^~^И. Л. МОНГАЙТ
К. А. ТЕ КИН ИДИ
Г. И. НИКОЛАДЗЕ

ОЧИСТКА
ШАХТНЫХ
ВОЛ
У ЦК НП5кб28.|#-35--

Монгайт И. Л., Текиниди К. Д., Николадзе Г. И. Очистка шахт-
ных вод. М., «Недра», 1978, 173 с.

В книге освещены результаты исследований качества шахтных вот.
и их очистки с использованием различных аппаратов и реагентов.
Предложена методика расчета узлов очистных сооружений с учетом
физико-химических свойств взвешенных частиц и шахтных вод. Рас-
смотрены вопросы использования очищенных шахтных вод для тех-
нического водопотребления шахт и обогатительных фабрик. Приве-
дены технико-экономические показатели очистки шахтных вод раз-
личными методами. Материал книги изложен с учетом рекомендаций
и норм на проектирование водоснабжения промышленных предприя-
тий.

Книга предназначена для инженерно-технических работников
угольных и горнорудных предприятий, а также научно-исследова-
тельских и проектных организаций, занимающихся вопросами очист-
ки промышленных сточных вод указанных предприятий. Книга мо-
жет быть полезна студентам горных и горно-металлургических
вузов.

Табл. — 15. ил. — 56. список лит. — 119 назв.

30706—328

----------- 355—78

043(01) —78

© Издательство «Недра», 19
ВВЕДЕНИЕ

Охрана поверхностных и подземных вод от загрязнения сточ-
ымп водами в Советском Союзе давно стала проблемой госу-
.1 решенной важности.

13 декабре 1970 г. Верховным Советом СССР были утвержде-
ы «Основы водного законодательства СССР и союзных респуб-
пк», определившие порядок пользования всеми природными вод-
1.1 мп ресурсами нашей страны.

Решениями XXIV и XXV съездов КПСС намечены большие за-
8чи по усилению охраны окружающей среды в нашей стране и
о рациональному использованию природных ресурсов, в том чме-
1С и 'ВОДНЫХ.

Особую важность проблема охраны водных ресурсов от за-
рязнения неочищенными стоками приобретает в угольной про-
тышленности, предприятия которой характеризуются большим
Объемом сбрасываемых шахтных вод. Помимо загрязнения меха-
ническими и органическими примесями, шахтные воды характери-
зуются высоким солесодержанием, что ограничивает их комплек-
тное использование в народном хозяйстве без надлежащей очи-
тки, а также представляет реальную опасность загрязнения по-
юрхностных и подземных вод.

В связи с нарастающим дефицитом свежей воды и увеличе-
нием количества сбрасываемых промышленных сточных вод боль-
шое значение приобретает вопрос очистки и использования по-
следних для технического водоснабжения. Это позволит, с одной
стороны, снизить использование питьевой воды для нужд, не свя-
занных с питьевым и бытовым водоснабжением, и, с другой —

улучшить санитарное состояние поверхностных и подземных вод.

Несмотря на возросшие научные и технические возможности,
проблема охраны поверхностных вод и, в частности, санитарной

охраны водоемов от загрязнения шахтными водами остается ак-
туальной. Степень влияния шахтных вод на водоемы зависит от
характера сбрасываемых загрязнений и от их количества, значи-
мости водоема и т. п. Во многих случаях качество воды водоемов
ухудшается, что обусловливает ограничение их использования
]для питьевых, производственно-технических и рыбохозяйствен-
ных нужд, а также сельского хозяйства. Поэтому нормирование

количества различных загрязняющих веществ, которые могут
быть сброшены в естественные водоемы, является одной из мер
санитарной защиты водоемов. Реализация этой меры в значитель-
ной степени зависит от изученности методов очистки шахтных
1Н>1 р.|ЦП(П1.1.11.НОИ привязки очистных сооружений, темпов строи
1г.'И.< им и правильной их эксплуатации.

Количество сбрасываемых шахтных вод может быть значи-
НЛ1.ПО снижено в результате их использования после очистки
для нужд комплексного обеспыливания в шахтах, технического]
водоснабжения углеобогатительных фабрик — наиболее водоем-1
кич гехпологических процессов, — для котельных и охлаждения
компрессоров, а также для полива сельскохозяйственных куль-
14 р, ра пюдения рыб и водоплавающих птиц в местах располо-
жения угольных бассейнов, обладающих пресными шахтными
во тми.

Имеется незначительное количество шахт, водоприток которых
нс превышает объема воды, необходимой для обеспыливания. В
ном случае представляется возможным исключить какой-либо
< брос при осуществлении оборотного водоснабжения. В зависимо-
сти от состава шахтных вод применяются различные методы и
технологические схемы их очистки. Наибольшее распространение
получила схема двухступенчатой очистки (реагентная обработка с
отстаиванием и фильтрованием). Для исключения санитарной
он 1СНОСТП шахтных вод, особенно при использовании в техниче-
ских целях, производят их обеззараживание, которое осуществля-
‘|СЯ в основном жидким хлором, хотя применяются и другие спо-
собы обеззараживания. Следует отметить, однако, что весь объ-
ем выдаваемых на поверхность шахтных вод не может быть
непосредственно использован для нужд народного хозяйства, по-
этому в книге приведены расчеты необходимой степени их очист-
ки с целью последующего отведения в водоемы

При освещении материала по очистке шахтных вол особое вни-
мание было уделено выбору метода очистки и различных очист-
ных сооружений в зависимости от качественных показателей во-
ды

Главы I, II и IV написаны канд. техн, наук К. Д. Текиниди
(КНИУИ), главы III и V написаны К- Д. Текиниди, проф. д-ром.
техн, наук И. Л. Монгайтом (ВНИИВОДГЕО) и канд. техн, на-
ук Г. И. Николадзе (МПСИ). Раздел 3.10. написан инж. А. А. Го-
вертом (ВНИИВОДГЕО).

Авторы приносят благодарность сотрудникам лаборатории
очистки и использования шахтных вод института КНИУИ
инж. С. В. Жарову и И. С. Жиновой за большую помощь при
подготовке рукописи к печати.
Глава 1

ГЕНЕЗИС ШАХТНЫХ ВОД

1.1.	ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ вод

Нннч'шо несколько гипотез о происхождении подземных вод.
11 "И.).ц,шее распространение получила инфильтрационная гипо-
11 1.1, 1-нласпо которой основным источником питания подземных
|»ц| являются атмосферные осадки, фильтрующиеся с поверхнос-
ш и горные породы. В 1877 г. немецким гидрологом О. Фольге-
|шм выла предложена конденсационная гипотеза образования
шци’миых вод, основные положения которой разработаны и до-
। । Ыны русским ученым А. Ф. Лебедевым в 1919 г. Согласно кон-
/п нгацпонной теории, подземные воды образуются в результате
конденсации водяных паров воздуха в пористых холодных поро-
। их земной коры [1]. При формировании подземных вод немало-
важную роль играют и седиментационные воды (воды захоронен-
ных морских бассейнов или реликтовые воды), образованные в
процессе осадконакопления, однако, по данным Д. И. Щеголева
| |, весьма редки случаи, когда такие воды вскрываются горны-
ми выработками. Академик Ф. П. Саваренский указывает на
возможность образования подземных вод также в результате вы-
деления части воды из минералов, содержащих химически свя-
<.'пшую воду.

В настоящее время общепризнано, что источниками образова-
ния подземных вод на глубинах, до которых достигают современ-
ные горные работы, являются атмосферные осадки и поверх-
ностные воды.

Насыщенные водой горные породы образуют безнапорные и
напорные водоносные горизонты. Подземные воды, накапливаю-
щиеся на первом от поверхности водоупорном слое горных пород,
заполняющие поры рыхлых грунтов, трещины коренных или
скальных пород, относят к грунтовым водам. Они имеют свобод-
ную водную поверхность (рис. 1, скв. 1). Ниже располагаются
водоносные горизонты, заключенные между водоупорными плас-
тами, частично или полностью изолированными один от другого,.
Межпластовые воды могут быть как напорными (скв. 3), так и
безнапорными (скв. 2).

В водопроницаемых отложениях зоны аэрации часто встреча-
ются линзы водоупорных пород, на которых могут скапливаться
воды при инфильтрации атмосферных осадков и внутригрунто-
вой конденсации. Эти воды характеризуются небольшими запаса-
Рис. 1. Распределение воды в толще горных
пород:

ав — зона аэрации; вг — зона капиллярного под-
нятия; гд — зона насыщения; гг — линия зеркала
грунтовых вод; вв — линия капиллярного подня-
тия; бб—«верховодка»; /, 2, 3 — скважины; 4 —
водопроницаемые породы; 5 — грунтовые воды;

6 — водоупор; 7 — межпластовые воды

ми, меняющимися в зависимости от количества атмосферии
осадков, и носят название «верховодка».

Но характеру водосодержащей среды С. В. Троянский |
классифицирует подземные воды на порово-пластовые, трещины
пластовые, трещинные и карстовые. Порово-пластовые воды при
урочены, как правило, к рыхлым несвязанным грунтам (песок
гравий, галечник). Трещинно-пластовые воды циркулируют в о<
ровном по трещинам пластов, в кровле и почве которых находя!

ся слабоводопроницасмы
породы. Коллекторами по;|
земных вод могут быть так
же и угольные пласты, под
верженные кливажным I
тектоническим трещинам
Трещинные воды р аспрост
ранены в районах, сложен
ных скальным комплексом
осадочных пород, претер-
певших значительные текто-
нические воздействия (Дон-
басс, Кузбасс, Караганда,
Шаргунь, Кок-Янгак и др.).
В Донбассе, например в ре-
зультате многочисленных
тектонических нарушений
отмечена гидравлическая
связь водоносных горизон- I
Тов- занимающих различное I
гипсометрическое положе- '
ние. Трещинные воды, обла-
дающие напором, относят к

жильным водам. При выветривании карстующихся пород образу-
ются карстовые воды (Кизеловский угольный бассейн).

В практике исследований гидрогеологических условий шахт-
ных полей встречаются все типы перечисленных вод в сложном
сочетании, что порой затрудняет как изучение угольных место-
рождений, так и их последующую разработку.

1.2.	ПРИТОКИ ВОДЫ В ШАХТЫ

Под шахтными водами принято понимать все воды, проникаю-
щие в выработанное пространство и проходящие через водоот-
ливное хозяйство шахты. В процессе эксплуатации угольных мес-
торождений происходит дренирование горными выработками ос-
новных водоносных горизонтов продуктивной толщи. Величина
водопритока в шахты зависит от ряда факторов, обусловливае-
мых главным образом геологическими, ' гидрогеологическими и
климатическими особенностями месторождения, степенью развет-
вленности речной сети в его пределах, а также способом подго-
товки шахтных полей. Глубина зоны выветривания, колеблющаяся
ЩИч ....... х	<’.ц-(Ч’|1!1он СССР в пределах 60—80 м, до-

•Ш '1 । < I .’п м, плиты на степень инфильтрации вышеле-
1и1 о ин.! и шип РЧНОС1НЫХ вод в горные выработки. Е
|>И| и1,1«>м Горными работами, породы часто перемеща-
। <1< пп Н111.1 < |1Л()П111осги напластования, и в зависимости
Шин «и ।’цоипы алшання и угла падения пластов сдвиг
*........ил ш.ив повышение притоков воды в шахту.

.... и. месторождений характеризуется коэффициен-
। 'и.......	/\ч, который представляет собой отношение

ми । 11|.11о1'411васмой па поверхность воды в кубических мет-
•  •	। ।«> 11 и <<•<• гну добытою утля в тоннах (7) за тот же про-

!"• В|н*М( НИ.

ппмочн от гидрогеологических условий шахтного поля
п|’Ц|<>1’.| воды в горные выработки может осуществляться
14ЛИ-П11.1М11 мг!одами: аналитическим, балансовым, гидрогеоло-
Нч«> 'мп аналогии, гидродинамического и электрогидродинами-
мши'* мн полирования. В пределах освоенных месторождений
. и шарп тельного суждения о степени обводненности горных
Н<|чн>о1ок применяется обычно метод гидрогеологической анало-
|ц 1.1К, прогноз обводненности намечаемых к строительству
। н>же1 быть произведен по коэффициентам водообильности
I п> Н1у|о|цих шахт с аналогичными гидрогеологическими усло-
П11ИМ11 по формуле

КвТ о,
О — — м3/ч,
24

/ производительность шахты-новостройки, т/год.

При этом необходимо учитывать также уровень механизации
ир1,-кгируемых и действующих шахт, так как коэффициент
и.» ^обильности не является постоянной величиной и зависит от
• । <-и< пи оснащения угольного забоя машинами и механизмами.
При росте производительности труда рабочего, связанного с внед-
рением прогрессивной технологии угледобычи, коэффициент во-
дообильности будет снижаться, в то время как общий водоприток
Может даже увеличиваться.

Месторождения полезных ископаемых по степени обводнен-
ности были классифицированы в разное время Д. И. Щеголевым
(1940 г.), С. П. Прохоровым (1951) и М. Ь. Сыроватко (1960 г.)
14, 5]’. М. В. Сыроватко выделил в самостоятельные типы и
охарактеризовал некоторые группы месторождений, которые бы-
ли классифицированы Д. И. Щеголевым. В зависимости от водо-
обильности вмещающих пород Д. И Щеголев подразделяет мес-
торождения полезных ископаемых на три типа и в пределах каж-
дого типа — на несколько групп.

Первый тип—'месторождения, в геологическом разрезе ко-
торых преобладают плотно сцементированные (скальные) породы.
К этому типу относятся угольные месторождения в Донецком,
Кузнецком, Карагандинском, Челябинском бассейнах. Литологи-
ческий состав продуктивных свит здесь представлен переслаива-
ющимися песчаниками, песчано-глинистыми и глинистыми слан-
нами с редкими включениями известняков. Для таких пород х.|
рактерна развитая трещиноватость, однако в эксплуатируема
месторождениях вследствие дренажа в трещинах не происходи
накапливания воды.

Обводненность шахтных полей в Донецком и Карагандинскс
бассейнах умеренная и с гидрогеологических позиций благонри
ятна для разработки угольных пластов. В Донецком бассейн
наиболее водообильны шахты, разрабатывающие пологие пласть
Статические запасы подземных вод в освоенных частях эти
бассейнов в значительной степени сработаны большим количеств
вом горных выработок. Несколько повышенная водообилыюст
шахт в Донецком бассейне, по сравнению с шахтами Казахстана
и Средней Азии, обусловливается большим количеством выпада
ющих атмосферных осадков.

Отдельные месторождения названных бассейнов, расположен-
ные под речными долинами и имеющие гидравлическую связь с
подземными водоносными горизонтами, обладают большой .водо-
обильностью. На этих участках запасы подземных вод в покров-
ных отложениях чрезмерно велики и могут вызвать катастрофи-
ческие для шахт по своей неожиданности прорывы подземных
вод в горные выработки. Примером могут служить ряд шахт Ка-
рагандинского бассейна в районе распространения аллювиальных
отложений рек Сокыра и Шейрубайнуры, шахты Донецкого бас-
сейна, расположенные по долинам рек Кальмиуса, Миуса, Лозо-
вой и других, месторождения по долинам рек Томи и Ини в Куз-
бассе, антрацитовый район Пенсильванского бассейна б США.

В Карагандинском бассейне В. А. Курдюков [6] выделяет во-
доносные горизонты в эффузивных и осадочных толщах силура
и девона, 'Известняковых толщах верхнего девона и нижнего
карбона, а также в продуктивных .и безугольных свитах карбона
и мезозойских отложений. В формировании шахтных вод Донец-
кого бассейна принимают участие воды, содержащиеся в трещи-
новатых известняках и песчаниках, меловых- отложениях, песках
и известняках третичных отложений, а также воды четвертичных
образований. Водоносные горизонты, обусловливающие притоки
воды в шахты Кузнецкого бассейна, приурочены в основном к
илышской, балахонской и ерунаковской свитам.

Второй тип — месторождения, в геологическом разрезе ко-
торых преобладают рыхлые, несцементированные осадочные (об-
ломочные) породы. Месторождения этого типа обладают сравни-
тельно высокой водообильностыо, которая обусловлена литоло-
гическим составом пород почвы и кровли угольных пластов и ха-
рактеризуется случаями прорыва в выработки вместе с водой
песчано-глинистых пород. К ним относятся месторождения бурых
углей в Подмосковном, Днепровском, Ленгерском, Шурабском
буроугольных бассейнах, а также Чертинское месторождение
Кузбасса.

В обводнении шахт Подмосковного бассейна принимают уча-
стие до 10 водоносных горизонтов, основными из которых явля-
ются: упипский, приуроченный к трещиноватым известнякам ниж-
। । 1|Н1<|||.|; падугольный, залегающий на надугольных глинах;

• н пый, приуроченный к подугольным пескам, а также туль-
и ш кпп водоносные горизонты, приуроченные к надуголь-
4 и нк. । пикам и характеризующиеся прорывами воды и песка
I •..... при обрушении кровли горных выработок. До примене-

11н. предварительного осушения прорывы упинских вод и вод
Ц, 1<> 1Ы1ЫК водоносных горизонтов в горные выработки приво-
ди Н1 иногда к полному затоплению шахт [7].

1ре1пй тип — месторождения, в геологическом разрезе ко-
• । и шачительное место занимают карстующиеся породы (га-
><н1 шые, карбонатные, магнезиальные, сернокислые). Такие мес-
• I мндепия обычно обладают наибольшей водообильностью. При-
। । и поды в выработки могут достигать здесь нескольких сотен
. I I го тысяч кубических метров в час. Подземные воды закар-
1П11.Н111ЫХ известняков наиболее типичны для Кизеловского бас-
। Пи I, однако встречаются также в Подмосковном бассейне, Дон-
| |Щ< (особенно в западном крыле) и на отдельных угольных
к < юрождениях Средней Азии—Шаргуньском	и Абширском.

Но'1ы угленосной толщи таких месторождений, в связи с наличи-
। 1 । идравлической связи между водоносными горизонтами, фор-
пруются за счет подтока из других горизонтов и в меньшей мо-
рг 1а счет инфильтрации атмосферных осадков.

Классифицируя месторождения по степени обводненности,
I II. Прохоров (1951 г.), помимо названных трех типов обвод-
ненности по Д. И. Щеголеву, выделяет еще. четвертый тип
месторождений, залегающих в условиях вечной мерзлоты. В этом
। тучяе. создается определенная опасность для месторождений,
р.п положенных вблизи водоемов, так как мерзлотный слой мо-
жет быть разморожен струями подземных и поверхностных вод.
К этому типу относится Печорский каменноугольный бассейн.
Пласты угля залегают здесь под такими крупными водотоками,
как р/ Воркута. Разработка месторождений ведется также под
реками Аяч Яга, Песцовая м Безымянна.

Опыт эксплуатации ряда шахт в СССР и за рубежом показы-
вает закономерное уменьшение притока воды с увеличением глу-
оины разработки. В Донбассе на шахтах с умеренной обводнен-
ностью максимальный приток наблюдается на глубине 400—
500 м. С дальнейшим понижением глубины разработки водопро-
ток уменьшается. На шахте ИпПед Уегде (США, штат Аризона)
при глубине разработки 1000 м водоприток составляет всего
10 ма/ч [8]. В табл. 1 приведена характеристика обводненности
шахт некоторых угольных бассейнов.

Величина водопритока зависит также от гипсометрического
расположения шахтного поля относительно местного базиса дрена-
жа и находится в прямой зависимости от количества атмосферных
осадков. В период снеготаяния или продолжительных дождей па
шахтах Донецкого и Карагандинского бассейнов за несколько дней
вода проникает в горные выработки, расположенные на глхбине
более 100 м.
Таблица 1

Коэффициент водообильности и водоприток в шахты основных угольных
бассейнов

Бассейн	Водоприток в шахты, №/ч		Коэффициент водообильно- сти, м’/т		Использов ны данны
	преобладаю- щий	по единичным шахтгам	средний для бассейна	для отдель- ных шахт	
Донецкий	100—400	30; НПО	3,2	8,3; 0,1	Минугле- прома У| райнской ССР (1976 г.)
Кузнецкий	150 -600	50; 1800	2,2	20; 0,8	Куз Н ПУП (1977 г.)
Карагандин- ский	100—220	50; 400	0,54	1.9; 0,1	КИПУ И (1977 г.)
Печорский	140—550	100; 800	0,8	2,3; 0,3	1ПШОС- уголь (1972 г.)
Кизеловский	300- 600	200; 2200	15,1	48,7; 3,6	»
Подмосковный	240—700	140; 2230	10,5	30; 5,0	ПИПУ И
Пенсильван- ский (США)	—	—	23,0	__ 56; —_	(1977 г.:  15]

1.3. ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА
ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Состав подземных вод и факторы, влияющие на его измещ
ние, отражаются вертикальной геогидродинамической зоналт
ностыо [9]', согласно которой подземные воды разделяются п
глубине на три зоны.

В верхней зоне — зоне активного водообмена — распростра
йены в основном грунтовые воды, образующиеся в результате ш
фильтрации поверхностных вод. Иногда эта зона простираете
на глубину до 300 м и включает артезианские воды при наличц
между водоносными горизонтами активной циркуляции воды. Ми
нерализация подземных вод зоны зависит от таких факторов, ка
климат, состав горных пород, рельеф местности и отражаете,
широтной зональностью грунтовых вод. В районах с избыточны
увлажнением горных выработок, расположенных на небольшо
глубине, характеризующейся окислительной средой, обычно встр<
чаются пресные, гидрокарбонатные воды, переходящие с глуби
ной в гидрокарбонатно-сульфатные и сульфатно-гидрокарбона!
ные. В засушливых районах солесодержание грунтовых вод по
вышается за счет проникновения вглубь вместе с редкими оса,1
ками солей, образовавшихся в почве в процессе испарптельно
концентрации. Грунты здесь нс промыты, что обусловливае
ухудшение условий водообмена и формирование вод сульфатного
и хлоридного классов.
1 рсдняя зона характеризуется медленным водообменом,
•н>|< ।.шовительной средой и отражает свойства верхней и нижней
•ин Но данным О. А. Алекина (1970 г.), в этой зоне встречают-
• । поды I, II и III типов. Вследствие большого удаления от об-
||Ц ни питания подземные воды, заполняющие поры горных по-
|ч , обладают значительной минерализацией. Эта зона распро-
- 1|».1пяется до глубины 500—600 м, а при наличии тектонических
рушений достигает 1000 м и более, где встречаются >и области
। 1.итфйным водным режимом. В зависимости от гидрогсологи-
< । их условий горными выработками на такой глубине могут
цып. вскрыты сульфатные, натриево-кальциевые или гндрокар-
.... натриевые воды, переходящие в хлоридно-гидпокарбо-
п.нпые натриевые, а также высокоминерализованные воды, пере-
I» 41111110 в рассолы [10]. Эти воды образуются в результате сме-
нпния инфильтрационных вод с водами, содержащимися в засо-
н пных толщах морских осадков.

Нижняя зона характеризуется застойным водным режимом
н. как следствие, хлоридными водами, имеющими концентрацию
р.нт-олов.

Крайняя сложность явлений, сопровождающих процесс форми-
рования химического состава шахтных вод, обусловливается со-
помупным действием различных факторов, основными из которых
ппляются литолого-минералогический состав горных пород, усло-
вия питания водоносных горизонтов и интенсивность водообмена,
к шмат, антропогенные факторы и др. До поступления в шахту
пмический состав подземных вод формируется, как было показа-
но выше, под влиянием солей, вымываемых при инфильтрации
поверхностных вод. В табл. 2 приведены химические анализы не-
которых видов горных пород надугольной толщи Промышленного
участка Карагандинского бассейна, принимающих участие в фор-
мировании химического состава подземных вод [11]. По данным
Л. М. Овчинникова [12], на указанные окислы, большин-
ство из которых растворимы, приходится более 98% состава гор-
ных пород.

Таблица 2

Содержание химических включений, %

Включения	В атевролите	В аргиллите	Включения	В алевролите	Б аргиллите
810,2	62,03	47.,7	8О3	0,41	0,34
А120з	19,2	21,3	№2О	1,48	1,02
Ре2О3	4.8	5,2	К2О	0,1	2,89
СаО	2,4	3,14	. со2	1,5	11,2
мео	1,47	0,85	п. п. п.	7,74	6,28

Инфильтрующиеся в горные породы поверхностные воды со-
держат углекислоту и кислород. Наличие в воде свободной угле-
кислоты увеличивает растворимость карбонатов кальция и маг-
ния. Процесс выщелачивания полевых шпатов и алюмосилика-
тов водой, содержащей свободную углекислоту, происходит срав
нительно медленно. При этом остается нерастворимым осадок в
виде каолинита, иллита, монтмориллонита и других, а вода обо
гащается карбонатами щелочных элементов. В хорошо раствори
мых породах (гипс, галит, мирабилит) формируются минерализо-
ванные воды. С повышением минерализации воды увеличивается
содержание сульфатов. В водах высокой минерализации преобла-
дают хлориды. Источником ионов хлора в ‘воде является галит
Появление хлоридов 'в подземных водах С. А. Дуров [13]' относит
также за счет влияния соляной кислоты на силикаты осадочной
толщи.

Происхождение хлоридных натриевых вод в глубинных гори-
зонтах связывают также с водами захороненных морских бассей-
нов.

В процессе контакта подземных вод с горными породами про-
исходит вытеснение катионов поглощающего комплекса пород ка-
тионами, находящимися в воде. При наличии гидравлической
связи ионный обмен может происходить также между водами
различных водоносных горизонтов. Смешение гидрокарбонатно-
натриевых вод с сульфатно-кальциевыми приводит к образова-
нию сульфатно-натриевых вод

(Са2+ + 8О|") -4- 2 (Иа+ + НСОГ) -> СаСО3| + Н2О + СО2Г +

+ (2 Иа+ + 801“).	[3]

Смешение сульфатно-кальцневых вод с хлоридно-натриевыми
протекает с уменьшением в этих водах общего содержания суль-
фата кальция в результате его выпадения в осадок.

Дальнейшая метаморфизация ионно-солевого состава подзем-
ных вод происходит под действием кислорода воздуха и содер-
жащихся в угле растворимых солей. Исследования Н. С. Власо-
вой [14] по химическому анализу водных вытяжек углей показа-
ли, что в неорганической части последних присутствуют водорас-
творимые соли СаС12-бН2,С; Са(А10г)2; Са(НСО3)2; М^С!?;
Л1^8О4; М^(НСО3)2; Па28О4; А12(8О4)3; К2$О4 и т. д.

Свойства п химический состав подземных вод угольных место-
рождений изменяются с каналом их промышленного освоения.
Гак, кислые шахтные воды отличаются аномальными по сравне-
нию с подземными водами условиями образования. Установле-
нию закономерностей возникновения кислых шахтных вод и раз-
работке способов борьбы с ними посвящена книга А. В. Докуки-
на и Л. С. Докукиной [15]. Для кислых шахтных вод не соблю-
дается закономерность гидрохимической зольности. В период ве-
сенних паводков солесодержаипе шахтных вод снижается вслед-
ствие разбавления инфильтрующимися талыми водами,
а солесодержание кислых шахтных вод увеличивается. По-
следнее объясняется тем, что инфильтрующиеся воды, содержа-
щие растворенный кислород, при действии на пирит и другие
сульфиды образуют серную кислоту, которая придает способность
... рж торить горные породы и интенсифицирует реакции гид-
I" ли м Образование серной кислоты протекает по следующей

I II МГ

4 Ее82 + 15 О2 + 2 Н2О	2 Ре2 (8О4)3 + 2 Н28О4.

У< тновлено. что не вся серная кислота образуется химиче-
। Н1.1 рутем. По данным Д. Ашмида {16], на угольных шахтах
Питландии образуется около 80%. всей серной кислоты в резуль-
। иг деятельности двух видов тионовых бактерий: Тп. [еггоохМапз
и 11| ИноохИапз. К. Темпл и И. Дальхэмпс [17] отмечают, что
и» 1сдствие активной деятельности тионовых бактерий ТЫо1ЬасЛ
1н । ГтоохИапз шахтные воды уже через несколько дней после
 П.1Ж1НИЯ угольного пласта становятся кислыми.

1.4. КЛАССИФИКАЦИЯ ШАХТНЫХ ВОД

Большое разнообразие химического состава шахтных вод вы-
шшает необходимость их классификации по химическому составу,
мк как выделение типов воды облегчает оценку ее питьевых,
к хнических и ирригационных качеств, а также свойств, оказы-
н шнцих отрицательное влияние на .поверхностные и подземные
иодные источники. Суммарное содержание растворенных солей
и шахтных водах находится в значительных пределах (500—
.И) ООО мг/л) и поэтому представляется необходимым разделить
весь диапазон минерализации на отдельные интервалы приме-
нительно- к характеристике шахтных вод различных угольных
бассейнов СССР, их использованию в ирригационных целях, тех-
нического водоснабжения или отвода в водоемы, выбору схем
деминерализации или отнесению к разряду рассольных.

Существует ряд классификаций подземных вод по степени ми-
нерализации (Вернадский В И., 1929 г.; Приклонский В. А.,
1935 г.; Овчинников А. М., 1955 г.; Алекин О. А., 1970 г. {18]),
однако в этих классификациях расширены или весьма заужены
интервалы между градациями, что исключает их использование
для классификации шахтных вод.

НИИОСуголь, классифицируя шахтные воды по величине ми-
нерализации, разделяет сухой остаток на два разряда: с содер-
жанием солей до 1000 мг/л и более [19]. Наряду с отсутствием
наименований разрядов, такое разделение не учитывает харак-
терных интервалов минерализации шахтных вод. Наиболее пол-
но отображаются отдельные интервалы минерализации шахтных
вод классификациями, предложенными И. Э. Апельциным и
В. А. Клячко [20] для природных вод, а также Ж. С. Сыдыко-
вым и К. М. Давлетгалиевой [18] для подземных вод.

Исходя из изложенного и опыта существующих систематиза-
ций, по нашему мнению, наиболее приемлемой является следу-
ющая классификация шахтных вод:
_	Мннсрализа-

Воды	ция, г/л

Пресные ....	................ До 1,

Слабосолоноватые....................... Ь—3

Солоноватые............................ 3—5

Сильносолоноватые...................... 5—1Ю

Соленые ...	 10—25

Сильносоленые..........................25г—50

Рассолы...................................Свыше	50

Существует также ряд химических классификаций природна
вод, в том числе и подземных, имеющих различное практически
применение, из которых наиболее популярны классификаци
О. А. Алекина, С. А. Щукарева, Н. И. Толстихина, В. А. Сулин»
и др. [21].

И. М. Соболева, характеризуя качественный состав шахтных
вод северо-восточной части Донбасса, использует химическую
классификацию природных вод С. А. Щукарева с дополнениям.1
Н. Н. Славянова, а также классификацию О. А. Алекина [22]
Классификация С. А. Щукарева довольно проста и легко запоми-
нается, однако она основана только на принципе преобладающих
ионов и не учитывает соотношений между ними. В основу клас-
сификации О. А. Алекина положены оба эти признака, что дела-
ет ее более приемлемой для систематизации шахтных вод, позво-
ляет 'судить об их генезисе, химических свойствах и (солевом со-
ставе. В соответствии с классификацией О. А. Алекина, природ]
ные воды делятся по преобладающему аниону (по эквивале ь
там) на три класса: гидрокарбонатный и карбонатный (НСОГ+
+СОз сульфатный (8О1~~) и хлоридный (С1~). Каждый класс
в свою очередь, делится по преобладающему катиону на три
группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа
подразделяется на четыре типа, которые определяются соотноше-
нием между ионами в эквивалентах:

I - НОД" > Са2+ М§2+ ;

II - НОД" < Са2+ + М§2!- < НОД" + 801';

III - НОД" + 8ОГ < Са2+ ф- , или С1“ > Кга+;

IV - НОД" = 0.

Е. В. Посохов [23] предложил третий тип вод классификации
О. А. Алекина разделить на два самостоятельных типа П1а и
Шб, что позволяет без нарушения цельности этой классификации
систематизировать и другие важные типы подземных вод:

Ша - С1~ < Иа+ + М§2+ ;

Шб - С1- > №+ + М§2+ .

Химический состав подземных вод удобно и наглядно пред-
ставить с помощью формулы М. Г. Курлова, преобразованной У. М.
Ахмедсафиным и Ж. С. Сыдыковым [18]’. В числителе этой фор-
мулы в убывающем порядке приводятся анионы, а в знаменателе —
НИИ1.1 п1Н1 шаченныс условными символами с индексами величин
«  ц| н| как п эквивалеит-процентах, так и в граммах на литр
....ши Ниды определяется иона.ми при содержании их более
 ।.) ('лева от дроби указываются важнейшие компоненты

М1>*»|<| с<и гава (в мг/л) и величина общей минерализации (в г/л).
1,14111111 от дроби записывается температура (в °С) и дебит .воды

•	। ) Однако этот показатель ввиду значительного расхода

Н।пых вод удобнее выражать в кубических метрах в час. Напри-
। । <чг1 1в воды шахты «Шаханекая» производственного объеди-

। Карагандауголь» представляется в соответствии с изло-
Ц|| иным в следующем виде:

р148 с46 /^6

СОМ5о,9 М5.2 -	°'31 ТА-

№ 1>3	Са0 2

< к'дуег отметить, что ряд авторов, цитируя работы по хими-
м>му составу шахтных вод, не делаю г ссылки на принятую
1н н-му номенклатуры химических типов подземных вод, в ре-
• игIII* одна и та же вода называется по-разному. Напомним,
но в химическом названии воды по классификации О. А. Алеки-
I । ил первое место всегда ставятся анионы, а на второе--катио-
ны читаются они в порядке об большего к меньшему. Так, если
। химическом составе воды преобладают хлориды и сульфаты,
Ничем сульфатов больше, чем хлоридов, то воду называют
। и.фатно-хлоридной. Отметим, что порядок чтения от большего
 н'пыпему совпадает с порядком расположения ионов в форму-
11 М. Г. Курлова. Классификация вод О. А. Алекина получила
широкое распространение и популярность среди гидрогеологов и
< 1.1.1а традиционной. На базе этой классификации ведется учет
ниц темных вод в ГКЗ СССР, кроме того, она положена в основу
ряда номенклатур химических типов подземных вод. В данной
виге гидрохимические исследования, выполненные нами, а так-
же другими авторами, трактуются в соответствии с основными
положениями О. А. Алекина по общей гидрохимии.

Е. В. Посохов предложил изображать химический состав вод
в виде солей, основываясь на их растворимости. Для вод раз-
личной минерализации характерен свой особый ионный состав,
связанный с неодинаковой растворимостью входящих компонен-
юв. За счет ряда комбинаций каждого из основных катионов с
основными анионами в направлении увеличения растворимости
получаемых соединений автор характеризует химические типы
вод солевой формой. Типичность водам придают следующие соли:

I	тип - ПаЫСО3;

II	тип — Па28О4;

Ша тип — М^С12;

Шб тип —СаС12.

Соли Са(НСОз)2, М^(НСОз)г и ИаС1 встречаются в каждом
типе. Кроме того, в I типе присутствует также Ка28О4, во II и
Ша — Са8Од и Мд8О4, в Шо — Са8О4 и М§С12.
1.5. СОСТАВ И СВОЙСТВА ШАХТНЫХ ВОД

Шахтные воды отличаются большим разнообразием химича
ского состава, непригодны для питья и обладают свойствами, и
•ключающими их использование в технических целях без предва
рительной обработки.

Загрязнения шахтных вод делятся на минеральные, органиче
ские и бактериальные. К минеральным загрязнениям относятся
песчаные и глинистые частицы, минеральные включения углей
(кварц, пирит, карбонаты и др.), инертная пыль, а также содер-
жащиеся в шахтных водах растворенные соли, щелочи и кисло
ты.

Органические загрязнения представлены частицами чистого
угля (микрокомпоненты групп витринита и фюзинита, см. раздел
1.6), минеральными маслами, применяемыми для смазки горных
машин и механизмов, продуктами жизнедеятельности живых ор-
ганизмов, разложения древесины и другими, основной составной
частью которых является углерод (органический).

Нерастворимые включения находятся в воде в виде грубодис-
персных взвесей с размером частиц более 100 мкм, а также сус-
пензий и коллоидных взвесей с размером частиц соответственно
от 100 до 0,1 и от 0,1 до 0,001 мкм.

Бактериальные загрязнения шахтных вод представлены раз-
личными микроорганизмами, среди которых наиболее распростра-
нены плесневые грибы, микробы кишечной группы и др.

Шахная вода обычно не имеет запаха, однако иногда затх-
лый неприятный запах придает ей растворенный сероводород или
разлагающиеся органические вещества. Температура воды в за-
висимости от географического расположения шахт и глубины
разработки колеблется в пределах 6—25°С. Цвет воде придают
растворенные и взвешенные вещества. Например, железистые со-
единения придают воде бурую окраску, если же твердая фаза
представлена преимущественно дисперсными частицами угля—
шахтные воды приобретают черный цвет. При значительной ко-
тичестве породных-включений цвет воды становится серым. Иног-
да встречаются шахтные воды с желтовато-серым цветом, указы-
вающим на присутствие в основном глинистых частиц.

Содержание взвешенных веществ в воде изменяется в ши-
роких пределах. Например, в водах шахты «Мирная» производ-
ственного объединения (п/о) «Ростсвуголь» содержание взвеси ред-
ко превышает 45 мг/л, в то время как на шахтах «Шаханская»
и «Казахстанская» п/о «Карагандауголь» эта величина достига-
ет 2—3 г/л. Среднее содержание взвешенных веществ в шахтных
водах Карагандинского и Донецкого бассейнов находится в пре-
делах 150—550 мг/л.

Привкус шахтной воде придают в основном растворенные
минеральные соединения, газы и другие вещества. Распространен-
ный солоноватый привкус объясняется присутствием хлористого
натрия. При наличии в воде сульфатов магния и кальция она
приобретает горький привкус, ионы железа придают воде непри-
Я 1Н1.Ш вкус, а органические вещества — сладковатый. На верх-
ИИ ।ори.зонтах многих шахт, расположенных в северных и сред-
ни широтах, преобладают гидрокарбонатные шахтные воды. Эти
и обладают приятным вкусом, что является результатом при-
> ц| пня в них гидрокарбонатов кальция и магния, а также уг-

II I III лоты.

< у м л а минеральных веществ в шахтных водах изме-
е и н и весьма значительно даже в пределах одной шахты, однако
II । пл» дольный бассейн можно охарактеризовать определен-
ш|м интервалом изменения минерализации шахтных вод. Соглас-
им принятой классификации (см. 1.4), в Подмосковном, Кузнец-
пт и Печорском бассейнах распространены в основном пресные
||Н1Х1пые воды. Карагандинский бассейн характеризуется солоно-
ватыми и сильносолоноватыми водами. В Челябинском и Дошл
ком бассейнах встречаются шахтные воды от слабосолоновать
до соленых. Отдельные шахты Западного Донбасса характеры
ются сильносолеными шахтными водами.

Химический состав шахтных вод некоторых угольных бассе
нов представлен на рис. 2. На угольных предприятиях Донбасс
и Ростовской области распространены шахтные воды сульфатно
го класса натриевой группы, которые относятся ко II типу вод
Встречаются также шахтные воды, относящиеся к гидрокарбона'
ному и хлоридиому классам, магниевой, натриевой и кальцисво
группам. Некоторые шахгы п/о «Ростовуголь» и «Донбассантра!
цит» характеризуются водами IV типа (НСОз"=0). Шахтные во|
ды Карагандинского бассейна относятся к хлоридному класс,
натриевой группе и ко II типу.

Из микроэлементов в шахтных водах распространена
титан, мышьяк, никель, бериллий, цинк, кадмий, железо, медь
стронций, ванадий, хром, 'кобальт, галлий, сеинзц, молмб
ден, серебро, олово, сурьма, барий, теллур, мар1ансц, висмут 1
др.

Исследование микроэлементного состава шахтных вод некого
рых угольных бассейнов страны осуществляется институтом
НИИОСуголь. Спектральные анализы показывают, что содер
жание отдельных микроэлементов в шахтных водах превышает
предельно-допустимые концентрации (ПДК), что вызывает необ-
ходимость проводить оценку возможности отвода стоков в водое
мы с учетом их разбавляющей способности.

В шахтных водах Кузбасса выше допустимых концентраций
содержатся следующие микроэлементы: стронций, кадмий, барии,
марганец, хром, кобальт, медь, сурьма и свинец 124].

В шахтных водах Донбасса — стронций, никель, медь, титан,
цинк, барий и железо.

По данным Артемовской геофизической экспедиции, в шахт-
ных водах производственного объединения «Торезантрацит» со-
держание этих элементов составляет, мг/л: 8г 3—13,3; ЯД 0,002 —
0,72; Си 0,01—0,72; Т1 0,023—0,144; 2п. 0—4,54; Ре 0,23—288 [25].

В Кизеловском бассейне содержание таких микроэлементов,
как кобальт, медь, свинец и висмут, не превышает предельно-до-
пустимых концентраций, однако отмечено значительное количест-
во шахтных вод с повышенным содержанием железа, никеля и
цинка. Воды некоторых шахт содержат олово и следы мышьяка.

Шахтные воды Челябинского бассейна характеризуются по-
вышенным содержанием алюминия, железа и марганца [26]. В
Карагандинском бассейне микроэлементы содержатся в весьма
незначительном количестве. Исключение составляют некоторые
элементы, присутствующие в водах отдельных шахт. Например,
содержание фтора достигает 7, железа 3 и свинца 0,5 мг/л.

В шахтных водах Рурского каменноугольного бассейна (ФРГ)
количество солей бария и стронция достигает 1 г/л [27].

Степень кислотности шахтных вод обусловливается при-
1’1 (мигм свободной серной кислоты и характеризуется концент-
водородных ионов (рН).

1-1П ||,1ми шахтными водами характеризуются Кизеловский
I ..ин, где водородный показатель часто достигает 2, некоторые
•и । ня Грузии, Донецкого и Подмосковного бассейнов. В восточ-
[оцбассе кислые шахтные воды формируются в антрацито-
ынонах (Гуково-Зверевском и Шахтинско-Несветаевском).

Наличие кислых шахтных вод показывает, что нельзя отож-
1п ять подземные и шахтные воды. Кислых подземных вод в
Р 11п ше угольных месторождений не существует, в то время как
Нш 1ые шахтные воды имеют место и образуются в старых выра-
- и е.1ч вследствие окисления сульфидов серы (в виде пирита)
ни । ц-йствием воды и кислорода воздуха. Они обычно содержат
I рук* взвешенную муть—окись и закись железа.

'Кесткость шахтных вод. Различают жесткость общую.

.рвонатную и некарбонатную. Общая жесткость характеризуется
прш '-тствием в воде солей кальция и магния—Са(НСОз)2, Са8О<,
Мц<04, СаС12 и М&С12, Мд(ЫСО3)2.

