Проблематика шахтных вод. Как известно, при добыче рудных полезных ископаемых извлекается из недр огромное количество рудной массы, которая затем транспортируется на перерабатывающее предприятие, где подвергается длительному и сложному процессу переработки, включающему, как правило, измельчение и обработку руды различными химическими реагентами с большим количеством воды. В результате происходит значительное накопление экскавированного осадка. Измельченные рудные отходы депонируются в хвостохранилищах – громадных бассейнах или прудах с илом (илоотстойниках). Под хвостохранилища изымаются из оборота большие площади земельных и водных ресурсов, при загрязнении которых металлами и другими веществами может быть нанесен значительный вред окружающей среде.
Помимо образующихся хвостов обогащения серьезной проблемой для горнодобывающих предприятий являются шахтные воды, оказывающие отрицательное влияние на технику и технологию горных работ и ухудшающие качество добываемого рудного материала. К собственно шахтным водам относятся воды, проникающие в выработанное пространство за счет дренирования толщи породы во время добычи полезных ископаемых. Приток воды в выработанное пространство определяется, в первую очередь, геологическими и климатическими условиями, а также свойствами и распределением поверхностных водных потоков, так как именно они и атмосферные осадки являются основными источниками образования шахтных вод. Как правило, шахтные воды характеризуются механическим, химическим, бактериальным загрязнением, a в глубоких шахтах – также и высокой минерализацией (иногда более 70 г/л). Шахтные воды, поступающие при вскрытии сульфидных рудных тел, часто являются кислыми (pH<2), отличаются высоким содержанием сульфат-иона (в том числе свободной серной кислоты), железа, алюминия и других металлов. Под действием таких шахтных вод интенсивно корродируют водоотливные установки. В связи с этим на шахтах применяются различные меры по предотвращению формирования кислых шахтных вод.
Дo отвода в поверхностные водотоки и водоемы шахтные воды должны проходить очистку: воды c повышенным содержанием механических примесей отстаиваются в прудах-накопителях; кислые воды подвергаются нейтрализации, в результате которой образуются шламовые воды, состоящие в основном из гипса (в случае нейтрализации известковым молоком) и гидроокисей различных металлов. Сброс таких вод невозможен ввиду высокого содержания присутствующих в них взвешенных веществ. Больше всего с проблемой шахтных вод сталкиваются горно-обогатительные комбинаты (ГОКи). Рассмотрим как эта проблема решается на Учалинском ГОКе.
Учалинский ГОК (предприятие сырьевого комплекса Уральской ГМК, расположенное в Республике Башкортостан) ведет отработку сульфидных медно-цинковых руд открытым и подземным способами, производит более 65 % цинкового концентрата в России.
Попытка строительства классической станции нейтрализации шахтных и подотвальных вод на промплощадке Учалинского комбината в начале 90-х годов прошлого века была пресечена на стадии экологической экспертизы проекта. Основание – недостижение нормативов допустимого сброса (на уровне ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения) по всем ингредиентам, а также необходимость отведения большого по площади нового земельного участка под шламоотстойный пруд.
Практически 10 лет понадобилось после этого комбинату, чтобы согласовать с контролирующими органами и приступить к осуществлению программы поэтапной реализации мероприятий по достижению нормативов предельно допустимых сбросов для Учалинской промплощадки. На первом этапе комбинат получил согласование строительства первой очереди очистных сооружений – узла нейтрализации шахтных и подотвальных вод без прудового хозяйства. Для усреднения водных потоков были построены два бетонных резервуара, а для осветления очищенной воды в здании очистных сооружений – 16 вертикальных бетонных отстойников. Очистные сооружения возведены на территории существующей промплощадки на месте демонтированного кирпичного завода, благодаря чему земельный отвод комбината не увеличился.
