Řešení důlních odpadních vod: metody čištění, výběr PAM a opětovné použití vody

Žádné dvě důlní lokality neprodukují stejné odpadní vody. Složení vypouštěcího proudu z ložiska měděného porfyru nevypadá jako odpadní voda z uhelné sloje nebo operace loužení zlaté haldy – přesto obě obsahují kontaminanty, které mohou devastovat přijímající vodní toky, pokud se uvolní bez úpravy. Pochopení, odkud voda pochází, je prvním krokem k výběru správného řešení úpravy.

Čtyři hlavní zdroje jsou důlní 1) drenáž z jámy (voda, která se hromadí v otevřených zářezech nebo podzemních dílech), 2) dekantace odkaliště (procesní voda oddělená od drcené rudy po extrakci nerostu), 3) odpadní vody ze zařízení na zpracování nerostů (promývací voda z flotace, loužení a gravitačních okruhů) a 4) odtok dešťové vody, který přichází do styku s odpadní horninou nebo splaveninami. Každý zdroj nese jiný otisk znečišťující látky formovaný mineralogií rud, chemií těžby a místní hydrologií. Systém úpravy navržený pro jeden proud může být zcela špatný pro jiný – což je přesně důvod, proč generické, jednotné přístupy trvale nedosahují v těžebním sektoru nižšího výkonu.

▶ Tři skupiny kontaminantů, které musíte řešit

U všech typů dolů má profil znečišťujících látek tendenci spadat do tří širokých skupin, z nichž každá vyžaduje jinou reakci na ošetření.

• Těžké kovy — arsen, olovo, zinek, kadmium, měď a rtuť jsou běžné v závislosti na typu rudy. Jsou mobilní ve vodě, toxické v nízkých koncentracích a podléhají přísným limitům pro vypouštění prakticky v každé jurisdikci. Srážení při kontrolovaném pH je primárním mechanismem odstraňování, přičemž flokulanty urychlují usazování výsledných vloček hydroxidu kovu;
• Odvodnění kyselých dolů (AMD) — oxidací sulfidických minerálů se uvolňuje kyselina sírová, která snižuje pH na úroveň, která dále rozpouští kovy a ničí vodní ekosystémy. AMD je často určujícím léčebným problémem v dolech na uhlí, měď a polymetalické sulfidy;
• Vysoce suspendované pevné látky a sírany — jemné minerální částice z mletí a tryskání zůstávají suspendovány v procesní vodě, zatímco koncentrace síranů může v proudech zasažených AMD dosáhnout několika tisíc mg/l. Oba parametry řídí objemy kalu a zanášení membrán v následných fázích čištění.

▶ Vlak pro úpravu jádra pro důlní odpadní vody

Efektivní nakládání s důlními odpadními vodami sekvenuje operace s více jednotkami, takže každá etapa vyčistí to, co předchozí nezvládne sama. Níže uvedená tabulka shrnuje standardní sled ošetření a třídu kontaminantů, na které je každá fáze zaměřena.

Separace pevných a kapalných látek je srdcem tohoto vlaku. Efektivní odvodnění v primární fázi přímo snižuje objem a toxicitu toho, co se dostane do každé následné jednotky – snižuje spotřebu chemikálií, míru zanášení membrán a v konečném důsledku i náklady na likvidaci kalu. Podrobný pohled na to, proč je tento krok separace tak důležitý, naleznete v této analýze proč je separace pevných a kapalných látek v odpadovém hospodářství důležitá .

▶ Odvodňování kyselých dolů: Nejtěžší problém k řešení

AMD si získává reputaci jako nejtrvalejší vodní výzva těžařského průmyslu. Když sulfidové minerály, jako je pyrit, oxidují při kontaktu se vzduchem a vodou, vytvářejí kyselinu sírovou - proces, který pokračuje desítky let poté, co se těžba zastaví. Podle Pokyny US EPA k odvodňování opuštěných dolů , tisíce kilometrů toků jen na východě Spojených států jsou postiženy touto formou znečištění.

Aktivní léčba AMD obvykle začíná neutralizací pH pomocí hydratovaného vápna (Ca(OH)₂) nebo vápence, zvýšením pH na rozmezí 8–10, kde se rozpuštěné železo, hliník a většina těžkých kovů vysrážejí jako hydroxidy. Sraženina tvoří jemný kal s nízkou hustotou, který se sám o sobě špatně usazuje – což je místo, kde se polyakrylamidové flokulanty stávají nezbytnými. Přidání aniontového PAM po dávce vápna přemosťuje drobné částice hydroxidu kovu do hustých, rychle se usazujících vloček, což dramaticky zkracuje dobu zdržení čiřiče a zlepšuje kvalitu přetečení. Chcete-li se blíže podívat na chemii za tímto procesem, podívejte se na průvodce odstraňování těžkých kovů z odpadních vod a úloha PAM .