Карбонатная жесткость характеризуется наличием карбонатов
I । п.ппя и магния, выпадающих в осадок при кипячении —
«..(ПСО3)2, Мд(НСО3)2.

Пекарбонатная жесткость обусловливается присутствием суль-
ф.нов и хлоридов кальция и магния.

Согласно ГОСТ 4151—72, жесткость воды выражается в мг-экв/л
к.| нщия и магния (1 мг-экв жесткости соответствует содержанию
10,04 мг/л Са2+ или 12,16 мг/л М§2+). В старой гидрогеологиче-
ской литературе жесткость подземных вод выражается в немец-
ких градусах: 1°= 10 (СаО+1,4 М§0); 1 мг-экв/л = 2,8°.

Воды шахт Подмосковного, Кузнецкого и Печорского бассей-
нов обладают умеренной жесткостью (3—6 мг-экв/л). Большой
жесткостью характеризуются шахтные воды производственного
ооьединения «Ростовуголь». Здесь около 90%. шахт выкачивают
в пределах 1,5—30 мг-экв/л и более. Величина жесткости шахт-
(онецкого бассейна характеризуются жесткостью, изменяющейся
в пределах 1,5—30 мг-экв/л и более. Величина жесткости шахт-
ных вод Кизеловского бассейна, по данным НИИОСуголь, срав-
нительно невысокая (4—14 мг-экв/л), встречаются шахты, где
жесткость воды достигает 35 мг-экв/л.

Органические загрязнения шахтных вод можно оха-
рактеризовать перманганатной или бихроматной окисляемостыо
(\ПК), а также биохимической потребностью в кислороде
(БПК).

Окисляемость является показателем загрязненности во-
ды органическими веществами <и выражается количе-
ством кислорода в миллиграммах, затрачиваемого на окисление
этих веществ в 1 л воды в определенных условиях. В зависимо-
сти от степени изоляции шахтных вод от попадания в них орга-
нических загрязнений величина их окислясмости колеблется в
значительных пределах. Большая часть шахтных вод производст-
венного объединения «Карагандауголь» имеет повышенную оки
ляемость (25—30 мг/л Ог), что указывает на загрязнение вод
органическими веществами. Величина окисляемости шахтных вс
Донецкого и Кузнецкого бассейнов находится в пределах 6,5-
40 мг/л Ог. Встречаются шахты, где окисляемость составляв
131—200 мг/л О2. Повышенной окисляемостью хара1ктеризук)т«.
также шахтные воды Печорского (3,8—27 мг/л О2) и Челябинске
го (8,8—40,4 мг/л О2) бассейнов.

В связи с увеличением количества трудноокисляемых загря
нений в производственных сточных водах в последние годы п>
лучил широкое распространение метод определения химическог
потребления кислорода (ХПК) с использованием в качестве окш
лителя бихромата калия, по которому получают наиболее полну]
оценку находящихся в сточных водах органических затрязненш

Биохимическая потребность в кислороде (ВПК) шахтных во
определяется количеством кислорода, расходуемым на окислена
нестойких органических веществ за определенный промежуто
времени и выражается в мг/л О2. Обычно определяют БПК5
БПКгэ (пяти- и двадцатисуточную). Показатели биохимическо
потребности в кислороде шахтных вод весьма разнообразны даж
в пределах одного бассейна. БПКб шахтных вод Донецкого
Карагандинского бассейнов, а также угольных предприятий Сре;
ней Азии и производственного объединения «Ростовуголь» нахе
дятся в пределах 0,36—85,9 мг/л Ог. Небольшой величине
БПКб характеризуются шахтные воды Подмосковного бассет
на (1,4—6,4 мг/л Ог).

Азотная группа. Наличие азота аммонийных, н-итритны
и нитратных ионов в шахтных водах указывает на загрязнени
воды продуктами распада растительного и животного происхож
дения. При биохимическом распаде азоторганических соеданени]
регенерирует в минеральные формы. Конечным продуктом распа
да являются ионы аммония, которые могут быть окислены в низ
риты и нитраты.

В подземных водах содержание МН4~ составляет сотые, реж<
десятые доли миллиграммов на литр. Поэтому повышенное коли
чество МН4* указывает на загрязнение воды органическими при
месями. Причем присутствие ионов МН^" и МОГ свидетельствуе'
о свежем загрязнении. Присутствие иона МОГ показывает^ что за
грязнение произошло давно и вода подверглась самоочищению
Наличие нитратов в очищенной шахтной воде указывает на дос
таточно полную ее очистку от органических загрязнений. В шахт
ных водах, как правило, азот в виде нитратов и аммиака нахо
дится в небольших количествах.

Содержание ионов МОГ и МОГ в шахтных водах производст
венного объединения «Карагандауголь» составляет соответствен
но 0.01—2,1 и 1—13 мг/л, содержание иона ИН^в пределах 0—
0-8 мг/л, однако были зарегистрированы случаи, когда содержа
ние иона МН 4" возрастало до целых чисел. В шахтных водах от
ц и.пых шахт Донбасса также отмечено повышенное содержание
Г11Й ионов. Так, в водах шахты № 2 «Берестовская» концентра-

... нона КН4*достигала 10 мг/л (однократный анализ), а в во-
114 шаХТы им. Кона концентрация иона КОз" равнялась 17 мг/л,
•ни является следствием фекального загрязнения воды.

Ьпктериальное загрязнен и е шахтных вод обуслов-
,н но наличием в них большого количества микроорганизмов, что
ннинчся следствием попадания в воду продуктов гниения древе-
11 и и живых организмов. Это создает благоприятную среду для
1'1 пиния бактерий, среди которых могут быть патогенные — вред-
 для организма человека, — возбуждающие различные желу-
1МЧН0 кишечные заболевания (брюшной тиф, дизентерия и т. д.).
». о(к) следует выделить индикаторные бактерии кишечной па-

ЕзсЬепсЫа СоШ, количество которых служит показателем
ф.।алиного загрязнения воды.

1 гепень загрязнения шахтных вод оценивается микробиологи-
•п  кпми показателями.

I.	Коли-титром—количеством воды (в миллилитрах), в кото-
ром обнаруживается одна кишечная палочка (определяется со-
гласно ГОСТ 18963—73).

2.	Коли-индексом — количеством кишечных палочек, находя-
щимся в 1 л исследуемой воды.

3.	Микробным числом— общим количеством микробов в 1 мл
11ОЦЫ.

О. А. Алекин подразделяет природные воды по степени бак-
। триальной загрязненности на пять видов.

Вода	Коли-йндскс Коли-титр, мл

Сильнозагрязненная.......................Свыше	10 000	<0|,1

Загрязненная ............................ 1000	1

Слабозахрязненная ........................ 100	ГО

Удовлетворительная........................ 110	10О

Хорошая................................. Менее	3	333

Весьма редки случаи, когда коли-титр шахтных вод находится
в пределах (10—100 мл. Обычно он составляет 0,01—0,001 мл и ме-
нее. Однако шахтные воды редко бывают инфицированными и по-
лому представляют меньшую опасность в эпидемиологическом
отношений по сравнению с бытовыми сточными водами.

Для шахтных вод Подмосковного бассейна характерно незна-
чительное бактериальное загрязнение. Около 20% шахтных водо-
отливов откачивают воду с коли-титром больше 1 мл. Коли-титр
шахтных вод Донецкого, Кузнецкого и Карагандинского бассей-
нов находится в пределах 0,4-10-5—100 см31.

Агрессивность шахтных вод по отношению к бетону и ме-
таллу обусловливается их химическим составом. Агрессивные
свойства воды оцениваются в соответствии с утвержденными в
1973 г. Госстроем СССР строительными нормами и правилами
[28].

При действии воды (среды) на бетон конструкций коррозий
ные процессы подразделяются на три основных вида:
коррозия I вида характеризуется выщелачиванием раствори-
мых компонентов бетона (агрессивность выщелачивающая);

коррозия II вида вызывается образованием растворимых со-
единений или продуктов, не обладающих вяжущими свойствами,
в результате обменных реакций между компонентами цементного
камня и жидкой агрессивной средой (магнезиальная, общекислот-
ная агрессивность);

коррозия III вида является следствием образования и накопле-
ния в бетоне малорастворимых солей, характеризующихся увели-
чением объема при переходе в твердую фазу (сульфатная агрес-
сивность) .

Шахтным водам в основном свойственны сульфатная и обще-
кислотная агрессивности. Вода с содержанием сульфатов 300—
800 мг/л считается слабоагрессивной, а при сод-ржании сульфа-
тов более 800 мг/л — агрессивной. Механизм ра футающего дей-
ствия воды на бетон заключается в образовании гипса в резуль-
тате взаимодействия сульфатов с известью цемента. При кристал-
лизации в порах бетона гипса или сульфоалюминага кальция
объем полученных продуктов увеличпват гея боле» чем в 2 раза,
что приводит к разрушению бетона:

Са2+ 4- 801" 4- 2 Н2О -> Са$О4 • 21!,.();

3 Са8О4 -'г СаО.Л12О3 4- 31 Н2О -> СаО-А1..()3-3Са8(\-31 11,0	123].

Хлориды, присутствующие в шахтной воде, в та и содействуют
с известью и образуют растворимый хлористый кальций, усили-
вая тем самым коррозию бетона. В связи с ^тпм в строительных
нормах и правилах приведены пределы содержания ионов 8О4—в
воде с учетом относительного содержанья ионов < I и условий, в
которых находится сооружение.

Магнезиальная агрессивность так же, как и сульфа тая, про-
является при проникновении воды в тело бетона. Опа протекает
при большом содержании в воде ионов магния и характерна для
морской воды.

Общекислотная агрессивность связана с повышенным содержа-
нием в шахтных водах свободных ионов водорода, усиливающих
растворение и вынос с водой извести (СаСОз) из бетона. В соот-
ветствии с СНиП II—28 —73, вода обладает общекислотной агрес-
сивностью при рН<7. Наихудшими считаются условия при рН<4.

Подземные воды могут содержать и значительное количество
свободной углекислоты. Часть этой углекислоты находится в рав-
новесии с бикарбонатами (равновесная). Другая часть является
активной и вступает в реакции (агрессивная). Углекислотная аг-
рессивность обусловливается растворением карбонизированного
слоя бетона под действием избыточной углекислоты:

СаСО3 4- Н2О 4- СО2 - Са (НСО3)2.

Выщелачивающей агрессивностью характеризуется вода с ма-
лой временной жесткостью. Это приводит к растворению карбо-
на!. кальция н вымыванию из бетона гидрата окиси кальция.

В результате сульфатной агрессивности шахтных вод отмечено
разрушение ответственных бетонных конструкций — крепи ство-
лов, околоствольных выработок, а также перемычек в шахтах
Карагандинского бассейна («Молодежная» и им. Костенко) и Су-
люктинского месторождения, где содержание сульфатов в шахт-
ной воде составляло соответственно 2406, 1161 и 1720 мг/л. Следу-
ет отметить, что активная реакция воды при этом находилась в
пределах 7,7—7,9, а общая жесткость равнялась 11,2—38,1 мгХ
Хэкв/л. Большой сульфатной агрессивностью характеризуются
также шахтные воды Донецкого, Кизеловского и Челябинского
бассейнов. С глубиной сульфатная агрессивность снижается в свя-
зи с уменьшением содержания сульфатов и возрастанием хло-
ридов.

Руководствуясь строительными нормами и правилами, можно
в зависимости от характеристики агрессивности ереды, фильтру-
емости грунтов, условий омывания сооружений и наличия напора
выбрать бетон, изготовленный из портландцемента и пуццоланово-
го портландцемента в сульфатостойком и нссульфатостойком ва-
риантах, а также шлакопортландцемснта или пссчано пуццолано-
вого портландцемента. Необходимо отметить, что при планирова-
нии мероприятий по защите сооружений от коррозии, следует
иметь в виду, что при смешивании различных вод, даже неагрес-
сивных, их агрессивность увеличивается [23].

Металлическое оборудование шахт и обогатительных фабрик
подвергается химической и электрохимической коррозии. Сущ-
ность процессов коррозии независимо от их вида сводится к от-
щеплению электронов от атомов или радикалов. При химической
коррозии металл взаимодействует с кислородом, углекислотой,
сероводородом, метаном, хлором и другими окислителями:

4Ре + ЗО2 = 2Рс2О3.

Некоторые металлоконструкции, трубопроводы, арматура, на-
сосы, элементы подземного транспорта, металлическая крепь и
другие подвергаются электрохимической коррозии, т. е. разруше-
нию, происходящему в результате воздействия минерализованных
шахтных вод. При контакте металла с электролитом происходят
процессы электрохимического окисления на аноде, например

Ре -> Ре2+ + 2 е,

и восстановления на катоде, например:

Н+Н-е-^Н; О2 д-2 П2О + 4 е-* 4ОН~; Ре2+ -]-2е-^Ре и др.

Коррозия металлов интенсифицируется с увеличением кислот-
ности шахтных вод. Веществами, отдающими электроны (восста-
новителями), являются углерод, окись углерода, натрий, калий,
алюминий, водород и др.

Особенно сильное влияние на коррозийную стойкость сталей
оказывает углерод, определяющий уровень потенциалов в системе
металл — электролит. Поэтому чем меньше углерода в стали, тем
меньше ее чувствительность к межкристаллитной коррозии [29]'.

Авторы работ [30,31] указывают на повышение коррозии ме-
таллического оборудования обогатительных фабрик в агрессивной
среде — воде — с повышенным содержанием хлоридов кальция и
магния, а также дисперсных частиц угля и,породы, так как при
взаимодействии -растворенного кислорода с углем образуются со-
единения, увеличивающие скорость коррозии, особенно в прису г-
ствии солей. В связи с этим авторами не рекомендуется исполь-
зовать на обогатительных фабриках воду с электропроводностью
более 2500—3000 мкСм.

Степень агрессивного воздействия воды па металлические кон-
струкции оценивается в соответствии со строительными нормами
и правилами [32] по ее водородному показателю и суммарной
концентрации сульфатов и хлоридов, выраж» иной в граммах на
литр. Вода, характеризующаяся суммарной концешрацией ионов
С1” и 8О1—, ранной 5 г/л, и величиной р!1, находящейся в преде-
лах 3—11, является для металла среднеагрессшшо!! средой.
С увеличением содержания хлоридов и сульфа юн в том же диапа-
зоне рН вода становится уже оильноагрссспннон. Некоторые шах-
ты Донецкого, Кизеловского, Карагандинского и Челябинского
бассейнов'имеют сильно-агрессивные шахтные воды.

Защита бетона и металла от коррозии. Для пред-
отвращения коррозии бетона применяются сгльфа гостойкие сорта
цемента, бетоны повышенной плотности, битумные покрытия и за-
щитные оболочки. Наиболее радикальным срелснюм зашиты со-
оружений от агрессивного воздействия высокоипнералиюванных
вод является применение специальных цементов, глиноземистого,
пуццоланового, силикатного цементов, шлакосилпка того цемента
и др. Широко используется расширяющимся цемент, д пощий уве-
личение объема как при твердении в воде, так и на воздухе, от-
личающийся высокой плотностью и водонепроницаемостью.

Для повышения стойкости железобетонных сооружений к аг-
рессивной среде ВНИИСТ были разработаны и испытаны следую-
щие покрытия: изоляционные, бензоводостойкие, лакокрасочные,
наклеиваемые и армированные, пленочные и пластмассовые, а
также листовые с механическим креплением.

Сооружение должно строиться из предварительно напряженно-
го бетона высокого качества и большой плотности. Поверхность
бетона под покрытиями не должна иметь раковин и неровно-
стей. Лакокрасочные покрытия на основе эмалей ХСЭ-23
и ХС-710 выпускаются отечественной промышленностью. Для
нетрещиностойких конструкций используются покрытия из эла-
стичных каучукообразных лакокрасочных материалов. Средняя
толщина системы покрытия 100—250 мкм [33].

НИИцемент предложен портландцемент с содержанием 10—
15% окиси бария, до 15% алита и до 22%, в сумме трехкальцие-
вого алюмината, моноалюмината бария и четырехкальциевого
алюмоферрита, обладающий повышенной сульфатостопкостыо
[34].

Для предотвращения коррозии металла применяются кислото-
упорные сплавы, их заменители, а также защитные покрытия.
24
[ля этих Же целей можно рекомендовать использование полимер-
ных труб и материалов.

В сильнокислотной воде рабочие колеса насосов выходят из
строя в течение суток. Исследования, выполненные в Кизеловском
бассейне, показали высокую надежность эпоксидно-битумных по-
крытий трубопроводов в условиях просачивания кислотных вод.
Гак, на шахте № 33 «Капитальная» после двух лет эксплуатации
на защищенных трубах не было отмечено каких-либо изменений,
в 10 время как сквозное разъедание незащищенных труб было об-
наружено уже через 7—10 дней [35]. Предлагается следующий
состав эпоксидно-битумного покрытия:

Массовые

части

Эпоксидная смола .	. ... .	100

Дибутилфталат.................. 10

Полиэтиленполиамин	....	ЬО

Каменноугольный лак	....	30

Цемент......................201—ЗЮ

ВНИИОМШС разработаны и внедрены на шахтах Донбасса и
Караганды защитные полимер-протекторные покрытия на основе
низкомолекулярных смол (эпоксидных, фурановых, полиэфирных),
мо шфицированных битумными, 'каменноугольными и другими ма-
о-риалами, которые нанесены на цинковые и алюминиевые про-
ц'кторные грунтовки. Фурановые покрытия превосходят эпоксид-
ные по кислотостойкое™. Разработанные институтом покрытия,
полученные совмещением фурановых <и эпоксидных смол с .син-
1С1Нческими каучуками надежно защищают металл в шахтных во-
дах любой кислотности. Срок службы таких покрытий — 5 лет.
( рок службы алюминиевых покрытий, применяемых в ЧССР, со-
ставляет 10 лет [36].

1.6. ХАРАКТЕРИСТИКА ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ШАХТНЫХ ВОД

Условия образования взвешенных веществ

Движение подземных вод от мест образования (стволы, очист-
ные и подготовительные выработки, выработанное пространство)
до участковых и главных водосборников сопровождается загряз-
нением воды частицами угля, породы и инертной пылью, приме-
няемой в целях локализации подземных взрывов газа, и взвешен-
ной в воздухе угольной пыли. Концентрация и степень дисперсно-
С1И взвешенных веществ в шахтных водах зависят от горно-геоло-
1 ических и технологических факторов.

К основным горно-геологическим факторам относятся водо-
обильность шахты, крепость и влажность угля и пород, мощность
п структура угольного пласта, а также вещественный состав угля.
Естественная влажность угольных пластов является важным фак-
тором, влияющим на интенсивность пылеобразования и загрязне-
ния подземных вод взвешенными веществами. В Карагандинском
бассейне запыленность воздуха при работе комбайнов на пла-
стах с влажностью 2—3% составляет 5000—8000 мг/м3*, в то вре-
мя как на пластах с влажностью 7%. она не превышает 400—
600 мг/ма.

Влияние технологических факторов связано с применением ме-
ханизмов и выражается:

степенью оснащения забоя механизмами;

схемой набора зубков и размерами режущего инструмента;
режимом разрушения угольного массива исполнительным орга-
ном;

объемом взрывных и буровых работ с промывкой шпуров и
скважин;

конструкцией исполнительных органов комбайнов;
интенсивностью работы оросительных систем;

временем пребывания частиц в воде и др.

Рост добычи угля в перспективе приведет к увеличению нагруз-
ки на лаву (2000—4000 т/сут), что может увеличить запыленность
воздуха. Этому будет способствовать также необходимость увели-
чения расхода воздуха для проветривания лав, а при этом осев-
шая пыль будет подниматься в воздух. С внедрением на шахтах
комплексной механизации и автоматизации трудоемких работ
роль технологических факторов, влияющих на пылеобразование в
загрязнение шахтных вод взвешенными веществами, возрастает.
Внедрение узкозахватных комбайнов КШ-1 кг, ГШ-68, КШ-ЗМ,
2К-52 и механизированных комплексов наряду со значительным
снижением трудоемкости очистных работ привело к большей сте-
пени измельчения угольного массива, чем, например, широкозахват-

ными комбайнами типа «Донбасс» и ЛГД,
отразилось на загрязненности шахтных вод
угля.

Степень запыленности воздуха зависит
комбайна.

что, в свою очередь,
мелкими фракциями

от скорости подачи

Увеличение скорости подачи комбайна обусловливает умень-
шение удельного выделения мелких фракций отбиваемого угля и
снижение содержания тонкодисперсных частиц пыли. На степень
запыленности воздуха влияют также скорость резания и вид на-
бора резцов на исполнительном органе. В настоящее время в
Карагандинском бассейне широкое распространение получили уз-
козахватные комбайны КШ-1 кг и 2К-52, КШ ЗМ, ГШ-68 со
шнековым исполнительным органом. В перспективе предусматри-
вается полная замена их более совершенными машинами КШ-ЗМ
и 1 ГШ-68, которые будут оснащены исполнительными органами с
наклонными лопастями шнеков и тангенциальными резцами, уста-
новленными по спиральной схеме. Это обусловит повышение, по
сравнению с серийными машинами, выхода крупных сортов угля
(класс +13 мм) на 12,1%, за счет улучшения параметров среза
и снижения степени сжатия отбитого угля между лопастью шне-
ка и бортом конвейера при погрузке. Уменьшится также выход
штыба (класс +6 мм) на 7,4%.

Наличие трудноосаждаемых глинистых включений в шахтных
подах объясняется контактом подземных вод Ц'1Ю1|н| ...и и

ми породами. Для установления степени участи» горны
осадке шахтных вод в условиях Карагандинскою олсгоЛнп 111.1111
выполнены анализы по устойчивости пород при их пир и ин

111 В табл. 3 приведены данные размокаемости .пород, р и по ю
женных в кровле и почве главных продуктивных свит <».к< > нол
Карагандинской и Долинской. В кровле и почве пластов лгжд| и
о повном полосчатые, однородные, сидеритизированные и V1 ш
СИ.И' аргиллиты, склонные к быстрому размоканию. Встречаю। и
ра шовидности слоистых алевролитов и песчаников. Как след\
< । из анализа, полная размокаемость аргиллитов происходит в те-
чение 1,5—3 ч. Алевролиты и песчаники в зависимости от струк
|\ры также подвержены размоканию, однако в меньшей мере.
Причиной появления в шахтной воде коллоидной фазы является
в основном размокание коалинизированных аргиллитов.

Таблица 3

Размокаемость вмещающих пород Карагандинского бассейна

Порода	Естественная влажность, %	Объем пробы, подвергшейся размоканию, %	Время раз- мокания, ч
Аргиллит коалинизированпый, слабый	23	100	1,3
Аргиллит полосчатый	18,5	100	1.6
А к'вролит со слабой метаморфизацией	18,3	75	140
1Ьтчаник карбонатизированный	13.9	10	93
Аргилиит углистый	16,7	100	1,5
\ к'вролит с включениями каолина	13	50	135
Песчаник крепкий	14,7	0	140
Метаморфизированный аргиллит	13,5	35	70
А нчГролит сидеритизированный	14,5	22	121

Вещественный состав и свойства взвеси

Эффективность осаждения взвешенных веществ в шахтных во-
чах и активность применяемых реагентов обусловливаются рядом
факторов, главными из которых являются: химический состав во-
ды, степень дисперсности взвеси, ее агрегативная и кинетическая
устойчивости, смачиваемость, сорбционная активность, электрофо-
ретическая подвижность и др. Эти факторы, в свою очередь, за-
висят от качественного состава твердой фазы шахтных вод.

Согласно потребительской классификации, угли Советского Со-
юза маркируются в зависимости от влажности, спекаемости, вы-
хода дегтя и летучих веществ. Марка углей характеризует степень
п' метаморфизма (углефикации), т. е. изменение физико-химиче-
ских свойств и внутреннего строения органического угольного ве-
щества во времени под действием высокого давления и повышен-
ной температуры в условиях полной или частичной герметизации.

Различают макроскопические и микроскопические компоненты
улей. К макрокомпонентам относят витрен, флюзен. дюрен и кла
рен, которые отличаются рядом химических особенностей. Под
микрокомпонентами понимают различаемые в углях под микро-
скопом петрографически простые составные части, из которых сла-
гаются группы — микролитотипы. Из микрокомпонентов наиболь-
ший интерес, с позиций изучения свойств взвешенных веществ в
шахтных водах, представляют компоненты группы витринита
(VI) и фюзинита (Р), присутствующие в углях в большем коли-
честве; компоненты группы семивитринита (За) и лейптинита (Ь)
присутствуют в углях в меньшем количестве.

Вещественно-петрографический состав углей по микрокомпо-
нентам и микролитотипам является обычно довольно постоянным
и характерным для целого бассейна, однако иногда наблюдаете/
и некоторое его изменение внутри стратиграфического раздела
или месторождения. В табл. 4 приведены пределы изменения
петрографического состава углей средних пластовых проб различ-
ных угольных бассейнов [37, 381.

Таблица 4

Петрографический состав угпей средних пластовых проб, °/о

Группа микрокомпонентов

Бассейн	VI	/•'	ь
Донецкий	75 90	7-15	3—14
Карагандинский (Карагандинская сви-	43 60	20 55	1—7
та)			
Кузнецкий	3(5 90	3 -55	1—6
Печорский	67- 81	18-31	1—2
Кизеловский	30- -76	18-35	6—37
Подмосковный	45	11	10
Витрпнизированные компоненты углей низкой стадии метамор-			
физма имеют наименьшее сопротивление механическому воздейст-			

вию, что является причиной значительного участия в юнких клас-
сах микрокомпонентов группы витринита. Вигрпнит является наи-
более легко и быстро окисляемым веществом угля. Отдельные ком-
поненты (сомивитринпт 5г ;и лейнтинит Ь) сходны но свойствам с
витринитом. Семивитринит представляет собой затронутое фюзени-
зацией витринизированное вещество.

Компоненты группы фюзинита обладают большой удельной по-
верхностью из-за пористости, следствием чего является их повы-
шенная сорбционная способность по сравнению с витринитом. Из
органических ингредиентов угля фюзинит имеет наибольшую объ-
емную массу, которая зависит от минерала, заполняющего отвер-
стия (кальцит, пирит), активно вступает в соединение с кислородом
воздуха. Фюзиниты более углефицированы, чем витриниты, наи-
более устойчивы в процессе окисления и содержат меньше водо-
рода и кислорода.

Минеральные вещества (МЬ) в твердой фазе шахтных вод
представлены в основном глинистым материалом, образующимся
п< лгдствие гидратации слабых горных пород (каолинит, монтмо-
риллонит, аргиллит, частично алевролит). Эти минералы встреча-
11 йен отдельными зернами, в сростках с витринитом и порах фю-
пшита в угольной массе, а также без органики в породах почвы.

В табл. 5 приведен петрографический состав осадка шахтных
ИОЛ по микрокомпонентам некоторых угленосных районов Кара-
। лидийского бассейна. Анализ выполнен нами с помощью микро-
«копирования. Как видно из таблицы, содержание органических и
минеральных примесей находится в пределах соответственно 58—
' 03%и 28—42%. «Чистый» уголь представлен в основном ком-
понентами групп витринита и фюзинита. Учитывая весьма незна-
чнтсльное количество компонентов других групп в массовых про-
пои гах, сходных по свойствам с компонентами групп витринита
или фюзинита, а также весьма сходные свойства компонентов в
Пределах групп, для упрощения расчетов мы в дальнейшем их объ-
</1.11 ним и будем рассматривать только группы витринита и фюзи-
ни1 а, не подразделяя их на микрокомпоненты.

Таблица 5

Петрографический состав осадка шахтных вод по микрокомпонентам
Карагандинского бассейна*

Общий состав осадка, %

Состав органических и мине-
ральных примесей, %

Угленосный
участок и шахта

Минеральные при-
меси

VI

Чис-
тый
уголь

('иранский уча- < ЮК  «А к гасская»	64	27,1	0,4	6,4	2,1	100	37	5	20,0	2,0	36	100
«Саранская»	68	23,1	0,4	4.8	3,7	100	41	4	21,5	1,5	32	100
11м. 50 лет СССР  /1 ромышленный участок.	72	19,1	0,4	3,2	5,3	100	45	3	23,0	1,0	28	100
Им. Горбачева	64	25,8	0,4	2,6	7,2	100	47	1	15,0	1,0	36	100
Им. Костенко	58	26,5	2,1	5,8	7,6	100	35	5	17,0	1,0	42	100
Нм. 50 лет Ок- тября Ччрубай-Ну- пинский учас- ток	61	30,9	1,8	4,5	1,8	100	44	2	14,0	1,0	39	100
сДолинская»	63,00	34,66	1,56	0,7	0,08	100	51,66	1,26	8,82	1,26	37,00	100
<Абайская»	72,03	26,03	1,34	0,6	—	100	44,65	2,16	22,32	2,90	27,97	100
сЧурубай-Ну- ринская»	71,00	27,00	0,9	1,1	—	100	42,60	1,42	25,56	1,4.2	29,00	100

+ Анализы выполнены химиком-аналитиком Т. А. Левковской под руководством кенд.
техн, наук Е. М. Зинченко.

Г 1 МЬ
Качественный состав микрокомпонентов, сравнительный дис-
персный состав и форма частиц иллюстрируются на микрофотогра-
фиях, сделанных с аншлифов-брикетов под микроскопом (рис. 3).

Характерным признаком активности поверхности твердого тела
является степень ее смачивания водой. Для условий Караган ДИН-

Рис. 3. Микроструктура
части твердой фазы
шахтных вод:

а — шахта «Долинская»,
пласт Д6;' б — шахта «Актас-
ская», пласт К12: в —шахта
«50 лет Октября», пласт Кю.
VI— витринит; Р— фюзи-
нит; МЬ1 — глинистый мате-
риал; МЬ? — пирит; А4Ь3 —
карбонаты; — кварц

ского бассейна были определены краевые углы смачивания (0)
поверхности брикетов некоторых петрографических разновидно-
стей водой различной минерализации на воздухе и в аполярной
жидкости. Брикеты изготавливались из порошков витринита, фю-
зинита и глинистого материала. По данным опытов определялась
величина убыли свободной поверхностной энергии системы ДТГ.

Таблица 6

Краевые углы смачивания водой и поверхностная энергия компонентов
осадка шахтных вод Карагандинского бассейна

Материал	Дистиллированная вода			Минерализация воды					
				4 г/л			8 г/л		
	6 жж’ градус	®жг’ градус	А V/, эрг/см*	®жж’ градус	®жг’ градус	ьче, эрг/см2	8 жж’ градус	ежг’ градус	АГ, эрг/см*
Фюзинит, пласт Кю, шахта «Ми- хайловская» 1,3<у< 1,45, г/см3	120	45,5	21,84	126	55,5	31,52	132	63	39,75
Витринит	1,3,  г/см3	128	67,0	44,41	134	73,0	51,54	143	82	62,68
Аргиллит зернис- тый глиноподоб- 11ЫЙ	108	40,0	17,04	112	52,5	28,39	122	61	37,49
вызывающей эффект выталкивания частиц и их коагуляцию
(табл. 6):

Д = (1 — соз 6) ожг,
где. пжг— поверхностное натяжение жидкости.

Обработка полученных данных показала, что слоистый и зерни-
стый аргиллиты обладают практически одинаковыми углами крае-
вого смачивания и являются менее гидрофобными, чем витринит
п фюзинит. С увеличением минерализации воды повышается сте-
пень гидрофобности и убывает свободная поверхностная энергия
дисперсионной среды в связи с увеличением ионной силы раствора.
Наиболее гидрофобным из рассматриваемых компонентов являет-
ся витринит (Ижж= 128—143°; 0жг=67—82°).

Результаты исследований степени дисперсности взвешенных ве-
ществ в шахтных водах Карагандинского бассейна хорошо ап-

Рис. 4. Гранулометрический состав
осадка шахтных вод

Крупность частиц, мкм

Рис. 5. Гранулометрический состав
частиц фюзинита, витринита и гли-
нистого материала осадка шахтной
воды (средняя проба Г=19°/о;

У/ = 42%; ЛЯ. = 36%)

проксимируются (коэффициент корреляции т| = 0,97) кривой вида
(рис. 4).

п г . 1457,3 7586,4

Р = 6,87 4- ------------,

а &

।дс Р — суммарный выхот фракций, %; (1 — крлпность фракций,
мкм.

С увеличением дисперсности частиц растет их зольность. Наи-
большее ее значение приходится на частицы размером 0—10 мкм,
что объясняется в основном размоканием аргиллитовых разновид-
ностей. На рис. 5 приведены кумуляты гранулометрического со-
си ва выделенных петрографических микрокомпонентов пои сле-
дующем среднем содержании в осадке шахтных вод: VI — 42%,
Р—19% и МЬ — 36%. Содержание частиц фюзинита, витринита и
аргиллита (глинистого материала) крупностью менее 10 мкм, обу-
словливающих кинетическую устойчивость взвеси, составляет со-
ответственно 10; 24,5 и 46,5%..

Электрокинетический потенциал частиц взвеси является важ-
ной характеристикой дисперсных систем, так как во многих слу-
чаях обнаруживается симбатное изменение его величины и устой-
чивости взвеси. Устойчивость частиц заключается в связывании
диффузной частью двойного электрического слоя больших объе-
мов воды с их поверхностью.

Предварительное определение на рН-метре знака заряда частиц
витринита, фюзинита и глинистого материала в шахтной воде с
минерализацией 0; 2; 4; 6 г/л показало, что все частицы заряже-
ны отрицательно. Перезарядка частиц происходит в интервале
минерализации воды от 6 до 10 г/л.

Определение'величины ^-потенциала частиц взвеси проводи-
лось на приборе Чайковского после его термостатирования при
напряжении 100 В и силе тока 25—50 мА, длительность опыта не
превышала 600 с. Нагрев трубки с балластной водой в месте ее
контакта с агаровыми ключами был устранен за счет увеличения
площади соприкосновения боковой жидкости с агар-агаром. Для

проверки результатов анализа менялась полярность электродов.
Снижение заряда частиц с повышением минерализации воды объ-
ясняется слабым взаимодействием их ионных атмосфер. В соот-
ветствии с теорией Дебая — Гюккеля, повышение концентрации
электролитов, особенно содержащих многовалентные ионы, вызы-
вает сжатие диффузной части двойного электрического слоя [39].
На рис. 6 приведена зависимость величины ^-потенциала частиц
различного вещественного состава от минерализации 'воды. Орга-
ническая часть (VI и Р) пре-

Рис. 6. Зависимость ^-потенциала
частиц фюзинита Е, витринита VI и
глинистого материала МЬ от минера-
лизации шахтной воды (в г/л)

парирована из угля пласта
Аю — «Феликс» шахты им. Ко-
стенко производственного объ-
единения «Карагандауголь», а
в качестве глинистого мате-
риала использован легко раз-
мокаемый слоистый аргиллит.
Высокий ^-потенциал частиц в
дистиллированной воде объяс-
няется дипольным моментом
молекулы воды, так как ^-по-
тенциал тем 5ольше. чем боль-
ше полярность жидкости. Из
рис. 6 видно, что частицы гли-
ны в дистиллированной воде
обладают наибольшим ^по-
тенциалом (—61,5 мВ), а ча-]
стицы’ фюзинита — наимень-
ниш (—39,4 'мВ). Последнее объясняется разновидностью поверх-
ности фюзинита, вследствие чего происходит некоторая компенса-
ция зарядов.

Рассмотренные свойства твердой фазы позволяют охаракте-
ризовать поведение суспензий при совокупном влиянии различ-
ных факторов, что создает предпосылки для оптимального управ-
ц’ния процессом очистки шахтных вод.
Глава 2

ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ШАХТНЫХ ВОД
ПРИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В ТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ
И ВЫПУСКЕ В ВОДОЕМ

2.1.	ОБЪЕКТЫ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ
И ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ВОДЫ

Во многих угольных бассейнах страны и за рубежом снижение
расхода дефицитной и дорогостоящей питьевой воды для нужд, не
связанных с питьевым и бытовым водоснабжением, осуществляет-
ся за счет использования шахтных вод. Очищенные шахтные воды
используются в процессе угледобычи для нужд комплексного обес-
пыливания, (включающего нагнетание воды в пласт с целью его
дегазации и предотвращения внезапных выбросов газа и пыли, а
также интенсивного пылсвыделения в процессе разработки; для
устройс1ва водяных заслонов на входящей и исходящей струям
забоев, пластов или крыльев шахт; для орошения забоя при рабо-
те очистных и подготовительных комбайнов, а также транспорт-
ных средств; при бурении дегазационных скважин и шпуров с
промывкой; на обмывку стенок основных и вспомогательных вы
работок для предупреждения и локализации взрыва угольной пы-
ли и др. Кроме того, значительный объем технической воды необ-
ходим поверхностным комплексам шахт и обогатительным фабри-
кам, а также при гидродобыче и гидротранспорте полезного ис-
копаемого.

Известно, что различные водопотребители предъявляют к ка-
честву технической воды индивидуальные требования. Для одних
она должна быть прозрачной бесцветной, без железа, по возмож-
ности мягкой и не обладать запахом, т. е. близкой по показателям
к питьевой воде, однако для отдельных объектов вполне может
быть пригодна вода с некоторыми отступлениями от норм качест-
ва питьевой воды. Например, в воде, используемой для гидро-
транспорта угля и породы, содержание взвешенных веществ не
лимитируется. Для этих целей может быть использована шахтная
вода без очистки [40].

Особые требования п-редьявляются ж 'воде, используемой для
борьбы с пылью. Спецификой горных работ обусловлено присут-
ствие машиниста комбайна и его помощников непосредственно
в зоне повышенного пылеобразования. Вдыхание рабочими аэро-
золи, включающей связанные частицы твердого при обеспылива-
нии, неизбежно, если они не пользуются средствами индивидуаль-
пин । нцнты. Поэтому, естественно, что при использовании для
цы юнодавления шахтных бод, содержащих взвешенные вещества,
, ипаются санитарные условия, так как к исходной загрязненно-
> 1п воздуха прибавляются и загрязнения, содержащиеся в воде.
По 1эш!ьщ Карагандинского филиала ВостНИИ, И позиций
и* по шзования шахтных вод для обеспыливания высокая их ми-
игр лизация способствует лучшему связыванию пыли.

В 1975 г. введены санитарные правила ’[41], в соответствии с
мпорыми вода, используемая для нужд комплексного обеспыли-
11.1НПЯ, должна отвечать питьевому стандарту ГОСТ 2874—73. Для
районов с дефицитом питьевой воды разрешается по согласова-
нию с органами юсударственного санитарного надзора использо-
|».ц|> шахтную воду, при условии ее предварительной очистки до
иип-еного качества. Последнее требование ставит перед угольной
промышленностью важные задачи, связанные с необходимостью
оосесоливания некоторого объема шахтных вод перед их использо-
п.|пнем для отдельных объектов водопотребления, особенно в усло-
виях шахт Донбасса, Караганды и Ростовской области, воды ко-
к>рых обладают большой минерализацией. Необходимо отметить,
•ио, несмотря на наличие эффективных методов 1 средств очистки
поды, еще не все шахты оборудованы сооружениями для механи-
ческой очистки и обеззараживания шахтных вод. Вопрос же их
опреснения стоит на повестке дня отечественных и зарубежных на-
чно-нсследоватсльских институтов.

Таким образом, опреснение шахтных вод в промышленных
масштабах — вопрос перспективы, хотя работы в этом направле-
нии ведутся. Отказ от использования минерализованных шахтных
под для нужд технического водоснабжения в угольной промыш-
ленности может вызвать, с одной стороны, ухудшение санитарно-
ГО состояния поверхностных и подземных вод в связи с необходи-
мостью отвода сточных вод с территории шахт, и с другой — к
1л.1ьнейшему повышению дефицита питьевой воды, обусловленно-
м\ необходимостью использования ее для нужд технического во-
|оснабженвя.

15 связи с дефицитом питьевой воды в перечисленных угольных
бассейнах по согласованию с государственными санитарными ор-
। |нами шахтные воды используются для нужд технического водо-
снабжения угольных предприятий. Подача питьевой воды для пы-
.н'подавления прп этом полностью исключается. Для удовлетво-
рения питьевых нужд подземных рабочих на шахтах организова-
ны фляговые хозяйства.

Одним из водоемких объектов угольной промышленности яв-
ляются фабрики мокрого обогащения углей. Вопрос рационально-
го проектирования технического водоснабжения таких фабрик до
настоящего времени еще не нашел должного решения, хотя суще-
ынуют требования к качеству воды, используемой для обогаще-
ния [40|. При разработке проектов за источник технического во-
н,снабжения фабрик необосновано принимаются питьевые водоза-
боры, расположенные при этом часто па значительном расстоянии
от промплощадки будущей ОФ, в то время как воды шахт, распо
ложенных поблизости, сбрасываются по рельефу местности, за-
грязняя поверхностные и подземные воды.

Целесообразность использования шахтных вод для технически?
целей углеобогатительных фабрик подтверждается эксперимен-
тальными исследованиями и промышленными испытаниями. В на
стоящее время уделяется все большее внимание изучению влия-
ния качественных показателей оборотной воды на процессы обе
гащения. Степень влияния концентрации твердого продукта в обо
ротной воде и ее солесодержания на флотацию и сгущение шла
мов приобретает особо важное значение в связи с переходом обо
гатительных фабрик на работу по замкнутой водношламовой схе
ме. Серия анализов и промышленные исследования оборотные
вод фабрик Карагандинского бассейна, выполненные КНИУИ
свидетельствуют о повышении минерализации воды с ростом чис
ла ее .оборотов в техническом цикле. Например, минерализация
воды при контактировании с углем шахты «Долинская» увеличи
лась с 3128 до 5920 мг/л. При этом было отмечено преимуществен
ное повышение содержания сульфатных ионов 142]'. С у-величени
ем общей минерализации воды до 5920 мг/л флотация интенсифи
цируется и время ее сокращается примерно на 20%- Одновремен
но наблюдается значительный рост зольности отходов и повышение
выхода концентрата. Эти результаты согласуются с работам!
УкрНИИУглеобогащение по флотации в солевой среде углей Дон
басса, Ростовской области и Грузинской ССР. По данным этогс
института, содержание солей в технической воде допускается дс
3—7 г/л, а предельное содержание твердых частиц для неглинм
стых шламов — до 20 г/л, для глинистых — до 5 г/л [43].

Таким образом, с технологических позиций для мокрого обога
щения углей могут быть использованы шахтные воды без всякой
очистки, так как их загрязнение механическими примесями не пре
вышает 1,5—3 г/л, что в десятки раз меньше пределов допускае-
мой загрязненности.

