко-коричневый порошок. Окраска свидетельствует о присутствии в нем большого количества железа в трехвалентном состоянии. Железосодержащие соединения часто используют как пигмент в производстве лакокрасочных материалов.

Для доочистки воды необходимо создать 3-уровневую цепь биологических очистных прудов, в которых используется способность высшей водной растительности, водной микрофлоры и микроорганизмов извлекать растворенные в воде органические вещества, минеральные соли, ионы тяжелых металлов с образованием нерастворимых комплексных соединений. Предлагается сформировать растительные сообщества, состоящие из следующих видов местной водной флоры: 1) тростник обыкновенный!; 2) рогоз узколистный; 3) камыш озерный; 4) рдест блестящий; 5) ситняг обыкновенный; б) осока дернистая.

Предлагаемая технологическая схема обеспечивает замкнутый режим работы без слива воды в открытые водоемы (очищенные воды направляются на орошение отвалов). Металлы выделяют в виде компактных продуктов — оксидов, гидроокисей и карбонатов, которые легко упаковываются для перевозки на специализированные предприятия для дальнейшей переработки.

 Treatment Technique of Underspoil Sewage Formed by Mining Enterprises

Mustafin A. G., Sabitova Z. Sh., Bashkir State University, Ufa, Russia
Kovtunenko S. V., Institute of Geology, Ufa Scientific Centre, Russian Academy of Sciences, Ufa, Russia
 Pestrikov S. V., Ufa State Aviation Technical University, Ufa, Russia

The technology of underspoil sewage treatment at the mining enterprises producing polymetallic ores is offered. The given technological scheme consists of moistureproof collector, unit of heavy metals ions selective sorption, oxidation block with photoinitiated ozone and subsequent deposit (iron and manganese oxides mixture) allocation on hydrocyclone and filter, electrowinning block (metal copper and zinc), hydrocarbonate clearing unit, bioplateau with higher water plants.

Сведения об авторах

Мустафин Ахат Газизьянович, д-р хим. наук, зав. кафедрой физической химии и химической экологии, Башкирский государственный университет, ул. Фрунзе, 32, Уфа, 450007, Россия. Тел. (347) 273-09-88. E-mail
Сабитова Зиля Шафигулловна, мл. науч. сотр., кафедра физической химии и химической экологии, Башкирский государственный университет, ул. Фрунзе, 32, Уфа, 450007, Россия. E-mail
Ковтуненко Сергей Викторович, нач. отдела анализа минерального сырья, Институт геологии УНЦ РАН, ул. К. Маркса, 16/2, Уфа, 450077, Россия. Tел. (347) 273-13-71
Пестриков Станислав Васильевич, д-р хим. наук, ст. науч. сотр., кафедра безопасности производства и промышленной экологии, Уфимский государственный авиационный технический университет, ул. К. Маркса, 12, Уфа, 450025, Россия. Tел. (347) 272-33-36
 

© Последние изменения внесены 07.10.09

© EcoInform