Очистка воды в горнодобывающей промышленности

В горнодобывающей промышленности могут встретиться три типа проблем, связанных со сточными водами:

• откачиваемые шахтные воды (отвод кислотных шахтных вод): речь идет об от¬воде грунтовых и инфильтрационных вод, которые необходимо постоянно откачивать, чтобы не допустить затопления шахты во время ее эксплуатации;
• сточные воды обогатительных цехов и предприятий, расположенных на территории рудника (ПСВ этапов первичного концентрирования руды и извлечения металлов);
• инфильтрационные воды, затопляющие заброшенную шахту: они могут выходить наружу и загрязнять окружающую среду, поэтому после вывода шахты из эксплуатации должен осуществляться соответствующий контроль.

Управление охраной окружающей среды вблизи объектов горнодобывающей промышленности повсеместно является стратегическим направлением, причем проблемы, связанные с охраной водных ресурсов, имеют первостепенную важность, поскольку они касаются значительных объемов этого ценного природного продукта. Компания «Дегремон» накопила достаточный опыт решения всех трех перечисленных проблем.

Откачиваемые шахтные воды

Поскольку сброс откачиваемых шахтных вод без предварительной очистки может вызвать серьезное загрязнение природной среды, необходимо предусматривать их обработку, технология которой должна определяться в каждом конкретном случае.

В зависимости от мощности рудника объемы откачиваемых вод могут достигать более 100 000 м3/сут.

В большинстве случаев речь идет о кислых водах, требующих нейтрализации и удаления металлов, что может вызывать большие или меньшие трудности в зависимости от набора растворенных металлов и пределов допустимого их содержания, устанавливаемых нормами сброса.

Как правило, нейтрализация в установке Densadeg позволяет обеспечивать качество обработанных шахтных вод, отвечающее нормам сброса в окружающую среду.

Часто откачиваемые шахтные воды содержат:

• значительные концентрации сульфатов, что вызывает необходимость их осаждения в виде гипса (сульфат кальция) при нейтрализации известью;
• значительные концентрации двухвалентного железа (от 10 до 500 мг/л), что вызывает необходимость его окисления с последующим осаждением. Часто для окисления вполне достаточно растворенного в воде кислорода, если это позволяют величины pH и окислительно-восстановительного потенциала;
• иногда содержание железа может достигать 1 -2 г/л; в этом случае значительные количества SO4 и/или СО2 позволяют повышать скорость отстаивания благо-даря утяжелению хлопьев. В подобных ситуациях, учитывая значительные количества образующегося осадка, при расчете установки Densadeg следует рассматривать ее как сгуститель.

Другим способом решения проблемы является глубокая очистка откачиваемых шахтных вод в целях последующего использования для орошения полей, а в засушливых зонах — и в качестве питьевой воды. Качество воды при этом должно соответствовать рекомендациям ВОЗ и местных нормативных документов.

Технологическая линия в таких случаях усложняется и включает, например, следующие стадии обработки:

• нейтрализация (с последующим осаждением гипса и различных металлов). На этой стадии необходимо обращать внимание на присутствие металлов, вредных для окружающей среды [(марганца, селена, ванадия, кобальта), а также таких радиоактивных элементов, как уран и радий (перечень можно дополнить)]. Для за¬щиты мембран установок обратного осмоса следует также контролировать со¬держание стронция и бария;
• отстаивание в установках Densadeg или в традиционных отстойниках в зависимости от концентрации сфлокулированных веществ;
• фильтрование на песчаных фильтрах (две ступени);
• мембранная обработка (обратный осмос или нанофильтрация);
• реминерализация (по мере необходимости).

Для снижения потерь воды можно также предусмотреть обработку концентратов обратного осмоса. В этом случае уровень рекуперации воды из шахтных вод, поступающих на обработку, достигает 90-95 %.

Во всех рассмотренных случаях образуются значительные объемы осадка. При осаждении гипса концентрация сухих веществ в осадках может достигать 300 г/л; в присутствии одних только металлов (без осадка гипса) содержание сухих веществ в осадках не превышает 80 г/л.

Эффективное обезвоживание обеспечивает обработка на фильтр-прессе, а воз-врат фильтрата позволяет рекуперировать воду при необходимости ее повторного использования.

Сточные воды рудообогатительных предприятий

Ограничимся рассмотрением цехов, расположенных непосредственно на территории горнодобывающего предприятия и не занимающихся обработкой шахтных вод.