К фактору, ограничивающему использование минерализован-
ных шахтных вод для технических целей ОФ, относят агрессивное
воздействие воды на бетон и металлические конструкции. Следует
отметить, что взаимодействие растворенного в воде кислорода с
угольными частицами уже образует соединения, увеличивающие
скорость коррозии стали. В присутствии солей увеличивается элек-
тропроводность воды, что интенсифицирует ее коррозийное воздей-
ствие на металл, однако ущерб от этого воздействия при исполь-
зовании защитных покрытий весьма ничтожен по сравнению со
стоимостью питьевой воды, а также последствиями сброса высоко-
минерализованных шахтных вод. Большинство обогатительных
фабрик Донбасса используют минерализованные шахтные воды.
Если считать, что допустимая электропроводность не должна пре-
вышать 2500 мкСм, то из 14 фабрик Украины только 4 получают
техническую воду, удовлетворяющую этим требованиям [44].

Приводимые выше случаи агрессивного воздействия воды на
Яо и ниичовные конструкции не являются характерными только
||) 1И.1* тих вод. Практика показала, что наличие в угле раст-
• рпмыч солей обусловливает при замкнутом цикле водоснабже-
нии  использованием питьевой воды увеличение солесодержания
Ц||||Н111к)й воды до 5—6 г/л. При этом солесодержание находится
• примой зависимости от количества материала и времени его кон-
1им.1 с водой. Поэтому для технического водоснабжения обога-
ти- и.пых фабрик представляется весьма экономически выгодным
|н пользование шахтных вод. Однако независимо от минерализа-
11Н1 исходной воды, используемой! для технического водоснабже-
нии обогатительных фабрик, бетонные конструкции фабрик долж-
ны выполняться только на базе сульфатостойких цементов.

2.2.	УСЛОВИЯ СПУСКА СТОЧНЫХ ВОД В ВОДОЕМЫ

В 1970 г. были приняты «Основы водного законодательства
( 4 । Ри союзных республик», в которых большое внимание уделе-
. । гапитарной охране и санитарной экспертизе водоемов, что ска-
|.1.'П)сь на эффективности и научно обоснованном использовании
пилы, а также охране водоемов от загрязнения.

Практика показала, что политика запрещения какого-либо
гО|)(»са сточных вод в водоемы нереальна и .приводит к противо-
|ц| 1ПЖНЫМ результатам [45]. Рациональная точка зрения в обла-
|и охраны водоемов в мировом масштабе допускает некоторое
и 1менение в них качества воды, не оказывающее отрицательного
н шянпя на здоровье людей и беспрепятственное использование во-
/ни мои для различных нужд населения и народного хозяйства,
’ю нашло свое отражение в «Правилах охраны поверхностных
н<> I, ог загрязнения сточными водами» [46]’. Правилами прежде
ЦП то предусматривается ограничение отведения в водоемы тех
< 1оч1ных вод, которые могут быть использованы при рациональной
।гчнологии производства и системах оборотного водоснабжения, а
1.1 кже при соблюдении необходимых санитарных требований в
• < л веком хозяйстве.

В соответствии с современными научно обоснованными положе-
ниями и правилами нормируются также состав и свойства водо-
емов применительно к отдельным видам водопользования. В осно-
ве современного .водно-санитарного законодательства лежат пре-
Ц'льно допустимые концентрации вредных веществ в воде водое-
мов (ПДК), являющиеся важнейшими гигиеническими нормати-
вами.

Различают две категории водопользования. К первой категории
о 1 носятся водоемы, используемые в качестве источника централи-
юванного и нецентрализованного хозяйственно-питьевого водо-
снабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой про-
мышленности. Ко второй — водоемы, используемые для купания,
отдыха населения, а также водоемы, находящиеся в черте насе-
ленных мест. Кроме того, Правилами нормировано качество воды
водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей.

К первой категории рыбохозяйственного водопользования отно-
сятся водоемы, используемые для сохранения и воспроизводства
ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к кис
лороду. Ко второй — водоемы, используемые для других рыбохо-
зяйственных целей. Отнесение водоемов к той или другой катего-
рии водопользования производится органами Государственной са-
нитарной инспекции с обязательным учетом конкретных местных
условий и перспективы санитарно-бытового . использования во-
доема.

Правила предъявляют определенные требования к составу п
свойствам воды водоемов у пунктов хозяйственно-питьевого и
культурно-бытового водопользования, причем за расчетный при-
нимается створ, расположенный на водотоках в одном жилометре
выше ближайшего по течению пункта водоснабжения, места ку-
пания, организованного отдыха и т. д., а на непроточных водое-1
мах и водохранилищах — в одном километре в обе стороны от
пункта водопользования.

Состав и свойства воды рыбохозяйственных водоемов должны
удовлетворять рыбохозяйственным требованиям непосредственно
в месте выпуска — при рассеивающем выпуске. При отсутствии
такого выпуска — в створе, определяемом в каждом конкретном
случае органами рыбоохраны, но не далее чем в 500 м от места
выпуска. Следует отметить, что предусмотренные правилами тре-
бования к составу и качеству воды водоемов не учитывают осо-
бенности каждого водного объекта и могут корректироваться по
согласованию с местными органами санитарной, водной и рыбной
инспекций.

В водоемах в интервале движения воды от места приема сточ-
ных вод до пунктов водопользования происходят процессы само-
очищения воды, которые должны завершаться несколько раньше
или к моменту приближения смеси потоков к расчетному створу.
Этот важный момент учитывается при выполнении расчетов необ-
ходимой степени очистки сточных вод перед выпуском их в во-
доемы. При этом используют данные об условиях смешения сточ-
ных вод с водой водного объекта у расчетного створа и о соот-
ветствующей этим условиям кратности разбавления.

Соблюдение Правил позволяет проявиться способности самоо-
чищения водоемов и водостоков в полной мере, что приводит к
снижению затрат на строительство и эксплуатацию очистных со-
оружений, обусловливает сохранение чистоты водоемов и санитар-
ное оздоровление прилегающих объектов.

2.3.	НЕОБХОДИМАЯ СТЕПЕНЬ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
ПРИ ИХ ОТВЕДЕНИИ В ВОДОЕМ

Естественное самоочищение водоемов

Наблюдение за состоянием водоемов, находящихся в черте за-
грязняющего влияния угольных шахт, показывает, что в резуль-
тате сложных физико-химических и биологических процессов,
происходящих в воде, проявляется тенденция постепенного умень-
•1п и!, । количества внесенных в водоем загрязнений. При этом про-
н чодит разбавление шахтных вод, окисление органических при-

• и, нейтрализация кислот, щелочей и т. д. Влияние совокупно-
н ц)'р( численных факторов приводит, -как правило, к 'снижению,
• иногда и к полному исчезновению поступивших в водоем загряз-
Ц| пни Важными показателями, характеризующими степень за-
।Р»| 1111-нности водоема органическими веществами, являются рас-
||||||»гупь1Й кислород и биохимическое потребление кислорода
(I ИК). Для полной характеристики качественных показателей
ннн ।пых вод определение упомянутых ингредиентов представля-
ги>1 весьма важным в связи с возможным ухудшением кислород-
1Н11О режима малых рек вследствие отвода в них значительного
1111114(4 ^3 шахтных вод, а также организации на базе шахтных
под водоемов для разведения рыбы.

Рас вверенный кислород в воде 'водоема необходим для жиз-
ш 1ся к'льности биоценозов, а также для окисления органического
. пкегва, поступающего в водоем вместе с загрязненными сточ-
ными водами и поверхностным стоком. Поступление кислорода
шндуха в воду происходит в результате его контакта с поверх-
Ц| >< гыо водоема. С увеличением турбулентности потока вода
Польше насыщается кислородом. Кроме того, в воду поступает
кислород, освободившийся на свету в результате фотосинтеза,
। г. потребления углерода зелеными водорослями из. растворон-
ноп в воде углекислоты.

Органические вещества поглощают кислород и снижают его
о» ц'ржание в воде. Если .реаэрация <не способна восполнять дефи-
Н111 кислорода при постоянном поступлении в водоем органиче-
। ких загрязнений, не исключена возможность снижения биологи-
ческой продуктивности водоема и даже замора рыбы.

Дефицит кислорода в водоеме О выражают в процентах и до-
лях от насыщения, а также в миллиграммах на литр. Если
1> -0, то имеет место полное насыщение воды кислородом при
длиной температуре. При растворенный кислород в воде
отсутствует.

Процесс растворения кислорода в воде может быть выражен
уравнением

Р/ - Г>010-*' ,

где Р/ — дефицит кислорода, выраженный в долях от полного
дефицита через определенный период времени; Ро — начальный
дефицит кислорода; к — константа реаэрации, зависящая от ус-
ловий перемешивания воздуха с водой (скорости течения воды
н температуры); I — время, в течение которого идет потребление
кислорода, сут [47].

Биохимическая потребность .в кислороде (БПКполн), необходи-
мая для завершения углеродистой фазы окисления органических
веществ, выражается в миллиграммах на литр 02 и часто соот-
ветствует для бытовых сточных вод величине БПК20.

Следует отметить, что определяют также и показатель ХП1х
(химическая потребность в кислороде), однако этот показатель
до сих пор не нашел должной оценки и не включен в водно-са
нитарное законодательство [45].

Большинство исследователей [47, 48, 49] разделяет процесс
самоочищения на два этапа: первый — перемешивание загрязнен-^
пой струи со всей массой воды; второй — явление самоочищения,
т. с. окисление органических примесей, нейтрализация химиче-
ских загрязнений, отмирание бактерий, выпадение осадка и т. д.
Известно что смешение сбрасываемых загрязнений с речной во-
дой происходит только на некотором расстоянии от места выпус-
ка: чем больше разность между расходами этих двух потоков,
тем больше расстояние до места полного смешения. Поэтому при
определении степени разбавления в расчет принимается не пол-
ный расход реки, а часть его, учитываемая коэффициентом сме-
шения а, величина которого находится по методу В. А. Фролова
и И. Д. Родзиллера:

где Ь — расстояние от места выпуска сточных вод до расчетно-
го створа по течению реки, м; д— расход сточных вод, ма/с;
ф — расход воды (при 95%-ной обеспеченности) в створе реки у
места выпуска, ма/с; а — коэффициент, учитывающий влияние
гидравлических факторов смешения, определяется по формуле

где (р — коэффициент извилистости реки, равный отношению рас-
стояния от места выпуска сточных вод до расчетного створа по
фарватеру Аф к расстоянию между этими пунктами по прямой
Аир, т. е. ф=	— коэффициент, зависящий от места вы-

АПр

пуска сточных вод в водоем; при выпуске у берега ^=1, при вы-
пуске в фарватере реки ^=1,5; Е — коэффициент турбулентнос-
ти диффузии, который для равнинных рек определяется по фор-
муле М. В. Потапова

Р __ ^ср А^ср

200 ’

где с'ср — средняя скорость течения реки на участке между вы-
пуском вод и расчетным створом, м/с; Нср — средняя глубина ре-
ки на том же участке, м.

Кратность разбавления в расчетных створах определяется по
формуле

п==о0 + ?

Я
При выпуске сточных вод в водохранилища в верхней трети
। цбины или мелководной прибрежной части степень полного их
р । «бавления определяется по методу М. А. Руффеля:

п - пц по ,

। де я.н— начальное разбавление; по — основное разбавление:

<, + 0,0118/72
«н = --------------— ;

9 + 0,00118

Ло = 1 +0,412 (М + »•“’'>+

\Д х /

где Ах — расстояние между расчетными сечениями, которое на-
0 штся по формуле

Ах = 6,53 /Йр167.

Вероятное разбавление сточных вод в проточном водоеме
определяется по методу В. А. Фролова и И. Д. Родзиллера. Сме-
шение сточных вод с водой водоема можно описать уравнением

<7 Аст + а (2 Ар = 0? + а (?) Атах,

где Аст и Ар — концентрация одинакового вида загрязнения со-
<»|вегственно в сточных водах и в реке, в месте спуска сточных
под; Атах — концентрация загрязнения после смешения в макси-
мально загрязненной струе.

Есл-И .вместо Атах ПОДСТЗВИТЬ Апр.доп, т. е. максимально допус-
И1МЫЙ уровень загрязнения в соответствии с требованиями Пра-
вил, то получим

|Де Аст—максимально допустимая концентрация в сточных во-
нах, при которой уровень загрязнения водоема после смешения
потоков не превзойдет нормативного Апр.доп.

Определение степени очистки сточных вод
по показателям вредности

Для определения необходимой степени очистки сточных вод и
выбора рациональной схемы очистных сооружений следует рас-
полагать подробными данными о количестве и составе сточных
вод, подлежащих спуску в водоем, а также данными, детальных
санитарных обследований водоема. Исследования на этой стадии
включают анализ гидрологической, гидробиологической, физико-
химической и санитарно-бактериологической характеристик водо-
ема

Чтобы сохранить водоемы на уровне нормативов водпо-сани-
ырного законодательства, проф. С. Н. Черкинский рекомендует
производить расчеты по определению необходимой степени очи-
< гки сточных вод, спускаемых в водоемы, по следующим показа-
телям вредности: общесанитарным (ВПК, рН, растворенному
кислороду), органолептическому, санитарно-токсикологическом\.
взвешенным веществам и температуре.

Степень очистки по БПКполн- В соответствии с приняты!
ми нормативами биохимическая потребность воды водоема в кис
лороде после отвода сточных вод не должна превышать в завися
мости от вида водопользования 3 или 6 мг/л О2.

Концентрация сточных вод, выраженная в ВПК, при которо»
спуск их в водоем будет соответствовать санитарным требовани-1
ям, определяется из уравнения

(Кпр.доп -	10-‘в ' ) +	,

9Ю Кстг	10 ЯСТ

где Кр и Лет—БПКполн соответственно речной и сточной воды!
г/м3; Аст и кв— константы скорости потребления (кислорода орга-
ническими веществами соответственно для сточных вод и воды во-
доема, зависящие от температуры воды.

ГТ	а.

При спуске вод в водохранилище в эту формулу вместо —
следует ввести выражение Мтолн, где п — разбавление сточны
вод в водохранилище.

Степень очистки по растворенному в воде вс
дое‘ма кислороду. Из существующих способов расчета допуск
тимой нагрузки сточных вод на водоем во содержанию раствореи-
тюго в воде кислорода наиболее простым является способ, основан!
ный на учете -поглощения сточными водами только того растворен-]
кого кислорода, (который содержится в воде водоема у места спуска
сточных вод. При этом считают, что если количество растворенно!
го кислорода через двое суток после сброса сточных вод в водо-
ем не стало меньше 4 мг/л, то и в дальнейшем снижения его
концентрации в воде не произойдет. Таким образом, остаточное
содержание растворенного кислорода .в воде водоема после -окис-
ления органических загрязнений должно быть больше или равно
4 мг/л, т. с. соответствовать требованиям санитарных норм.

Допустимая концентрация сточных вод при этом условии оп-
ределяется из выражения

Дет = (Ор _ о,4 Д р - 4) - 10,

Я

где — содержание растворенного кислорода в речной воде до
места спуска сточных вод, г/м3; аф— расчетный расход воды
реки, участвующий в смешении, м3/с.

Из приведенного следует, что сточные воды должны быть очи]
щены до концентрации органических загрязнений по БПКполн!
равной /Сет, найденной расчетным способом, если величина /Сст
сточных вод больше расчетной концентрации.

Для упрощения и облегчения расчетов в работе [45] предло]
жены графики и вспомогательные таблицы.

Степень очистки по изменению (реакции воды.
II природных водоемах всегда содержится некоторое количество
| нкарбоната Са и М^, вследствие гидролиза которых образуется
и (пыток гидроксильных групп, обеспечивающих нейтрализацию
определенных количеств кислот. Присутствие в воде углекислоты
ноеобствует растворению бикарбонатов и нейтрализации посту-

11.1 кпцих в водоем щелочей. При этом из бикарбонатов образуют-
। и не поддающиеся гидролизу карбонаты. Наличие в природных
нОдах щелочного и кислотного резервов в общем случае обеспе-
। и кает нейтрализацию тех небольших количеств кислот и щело-
чен, которые присутствуют в сточной воде. Однако нейтрализую-
щая способность водоемов имеет определенные границы, и поэто-
м\ Правилами предусматривается постоянное поддержание ак-
। ивпой реакции воды в водоемах в пределах 6,5—8,5.

Условия спуска в водоем кислых и щелочных вод могут быть
определены с помощью формул

Хк = 0,5 В -0,01 С;

Хщ = 0,02 С — 0,01В,

то Хк— количество кислоты, которое можно сбросить в водоем
при снижении рН воды в нем до 6,5, мл нормального раствора
щелочи; В — щелочность воды, мл нормальной кислоты; С—,со-
юржание свободной углекислоты, ммоль; —количество щело
ЧП, которое можно сбросить в водоем при увеличении рН до
8,1), мл нормальной кислоты

Приведенные формулы могут учитывать природные свойства
поды (рН, щелочность) водоемов, тогда вместо С и В в форм\-
н>1 подставляются величины, которые относятся к воде водоема,
куда планируется спуск сточных вод.

Следует отметить, что в кратких санитарных анализах воды
не определяется содержание свободной углекислоты С. Его мож-
но рассчитать по формуле

1§С= 8,16-рН-ЫёВ-

Степень очистки сточных вод по органо-
лептическому показателю вредности. Известны об-
щие гигиенические нормативы к составу и свойствам воды в отно-
шении запаха, привкуса, окраски и плавающих примесей. Наи-
более характерным показателем, характеризующим загрязнение
шахтных вод, является общее содержание в них-солей.

При наличии установленных предельно-допустимых концент-
р |ций и аналитических данных расчеты необходимой степени
очистки промышленных сточных вод от различных загрязнений с
тостаточной надежностью могут быть выполнены по формуле,
приведенной на стр. 41.

Если в водоем поступают сточные воды с несколькими загряз-
няющими компонентами с органолептическим показателем вред-
ности одинакового эффекта (по запаху, привкусу, окраске) и
нелогичные вещества обнаруживаются в воде водоема, то пре-
дгльно-допустимую концентрацию этих веществ следует брать с
\ четом указания Правил, относящегося к случаю загрязнения
водоема комплексом веществ с одинаковым лимитирующим пока
зателем вредности (п. 21 Правил).

Степень очистки сточных вод по санитарно-ток-
сикологическому признаку вредности. При решении
вопроса о порядке предупредительного санитарного надзора, ког-
да в отводимых в водоем сточньг водах содержатся лимитируе-
мые по санитарно-токсикологическому признаку вредности веще-
ства, можно пользоваться расчетами возможного разбавления
этих сточных ьод, а также предельно-допустимыми концентраци
ями для содержащихся в воде водоема токсических веществ.

Условия спуска сточных вод по температуре
воды водоема. В соответствии с -санитарными требованиями,
ограничивающими повышение летней температуры воды водоема
за счет поступающих в него сточных вод, температура последних
Тст, при которой будут соблюдены эти требования в створе пунк-
та водопользования, может быть определена по формуле

Т — (_1_ 1 \ Т _и Т
1 ст — - । 1 I 7 доп 7 тах,

\ Я /

где Лпах — максимальная температура воды водоема до выпуска
сточных вод в летнее время; Тдоп — допустимое санитарными пра-
вилами повышение температуры воды водоема, 3°.

Степень очистки по количеству взвешенных ве-
ществ. Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения
сточными водами установлено допустимое увеличение концент-
рации взвешенных веществ в воде каждого вида водоемов после
смешивания со сточными водами. Кроме того, в проточные водо-
емы запрещается сброс сточных вод с гидравлической круп-
ностью частиц взвеси более 4 мм/с, а в водохранилища—с гидрав-
лической крупностью частиц более 2 м-м/с.

При санитарной экспертизе для расчета возможности отведе-
ния сточных вод по этому показателю пользуются уравнением

где ССт — максимальная концентрация взвешенных веществ в
сточных водах, при которой соблюдаются условия спуска их в
водоемы; Ср — концентрация взвешенных веществ в воде водое-
ма до спуска сточных вод; Сдоп — допустимое увеличение содер-
жания взвеси в воде водоема после отвода сточных вод (0,25 или
0,75 мг/л).
/лава 3

ОЧИСТКА ШАХТНЫХ ВОД

3.1. МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД

При разработке мероприятий по очистке шахтных вод на но-
вых шахтах необходимо предусматривать меры по предотвращению
попадания подземных вод в горные выработки, используя для
и ого водопонижение. Примером предотвращения попадания под-
н мных вод в шахты является законтурное водопонижение при
помощи скважин, применяемое на шахтных полях Подмосковно-
ю угольного бассейна [7]. Однако применение законтурного во-
циюнижения ограничено неглубоким залеганием водоносных го-
ри юнтов и не может быть эффективно использовано для глубо-
ких шахт.

Сооружения по очистке шахтных вод могут располагаться как
па поверхности, так и под землей в специально оборудованных
к шерах. Выбор места их расположения в основном зависит от ве-
тчины водопритока, а также глубины расположения главного
водоотлива. Пп данным, приведенным в работе (50], по мере сни-
жения водопритока и увеличения глубины разработки пластов,
< гоимость откачки воды быстро возрастает и достигает максиму-
ма при притоках, меньших 50 м5/ч. Стоимость подачи на поверх-
ность 1 м31 шахтной воды с глубины 600 м составляет при водо-
притоке 150 ма/ч 6,8 коп., при водопритоке 50 м3/ч—11 коп., с
I лубины 1000 м — соответственно 11,5 и 19 коп. Сооружения для
очистки шахтных вод с целью их дальнейшего использования для
пылеподавления можно располагать непосредственно в шахте, ес-
ли водоприток не превышает объема воды, необходимого для
нужд комплексного обеспыливания. Это полностью исключает не-
обходимость подъема воды на дневную поверхность, тем более что в
перспективе на многих шахтах страны намечается разработка
пластов, расположенных на глубине 800—1200 м, и подъем шахт-
ных вод на поверхность с таких глубин при водопритоках 50—
70 м3/ч нецелесообразен по экономическим соображениям. Одна-
ко такая схема может быть внедрена на ограниченном количест-
ве шахт в связи с преобладанием водопритоков над объемом во-
ды, необходимой для технического водоснабжения по большин-
ству шахт.

Методы очистки шахтных вод обусловливаются их физико-
химическими и технологическими свойствами, а также климати-
ческими условиями угольных месторождений. В отечественной и
зарубежной практике применяются механическая (безреагенгная)
очистка шахтных вод, физико-химическая, химическая (реагент-
ная), электрохимическая и другие; наибольшее распространение
получили безреагентная и реагентная очистки.

Исходя из требований, предъявляемых к качеству воды, без-
реагентная очистка осуществляется методами отстаивания в от-
стойниках и прудах-осветлителях, фильтрования через слой зер
нистого материала, сетки и ткани.

Реагентную очистку применяют при необходимости более пол-
ного удаления взвешенных веществ из шахтной воды, ее стабили-
зации и т. п. Она осуществляется с помощью различных химиче-
ских соединений или путей использования электрохимических
процессов. Для достижения требуемой степени осветления шахт-
ные воды перед отстаиванием и фильтрованием обрабатываются
коагулянтами — солями алюминия или железа. Для интенсифика-
ции процесса осветления шахтных вод широко применяют высо-
комолекулярные флокулянты. Осветление воды, наступающее
после осаждения скоагулированных примесей, сопровождается
обычно ее обесцвечиванием и частично обеззараживанием. Для
нейтрализации кислых шахтных вод используются вещества со
щелочной реакцией.

Первые отечественные публикации, посвященные изучению
качества шахтных вод и методов их очистки, принадлежат
И. А. Колмакову, который исследовал сточные воды Кузнецкого
бассейна [51]. Автором была предложена обработка шахтных
вод известковым и хлорным растворами с последующим отстав
ванием в декантаторах и фильтрованием через песчаную запрузк>
При этом достигалось и частичное умягчение воды.

Шахтные воды Донбасса изучались С. С Шановской [52].
Большой объем исследований по .изучению состава .и свойств
шахтных вод северо-восточной части Донбасса был выполнен
И. М. Соболевой >[53, 54, 55]. Автором разработана схема гид-
рогеологического районирования региона, установлена обводнен-
ность шахт с разбивкой их на категории по притоку, а также за-
висимость изменения химического состава воды с глубиной. Ис-
следовались также процессы реагентной обработки шахтных вод,
их фильтрования, обеззараживания и умягчения, по которым
предложены оптимальные режимы обработки воды. И. М. Собо-
левой выявлено влияние различных факторов (исходного содер-
жания взвеси, продолжительности отстаивания, активной реак-
ции и минерализации) на эффект осветления шахтных вод, а так-
же обращено внимание на различный эффект осаждения в воде
дисперсных частиц углей различных марок. Осветление шахтных
вод производственного объединения «Ростовуголь» в гидроцикло-
нах было изучено П. Н. Торским [56]. В ходе испытаний иссле-
довано влияние геометрических параметров гидроцнк.юнов, а так-
же величина напора на степень очистки воды.

Э. И. Шлапаковой проведены исследования по очистке шахт-
ных вод Подмосковного бассейна [57]. В качестве реагентов бы-
। щучены сернокислый алюминий, хлорное железо, полиакрила-
Ыпд и их сочетания. Осветление шахтных вод в поле центробеж-
ных сил автором изучалось на блоке микроциклонов с диаметром
пы (Одного отверстия 2,2 и 3,4 мм. Эффект осветления воды при
п.1ч ильном содержании взвеси 100—200 мг/л не превышал соот-
нес 1венно 10 и 30%. Диаметр шламового отверстия гидроцикло-
11.। составлял 8 мм, оптимальный напор — 20 м вод. ст. Доочист-
। .1 шахтных вод осуществлялась па скором песчаном фильтре с
|наметро!м зерен 1—5 мм, высотой загрузки 1 м и скоростью
<|>и.нь I рования 5—10 м/ч. Содержание взвешенных веществ в
фильтрате не превышало 25 мг/л.

Следует отметить, что гидроциклоны не нашли распростране-
ния в современных схемах очистки шахтных вод.

Комплекс вопросов, связанных с формированием шахтных
под Карагандинского бассейна, их реагентной обработкой с по-
|.1сдующим отстаиванием, фильтрованием и обеззараживанием,
рассмотрел в своей работе В. М. Спивак [58]. В качестве реа-
н'нюв использовались сернокислый алюминий, хлорное железо,
п также полиакриламид и катионный флокулянт ВА-2 без каких-
шбо добавок коагулянтов. Автором предложен способ обеззара-
ьикания шахтной воды, заключающийся в предварительной ее
обработке хлором дозой 0,9 мг/л с последующим вводом КМпО4
лозой 1 мг/л для исключения раздражающего действия хлора на
Органы дыхания подземных рабочих.

Исследованиями, выполненными М. П. Ким ^59], установлено,
что электрокоагуляция кислой шахтной воды способствует интен-
(пфикации уплотнения и осаждения взвеси. Обработка воды на
>лектролизере с графито-железными электродами позволяет уве-
шчить скорость осаждения взвеси по сравнению с необработан-
ной водой в 1,8 раза и на 3—5 сут сократить продолжительность
\нлотнсния осадка.

И. А. Бычиным была разработана технологическая схема очи-
( тки шахтных вод Донбасса с использованием электрического по-
1Я [60]. Им установлено, что если через шахтную воду, обрабо-
ганную сульфатом алюминия, пропускать постоянный или пере-
менный электрический ток, то процесс формирования и осажде-
ния скоагулированных хлопьев интенсифицируется. Расходы ре-
агентов при этом значительно сокращаются. Расчетные режимы
обработки шахтной воды были апробированы на полупроизвод-
г!венной уста1нов1ке, состоящей .из электролизера с графитовыми
-лектродами, дозатора, камеры хлопьеобразования .и- тонко-
слойного отстойника. Результаты исследований использованы при
разработке проекта установки для очистки воды шахты № 12—
18 п/о «Донецкуголь».

Эффективность осаждения взвешенных веществ в шахтных во-
лах значительно повышается при воздействии электромагнитного
поля [61]. Исследования по магнитной обработке отходов обо-
гащения перед их сгущением в шламовом бассейне проведены
под руководством В. И. Классена на опытно-промышленной ус-
тановке в условиях ОФ-38 п/о «Карагандауголь». Предваритель-
но угольная суспензия обрабатывалась полиакриламидом. Эффект
осветления воды увеличился на 30—40% при расходе электро-
энергии 0,001 кВт/с на 1 м3 обрабатываемой воды

В институте ПечорНИИпроект под руководством Р. Д. Гай-
дук выполнены исследования по очистке шахтных вод Печорско-
го бассейна в осветлителях со взвешенным слоем осадка [62]
На базе исследований процесса осветления шахтных вод во взве-
шенном слое осадка, проведенных в лабораторных условиях, бы-
ли установлены расчетные параметры осветлителей. Прсмышлег
ные испытания установки для очистки шахтных вод производитель-

ностью 35
шахте №
дырчатый
алюминий
раллельно

ма/ч с использованием осветлителя были проведены не
17 п/о «Воркутауголь». В состав установки входили
смеситель, куда дозировались реагенты — сернокислы!
и полиакриламид, камера хлопьеобразования, два па
работающих осветлителя цилиндрической формы дна

метром 2,96 м и высотой 4 м с дырчатыми распределительными
днищами и вертикальными шламоуплотнителями, песчаный фильтр
для доочистки воды, узел хлорирования воды. Дозы сульфата
алюминия и ПАА составляли соответственно 150 и 1 мг/л. Ис-
ходная загрязненность шахтных вод находилась в пределах 95—
350 мг/л. Влажность уплотненного осадка составляла 93,5%, а
плотность — 1,045 т/м31, концентрация твердого в осадке-
62 000 мг/л. По результатам экспериментальных исследований
выданы исходные данные на проектирование очистных сооруже-
ний (шахта № 1 «Воргашорская» и др.). Для обеспечения требу-
емой степени очистки воды предложены следующие технологиче-
ские параметры работы осветлителей:

Скорость, мм/с:

восходящего движения воды в зоне осветления .

движения воды в зоне взвешенного осадка . .
Высота, м:

слоя взвешенного осадка.......................

зоны осветления воды .........................

Концентрация взвеси в слое взвешенного осадка, мг/л
Отсос осадка, % . . . .	.................

Мутность осветленной воды, мг/л...................

1.35

. 1.8 -2

. 1.6—1.8

. 650- 1(000

. 9—13

. 21 -7

Сравнительно небольшая концентрация взвеси во взвешенном
слое, по нашему мнению, может обусловить проскок мути в зону
осветления даже при незначительном изменении скорости восхо-
дящего потока воды.

Осветлитель для очистки шахтных вод в слое взвешенного осад-
ка, созданный в КНИУИ и прошедший промышленное испытание
на шахте «Западная» п/о «Карагандауголь», обеспечивает поЛу-

чение воды с остаточным содержанием взвеси нс более 2
при скорости движения воды в зоне взвешенного осадка
3 мм/с. В период образования взвешенного слоя шахтная
перед подачей в осветлитель обрабатывается сернокислым
минием и полиакриламидом дозой соответственно 200 и 2,5

мг/л

2—
вода
алю-
мг/л.

В условиях сформировавшегося взвешенного слоя дош сернскис
юго алюминия составляла 50 мг/л, а полиакриламида 0,5 мг/л.
Концентрация взвеси во взвешенном слое мало изменялась по
имеете и составляла 1900—2300 мг/л.

Осветление шахтных вод в слое взвешенного осадка применя-
тся также на очистных сооружениях шахты «Алардинская» в
Кузбассе, сданных в эксплуатацию в 1971 г. 163]. Для доочист-
ки воды после осветлителей используются скорые песчаные
фильтры.

В НИИОСуголь были выполнены исследования, которые по-
казали возможность применения бактерий для анаэробной очист-
ки шахтных вод, содержащих железо и сульфаты [64, 65]. Извест-
но, что в жидкой среде в результате деятельности сульфатреду-
иирующих бактерий происходит восстановление сульфатов до
сроводорода, который, вступая во взаимодействие с солями же-
леза, образует выпадающее в осадок сернистое железо РеЗ-НзО.
Однако процесс протекает крайне медленно и для практических
целей авторами не рекомендован.

ПНИУИ для условий Подмосковного угольного бассейна изучен
вопрос биологической очистки шахтных вод, а также смеси хозфе-
кальных и шахтных вод в зарослях высшей водной растительности.
Исследования показали, что шахтные воды, а также воды шахтных
пыткомбинатов рационально очищать с помощью высших водных
растений (рогоз, осока, череда, тростник, озерный камыш, топяной
хвощ и др.) в естественных заболоченностях или на специальных
Гннанических площадках.

Очистка подобных сточных вод предлагаемым методом особенно
ффективна для средней и южной климатических зон-страны. Нор-
мальные заросли рогоза имеют до 70 растений на 1 м2. В СССР бо-
лее 400 видов осоки—многолетнего болотного травянистого расте-
ния, встречающегося во многих угольных бассейнах страны. Биоце-
ноз, формирующийся на заболоченных участках, является важным
фактором переработки органических веществ. Главным компонен-
том болотного биоценоза является высшая водная растительность.
Последняя сорбирует взвешенные вещества из воды, формирует
активный ил. Корневые и лиственные выделения и поглощения (ки-
слород, органические кислоты и соединения) способствую! ускорен-
ному разложению органических веществ, насыщения воды кисло-
родом.

Большую роль в очистке воды играют солнечные лучи, воздух,
температура и атмосферные осадки. В естественных заболоченно-
стях и на специальных ботанических площадках шахтная вода пол-
ностью освобождается от механических и бактериальных примесей,
что исключает необходимость ее обеззараживания перед отводом в
речную сеть.

В Подмосковном бассейне опытные водоочистные ботанические
площадки были построены на шахтах «Новомосковская», «Север-
ная», «Грызловская» и «Лесная». На шахте «Щекинская» с водо-
притоком 200 м3/ч проведены наблюдения за очисткой шахтной во-
ды в естественной заболоченности полезной площадью 13700 м2
[66]. Практика показала, что очистка воды на площадках осущест
вляется удовлетворительно и в зимний период. В воде, выходящей
из площадок, отсутствуют нефтепродукты, в то время как в исходно/
воде их содержание составляет 2—3 мг/л. Наряду со снижением со
держания механических примесей (остаточное содержание 3—
88 мг/л) в воде увеличивается содержание растворенного кислоро
да, снижается до норм БПКб, величина коли-титра достигает уров
ня «коли-титра незагрязненных поверхностных вод (1—7 см3).

Таким образом, ботанические площадки являются весьма эф
фективным средством для очистки смеси шахтных вод и вод шахт-
ных быткомбинатов. Негативной стороной применения ботаниче-
ских площадок является необходимость отчуждения значительных
земельных угодий под их устройство.

Для очистки шахтных вод в Верхнесилезском каменноуго.

бассейне используются отстойники как на поверхности, так и непо
средственно в шахте [67]. В последнем случае шахтные воды пред-
варительно осветляются в отстойниках, оборудованных в тупико-

вых наклонных выработках или штреках, а затем поступают в водо-

сборник главного водоотлива. При наличии в

воде агрегативно

устойчивых взвесей они обрабатываются флокулянтами, производ-
ными ПАА («Сепаран 2616», «Гигамид 8»), способствующими зна-

чительному сокращению продолжительности осветления воды.

П. Антовьяком (ГДР) выполнены исследования по установле-
нию влияния неорганических реагентов — хлорного железа, серно-
кислого алюминия, извести, а также высокомолекулярных флоку-
лянтов— полиакриламида и его производных — на интенсифика-
цию процесса осветления шахтных вод [68]. Автором предложена
технологическая схема очистки воды, включающая песколовку для
удаления грубодисперсных примесей и горизонтальный отстойник
с встроенной камерой хлопьеобразования.

На шахтах США, Англии, Франции и ФРГ [69] для интенсифи-
кации процесса осветления шахтных вод используются химическое
и магнитное коагулирование. В качестве реагентов применяются со-
ли трех- и четырехваленгных металлов, синтетические полимерные
соединения с молекулярной массой 10000 и более, окислители
(озон, или хлор), водорастворимые сополимеры, состоящие из ак-
риловых групп и винилового спирта.

Для интенсификации хлопьеобразования вода обрабатывается
полиакриламидом, алгинатом натрия, сополимерами этиленокарбо-
ловых кислот, катионоактивными полимерными агентами (диалкил
аммония и др.), наибольшее распространение из которых получили
флокулянты, производные ПАА. В камерах хлопьеобразования
обеспечиваются условия первоначальной турбулентности с после-
дующей ламинаризацией потоков жидкости.

Для осветления используется многоступенчатое осаждение взве-
си после ее обработки .реагентами в различных устройствах, прида-
ние жидкости вращательного движения, электролиз жидкости и
т. д. Отвод оса ька -из сооружений осуществляется с помощью
< кребков или под действием гидростатического давления. Осадок
направляется для сгущения на центрифуги.

Весьма распространены установки с применением первичной ре-
агентной обработки воды с последующим ее фильтрованием через
слой загрузки, размеры частиц которой убывают в направлении
движения восходящего потока воды. В качестве фильтрующего
материала используют кварцевый песок, магнетит, гранит, керам-
шт, графит природный, антрацит, а также нейлон, полиэтилен, пе-
нополистирол и др. В отдельных случаях фильтруемая вода под-
вергается ультразвуковым колебаниям. Используются многослой-
ные фильтры, а также фильтры, в которых частицы загрузки по их
плотности разделяются на три группы, ,причем частицы с наимень-
шим диаметром имеют наибольшую плотность. Это (способствует их
оптимальной гидравлической сортировке при промывке фильтров.

Установки для очистки шахтных вод включают смесители, каме-
ры хлопьеобразования, осветлители, отстойники и фильтры. Вода
после промывки фильтров возвращается в отстойный резервуар.
Интересна конструкция, представляющая собой комбинированный
отстоЙ1Ник-О1Светли гель со взвешенным осадком. Осветлитель харак-
терен методом ввода исходной воды, которая поступает в него че-
рез дренажную систему, загрузочный материал и взвешенный оса-
юк. Удаление осадка из отстойных сооружений осуществляется * в
основном механическими скребковыми устройствами. Несмотря на
очевидную нерациональность гидравлического удаления осадка в
шребежной информации все же имеется ряд ссылок на использова-
ние этого способа.

За периоде 1967 по 1977 г. научно-исследовательскими и про-
ектными институтами были разработаны методы и технологические
схемы очистки шахтных вод, а также проекты очистных сооруже-
ний с учетом местных условий.

ДонУГИ выполнен анализ работы свыше 390 горизонтальных
отстойников и 190 прудов-осветлителей, используемых в Донецком
бассейне для очистки шахтных вод, определены технико-экономиче-
киа показатели их использования. Проведен большой объем иссле-
юваний по разработке методов как механической, так и реагент-
ной очистки шахтных вод [70, 71, 72]. На базе выполненных иссле-
дований в зависимости от свойств исходной шахтной воды и требо-
вание, предъявляемых к качеству очищенной воды, ДоаУГИ'разра-
ботаны и внедрены технологические схемы очистки шахтных вод,
которые вошли в каталог технологических схем [73].

Основная технологическая схема ДонУГИ (рис. 7) предусматри-
вает очистку шахтной воды высокой мутности с целью ее последую-
щего использования для нужд комплексного обеспыливания. В со-
став очистных сооружений входят: песколовка; иловый резервуар,
куда после песколовки отводятся грубодисперсные примеси; регу-
лирующая емкость для равномерного питания станции при перио-
дической работе насосов главного водоотлива; камеры хлопьеобра-
ювания, оборудованные электролизерами и соединенные с тонко-
слойными наклонными отстойниками конструкции ДонУГИ; промс-
жуточная емкость, откуда вода подастся на фильтры. Очищенная
вода обеззараживается и поступает в резервуар чистой воды, затем
направляется потребителям. Промывные воды и шламы подаются
насосами на центрифугу. Фугат центрифуги возвращается в про-
цесс, а сгущенный продукт направляется в вагонетках в отвал.
Установка снабжена воздуходувками для растворения коагулянта
и по необходимости — взмучивания осадка. Описанная водоочист-

Рис. 7. Технологическая схема очистки шахтных вод (ДонУГИ):
/ — песколовка; 2 — регулирующая емкость; 3 — дозировочный бачок; 4 — камера хлопьеобра-
зозания; 5 — наклонный отстойник; 6— сборный резервуар; 7 — насос для подачи воды на
фильтры; 8 — фильтр; 9 — бактерицидная установка; Ю — резервуар чистой воды; // — насос
подачи чистой воды потребителю; 12 — емкость для сбора промывной воды; 13 — насос;
14 — центрифуга; 15 — растворный бак; 16 — расходный бак; 17 — воздуходувка

пая установка эксплуатируется на шахте № 12—18 им. газеты
«Правда» п/о «Донецкуголь».

Вторая схема предназначена для очистки маломутных шахтпых
вод, содержащих не более 50 мг/л грубодисперсных примесей. Ва-
риант установки с одноступенной очисткой воды путем ее фильтро-
вания разработан ДонУГИ для шахты № 17—17-бис, производи-
тельностью 600 мэ/ч. Схема включает следующие сооружения: пес-
коловку, регулирующие емкости, автоматические фильтры, бакте-
рицидную камеру и резервуар чистой воды. Вода после промывки
фильтров подвергается реагентной обработке, затем подается в
камеры хлопьеобразования и далее — в тонкослойные отстойники.
Сгущенный осадок поступает в колодец, откуда насосами отводится
на шламовые площадки. Очищенная вода может быть использова-
на для хозяйственных нужд или отведена в речную сеть.
Третья схема применяется при подготовке шахтных вод для
тороса в гидрографическую сеть. Предъявляемые требования по до-
пустимому содержанию взвешенных веществ в воде (не более
Ю мг/л для шахт Донецкого бассейна) обусловливают применение
оезреагентного отстаивания шахтных вод или коагулирования при-
месей с последующим отстаиванием. Последовательность движе-
ния воды следующая. Шахтная вода поступает в смеситель, куда
дозируется коагулянт. Из смесителя она подается в камеры хлопье-
образования вихревого типа, а затем направляется в наклонные
отстойники и далее — в резервуар чистой воды. Осадок из отстой-
ников собирается в резервуаре, откуда насосами отводится на шла-
мовые площадки. Такие сооружения, производительностью 600 м3/ч,
построены на шахте № 1—2 «Ровеньковская».

Кроме приведенных трех технологических схем, ДонУГИ раз-
работано три типа установок производительностью 20, 30 и 40 м3/ч
для очистки только той части шахтных вод, которая необходима
для собственных нужд шахты. Установки включают песколовку,
где задерживаются плавающие и диспергированные взвеси крупнее
20 мкм, регулирующую емкость для обеспечения непрерывной ра-
боты станции при периодической работе шахтного водоотлива, ос-
ветлительные напорные фильтры Бийского котельного завода типа
ХВ-044-2 и бактерицидную установку типа ОВ-АКХ-1. Управление
процессом фильтрования осуществляется автоматически по вре-
менной схеме с помощью командного прибора КЭП-12у.