Казалось, что проектировщик предусмотрел все, и проект получил положительное заключение государственной экологической экспертизы, но по завершении строительства (капитальные вложения свыше 330 млн руб.), уже на стадии пуско-наладочных работ выяснилось следующее:
- классические вертикальные отстойники (не занята земля под шламоотстойный пруд) с применением проектного флокулянта не могут обеспечить нормативную степень осветления нейтрализованной воды, и шламы гидроксидов металлов выносятся со сточными водами в водоем (персоналом очистных сооружений было испытано в лабораторных условиях несколько десятков дорогостоящих импортных флокулянтов; в результате фактически применяемый флокулянт оказался значительно дороже проектного, а фактическая производительность очистных составила 70 % проектной);
- происходит интенсивное «зарастание» гипсовыми отложениями многочисленных трубопроводов как внутри очистных сооружений, так и отводящих коллекторов (очищенные воды и шламы), что не только снижает производительность очистных сооружений, но и требует значительных материальных и финансовых ресурсов на очистку трубопроводов;
- не достигается заложенная в проекте степень очистки по марганцу и сульфатам.
В то же время обозначились проблемы развития очистных сооружений: образование гипсового и шламового налета в технологических трубопроводах; заиливание вертикальных отстойников, образование гипсового налета в водосборных лотках; зависимость технологического процесса очистки промышленных сточных вод от климатических условий; плохое намывание пляжей при сбросе шлама в хвостохранилище; снижение производительности очистных сооружений до 8,5 тыс. м3/сут.
Для обеспечения эффективной работы очистных сооружений в период 2007–2008 гг. были изменены точки ввода реагентов в технологический процесс очистки шахтных и подотвальных вод; проведена большая лабораторная работа по подбору флокулянта, необходимого в процессе осветления нейтрализованных промышленных сточных вод; практическим путем определены пропорции смешивания (усреднения) шахтных и подотвальных вод. В 2009 г. были модернизированы технологические трубопроводы для очистки от гипсового и карбонатного налета; в 2010 г. заменены трубопроводы стального исполнения на полиэтиленовые «Прагма»; в 2012 г., с целью снижения концентрации загрязняющих веществ в особенно неблагоприятные периоды года, в районе пруда подовальных вод построена дамба из отходов известняка; в 2013 г. проведены опытно-промышленные испытания и внедрен в эксплуатацию ингибитор для предотвращения образования солей жесткости на внутренней поверхности технологического оборудования и трубопроводов. В 2014–2015 гг. был спроектирован и введен в режиме пусконаладочных работ узел обезвоживания осадка (один из этапов внедрения 2-й очереди очистных сооружений), что позволило снизить как объем отходов, поступающих на утилизацию, и в среднем в 4–8 раз – затраты на их утилизацию, так и избежать выноса шламов гидроксидов металлов и взвешенных веществ в водоем. Затраты составили 7505 тыс. руб.
Ранее с добавлением шлама ОСПСВ в хвостовую пульпу проводили намыв пляжей, однако по решению протокола от 23–24 января 2008 г. было принято решение по организации транспортирования хвостовой пульпы без шлама. В связи с этим ввод в эксплуатацию узла обезвоживания явился решением проблемы утилизации осадка.
Несколько лет назад на предприятии началось строительство 2-й очереди очистных сооружений промышленных сточных вод. Целью строительства, по словам главного эколога АО «Учалинский ГОК» Олега Данилова, является «доведение до нормативов рыбхоза концентрации загрязняющих ингредиентов, содержащихся в осветленной воде». Работы ведутся в рамках Плана по снижению сбросов загрязняющих веществ, согласованного с Управлением Росприроднадзора по Республике Башкортостан.
Сотрудничество с Flottweg. Взаимодействие компании Flottweg с Учалинским ГОКом началось в 2013 г. В этот период из шахты и карьера приходилось откачивать 10000 м3/сут шахтных вод, а также до 5000 м3/сут подотвальных вод, характеризующихся рН 3–3,5, которые после нейтрализации, отстаивания и дополнительной очистки могли использоваться повторно при обогащении руд. Однако образующийся в количестве 1500–1800 м3/сут осадок не мог быть утилизирован. Таким образом, задача заключалась в предотвращении сброса осадков шахтных и подотвальных вод и получении дополнительных объемов операционной воды. После проведения разносторонних испытаний инженеры комбината констатировали высокие результаты, и руководство шахты приняло решение об установке оборудования Flottweg (Германия).
Строительство 2-й очереди очистных сооружений началось с установки на станции нейтрализации узла обезвоживания осадка: двух декантеров (сепараторов) Flottweg C7E-4/454 HTS, в которых происходит разделение нейтрализованных промышленных стоков на осветленную часть и обезвоженный осадок. Вместе с тем современные технологии, предлагаемые, в частности, компанией Flottweg, позволяют разделять получаемые шламовые воды на твердую и жидкую фазы.