В данном случае проблемы обработки сточных вод более сложны и требуют внимательного изучения в каждой конкретной ситуации: все зависит от состава добываемой руды и от обработки, которой она подвергается.

Большей частью речь идет об удалении тяжелых металлов в сильнокислой среде способами осаждения и отстаивания с получением воды, качество которой соответствует нормам сброса в природную среду или, при необходимости, требованиям для возврата в технологический процесс.

Последний случай, в частности, наблюдается на медных, никелевых и урановых рудниках.

В каждой конкретной ситуации следует определить оптимальные условия обработки воды (величину pH и условия осаждения), в особенности если речь идет о специфических загрязнениях окружающей среды (мышьяком, сурьмой, селеном ит. п.) или об особо жестких нормативных требованиях по содержанию металлов в сбросах или по их радиоактивности.

В ряде случаев (США) удавалось удовлетворить исключительно жесткие требования на содержание металлов: от 1 до 20 мкг/л по Си, Zn, Pb (и даже до 1-20 нг/л по таким токсичным металлам, как Нд или Ад), что позволило сбрасывать очищенную воду в реки и озера, имеющие рекреационный статус.

Иногда могут возникать проблемы, связанные с ХПК сточных вод, которая об-условлена различными реагентами, используемыми в производственном процессе и способными выполнять роль ингибиторов осаждения и/или флокуляции.
В большинстве случаев кислотность сточных вод связана с присутствием серной кислоты, что вызывает необходимость осаждения гипса. Добавление значительных количеств требующейся для этого извести увеличивает величину pH раствора до значений, превышающих 10, что позволяет осуществить сопутствующее удаление таких тяжелых металлов, как Мп, U и Ra.

К особо сложным ситуациям можно отнести, например, одновременное присутствие значительных количеств марганца, требующего для своего окисления и осаждения повышенных значений pH, и таких амфотерных металлов, как алюминий, который нерастворим при нейтральных значениях pH и переходит в раствор при значениях pH, оптимальных для удаления марганца. Все сказанное проиллюстрировано на графике нарис. 52, из которого видно, что даже в присутствии железа для эффективного удаления марганца требуется pH > 9, тогда как алюминий следует удалять при pH < 7,5. Для удовлетворения этих требований необходимо двухступенчатое осветление, как, например, на очистных сооружениях «Pinal Creek», где весьма удовлетворительные результаты получены при использовании двух установок Densadeg (одной при pH = 6,5, а второй при pH = 9,2), за которыми следуют фильтры Greenleaf.

Контроль шахт после их вывода из эксплуатации

После истощения запасов добываемых руд или снижения рентабельности эксплуатации шахты закрывают, оставляя покинутые рудничные территории, представляющие определенную опасность для окружающей среды (загрязнение воды, опасность смещения горных пород и грунта, выделение рудничных газов).

Заброшенные шахты, из которых не откачиваются шахтные воды, постепенно заполняются инфильтрационной водой и грунтовыми водами, содержащими различные металлы. Вышедшая из шахты вода, попадая в водоносные слои и поверхностные воды, загрязняет их вынесенными примесями. Типичным источником подобных загрязнений являются сульфидные руды металлов (Fe, Pb, Zn и т. д.). Дело в том, что постепенно под действием бактерий эти руды окисляются с образованием серной кислоты, переводящей соответствующие металлы в растворимое состояние.

В таких случаях приходится очищать воду из загрязненных источников в целях удаления кислоты и металлов (проблема аналогична той, которая решается при об¬работке кислотных шахтных вод).

Компания «Дегремон» разработала технологическую линию для обработки сточных вод, образующихся на выведенной из эксплуатации шахте, в которой добывались руды Pb, Zn и Ад.

Эта линия включала:

• окисление кислородом воздуха двухвалентного железа в трехвалентное;
• нейтрализацию и осаждение гидроксидов металлов;
• отстаивание;
• заключительное фильтрование для удаления следов ВВ (гидроксидов металлов).

Проектом было предусмотрено осуществление этой обработки в течение 20 лет, после чего в результате постепенного уменьшения содержания металлов в сточных водах они по своему составу могли бы стать совместимыми с природной средой.

В проект не было заложено применение установки Densadeg на этапе отстаивания, поскольку в момент разработки проекта расход шахтных вод был относительно мал (100м3/ч), тем не менее по остальным показателям это было бы наилучшим техническим решением.