Усовершенствованные НИИОСуглем сооружения двухступен-
ной очистки шахтной воды перед опреснением, построенные по про-
екту Харьковского Водокаиалпроекта на шахте «Терновская» в
Западном Донбассе [74], включают горизонтальный и вертикаль-
ный отстойники, узел реагентного хозяйства, фильтровальную и
насосные установки, резервуар чистой воды. В ходе монтажа и на-
ладки сооружений лабораторией опреснения шахтных вод ПИИОС-
5 голь были переоборудованы отдельные узлы сооружений. Так,
для дозирования реагентов вместо бачка постоянного расхода был
Применен поплавковый дозатор В. В. Хованского, а для надежного
измерения расхода раствора коагулянта принят ротаметр РСП-5 с
диапазоном измерения 5—50 л/ч.

Новосибирским инженерно-строительным институтом (НИСИ)
выполнены исследования по определению эффективности работы
прудов-осветлителей в Кузнецком бассейне, дан анализ проектов
очистных сооружений, выполненных Центрогипрошахтом и Сиб-
гппрошахтом. Учитывая существенные недостатки рассмотренных
схем, заключающиеся в большой занимаемой площади, высокой
себестоимости очистки шахтных вод, отсутствии проектов на боль-
шую производительность и сложности удаления осадка, институтом
предложена технологическая схема, наиболее полно отвечающая
условиям Сибири. Опа включает (рис. 8) регулирующую емкость,
реагентное хозяйство, насосную станцию П-го подъема, входную
камеру, напорные скорые фильтры, хлораторную, отстойники для
осветления промывной воды, шламовые площадки, насосы для
промывки фильтров и отвода осадка [75]. Главной особенностью
предложенной схемы является осуществление фильтрования шахт-
ных вод в направлении убывающей крупности зерен (снизу вверх)
через горелые породы, обладающие значительной, по сравнению с
песчаной загрузкой, межзерновой пористостью, что позволяет по
высить грязеемкость загрузки, до 80—90 кг/м2. На такой фильтр
шахтная вода, по данным авторов, может подаваться с исходным

Рис. 8. Технологическая схема очистки шахтных воЛ (НИСИ):
/-отстойник-регулятор; 2—насос; 3 — входная камера; 4—фильтры для осветления воды;
5 — резервуар чистой воды; 6 — насос для промывки фильтров; 7 — отстойник для осветлс
ния промывной воды; 8 — насос для подачи осадка в хвостохраннлнще; 9 — хвостохранили-
ще (Пар читать ПАЛ)

Рис. 9. Технологическая схема очистки шахтных под (пп< ипу| Карагандагип-
рошахт»):

1 — регулирующая емкость; 2— насосная станция II подьсмл; 3 емкость для раствора
реагента; 4 — смеситель; 5 — вертикальный отстойник; 6 — скорый <|игльтр 7 — шламовый
резервуар; 8 — хлораторная; 9 — насос для промывки филырои; 1<> рп фпуир чистой воды;

// — шламовая площадка; 12—шламопый ниш
«одержанием взвеси до 1000 мг/л. Для снижения объема образую-
щегося осадка в качестве реагента принят полиакриламид.

По предложенной схеме Кузбасогипрошахтом разработаны про-
« кгы очистных сооружений для ряда шахт Кузбасса общей произ-
водительностью 140 000 м3/сут. Такие установки успешно работают
Л । шахтах им. Димитрова в Новокузнецке и «Северная» в Кеме-
рово.

КНИУИ .и Карага'ндаГ|Ипрошахтом усовершенствована типовая
станция очистки воды, разработанная Цент рог,ипрошахтом ‘в 1963 г.
(рис. 9). В принятой проектом технологии в целях интенсификации
процессов осветления шахтных вод вместо используемого ранее
сернокислого алюминия рекомендован полиакриламид без добавок
минеральных коагулянтов, усовершенствован узел приготовления
и дозирования реагента.

Широкое распространение на шахтах Украины и п/о «Ростов-
моль» получила подземная установка для безреагентной очистки

Рис. 10. Схема установки для механической и бактериологической очистки шахт-
ных вод в подземных условиях:

1 — фильтр грубой очистки; 2— отстойник; 3 — напорные фильтры НПФ-3; 4 — универ-
сальный дозатор УДПК-4; 5 — растворный узел; 6 — электролизер

маломутных шахтных вод, созданная под руководством С. И. Жу-
кова и М. Ю. Шляфера [76]. Установка (рис. 10) включает фильтр
грубой очистки КНФ-3, емкость для первичного отстаивания шахт-
ной воды, располагаемую в горных выработках выше фильтров для
обеспечения самотечного движения воды. После освобождения от
грубодисперсных примесей в отстойнике шахтная вода поступа<
на напорные песчаные фильтры НПФ-3, откуда после обработю
раствором гипохлорита натрия, получаемым на электролизер.
ЭД-2 и дозируемым прибором УДПК-4, подается на технические
нужды шахты. Подобные установки эксплуатируются более чем па
150 шахтах Министерства угольной промышленности СССР. Сле-
дует отметить, что в схеме не предусмотрена реагентная обработка
воды с отстаиванием перед фильтрованием, что является весьма
существенным ее недостатком, так как при большом расходе шахт-1
ных вод и малой продолжительности их пребывания в отстойнике
исключается нормальная работа фильтров. Кроме того, безреагент
ное фильтрование также не исключает ухудшения качества фильт-
рата даже при работе фильтров в нормальном режиме вследствие
возможного проскока взвеси.

В НИИОС'толь под руководством М. П. Ким разработана тех-
нологическая схема очистки кислых шахтных вод (рис. 11), вклю-
чающая двухрежимную нейтрализацию, осаждение образовавшей-
ся взвеси, се уплотнение и обезвоживание. Проект очистных соору-

Рис. >11. Схема очистки кислых шахтных зоц:

/ — усреднитель; 2 — смеситель; 3— бак с раствором известкового молока; 4—камера
хлопьеобразования; 5 — бак с раствором полиакриламида; 6 — отстойник; 7 — уплотнитель;
3 — регулятор-распределитель осадка; 9 — дисковый вакуум-фильтр; 10 — резервуар техниче-
ской воды; 11 — вакуум-насос; 12 — влагоотделитель; 13 — ресивер; 14 — воздуходувка;

/5 —сборный резервуар фильтрата; 16 — резервуар 10%-ной ингибированной ЙС1
ыпии но данной технологической схеме разработан Уралги.про-
•н । ч гом для условий шахты им. В. И. Ленина «комбината «Кизел-
\|п ь». Очистка воды осуществляется до норм, удовлетворяющих
фгоованиям, предъявляемым к водам, сбрасываемым в водоем.

Поступающая на очистку шахтная вода из усреднителя насоса-
ми II подъема додается в коллектор, где разделяется на два потока,
। 1.к 1ый из которых обрабатывается раствором известкового мо-
(•ка из дозировочного бачка. Один из потоков нейтрализуется до
рП 1с образованием положительно заряженной гидроокиси желе-
111, фугой — до рН 11,5 с образованием отрицательно заряженной
|'и фоокиси. Оба потока поступают в смеситель и далее — в каме-
ру ^лопьсобразования, куда дозируется раствор полиакриламида,
гитрализованная вода подается в отстойник, где происходит ее
«нвечление и образование осадка. Осадок отводится в уплотнитель,
ыгем с помощью насосов перекачивается в распределительную
емкость и далее поступает на дисковый вакуум-фильтр для обез-
 оживания. Осветленная вода из отстойника отводится в резервуар,
»п \да направляется на собственные нужды или отводится в во-
юем вместе с фильтратом вакуум-фильтра и отстоеиной водой из
плотнителя.

Технологические схемы очистки шахтных вод, предложенные
ДонУГИ и получившие распространение на шахтах Донбасса и
Ростовской области, не лишены некоторых недостатков, затрудняю-
щих их использование для очистки воды в др) гих угольных бассей-
на'. Так, область применения второй и третьей схем, обусловливаю-
щих очистку воды с исходным содержанием взвеси не более 50 мг/л,
весьма ограничена в связи с повсеместным распространением вы-
гокомутных вод с исходным содержанием взвеси более 100 мг’/л, а
в отдельных случаях — до 3000 мг/л. Кроме того, первая схема
может функционировать с некоторым ее упрощением. В частности,
песколовка предназначена для задержания частиц диаметром бо-
иее 100 мкм, однако, по данным ДонУГИ, в шахтных водах содер-
жимся таких частиц в пределах 0,4—11,2%. Таким образом, пе-
сколовка может быть исключена из схемы в связи с незначитель-
ным содержанием грубодисперсных частиц. Последние не могут
повлиять на режим работы регулирующей емкости, предназначен-
ной для выравнивания качественных показателей воды, подавае-
мой в наклонные отстойники, и сглаживания неравномерностей меж-
ду производительностями насосов шахтного водоотлива и станции
И подъема. Однако прп этом несколько увеличивается содержание
взвеси и возможен некоторый перерасход реагента, но, с другой
< тороны, нельзя не учитывать и эффект ортокинезической коагуля-
ции взвешенных веществ в отстойном сооружении, который будет
иметь место при наличии грубодисперсных примесей. В качестве
регулирующей емкости и резервуара для предварительного освет-
ления шахтных вод отдельных объектов вместо предложенных пе-
сколовки и емкости с трубчатой системой для взмучивания осадка
сжатым воздухом можно использовать радиальный отстойник.
Последний, помимо задержания частиц с большей дисперсностью,
чем песколовка, обусловливает автоматический сбор и удаление
накапливающегося осадка с помощью специального устройства
При склонности взвеси к агрегации камеры хлопьеобразования
и наклонные отстойники могут быть заменены также одним узлом
осветлителем со взвешенным осадком, так как при этом снижаются
капитальные затраты и эксплуатационные расходы при равноцен-
ном эффекте очистки. Кроме того, наклонные отстойники выпол-
няют из металла, поэтому они и подвержены в отдельных случаях
интенсивному разрушению вследствие сульфатной агрессивности
или высокой кислотности шахтных вод.

Схема очистки шахтных вод, предложенная НИСИ, отличается
простотой в работе, однако узел обезвоживания осадка требует
значительных площадей. Кроме того, применение фильтрующей
загрузки из горелой породы вулканического происхождения, обла-
дающей большой грязеемкостыо и толщиной 2,5 м, способствует
получению значительного объема промывной воды с необходи-
мостью ее очистки, что в сравнении с работой осветлителя со взве-
шенным осадком и обычным скорым фильтром представляется ме-
нее эффективным.

На рис. 12 представлена технологическая схема, наиболее полно
отвечающая современному уровню развития технологии очистки

Рис. 12. Схема очистки шахтных вод:

/ — радиальный отстойник; 2 — резервуар для раствора А12(8О4)3; 3 — смеситель; 4—ре-
зервуар для раствора ПАА; 5 — осветлитель; 6 — фильтр; 7 — хлораторная; 8— резервуар
чистой воды; 9— промывной насос; 10—осадкоуплотнители; // — контейнер для обезво-
женного осадка; 12 — обезвоживающий аппарат; 13 — емкость для сбора фугата или филь-
трата; 14 — насос

шахтных вод, позволяющая широко использовать механизацию и
автоматизацию трудоемких процессов при эксплуатации очистных
сооружений. Обрабатываемая вода практически любой мутности
поступает в радиальный отстойник, где освобождается от грубо-
шгперсных примесей. Из отстойника она подается в вертикальный
• меситель, смешивается с реагентами, а затем направляется в ос-
ип । литель со слоем взвешенного осадка. Осветление воды заканчи-
г.к'гся фильтрованием на двухпоточном двухслойном фильтре
(ДДФ), после чего вода подвергается обеззараживанию и направ-
1иется в резервуар чистой воды, откуда поступает к потребителю.
Применение фильтров ДДФ обусловлено их высокой производи-
к'льностью и надежностью работы. Для уплотнения осадка, обра-
цющегося в радиальном отстойнике, осадкоуплотнителе. осветли-
н'лс, а также содержащегося в воде после промывки фильтров, в
< \сме предусмотрено два резервуара-уплотнителя, в которых про-
|н ходит отстаивание этих высококонцентрированных вод, после че-
|<) осветленная вода возвращается в процесс, а осадок подается на
п.1куум-фильтры для обезвоживания. Учитывая потери значитель-
ной части твердого с фильтратом при использовании вакуум-фильт-
ров или с фугатом центрифуги, фильтрат или фугат целесообразно
но шращать в радиальный отстойник. Применение оборота промыв-
пых и продувочных (после осветлителя) вод позволяет снизить
расход воды на собственные нужды станции водоочистки.

3.2.	РЕАГЕНТНАЯ ОБРАБОТКА ШАХТНЫХ ВОД

Шахтные воды характеризуются различным вещественным со-
। 1-чвом находящихся в них примесей, причем каждый из компонен-
та оказывает определенное влияние на формирование агрегатив-
ной устойчивости взвеси. Глинистые и угольные вещества по своей
пмической природе являются амфолитами, а для каждого амфо-
н рпого вещества существует определенное значение рН среды
(|>Н изоэлектрической точки), при котором заряд частицы равен
пулю. Чем больше разность между рН воды и рН изоэлектрической
|очки амфолига, тем больше величина его заряда. Таким образом,
чля обеспечения коагуляции необходимо, чтобы заряд частиц был
минимальным или равен нулю.

Частицы крупностью менее 3 мкм, обладающие одинаковыми
иектрическими зарядами, под действием броуновского движения
подвергаются бесчисленным столкновениям. Величина и знак за-
ря 1а обусловлены структурой двойного электрического слоя, со-
сюящего из поверхностно-ядерных ионов (адсорбционный слой)
и ионов диффузного слоя. На поверхности частицы адсорбируется
преимущественно один из ионов, изоморфный с ионами ее решетки,
и сообщает поверхности свой знак заряда (потенциалопределяю-
щпй). В адсорбционном слое находится также небольшое количе-
• гво противоположно заряженных ионов. В диффузном слое на-
ходится другая их часть, компенсирующая заряд частицы.

В процессе коагуляции происходит снижение толщины двойного
>лектрического слоя и укрупнение содержащихся в воде тонко-
•щсперсных и коллоидных примесей в результате взаимною слипа-
ния частиц под действием сил молекулярного притяжения. При
• том образуются видимые невооруженным глазом и быстровыпа-
дающие в осадок хлопьеобразные агрегаты. Реагентная обработка
шахтны! вод применяется обычно на станциях двухступенной очи
стки шахтных вод, а также на некоторых сооружениях одноступеть
ной очистки. Различают два вида коагуляции: в свободном объеме
(в камерах хлопьеобразования) и контактную (в толще зернистон
загрузки или взвешенного осадка).

При коагуляции гидроокисей в процессе обменной адсорбции
участвуют совместно вещества различной природы: минеральные и
органические частицы коллоидов, су спснзий и коллоидное вещество
коагулянта. Такое совместное взаимодействие имеет следующие
важные особенности. Максимальная сила отталкивания одноимеп
но заряженных разнородных частиц зависит только от величин
потенциала частицы, заряженной слабее. Если заряд частицы ка
кого-либо одного вещества (например, коагулянта) мал или равен
нулю, то эти частицы могут слипаться не только друг с другом, но
и с частицами других веществ, несмотря на то, что последние
устойчивы против соединения между собой.

Чтобы вызвать седиментацию примесей воды к ней добавляют
минеральные реагенты, обычно применяют соли алюминия и же-
леза.

Эффективность коагуляции 'в значительной степени зависит от
следующих факторов: правильного выбора коагулянта, концентра-
ции водородных ионов в воде, ее щелочности и температуры, угс-1
ловий перемешивания коагулянтов с водой в камерах хлопьеобра-1
зования, а также количественного и качественного состава содер-|
жащихся в обрабатывав мой воде примесей.

В качестве коагулянта для обработки шахтных вод широкое
распространение получил сернокислый алюминий, применяемый в
виде неочищенного (содержащего 33% безводного сернокислого
алюминия и до 23% нерастворимых примесей) и очищенного гли-1
позема (содержащего нерастворимых примесей до 1%). Расчетную
дозу коагулянта определяют в лабораторных условиях путем моде-
лирования процесса осаждения. Лабораторные и промышленные
исследования реагентной обработки шахтных вод в различных
угольных бассейнах показали, что для ориентировочных расчетов
дозу коагулянта можно принимать согласно СНиП II—31—74.1
Например, в пересчете на безводный А12(8О4)3 дозу' коагулянта
при обработке шахтных вод следует принимать в зависимости от
исходного содержания взвешенных-веществ (25—125 мг/л).

Для повышения эксплуатационных показателей отстойных со-
оружений в Карагандинском бассейне исследовано влияние реа-
гентов на степень осветления шахтных вод [77]. Серия анализов,
проведенных в статических условиях на шахтной воде одинакового!
качественного состава, показала высокую эффективность осветле-
ния шахтных вод, обработанных флокулянтами ПАА, ГПАА, ВА-2,
ВА-102, ВА-212* без добавок минеральных коагулянтов. Хорошая
агрегация и наименьшее конечное содержание взвеси в воде после

* Флокулянты ВА-102 и ВА-212 синтезированы на кафедре технологии плас-
тических масс МХТИ им. Д. И. Менделеева в 1969 г. и предложены КНИУИ для1
исследования их воздействия на шахтные воды.
Двухчасового отстаивания наблюдались при использовании катион-
ный флокулянта ВА-2 и гидролизованного полиакриламида
(I 11АА). Содержание взвешенных веществ в исследуемой воде со-
< 1.1вляло 240—360 мг/л, рН 7,5, 'солесодержание — 4570 мг/л.
Анионный флокулянт ПАА, получивший широкое при-
менение в практике водоочистки, несколько уступает
флокулянтам ВА-2, ВА-102 и ВА-212 в эффективности воздействия
на взвесь, однако осадок, образованный с помощью активных групп
юлекул ВА-2, ВА-102, ВА-212, рыхлый и плохо отдает воду. Коле-
о.шпе температуры шахтных вод, обрабатываемых флокулянтами,
практически не влияет на интенсификацию осаждения взвеси, в то
время как при использовании минеральных коагулянтов понижение
н-мпературы обрабатываемой воды приводит в ряде случаев к уве-
шчению дозы вводимого коагулянта и наблюдается вялая коагу-
вщия. При этом понижается рН воды.

Полиакриламид — полимер, отдельные звенья которого состоят
III амида акриловой кислоты «а» или из ее солей «б».

а — СН2-СН— б -СП2-СН-

со	со

I	I

ИН2	О - Ме

В водном растворе ПАА диссоциирует с образованием поли-
мерного аниона и простых катионов. Отрицательно заряженные
। руппы —СОО- обладают большей адсорбционной способностью
по сравнению с амидной группой —СОМН2, обладающей слабыми
ка гионными свойствами.

Флокулирующее действие полиакриламида обусловливается
сорбцией взвешенными частицами макромолекул полиэлектролита,
имеющих нитеобразную структуру с большим количеством отрост-
ков. Полимерная цепь адсорбируется на поверхности дисперсных
частиц только отдельными своими звеньями. Поэтому каждая из
макромолекул полимера может одновременно быть связана со
многими дисперсными частицами, что приводит к формированию в
псперсной системе (крупных кинетически неустойчивых агрегатов,
осаждающихся со значительной скоростью.

Применение полиакриламида для очистки шахтных вод позволя-
-I повысить эффективность работы отстойников, фильтров и ос-
ветлителей. Дозы полиакриламида при этом изменяются в зависи-
мости от технологии очистки. При обработке и отстаивании воды
и свободном объеме они составляют 0,8—1,5 мг/л, перед фильтрова-
нием и осветлением в слое взвешенного осадка 0,1—0,15 мг/л.

3.3.	ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕАГЕНТОВ
НА ОСВЕТЛЕНИЕ ШАХТНЫХ ВОД
РАЗЛИЧНОГО КАЧЕСТВЕННОГО СОСТАВА

Различная степень осветления шахтных вод объясняется при-
родой вещества частиц, реакцией воды и содержанием водораство-
римых солей. Большое значение имеют электрокииетические явле-
ния и гранулометрический состав взвеси. В данном параграфе р;н«
сматривается осветление неоднородных суспензий с показателям!
качества шахтной воды и взвешенных веществ, характерными дд!
Карагандинского бассейна.

Для установления зависимости степени осветления поли мши
ральных суспензий от продолжительности их отстаивания при об!
работке реагентами и без нее было исследовано несколько ши*,
взвеси (табл. 7) с сочетаниями компонентов, соответствующими
граничным и средним значениям содержаний этих компонентов I
осадке шахтной воды с естественной замутненностью [78].

Таблица 7

Петрографический состав исследуемых шихт, %

Номер шихгы	Характеристика шихты	Витринит VI	Фюзинит Г	Минеральны» примеси М1
1	Маломинерализованный, витринизированный уголь	55	17	28
2	Среднеминерализованный, витринизированный уголь	55.	8	37
3	Витринизированный, мине- рализованный уголь	42	8	50
4	Компоненты в пропорцио- нальном отношении	33,3	38,3	33,3
5	Фюзинизированный, мине- рализованный уголь	33	25	42

Определение наиболее вероятного сочетания микрокомпонеитоь
(см. 1.6) в твердой фазе шахтных вод производилось при помощи
построения гистограмм распределения содержания петрографиче-'
ских микрокомпонентов в осадке шахтной воды (рис. 13). Исход-
ным материалом для построения гистограмм явились результаты
многочисленных анализов состава осадка шахтных вод, которые
были использованы также для установления корреляционной свя-
зи .между содержанием петрографических микрономпонентов в ря-
довом угле и осадке, необходимой, в свою очередь, для прогнози-
рования степени осветления шахтных вод по вещественному составу
рядового угля и минерализации воды. Как видно из рисунка, на-
иболее вероятная шихта взвеси с математическим ожиданием
Л1у/ = 48,б9%,	16,65 и 7Имл = 35,28°/о находится в области

состава выбранных опытных шихт. На рис. 14 приведены
координаты опытных шихт и математического ожидания
ко?лпонентов в естественном осадке шахтных вод. Исход-
ное содержание взвешенных веществ в искусственных
суспензиях было принято равным 500 мг/л, так как в большинстве
проб, шахтных вод содержание взвешенных веществ находилось в
пределах 450—600 мг/л. Активная реакция воды составляла 7,5.

Отбор проб шахтной воды для определения вещественного со-
става осадка производился сразу же после установления за опре-
деленный период (1 месяц) процента участия в добыче каждого
из разрабатываемых шахтой пластов с известными петрографиче-
• и П1 характеристиками, Последние позволили рассчитать средние
•111'|<ния содержания микрокомнонентов в валовой добыче угля
шихтам и сравнить с количеством этих же компонентов, перехо-
Впипх в осадок шахтной воды.

На рис. 15 приведены зависимости содержания V/, Р и ИЬ в
• । 1ке шахтных вод от содержания этих же компонентов в рядовом

Рис. 13. Гистограммы распределения
содержания петрографических компо-
нентов в осадке шахтной воды:

а — витринит; б — фюзинит; в — минераль-
ные включения

минеральных включений в осадке, %

Рис. 14. Фигуральные точки опытных
шихт; заштрихованная часть — об
ласть фактических сочетаний компо-
нентов вещественного состава осадка
шахтных вод; Мх — координата мате-
матических ожиданий витринита, фю-
зинита и минеральных примесей в
осадке; 1—5 номера шихт

у1ле, найденных с помощью обработки данных исследований на
ВМ. Полученные уравнения .позволяют рассчитать пропен 1 ное
содержание микренкомпопентов, переходящих в осадок по «исходно-
му содержанию этих же компонентов в рядовом угле:

Р70С = _ 5,82 + 0,946 Иу ;	(1)

Рос = 1,03+ 0,746 Гу;	(2)

МЬ0С = 24,19 + 0,502 МЬу..	(3)

Надежная связь между входящими параметрами подтверждает-
ся достаточно высокими коэффициентами корреляции т]у/ = 0,8;
г]е = 0,87. Невысокий коэффициент корреляции для минеральных
включений — 0,43 объясняется невозможностью учета при вычис-
«пениях влияния фактора размокания породных включений взвесь
На рис. 16 приведены кривые степени осветления пол'иминераль
ных суспензий при простом отстаивании и обработке различными
реагентами. Из реагентов применялись — полиакриламид 0,1%-ной
концентрации дозой 1 мг/л по сухому продукту, полиэтиленимин
0,1 молярной концентрации дозой 0,2 мг'/л и сернокислый алюми-
ний дозой 100 мг/л. Дозы реагентов установлены пробным коагу-
лиоованием. Из рисунка видно, что при минерализации воды 1 г/л

Содержание витринита в рядовом
угле, °/о

Содержание р/озинита в рядовом

Содержание минерального остат-
ка в рядовом угле, %

Рис. 15. Зависимость содержания петрографических компонентов в осадке
[шахтной воды от содержания этих же компонентов в рядовом угле

Рис. 16. Зависимость граничных значений степени осветления полиминеральных
суспензий от вида реагента и минерализации воды (время отстаивания 2 ч|

Со = 500 мг/л):

а — без реагента; б — ПАА; в — А12(8О4)з; г — полиэтиленимин; 2, 3, 4 — номера опытных

шихт

степень осветлёния безреагентного осветления суспензий с преобла-
данием частиц аргиллита (шихта № 3) наименьшая по сравнению
с другими сочетаниями компонентов, в то время как с повышением
минерализации степень осветления этих суспензий наибольшая.
<. \ величением минерализации шахтных вод степень осветления
г\гпензий, обработанных полиакриламидом, возрастает.

Паилучшее осветление суспензий наблюдается при содержании
компонентов в пропорциональном отношении (шихта № 4). Кризые,
' лрактеризующие степень осветления суспензий, составленных из
ши\т № 1 и 5, находятся в интервале значений степени осветления
пихт До 2 и 4. Осветление остальных суспензий ухудшается со сни-
||.|-пием в них суммарного содержания фюзинита и аргиллита,
•ффективность осветления суспензий, обработанных сернокислым
। поминием и полиэтиленимином с увеличением минерализации
шны, снижается.

Осветление полиминеральных суспензий с солесодержанием
I г/л и менее происходит медленно и исключает получение воды
после двухчасового отстаивания, отвечающей требованиям норм
панического водоснабжения. При этом устойчивость суспензий
• •(условливается микрокомпонентами групп витринита и минераль-
ных примесей.

Аргиллит представлен в основном частицами глинистого мате-
риала диаметром менее 10 мкм, а поэтому при их сравнительно
высокой плотности суспензия не осветляется. Устойчивость глини-
• 1ых частиц обусловливается связыванием их поверхностью боль-
ших объемов воды, что определяет малую скорость осаждения.

Витринизированные частицы содержат большое количество по-
лярных атомных группировок, что способствует при окисленяости
частиц их гидрофилизации, а следовательно, и повышению устой-
чивости системы. Другим важным фактором устойчивости частиц
1411 ринита является их весьма малая плотность по сравнению с ча-
• пщами фюзинита и аргиллита.

Осветление суспензий в шахтной воде с минерализацией 4 г/л
интенсифицируется и протекает со значительным агрегатообразо-
нанчем, наиболее заметным у суспензий с повышенным содержа-
нием аргиллита, обладающего большой емкостью катионного об-
мена. При минерализации 8 г/л наблюдается лучшее осветление
'поды с теми же закономерностями. Механизм повышения степени
осветления суспензий с большим содержанием глинистых включе-
ний с увеличением минерализации воды объясняется обменом одно-
валентных катионов гранулы глинистой частицы (Ка+ и К+) на
(вухвалентиые ионы Са2+ и М§2+ из шахтной воды, в результате
•аряды нейтрализуются, вследствие чего устойчивость 'суспензий
снижается и частицы при ‘сталкивании коагулируют. На поверхно-
сти угля также происходят процессы обменной абсорбции и пере-
распределение электрических зарядов. По данным А. Н. Фрумкина
|/9], в зависимости от насыщенности газами поверхности угольных
частиц последние могут играть роль водородного или кислородного
•лектродов.

Для характеристики интенсивности адсорбционных процессов и
выяснения роли угольных частиц в электрохимических процессах,
протекающих в шахтных водах, нами использован суспензионный
•ффект Пальмана, заключающийся в изменении рН балластной во-
1ы под действием суспензированных частиц [80], так как ионы I
и ОН влияют на состояние растворенных в жидкой фазе вещее 1
на межфазовые поверхности. Величины рН балластной воды (рН|
и суспензий (рНс), соответствующие различным значениям минер
лизации воды и качественного состава взвеси, определены так
для установления знака заряда частиц и изоэлектрического состе
ния суспензий. Результаты замеров приведены в табл. 8.

Таблица 8

Изменение рН балластной воды под действием частиц твердой фазы

Наименование компонентов	Минерализация шахтной воды, г/л									
	0		2		4		6		8	
	Рнб	Рнс	рнб	₽нс	РНб	РНс	Рнб	₽НС	₽нб	рН
мь	6,75	8,15	8,15	8,35	7,90	8,00	8,25	8,25	7,80	7,1
р	7,05	8,00	8,25	8,33	7,85	8,05	8,25	8,25	7,85	м
VI	6,80	8,10	8,05	8,25	7,85	8,10	8,30	8,35	7,80	7,7,

Результаты опытов позволяют сделать следующий вывод. 1
шахтных водах с минерализацией до 6 г/л все компоненты вед
себя как кислородные электроды (рН увеличивается), т. е. являю!
ся донорами электронов. При этом на поверхности твердых части
образуются неустойчивые ионы О2-, которые взаимодействуют 1
водой с образованием гидроксильных ионов, способных обменивав
ся па любые ионы из раствора. При минерализации выше 6 г/,
твердые частицы вызывают незначительное понижение рН шахтны
вод, что является результатом образования на поверхности части
ионов водорода, которые обмениваются на катионы из раствор.1
Изоэлектрическое состояние системы наблюдается при минерала
зации шахтной воды 'в интервале 6—7 г/л с точкой 8,25.

В воде с малым содержанием солей на поверхности зерен арги
лита и витринита, имеющих сравнительно высокий заряд (—61,5 ]
—54,2 мВ), поляризованные молекулы вочы ориентированы пара.'
лельно. В этом случае благодаря поляризации слой односторонне
ориентированных молекул воды сильнее связан с поверхность!
тела и с (молекулами воды в объеме, чем молекулы воды в объем]
Друг с другом, что и определяет устойчивость суспензий [81]. (
увеличением минерализации воды происходит гидрофобизация по
верхности частиц, при которой возникают выталкивающие усилия
достаточные для коагуляции. Последняя происходит вследствп
превышения сил когезии над адгезией. Зерна фюзинита включаю
минералы и имеют низкую степень дисперсности. Учи 1 кивая невысо
кий ^-потенциал зерен фюзинита (39,4 мВ), строение гидратных ело
ев на чистом фюзините представляется следующим образом: адсор
бироваиные молекулы воды имеют антипараллельноерасположен’!
диполей, что приводит к значительной компенсации дипольных мо
ментов и к ослаблению их взаимодействия с молекулами воды 
объеме. Такие участки на поверхности фюзинитовых зерен являют
66
к* инициаторами нейтрализационной коагуляции, г < КО1 н ш
Г ник* частиц происходит за счет гидрофобизации их иотрмпн ш
||\н1е участки, которые представлены микроскопическими включ*
ими различных минералов, ориентируют молекулы воды парад-

юными слоями. Эти участки .могут .служить инициаторами друго-
ни ча коагуляции — концентрационной, и агрегаты образуются

• мет взаимодействия утолщенных гидратных слоев.

1 корость осаждения частиц суспензий, обработанных сернокис-
|ым алюминием, по сравнению с необработанными значительно
< и.ше, что подтверждается правилом Шульце — Гарди о повыше-
нии осветления суспензий с увеличением валентности коагулирую-
1410 иона. Механизм осветления шахтных вод под действием серно-
.ш того алюминия заключается в следующем: при введении в об-
|о.| гываемую воду сернокислого алюминия происходит диссоциа-

। его молекул:

А12 (8О4)3 + 6 Н20 = 2 А13+ + 3 8ОГ2 + 6 Н+ + 6 ОН- =

= 2А1(ОН)34 +ЗН28О4.

11отенциалопределяющим ионом является катион, который ча-
• Н1ЧН0 адсорбируется частицами коллоидов и суспензий, а частич-

। идролизуется с образованием гидроокиси алюминия. В первом
|\чае катионы алюминия, вступая в обмен с катионами адсорбци-
онного слоя глинистых или угольных частиц, понижают их заряд,
ш> втором — хлопья гидроокиси алюминия сорбируют на своей по-
верхности отрицательно заряженные частицы взвеси из шахтной
и»ды. Хлопья в процессе коагуляции укрупняются и выпадают в
•и ;|док.

V худшение осветления суспензий, обработанных сернокислым
.1 нрминием с повышением минерализации воды, объясняется ней-
|рнлизацией активизирующего действия реагента из-за отсутствия
{Пленной емкости у частиц твердой фазы, израсходованной на сорб-
ин к> катионов Са2+ и М^2+ из шахтной воды. Кроме того, причиной
• чудшения осветления суспензий является понижение рН за счет
*|<н|пв водорода, выделяющихся при гидролизе сернокислого алю-
ршия.

II результате обработки шахтных вод полиакриламидом было
ш.1явлено сенсибилизирующее действие нейтральных солей с повы-
шением минерализации воды. Это объясняется, очевидно, одновре-
К'нным связыванием молекулой полимера большего количества
ни'рдых частиц в результате их сближения за счет сжатия ионных
нмосфер. Механизм взаимодействия полиакриламида с поверхно-
 1ыо твердых частиц в шахтных водах можно объяснить следую-
щим образом: полимерные цепи, обладающие большим количест-
ш»м адсорбционно-активных групп, образуют связи между тверды-
ми частицами. Сами цепи за счет резерва степеней свободы соеди-
няются друг с другом коалесценцией свободных радикалов гетеро-
.< мирных молекул реагента, водородными связями или за счет
зектростатических и ориентационных сил. Имеют место также об-
р ювание комплексов за счет координативных связей между не-
ионизированными активными группами ПАА и ионами металлоц
на поверхности частиц, химическая реакция последних с макромо
лекулами полимера и др. [82].

В слабосолоноватых шахтных водах агрегаты, полученные при
мостиковой флокуляции, гидрофильные. Повышенная концентра]
ция неорганических солей в шахтной воде обусловливает сжатие
двойного электрического слоя вокруг частиц и понижение их ^-по
тенциала, что ведет к сближению частиц, активности сил дисперси.
онного взаимодействия и адсорбционных процессов. В данном сл|
чае при введении флокулянта имеет место гидрофобизационная
флокуляция, сопровождающаяся несколькими видами связей.

Повышение дозы полиакриламида (более 2 мг/л) стабилизирует
суспензию, так как при этом частицы взвеси в агрегатах разделя
ются между собой большим слоем из макромолекул полимера.

Осветление слабосолоноватых шахтных вод (1,5—3 г/л) повы-
шается особенно при их обработке полиэтилеппмииом. Полиэтиле
нимин (ПЭИ) получают полимеризацией этиленимина, иниципро
ванной бифункциональными алкилирующими агентами. Молеку
лярная масса ПЭИ регулируется количеством инициатора при по-
лимеризации, которая протекает по катионному механизму с обра-1
зованием двух концевых группировок: этилениминного цикла и
иминогруппы (вторичных аминов ЫН):

О КЧ1 4-7?Х-> О ЙП7? + Х~;

+

+ п > /УН +

> ИНТ?----> >МН С2Н4ЫН-]Л -7? (7? = Н, А1 к).

С помощью инфракрасной спектроскопии установлено, что в
ПЭИ имеются и гидроксильные группы, образование которых евч
зано с обрывом полимерной цепи молекулами воды [83].

Интенсификация осветления шахтных вод, обработанных ПЭИ,!
объясняется электростатическим взаимодействием катионного по-
лимера с отрицательно заряженными частицами взвеси. В резуль-
тате смешения нейтральных солей раствора с ПЭИ образуются
комплексные соединения, обладающие одновременно активными
катионными и анионными связями. Макромолекулы полимера ад-
сорбируются -на твердых частицах как минерального (М1), так и
угольного происхождения (V/, Е), с образованием агрегатов, что
обусловливает высокую степень осветления под влиянием ПЭИ пе-1
зависимо от природы взвешенных веществ. Однако в нейтральных
и щелочных областях рП, где карбоксильные группы на поверхно-1
сти угольных частиц находятся в ионизированном состоянии, на-
блюдалась лучшая адсорбция ПЭИ на частицах фюзинита.

С увеличением минерализации воды (более 3 г/л) преимущества
ПЭИ по сравнению с ПАА менее очевидны, так как излишние кати-
оны и анионы, не вошедшие в комплекс с ПЭИ, экранируют поверх-
ность твердых частиц от взаимодействия с ПЭИ,

На основании выполненных исследований определены зависимо-
сти для установления эффективности осветления полимиперальныхI
суспензий. По К. Д. Текиниди, эффективность осветления шахтных I
од Карагандинского бассейна при их простом отстаивании и обра-
1 кс полиакриламидом можно выразить зависимостью вида:

Э = ЛИ — ехр\1К(агх-}- а2у + ааг) + а0 }, %,

(4)

• I.' Л — исходное содержание взвеси, принимаемое за 100%; х, у,
содержание компонентов соответственно витринита, фюзинита
и минеральных примесей в осадке, %; а0; аь а2, а& — числовые ко-
эффициенты, характеризующие совокупное влияние плотности твер-
п.| к частиц, их электрокинетического потенциала и смачиваемости
п.| степень осветления суспензий; К — минерализация воды, г/л
(I <К^8); /— продолжительность отстаивания, мин (15<7=С
< 120).

Таблица 9

Значения коэффициентов для определения эффективности осветления
шахтных вод при простом отстаивании и реагентной обработке

< пособ осветления	«0	«1	а2	«3	Коэффици- ент кор- реляции
Простое отстаива- ние:					
3 г/л	—0,0875	-0,39-10-4	—0,99-10-*	-0,208-10-4	0,99
3<;Л^8 г/л Нода, обработан- ная:	—0,29	0,197-10-5	—0,81-10-5	-2,23-10-5	0,89
полиакрила- мидом	—1,67	0,9 • 10—4	-5,4-10-4	-2,35-10-4	0,82
сернокислым алюминием	— 1,7	0,14-10-а	-0,43-10-3	-0,21-Ю-з	0,73
полиэтилени- мичом	— 1,487	0,126-10-3	—0,61-10-3	-0,29-Ю-з	0,92

В табл. 9 приведены значения коэффициентов п0, «ь а2, а3 для
расчетов эффективности осветления шахтных вод, обработанных
реагентами, а также значения коэффициентов корреляционных от-
ношений для оценки тесноты связи.

Для суспензий, обработанных сернокислым алюминием и поли-
ниленимином, получена зависимость вида:

Э =

А И — ехр

(5)

Используя полученные уравнения, можно рассчитать эффектив-
ность осветления шахтных вод в промышленных отстойниках. Для
этого по дачным качественных показателей углей бассейна по
формулам (1) — (3) определяется процентное содержание витрини-
1а, фюзинита и минеральных примесей, переходящих в осадок
шахтной воды. Затем по формуле (4) или (5) в зависимости от спо-
соба осветления воды (безреагентное, осветление с использованием
реагентов и вид реагента) определяются степени осветления сус-
пензий за определенные интервалы времени Э=/(/). По расчетным
степеням строится кривая кинетики осветления воды. Затем по фор-
муле Ю. И. Вейцера, учитывающей изменение степени осветлеип
воды от высоты зоны осаждения взвеси, определяется расчетное
время пребывания воды в отстойнике для получения желаемой
эффекта осветления (выбирается в соответствии с полученной крн
вой кинетики осветления воды):

I _ / П \п

где I, Т — продолжительность отстаивания соответственно в цилин
драх и в отстойниках, ч; 1г, Н — высота соответственно цилиндра 1
отстойника, м; п — показатель степени (0,2—0,5).

Для шахтных вод Карагандинского бассейна, по данным
К. Д. Текиниди, п=0,38. Зная коэффициент использования объема
и расчетное время пребывания воды в отстойниках, можно опреде-
лить и их оптимальные размеры.

Исследования, выполненные на шахтной воде ряда шахт, подт
верждают основные закономерности, полученные при изучении по
лиминеральных суспензий.

Таким образом, при отсутствии данных по технологическому
анализу воды предлагаемые формулы могут быть использованы для
ориентировочного расчета эффективности осветления и выбора ви-
да реагента при проектировании сооружений для очистки шахтных
вод.

3.4.	ОБРАБОТКА КИСЛЫХ ШАХТНЫХ ВОД

При необходимости использования кислых шахтных вод в целях
предотвращения коррозии металла и бетона, для извлечения солей
металлов или предупреждения нарушения биохимических процес-1
сов в водоемах, куда они сбрасываются, прибегают к их обработке!

В основе технологии улучшения качества кислых железосодер-1
жащих шахтных вод лежит окисление двухвалентного железа с
одновременным повышением рИ, последующим образованием гид-1
роокиси железа и выделением ее при отстаивании или фильтрова-
нии. В зависимости от качества шахтной воды и требований к ее
обработке может быть использована одна из следующих техноло-
гических схем:

1)	аэрирование на ступенчатом аэраторе и отстаивание в гори-1
зонтальном отстойнике [84];

2)	известкование, аэрирование на ступенчатом аэраторе и от-
стаивание в отстойнике [84];

3)	смешивание с известью в вертикальном смесителе, флокули-1
рование полиакриламидом в вихревой камере хлопьеобразования и|
отстаивание'в отстойнике (см. рис. 11);

4)	известкование, аэрирование с помощью эжектора, фильтро-
вание через конические сетки, грубое осветление в песколовках, |
хлопьеобразоваиие в перегородчатых камерах, осветление в на-
клонных отстойниках, фильтрование иа скорых фильтрах и обезза-
раживание (схема ДсмнУГИ);
>) известкование, аэрирование с помощью эжектора, фильтро-
•шс через конические сетки, предварительное осветление в песко-
||»пках> электрокоагулирование (вариант), осветление в наклонных
кшниках, фильтрование на скорых фильтрах, бактерицидное

• мучение (схема ДонУГИ).

При кондиционировании кислых шахтных вод, содержащих дву-
и л» кислое железо, а также кислых вод, имеющих сернокислое же-
«'«), целесообразно применять соответственно первую и вторую
• игмы.

Одним из основных сооружений указанных схем является
1‘пенчатый аэратор, размещенный над распределительным кана-
|С1м отстойника, представляющий собой систему насадок из реек с
р | шером от 2 до 3 мм, располагаемых на 0,4 м по высоте друг над
|руюм. Число насадок или ступеней аэрирования определяется ка-
нт гвом исходной воды. Над верхней насадкой размещен желоб-
। мсситель, предназначенный для предварительной аэрации воды и
1н'р«*мешивания ее с реагентами. Благодаря боковинам вода со
«упенек аэратора не уходит по сторонам, а под небольшим напо-
|.чм проходит через щели между рейками последовательно всех
। «садок, разбрызгивается и контактирует с окружающим воздухом,
ысыщаясь кислородом, количество которого можно определить по
•мпирической формуле:

9 = 4,92 4- 1,98 К — 0,34 Л2,

• де И. — высота перепада воды, м.