Рассмотрим принцип функционирования декантера.
Подача. Через расположенную в центре подводящую трубу 1 продукт направляется в приемную камеру 2 шнека, а оттуда после бережного предварительного ускорения попадает через распределительные отверстия в барабан 3.
Барабан 3 декантера имеет цилиндрическо-коническую форму. Он вращается с числом оборотов, соответствующим определенной функциональной задаче. В барабане продукт достигает полной окружной скорости и прилегает в виде цилиндрического кольца к поверхности барабана. Содержащиеся в продукте твердые вещества под воздействием центробежной силы оседают на внутренней поверхности 4 барабана. Длину цилиндрической части барабана и угол конуса конической части барабана можно изменять при производстве центрифуги в соответствии с определенной задачей разделения.
Шнек 5 декантера вращается с другим, чем у барабана, числом оборотов и подает осажденные твердые вещества в направлении задней конической части барабана. Разность чисел оборотов определяет время нахождения твердых веществ в барабане, которое среди прочего имеет решающее значение для достижения оптимального содержания сухого вещества и может регулироваться за счет изменения числа оборотов шнека. Путем замены шнека или несложного переоборудования декантеры Flottweg можно дополнительно адаптировать к изменению требований к разделяемому продукту. Благодаря этом всегда имеется возможность выбора между шнеками с различными ходами или однозаходными и многозаходными шнеками.
Выгрузка твердого вещества с требуемым содержанием сухого вещества осуществляется через выходные отверстия, расположенные в конической части барабана, в камеру для твердых веществ, в направлении вниз (6).
Затворное устройство (опция). Осветленная жидкость поступает в цилиндрическую часть барабана и вытекает через отверстия в крышке 7 барабана. В этих отверстиях находятся точно настраиваемые переливные перегородки 8, при помощи которых регулируется уровень осветляемой жидкости в барабане. Жидкость собирается в корпусе системы спуска и отводится самотеком.
Регулируемый диск разделения фаз (опция). В качестве альтернативного варианта возможно отведение осветленной жидкости посредством диска разделения фаз 9, или так называемого импеллера (см. рисунок б). С помощью рычага 10 управления импеллером жидкость отводится из барабана, в закрытой системе под давлением. Благодаря этому можно не устанавливать обычно используемый в таких случаях подающий насос. В модифицированном варианте регулируемый диск разделения фаз позволяет плавно регулировать уровень осветляемой жидкости во время работы декантера (11) и тем самым быстро и точно адаптироваться к изменившимся условиям, не выводя центрифугу Flottweg из эксплуатации.
Заключение. Ввод в эксплуатацию декантеров Flottweg позволил снизить в среднем в 4–8 раз как объем утилизируемых отходов, так и затраты на их утилизацию, и одновременно позволил улучшить качество очистки воды от тяжелых металлов.
В настоящее время в эксплуатации находятся две центрифуги С7Е, и ведется монтаж еще одной. Сейчас очистные сооружения принимают 8–10 тыс. м3/сут шахтных и подотвальных вод, а после нейтрализации оборудование Flottweg вырабатывает 50–80 м3/ч осадка, при этом дополнительно извлекается до 1500 м3/сут очищенной воды, пригодной для повторного использования. В результате ввода в эксплуатацию оборудования Flottweg был практически исключен сброс осадка шахтных вод в реку Бюйды.
Таким образом, использование центрифуг Flottweg – эффективный способ обезвоживания осадка подотвальных и шахтных вод, а также хвостов обогащения. Дорогая техническая вода может использоваться в рециклинге практически сразу и, как следствие, подача дополнительной пресной воды сводится к минимуму.
Центрифуги легко управляются и требуют минимальной технической поддержки, что упрощает их использование в самой различной местности и в любое время года.
По сравнению с другими технологиями обезвоживания применение центрифуг Flottweg имеет ряд преимуществ: меньшая площадь для размещения оборудования; закрытая конструкция; увеличение извлечения полезного продукта; большие интервалы между техническим обслуживанием, минимальный простой; не требуются дополнительные расходные материалы и вспомогательные компоненты.
