Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт охраны окружающей природной среды в угольной промышленности (ВН И ИОСуголь)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по подготовке исходных данных для проектирования очистных сооружений шахтных вод

Москва — 1979

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт охраны окружающей природной среды в угольной промышленности (ВНИИОСуголь)

СОГЛАСОВАНО    УТВЕРЖДАЮ

Начальник Всесоюзного    Начальник Управления

объединения "Союзиахтопроект"    охраны природы

В. '^.Крылов "20 " ноября 1978 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по подготовке исходных данных для проектирования очистных сооружений шахтных вод

Москва, 1979

- 10 -

Концентрация взвешенных веществ в воде должна находиться Ы8 уровне, близком к максимальной концентрации для данной шахты. Вода перемешивается при одновременном отборе пробы исходной воды для определения концентрации взвешенных веществ весовым методом. В оирокогорлом сосуде перемешивание производится мешалкой (рис.2.3), в узкогорлом (канистре) - многократным (не менее 5-6 раз) его переворачиванием. Через определенные промежутки времени, зависящие от скорости осветления воды, отбираются разовые пробы с помощью сифона. Частота отбора проб должна уменьшаться с течением времени. Начальные промежутки времени должны быть тем меньше, чем быстрее осветляется вода. Проба отбирается из верхнего слоя воды высотой до 5 см. Объем каждой пробы должен быть достаточным для четырехкратного определения концентрации взвешенных веществ весовым методом и для двухкратного измерения с помощью фотоэлектрического прибора.

Одновременно с весовым анализом производится измерение светопоглоцащей способности воды с помощью фотоэлектрического прибора. При этом необходимо пользоваться в каждом конкретном случае соответствующей инструкцией, прилагаемой к прибору. Время нахождения воды в кювете прибора (время измерения) должно быть минимальным во избежание оседания взвеси. По данным анализа составляется табл.2.1.

Таблица 2.1

* разовой Время с на- Данные весового анали- Показание при-пробы чала опыта, за (концентрация взве- бора (фототок мин.    шенных веществ), мг/л или оптическая

плотность)

- II -

Опыт продолжается до ^г,ех пор, пока концентрация взвешенных веществ в воде не снизится до 2-IO мг/л.

Общее число разовых проб должно быть не ыенее восьми. После заполнения таблицы строится градуировочная кривая. По оси абсцисс откладываются средние значения концентрации взвешенных веществ по данным весового анализа, а по оси ординат - показания прибора (рис.?.4).

Полученную кривую используют для определения концентрации взвеси по показаниям фотоэлектрического прибора.

Получение различных концентраций взвеси путем разбавления для построения градуировочной кривой недопустимо.

нис.2.4. Градуировочная кривая для определения концентрации взвешенных веществ (образец').

2.3. Построение градуировочных кривых

при отстаивании с реагентной обработкой

Отличие от предыдущей методики состоит в том, что в исходную воду, предназначенную для отбора разовых проб, вводится реагент в оптимальной дозе, и вода перемешивается.

Тип и доза реагента выбивается на основании предварительно проведенного исследовании по выбору типа и дозы реагента.

Отбор разовых проб воды следует производить осторожно, так как образовавшиеся в процессе коагуляции (флокуляции) хлопья могут разбиваться при отборе сифоном и при встряхивании воды перед заливкой ее в кювету фотоэлектрического прибора.

- 12 -

2.4.    Построение градуировочных кривых при фильтровании

При строгом подходе градуировочные кривые для определения концентрации взвешенных веществ при фильтровании шахтных вод должны строиться на основании данных весового анализа взвешенных веществ и показаний фотоэлектрического прибора для проб, взятых непосредственно из пробоотборников фильтровальной колонки. Однако такой метод весьма сложен и трудоемок. С некоторой ошибкой можно принять, что дисперсный состав взвеси, прошедшей через слои фильтрующей загрузки, изменяется примерно так же, как и при отстаивании. В том и другом случае происходит уменьшение доли крупных фракций и относительное увеличение доли мелких фракций. Поэтому без больших погрешностей для исследований процесса фильтрования можно пользоваться градуировочными кривыми, полученными при отстаивании взвеси.