▶ Flokulanty v těžbě: Aniontové vs. Neiontové PAM

Polyakrylamidové flokulanty jsou tahouny při úpravě minerální vody – ale na výběru produktu záleží více, než si většina provozovatelů uvědomuje. Výběr nesprávného typu náplně vytváří slabé vločky citlivé na smyk, které se v čerpadlech a prádelnách rozpadají, posílají jemné pevné látky zpět do přepadu a podkopávají celý separační okruh.

• Aniontový PAM funguje nejlépe v neutrálních až alkalických podmínkách (pH 6,5–10), které pokrývají většinu proudů AMD ošetřených vápnem a obvodů zpracování oxidové rudy. Minerální částice v tomto rozsahu pH typicky nesou čistý negativní povrchový náboj; aniontový polymer je přemosťuje fyzickým propletením řetězců spíše než přitahováním náboje, čímž vytváří velké, robustní vločky vhodné pro zahušťovadla a čističe se šikmými deskami. Aniontové typy také zvládají proudy s vysokým zákalem – běžné u vody z odkališť – aniž by se znovu stabilizovaly při typických rychlostech dávkování;
• Neionogenní PAM je preferovanou volbou pro kyselou procesní vodu (pH pod 5), kde je hustota aniontového náboje potlačena a přemostění založené na náboji se stává neúčinným. Vybírá se také pro suspenze se zvýšenými koncentracemi vápenatých nebo hořečnatých iontů, kde dvojmocné kationty mohou interferovat s výkonem aniontového flokulantu. Úpravny uhlí a určité flotační okruhy základních kovů často z tohoto důvodu vyžadují neiontové třídy.

Podrobné srovnání obou typů nábojů v reálných těžebních aplikacích je k dispozici v průvodci aniontové vs. neiontové polyakrylamidové flokulanty pro těžbu . Pro specifickou volbu místa zůstávají nejspolehlivějším nástrojem před uvedením do provozu testy usazování nádob nebo lahví s použitím skutečné procesní vody. Prohlédněte si celou řadu flokulanty pro zpracování nerostů pro těžební aplikace aby odpovídala molekulární hmotnosti a hustotě náboje vašim požadavkům na obvod.

▶ Optimalizace výkonu zahušťovadla pomocí flokulantů pro zpracování minerálů

Zahušťovadlo je primární separační zařízení pevných látek a kapalin ve většině závodů na zpracování nerostů a jeho výkon nastavuje strop pro celý okruh rekuperace vody. Nevýkonné zahušťovadlo – takové, které vytváří zředěný podtok nebo přenáší jemné pevné látky do přepadové prádelny – nutí následné filtrační zařízení pracovat intenzivněji, zvyšuje spotřebu čerstvé vody a zvyšuje náklady na likvidaci hlušiny.

Správně zvolený a dávkovaný flokulant PAM zvyšuje hustotu podtékání tím, že podporuje větší, hustší vločkové struktury, které se účinněji zhutňují působením gravitace. Zostřují linii bahna a snižují hloubku přechodové zóny, kde se mísí pevné látky a kapaliny. A rychleji čistí přetečení, což umožňuje vyšší rychlosti podávání bez obětování kvality odpadních vod. Praktické techniky pro dosažení těchto zisků jsou podrobně popsány v článku o zlepšení výkonu zahušťovadla s flokulanty pro zpracování minerálních látek . Klíčové provozní proměnné – poměr ředění, bod přidávání a historie střihu před nástřikovou šachtou – všechny ovlivňují účinnost flokulantu a měly by být optimalizovány spíše společně než izolovaně.

▶ Opětovné použití vody a dodržování předpisů

Obchodní případ čištění důlních odpadních vod se posunul. Před deseti lety byla hlavním hnacím motorem dodržování předpisů; Dnes je kvůli nedostatku vody a rostoucím nákladům na pořízení sladké vody finanční nutností opětovné použití. Pokročilé systémy úpravy zahrnující zahušťování podporované PAM s následným leštěním membrány dokážou získat zpět více než 90 % procesní vody pro opětovné použití při flotaci, potlačení prašnosti nebo chlazení zařízení – což dramaticky snižuje objem nasávané i vypouštěné sladké vody.

Konfigurace s nulovým vypouštěním kapaliny (ZLD) posouvají regeneraci ještě dále tím, že koncentrují konečnou solanku a regenerují krystalizované soli, takže nezůstávají žádné kapalné odpady, které by bylo třeba řešit. Tyto systémy jsou stále více specifikovány pro doly v oblastech zatížených vodou nebo tam, kde jímací vodní toky nemohou legálně přijímat žádné vypouštění. Regulační požadavky se výrazně liší podle země a typu rudy – například uhelné doly ve Spojených státech musí splňovat numerické limity pro vypouštění podle 40 CFR Part 434, zatímco doly na kovy čelí specifickým podmínkám povolení NPDES. Ve všech případech demonstrování účinného odstraňování nerozpuštěných látek a těžkých kovů prostřednictvím dobře zdokumentovaného programu úpravy založeného na PAM podporuje jak dodržování povolení, tak licenci Společenství k provozu. Prozkoumat celý kompletní sortiment pro úpravu důlních vod najít roztoky flokulantů odpovídající vašemu typu rudy, chemii procesu a cílům vypouštění.