Постоянный обмен воздуха в аэраторе обеспечивается благода-
ря незначительной его ширине (от 0,4 до 0,8 м). При содержании
шухвалентного железа до 52 мг/л следует применять пять наса-
юк, при большем количестве исходного железа следует увеличи-
вать число насадок, либо предусматривать повторную аэрацию или
барботаж.

В четвертой технологической схеме предусматривается обезже-
лезивание кислых шахтных вод с большим содержанием механиче-
гКих примесей перед сбросом их в местную гидрографическую сеть,
при этом содержание взвешенных веществ снижается до 15 мг/л и
я. слеза — до 0,5 мг/л, а при наличии фильтров и установок обезза-
раживания воды — до лимитов ГОСТ 2874—73 Расход эжектируе-
мого воздуха составляет около 50 л на 1 м3 воды. Для перевода
двухвалентного железа в окисное и образования хлопьев гидрооки-
си предусмотрены камеры хлопьеобразования, рассчитываемые на
X) минутное пребывание воды. Особенностью схемы является при-
менение водоочистных аппаратов (песколовки, отстойники, фильт-
ры и др.) заводского изготовления.

Пятая технологическая схема (автоматизированная), предло-
женная ДонУГИ, производительностью 150 м3/ч, предназначена
также для обработки кислых железосодержащих шахтных вод. По-
мимо описанных выше аппаратов, в рассматриваемой схеме преду-
сматриваются заводского изготовления бактерицидные установки
ОВ-АКХ-1 и электрокоагуляторы проточного типа производитель-
ностью по 50 м3/ч с шестьюдесятью аммониевыми электродами тол-
щиной 2 мм и общей площадью 168 м2, сгруппированными в шесть
пакетов. При прохождении воды в течение 10 мин в межэлектрод*
ном пространстве шириной 5 см должна обеспечиваться плотност 
тока 1 А/м2 при напряжении на электродах 3—5 В. Ванная электро
коагулятора размерами 3,71X1,51X5,4 м одновременно является
камерой хлопьеобразования.

В комплект установки входят пять напорных осветлительны
фильтров типа ХВ-044-2, выпускаемых Бийским котельным заво-
дом и работающих под давлением 0,49 МПа при скорости фильтро-
вания до 30 м/ч. Фильтрующая загрузка крупностью 0,8—2,0 мм
устраивается высотой 1,3—1,5 м. Одновременно три фильтра раба
тают, один промывается и один в резерве.

В качестве реагента при необходимости коррекции рН наиболь
шее распространение получило известкозое молоко, приготовляе
мое из товарной извести, содержащей 50% активной окиси кальция.
Наряду с известью применяют также углекислый кальций и маг-
ний. Необходимый расход извести определяют по величине общей
кислотности шахтной воды с учетом ее обезжелезивания. Известко-
вание является универсальным методом нейтрализации и обезжеле
зивания кислых шахтных вод, так как оно обусловливает повыше-
ние рН воды, что, в свою очередь, способствует ускорению окисле-
ния и гидролиза железа, а также последующей коагуляции его гид-
роокиси.

При использовании предварительно обезжелезенных кислых
шахтных вод для котельных, вакуумнасосных и компрессорных
установок, банно-прачечных комплексов и других потребителей, а
"также при необходимости в ряде случаев доведения качества вод
до требуемых санитарных норм перед отведением их в водоемы сле-
дует проводить дополнительное умягчение воды. Наиболее рацио-
нальными методами умягчения шахтных вод являются известко-
вый и известково-содовый, хотя могут быть применены и другие
(термический, ионный обмен и др.).

При известковании воды устраняется карбонатная жесткость.
После введения в воду извести в виде известкового молока или ра-
створа происходит связывание растворенной в воде углекислоты,
и в результате взаимодействия реагента с образовавшимся бикар-
бонатом кальция получается карбонат кальция, который выпадает
в осадок:

Са (ОН)2 + Са (НСО3)2 X 2 СаСО8 + 2 Н2О.

Добавка извести в большем количестве, чем требуется для образо-
вания карбоната кальция, приводит к гидролизу магниевых солей
с образованием гидроокиси магния, которая при рН воды более
10,2—10,3 выпадает в осадок. Таким образом, известкованием мо-
жет быть устранена карбонатная жесткость, но некарбонатная же-
сткость остается неизменной. Для снижения некарбонатной жестко-
сти в воду, кроме извести, добавляют соду. Процесс описывается
следующими реакциями:
Са8О4 -г Ка2СО3 -> СаСО3 + На28О4;

СаС12 + Ыа2СО3 -► СаСО3 + 2 ЫаС1.

при этом способе умягчения воды магний удаляется введением из-
ш-сги при обеспечении указанной выше величины рН, т. е.

М^8О4 + Са (ОН)2 ->	(ОН)2| + Са8О4;

М$С12 + Са (ОН)2 ->	(ОН)21 + СаС12.

одержащийся в воде растворенный кальций осаждается содой, в
к> время как сульфат натрия и хлористый натрий остаются раство-
ре1гны.мз< в воде. Для ускорения нейтрализации и осветления шахт-
ных вод совместно с умягчением можно производить коагулирова-
ние взвеси железным купоросом или хлорным железом. Сульфат
1.ПОМИНИЯ для указанных целей не применяется, так как при рН
1|дше 9 соли алюминия образуют растворимые соединения.

При реагентном умягчении воды зернистая загрузка осветли-
н’льных фильтров (песок, антрацит, керамзит, горелая порода)
юлжна иметь крупность зерен 0,5—1,2 мм. Для предотвращения
вложений в поровом пространстве верхних слоев фильтрующей
•агрузки (в результате происходящего з ней доумягчения воды)
осадка карбоната кальция и гидроокиси магния следует прсдусмат-
швать систему поверхностной или воздушно-водяной промывки.

3.5	ОБОРУДОВАНИЕ реагентного хозяйства

Реагенты, применяемые для интенсификации осветления шахт-
ных вод, дозируют в виде водных растворов или суспензий (мокрое
чозирование).

Реагентное хозяйство включает устройства для приготовления,
хранения и дозирования растворов реагентов в обрабатываемую
воду. Реагенты перед использованием хранят в выделенных для
»юго складских помещениях в сухом виде навалом или в специаль-
ной таре. Для предотвращения потерь коагулянта от слеживания,
л также для снижения трудоемкости погрузочно-разгрузочных ра-
<>от в настоящее время переходят на хранение реагентов в жидком
виде. Для этого на водоочистных установках предусматривают ре-
червуары большой емкости, которые загружают сухим коагулянтом
и заготавливают его расчетный запас в виде раствора высокой кон-
центрации. В процессе эксплуатации концентрированный раствор
подают в расходные баки, где путем разбавления водой доводят его
до рабочей концентрации. Схема устройства резервуаров для мок-
рого хранения коагулянтов приведена на рис. 17.

На установках очистки шахтных вод небольшой производитель-
ности (до 150 м3/ч) применяют растворно-расходные баки, имею-
щие два параллельно работающих отделения для обеспечения бес-
перебойности подачи реагента. На установках большой производи-
«ельности устанавливают растворные и расходные баки отдельно.
Растворные баки (рис. 18) имеют пирамидальные пицца с дере-
вянными или железобетонными колосниками внизу, на которые за-
। ружают сухой коагулянт. Под колосниковой решеткой располага-
ют воздухораспределительные трубы, подающие сжатый возду
для перемешивания и растворения коагулянта. При применении
порошкообразного коагулянта на колосниковую решетку уклады
вают сетку с прозорами в 1 мм.

Наряду с барбатиров.анием для интенсификации процесса рас<
творения коагулянта и разбавления его концентрированных рас

/Рис. 17. Схема резервуара для мокрого хранения коагулянта:

/ — кусковой глинозем; 2 — трубопровод для подвода воды для смыва осад-
ка; 3 — вывод в канализацию; 4 — насос для перекачки раствора в расход-

ные баки
Рис. 18. Схема растворного бака с устройством для барботажа сжатым воз-
духом:

I и 2 — соответственно верхняя и нижняя воздухораспределительные системы; 3 — колосни-
ковая решетка; 4 — труба для подвода воды

Сжатый
воздух

Рис. 19. Схема работы установки для приготовления и дозирования полиак-
риламида:

/ — циркуляционный насос; 2—мешалка системы АКХ; 3 — поплавок дозатора системы

В. В. Хованского; 4 — бак для приготовления раствора полиакриламида; 5 — электромагнит-
ный клапан; 6 — электродные датчики уровня; 7 — смеситель
। воров применяется также их перемешивание с помощью механи-
ческих мешалок или циркуляционных насосов.

Баки для приготовления и хранения растворов реагентов
изготовляют из дерева, металла, пластмасс или железобетона I
антикоррозионным покрытием изнутри.

Широкое распространение на очистных сооружениях шахт Ка
рагаилы и Кузбасса получила установка для приготовления и дози
рования растворов полиакриламида, созданная в КНИУИ [86]
Постоянство дозы реагента обеспечивается с помощью дозирующего
устройства, включение и установка которого автоматизированы.
Точность дозирования обеспечивается съемными диафрагмами по-
плавкового дозатора. Включение дозатора происходит при помощи
электромагнитного клапана (рис. 19). Такими установками обору-

Рис. 20. Схема дозатора растворов
системы В. В. Хованского:

/ — поплавок; 2 — резиновый шланг. 3
бак; 4 — патрубок для отвода нерастворен
пых примесей; 5 — дозировочная диафраг
ма; б — воздушная трубка

Рис. 21. Схема дозатора раствора про-
порционального расхода:

/ — успокоительная камера; 2 — патрубок с
диафрагмой; 3 — подвижная трубка с ди-
афрагмой; 4 — шаровой кран

дованы все сооружения двухступенчатой очистки шахтных вод в
Карагандинском бассейне.

Известь при нейтрализации кислых шахтных вод обычно дози-
руется в обрабатываемую воду в виде известкового молока. Для
приготовления раствора извести применяют устройства, обеспечи-
вающие безотходное гашение извести. Аппарат выполнен в виде
вращающегося барабана, разделенного дырчатой перегородкой и
снабженного люками для загрузки комовой извести и металличес-
них шаров, а также патрубком для отвода известкового молока.
Вращение барабана (с частотой 23—25 об/мин) осуществляется
с помощью электродвигателя. Из известегасилок раствор подается
и реагентные баки, оборудованные механическими мешалками ли-
пе циркуляционными насосами.

Для дозирования растворов коагулянтов и флокулянтов в
шахтную воду применяют дозаторы трех видов: постоянной дозы,
пропорциональные, автоматически изменяющие дозу в соотвест-
|иш с изменением расхода обрабатываемой воды, и насосы-дозато-
ры. Применение последних, учитывая их мобильность, весьма пер-
. пектпвпо. Наиболее распространены дозаторы постоянной дозы.

Простейшее дозирующее устройство — поплавковый дозатор с
шаровым клапаном, соединенным с поплавком, автоматически под-
держивает постоянный уровень раствора над дозирующим краном,
и1агочаря чему обеспечивается постоянство расхода реагента. К
)тому же типу дозаторов относится устройство системы В. §. Хо-
ванского (рис. 20), состоящее из поплавка, оборудованного воз-
(ушной трубкой, съемной диафрагмой и гибким шлангом. Дозатор,
помешенный непосредственно в расходный бак, обеспечивает бла-
годаря неизменной высоте уровня раствора над диафрагмой посто-
янный расход реагента, вытекающего через шланг, независимо от
голебания уровня.

Схема дозатора раствора пропорционального расхода показа-
па на рис. 21. В водомерный бак дозатора через распределитель-
ный водослив поступает определенная часть воды, отделенная от
общего потока, направляемого в смеситель. Бак оборудован по-
плавком, который при помощи троса и системы блоков фиксирует
на определенной высоте дозирующую трубку с диафрагмой. Из
фугого бака (дозатора постоянной дозы) через эту трубку посту-
пает раствор реагента, уровень которого поддерживается постоян-
ным при помощи поплавка и шарового клапана. С увеличением
количества обрабатываемой воды уровень в первом баке повыша-
ется, поплавок поднимается, а дозирующая трубка опускается,
вследствие чего пропорционально расходу поступающей воды уве-
личивается доза вводимого реагента.

.Дозирование растворов реагентов, пропорцио-н альное расходу
воды, производится также с помощью дозатора «плавающая
трубка» (рис. 22). Дозатор включает бак, оборудованный возду-
хораспределительной трубой, плавающую трубку, шарнирно за-
крепленную в нижней части бака, и лебедку с электроприводом,
который включается и выключается через систему реле контакт-
ным крыльчатым водомером, установленным на трубопроводе об-
работанной воды.

В установках для очистки шахтных вод типа «Дон» применя-
ется универсальный дозатор постоянной концентрации УДПК-4
(рис. 23), обеспечивающий автоматическое дозирование реаген-
тов в обрабатываемую воду. Дозатор состоит из корпуса, внутри
которого находится резиновая камера, дозирующего (жиклер) и
дроссельного устройств, а также водораспределительной армату-
Рис. 22. Дозатор «плавающая трубка»:

1 — бак с дозируемым раствором или суспензией; 2— плавающая трубка; 3— трубопровод
обрабатываемой воды; 4—подвод сжатого воздуха; 5 — магнитный пускатель; 6— промежу-
точное реле; 7 — водомер с контактным устройством; 8 — барабан лебедки

Р*ис. 23. Универсальный дозатор постоянной концентрации УДПК-4:

/ — корпус дозатора; 2 — трубопровод воды; 3— верхний ниппель; 4 — сетчатая воронка; 5 —
резиновая камера; 6 — сифонная трубка; 7 — труба для опорожнения камеры; 8— нижний
ниппель; 9 — труба для опорожнения дозатора; 10 -- резинотканевый шланг; // — жиклер;

/2 — дроссельное устройство; 13— опорная рама
рм Резиновая камера изготовляется из кислотощелочестойких
нсриалов (резина марки КШ) и с помощью двух ниппелей
монтируется внутри корпуса. К верхнему ниппелю подсоединя-
ются с одной стороны вентиль с сетчатой воронкой и эезинотка-
шшый шланг, подающий раствор реагента в жиклер, а с другой
троны — помещенная в камере сифонная трубка. Нижний нип-
пель служит для опорожнения камеры после ее громывки. Кон-
грукция камеры исключает возможность смешения реагента с
шахтной водой в корпусе дозатора, обеспечивая в то же время
постоянство концентрации раствора реагента независимо от его
расхода. Дроссельное устройство представляет собой эбонитовый
корпус с клапаном-поплавком, снабженным подпорной пружиной,
сжатие которой производится с помощью поворотного стержня,
причем степень сжатия пружины обеспечивает требуемое сниже-
ние давления воды. Жиклер выполнен в виде дозирующей трубки,
площадь сечения проходного отверстия которой изменяется путем
поворота регулирующей иглы. Угол поворота контролируется но
лимб)', проградуированному в миллиграммах на литр.

Рис. 24. Дозатор известкового молока конструкции ВНИИВОДГЕО:

1— дифманометр ДМ-6; 2— диафрагма; 3 — вторичный прибор расходомера ЭПИД; 4 —
лекала; 5 — индукционная катушка; 6 — двигатель преобразователя; 7 — командный прибор
КЭП; 8— рН-метр; 9 — датчик рН-метра; 10 — передаточный рычаг; // — шкив; 12 — двига-
тель исполнительного механизма; 13— дозатор известкового молока
Перед включением в работу дозатора производится заливк
резиновой камеры реагентом. Движущаяся через корпус дозатор
под давлением 4—5 кгс/см2 шахтная вода сжимает стенки ка^н
ры. Одновременно сна открывает клапан-поплавок дроссельное
устройства, который отрегулирован на снижение давления воды
до 0,2 кгс/см2. Из сжатой камеры раствор реагента через сифог
ную трубку и резинотканевый шланг поступает в жиклер, обесш*
чивающий ее дозирование в обрабатываемую воду. При прекра
щении движения воды через дозатор происходит выравнивание
давления до и после дроссельного устройства, в результате чего
подпорная пружина закрывает клапан и подача реагента пре
кращается.

К автоматическим дозаторам относятся устройства системы
В. Л. Чейшвили, И. Л. Крымского, Л. А. Кульского и других!
принцип действия которых основан на изменении разности элек-
тропроводности коагулированной и некоагулирэванной вод.

Е последние годы в отечественной и зарубежной практике ши-
роко применяют насосы-дозаторы. В СССР получили большое
распространение плунжерные, шестеренчатые и диафрагмовые
насосы-дозаторы. Хорошо себя зарекомендовали на практике на-,
сосы-дозаторы марки НД, изготовляемые серийно.

Наиболее совершенным из отечественных дозаторов извест-
кового молока является дозатор конструкции ВНИИВОДГЕО
(рчс. 24), автоматически поддерживающий заданную величину
рН обрабатываемой воды независимо от ее расхода.

3.6	. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОСВЕТЛЕНИЯ ШАХТНЫХ ВОД

„	Смесители

Для смешивания реагентов с обрабатываемой водой применя-
ют смесительные устройства непосредственно на трубопроводах
(сопла и вставки Вентури, диафрагмы) или специальные ссору]
жения-смесители, которые обеспечивают быстрое и полное сме-
шивание реагентов со всей массой обрабатываемой воды. Высо-
кая эффективность смешивания достигается при введении реаген-
тов перед насосами, подающими воду на очистные сооружения.

По принципу действия смесители подразделяются на два ос-
новных типа: гидравлические и механические. К гидравлическим
относятся смесители коридорного типа (с вертикальным или го-
ризонтальным движением воды), дырчатые, перегородчатые с
разделением потока и вертикальные (вихревые). Выбор типа
смесителя определяется технологией обработки воды, компонов-
кой очистных сооружений с учетом их производительности, а
также конструктивными особенностями последующих водоочист-
ных сооружений. Расчетная продолжительность пребывания воды
в смесителе составляет 1—3 мин. На практике широко применя-
ются перегородчатые смесители с разделением потока. Такой
смеситель представляет собой железобетонный лоток с тремя ще-
левыми перегородками (рис. 25,а), установленными нерпендикуляр-
»0
м । оси сооружения. Расстояния между перегородками должны
впяться двойной ширине лотка. При движении воды через ще-
111 со скоростью 1 м/с образуются завихрения и противотоки, в
рг «ультате чего происходит быстрое и полное смешивание реа-
,ппа с водой. Потерю напора в смесителе определяют из выра-
жения

1г - 0,13 м,

Рис. 25. Смеситель:

а—перегородчатый: о — дырчатый; 1, 2, 3 — трубопроводы соответственно подвода
воды в смеситель, реагента и перелива

где п — число перегородок в смесителе. Скорость в лотке прини-
мается 0,6 м/с.

Дырчатый смеситель (рис. 25,6/ представляет собой лоток с
дырчатыми перегородками, размещенными перпендикулярно на-
правлению движения воды. Диаметр отверстий принимается обыч
но 20—25 мм. Верхний ряд отверстий во избежание подсоса во>
духа должен .находиться -ниже уровня воды на 0,1—0,15 м. При
движении воды через отверстия со скоростью V^ около 1 м/с про-
исходит внезапное сужение и расширение потока, что способст-
вует хорошему смешиванию ее с реагентами.

Потерю напора в смесителе определяют по формуле

Н — п 1^(2 § р2)-1 ,

где р — коэффициент расхода; § — ускорение силы тяжести.

Смесители лоткового типа обычно' применяют на установкам
малой и средней производительности.

Рис. 26. Вертикальный смеситель:
а — отвод воды лотком с затопленными от-
верстиями; б--отвод воды лотком с затоп-
ленной воронкой; 1 — спуск; 2 — щиток для
предохранения от образования воздушной
воронки

Рис. 27. Механический смеситель

На станциях с осветлителями со взвешенным осадком приме-
няют вертикальные смесители в виде цилиндрического (или квад-1
ратного в плане) резервуара с конической или пирамидальной
(угол конусности 30—40°) нижней частью (рис. 26). Обрабатыва
мая вода подводится снизу корпуса, .а с противоположной
I тороны через специальные патрубки вводят растворы реагентов.
Восходящая скорость движения воды в цилиндрической части
। месилеля назначается в пределах 25—28 мм/с. Из смесителя
пода отводится по периферийному лотку, дырчатым трубам или
и птрально расположенной затопленной воронке.

Схема механических смесителей с пропеллерными мешалками,
п.и'аженными на вертикальные оси, приведена на рис. 27. Продол-
жительность пребывания воды в таких смесителях составляет
10-13 с.

Камеры хлопьеобразевания

Камеры хлопьсобразсвания, или камеры реакции, предназна-
чены для создания благоприятных условий протекания второй за-
ьершающей стадии процесса коагуляции — образования крупных
1рпчных и быстрооседающих агрегатов, чему способствует плав-
ное перемешивание потока обрабатываемой воды.

По принципу действия камеры хлопьеобразования подразделя-
ются на гидравлические и механические (флокуляторы). В прак-
шке чаще применяют следующие камеры гидравлического типа:
нодоьоротные, вихревые (вертикальные), перегородчатые (кори-
дорные) и камеры зашламленногэ типа.

Для образования достаточно крупных хлопьев шахтная вода
н камере реакции должна находиться от 7 (в вихревой) до
40 мин и более при непрерывном плавном перемешивании. Вы-
। ор типа камеры зависит от качества обрабатываемой воды и
конструкции отстойников.

Цилиндрическая водоворотная камера, хлопьеобразования, сов-
мещенная с вертикальным отстойником (рис. 28), располагается
н его центральной части. Обрабатываемая вода подается в ка-
меру по трубопроводу, снабженному соплом, либо, с помощью не-
подвижного сегнерова колеса, также снабженного соплами. По-
сле выхода из сопла ео скоростью пс=2—3 м/с вода ппиобрегает
спиралеобразное вращательное движение сверху вниз вдоль сте-
нок камеры. Для гашения вращательного1 движения воды при
переходе ее в зону осветления нижняя часть камеры оборудуется
। асителем — деревянной вертикальной решеткой с ячейками 0,5Х
Х0,5 м высотой 0,8—1 м.

Потеря напора в сопле находится по формуле

Ас = 0,06

Площадь .водоворотной камеры определяется из выражения

! = дЦ^НкК,

где д — производительность камеры, м3/ч; I — время пребывания
воды в камере, принимаемое обычно 15—20 мин; Яи=0.9 Н —
высота камеры (Н — высота зоны осаждения отстойника, прини-
маемая в пределах 4—5 м); А7 — число камер.
Вихревая камера хлопьеобразования (рис. 29) выполняется л
виде железобетонного конического или пирамидального резерву
ара (с углом конусности 50—70°), обращенного вершиной вни-,
В этих камерах вода движется снизу вверх и перемешиваете)-
вследствие значительного уменьшения скорости движения поток,
(от 0,7—1,2 до 0,004—0,005 м/с). Время пребывания воды в ка
мере / = 6—10 мин.

Рис. 28. Схема вертикально-
го отстойника со встроенной
камерой хлопьеобразования
водоворотного типа:

1 — переливный трубопровод: 2—
отводящий трубопровод; 3— тан-
генциальный ввод; 4 — камера
реакции; 5 — горизонтальные пе-
регородки; 6 — вертикальные пе-
регородки; 7 — зона осветления;
8 — зона накопления -кадка; 9—
илоотводный трубопровод

Рис. 29. Горизонтальный от-
“Т^. стойник, совмещенный с ка-
мерой хлопьеобразования:

1 — водосборные желоба; 2 —
камера хлопьеобразования вих-
ревого типа; 3 — дырчатая пере-
" городка; 4— труба для удаления
осадка; 5 — сборный канал; 6—
лотки для сбора осветленной
воды

Обьем камеры определяется из выражения

^к = <7^60“1 .	(6)

Перегородчатая камера хлопьеобразования представляет со-
бой прямоугольный железобетонный резервуар с перегородками,
образующими коридоры шириной не менее 0,7 м, через которые
последовательно проходит вода со скоростью V = 0,2—0,3 м/с в
и чале и 0,05—0,1 м/с в конце камеры вследствие увеличения ши-
рины 1коридоров. Дно коридоров имеет продольный уклон 0,02—
0 03 для удаления осадка -при чистке, включая в работу то ;ил.и иное
число коридоров, можно регулировать продолжительность пребы-
вания обрабатываемой воды в зависимости от ее качества. Время
пребывания воды в камере 20—30 мин. Потеря напора определя-
йся по формуле

Ик = 0,15 е>2 г,

где г — число поворотов потока (принимают г = 8—10).

Объем камеры находят из выражения (6). Высоту назначают
в соответствии с высотной схемой водоочистной установки.

За рубежом получили распространение камеры хлопьеобра-
ювания механического типа, преимущественно камеры с лопаст-
ными мешалками, установленными на горизонтальной (рис. 30)

Рис. 30. Механическая камера хлопьеобразования с лопастными мешалками на
горизонтальной оси:

4 — смеситель с пропеллерной мешалкой; 2 — камера хлопьеобразования; 3 — отстойник

или вертикальной оси вращения. Продолжительность пребывания
воды в камерах механического типа изменяется в зависимости от
вида используемых реагентов и качества шахтной воды (от 20
до 40 мин).

Для оценки эффективности работы флокуляторов Т. Кэмпом
[87] была предложена критериальная зависимость

6=10(^р-1 )°>5,

где А” — мощность на оси мешалок, кВт* р, — динамическая вяз-
кость, П: по Кэмпу величина О должна быть в пределах 25—
65 с-1.

Объем камеры определяется по времени пребывания воды в
ней |[см. формулу (6)]. Длина камеры Ь находится из выражения

где р — эмпирический коэффициент, равный 1 —1,5; г — количе-
ство осей с лопастными рамами (обычно 2—4).
Отстойники

Для выделения из шахтных вод грубодисперсных органичес-
ких и неорганических веществ применяют отстаивание и центри-
фугирование. 3 воде, находящейся в покос или движущейся с
небольшой скоростью, взвешенные примеси, плотность которых
больше плотности воды, под действием силы тяжести выпадают в
осадок. На этом принципе основано осветление воды методом
осаждения в отстойниках при непрерывном ее движении с малой
скоростью. Осаждение взвешенных частиц происходит с различ-
ными скоростями и зависит от их формы, размеров, плотности,
шероховатости поверхности и температуры воды. Вначале -седи-
ментация протекает более эффективно. После осаждения самых
плотных частиц отстаивание замедляется и дальнейшее отстаива
ние воды ввиду незначительного дополнительного эффекта эконо-
мически не оправдано. В связи с этим практически задаются оп-
ределенной степенью осветления воды и исходя из нес определя-
ют габариты сооружения.

Гидравлическая крупность взвешенных частиц и продолжи-
тельность отстаивания для разных шахтных вод неодинаковы, и
для их определения необходимо выполнять технологический ана-
лиз воды. Скорость осаждения можно принимать -но данным экс-
плуатации отстойников, работающих в аналогичных условиях.

Для предварительных расчетов можно принимать следующие
значения гидравлической крупности _взвееи, задерживаемой от-
стойнико'М: для шахтных вод, содержащих взвешенные вещества
до 150 мг/л, при коагулировании взвеси ц=0,35- 0,45 -мм/с; для
шахтных вод, содержащих взвешенные вещества более 400 мг/л,
при коагулировании взвеси « = 0,5—0,6 мм/с; без обработки коа-
гулянтом и — 0,12—0,15 .мм/с.

По направлению движения воды различают отстойники гори-
зонтальные, вертикальные и радиальные, последние нашли самое
широкое распространение на углеобогатительных фабриках. Пред-
ставляется, что применение радиальных отстойников для очистки
шахтных вод позволило бы значительно снизить трудоемкость
операций по удалению осадка в сравнении с горизонтальными от-
стойниками и в зависимости от необходимости повысить степень
осветления воды. В отстойниках различают зону осветления воды,
где осаждается взвесь, и зону накопления и уплотнения осадка.

Вертикальный отстойник (см. рис. 28) — железобетонный ре-
зервуар, круглый или квадратный в плане, в котором вода дви-
жется вертикально — снизу вверх. Круглые в плане типовые от-
стойники имеют диаметр от 5 до 10 м, размер квадратных 14%
Х14 м. Днище — коническое или пирамидальное с углом наклона
стенок к горизонтали 50—70°, который выбирается с учетом утла
сползания осадка. Для большинства видов осадков достаточно
иметь наклон стенок 45—60°. В центральной части отстойника
размещена центральная труба, используемая как водово-ротная
или вихревая камера хлопьеобразования. Обрабатываемая вода
движется в отстойнике с небольшой скоростью (через зону ос-
ветления) и отводится по кольцевому периферийному, а также
радиальным желобам, устраиваемым при площади отстойника
<>олее 12 м2. В конической части отстойника (зона (накопления и
уплотнения осадка) скапливается осадок, который периодически
пли непрерывно удаляют самотеком в иловую камеру или коло-
дец (отключая или не отключая отстойник из работы).

Для эффективного' осветления воды скорость ее восходящего
потока должна быть меньше скорости осаждения частиц взвеси.
Расчетную скорость восходящего потока воды определяют на ос-
нове технологического анализа исходной воды или по данным
/ксплуйтации отстойников в аналогичных условиях. При отсут-
ствии указанных данных следует принимать ов=0 35—0,6 мм/с
(нижний предел относится к воде с дисперсной фазой, представ-
ленной преимущественно частицами угля, верхний — к веде с
минеральной взвесью). Величина расчетной скорости не должна
превышать 0,5—0,75 гидравлической крупности осаждаемых ча-

стиц.

Площадь отстойника определяется по формуле

Го = Р + / = Р —-----Н — ,

1 н3,6ов 60Як

где Р— площадь отстойника без камеры хлопьеобразования, » ;
/— площадь камеры хлопьеобразования, м2; р— коэффициент
объемного использования отстойника, который зависит от конст-
руктивных особенностей, влияющий на равномерность распреде-
ления воды по поперечному сечению отстойника. Коэффициент 3
рекомендуется принимать равным 1,3—1,5 при О/Н= 1—1,5, где
О —диаметр, а Н — высота осаждения в отстойнике; д— произ-
водительность отстойника, м3/ч; I — продолжительность пребыва-
ния воды в камере хлопьеобразования, принимаемая 15—20 мин;
ив — скорость восходящего потока воды, мм/с.

Следует отмстить, что гидродинамические условия осаждения
взвешенных веществ в вертикальных отстойниках менее благо-
приятны, чем в горизонтальных.

Горизонтальный отстойник (см. рис. 29) представляет собой
прямоугольный вытянутый по ходу движения воды железобетон-
ный резервуар. Обрабатываемая вода, поступающая через рас-
пределительный лоток или затопленный водослив, направляется
при помощи струенаправляющей или дырчатой перегородки в
объем сооружения. Пройдя через отстойник, осветленная вода со-
бирается лотком либо перфорированной трубой.

Основным преимуществом горизонтальных отстойников явля-
ется прослота их строительства вообще и, в частности, из сбор-
ных железобетонных элементов. Сравнительно небольшая строи-
тельная глубина этих сооружений заставляет отдавать им пред-
почтение при строительстве в тяжелых грунтовых условиях, на-
пример, в водонасыщенных и скальных грунтах, вместе с тем им
свойственны низкие гидравлические и технологические показа-
тели.
В основу технологического расчета горизонтальных отстойни-
ков положена гидравлическая крупность тех взвешенных частиц,
для задержания которых предназначается отстойник.

Взвешенные частицы движутся вместе с потоком воды, однако
направление и скорости их движения не совпадают. На взвешен-
ные частицы ввиду их значительной плотности действует сила тя-
жести, поэтому скорость движения какой-либо взвешенной ча-
стицы представляет собой равнодействующую горизонтальной ско
роста движения воды и вертикальной скорости осаждения взве-
шенной частицы «о под действием силы тяжести. Действительна?!
величина скорости осаждения взвешенных частиц отличается от
скорости н0 вследствие наличия взвешивающих вертикатьных
скоростей, обусловливаемых турбулентностью потока воды. По-
этому в формулы для определения площади и длины отстойника
вводят поправочный коэффициент а, учитывающий влияние взве-
шивающей составляющей скоростей,

где ио — расчетная скорость осаждения частиц в отстойнике,
мм/с? уСр — средняя горизонтальная скорость движения воды в от-
стойнике, мм/с:

^сР = к и0,

1 де к — коэффициент, принимаемый равным 7,5—13,5.

Тогда

Практически а равен 1,3—1,82.

Величину н0 определяют теоретически или экспериментально.
В первом случае используется какая-либо из имеющихся для это-
го формул: обычно пользуются формулой Стокса (при Ке < 1):

ио — То (Рт Р2'’

18 р
где «о — скорость осаждения частиц, см/с; с1 — диаметр частицы,
см; Р1 — плотность частицы, г/см3; рг — плотность жидкости; р —
вязкость жидкости, П; § — ускорение свободного падения, см/с2.

Объясняется это тем, что в большинстве случаев отстаивания
шахтных вод, содержащих частицы диаметром менее 1 мм, соз-
даются условия ламинарного режима осаждения; именно таким
условиям отвечает формула Стокса.

Во втором случае скорость может быть определена по формуле

где пл— скорость осаждения частиц в цилиндре в лабораторных
условиях, мм/с; /г0 — глубина осадочной части отстойника, мм;
//я— высота слоя воды в цилиндре, -мм; п — эмп‘ирииеский коэффи-
циент.

Длину отстойника Ь (в м) определяют по формуле

Ь = а я,
«о

где Н— глубина зоны осаждения воды, принимаемая равной
2,5—3,5 м.

Отношение Ь/Н принимают равным не менее 10 (до 25)
Общую ширину отстойника В (в м) вычисляют по формуле

В =----я---,

3,6 Н оСр

тде д — расчетная производительность установки, >м3/ч.

Обычно отстойник разбивают на ряд параллельно работаю-
щих коридоров (секций) шириной 3—9 м.

Площадь отстойников Го (в м2) можно определить по. формуле
Р = а<7

3,6^0

Дно отстойника устраивают с продольным уклоном не менее
0,01—0,02 к грязевому приямку и о поперечным уклоном 0,05 к гря-
зевому лот ку ( или нескольким лоткам), поэтому глубина зоны
накопления и уплотнения осадка в начале отстойника больше,
чем в конце, причем объем первой трети этой зоны составляет
60—70%. Приведенные расчетные формулы применимы в пред-
положении, что скорость горизонтального движения воды одина-
кова во всех точках поперечного сечения отстойника. Для этого
на пути движения воды устраивают дополнительные сопротивле-
ния в виде дырчатых перегородок или лотков на входе и выходе
из отстойника. Уменьшению влияния взвешивающих скоростей
способствует разделение отстойника на секции и рассредоточен-
ный отбор воды.

Отстойники обычно периодически очищают от накопившегося
в них осадка. На время чистки отстойники обычной конструкции
выключают из работы. В последнее время для удаления осадка
из отстойника без выключения его из работы стали применять
гидравлические системы, которые состоят из перфорированных
труб или коробов, укладываемых вдоль рабочих коридоров по
грязевому приямку. За пределами отстойника подобная система
заканчивается глухой трубой с задвижкой, при открывании кото
рой осадок под действием гидростатического давления выдавли-
вается в систему и транспортируется по ней в водосток в виде
пульпы. Применяется также аналогичная система, состоящая из
трубы, уложенной вдоль грязевого канала, снабженной донными
клапанами, которые открывают по очереди по мере надобности.

В зарубежной практике в последнее время значительное вни-
мание уделяется горизонтальным отстойникам с верти-
кальным движением отстаиваемой жидкости (рис. 31). Это обыч-
ный горизонтальный спстойник, разделенный поперечными -полу-
погруженными перегородками на ряд секций; по периметру каж-
А-А

Рис. 31. Гори-
зонтальный от-
стойник с вер-
тикальным дви-
жением воды:
7 — водопроводя-
щий канал; 2 —
водосборные лот-
ки (водосливы);

3 — стенки; л —
водоотводящий
канал; 5 — скреб-
ки для сгребания
осадка; 6 —
струенаправляю-
щий щиток; 7 —
иловая труба ।

Рис. 32. Ради-
альный отстой-
ник:

1 — корпус от-
стойника; 2—
иловая труба;
3—приямок для
сбора осадка
4 — вращающая-
ся ферма со
скребками; 5 —
труба для пода-
чи исходной во-
ды; 6 — мостик;
7 — водораспре-
делительный ста-
кан; 8 — гофриро-
ванный шланг;

9 — поплавок с
дырчатой трубой:
10 — труба для
отвода осветлен-
ной воды
дой секции размещены водосборные желоба. Сооружение этого
типа представляет собой модификацию давно известного отстой-
ника-ловушки, применяемого в практике очистки сточных вод
целлюлозно-бумажного производства. Осветленная вода удаля-
ется из отото.чников-лозушек с помощью приемных (сливных)
желобов, расположенных равномерно по их длине.

Основным недостатком такого типа отстойника является то,
•по значительная часть поступающей в него осветляемой жидкости
выходит через ближайшие к выпуску желоба раньше расчетного
времени и выносит повышенное количество взвешенных веществ,
чго снижает общую эффективность отстаивания. При устройстве
вертикальных 'перегородок этот недостаток устраняется.

Экспериментальные исследования опытного отстойника с пе-
регородками показали, что строительный его объем используется
юстаточно полно' (примерно на 70%) и поэтому фактические
продолжительности отстаивания и скорости потока приближаются
к расчетным. Производительность отстойника значительно (на
30—50%) увеличивается по сравнению с обычными горизонталь-
ными отстойниками при одинаковой степени осветления. Число
перегородок в отстойнике выбирают так, чтобы расстояние меж-
1у ними было не больше его ширины. - Глубину погружения пере-
городок принимают с таким расчетом, чтобы продольная ско-
рость потока ниже перегородок не превышала допустимую для
горизонтальных отстойников величину. В зависимости от соотно-
шения между принятой глубиной отстойника И и глубиной по-
гружения перегородок А осаждение взвешенных веществ буде^
происходить в таких же условиях, как в горизонтальных или вер-
тикальных отстойниках. По экспериментальным данным опти-
мальный режим создается при — =0,5.

к

Радиальный отстойник (рис. 32) — круглый железобетон-
ный резервуар, в котором вода движется горизонтально от перифе-
рии в радиальном направлении. Отстойники устраиваются диа-
метром до 100 и для осветления больших масс воды со значи-
тельным содержанием минеральной взвеси. Достоинство ради-
альных отстойников — механизированное удаление осадка без
выключения их из работы [88].

Исходная вода подводится в центр отстойника в водораспре-
делительный стакан. Выходя из отверстий стакана, вода движет-
ся по отстойнику в радиальном направлении с резким уменьше-
нием горизонтальной скорости и поступает в кольцевой перифе-
рийный желоб или отбирается плавающей дырчатой трубой.

Осадок удаляется медленно вращающейся металлической фер-
мой со скребками (или илососами), сдвигающими осадок к цент-
ру отстойника, откуда он непрерывно или периодически удаляет-
ся насосом или отводится самотеком на специальные площадки.

Площадь радиального отстойника определяют по формуле

Г = 0,21 (-^-У'°7 + Л

\и0 /
где ц — расход воды, м3/ч; и0 — скорость осаждения взвеси в от-
стойнике, мм/с; /—площадь центральной распределительной зо-
ны, м2.

Расчетную скорость и0 находят по данным технологического
анализа или эксплуатации радиальных отстойников, работающих
в аналогичных условиях, обычно мо=О,4—1,5 мм/с.

Дну отстойника придается уклон от периферии к центру (I—
= 0,04).

В настоящее время в практике очистки шахтных вод приме-
нение радиальных отстойников носит ограниченный характер.
Однако, учитывая конструктивные особенности аппарата, позво-
ляющие осуществлять непрерывный сбор и удаление осадка, а
также возможность достижения надлежащего технологического
эффекта при применении коагулирования и флокулирования, мож-
но с уверенностью утверждать, что в ближайшем будущем они
получат широкое распространение.

Для очистки шахтных и оборотных вод обогатительных фаб-
рик от механических примесей в ДонУГИ разработана конструк-
ция наклонного1 тонкослойного отстойника (рис. 33). На-

Рис. 33. Схема наклонного отстойника конструкции ДонУГИ:

1 — перфорированные сборные желоба; 2 — камера осветления; 3—каналы,
4 — полосы гребенки; 5 — камера накопления; 6 — решетки; 7 — наклонные
плоскости; 8 — камера осветленной воды

клонный отстойник эффективно применяется как в безреагент-
ных, так и реагентных схемах очистки шахтной воды. В послед-
нем случае отстойник оборудуется камерой хлопьеобразования.
Отстойник состоит из двух отделений — зоны осветления и зоны
накопления осадка. Сбор осветленной воды осуществляется с
помощью дырчатых сливных желобов, сбор осадка — дырчатыми
। рубами. Принцип действия наклонного отстойника заключается
в следующем. Исходная вода подастся в продольные распредели-
юльные каналы, откуда через шели, образованные, наклонными
направляющими плоскостями, она поступает в нижнюю часть
наклонных ячеек. Наклонные плоскости, образующие ячейки, ус-
тановлены под углом, большим естественного утла откоса осадка.
Восходящий поток воды между наклонными плоскостями имеет
твминарный характер, вследствие чего в пределах ячейки проис-
ходит интенсивное выпадение взвешенных частиц. । акая конст-
рукция по сравнению с обычными горизонтальными отстойника-
ми позволяет повысить нагрузку на сооружение в 45—50 раз.

Производительность наклонного отстойника рассчитывают по
формуле :[62]

О = с Р — ис соз а,
х И

где с — коэффициент, учитывающий толщину слоя осадка, кото-
рый образуется при осветлении воды в одной ячейке, и длину
начального участка, на котором имеет место наибольшая турбу-
лентность потока; Р— площадь отстойника по сечению потока,
м2; Ьо — длина пути взвешенной частицы до дна отстойника, м;
Н — высота потока, ,м; ио — скорость осаждения взвешенных ча-
стиц, мм/с; а — коэффициент, учитывающий профиль скоростей
по сечению потока и влияние боковых стенок, принимается рав-
ным 1,5—2.

Расчетная скорость движения воды в ячейках отстойника пли
его длина могут быть найдены из выражения

у _  У1<РЛ 

I д1

+ укр А С -

° б/ д I
о

где уКр — критическая скорость протекания воды в отстойнике,
м/с; Ь — расчетная длина тонкослойных -модулей, м; АС — кон-
центрация взвешенных веществ, задерживаемых в отстойнике, С=
= Си—Со’, Си и Со — концентрация взвеси соответственно в ис-
ходной и отстоенной водах, мг/л; б/ — средняя концентрация се-
диментированной взвеси за время /, мг/л.

Наклонные отстойники успешно эксплуатируются на шахтах
«Юбилейная» п/о «Ростовуголь», «Кировская» и им. газеты
«Правда» п/о «Донепкуголь», а также на других угольных пред-
приятиях’Украины и Ростовской области.

Гидроциклоны

В отечественной практике в отличие от зарубежной гидрэцпк-
•тоны еще не применяются для предварительного осветления вы-
сокому гных шахтных вод. В безреагентных схемах гидроциклоны
успешно заменяют отстойники, в реагентных схемах -их использу-
кп для предварительного осветления воды перед фильтрами или
осветлителями.

