Системы замкнутого водооборота горно-металлургических предприятий

Развитие систем развитого водооборота связано, с одной стороны, с ужесточением требований к составу вод, сбрасываемых в объекты природопользования, и, с другой стороны, с оскудеванием природных источников, используемых для водоснабжения промышленных предприятий.
Стоки горных и металлургических предприятий характеризуются прежде всего повышенным содержанием цветных и редких металлов и относительно небольшим содержанием поверхностно-активных веществ. Однако общее солесодержание может значительно отличаться и составлять от 0,01-0,1 г-экв/л (хвосты гравитационного обогащения, рудничные воды) до 1-10 г-экв/л (сливы сгустителей, стоки электролизных ванн, чанов выщелачивания и т.д. Задачей процессов водоочистки при организации замкнутых схем водооборота является поддержание такого ионно-молекулярного и дисперсионного состава оборотных вод, при котором не происходит ухудшение технологического процесса и снижение технико-экономических показателей обогащения.
В первую очередь частичный или полный водооборот получил распространение на углеобогатительных и рудообогатительных фабриках, расположенных в местностях с недостатком водных ресурсов (обогатительные фабрики Средней Азии, Казахстана) или с высокой концентрацией иных объектов водопользования (обогатительные фабрики Украины, Черноземья, Урала). В настоящее время практически все обогатительные фабрики используют лишь частичный водооборот (от 5 до 85 %), что обусловлено необходимостью использования чистой воды в отдельных операциях технологической процесса (измельчение руды, приготовление реагентов), а также невосполнимыми потерями вследствие дренирования и высыхания воды из хвостохранилищ и очистных сооружений.
Переход на полный водооборот или сокращение расхода чистой воды при частичном водообороте требует разработки эффективных методов кондиционирования оборотных вод с целью придания им свойств, не оказывающих отрицательного влияния на ход технологического процесса. С другой стороны, важным направлением исследовательских и проектных работ является разработка эффективной схемы водооборота.
Схема поциклового водооборота предполагает возврат очищенных стоков в тот же передел, отходом которого они являлись. Преимущества поциклового водооборота заключаются в возможности повторного использования полезных компонентов (как перерабатываемого сырья, так и используемых реагентов) и ограниченности параметров оборотной воды, требующих корректировки. Недостатки - быстрое накопление индифферентных к очистке примесей, нестабильность схемы при наличии резких колебаний технологического процесса.
Схема поцехового водооборота предусматривает объединение стоков нескольких переделов и их переработку по одной схеме. Предполагается, что объединяемые продукты близки по своему составу, а очищенная оборотная вода пригодна для использования во всех переделах. Преимущества поцехового водооборота заключаются в его большей устойчивости и возможности использования более производительного оборудования. Недостатки - усреднение концентрации примесей и сокращение возможностей повторного использования содержащихся в стоках реагентов.
Весьма часто используется схема общего водооборота, при котором в очистные сооружения направляются отходы как смежных, так и не связанных между собой производств. Положительные стороны такой схемы - значительное снижение общего и частного соленакопления, применение синнергических процессов взаимоочистки, возможность использования высокопроизводительного оборудования. Основные недостатки - усложнение ионно-молекулярного состава и снижение концентраций отдельных компонентов.
Наиболее перспективными являются схемы общего водооборота со ступенчатой водоочисткой, построение которых предусматривает организацию ступеней очистки стоков после отдельных циклов и переделов, объединение частично очищенных сливов для совместной очистки и доочистку отдельных потоков общего слива в соответствии с требованиями технологического процесса, куда каждый поток направляется.
Рассмотренные схемы применяют для производств, характеризующихся значительным количеством различных переделов и находящихся вблизи предприятий аналогичного или иного профиля.
Ступенчатая водоочистка обеспечивает возможность эффективной утилизации извлекаемых ценных компонентов путем их направления в предшествующие технологические операции или переработки в отдельном цикле. Объединение частично очищенных стоков позволяет использовать эффекты взаимоочистки и резко снижает эффект соленакопления, наблюдаемый при поцикловом и поцеховом водооборотах.
Главными направлениями исследований при разработке замкнутых схем водооборота являются:
- разработка системы критериев к технологической воде после ее кондиционирования;
- оценка предельного соленакопления при замыкании схемы водооборота;
- поиск оптимальной структуры водооборота и водосброса.
Актуальным направлением исследований систем водооборота является изучение процессов сорбции и фильтрации компонентов сточных вод грунтами, находящимися в основании отстойников, шламонакопителей и хвостохранилищ и существенно определяющих состав дренажных вод вблизи вышеперечисленных гидротехнических сооружений.
Подлежащие очистке природные и сточные воды часто содержат в значительных количествах ценные компоненты. Это, в первую очередь, медь, цинк, свинец, золото, серебро, хром, никель, железо, уран, литий, бериллий, другие металлы; неорганические соединения, содержащие фосфор, бор и серу. Являясь вредными примесями в очищаемой воде, эти компоненты одновременно являются и ценное сырье для металлургической и химической промышленности. Современное состояние науки и техники позволяет проводить эффективную очистку сточных вод и утилизацию содержащихся в ней ценных компонентов. В ряде случаев стоимость утилизуемых сточных и природных вод полезных компонентов настолько велика, что позволяет полностью окупить затраты на водоочистку.
Главными направлениями в развитии методов извлечения полезных компонентов из сточных и природных вод являются:
- разработка научных основ технологии селективного извлечения ценных компонентов из сточных и природных вод с применением сорбционных, химических, электрохимических и мембранных методов;
- переход на безреагентные методы извлечения ценных компонентов или методы, сопровождающиеся минимальным насыщением очищенной воды солями (электрохимические, мембранные, флотационные);
- использование современных методов обогащения и гидрометаллургии (полиградиентная магнитная сепарация, ионная флотация, селективная флокуляция, баромембранная очистка, электрофорез) для эффективного извлечения ценных компонентов из очищаемых или перерабатываемых вод;
- разработка комбинированных процессов (сорбция - электродиализ, сорбция - флотация, сорбция - электролиз), позволяющих достичь высокой степени очистки воды при практически полной утилизации ценных компонентов;
- использование новых физических, физико-химических и биологических процессов для интенсификации выделения ценных компонентов (лучевая и волновая обработка, катализ, био- и фитосинтез);
- разработка технологически обоснованных систем критериев к оборотным водам в схемах замкнутого водоиспользования отдельного или нескольких предприятий;
- разработка многоступенчатых схем водооборота с индивидуальной очисткой стоков и адресным кондиционированием оборотной воды.

---