2.5.    Минимальный объем исследований

Концентрация взвешенных веществ в исходной шахтной воде определяется по средним пробам, отбираемым за период непрерывной работы насосов водоотлива. Количество определений для одного водоотлива должно быть не менее трех с промежутком между отборами средних проб не менее суток. Средняя проба составляется из равных по объему разовых проб. Число разовых проб для составления средней пробы должно быть не менее трех. Отбор разовых проб должен производиться через одинаковые промежутки времени в различные периоды работы насосов водоотлива (в начале, в середине и в конце откачки).

В случае получения резко различающихся результатов опыты повторяются в том же объеме.

3. ВЫБОР ТИПА И ОПТИМАЛЬНЫХ ДОЗ РЕАГЕНТОВ

3.1.    Применяемые реагенты

Подбор наиболее эффективных для данной шахтной воды реагентов производится методом пробного коагулирования (фло-кулирования). Рекомендуются для исследования следующие коагулянты: сернокислый алюминий, сернокислое железо, хлорное железо, известь и фдокуляяты: полиакриламид (ПАА), полиэтиленнмин (ПЭИ), ВА-2, ВА-3.

3.2.    Приготовление растворов реагентов

Наиболее удобной для применения следует считать концентрацию реагентов: 1% раствор для коагулянтов и 0,1% раствор для флокулянтов в пересчете на чистый безводный продукт.

Для приготовления растворов реагентов должны использоваться технические реагенты с известным процентным содержанием чистого безводного продукта. Применение химически чистых реагентов нежелательно, так как условия коагулирования в этом случав не будут соответствовать условиям коагулирования в промышленных условиях иэ-за отсутствия побочных примесей, содержащихся в техническом реагенте.

Расчет навески технического реагента для приготовления растворов производится по приближенной формуле:

где а - заданная концентрация реагента, %;

V - необходимый (заданный) объем приготавливаемого раствора реагента, мл;

6 - содержание чистого безводного продукта в техническом продукте, %.

- I* -

3.3. Выбор типа реагента

В несколько лабораторных мерных цилиндров емкостью I л последовательно наливают исследуемую воду до верхней метки. Число цилиндров равно числу исследуемых реагентов и их сочетаний (совместное применение коагулянтов и флокулянтов) плюс один контрольный цилиндр. При отсутствии литровых цилиндров можно использовать цилиндры емкостью 0,3 л. Затем в каждый цилиндр, кроме первого (контрольного), вводят соответствующий испытуемый реагент. Доза реагентов зависит от концентрации взвешенных веществ, химического состава воды и других факторов и принимается для коагулянтов в пределах 50-200 мг/л, а для флокулянтов - 1,0-5,0 мг/л. При совместном применении коагулянтов и флокулянтов доза коагулянта принимается в пределах 20-100 мг/л, доза флокулянта -О,5-2,0 мг/л.

Объем вводимого в цилиндр раствора реагента рассчитывается по формуле:

где d - заданная доза реагента, мг/л;

V - объем воды в цилиндре, л; б - концентрация раствора реагента, %.

После введения реагентов производится перемешивание десятикратным опрокидыванием закрытых пробками цилиндров. Перемешивание можно производить мешалкой, изготовленной, как показано на рис.2.3.

После 60-минутного отстаивания из каждого цилиндра сифоном с глубины, на 5 см превышающей верхнюю границу осадка, отбирается проба воды, в которой с помощью прибора определяется концентрация взвешенных веществ. При необходимости концентрация взвешенных веществ в пробах воды контролируется весовым методом. В отдельных случаях время отстаивания (60 мин.) может быть увеличено до 120 мин. в зависимости от интенсивности воздействия реагентов. Данные замеров заносятся в табл.3.1.

Таблица 3,1

№    Наименование Доза ре- Показание Концентрация

цилиндра    реагента    агента,    прибора    взвешенных

мг/л    веществ,

мг/л

I    без    реагента    О

?

3

И т.д.

По таблице выбирается тип реагента, дающий наибольший эффект осветления, для последующего проведения количественных исследований по выбору оптимальной дозы. Если отличия в действии реагентов невелики, то оптимальные дозы определяются впоследствии для всех реагентов.

Число опытов по выбору типа реагента должно быть не менее двух. Не следует использовать для обоих опытов воду одной и той хе пробы.