Выделение частиц взвеси в гидроциклонах происходит под
действием центробежных сил. Центробежные силы, действующи
на частицу, могут превосходить силы тяжести в сотни и боли1
раз, в связи с чем пропорционально увеличивается и скорост
осаждения частиц. Объем или площадь, занимаемая гидроцикло
нами, в десятки и сотни раз меньше объема или площади отстой-
ников той же производительности. Это является одншм из основ-
ных преимуществ гидроциклонов, делающих их незаменимыми
сооружениями в тех случаях, когда при расширении промышлеп*
пых предприятий не достает производственных площадей или в
случае осветления шахтных вод в подземных условиях.

Другими важными преимуществами применения гидроцикло-
нов для осветления воды являются:

возможность использования систем водоснабжения с одинар
ным подъемом воды (напорные гидроциклоны);

повышение качества обработки воды с увеличением нагрузки
(возможность проектирования без резерва на случай ремонта от-
дельных агрегатов);

удаление отдельных примесей воды без какого-либо специаль-
ного устройства.

Величина силы, действующей на взвешенную частицу в цент-
робежном иоле, определяется как разность величин центробеж-
ных сил для твердой и жидкой фаз:

р _ Я (Рт Рв)

62?

где с1 — эквивалентный диаметр частиц, ом; V — скорость движения
воды при входе в гидроциклов, см/с; рт и рв — плотности соответ-
ственно твердой и жидкой фаз, г/см3; Я — расстояние от центра
гидроциклона до оси входного отверстия, см.

Из известных конструкций гидроциклонов широкое примене-
ние получили два типа: закрытый, или напорный, и открытый, или
безнапорный, гидроциклоны.

Напорный гидроциклон (рис. 34) состоит из цилиндриче-
ской и конической частей. В верхней части цилиндра располага-
ется питающий патрубок. В нижней части конуса имеется отвер-
стие для непрерывного отвода осадка. По оси аппарата, в верх-
ней части, размещается патрубок для отвода осветленной воды.
Обрабатываемая вода подводится к гидроциклону под давлением
0,5—3 кгс/см2 по касательной с тангенциальной скоростью 4—
15 м/ч. Рабочая струя движется вдоль стенок цилиндра ПО' спира-
ли вниз. В конической части она поворачивает к оси гидроцикло-
на и по внутренней спирали поднимается вверх к сливному пат-
рубку. Частицы взвеси под действием центробежных сил выходят
из рабочей струи в пристенный слой, который вместе со взвесью
поступает в патрубок для отвода осадка, расположенный в вер-
шине конической части.
Эффективность разделения суспензий в напорном гидроцикло-
пе зависит от соотношения между геометрическими размерами
оюмэнтов и седиментационных свойств взвеси, которые, в свою
очередь, зависят от диаметра взвешенных частиц, их формы,
плотности и концентрации. С повышением концентрации взвеси в
исходной воде процесс седиментации замедляется и сепарацион-
ная способность циклонов снижается. Влияние начальной кон-

центрации взвеси особенно велико при обработке вод, содержа-
щих легкие и мелкие частицы.

Не меньшее влияние на эффективность оказывает форма ча-
стиц. Особенно хорошо выделяются частицы обтекаемой формы,
частицы неправильной формы выделяются хуже, даже если они
тяжелее первых.

Расчет гидроциклона производят по следующей методике. По
заданному проценту задержания взвешенных веществ определя-
ют их расчетную гидравлическую крупность, а затем по катало-
гам подбирают диаметр гидроциклона. Производительность гид-
роциклона г/ (в м3/ч) определяют по формуле

д — 864 а со — (2 § /г)0-5 ,
где а — коэффициент, учитывающий потерю части воды с осад
ком, равный 0,85—0,9; <в — площадь живого сечения питающее
патрубка, м2; б/с — диаметр сливного патрубка, см; дп— диамет
круга, равновеликого площади питающего отверстия, см; И — по-
теря напора воды в гидроциклоне, м.

Зная расчетную производительность водоочистной установки
и производительность одного аппарата, можно определить необ
ходимое количество гидроциклонов.

Гидроциклоны диаметром 150, 250, 350 и 500 мм изготавлива-
ются уфимским заводом горного1 оборудования трех модифика-
ций: литой конструкции из белого чугуна, футерованные базаль-
том и гумированныс резиной. Гидроциклон диаметром 106 мм при
давлении на входе 2,5 кгс/см2 имеет производительность 320 м3/сут.
Он задерживает частицы с гидравлической крупностью да
0,17 мм/с.

В заключение, следует ориентировать читателя на несомнен-
ную перспективность использования гидроциклонов для советле-,
ния высокомутных шахтных вод с повышенным содержанием гру-
бодисперсных примесей, особенно в подземных условиях.

Для удаления из воды тонкодисперсных примесей находят
применение гидроциклоны малого диаметра, устанавливаемые
параллельно' в большом количестве. Установки такого типа полу
чили название мультициклонов. Они изготовляются в виде
металлических цилиндроконических «резервуаров, разделенных
плитами на три отсека. Гидроциклоны диаметром 10, 15, 20 мм,
изготавливаемые из пластмасс, монтируют в плитах таким обра-
зом, что вершины всех конусных насадок для выпуска осадка на-
правлены в нижний огсек, питающие патрубки открыты в сред-
ний, а сливные — в верхний отсеки. Обрабатываемая вода посту-
пает в средний отсек резервуара мультициклона и из него в пи-1
тающие патрубки гидроциклонов. Осадок сливается в нижний ог-
сек, а осветленная вода поступает в верхний отсек.

Производительность мультициклона диаметром 1 м, на кото-
ром установлено 320 циклонов небольшого диаметра, составляет
около 500 м3/сут. Такой аппарат задерживает взвесь гидравличе-
ской крупностью до 0,1 мм/с, при потере напора около 1 кгс/см2.

Осветлители со взвешенным осадком

Процессы осветления и обесцвечивания протекают более эф-
фективно при пропуске обрабатываемой воды, смешанной с коа-
гулянтом, через слой ранее образованного осадка (контактной
среды), находящегося во взвешенном состоянии. Это объясняется
следующими технологическими свойствами контактной среды:
сильно развитая поверхность образующих ее частиц оказыва-
ет благоприятное действие на процессы коагуляции, сорбции и ад-
гезии продуктов водообрабогки;

способствует равномерному распределению потоков обрабаты-
ваемой воды по сечению осветлителя и оказывает благоприятное
шяние на их гидравлический режим и параметры (гидравлнче-
< кий радиус, смоченный периметр и т. п.);

повышает коэффициент объемного использования сооружения;

обладает дренажными свойствами, гасит турбулентность ло-
нжа и увеличивает угол равномерности выхода воды до 30° (вме-
 к) 8—12° в отстойниках);

улучшает гидравлическую характеристику взвеси вследствие
крупнепия и уплотнения образующихся хлопьев, например, ско-
,.ость осаждения взвеси увеличивается в 2—3 раза по сравнению
I отстойниками;

резко повышает эффективность очистки воды (увеличивается
прозрачность осветленной воды).

В результате сорбции агрегативно неустойчивых примесей во-
пи на поверхность хлопьев контактной среды, являющихся цент-
рами коагуляции, осветление воды значительно интенсифициру-
ется. Впервые эти особенности отметил С. X. Азерьер. Теоретиче-
. кое обоснование осветления воды в слое взвешенного осадка
выло дано В. Т. Турчипювичем и Е. Ф. Кургаевым, а конструкция
аппарата разработана Е. Н. Тетеркиным.

Учитывая, что процессы обработки воды в осветлителе проте-
кают более эффективно, чем в отстойнике, габариты первого
уменьшают, так как сокращается время пребывания воды в со-
оружении и, кроме того, уменьшается доза коагулянта. В практи-
ке применяют осветлители открытые и напорные, с вертикальны-
ми, поддонными и выносными осадкоуплотнителями, круглой и
прямоугольной в плане формой. Во всех современных отечествен-
ных конструкциях используется принудительный отвод осадка из
взвешенного слоя. Вместе с осадком в осадкоуплотнитель отво-
штся часть осветленной воды, количество которой зависит от
конструкции осветлителя и в среднем составляет 15—30% расчет-
ного расхода осветляемой воды.

В отличие от зарубежных осветлителей с механическим обо-
рудованием при применении принудительного отвода осадка обе-
спечивается устойчивая работа осветлителей, значительно упро-
щается их эксплуатация и снижается расход электроэнергии.

Перед поступлением в осветлитель из воды должен быть уда-
лен воздух, чтобы пузырьки его не взмучивали взвешенный оса-
юк. Площадь воздухоотделителя принимают из расчета скорости
писходящего движения воды не более 5 см/с и времени пребыва-
ния (не менее 1 мин). Если конструкция смесителя обеспечивает
воздухоотделение, а на пути движения воды от смесителя к ос-
ветлителю не происходит вторичного обогащения воздухом, то
специальный воздухоотделитель нс устраивают.

На рис. 35 приведена схема осветлителя коридорного ти-
па с вертикальным осадкоуплотнителем конструкции института
«Союзводоканалпроекг». Прямоугольный в плане осветлитель
состоит из рабочих камер с пирамидальным днищем и располо-
женных между ними осадкоуплотнителей. Восходящая скорость
воды в нижней части рабочих камер значительно больше, чем в
2

3

Рис. 35. Осветлитель коридорного типа:

— распределительные трубы; 2 — водосборные желоба; 3 — трубы сбора осветлен-
ной воды из осадкоуплотнителя; 4 — осадкоотводные окна; 5 — трубы для удаления

осадка из осадкоуплотнителя

Рис. 36. Осветлитель

дорного типа с

кори

горизопга

ной зоной осветления:

1 — распределительный канал
2 — дырчатые сборные желоба
3 — разделительная стенка; 4
отбойный щит; 5 — дырчатые
осадкоотводные трубы; 6 — зо
на сепарации осадка; 7 — зона
хлопьеобразования; 8 — дырча
тые распределительные каналы
9 — опускные трубы; 10 — кар

май




нерхней на уровне осадкоотводных окон. Поэтому в пирамидаль-
ной части рабочего коридора обеспечивается подъем и поддержа-
ние во взвешенном состоянии частиц с гидравлической крупно-
стью в 6—8 раз большей, чем у частиц взвеси в верхней части.
Над каждым отверстием, расположенным по верхней образую-
щей дырчатой распределительной трубы, установлен отражатель
ыя равномерного распределения поступающей воды.

На рис. 36 показан осветлитель коридорного типа с го-
ризонтальной зоной осветления, конструкция которого' разработа-
на ВНИИВОДГЕО. Осветлитель имеет два отделения — зону

члопьеобразования и зону сепа-
рации. Обрабатываемая вода по-
ыстся через распределительный
канал и карман в дырчатые рас-
пределительные лотки, уложен-
ные по дну первого отделения.
Выходя из отверстия лотков, во-
ка попадает в слой взвешенного
осадка, осветляется и поступает
имеете с избытком осадка в дыр-
чатые сборные желоба. Из них
вода направляется во второе от-
юление— зону сепарации, отде-
1енную от зоны хлопьеобразова-
ния 'стенкой. Поступая в зону се-
парации, вода с помощью отбой-
ного щита направляется в ниж-
нюю часть зоны, затем поднима-
ется вверх и, проходя через слой
мвещенного осадка, улавливает-
ся сборными желобами. При
пом происходит интенсивное
осаждение осадка, который уда-
ляется из зон сепарации с по-
мощью дырчатых труб, уложен-
ных по дну отделения.

На шахтах с водопригоками
Ю 5000 м3/сут могут быть .приме-
нены осветлители ВНИИ-
ВОДГЕО круглой в плане формы
(рис. 37). Для улучшения рабо-
ты осветлителей подобного типа Е.

Рис. 37. Осветлитель конструкции'
ВНИИВОДГЕО:

1 — воздухоотделитель; 2 — осадкоотвод-
ные тр/бы; 3 — трубопровод для сбора
осветленной воды из осадкоуплотнителя;

4 — клапан; 5 — осадкоуплотнитель; 6 —
трубопровод для отвода осадка из осад-
коуплотнителя; 7 — спускная труба; 8 —
желоб для сбора осветленной воды

Д. Бабенковым предложено-

,/кекторнос устройство, позволяющее интенсифицировать хлопье-
образование. Устройство монтируется внутри воздухоотделителя и
обеспечивает удаление углекислоты, которая накапливается в во-
1с, обработанной коагулянтом, с помощью воздуха. Удаление из
обрабатываемой воды углекислоты приводит к повышению рН, что,
как правило, способствует укрупнению хлопьев и повышению их

прочности.
Площадь осветлителя (коридорного типа или круглого
не), с вертикальным осадкоуплотнителем определяют как
площадей зоны осветления и осадкоуплотнителя:

Росв — Рз.о

=_____Куя____ , у(1 —/Ср)

3,6 Оз о 3,6схузо

где Лу — коэффициент распределения воды между зоной освет/пм
ния и осадкоуплстнителем, показывающий, какая часть воды ир<»
ходит через зону осветления; д— расчетный расход воды, м;,Д
&з.о — расчетная скорость восходящего потока в зоне осветлении
мм/с; а — коэффициент, равный 0,9, учитывающий снижение ск 1
роста восходящего йотока в зоне отделения осадка в осадкоу.
лотнителе по сравнению со скоростью в зоне осветления.

Значения Ку и о3.о приведены в табл. 10.

Таблица 10

Значения и га.о для осветлителей

Содержание взве- шенных веществ в воде, мг/л	V , М м/с 3.0		
	зимой	летом	
10—100	0,5—0,6	0,7-—0,8	0,8—0,75
100—400	0,6—0,8	0,8—1,0	0,75—0,7
400—1000	0,8—1,0	1 — 1,1	0,7—0,65
1000—2500	1 — 1.2	1,1—1,2	0,65—6

Площадь зоны с поддонным осадкоуплотнителем вычисляю!
по формуле

р   р I р  	। И Кр) Я

1 ОСВ   •'З.О 1 /О.Т   ~-Г

V	V	9

3.0	со.т

где [о.т — площадь поперечного сечения осадкоотводящих труб,
м2; г?о.т — скорость нисходящего движения осадка с водой в тру
бах, м/ч (принимается 40—60 м/ч).

Зная РОсв, можно найти диаметр круглых осветлителей или,
установив ширину коридоров, определить длину осветлителей
прямоугольной формы. Высоту слоя взвешенного осадка прини
мают обычно равной 2,5 м — это расстояние от низа осадкопри
емных окон до нижней части зоны взвешенного осадка, где ско
рость восходящего потока равна 2 мм/с. В осветлителях с дырча
тым дном высота слоя считается до дырчатого дна. Высоту зоны
осветления принимают, как правило, в пределах 1,5—2 -м. Осадок
из осадкоуплотнителя отводится периодически или непрерывно. I

В осветлителях с поддонным осадкоуплстнителем для умень
шения нагрузки на разделительное дно необходимо устраивать
донный клапан, автоматически открывающийся при понижении
уровня воды в осветлителе.
Осветли гели со взвешенным осадком широко применяются для
1141'11 кп шахтных вод Кузбасса. На шахтах «Воргашерская» № 17
н'|> «Воркутауголь» и «Алардинская» п/о «Южкузбассуголь» экс,-
п п атируются осветлители со взвешенным слоем осадка. На шах-
। \ «Майкудукская» и «Западная» п/о «Карагандауголь» осуще-
п'.лено успешное промышленное испытание сооружений такого
пша.

Микрофильтры

В 1973—1976 гг. Южгилрошахтом запроектировано для ряда
шахт осветление воды на микрофилырах.

Микрофильтры — механизмы с непрерывно вращающимися
барабанами, оснащенными фильтрующими 'металическпми или
пластмассовыми сетками с размером ячеек 20— 60 мкм. Схема
упройства аппарата дана на рис. 38.

л-л

® &

Рис. 38. Схема устройст-
ва микрофильтра:

1 и 9 — соответственно ка-
налы подачи и отвода
фильтрованной воды; 2 и
3 — соответственно камера и
барабан с микросеткой мик-
эофипьтра; 4 — перфориро-
ванный распределительный
трубопровод; 5 — промывное
устройство; б — воронка для
сбора промывной воды; 7 —
сточная труба; 8—окна для
отвода отфильтрованной во-

ды

И23





Обрабатываемая вода поступает внутрь вращающегося бара-
бана и фильтруется через сетку. При этом первоначально приме-
си воды, превосходящие по своим размерам отверстия сетки, 'ме-
ханически задерживаются на ее внутренней поверхности. В по-
следующем в результате блокировки отверстий сетки на ней за-
держиваются и более мелкие, чем ее отверстия, частицы. При до-
стижении крайнего верхнего положения участок сетки промывает-
ся обратным током промывной воды.
Параметры работы микрофильтра следующие: интенсивное о,
фильтрования воды 10—25 л/(с-м2) (полезной площади фильтро
вания, учитывая, что барабан на 4Л диаметра погружен в воду),
частота вращения барабана 1,25—5 об/мин; скорость вращения!
барабана до 0.3 м/с; расход воды на промывку до 5%; потери
напора составляют 0,1—0,5 м вод. ст.

В технологических схемах -микрофильтры располагают пере1
отстойниками или осветлителями со взвешенным осадком либ<«
непосредственно перед фильтрами.

Практика эксплуатации микрофильтров при осветлении обо
ротных и сточных вод показывает, что на них достигается сниже
ние содержания взвеси на 30—40%. Использование мпкрофилы
ров в качестве сооружений предочистки позволяет увеличит!
фильтроцикл на 25—40%, уменьшить расход коагулянта в 2—2,5
раза. Простота устройства, надежность, относительно высоки1
технологический эффект, индустриальное!ь позволяют утверж-
дать. что1 микрофильтры займут должное место в технологии кон-
диционирования шахтных вод.

Песколовки

Во многих технологических схемах обработки шахтных вод в
качестве сооружения для их предварительного осветления преду-
сматриваются песколовки. Они предназначены для выделения из
шахтных вод тяжелых минеральных примесей, главным образом
силикатов. Их устанавливают перед отстойниками или осветли-
телями со взвешенным осадком.

Работа песколовки основана на изменении транспортирующей
способности потока жидкости в результате резкого снижения ско-
рости его движения. Обычно в песколовках осаждаются мине-
ральные примеси с гидравлической крупностью п=11,2 м.м/с и бо-
лее. Песколовки бывают горизонтальные (рис. 39,а) — с прямо-
линейным или круговым движением воды и вертикальные
(рис. 39,6) — с движением воды снизу вверх. Опыт показывает,
что наиболее эффективно работают горизонтальные песколовки с
прямолинейным движением воды.

Скорость движения воды в песколовках с горизонтальным дви-
жением принимается 0,15—0,3 м/с, а в песколовках с вертикаль-
ным движением — до 0,035 м/с.

Длина горизонтальной песколовки Ь (в м) находится из вы-
ражения

1 = V и—1 ,

где V — скорость горизонтального движения воды, м/с; /ц — глуби-
на рабочей части песколовки, м; и — скорость осаждения минераль-
ных примесей, мм/с, г/=(ц20—со2)015; и0 — гидравлическая крупность
примесей, мм/с; со — взвешивающая составляющая со = 0,05о.
Площадь живого сечения Н (в м2) определяется следующим об-
р.| юм:

Н — <7 о-1 ,
। ю г/ — расчетная производительность, м3/с.

Ширина песколовки В (в м) определяется из соотношения

В = д/Ь и.

Число отделений песколовки должно быть не менее двух.

Время пребывания воды в сооружении принимается: в горизон-
ыльных— 30—60 с, в вертикальных — 2—3,5 мин.

Рис. 39. Схема устройства вертикальной (а) и горизонтальной (б)
песколовок:

/ _ подъемник осадка; 2 — гидравлический пескопромыватель; 3 — цепь со
скребковым механизмом; 4 — затвор; 5 — бункер для осадка; 6 — струена-
правляющая перегородка

Фильтры и контактные осветлители

При фильтровании из раствора могут быть выделены не только
диспергированные частицы, но и коллоиды. В этом заключается
существенное отличие осветления суспензий методом
фильтрования от ранее рассмотренных. В большинстве случав
фильтрование является заключительным этапом осветления волц
и производится после ее предварительного осветления в отстоит»
ках, осветлителях и гидроциклонах.

В практике водоочистки широко применяются фильтры с зер
нистой загрузкой, которые подразделяются по следующим осшш
ным признакам:

скорости фильтрования: медленные (0,1—0,3 м/ч), скорые (5
12 м/ч) и сверхскоростные (36—100 м/ч);

рабочему давлению: открытые (или безнапорные) и закрыты»
(напорные);

направлению фильтрующего потока: однопоточные (обычны»
скорые фильтры), двухпоточные (фильтры ДДФ) и многопоточны»
(фильтры В. Н. Мерзленко);

крупности фильтрующего материала: мелкозернистые, среди»
зернистые, крупнозернистые;

количеству фильтрующих слоев: однослойные, двухслойные и
многослойные.

Схема устройства скорого открытого фильтра показан»
на рис. 40. Высота слоя воды над поверхностью загрузки при филь

Рис. 40. Схема скорого
открытого фильтра:

I — воздухоотводная труба;
2 — сборный желоб; 3 —
сборный коллектор распре-
делительной системы; 4 —
лоток для отвода промыв-
ной воды; 5 — труба для
опорожнения фильтра; 6 —
ответвления распределитель-
ной системы

тровании должна быть не менее 2 м. Максимальная потеря' напора
в фильтрующей загрузке допускается в пределах 3—3,5 м. Обычно
фильтрующий слой состоит из сортированного кварцевого песка.
। 11.1 ходят применение и другие зернистые материалы, удовлетворяю-
 ню санитарным требованиям и обладающие достаточной химиче-
1 । кой стойкостью и механической прочностью (дробленый антра-
1 пп г, керамзит, горелые породы, мраморная крошка, шунгезит, по-
'шмеры и др.) [89].

При фильтровании происходит сорбция агрегагивно неустойчи-
|.ых примесей воды поверхностью зерен фильтрующего слоя. Глуби-
на проникновения загрязнений в толщу фильтрующего слоя тем
Польше, чем больше скорость фильтрования, крупнее зерна фильт-
рующего слоя и чем меньше размеры частиц взвеси, задерживае-
мых фильтром.

Расчетную скорость фильтрования и толщину слоя фильтрую-
щей загрузки следует принимать согласно СНиП в зависимости от
крупности зерен загрузки:

Крупность зерен, мм ... . 0,5—1,25 0,7—1,6 0,8'—2
Скорость фильтрования, м/ч 5,5)—6	7>—8	8—10

Толщина слоя фильтрующей

загрузки, мм............. 700	1200- -1300 1800—2000

При форсированном режиме работы (при выключении одного
фильтра на промывку) скорость фильтрования может быть увели-
чена до 7,5; 10 и 12 м/ч.

Поддерживающий слой, расположенный под фильтрующим
слоем, устраивают для предотвращения выноса мелких фильтрую-
щих фракций в фильтрат, а также для более равномерного рас-
пределения промывной воды по площади фильтра. Поддерживаю-
щий слой состоит из гравия или щебня разной крупности, увеличи-
вающейся сверху вниз от 2—5 до 20—40 мм. При нарушении рав-
номерности распределения промывной воды поддерживающие слои
чогут смещаться, вследствие чего необходимо производить их пере-
грузку.

Распределительная система — важный элемент фильтра, во
многом определяющий надежную работу. Она рассчитывается из
условия равномерного распределения промывной воды по площади
фильтра. В отечественной практике наибольшее распространение
получили трубчатые распределительные системы из асбестоцемент-
ных, чугунных, полиэтиленовых или стальных труб с отверстиями
диаметром 10—12 мм или щелями шириной 0,5 мм. Трубы уклады-
вают параллельно на расстоянии 0,25—0,35м одна от другой по дну
фильтра и подсоединяют к коллектору (к трубе большого диаметра
или каналу), расположенному обычно по оси сооружения парал-
лельно его большей стороне. Отверстия в трубах располагают в два
ряда в шахматном порядке под углом 45° к вертикали и на расстоя-
нии 200—300 мм.

Потери напора в распределительных 'системах перфорированных
труб определяют по формуле

рк , ^б.о

2^	2^

где VII, Vб.(^ — скорость в начале ‘соответственно распределительного
коллектора и бокового ответвления, м/с; д— коэффициент сопро
тивления, принимаемый в соответствии с требованиями СНи!1

В Советском Союзе и за рубежом предложено много конструк
цпй распределительных устройств. Наибольшее распространена
получили системы большого сопротивления, в частности, колпачко-
вые, пористые щелевые системы. Применение указанных конструк-
ций позволяет отказаться от устройства поддерживающих слоев, ’
вследствие чего уменьшается строительная высота сооружения, а
•следовательно, снижается стоимость фильтра и повышается ею на-
дежность, так как устраняется опасность смещения поддерживаю- I
щего слоя.

Колпачковая распределительная система представляет собон
ложное дно из железобетонных плит (при распределительной труб-
ке), в которых (или на которых) монтируют дренажные колпачки. I

Щелевое распределительное устройство представляет собой си- I
етему труб со щелями или ложное щелевое дпо из съемных пла-
стмассовых секций. Ширина щелей должна быть на 0,1 мм мень-
ше размера самой мелкой фракции загрузки. Для трубчатого ще-1
левого дренажа следует применять трубы из нержавеющей стали
либо полиэтилена серии С или Т. Щели располагают в нижней час-1
ти труб в шахматном порядке.

Распределительная система из пористых керамических или бе-
тонных плит также не требует поддерживающего слоя. Размеры I
пор составляют 270—310 мкм. Плиты обладают достаточной про-
чностью и высокой фильтрующей способностью. Сопротивление I
плит при скорости фильтрования 7—8 м/ч не превышает 0,4 м. За-
грязнения, прошедшие через фильтрующий слой,.обычно проходят
и через пористые плиты.

Промывают скорые фильтры чистой профильтрованной водой,
подаваемой под необходимым напором (от промывного насоса или
резервуара) в распределительную систему. Промывная вода, дви- I
гаясь с большой скоростью и значительным гидродинамическим
давлением через фильтрующий материал снизу вверх, расширяет
и взвешивает его. Взвешенные зерна загрузки, хаотично двигаясь,
ударяются друг о друга, в результате чего загрязнения оттирают- I
ся и вместе с промывной водой отводятся за пределы фильтра. Же-
лоба для сбора промывной воды размещают на такой высоте, что-
бы в них попадали только отделившиеся от зерен загрязнения, но |
не зерна фильтрующего материала. Высоту расположения кромки |
желоба над поверхностью фильтрующей загрузки определяют по
формуле

где Н — высота фильтрующего слоя, м; I—относительное расши-
рение загрузки, принимаемое в зависимости от ее крупности рав-
ным 30—50%.

Количество промывной воды на 1 м2 поверхности фильтра, или
интенсивность промывки, зависит от степени относительного рас-
106
шпрения загрузки, а также ее характеристики. Интенсивность про-
|.|вки скорых фильтров принимается, согласно СНиП, в пределах
п| 12 до 18 л/(с-м2), а продолжительность промывки составляет
обычно 5--7 мин.

Поперечное сечение промывных желобов может быть полукруг-
и.| м или пятиугольным. Расстояние между желобами (по их осям)
принимают 1,4—2,2 м. Ширину желоба определяют из выражения

В = к

। Ю к — коэффициент, принимаемый равным для желобов: с круг-
11.1’ут сечением — 2, с пятиугольным — 2,1;	— расход воды, про-

никающей по желобу, м3/с; а — отношение высоты прямоугольной
части желоба к половине его ширины, принимаемое в пределах от
I до 1,5.

Кромки всех желобов должны быть на одном уровне, а их дли-
на— иметь уклон 0,01 к сборному карману. Промывные желоба из-
готовляют из железобетона, дерева, асбестоцемента или стекло-
11.шстика.

В последние годы широко применяют водовоздушную промыв-
ку. Воздух отводится в место загрузки через колпачковую распре-
делительную систему или разделительные трубчатые системы для
воздуха и воды. Использование водовоздушной промывки позво-
ляет уменьшить величину остаточных загрязнений в фильтрующей
нагрузке и снизить расход воды на промывку фильтров. Рекомен-
дуется следующий режим водовоздушной промывки: продувка воз-
духом с интенсивностью 15—20 л/(с-м2) в течение 1—2 мин, затем
совместная водовоздушная промывка с интенсивностью подачи во-
|ы 3—4 л/(с-м2) в течение 5 мин и последующая подача только
поды с интенсивностью 5,5—6,5 л/(с-м2) в течение 2 мин.

При реагентном обезжелезивании шахтных вод одновременно
с обычной промывкой целесообразно использовать поверхностную
промывку верхнего слоя загрузки от загрязнений. Применяют си-
стемы поверхностных промывок из неподвижных или вращающихся
промывных труб. В системах из вращающихся промывных труб
скорость истечения промывной воды (подаваемой под напором
около 45 м) из отверстий или сопел, направленных под углом 25°
к поверхности фильтрующего материала, должна быть около 25—
30 м/с для разрушения пленки, образующейся на поверхности филь-
трующей загрузки, и проникновения в слой на глубину не менее
15—20 см. Благодаря тому, что сопла расположены на одном пле-
че— с одной стороны, а на другом — с противоположной, при исте-
чении воды создастся реактивная сила, вращающая трубу. Интен-
сивность промывки принимается 1—2 л/(с-м2) в течение 7—8 мин.
Для регенерации фильтрующей загрузки используют также ее рых-
ление с помощью механических устройств.

В настоящее время в Советском Союзе и за рубежом широко
применяют повторное использование промывной воды. Вода после
промывки фильтров, работающих в двухступенной схеме очистки
передается в специальный резервуар-усреднитель, откуда перека!
чивается в смеситель, где смешивается с исходной водой Промыв-
ная вода после фильтров, работающих без предварительного 0(
ветления, должна отстаиваться в течение 1 ч с обработкой ф.юку
лянтом.

Суммарную площадь фильтров определяют по формуле

IV — 3,6 пю/1— п/2

где — полезная производительность очистных сооружений, м3/сут;
I — продолжительность работы сооружений в течение суток, ч; п
число промывок каждого фильтра в сутки при нормальном режиме
эксплуатации; со — интенсивность промывки, л/ (с  м2); Ц — продол-
жи гельность промывки, ч; /2— время простоя фильтра в связи I
промывкой, ч.

Ориентировочное количество фильтров на станции следует оп<|
редел ять по формуле

/V = 0,5 У~Р.

Для надежной работы фильтра на отводящем трубопроводе
устанавливается регулятор скорости фильтрования, что обеспечг
вает постоянство расхода фильтрата. Наиболее простым и надеж-
ным является поплавковый дроссельный регулятор, применяемый
при равномерном поступлении воды на фильтр. При изменении
уровня воды над фильтрующей загрузкой (в результате изменения
сопротивления фильтра и скорости фильтрования) находящийся в
фильтре поплавок открывает или закрывает дроссельный клапан
и, таким образом, автоматически поддерживает заданную скорость
фильтрования. На крупных фильтровальных станциях применяют-
ся регуляторы постоянного расхода с использованием в качестве
исполнительного механизма дисковых задвижек с электрическим
или гидравлическим приводом.

В помещении фильтровальной станции фильтры располагают в
один или два ряда. В галерее между рядами фильтров размеща-
ют обслуживающие их трубопроводы, клапаны, задвижки, шиберы
и другое оборудование.

На ряде шахт применяются двухслойные фильтры, типо-
вые проекты ‘которых разработаны институтами «Центрогипро-
шахт» и «Союзводоканалпроект». Скорые фильтры с двухслойной
фильтрующей загрузкой конструктивно ничем не отличаются от
обычных скорых фильтров. Фильтрующий слой выполняется из
двух различных по плотности материалов, например, дробленого
антрацита и песка, керамзита и песка, полпметилметакрилата и
керамзита. Фильтрующая загрузка антрацито-песчаного фильтра
состоит из слоя дробленого антрацита (верхнего) с крупностью
зерен 0,8—1,8 мм и слоя песка крупностью 0,5—1,2 мм. Высоту
слоев принимают одинаковой в пределах 400—500 мм. Несмотря
на то, что зерна антрацита крупнее песка, слои при промывке не
смешиваются благодаря их разной плотности.
Двухслойная загрузка обладает в 2 раза большей грязеемко-
111,10 (количество загрязнений, задерживаемых фильтрующей за-
|рузкой фильтра в течение фильтроцикла), вследствие чего увели-
чиваются расчетная скорость фильтрования до 10 м/ч и почти в
“ раза производительность фильтра по сравнению с обычным ско-
рым фильтром. Интенсивность промывки фильтра назначают в
пределах 13—15 л/(с-м2), что соответствует расширению загрузки
на 50%- Расход воды на промывку достигает 2,5% от производи-
ц'льности фильтра.

Рис. 41. Схема контактного осветли
теля КО -3:

1 и 3 — нижнее и верхнее отделения бо-
кового кармана, служащие соответственно
для подачи исходной (и промывной) воды
и отведения фильтрата (и промывной
воды); 2 — трубопровод для подачи про-
мывной воды; 4 — трубопровод для отве
дения фильтрата; 5 — устройство для
предотвращения выноса песка при про-
мывке; 6 — слой песка с крупностью зерен
1—3 мм; 7 — распределительная безгра-
випная система конструкции АКХ; 8 —
воздухораспределительная система

Рис. 42. Схема вертикального напор-
ного фильтра:

/ — распределительное устройство; 2 — лаз;
•Ч и 4 — водо- и воздухораспределительная
системы; 5 — фильтрующая загрузка; 6 —
штуцер для гидравлической выгрузки и
загрузки фильтра

Контактные осветлители (рис. 41) предназначены для ос-
ветления и обесцвечивания воды, содержащей нс более 150 мг/л
взвешенных веществ, включая образующиеся вследствие коагули-
рования. Применение контактных осветлителей обусловливает
снижение строительных объемов сооружений и их стоимости по
сравнению с сооружениями двухступснной очистки. При этом на
15—20% снижается расход коагулянта.

Принцип действия контактного осветлителя основан на контакт-
ной коагуляции, детальные исследования которой были выполнены
В. П. Криштулом. При движении воды через слои зернистой $а
грузки происходит адсорбция коллоидных и взвешенных агрега-
тивно неустойчивых частиц на поверхности зерен фильгрующсг
материала.

По конструкции контактный осветлитель КО-1 не отличается
обычного скорого фильтра. Он представляет собой прямоугольный
в плане железобетонный резервуар с загрузкой из зернистых ело
ев, круйность которых постепенно уменьшается снизу вверх. Об-
рабатываемая вода подается в распределительную систему, уло
женную по дну осветлителя и поступает через нее в поддерживаю
щие слои гравия и далее — в фильтрующую загрузку. Толщина
слоя загрузки 2—2,3 м при эквивалентном диаметре зерен 0.9—
1,4 мм и коэффициенте неоднородности до 2,5. Крупность зерен
гравия принимается 2—40 мм. Вследствие значительной толщины
фильтрующей загрузки увеличивается продолжительность фильт
роцикла.

Промывают контактный осветлитель также снизу вверх с ин- |
тенейвностью 13—15 л/(с-м2) в течение 7—8 мин. Относительное
расширение загрузки составляет 25—30%. Для промывки можно
использовать неочищенную воду, если мутность ее не превышает
10 мг/л, а коли-ипдскс — не более 1000. В последнее время широко
применяют водовоздушную промывку контактных осветлителей.
Промывная вода отводится обычными желобами или одним боко-
вым. Для равномерного отвода промывной воды в желобах целс- I
сообразно устраивать треугольные водосливы высотой 40—60 им
на расстоянии 100—150 мм один от другого или предусматривать
затопленные, на глубину 100—150 мм отверстия, диаметром 30—1
50 мм. Расчетную скорость фильтрования принимают до 5 м/ч. I
Продолжительность фильтроцикла должна быть не менее 8 ч. При
форсированном режиме максимальная скорость фильтрования
(когда один осветлитель выключен на ремонт) должна быть пе
более 6 м/ч, а продолжительность фильтроцикла нс менее 6 ч.

Для повышения надежности работы контактных осветлителей и I
обеспечения чистоты загрузки рекомендуется производить непре-
рывное предварительное хлорирование воды.

Широкое применение для очистки шахтных вод находят на-
порные скорые фильтры диаметром 1; 1,5; 2; 2,6; 3 и 3,4 м. I
Корпус фильтра представляет собой герметический сталь- I
ной сосуд со сферическими днищами (рис. 42). Их устраива-
ют вертикальными или горизонтальными в виде обычных скорых
фильт роз системы АКХ и грубозернистых. В напорных фильтрах
все основные конструктивные элементы аналогичны открытым.
Наиболее часто в них применяют щелевую, трубчатую или кол-
пачковую распределительные системы, что позволяет отказаться
от устройства поддерживающих слоев.

Обрабатываемая вода поступает на фильтр под давлением, ко-
торое обеспечивает преодоление сопротивлений в фильтре и пода-
чу фильтрата непосредственно в сеть потребителя без установки
специальных насосов. При потерях напора в фильтре около 10 м
ею выключают на промывку. На напорных фильтрах целесооб-
разно производить водовоздушную промывку. Для подачи воздуха
обычно предусматривают отдельную систему. В схемах техниче-
ского водоснабжения при мутности исходной воды не более
150 мг/л напорные фильтры могут применяться без предваритель-
ных очистных сооружений. Наибольшее распространение напор-
ные фильтры нашли на шахтах Донбасса.

Напорный песчаный фильтр, применяемый в подземных водо-
очистных установках типа «Дон», состоит из металлического кор-
пуса, заполненного песком крупностью 0,5—3 мм, высотой 700 мм,
поддерживающими слоями щебня крупностью 3—5 мм, высотой
50 мм, и пористым бетоном высотой 200 мм, под которым распола-
иются радиальные лоткт сборно-распределительной системы.
Пространство над песком составляет третью часть объема фильт-
ра, а для предотвращения выноса песка при промывке в верхней
части корпуса смонтирован отражательный щит.

Дозирование реагентов в воду перед ее отстаиванием и фильт-
рованием позволяет обеспечить более эффективный режим работы
скорых фильтров. При подаче реагентов в воду непосредственно
перед ее фильтрованием их дозы снижаются в среднем в 10 и бо-
лее раз но сравнению с дозами реагентов, вводимых перед отстой-
ными сооружениями. В качестве реагента используется в основном
полиакриламид.

В. А. Фоминых исследованы возможности использования в ка-
честве фильтрующей загрузки контактных осветлителей и скорых
фильтров природных и отвальных горелых пород. В соответствии
с разработанной технологической схемой горелой породой крупно-
стью 0,6—32 мм были загружены контактные осветлители на шах-
тах им. Димитрова и «Зыряновская» в Кузбассе. Использование
горелой породы для загрузки скорых фильтров предусматривается
и в проекте сооружений для очистки шахтных вод, разработанном
ВНИИгидроуголь для условий гидрошахт.

Находят применение при очистке шахтных вод также фильтры
с плавающей загрузкой. Так, на шахте № 12—13 п/о «Макеев-
уголь» сооружена фильтровальная установка производительностью
50 м/ч, состоящая из двух напорных фильтров с двухслойной за-
грузкой из пенополистирола, разделенной металлическими сетка-
ми. Движение фильтруемой воды осуществляется снизу вверх че-
рез первый слой полистирола крупностью 2—5 мм и второй — круп-
ностью 0,3—2 мм. Для промывки вода подается в обратном на-
правлении, при этом фильтрующий слой разрыхляется и увеличи-
вается в объеме на 25—30% •

Для подготовки воды перед использованием в техническом во-
доснабжении Г. Н. Никифоровым предложены и внедрены сверх-
скоростные напорные фильтры, работающие со скоростью фильт-
рования до 100 м/ч. Объем фильтра разделен вертикальными пе-
регородками на восемь камер, которые промываются поочередно
автоматически, т. е. семь камер фильтруют воду, а одна промы-
вается, для чего используют часть очищенной воды.
3.7.	ВОДООЧИСТНЫЕ БОТАНИЧЕСКИЕ ПЛОЩАДКИ



С. В. Комиссаровым с сотрудниками (ПНИУИ) показана це-
лесообразность применения для очистки шахтных вод |Подмосков
•него бассейна ботанических площадок. Для равномерного распре»
деления потока исходной воды по всей заболоченной площади усг
раиваются шпунговодерновые перемычки, обкладываемые дерном
в русле потока через каждые 50—100 м. Образующиеся запруды н
русле оврага засеиваются рогозом из расчета 1 растение на 1 м7.
При отсутствии оврагов для оформления площадок устраиваются
специальные ботанические площадки, которыеотраждаются от лив

Рис. 43. Схема водоочистной ботаничес-
кой площадки:

1 — распределительный лоток; 2 — водоотстой-
ные каналы, засаженные рогозом; 3 — гори-
зонтальная площадка, засаженная рогозом;

4 — проволочная и живая изгороди; 5 — кана-
ва для отвода ливневых и талых вод; 6 —
дерновая перемычка

невых и талых вод водоотвод
ными каналами и живой из-
городью из бузины, ивняка
и др. (рис. 43).

Целесообразно на шахтах
использовать имеющиеся от
стойники для первичного о г
стаивания воды, направляемой
на ботаническую площадку
Лоток может быть изготовлен
из типовых железобетонных
конструкций марки КЛ-900 и
КЛ-1200-60. Водосливные от-
верстия располагаются в лот
ко на расстоянии 5 м друг от
друга и на 0,3 м выше дна,
лотка. Очистные каналы глу-
биной 0,5—1 м и шириной
0,5 м примыкают к сливным
отверстиям распределительно,
го лотка. Длина каналов за
висит от рельефа местности,
величины отводимой площади
и достигает 40—50 м. По дну
капала высаживаются корне-
вища рогоза, ,3а два года ро-
гоз разрастается и образует
по каналам густые заросли
(50—70 растений на 1 м2).

Площадка располагается
обычно на слабо водопрони-
цаемых породах — глинах,
суглинках — однако в процес-
се ее эксплуатации на дне

очистных каналов образуются слабо водопроницаемые илистые
отложения и возможность инфильтрации стоков уменьшается.
На действующих шахтах водоочистные площадки следует распо-

лагать непосредственно около существующих очистных соору-
жений.
Размеры площадки определяют из расчета 120 м2 на 1 м3/ч
поступающих стоков.

Накопление осадка на водоочистных площадках рассчитыва-
|<| । по формуле

У(/ = Л.
у' У"
где IV7—объем осадка, накапливающегося за год на 1 м2 площад-
ки, а3; д — удельная годовая нагрузка шахтных вод на 1 м2 пло-
щадки, м3 (для шахтных вод — 70 м3, для бытовых стоков —
15 м3); Со — содержание взвешенных веществ в исходной воде,
|/м3 (шахтная вода ж500 мг/л; бытовая	150 мг/л); р— масса

сухой подземной и наземной части растений на 1 м2 площадки, т;
у7— плотность уплотненного осадка; у"— плотность перегнив-
ших растительных остатков.

Масса сухой надземной корневой части рогоза и осоки состав-
1яст на 1 м2 700 г, тростника — 300 г, а зольность соответст-
венно— 8—10 и 12%.

Шахтные и бытовые сточные воды, очищенные на таких пло-
щадках, хорошо' осветляются, освобождаются от бактериальных
примесей и могут отводиться в водоем-приемник.

3.8.	ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ШАХТНЫХ ВОД

При осветлении и обесцвечивании шахтных вод с помощью
коагулянтов с последующим отстаиванием и фильтрованием не
достигается полного удаления бактерий, микробов и вирусов.
Среди оставшихся (5—10%) могут находиться и болезнетворные
(патогенные) микроорганизмы, поэтому перед использованием
очищенных шахтных вод в техническом водоснабжении предпри-
ятий или отведением в водоемы их подвергают обязательному
обеззараживанию.

Обеззараживание воды может быть осуществлено при помо-
щи хлорирования, озонирования, ультрафиолетового облучения
и др.

В отечественной практике наибольшее распространение полу-
чило обеззараживание шахтных вод хлорированием. Преимуще-
ство хлорирования состоит в доступности хлорреагентов и надеж-
ности их действия при сравнительно небольших расходах. Сущ-
ность бактерицидного действия хлора на обрабатываемую воду
заключается в окислении и инактивации ферменто-в, входящих в
состав протоплазмы клеток микроорганизмов, в результате чего
последние погибают.

При обеззараживании шахтных вод применяют следующие
окислители: жидкий хлор, его производные, хлорную известь, а
также бактерицидное облучение.

В обычных условиях хлор находится в газообразном состоя-
нии и представляет собой токсичный газ зеленовато-желтого цве-
та с неприятным резким запахом. Во влажном воздухе газообраз-
ный хлор вызывает быструю коррозию большинства металле»
Он тяжелее воздуха в 2,45 раза, в связи с чем при утечка*
медленно рассеивается и скапливается в самых низких местая
помещений.

Промышленное производство хлора осуществляется на базе»
электролиза поваренной соли. Транспортируется хлор в спецы
альной таре в сжиженном состоянии, однако часть продукта при
этом представляет собой газообразный хлор, который занимаг
пространство над жидким хлором.

Жидкий хлор — маслянистая подвижная жидкость зеленова
то-желтой окраски с оранжевым оттенком при комнатной темп
ратуре. При охлаждении ниже —102° происходит его кристалл и
зация. В связи с тем, что жидкий хлор плохо растворяется в во
де, его перед использованием переводят в газообразное состоя-
ние. Доставка хлора осуществляется с помощью специальных ци
стсрн, бочек и баллонов.

Хлорная известь представляет собой кальциевую соль соля-}
нол и хлорноватистой кислот — СаСЛгО. Реагент выпускается
промышленностью в виде белого комкообразного продукта, об
ладающего сильными окислительными свойствами. При раствс
рении хлорной извести в воде образуется хлорноватистая кислота
и выпадающие в осадок гидроокись кальция и хлористый каль!
ций, которые являются балластными продуктами, не участвую
щи'ми в процессе хлорирования:

2 СаС12О + 2 Н2О -> Са (ОН)2 + 2 НОС1 + СаС12.

Эффективность бактерицидного действия хлорной извести за-
висит от содержания в ней активного хлора, которое составляет
в стандартном продукте 30—35%. Хлорная известь нестойка и на
свету или при хранении во> влажной атмосфере быстро разлага-'
егся. Ее транспортируют и хранят в деревянных бочках.

Гипохлорит кальция выпускается в виде порошкообразного
продукта белого цвета, который хранится и перевозится в герме-
тичных металлических барабанах или полиэтиленовых мешках.
Содержание активною хлора в гипохлорите кальция составляет
50—70%, причем этот продукт значительно устойчивее хлорной
извести, и при его растворении в воде образуется значительно
меньше бесполезных балластных примесей, выпадающих в оса-
док, а операции по приготовлению раствора реагентов менее тру-
доемки.

Гипохлорит натрия образуется при электролизе 10--15%-ного
раствора поваренной соли. Использование гипохлорита натрид
предпочтительнее в тех случаях, когда получение электроэнергии
и поваренной соли несложно, а доставка и хранение хлора, хлор-
ной извести или гипохлорита представляет трудность.

В настоящее время на предприятиях угольной промышленно-
сти осущ( ствляется планомерный переход к использованию для
обеззараживания воды жидкого хлора, гипохлорита натрия и
калышя вместо хлорной извести.
При хлорировании в результате гидролиза хлора образуются
хлорноватистая и соляная кислоты:

С12 + Н2О =’ 1ЮС1 + НС1.

X юрноватистая кислота НОС1 —соединение нестойкое, дис-
социирующее на ионы водорода и гипохлоритные ионы ОС1-.

Наличие в обрабатываемой воде хлорноватистой кислоты и в
особенности ионов гипохлорита в определенных концентрациях
обусловливает гибель микроорганизмов. Хлорноватистая кислота
неустойчива и легко разлагается на соляную кислоту и атомар-
ный кислород:

НОС1 = НС1 + О. •

Таким образом, при хлорировании воды на клетки микроор-
ганизмов оказывают окислительное воздействие сам хлор, хлор-
новатистая кислота, гипохлорит и атомарный кислород.

Присутствие в обрабатываемой воде аммонийных соединений
приводит к их взаимодействию с хлором и его соединениями, в
результате чего образуются хлорамины, что продлевает бактери-
цидное действие реагента.

Свободный активный хлор может находиться в воде в виде
С12, НОС1, ОС1-, а связанный активный хлор входит в состав хло-
раминов.

Помимо санитарно-профилактического значения, хлорирова-
ние воды способствует улучшению коагуляции. Наибольший бак-
терицидный эффект проявляется при обработке воды, очищенной
от механических примесей, так как структура частиц взвеси мо-
жет быть достаточно гарантированной защитой находящихся в
них бактерий от воздействия дезинфицирующих средств. Наибо-
лее чувствительны к хлору бациллы брюшного тифа, холеры и
дезпнтерии.

Необходимый для обеззараживания воды расход активного
хлора определяется по содержанию находящихся в обрабатывае-
мой воде микроорганизмов, органических и неор! эпических ве-
ществ, способных окисляться под действием хлорсодержащих ре-
агентов.

Расчетную дозу хлора определяют пробным хлорированием.
Избыточная доза хлора обусловливает резкое ухудшение орга-
нолептических свойств очищаемой воды. При незначительном
содержании в воде фенолов избыточный хлор вызывает появле-
ние хлорфрнольного запаха и привкуса, что особенно нежелатель-
но при использовании очищенных шахтных вод для нужд комп-
лексного обеспыливания в шахтах. Креме того, свободный хлор
постоянно выделяется из воды в атмосферу, что также является
нежелательным в связи с раздражающим действием на слизистые
оболочки останов дыхания рабочих. Понятно, что недостаточная
доза вводимого хлора может привести к тому, что он не окажет
необходимого обеззараживающего эффекта. Поэтому эффектив-
ность бактерицидного действия хлорсодержащих реагентов про-
веряется лабораторным анализом на наличие в обработанной
воде необходимого количества остаточного хлора. Количесч
вводимого и остаточного хлора при обеззараживании шахтньп
вод принимается в соответствии с рекомендациями органов са-
нитарного надзора и составляет соответственно 3—10 и 0,5
3 мг/л.

Для смешивания хлора с водой применяются те же типы сме
сителей, что и при обработке воды коагулянтом. Хлорирование
воды обычно производят при се поступлении в резервуар чисток
воды или контактный резервуар, где продолжительность контак
та хлора с водой должна составлять не менее 60 мин.

Применяют также метод двойного хлорирования — введение 11
воду хлора до и после очистных сооружений. Предварительное
хлорирование способствует коагуляции примесей и, окисляя их.
органическую часть, позволяет сократить расход коагулянта, од
нако доза хлора при этом повышается.

Хлор и хлорсодержащие реагенты относятся к сильно дейст«]
вующим ядовитым веществам (СДЯВ), поэтому к операции нр
их перевозке и хранению предъявляются особые требования, ре-
гламентируемые специальными санитарными нормами. В соответ
ствии с нормами для хранения таких реагентов устраиваются ба-
зисные и расходные склады. На базисных складах хлор перели
ваюг из железнодорожных цистерн в стационарные емкости, ко-
торые используют для последующего разлива хлора по бочкам и
•баллонам. Расходные склады, предназначенные для храпения
хлора только в бочках и баллонах, размещаются непосредствен-
но на площадке очистных сооружений отдельно или совместно с
хлораторными. Запас хлора на расходных складах не должен
быть менее его трехсуточного расхода очистными сооружениями.
В соответствии с санитарными правилами, склады хлора следует
располагать в стороне от зон застройки и водоемов, причем для
базисных складов минимальное их удаление должно составлять
не менее 1 км, для расходных — 300 м.

В качестве сооружений для обеззараживания шахтных вод
жидким хлором преимущественное распространение получили
типовые хлораторные, совмещенные с расходным складом. Такие
хлораторные обычно оснащаются хлораторами, расходными и
промежуточными баллонами, весами, а также оборудованием,
обеспечивающим безопасную работу обслуживающего персонала
(система обратной продувки и нейтрализации продуктов про
дувки, устройства для обеззараживания и использования неис-
правных баллонов и бочек, вентиляции и т. д.).

Испарение хлора начинается непосредственно в расходных и
заканчивается в промежуточных баллонах, где одновременно про-
исходит грубая очистка газа ст загрязнений.

На рис. 44 представлен план здания типовой хлораторной, в
помещениях которого размещается основное и вспомогатолыюе
технологическое оборудование {901.

Для дозирования хлора в обрабатываемую воду служат хло-
раторы различных типов, из которых чаще всего применяются
Жуу-мные хлораторы ЛОНИИ-ЮО, Л. А. Кульского (ЛК-10,.
П< 11, ЛК-12). С помощью хлораторов хлор дозируется в обра-
пываемую воду в виде раствора хлорной воды, образующегося
I процессе соединения газа с водопроводной водой в эжекторе.

> кектор создает разряжение в узлах хлоратора, что исключает

Рис. 44. План здания хлораторной:

/ — расходные баллоны; 2 — весы; 3 — баллон-испаритель; 4 — хлоратор; 5 — нейтрализатор;
л — баллон с азотом; 7 — футляр для поврежденных баллонов; 8 — стеллаж для баллонов;

— монорельс; /0 — подкрановые пути; II — тамбур; 12 — хлораторная; 13 — расходный
склад; 14 — вентиляционный канал; 15 — вентилятор; 16 — вытяжная труба

Рис. 45. Хлоратор ЛОННИ-100:

1 — запорный вентиль; 2 — фильтр; 3 — мембранная камера; 4 — манометр высокого давле-
ния; 5 — редукционный клапан; 6—манометр низкого давления: 7—регулирующий вентиль;-
8— ротаметр; 9— поплавок-ротор; 10 — смеситель; 11—колпак предохранителя; 12 — пре
дохранитель; 13 — всасывающая трубка; 14—корпус дозировочного бачка; 15—поплавок;

16— шаровый клапан; 17— манометр; 18—пропускной вентить; 19— эжектор: 20 — щит
хлоратора
опасность поступления токсичного газа в помещение хлоратор
ной.

Хлораторыая имеет аппаратное отделение, где размещают/
хлораторы, складские помещения для хранения эксплуатацией
ного запаса хлора, вентиляционное отделение и тамбур. Мини
мальная площадь аппаратной и склада определяется из расчео
3 м2 на каждую пару хлораторов и не менее 4 м2 на размещение
одних весов. При этом необходимо учитывать дополнительную

Рис. 46. Хлора-
тор «ПК-10 кон-
струкции Л. Л

Кулнекого:
а — вид спереди;
б — вид сбок;
/ — щит; 2 — ро
таметр; 3 — соеди-
нительная труб-
ка; 4 и 5 — кла-
паны; 6 — эжек-
тор: 7 — ре1ули
рующий вентиль
8 — хомут для
крепления бал-
лона с хлором

площадь на размещение резервною оборудования, которое уста-
навливается в соответствии с требованиями СНиП:

при двух рабочих хлораторах — не менее одного резервного;
свыше двух рабочих хлораторов — два резервных;
независимо от числа рабочих анализаторов остаточного хло-
ра — один резервный;

независимо от количества рабочих эжекторов — один резерв-
ный и один для аварийного случая.

Широкое распространение на сооружениях для очистки шахт-
ных вод получил хлоратор ЛОНИИ-100 (рис. 45) |[91]. Все
н'тали хлоратора монтируются на панели, которая с помощью
металлического' каркаса прикрепляется к стене аппаратной. В
ыстав хлоратора входят фильтр, манометры с мембранными ка-
мерами, редуктор, ротаметр, смеситель со всасывающей и пре-
юхранительнсй трубками, дозатор постоянного расхода, эжектор,
вентили различного назначения и соединительные трубки.

Ротаметр предназначен для измерения расхода газа, проходя-
щего через хлоратор. Прибор состоит из калиброванной стеклян-
ной трубки, внутренний диаметр которой постепенно увеличивает-
ся снизу вверх. В трубке помещен поплавок-ротор, снабженный
винтовой нарезкой, благодаря чему он поднимается, вращаясь в,
газовом потоке, на высоту, зависящую от скорости движения
газа.

Дозатор постоянной дозы обеспечивает независимо от давле-
ния на водопроводе постоянный уровень воды в смесительной ка-
мере. Смеситель Представляет собой стеклянный цилиндр, осно-
вания которого выполнены из эбонита. Внутри цилиндра распо-
ложены всасывающая трубка, предназначенная для отвода обра-
зующегося в ней раствора хлорной воды в эжектор, и предохра-
нитель, состоящий из стеклянной трубки и колпака с отверстия-
ми и служащий для перелива воды и хлора в канализацию в слу-
чае засорения трубопровода ниже эжектора.

Эжектор обеспечивает движение газа через хлоратор за счет
создаваемого нм разрежения, отвод хлорной воды, из смесителя
и дополнительное перемещение этого раствора с водопроводной
водой.

Хлораторы конструкции Л. А. Кульского (рис. 46) имеют
ряд общих деталей с хлораторами ЛОНИИ-100, в частности, под-
сасывающий клапан и эжектор. Кроме того, хлораторы Л. А
Кульского оборудованы водяным клапаном, исключающим попа-
дание воды в другие узлы.

Коммуникации для жидкого и газообразного' хлора монтиру-
ются из бесшовных стальных труб с муфтовым или фланцевым
соединениями. Хлоропроводы должны иметь уклон 0,01 в сторо-
ну тары с жидким хлором. Трубопроводы для хлорной воды сле-
дует изготовлять из материалов, стойких к коррозии (резина мар-
ки КЩ, полиэтилен, винипласт и др.).

Основной тарой для перевозки и храпения хлора на угольных
предприятиях служат стандартные баллоны,- рассчитанные на
давление 6—8 кгс/см2. Допускаемое наполнение баллонов состав-
ляет не более 1,25 кг хлора на 1 л емкости. Баллоны изготавли-
ваются из стальных бесшовных труб диаметром 219 мм и обору-
дуются запорным вентилем, защищенным предохранительным
колпаком, внутренней сифонной трубкой и окрашиваются в зеле
ный цвет. Следует отметить, что на очистные сооружения баллй
ны часто постукают без сифонных трубок. Такие сосуды во время
съема хлора в обычном положении вниз вентилем быстро покры
ваюгся инеем и обмерзают. Чтобы избежать нарушения техноло
гии отбора хлоргаза, баллоны устанавливают на весах вентилем
вверх и соединяют с хлоропроводом с помощью шланга. Для изо
лирования и использования неисправных баллонов на станциях
водоочистки применяют металлические футляры, оборудованные
съемной крышкой, приводом для открывания вентиля баллона,
манометром и хлороотборным вентилем. Используют также кои
струкцию системы казанского водопровода, состоящую из трубы
с вырезанным сверху отверстием для закладки неисправного бал-
лона. На одном конце трубы оборудована герметичная камера с
отверстиями для прохода горловины баллона, приводом и хлоро-
отборным вентилем, на другом конце — прижимное шпиндельное
устройство. Газонепроницаемость камеры обеспечивается коль-
цевой резиновой прокладкой, укрепляемой в отверстии для горло-
вины баллона, и сальниковым уплотнением привода. На станциях
производительностью (по хлору) более 50 кг/сут могут приме-
няться вместо баллонов бочки. Промышленностью выпускаются
для этих целей бочки емкостью 500 и 1000 л, оборудованные ма-
нометрами, хлороотборными и продувными вентилями, сифонны
ми трубками, перегородками и ребрами жесткости.

На ряде очистные сооружений небольшой производительности
до настоящего времени для обеззараживания шахтных вод ис-
пользуется хлорная известь. Установки для обеззараживания во
ды хлорной известью однотипны и отличаются только размерами
и некоторыми деталями. Обычно они состоят из растворного и
двух расходных баков, изготавливаемых из дерева или железобе
тона (рис. 47). В растворном баке производят затирку определен-
ного количества хлорной извести, а в расходных — разбавление
полученного раствора до требуемой концентрации. Отбор раство
ра реагента осуществляется через вентиль, располагаемый на '/з
общей высоты расходного бака для предотвращения уноса обра-
зующегося при отсосе осадка. Для дозирования раствора в обра-
батываемую воду используют поплавковые дозаторы конструк!
ции В. В. Хованского.

Приготовление, хранение и дозирование раствора гипохлорита
кальция осуществляется с помощью аналогичных установок
Для интенсификации приготовления раствора реагента час\о при-
меняют механические мешалки. Баки, трубопроводы, арматура
выполняются из кислотоупорных материалов. В .состав установ-
ки для приготовления раствора гипохлорита натрия входят элект-
ролизер, источник электропитания, растворно-расходный бак и
дозатор УДПК-4 (рис. 48). Растворно-расходный бак оборудует-
ся дозатором постоянного расхода, конусным сетчатым фильтром
и водомерным стеклом. На шахтах применяют два типа уста-
новок:
Поваренная

соль	Водопроводная

вода

Рис. 47. Схема установки
для обеззараживания воды
хлорной известью:

1 — затворный бак; 2 — венти-
ли; 3 — воронки; 4 — поплавко-
вый дозатор постоянного рас-
хода; 5 — поплавок; б — воз-
душная тр>бка; 7 — шайба; 8—
резиновый шланг; 9— вентили
для отвода шлама; 10— гидрав-
лический затвор; 11 — расход-
ные баки

Рис. 48. Схема установки
для обеззараживания воды
гипохлоритом натрия:

1 — затворный бак; 2 — раст-
ворно-расходный бак; 3 — ко-
нусный сетчатый фильтр; 4 —
поплавковый дозатор: 5 — во-
домерное стекло: 6 — вентиль
для отвода шлама; 7 — вентиль;
8 — гидравлический затвор; 9 —
источник электропитания; 10 —
электролизер; 11 — дозатор.

12 — вентили
с электролизерами в взрывобезопасном исполнении (для по
земных установок);

с электролизерами в нормальном исполнении (для установок,
работающих на поверхности).

Хлораторные оборудуются центральным отоплением, поддер
живающим постоянную температуру воздуха в помещениях в пр<
делах 16°С, причем расчеты по теплоснабжению здания выпйлпя
ются с учетом дополнительного расхода тепла на испарение жил
кого хлора. Система механической приточно-вытяжной вентиля
ции должна обесценивать шестикратный воздухообмен в течение
одного часа. Воздухозаборные устройства оборудуются на самых
нижних отметках здания; выброс воздуха предусматривается с
помощью вытяжной трубы, верхний конец которой должен н
2 м превышать высоту зданий, расположенных от хлораторпой и
радиусе 50 м. Вентиляционные коммуникации выполняются и.»
антикоррозийных материалов.

Для освещения используют взрывобезопасное оборудование.
Хлораторные и склады должны иметь аварийные источники элск
. троосвещения. Панели для включения систем вентиляции и освс
щения выносятся в тамбур и наружу и должны иметь постоян-
ное освещение.

Дверь из тамбура в хлораторную выполняется герметичной с
застекленным смотровым окном.

Для работы с хлором промышленностью выпускаются спецп
альные противогазы марки В с фильтрующей коробкой. Кроме
противогазов марки В (по два на каждого оператора) операторы
снабжаются противогазами с выкидным шлангом и с автоном-
ным питанием, а также защитной прорезиненной одеждой и обу
выо. Хлораторные оборудуются газоанализаторами марки УГ-2,
иодокрахмальными лентами, гидропультами и необходимыми для
производства работ реагентами.

Для быстрого изолирования неисправных баллонов и бочек в
аварийных ситуациях хлораторные должны быть оборудованы
дегазационным резервуаром достаточной емкости, размещаемым
в 10 м от входа на склад или непосредственно в складском поме-
щении. Резервуар заполняется нейтрализующим реагентом, пред-
ставляющим собой 10%-ный раствор кальцинированной соды и
гипосульфита натрия. Раствор приготовляется из расчета расхо-
дования 2 кг соды и 1 кг гипосульфита па нейтрализацию 1 кг
хлора.

В соответствии с требованиями безопасности, хлораторная
должна быть оборудована системой обратной продувки и удале-
ния продуктов продувки. Эта система предназначена для исклю-
чения взрывоопасных ситуаций на хлоропроводных коммуника-
циях, которые могут возникнуть при • превышении содержания
треххлористого азота дМС1з (в жидком хлоре содержание ЫС1з по
ГОСТ 6718—68 не должно превышать 0,005%). Для продувки
хлоропровода используют сухой сжатый воздух, азот, углекислый
газ и другие нейтральные газы. Продукты продувки отводят в
нейтрализатор, заполняемый тем же раствором, что и дегазаци-
онный резервуар (рис. 49). Образующиеся в нейтрализаторе
голи направляют в канализацию. Перед включением хлоропровсд-
пого участка после профилактики в работу необходимо произве-
ш его промывку нейтрализующим раствором с последующей

 ушкой. Ироду вку производят не реже 1 раза в два месяца.

Рис. 49. Нейтрализатор:

и—автоматический ПХА, б—конструкции ЦНИИЭП инженерного оборудования:
1— загрузочный люк; 2 — затворный бак; 3 — расходный бак; 4 — сетка; 5 — эжектор; 6—
датчик уровня ЭСУ-1; 7 — переливная трубка; 8 — растворный бак

Таким образом, наиболее распространенным способом обезза-
* раживания шахтных вод в настоящее время является хлориро-
вание. Однако этот способ имеет ряд негативных сторон. Токсич-
ность хлора требует особой предосторожности при его перевозке,
хранении и дозировании. Хлорирование сопряжено с необходимо-
стью тщательной дозировки реагента, которая, между тем, не
всегда обеспечивает надлежащую эффективность обеззаражива 
ния при повторном бактериальном загрязнении. Вместе с тем по-
вышение концентрации остаточного хлора в воде ухудшает ее ор-
ганолептические свойства, а иногда нарушает стабильность. Уме-
стно также отметить, что хлор действует летально только на ве-
гетативные виды бактерий, спорообразующие бактерии при обыч-
но используемых дозах не погибают.

Указанных недостатков лишен способ обеззараживания воды
бактерицидными лучами, разработанный в НИИ КВОВ Академии
коммунального хозяйства, сущность которого состоит в фотохи-
мическом воздействии па патогенные бактерии, присутствующие в
воде, ультрафиолетовых лучей длиной 2200—2800 А, излучаемых
аргоно-ртутными или ртутно-кварцевыми лампами. Характери-
стика ламп приведена в табл. И.
Таблица II

Характеристики бактерицидных ламп

Тип ламп	Мощность, Вт		Напряжение, в		Сипа тока на лампе, А	Бактерицид- ная облучен- ность, мкВт/ /(см2-м) 	Бактерицид ный поток лампы. Вл	
	номи- наль- ная	потреб- ляе- мая	в сети	на лампе			номи- наль- ный 'б	рас- ч. т-  1.ЫЙ 'я
Арюно-ртутные: БУВ-15	15	19	127*	57	0,3	12	1,2	0,8
БУВ-30	30	36	220	НО	0,32	30	3,2	2,0
БУВ-ЗОП	30	38	127	46	0,65	21	2,5	1,7
БУВ-60П	60	72	220	100	0.65	100	6,0	4,0
Ртутно.-кварцевые:  ПРК-7	1000	1000	220	135	8,0		50,0	35,0
РКС-2,5	2500	2500	220	850	3,4	—	125,0	50—75

Действие бактерицидного облучения проявляется почти мгно-
венно, поэтому вода, прошедшая через бактерицидную установку,
может быть сразу подана потребителю Расход электроэнергии
на обеззараживание 1 .м3 шахтной предварительно осветленной
воды составляет 20—30 Вт/ч.

В зависимости от способа размещения бактерицидных ламп (в
воздухе над поверхностью воды или в ее объеме) установки для
обеззараживания воды ультрафиолетовым облучением делятся на
два типа: с непогружны'ми и с погружными источниками бакте-
рицидного облучения. Установки устраивают напорными и без-
напорными в зависимости от давления, под которыми они рабо
тают. Примером безнапорной установки с непогружным источни-
ком излучения и подачей воды до 8 м3/ч, оснашенной тремя лам-
пами низкого давления (3—4 мм рт. ст.) БУВ-30 или БУВ-60П.
может служить установка ОВ-ЗП. Аппарат представляет собой
прямоугольную металлическую камеру размерами 0,716X0,884Х
Х0,37 м, разделенную струенаправляющими перегородками на
три коридора. Лампы расположены под отражателями над зерка-
лом воды вдоль коридоров. Обрабатываемая вода, проходя после-
довательно все три коридора, непрерывно подвергается излуче-
нию.

Установка ОВ-1П производительностью до 30 м3/ч по устрой-
ству аналогична описанной и также оснащена аргоно-ртутными
лампами.

К числу установок с погружными источниками облучения от-
носятся напорные ОВ-АКХ-1 (рассчитанные на давление до
5 ати), ОВ-Ш-РКС и ОВ-ЗП-РКС (на давление до 10 ати) и
безнапорная кассетная ОВ-ПК-РКС.

Установка ОВ-АКХ-1 производительностью 30—150 м3/ч сос-
тоит из двух (до пяти) последовательно соединенных камер, раз-
мерами 0,6о2><0,72Х0,475 м. В центре каждой камеры перпеядп-
кулярно направлению движения воды размещены в кварцевых
чехлах лампы высокого давления (400—800 мм рт. ст.) ПРК-7.
Каждая камера внутри имеет по четыре перегородки, обтекая ко-
торые вода дважды 'приближается к источнику бактерицидного
излучения. Серийно выпускаются трехкамерные секции установок
типа ОВ-АКХ-1 в комплекте со шкафом управления и ящиком
сигнализации.

Установка ОВ-Ш-РКС производительностью 50—75 м3/ч ос-
нащена более мощной ртутно-кварцевой лампой РКС-2,5. Оди-
ночная камера представляет собой стальной цилиндр, закрытый
с боков крышками и снабженный сверху смотровым окошком.
По сси цилиндра внутри в кварцевом чехле расположена бакте-
рицидная лампа. В целях интенсификации смешения обрабаты-
ваемой воды и обеспечения ее многократного облучения преду-
смотрена специальная струенаправляющая спираль вокруг квар-
цевого чехла. Обеззараживание воды достигается при ее прохож-
дении через камеру от одного торца до другого.

Установка ОВ-ЗП-РКС производительностью 300 м3/ч и более
состоит из нескольких типовых цилиндрических камер (аналогич-
ных описанной выше), соединенных последовательно.

При расчете бактерицидной установки необходимо опреде-
лять требуемую мощность потока бактерицидного облучения
(в Вт):

дак 18| А)
Гб =---------

1563,4 т]п т]0

где д — расчетный расход воды, м3/ч; а — коэффициент поглоще-
ния облучаемой воды, см-1 (для осветленных шахтных вод а=
— 0,32 см-1); к—коэффициент сопротивляемости облучаемых
бактерий, принимаемый равным 2500 мкм-Вт-с/см2; Р и Ао— ко-
ли-индексы воды соответственно до и после облучения; т]п — ко-
эффициент использования бактерицидного потока, принимаемый
равным 0,9 и 0,75 соответственно для установок с погруженным и
непогруженным источником излучения; т]0 — коэффициент ис-
пользования бактерицидного излучения, зависящий от толщины
слоя воды, ее физико-химических показателей и конструкции ус-
тановки, обычно принимается равным 0,9.

Степень обеззараживания воды Р/Ро должна быть в пределах
0,001—0,003.

Зная мощность потока Рп, испускаемого одной лампой, и оп-
ределив Аб, можно найти требуемое число бактерицидных ламп:

п = Аб /Ал .

Потери напора в установке

И—- 22-10~ь тд2,

где .71 — число камер в одной секции; д1— расчетный расход во-
ды через одну секцию установки, м3/ч.
Расход электроэнергии 5 (в Вт-ч/м3) на обеззараживание 1
шахтной воды составит

5 = /V п/д,
]де .V — мощность, потребляемая одной лампой, Вт.

3.9. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ОСАДКОВ ШАХТНЫХ ВОД

Количество осадков, образующихся при очистке шахтных вод
на современных сооружениях, составляет в основном 0.05—0,3%
объема обрабатываемой воды. Влажность угольного осадка, на-
капливаемого в горизонтальных и вертикальных отстойниках, за-
висит от времени его пребывания в сооружениях. Обычно при
гидравлическом способе удаления пульпы ее консистенция опре-
деляется Т:Ж=1:6—1:12. Основной задачей обезвоживания
осадков шахтных вод является удаление свободной (гравитаци-
онной) влаги, заполняющей промежутки между частицами.

Водоотдача осадка определяется степенью дисперсности ча-
стиц и их вещественно-минеральным составом. С увеличением I
размеров частиц водоотдача осадка повышается.

Обезвоживание осадков, шахтных вод может осуществляться
механическими методами, а также естественной их сушкой на
шламовых площадках. При этом удаляется большая часть внеш-
ней влаги. Шламовые площадки распространены во многих уюль-
ных бассейнах и представляют собой в основном . углубления,
сооружаемые на территории шахт в грунте без всяких искусст-
венных устройств.

ДонУГИ проведены исследования по изучению физико-хими-
ческих характеристик осадка шахтных вод и фильтрационных
свойств грунта [92]. Объем экспериментальной площадки для
складирования осадка, удаляемого из горизонтального отстойни-
ка шахты № 17-17-бпс п/о «Донецкуголь», составлял 750 м3 ]
(15X25x2 м). Осадок из отстойника откачивался периодически
в течение семи суток. Всею за указанный период из отстойника
было откачано 1400 м3 пульпы со средней концентрацией твер-
дого 52 г/л. Наблюдение за обезвоживанием велось в течение

Таблица 12

Изменение уровня воды и скорости фильтрации
в процессе работы шламовой площадки

Количество суток	Высота слоя воды, м		
			Скорость
с начала запоя-	над грунтом	над поверхно-	фильтрации.
нения площадки	площадки	стыо осадка	м/сут
8	0,70	0,5]	0,135
9	0.57	0,38	0,110
10	0,47	0,28	0,090
И	( ,38	0.19	0,073
12	0,31	0,12	0,060
13	0,26	0,07-	0,050
14	0,22	0,03	0,042
15	0,19	—	—
23 суток до достижения влажности осадка 18—20%. Обезвожива-
ние состояло из трех стадии: накопления осадка, фильтрации во-
ды и сушки. За первые семь суток, когда уровень воды изменял-
ся как за счет впитывания, так и путем периодических добавок
пульпы, среднесуточная скорость фильтрации составила 0,4 м/сут.
После окончания чистки шахтных отстойников производились
ежесуточные измерения снижения уровня воды и скорости филь-
трации, результаты которых приведены в табл. 12.

Для условий шламовой площадки шахты № 17-17-бчс время
фильтрации слоя воды составило около восьми суток. При зало-
жении площадки на грунтах других категорий, а также при раз-
личных соотношениях слоя воды и осадка скорость фильтрации
может быть иная.

Общая продолжительность цикла работы площадки в сутки
составит

т = /1 + /2 4" ^3 + ^4»

где /1 — время наполнения площадки до заданной глубины; /2 —
время фильтрования остаточной воды; 13 — время сушки шлама;
к — время подготовки площадки к повторному использованию.

Учитывая при этом влияние климатических условий -на про-
должительность цикла и исходя из количества осадка, получае-
мого в течение года, можно определить число площадок, необхо-
димых для нормальной эксплуатации. В том случае, когда /з +
-Н4<#1+4, можно обходиться двумя площадками. При затруд-
нениях с сушкой и удалением осадка, когда	следу-

ет предусматривать три площадки.

Однако предлагаемый метод расчета шламовых площадок не
учитывает целого ряда переменных факторов: степени дисперс-
ности и минерального состава осадка, эффектив1ности сушки в
различные времена года — вследствие чего он может быть реко-
мендован только для приближенного расчета площадок для осад-
ков шахтных вод с близкими физико-механическими характери-
стиками.

Следует отметить, что в процессе эксплуатации площадок про-
исходит кольматация донных грунтов тонкодиснерсными части-
цами даже при наличии в грунтах основания высокопроницаемых
отложений. Поэтому рациональнее не устраивать дренаж, а учи-
тывать только испарение и отвод осветленной воды с территории
площадок, что сводится к установлению их оптимальной емкости
при индивидуальной влагоотдаче осадков.

Стадия обезвоживания осадка в уплотнителях — сооружениях,
мало отличающиеся конструкцией от радиальных отстойников,—
является обязательной только при последующем применении ме-
ханического обезвоживания. Причем предварительно высококон-
центрированную суспензию обрабатывают известью или полиак-
риламидом (кондиционирование осадка). Представляется весьма
выгодным увеличивать степень обезвоживания осадка именно в
уплотнителях. Однако при этом следует учитывать время пребы-
вания осадка в сооружении для исключения его чрезмерного уп-
лотнения. С помощью вакуум фильтрации, центрифугирования I
фильтропрессования удаляется из осадка и часть связан! <4 ’
влаги.

Большой опыт в эксплуатации обезвоживающих аппаратов пл
коплен фабриками мокрого обогащения углей. Анализ работ [9
94, 95] показывает, что механическому обезвоживанию на аннл
ратах подвергаются флотохонцентрат и отходы флотации. Час*-
цы флотоконцентрата имеют меньшую дисперсность и зольноси.Г
по сравнению с размерами частиц и зольностью' отходов флота
ции. Флотоконцентрат содержит около 25—35% частиц круши
стью менее 74 мкм, с зольностью не более 7,5—15%, а отхоцм
флотации содержат более 70% частиц крупностью менее 75 мкм
зольность которых достигает 70% и более. Необходимо отмети I
также, что для оптимальной работы аппаратов по обезвожпь.
нию исходной пульпы ее концентрация должна быть не менее
200—250 г/л. Чем больше концентрация твердого в воде, тем л -ч
ше параметры работы аппаратов. Дисперсный состав и зольность
частиц взвеси шахтных вод мало отличаются от аналотичных по
казателей отходов флотации, и поэтому следует ожидать, близки
технико-экономические показатели работы обезвоживающих аг-
регатов.

Анализ гранулометрического состава и зольности фракции
твердой фазы шахтных вод показывает, что суммарный выход ча
стиц крупностью менее 50 мкм составляет около 60—70%. Золь-
ность фракций увеличивается с увеличением дисперсности ча
стиц [11].

Характеристика осадка шахтных вод шахты им. Костенко п/о
«Карагаидауголь» следующая:

Крупность классов, мкм .... 80 40—80 20—40 10—20 0—10
Выход. % . . -............ 18,74 24,17 15,46 16,66 25,99

Зольность, %.............. 29,5 40,7 50,1 55,7 62,8

Гранулометрический состав и зольность отходов флотации
ГОФ им. Костенко характеризуются несколько большей дисперс- I
ностыо и зольностью. Частицы крупностью менее 71 мкм состав-
ляют 89,53%, а их зольность равна 72,5%.

Соотношения величин приведенных показателей качественного
состава шахтных вод и отходов обогащения подвержены постоян-
ным колебаниям. Зольность осадка шахтных вод находится в
пределах 20- -60%, что позволяет рассматривать его как энерге-
тическое топливо.

В ИОТТ разработан центробежно-флокуляционный метод обез-
воживания отходов флотации :[95]. Исследования и промышлен-
ные испытания проводились на моделях центрифуг НОГШ-ЗОО и
НОГШ-230, а также на промышленной центрифуге УЦМ-1 с диа-
метром ротора 1100 мм. Флокулянт вводился в сгуститель и цент-
рифугу. В качестве реагента для центробежно-флокуляционного
обезвоживания предложены слабодиссоциировапные флокулянты
с большой молекулярной массой (негидролизованный полиакри-
ламид и особенно полиоксиэтилен). Отмечено, что с увеличением
концентрации твердого в пульпе удельный расход флокулирую-
щих полимеров не изменяется, однако их абсолютный расход
и рачительно выше, чем в гравитационных осветлит ельных устрой-
ствах. Расход полиакриламида увеличивается с повышением со-
держания мелочи в суспензии. Наилучшие показатели получены
при. частоте вращения ротора центрифуги УЦМ-Г—500 об/мин.
Угол конусности не превышает 10°, так как при его увеличении
обезвоживание шламов с повышенной липкостью приводит к за-
швке центрифуги осадком. В карагандинском бассейне испытания
ггОго метода для обработки отходов флотации осуществлялись
на ГОф «Саранская» на центрифуге УЦМ-1У, которые также по-
казали хорошие результаты. Центробежтю-флокуляцио'нный ме-
юд внедрен на ряде обогатительных фабрик Донецкого и Куз-
нецкого бассеиноз.

Интересны результаты исследований обезвоживания отходов
флотации на центрифуге, выполненные в условиях ЦОФ «Ок-
тябрьская» в Донбассе.

Сгущенный продукт из радиального сгустителя поступал в
емкость, откуда подавался в смеситель, где обрабатывался 0,05%-
ным раствором полиакриламида. Фугат возвращался в радиаль-
ный сгуститель, а обезвоженный продукт направлялся в бункер.
Среднее содержание твердого в исходной пульпе составляло 200,
в фугате — 2 г/л, производительность по твердому—10 т/ч, влаж-
ность осадка — 35,6%. Следует отметить, что это весьма высокие
показатели, так как унос частиц с фугатом центрифуг вообще
составляет 100—120 г/л. В лучших случаях унос частиц с фуга-
том равен 80 г/л. Влажность осадка при этом составляет 25—
30%.

На ЦОФ «Дзержинская» получено твердого в фугате 2—
4 г/л при его содержании в исходной пульпе 400 г/л и расходе
полиакриламида 0,05%-ной концентрации 150—200 г/т.

В настоящее время на обогатительных фабриках для обезво-
живания шламов применяются (в порядке уменьшения влажно-
сти получаемого осадка) отстойные центрифуги тина УЦМ-2а,
НОГШ-1350, вакуум-фильтры типа «Украина-80» и «Горняк»,
фильтр-прессы типа ФПАКМ. При обезвоживании отходов фло-
тации ЦОФ «Карагандинская» на центрифуге НОГШ-1350 самые
наилучшие показатели получены при исходной концентрации пуль-
пы 350 г/л, при этом около 40% составляли частицы крупностью
менее 74 мкм, унос частиц с фугатом составлял 50—60 г/л.
Влажность получаемого осадка находилась в пределах 24—27%.

В осадительной центрифуге типа «Динокоп», аналогичной по
конструкции центрифуге УЦМ, проведены исследования по обез-
воживанию флотоконцентрата в бассейне Дурхейн (Англия).
При плотности исходной пульпы 370 г/л, зольности 7,5% и со-
держании зерен крупностью менее 62 мкм, равном 27,4%, осадок
имел влажность 26,8%. Уною твердого с фугатом составлял
17,3 г/л, зольность твердого 47%, содержание класса менее
62 мкм в фугате—100% {93]. Существенным недостатком рабо-
ты осадительных шнековых центрифуг противоточной конструк
ции является взмучивание транспортируемого шнеком осади
поступающей в ротор суспензией, что ухудшает качество разде
ления и повышает концентрацию твердей фазы в фугате. В связи
с указанным большой интерес для обезвоживания осадка шахт
ных вод представляют центрифуги, работающие по> прямоточной
схеме, когда направления движения осадка и потопа суспензии
совпадают.

Впервые выпуск прямоточных центрифуг четырех типоразмс
ров освоен фирмой «Гинар» (Франция).

В нашей стране НИИХИММАШ разработаны две конструк
ции прямоточных центрифуг ОГШ-351К-1 и ОГШ-503К-8 |[96].
Сравнительные испытания прямоточной и противоточной центри
фуг с одинаковыми индексами производительности показали, что
в прямоточной центрифуге обеспечивается тот же эффект при
производительности большей в 1,4—1,5 раза.

Основным поставщиком прямоточных центрифуг на мировом
рынке является фирма ГумбольдтВедаг (ФРГ). В настоящее вре-
мя предприятия фирмы серийно производят девять типоразмеров
прямоточных шламовых центрифуг системы Хиллера типа 8 про-
изводительностью от 2 до 120 м3/ч [97]. Эти центрифуги фирма
рекомендует, в частности, применять для обезвоживания осадков
промышленных сточных вод, а также для обработки осадков, со-
держащих уголь. Рабочая поверхность шнека защищается карби-
дом вольфрама, что в нормальных условиях эксплуатации обес-
печивает срок службы не менее 8000 ч до ремонта шнека. В ре-
кламных проспектах фирмы указывается, что центрифуги типа 8
с применением высокомолекулярных полиэлектролитов' могут вы
делить из суспензии 99,9% частиц твердой фазы.

На базе отечественной серийной противоточной сланцевой
центрифуги НОГШ-1120С Ю. Н. Бочковым (НОТТ) разработана
прямоточная центрифуга типа НОГШ-1120П с защитой разгру-
зочных окон и рабочей части шнека от абразивного износа моно-
литным полпкрпсталлическим карбидом кремния. Стендовые гид-
равлические и технологические испытания опытно-промышленно-
го образца этой центрифуги проведено в 1977 г. Ю. Н. Бочковым
п В. Е. Завьяловым (ВНИИВОДГЕО) на Жилевской опытно-
промышленной обогатительной фабрике (Моск. обл.). При техно-
логических испытаниях на центрифугу подавались отходы флота-
ции ЦОФ «Дзержинская» (Донбасс). Испытаниями установлено,
что:

1)	при частоте вращения ротора 580 об/мин центрифуга ра-
ботает спокойно без вибраций, взгрев подшипников в пределах
нормы, уровень шума не превышает 85 дБ, утечки масла из си-
стемы нет;

2)	гидравлическая и гидродинамическая характеристики цент-
рифуги отвечают условиям ее применения для обезвоживания
осадка шахтных вод без предварительного его уплотнения, что
представляется весьма целесообразным;
3)	разделение твердой фазы суспензии тонкодисперсных от-
ходов флотации зольностью до 77%, содержащих около 80% ча-
 шц крупностью менее 74 мкм прп исходной 'концентрации твер-
и)го 50—250 кг/м3 и производительности до 70 м3/ч, происходит
по среднему диаметру г/Ср=Ю—45 мкм; фугат не содержит ча-
стиц крупнее 20 мкм; влажность осадка не превышает 27—
’0%; осадок транспортабельный и его выгрузка из ротора проис-
ходит нормально. Промышленные испытания центрифуги будут
проводиться на ЦОФ «Добропольская» в Донбассе.