ЗЛ. Выбор оптимальных доз реагентов

В 6-10 лабораторных цилиндров заливается до верхней метки исследуемая вода с предварительным определением исходной концентрации взвешенных веществ. В каждый цилиндр, кроме первого, вводится одна из испытуемых доз реагента, выбранного при пробном коагулировании. Дозы испытуемых реагентов составляют для коагулянтов 10-200 мг/л, для флокулянтов 0,1-5,0 мг/л.

При совместном применении коагулянтов и флокулянтов дозы коагулянта принимаются в пределах 10-100, а дозы флокулянта О,1-2,0 мг/л. После ввода реагента вода перемешивается.

Через 60 мин. отстаивания из каждого цилиндра с глубины 5 см над уровнем осадка отбирается проба воды и с помощью прибора определяется концентрация взвешенных веществ. При необходимости концентрация взвешенных веществ в пробах воды может определяться параллельно весовым методом. В случае низкой интенсивности процесса коагуляции продолжительность отстаивания может быть увеличена до 120 мин. Перед отбором пробы в

Методические указания содержат перечень необходимых исходных данных для выбора технологических схем счистки вахтных вод от взвеоенных веществ и их обеззараживания, методики технологических анализов шахтных вод и осадка, схемы экспериментальных установок, перечень используемого оборудования, приборов и материалов.

Методические указания разработаны с учетом действующих в стране нормативных документов. В основу их положены методики технологических анализов, разработанные для природных и сточных вод ВНИИ ВСДГЕО, Институтом коммунального водоснабжения и очистки воды АКХ им.К.Д.Памфилова и другими научно-исследовательскими институтами и организациями.

Методические указания предназначены для использования отраслевыми научно-исследовательскими институтами и санитарно-профилактическими лабораториями производственных объединений в качестве методического пособия при подготовке исходных данных для проектирования очистных сооружений шахтных вод.

Методические указания разработаны сотрудниками Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института охраны окружающей природной среды в угольной промышленности (ВНИИОСуголь) Хариоыовским А.А. (руководитель), Золотухиным И.А., Васевым В.А., Васевой В.Н., Сукрушевой Т.А.

_ 7 —

В 3 К Д E II И ь

Шахтные воды содепжат различного рода загрязнения и подвергаются очистке перед использованием в производственном водоснабжении и сбросом в водоемы. Основными видами загрязнении, по которым ограничивается использование и сброс пахт-ных вод в водоемы, являются взвешенные вещества и бактериальные примеси► Для очистки от взвешенных веществ и обеззараживания шахтных вод в зависимости от их состава и свойств разработаны и применяются на практике различные способы и устройства [IJ . Выбор рациональной технологической схемы очистки для конкретного предприятия возможен только на основании достаточно полных и надежных исходных данных, для подготовки которых необходимо проведение технологических анализов шахтных вод и образующегося в процессе их очистки осадка.

Необходимость разработки настоящих методических указаний вызвана тем, что действующая "Временная методика определения исходных данных о грубодиспорсных примесях в сточных водах предприятий угольной промышленности" [2] не охватывает весь перечень необходимых для проектирования исходных данных. Некоторые положения этой методики, как показал опыт ее практического использования, устарели и подлежат уточнению.

Методические указания разработаны с учетом новых методик по анализу природных и сточных вод [3, 4-] и результатов исследований технологических свойств шахтных вод, проведенных институтом ВНИИОСуголь на шахтах Кузнецкого, Донецкого, Подмосковного, Канско-Ачинекого и Минусинского угольных бассейнов в 1973-1978 г. В ней учтены замечания и предложения, содержащиеся в ot™*ov страховых научно-исследовательских и проектных институтов на 1-ю редакции.

Методические указания необходимо использовать совместно с действующим "Руководством по анализу шахтных вод" [3] . Технологические анализы должны выполняться персоналом, знакомым со стандартными методами физико-химических анализов.

Методические указания не распространяются на шахтные воды, нуждающиеся в специальной очистке (нейтрализации, опреснении, удалении фенолов, микроэлементов и т.д.).

С введением в действие настоящих методических указаний утрачивает силу "Временная методика определения исходных данных о грубодисперсннх примесях в сточных водах предприятий угольной промышленности" (М., 1971).

I. ОБЪЕМ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Для обоснованного выбора технологической схемы очистки от взвепенных веществ и обеззараживания пахтных вод и разработки технологической части проекта очистных сооружений необходимы следующие исходные данные.

1.    Объем шахтных вод и производственных сточных вод, очищаемых совместно.

2.    Режим (суточный график) откачки шахтных вод и поступления производственных сточных вод.

3.    Физико-химический состав шахтных вод и производственных сточных вод.

4.    Перечень потребителей неочищенной и очищенной воды, объем и суточный график водопотребления, требования потребителей к качеству воды.

5.    Требования органов охраны водных ресурсов в качеству шахтных вод* подлежащих сбросу в водоемы.

6.    Результаты технологических анализов шахтных вод:

-    кинетика оседания взвешенных веществ;

-    тип и оптимальная доза реагентов;

-    фильтровальные характеристики шахтных вод;

-    параметры осадка, образующегося при очистке;

-    доза хлора для обеззараживания.

- 5 -

?. Наличие свободной территория для размещения очистных сооружений.

Данные об объеме шахтных и прбизводственных сточных вод действующих шахт должны учитывать перспективы изменения их в результате расширения предприятия, совершенствования технологии, улучшения условий и безопасности работ, освоения новых участков и вскрытия новых горизонтов. Должны быть известны также пределы и длительность сезонных колебаний притоков шахтных вод.

Графив работы насосной станции главного водоотлива должен предусматривать минимально возможную длительность перерывов в рабств насосных агрегатов и равномерное распределение перерывов в течение суток с целью сокращения объема усреднителя.

Физико-химический состав шахтных вод контролируется периодически санитарно-профилактическими лабораториями, находящимися в ведении производственных объединений. Результаты анализов собираются по возможности за длительный период.

При отсутствии таких данных выполнение физико-химических анализов производится при проведении работ по подготовке исходных данных. Методика выполнения анализов изложена в руководстве [3] . Определению подлежат следующие показатели.

Взвешенные вещества, мг/л Кальций, мг/л

Нефтепродукты, мг/л PH

Жесткость, мг-экв/л: общая,карбонатная Щелочность, мг-экв/л: общая, би карбонатная Сухой остаток, мг/л Хлориды, мг/л Сульфаты, мг/л

Результаты физико-химических анализов служат основанием для установления в соответствии с "Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами" перечня показателей, по которым необходима очистка шахтных вод, и в соответствии с СНвП-28-73 степени агрессивности воды по отношению к бетону и железобетону.

- 6 -

Данные о содержант взвешенных веществ основываются на результатах определении, произведенных в предыдущие годы, и анализов ежемесячных проб, отбираемых в течение года* предшествующего сроку выдачи задания на проектирование.

Проекты очистных сооружение должны предусматривать экономически целесообразные объемы использования неочищенных и очищенных шахтных вод на производственные нужды шахты в соседних предприятий с целью сокращения расхода питьевой и технической воды, уменьшения сброса в водоемы и возмещения части затрат на очистку шахтных вод за счет экономии питьевой и технической воды.

Основными потребителями шахтных вод являются обогатительные фабрики и установки с мокрым обогащением угля, профилактическое заиливание, тушение породных отвалов, гндрозакладна, гидротранспорт, пылеподавленве, котельные, стационарные компрессорные к дегазационные установки, кондиционера. Необходимость и степень очистки шахтных вод для использования в производственном водоснабжении определяются требованиям! потребителей к качеству воды.

Требования в качеству сбрасываемых в водоемы шахтных вод определяются проектами комплексного использования водоемов-приемников, а при их отсутствии - расчетам! равбавлеиия, выполняемыми проектными организациями о учетом перспективы развития народного хозяйства в этом районе.

Технологические анализы шахтных вод должны выполняться санитарно-профилактичвскимв лабораториями производственных объединений. Лоза хлора для обеааарахлванин определяется местной СЭС по общепринятой методике.

Отбор проб шахтных вод для технологических анализов производится, как правило, иэ трубопровода главного водоотлква на поверхности вахты идя из водоподводящих летков на входе в очистные сооружения. При этом должны отсутствовать условия для осаждения взвеси и исключено попадание посторонних загрязнений. Объем пробы должен удовлетворить требованиям применяемой методики анализа. Пробы отбирают в любые чисто вымытые емкости, не подвергающиеся коррозии и предварительно ополоснутые отбираемой шахтной водой. Каждая проба должна иметь этикетку с указанием номера пробы, места и временя отбора.

- 7 -

С целью совращения времена, необходимого для подготовки исходных данных, исследования целесообразно проводить в определенном порядке. До проведения технологических анализов собираются все имеющиеся на настоящий момент сведения о составе и свойствах шахтных и производственных сточных водах данного предприятия. Это позволит сократить объем необходимых экспериментальных исследований. Исследования технологических свойств сточных вод и осадка выполняются в следующем порядке:

-    построение градуировочных кривых для определения со-деокания взвешенных веществ в воде с помощью фотоэлектрического прибора;

-    определение концентрации взвешенных веществ в исходной воде;

-    выбор типа и дозы реагента;

-    исследование кинетики оседания взвешенных веществ без применения и с применением реагентов;

-    изучение фильтрационных характеристик воды;

-    исследование свойств осадка.

В каждом конкретном случав в зависимости от местных условий порядок исследования технологических свойств шахтных вод может изменяться.

В связи с тем, что содержание, вещественный и дисперсный состав и свойства взвешенных веществ, а также физико-химический состав шахтных вод изменяются в течение года, выполнение технологических анализов воды и осадка рекомендуется проводить не менее двух раз в наиболее характерные периоды года, т.е. один раз в период нормальных притоков шахтных вод (детом, зимой) и второй раз в период максимальных притоков (весной, осенью). Это позволит получить более надежные исходные данные и избежать ошибок при разработке технологической части проектов очистных сооружений.

Выполнение технологических анализов шахтных вод и осадка, предусмотренных настоящими методическими указаниями, довольно трудоемко, требует значительного времени (1,5-2,0 месяца) и не всегда необходимо в полном объеме. По этим причинам необходимый объем исследований уточняется ь каждом конкретном случае в зависимости от поставленной задачи, местных условий и других факторов.

- 8 -

При подготовке исходных данных для проектирования очист-ных сооружений на ^товоЙ шахте, притоки шахтных вод, их физико-химический состав принимаются по данным гидрогеологической разведки месторождения или шахтного поля. Технологические анализы шахтных вод и осадка производятся на одной из соседних шахт, работающих в аналогичных горногеологических условиях.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ

2.1. Методы определения

Стандартным методом определения концентрации взвешенных веществ в воде является весовой метод. Сущность метода заключается в том, что исследуемую воду фильтруют через мембранный фильтр и после его высушивания и взвешивания определяют массу взвешенных веществ, находящихся в единице объема исследуемой воды. Подробно методика весового определения концентрации взвешенных веществ изложена в руководстве [3] . Установка для фильтрования через мембранные фильтры изображена на рис.2.1.

Рис.2.1. фильтровальная установка для определения содержания взвешенных веществ

I - фильтровальное устройство; 2 - колба Бунзена (емк.1-2 л); 3 - сосуд Вульфа с поглотителем влаги; 4 - вакуумный насос;

5 - вакууметр; 6 - вакуумная трубка; 7 - распределительное устройство.

На практике более удобным, особенно при проведении исследований в условиях тахты, является фотоэлектрический метод определения концентрации взвешенных веществ. Он значительно менее трудоемок, чем весовой метод, и позволяет производить с достаточной точностью большое количество анализов з короткие промежутки времени. Для измерения могут быть использованы различные фотоэлектрические приборы (мутномеры, нефелометры, фотоэлектрические калориметры). Перед проведением замеров прибор необходимо проградуировать в диапазоне, охватывающем все возможные в последующих экспериментах значения концентрации взвеси.

2.2. Построение градуировочных кривых при безреагентном отстаивании

Построение градуировочных кривых является важным этапом в ппоцессе использования фотоэлектрических приборов, так как от качества полученных кривых зависит достоверность результатов всех последующих анализов.

Построение градуировочной кривой для определения концентрации взвешенных веществ при безреагентном отстаивании производится следующим образом. Шахтной водой, подлежащей исследованию, заполняется сосуд объемом 10-20 л (рис.2.2).

Рис.2.2. Отбор проб с помощью сифона:

1    - емкость для исходной воды;

2    - мешалка; 3 - сифон.