В практике очистки шахтных вод еше не нашли широкого
применения механические способы обезвоживания осадка. В
ДонУГИ разработана установка для механического обезвожива-
ния осадка, образующегося при реагентной обработке шахтных
вод {98]. Сгущенный осадок, полученный в наклонном отстойни-
ке, самотеком поступает па отстойную центрифугу. Обезвожен-
ный осадок вывозится в отвал, а фугат центрифуги возвращает-
ся в процесс. Для интенсификации процессов обезвоживания в
ротор центрифуги подается флокулянт ПАА.

Технологические показатели установки обезвоживания при пе-

риодической выгрузке осадка следующие:

Содержание взвеси, мг/л:
в воде, поступающей на сгущение..................100.0—	3000

в сливе наклонного отстойника............... 3*0— 70

в сгущенных осадках наклонного отстойника . 20000—ЗООЮГ

Эффект задержания твердой фазы, %:
наклонным отстойником.......................... 98—99

в роторе центрифуги.........................Нс менее 9й

Влажность обезвоженного осадка, %.............. 55- -'60

Расход полиакриламида на 1 т сухого осадка, г . .	900

Степень уноса твердой фазы фугатом, % ....	0,5—2

На шахте «Широковская» п/о «Кизелуголь» эксплуатируется
установка для обезвоживания осадков после двухрежимной нейт-
рализации кислых шахтных вод {99]. Осадок содержит гипс и до
70% гидроокиси железа. Обезвоживание осадка осуществляется
следующим образом. Осадок из отстойника поступает в уплот-
нитель, откуда подается в смеситель и далее — в ванну барабан-
ного вакуум-фильтра типа БШК-1-1. Работа узла интенсифицируй
ется подачей ранее обезвоженного осадка в смеситель, куда до-
зируется и реагент. В качестве фильтрующей перегородки исполь-
зуется ткань артикула 26050. Осадок шахтных вод, образованный
из гидроокиси железа, является сжимаемым, в то> время как оса-
док нейтральных шахтных вод зернистой структуры — не сжима-
ем и сохраняет при обезвоживании жесткость и пористость. С
увеличением концентрации твердой фазы в исходном продукте
показатели его обезвоживания улучшаются, поэтому перед обез-
воживанием принимаются меры до увеличению концентрации
твердого в пульте. Уплотнение различных осадков при одинако-
вой продолжительности их отстаивания изменяется в больших
пределах. Уплотнение осадка кислых шахтных вод Кизеловского
бассейна после их пятисуточного отстаивания составляет 16,6 г/л,
а осадка нейтральных шахтных вод Карагандинского бассейна —
80 г/л. Такое различие свойств определяет необходимость установи
ления оптимальной концентрации осадка при подготовке его. к
механическому обезвоживанию, а также выбора обезвоживающе
го аппарата.

Практика работы фильтровальных отделений обогатительных
фабрик, оборудованных барабанными и дисковыми вакуум-филг
трами, показывает, что эффективность обезвоживания зависит 01
концентрации твердого, которая принимается для яеобогащенны.х
шламов Т : Ж= 1 :24-1 :3 и зависит от параметров ткани,
которой экипирован вакуум-фильтр, а также величины вакуума.
Удельная производительность и влажность обезвоженного осад-
ка у барабанных вакуум-фильтров такая же, как у дисковых.
Последние получили большое распространение в угольной про-
мышленности. Достоинством дисковых вакуум-фильтров является
значительная площадь поверхности фильтрования, приходящаяся
на единицу площади [100].

Характеристика работы дисковых вакуум-фильтров при фильт
ровании флотационного концентрата с различной концентрацией
твердой фазы {101]:

Отношение Т : Ж............1:1	2:1	3:1	4:1

Частота вращения дисков,

об/мин...................0,5—1	0,5—1	0,5—1	0,5—1

Толщина осадка, мм .... 26—30	15—20	8—13	3—8

Удельная производительность

фильтра, т/(ч-м2) .... 1,6—1,8 0,9—1,2 0,6—0,8 0,3—0,5
Влажность осадка, % • • • • 23—25 21—-22 20—21 18—20
Потеря твердого в фильтра-

те, % ................... 1—1,3 1,3—1,5 1,5—2	2—3,5

Рис. 50. Схема диско-
вого вакуум-фильтра:
/ — труба для подачи
пульпы; 2 — патрубок;
3 — рабочая ванна; 4 —
полый вал; 5 — диски;
6 — продольные каналы;
7 — патрубок распреде-
лительной головки; 8 —
патрубок для сжатого
воздуха; 9 — неподвиж-
ные двухсторонние но-
жи; 10 — перелив; зоны;
/ — фильтрации; // — ва-
куума; III—«мертвая»;
IV — давления; V —
снятия осадка; VI—про-
дувки и очистки филь-
тровальной ткани; VII—
переходная
Средняя удельная производительность вакуум-филы ров обыч
по принимается 0,4- 0,6 т/(ч-м2). При обработке пульпы поверх

ностпо-активньгми веществами и флокулянтами производи г< п>
ность фильтров увеличивается с снижением влажности осадка.

На рис. 50 приведена схема дискового вакуум-фильтра. Рабо-
та вакуум-фильтров усложняется установкой вспомогательного
оборудования (воздуходувки, вакуум-насосов, ресиверов, уст-
ройств, обеспечивающих стабильное питание фильтра и др.). Сле-
дует отметить и высокую влажность обезвоженных осадков. Для
се снижения используют перегретый пар, который понижает вяз-
кость поровой влаги осад-
ка, что приводит к более
полному его обезвожива-
нию [102]

На обогатительных
фабриках шахт «Про-
мышленная», «Централь-
ная» и «Северная» п/о
«Воркутауголь» проведе-
ны промышленные испы-
тания дисковых вакуум-
фильтров по фильтрова-
нию нсобогащенных шла-
мов с применением фло-
кулянтов [103]. Предла-
гаются следующие техно-

логические параметры:
расход 100%-ного поли-
акриламида 20 -40 г/т
твердого, вакуум в зоне
фильтрации 0,8 кгс/см2;
давление в зоне отдувки
0,6 кгс/см2; частота вра-
щения дисков — 35—40
об/ч; содержание твердо-
го в питании — 500—600
г/л. Использование реа-
гентов при фильтровании
обеспечило стабильную
работу фильтров «Украи-
на-80» и ДУ68-2,5/8, при
этом влажность получае-
мого осадка нс превыша-
ла 25%.

Из всех известных
обезвоживающих аппа-
ратов наибольший инте-
рес для обработки осадка
шахтных вод представля-

Рис. 51. Фильтр-пресс типа ФПАКМ

1 — фильтровальная лента; 2 — камера регенерации
фильтровальной ленты; 3 — бункер; 4 — нож Д"я
съема осадка; 5 — подающий коллектор; 6 — верхняя
опорная плита; 7 — направляющие; 8 — коллектор
для подачи воды на диафрагму; 9 — средние фильт-
ровальные плиты; 10 — нижняя нажимная плита:
11 — перфорированная перегородка; 12 — поддон;
13 — глухая горизонтальная перегородка; 14 — ниж-
няя открытая часть; 15 — диафрагма; 16 — коллек-
тор для отвода фильтрата
ют фильтр-прессы, обладающие высокой степенью обезвоживания
осадков и приемлемой производительностью. Фильтр-прессы
(рис. 51) предназначены для фильтрования пульп и суспензий,
содержащих тонкодисперсяые частицы, под высоким избыточным
(до 4—6 ати) давлением. Применение разработанных УКРНИИ
ХИММАШ автоматических- камерных фильтр-прессов ФПАКМ
на обогатительных фабриках и сооружениях для очистки шахтных
вод имеет большие перспективы. Различная площадь фильтрую-
щей поверхности (от 2,5 до 50 м2) обусловливает эффективное
применение фильтр-прессов на шахтах с различным водоприто-
ком и количеством получаемого после очистки шахтных вод осад-
ка. Фильтр-прессы с поверхностью фильтрации 2,5—25 м2 выпу-
скаются Бердичевским заводом «Прогресс» на рабочее давление
15 кгс/см2. В настоящее время это самые совершенные машины
для обезвоживания осадков, конструкции которых запатентова-
ны во многих странах.

На Макеевской углеобогатительной фабрике № 2, оборудован-
ной фильтрами ФПАК-25-26, при фильтровании флотохвостов с
концентрацией твердого 120—130 г/л влажность получаемого
осадка не превышала 17—18%. Унос твердого с фильтратом со-
ставил 5 г/л [101]. Фильтр-прессы могут быть использованы для
обезвоживания осадкюв шахтных вод с наименьшими потерями
твердого с фильтратом по сравнению с другими способами меха-
нического обезвоживания.

3.10. ОПРЕСНЕНИЕ ШАХТНЫХ ВОД

Задачей опреснения является снижение солесодержании воды
до норм питьевой кондиции. Методы обессоливания минерализо-
ванных вод могут быть с успехом применены и для опреснения
шахтных вод в целях их дальнейшего использования. Наиболее
широкое распространение в мировой практике получили следую-
щие методы опреснения воды: дистилляция, электродиализ, кон-
ный обмен и др. Ни один из названных методов не является уни-
версальным, но кажды/ весьма эффективен для определенных ус-
ловий.

Дистилляция

Дистилляционный метод широко используется при опреснении
морской воды и начинает применяться для опреснения солонова-
тых вед и промышленных стоков. Из общего количества получа-
емой в мире опресненной воды более 90% вырабатывается дис-
тилляционными установками. Проведенные исследования [104]
показали, что при солесодержании шахтных вод более 3 г/л и зна
чительной производительности (более 15 тыс. м3/сут) применение
дистилляционного метода более экономично, чем использование
ионного обмена или электродиализа. При солесодержании исход-
ной воды более 10 г/л и при значительных производительностях
из всех методов опреснения воды дистилляция является наиболее
экономичной [105]. По верхней границе солесодержания возмож-
ность использования дистилляционного метода практически не
лимитируется для любой шахтной воды.

Из различных модификаций дистилляционных опреснитель-
ных установок наибольшее распространение получили многосту-
пенные установки адиабатного испарения. В последние годы на-
чинают внедряться аппараты с падающей пленкой. Установки
адиабатного испарения выполняются в различных конструктив-
ных модификациях: с прямоугольными и цилиндрическими испа-
рительно-конденсационными камерами; одноярусные и многоярус-
ные; с горизонтальным, продольным, поперечным и вертикальным
расположением труб конденсаторов-подогревателей; одноконтур-
ные и многоконтурпые; прямоточные и циркуляционные, стацио-
нарные наземные и передвижные, смонтированные на специаль-
ных баржах, судах и др.

Установки могут быть одиоцелсвыми, предназначенными для
выработки пресной воды, либо двухцелевыми—в сочетании с
электростанциями, производящими одновременно опресненную
воду и электроэнергию. Трехцелевые установки вырабатывают
опресненную воду, электроэнергию и солепродукты.

Для получения тепла, подводимого к установкам адиабатного
испарения, используются твердое, жидкое и газообразное органи-
ческое топливо, ядерное горючее, вторичные энергоресурсы в виде
отходящих дымовых газов (например, от котлоагрегатов, газовых
турбин и дизелей), охлаждающей воды, тепла, получаемого за
счет сжигания отходов и др.

Принцип действия установок адиабатного испарения и харак-
теризующие их работу параметры подробно описаны в специаль-
ной литературе, в частности в работе [106]. Ниже приводится
описание некоторых установок адиабатного испарения, предназ-
наченных непосредственно для опреснения шахтных вод. Впер-
вые в отечественной практике оиыгпо-промышленная установка
для опреснения шахтной воды методом адиабатного испарения
введена в эксплуатацию в 1971 г. на шахте «Терновская» п/о
«Навлоградуголь» (Западный Донбасс). В связи со значительной
загрязненностью шахтной воды грубодисперсны-ми примесями ус-
тановка снабжена системой предварительного осветления воды.

По имеющимся данным, содержание грубодисперсных приме-
сей (ГДП) в шахтной воде, поступающей на дистилляционную
опреснительную установку, ориентировочно должно составлять нс
более 10 мг/л. Фактически же откачиваемая из шахты вода содер-
жит сотни миллиграмм взвешенных веществ в литре. На опрес-
нительную установку вода поступает с содержанием взвеси 2—
4 мг/л.

Опытно-промышленная опреснительная установка шахты «Тер-
новская» (рис. 52) представляет собою четырехступенчатый агрегат
из углеродистой стали размером в плане 5X2,6 м и высотой
1,85 м, массой без воды около 7 т. Размер в плане каждой испа-
рителыю-конденсационной камеры составляет 1X1,5 м при вып>
тс 1,45 м. Первая и вторая ступени — теплорегенерационные, и
третья и четвертая — теплоотзодящие. Часть осветленной шахтио!
воды, подаваемое насосом 1, после прохождения шнденсаторш:
третьей и четвертой ступеней сбрасывается в дренаж, а остальное
количество (питательная вода) по трубопроводу 10 поступает в
испаригельно-конденсационную камеру 6 IV ступени.

Для предотвращения образовании в установке накипи, обус-
ловленной щелочностью, в проходящую по трубопроводу 10 пита*
тельную воду дозируется серная кислота. В камере IV ступени

Рис. 52. Технологическая схема опытно-промышленной опреснительной уста-
новки на шахте «ТерноИская» п/о «Павлоградуголь»:

1 — насос; 2—5 — конденсаторы; 6 — испарительно-конденсационные камеры; 7 — циркуля-
ционный насос; 8 — трубопровод для вывода концентрированного рассола; 9 — головной по-
догреватель; 10 — трубопровод для питательной воды; 11 — дистилляционный бак; 12 —
дистиллятный насос; 13— охладитель парогазовой смеси; 14 — вакуум-насос; 15— водо-
струйный эжектор; 1ь — корпус опреснительной установки; 17 — жалюзийный сепаратор;
18— поплавковый клапан; 19, 20 — трубопроводы соответственно для рассола и конченсата

питательная вода входит в поток рециркулирующего рассола, ко-
торый забирается насосом 7 и подается в конденсатор II ступени.
Вывод концентрированного рассола из установки осуществляется
по трубопроводу 8. При прохождении через конденсаторы II и I
ступеней рассол нагревается за счет регенерации тепла, образо-
вавшегося в этих ступенях пара. Из конденсатора I ступени рас-
сол направляется в головной подогреватель 9, где нагревается
паром, получаемым от шахтной котельной. После головного подо-
гревателя рассол поступает в испарительно-конденсационную ка-
меру I ступени. Подогрев рассола осуществляется с таким расче-
том, чтобы последний был перегрет по отношению к состоянию
насыщения водяного пара в камере 1 ступени. В связи с этим при
входе- в камеру I ступени в результате перегрева рассол интен-
сивно вскипает и определенная часть воды испаряется.

Образовавшийся пар проходит через жалюзийные сепараторы
17, поступает в конденсатор 5 и конденсируется на наружной по-
верхности латунных (латунь Л-68) трубок диаметром 14Л—16 мм.
Конденсат поступает в сборный бак 11, из которого' откачивает-
ся насосом 12. Давление и температура во второй ступени под-
держивается ниже, чем таковые, соответствующие состоянию на-
сыщения водяного пара в I ступени. За счет разности давлений
рассол через поплавковый клапан 18 перетекает из I ступени во
II и здесь опять интенсивно вскипает. Аналогичный процесс про-
исходит в III и IV ступенях. Конденсация пара во II, III и IV
ступенях и удаление конденсата осуществляются по аналогии с
I ступенью Удаление некойденсирующихся газов из конденсато-
ров и поддержание необходимого вакуума осуществляются водо-
кольцевым насосом 14 и водоструйным эжектором 15. Для раз-
грузки вакуум-насоса и эжектора (по объему откачиваемой па-
рогазовой смеси) установлен охладитель 13. Каждая испаритель-
но-конденсационная камера имеет люк-лаз диаметром 500 мм.
Установка снабжена соответствующими контрольно-измеритель-
ными приборами п характеризуется следующими технологически-
ми параметрами:

Температура, °С:
насыщенного греющего пара ......................... 115

исходной шахтной воды............................. 18

максимальная рассола при работе в режиме под-
кисления ........................................ 100

насыщения в испарительно-конденсационных ка-
мерах:

I	ступени ...	.................... 90

II	ступени	. .	.................... 80

III	ступени ...	.................. 73,5

IV	ступени ...	.................... 67

Поверхность, м2:
головного подогревателя и подогревателей-кон-
денсаторов III и IV ступеней......................... По	4,5 I

подогрева гелей-конденсаторов I и II ступеней . По 8,4

Солесодержание, мг/л:
исходной воды .	...................... 8000—9000

дистиллята ...	....................... 20—25

Производительность установки но дистилляту при
работе с подкислением, кг/ч........................ 800

Расход греющего пара, кг/ч............................. 350

В создании и испытаниях установки принимали участие сотруд-
ники ВНИИВОДГЕО, НИИОСуголь и п/о «Павлоградуголь». Про-
ект сооружений для подготовки шахтной воды к опреснению создан
харьковским Водоканалпроектом.

Учитывая положительный опыт эксплуатации опреснительной
установки на шахте «Терно-вская», в настоящее время для одной
из шахт Западного Донбасса выполнен технический проект опыт-
но-промышленного комплекса для опреснения шахтной воды и
переработки концентрированного рассола. Комплекс позволит
получать ежесуточно 2350 м3 дистиллята, 17 т поваренной соли
и 12 т смешанных солепродуктов {107]. Комплекс включает со-
оружения для предварительного осветления шахтной воды, опрес-
нительную установку и узел переработки рассола. Производи-
тельность опреснительной установки, работающей по принципу
многоконтурного испарения, по исходной воде составляет 100 т/ч.
Технологическая схема, иллюстрирующая этот принцип, приведе-
на на рис. 53. Сущность многоконтурного испарения заключается
в том, что разбивка установки на отдельные циркуляционные кон-
туры позволяет производить без опасности накипеобразования
более глубокое упаривание рассола, чем в одноконтурных уста-
новках.

Пилотная установка для опреснения 100 м3/ч шахтной воды с
солесодержанием около 100 г/л пущена в эксплуатацию в 1975 г.-
в ПНР (Верхняя Силезия). Основным компонентом исходной
шахтной воды является хлористый натрий. При опреснении ис-
пользуется технология кристаллизации Са8О4 и ЫаС1 из рассолов
без обработки воды реагентами. Перед поступлением в опресни-
тельную установку вода подвергается декарбонизации и деаэра-
ции. Затем производится стехиометрическое выравнивание содер-
жания в воде кальция и сульфатов, для чего дозируется сульфат
натрия или соли кальция.

Схема установки для опреснения шахтных вод по методу, раз-
работанному в ПНР, показана на рис. 54 |[ 108]. Установка состо-
ит из адиабатных испарителей 1, соединенны к с конденсаторами-
регенеративными подогревателями рассола 2. В головном подо-
гревателе 3 рассол нагревается до 120°С и затем проходи г через
кристаллизатор гипса 4 и песчаный фильтр 5. Далее рассол про-
ходит последовательно через все испарительные камеры, вскипа-
ет в них и частично испаряется. Из последней испарительной ка-
меры рассол направляется в сепаратор соли 6 и далее при темпе-
ратуре около 50°С поступает в систему регенеративных конденса-
торов-подогревателей 2. Предотвращение выпадения сульфата
кальция в конденсаторах-подогревателях достигается за счет под-
держания концентрации рассола, приближающейся к насыщению
по.хлористому натрию. При этих условиях сульфат кальция вы-
деляется из рассола в виде суспензии с частицами крупностью
20 мкм, причем для нормальной эксплуатации концентрация этой
суспензии не должна превышать 2 г/л. Полученная в сепараторе
6 соль подвергается обычной обработке (ценгрифигуривание,
сушка и др.) и характеризуется следующими показателями:

Нерастворимый остаток, %	....................0,02—'0),06

Содержание, %:
кальций.........................................0,02—0,03

магний....................................	. 0 02—0,03

сульфаты.......................................0,04—0,05

железо в перерасчете на	ГегОз..................... 0

иод..........................................0,003 -0,01

хлористый натрий . .	.................... 99,8—99,6

Солесодержание опресненной воды составляет около
100 мг/л.

Испарительные камеры установки имеют цилиндрическую
форму и высоту парового пространства 2,5 м; удельное напряже-
ние зеркала испарения 0,4—1,5 м3/(м2-ч) в диапазоне температур
120—50°С, ввод рассола в камеры осуществляется под уровень
жидкости. Установка в основном изготовлена из углеродистой
стали с соответствующей защитой деталей, подверженных корро-
зийному воздействию рассола с концентрацией 100 г/л и рН 7. В
первый период эксплуатации работа установки нарушалась из-за
отложения солей в испарительных камерах.

По данным {108], в ПНР намечается использовать дистилля-
ционный метод для очистки солоноватых вод в две стадии: I—

Ларогазовая_ смесь

Исходная вода

Рис. 53. Технологическая схема трехконтурной многоступенчатой опреснительной
установки адиабатного испарения:

1. 2, 3 — блоки ступеней соответственно первого, второго и третьего контура; 4— декарбо-
ннзатор; 5 — деаэратор; 6 — насос питательной воды; 7 — головной подогреватель; 8 — рас-
сольные циркуляционные насосы; 5 — насос сбросного рассола; 10 -- дистиллятный на-
сос; 11— охладитель парогазовой смеси; 12 — эжектор; 13—конденсатор эжектора; 14 —
охладитель дистиллята; 15, 16 — трубопроводы соответственно циркуляционных контуров и
дистиллята, конденсата

Рис. 54. Схема установки для опреснения шахтных вод (ПНР) с кристаллиза-
цией гипса и поваренной соли из рассолов без реагентов:

1 — адиабатные испарители; 2 — регенеративные подогреватели рассола; 3 — головной подо-
греватель; 4 — кристаллизатор; 5 — осветлнтельный фильтр; 6 — сепаратор соли; 7 — конден-
сатор-подогреватель; 8 — конденсаторы теплоотводящих ступеней
опреснение с получением дистиллята и концентрированных рассо-
лов; II — утилизация концентрированных’рассолов с получением
сухих солей или насыщенных растворов для коммерческого ис-
пользования. В условиях ПНР комплексная переработка соленых
шахтных вод является наиболее экономичным способом защиты
окружающей среды от вредного их воздействия.

Фирмой Вестингауз, США |[104], запроектирована дистилля-
ционная опреснительная установка производительностью
18 800 м3/сут для опреснения шахтных вод в Уилкс-Барр (штаг
Пенсильвания). Общее солесодержание исходной шахтной воды
3 800 мг/л, в том числе, мг/л: железа — 250, кальция — 420; маг-
ния— 300; натрия—100; сульфатов — 2700 и хлоридов—10. Ус-
тановка состоит из двух многоступенчатых контуров, работающих
по принципу адиабатного испарения. Опресненную воду предпо-
лагается использовать для снабжения густонаселенного угольно-
го района.

Современный уровень развития технологии дистилляционного
опреснения позволяет уже .сейчас рассматривать как реальную
возможность сооружения крупных установок (производительно-
стью в несколько десятков тысяч тонн в сутки) для централизо-
ванного опреснения воды, сбрасываемой группами шахт, распо-
ложенных в определенных угольных районах. Что касается комп-
лексной переработки рассолов с получением товарных солепродук-
тов, то эта технология еще достаточно не отработана и требует
проверки в опытно-промышленных условиях. Такая проверка, в
частности, должна быть произведена на узле переработки рассо-
ла упомянутого выше комплекса, запроектированного для запад-
ного Донбасса. Учитывая потребность в значительных капиталь-
ных вложениях, необходимых для решения рассматриваемой проб-
лемы, строительству крупномасштабных установок для опресне-
ния шахтных воц должны предшествовать обширные технико-
экономические исследования.

Практика эксплуатации дистилляционных опреснительных ус-
тановок показала, что одним из основных недостатков этого ме-
тода является возможность накипеобразования и необходимость
специальных мер для его предотвращения. Образование накипи
на теплопередающих поверхностях резко снижает экономичность
опреснительных установок, так как вызывает перерасход топли-
ва и необходимость очистки установок от нее. Основными сое-
динениями образующейся в дистилляционных опреснительных
установках накипи являются углекислый кальций, гидрат окиси
•магния и сульфат кальция. В незначительных количествах в со-
став накипи иногда входят силикаты кальция и магния. При упа-
ривании воды.в опреснительной установке повышается концент-
рация веществ, образующих накипь. Выпадение твердой фазы
может происходить в том случае, когда произведение активных
концентраций веществ, образующих накипь, достигнет или пре-
высит величину термодинамического произведения растворимо-
сти соответствующего труднорастворнмого соединения. Для ос]
ночных накипеобра зова гелей это состояние описывается следую-
щим образом:

аСа2+ асо2— П РсаСО/,

аме2+ (%н-)2 П Рме(0Н)2 ;

йСа2+ а8О2- П Рса8О4,
4

где аг — активные концентрации ионов, обозначенных индекса-
ми, г-ион/л;

а[ = С/ 4 ;

Сг — концентрация соответствующего иона, г-ион/л; — коэф-
фициент активности; ПР* — произведения растворимости трудно-
растворимых соединений, обозначенных индексами.

Методика определения коэффициентов активности и числен-
ные значения произведений растворимости приведены в работах
{109, ПО].

Образование основных видов накипи может быть изображено
следующей схемой:

М^(ОП)2 (накипь)

I

М&2+
+

2 нсог т. со/ -ф СО1“ + Н2о -> 2 ОН~ -|- СО2т

Са2+ + 801“ -> Са8О4 (накипь)

СаСО3 (накипь)

При термическом разложении бикарбонатного иона образу-
ются углекислота и карбонатный ион, который при соединении с
ионом кальция образует труднорастворимый СаСОз, выпадающий
преимущественно при температуре 70— 80°С. При дальнейшем по-
вышении температуры происходит разложение карбонатного иона
с образованием дополнительного .количества СО2 и гидроксильного
иона, который дает с ионом магния соединение М^(0Н)2, выпа-
дающее в виде накипи при температуре 70—105°С. При соедине-
нии ионов кальция и сульфата образуется сульфатная накипь
Са8О4, причем с увеличением температуры относительное содер-
жание в накипи сульфата кальция быстро растет.

Наиболее разработанные методы борьбы с накипеобразовани-
ем в дистилляционных опреснительных установках классифици-
руют следующим образом:

а)	добавление зернистых присадок (затравок), являющихся
центрами кристаллизации, на которых выпадает основная масса
накипи, благодаря чему на поверхностях нагрева накипь не вы-
падает;

б)	контактная стабилизация, заключающаяся в циркуляции
рассола через загруженный контактной массой фильтр, служа-
щий для снижения пересыщения рассола по накипеобразующим
соединениям;

в)	стабилизация подкислением соляной или серной кислотой
При этом в результате взаимодействия кислоты с бикг рбоиат-
пыми ионами происходит распад последних с образованием сво-
бодной углекислоты, чго исключает накипь в форме СаСОз и
М$(ОН)2;

г)	добавление в испаряемую воду антинакипинов — разных
реагентов, предупреждающих образование накипи в результате
осаждения кальция и магния в виде шлама, либо задерживающих
кристаллизацию накипеобразующих соединений путем сорбиро-
вания аитипакипииов на поверхностях теплопередачи и на заро-
дышевых кристаллах накипи;

с) умягчение питательной воды опреснительных установок;

ж) поддержание эксплуатационных режимов, предотвращаю-
щих образование накипи.

Из всех методов борьбы с накипеобразованием наиболее ши-
рокое практическое применение в дистилляционных опреснитель
ных установках получили подкисление и поддержание соотвстст
вующих эксплуатационных (температурно-концентрационных)
режимов. Режим подкисления питательной шахтной воды серной
кислотой осуществлен при работе опытно-промышленной опресни-
тельной установки на шахте «Терновская». Техническим проектом
опреснительного комплекса для Западного Донбасса предусмот-
рено' подкисление питательной шахтной воды соляной кислотой.
Для предотвращения выпадения сульфатной накипи предусмот
рено поддержание в каждом циркуляционном контуре такого
концентрационно-температурного' режима, чтобы произведение
активных концентраций кальция и сульфата не достигало вели-
чины произведения растворимости.

Определение активных концентраций ионов кальция и суль
фата производят с учетом того, что общие, определенные
анализами концентрации компонентов слагаются из концентра
цпй свободных попов и соответствующих ассоциатов. Например,
балансовые уравнения для основных компонентов шахтных вод
можно представить в следующем виде:

Сса = ^Са2+ “Ь ^СаЗОО "Ь ^СаОн+’
4

Смв = СМ82-ь 4 - СМе30о 4- СМеОН р,

Ска = С№+ + С№8О_ -ф СкаОН» ,

4

Ск = Ск+ 4- СК8О_ 4- СКон»,
4

^ЗО2— ~ ^Сазо? Н~ СМе5о9 + С№5О- + СК80—•
4	4	4	4	4	4

Здесь в левых частях уравнений общие определенные анали-
зами концентрации компонентов в исходной воде, в правых ча-
стях— С..32+; СМе2+; СМа+; Ск+; С5о2_ (в г• ион/л) — концен-
трации ионов, а остальные члены — концентрации соответствую-
щих ассоциатов (нейтральные ионные пары Са8О ,	и

остальные заряженные комплексные ионы), находящихся в ра-
створе. Количественное определение ассоциатов (комплексов)
осуществляется с помощью уравнений типа:

ск /к са /а

С к А = ----------- ,

*каЬ

где Ск, Сл и Скд — концентрации соответственно катиона, аниона
и комплекса, г-ион/л; /к; /а, /ка — соответствующие коэффициен-
ты активности; Кка— константа нестойкости комплекса.

Определение концентраций ионов и ассоциатов осуществляют
путем решения методом последовательных приближений системы
уравнений, включающей уравнения баланса массы и уравнения
закона действия масс. Обычно такие решения осуществляют с ис-
пользованием ЭВМ. Произведя решения для различных темпера-
тур и степеней упаривания, находят границу выпадения сульфата
кальция из рассматриваемой воды.

С точки зрения возможности достижения максимального кон-
центрирования рассола, многоконтурные установки предпочти-
тельнее одноконтурных, так как в них происходит значительное
концентрирование рассола в низкотемпературных ступенях уста-
новки при небольших коэффициентах упаривания в высокотем-
пературных ступенях. Подробные данные о расчете границы вы-
падения сульфата кальция при дистилляционном опреснении
шахтных вод приведены в работе :[ 109].

При высоких температурах и больших скоростях движения
воды значительно возрастает коррозийная агрессивность соленых
шахтных вод и особенно высококонцентрированных рассолов, в.
связи е чем детали, соприкасающиеся с горячими солеными вода-
ми и рассолами, а также подверженные агрессивному воздейст-
вию кислорода и углекислоты, должны быть изготовлены из.
коррозийно-устойчивых материалов. Высокой коррозийной
устойчивостью обладают титан и сплавы на медной основе ВТ-1,,
латунь ЛамШ77-2, бронза БрАб, медноникелевые сплавы; эти
материалы используют для изготовления теплообменных поверх-
ностей. В настоящее время проводятся исследования по исполь-
зованию алюминия, пластмасс и бетона для изготовления
отдельных элементов опреснительных установок. Корпуса уста-
новок изготовляют обычно из нержавеющих сталей или из
углеродистой стали, плакированной нержавеющей сталью (на-
пример, Ст.З+Х17Н13МЗТ). Имеются отдельные установки с
корпусами из титана, в некоторых случаях применяют углероди-
стую сталь с различными противокоррозийными покрытиями
(эпоксидные смолы, синтетический виниловый лак, неопрен
и др.).
Проведенные исследования показали, чго упаренные шахтные
воды при повышенных температурах обладают большой корро
зийной активностью в поэтому даже при изготовлении корпусов
установок из легированных сталей максимальная температура
рассола не должна превышать 115—120°С. Корпуса насосов оп-
реснительных установок рекомендуется делать из бронзы или иЯ
нержавеющей стали; валы насосов, сепараторы-брызгоуловители
и трубы для отвода рассола — из нержавеющей стали. Имеются
данные об успешном применении для предотвращения коррозии
протекторной и катодной защит. Для предотвращения и сниже-
ния углекислотной и кислородной коррозии применяются декар-
бонизация и дегазация воды, а также откачка из установок
вакуумными средствами углекислоты и кислорода. Во избежание
проникновения воздуха в опреснительные установки должна быть
обеспечена их надлежащая герметичность.

При использовании метода подкисления для предотвращения
образования накипи, обусловленной щелочностью, мероприятия
по предотвращению коррозии осуществляются в следующем по-
рядке (см. рис. 53). После ввода кислоты вода направляется в
.атмосферный декарбонизатор, в котором содержание углекисло-
ты снижается до 5 мг/л. Далее вода направляется в вакуумный
.деаэратор, в котором содержание в воде углекислоты снижается
практически до нуля и кислорода до 0,1 мг/л. Для повышения рН
.до 8.5 в дегазированную воду вводится щелочь. В отдельных
случаях для связывания остаточного кислорода применяется до-
зирование сульфида натрия.

Общее солссодержание опресненной воды, вырабатываемой
дистилляционными установками, как правило, составляет 1 —
50 мг/л и в отдельных случаях при пониженных требованиях
потребителей доходит до 400—500 мг/л. Качество дистиллята
зависит от конструкции испарительно-конденсационных камер
типа сепараторов-брызгоуловителей, напряженностей зеркала
испарения и парового объема, а также скорости подъема пара,
показателей качества опресняемой воды и режима работы опрес-
нительной установки. Качество дистиллята может значительно
ухудшаться при наличии ценообразования в испарительных ка-
мерах. Для его предотвращения необходимо поддерживать
устойчивый оптимальный эксплуатационный режим, а в ряде
•случаев целесообразно дозировать в опресняемую воду специ-
альные химические реагенты-пеногасители.

В настоящее время осуществляются исследования по .гигиени-
ческой оценке шахтнык вод, опресненных методом дистилляции
|[ 111 ]. Основными показателями такой оценки являются солевой,
микроэлементный и микробный составы. Существенное значение
имеют и такие показатели, как содержание органических веществ
и дейтерия, изменение структуры молекул воды, особенности мик-
робного состава и др. В результате физиолого-гигиенических ис-
следований оптимальный уровень минерализации опресненной
воды определен в пределах 200—400 мг/л при содержании каль-
ция 50—75 мг/л. Нижний допустимый предел солесодержании —
100 мг/л, а кальция — 25 мг/л. Микроэлементный состав регла-
ментируется по ГОСТ 2874—73 «Вода питьевая», содержание
бора допускается не более 0,5 мг/л, а брома — 0,2 1мг/л. Микро-
биологические исследования показали высокую эффективность
дистилляционного метода в отношении вирусов и в то же время
достаточно большой процент загрязнения воды споровыми фор-
мами. Кроме того, не изучены еше биологическая роль деструк-
тированного дистиллята и ряд других вопросов. В связи с этим в
настоящее время нет положительного решения о возможности
использования опресненной шахтной воды для хозяйственно-
питьевых целей

Затраты на производство опресненной воды методом дистил-
ляции слагаются ориентировочно из капитальных затрат (с
учетом системы энергоснабжения)—40—50%; стоимости тепло-
вой и электрической энергии — 30—50%; затрат на содержание
обслуживающего персонала, приобретение химических реагентов,
эксплуатационных материалов и прочих затрат — 20—30%. Себе-
стоимость дистиллята зависит от многих факторов, например,
стоимости материала теплопередающих поверхностей и тепла,
технологической схемы установки и ее конструктивных особен-
ностей и других, но в основном себестоимость находится в обрат-
ной зависимости от производительности установок.

Для ориентировочных оценок себестоимости опресненной воды

и удельных капитальных затрат многоступенчатых опреснительных

установок адиабатного испарения
можно использовать номограмму,
приведенную на рис. 55 [ 1121.

Стоимость опреснения воды
методом дистилляции значитель-
но снижается при использовании
бросового тепла и при строитель-
стве двухцелевых установок, вы-
рабатывающих электроэнергию
и опресненную воду. В особенно-
сти это относится к двухцелевым
ядерным энерго-опреснительным
установкам большой производи-
тельности.

Удельный расход тепла в мно-
гоступенных установках адиа-
батного испарения производи-
тельностью 1—30 тыс. м3/сут со-
ставляет 0,13^0,6 Гкал на 1 т
дистиллята. В более крупных ус-
тановках, запроектированных с
учетом новейшей технологии,
удельный расход тепла составля-
ет менее 0,05 Гкал на 1т дис-

25г

20'.-

15.-

10.-

М,гл

100-\
130-
120-
110-
100-

90-

80-

70-

г1200 т7

-1000 '

-900
-ООО -
-700
-ооо ;

-500 -

-5

-300

-250

-200

К,руЪ/п3/ Ор-ыс.м3/

С,коп/и3 /сут /сут

Рис. 55. Номограмма для ориентиро-
вочных оценок стоимости воды и
удельных капитальных затрат много-
ступенчатых опреснительных устано-
вок адиабатного испарения:

М — солесодержание исходной воды: С —
себестоимость опресненной воды; К —
удельные капитальные затраты; — про
изводительность опреснительной установки
тилля га. Расход электроэнергии в среднем равен 3,5—4,5 кВт-ч
на 1 т дистиллята. Однако имеются установки с меньшим удель-
ным расходом электроэнергии (до 1 кВт-ч на 1 т дистиллята),
что достигается применением парового привода насосов.

В опреснительных установках для морской воды решение
проблемы отвода рассолов не представляет каких-либо сущест-
венных затруднений, так как обычно рассолы сбрасываются в
море. При опреснении же шахтных вод, когда полностью исклю-
чается сбрасывание рассола в естественные водоемы, решение
проблемы утилизации или ликвидации рассолов представляет
собой трудную техническую задачу. Стоимость мероприятий по
ликвидации рассола может оказывать существенное влияние на
экономичность процесса опреснения шахтных вод. Ориентиро-
вочно' при осуществлении мероприятий .то ликвидации рассолов
затраты на получение дистиллята удваиваются. С другой сторо-
ны, извлечение из рассолов ценных компонентов и использование
их в виде товарных продуктов в определенно?! степени компенси
руют эти затраты.

Исследовательские работы по утилизации и ликвидации рас-
солов опреснительных установок интенсивно ведутся во многих
странах. В Японии, например, разработаны схемы использования
электродиализных аппаратов и процесса электролиза для обра-
ботки рассолов дистилляционных установок с целью получения
едкого натра и хлора. Во многих случаях дистилляционные оп-
реснительные установки с полной переработкой рассолов уже
внедряются в практику. Полная переработка рассола шахтных
вод предусмотрена в описанном выше комплексе, запроектиро-
ванном для Западного Донбасса. В Японии на угольной шахте
Матсушима промышленная дистилляционная опреснительная ус-
тановка, работающая за счет сгорания низкосортного угля, про-
изводит пресную воду и техническую поваренную соль.

Электродиализ

Наиболее экономичным методом опреснения солоноватых
шахтных вод (3—5 г/л) является электродиализ [113]. Опресне-
ние шахтных вод электродиализом нашло промышленное приме-
нение лишь после освоения производства селективных ионитовых
мембран из ионообменных смол. Если такой мембраной разгра-
ничить раствор поваренной соли (или другого электролита), а
затем по обе сюроны мембраны поместить электроды, соединен-
ные с источником постоянного тока, то мембрана будет прояв-
лять свойства униполярного проводника. Таким образом, метод
электродиализного (электропошюго) опреснения воды основан
на селективности ионитовых мембран — пропускании катионито-
ВЫ'МИ мембранами только положительно заряженных ионов, а
анпснитовымп— отрицательных ионов. В табл. 13 приведены ос-
новные свойства мембран марок МКК, МК-40, МАК и МА-40,
выпускаемых в СССР серийно.
Таблица 13

Свойства мембран, выпускаемых в СССР

Мембраны	Ра[мер мем- бран, мм	Прочность на разрыв, кгс/см2	Набухаемость в воде, %	Удельное со- противление в 0,1 н. раство- ре, Ом-см	Селективность
Катионитовые:					0,95-0,96
МКК	1000Х500Х Х0,2	110—120	7—8	90—100	
МК-40  Анионитовые:	1000Х500Х хо.з>	130—150	11 — 12	150—180	0,96—0,97
МАК	1000Х500Х ХОЛ 5	115—130	8—9	80—100	0,95—0,96
МА-40	1000Х500Х хо.з	130—180	11—12	180—200	0,93—0,96

Мембраны изготовляют из термопластического полимерного
связующего (полиэтилен) и ионообменных смол (КУ-2, ЭДЭ-10П)
в виде гибких листов прямоугольной формы или лепты. Они
имеют большую механическую прочность, высокую селективность
и низкое электрическое сопротивление. Срок службы мембраны:
три — пять лет.

Обрабатываемую воду разделяют чередующимися катионн-
товыми и анионитовыми мембранами, образующими также чере-
дующиеся концентрирующие и обессоливающие ячейки. Через
такую систему пропускают постоянный электрический ток
(электрическое поле горизонтального или вертикального направ-
ления). Катионы, двигаясь к катоду свободно проникают через
катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовыми, а
анионы, двигаясь в направлении анода, проходят через аниони-
товые мембраны,-но задерживаются катионитовыми. В результа-
те этого из одних ячеек (например, из четных) ионы обоих
знаков выводятся электрическим током в смежные ячейки. По-
этому вода в четных ячейках опресняется, а в смежных ячейках
концентрация ионов эквивалентно повышается. Обычно между
анодом и катодом, изготовленных из специального графита или
платинированного титана, располагается до 300 ячеек-камер, об-
разованных стенками катионитовых и анионитовых -мембран.
Расстояние между мембранами в аппарате обычно принимается
0,7—1,5 мм (толщина ячейки). Мембраны специальным устрой-
ством поддерживаются в строго фиксированном положении. Во
избежание -коробления и для сохранения размеров ячеек мембра-
ны фиксируются сепараторными ячейками из поливинилхлорида.

Большое число ячеек в одном электродиализаторе при нали-
чии одного анода и катода сводит до м-инимума -потери на
разряд ионов на электродах. Описанное инженерное решение
позволяет значительно уменьшить расход энергии на опреснение
воды. Удельный расход электрической энергии (без учета расхо-
да энергии на работу насосных агрегатов) 1^(в кВт-ч/л) опреде-
ляется из уравнения

дел_ 26,8 (Сп Со) Е

ти] 10е

где 26,8 — количество ампер-часов, необходимое для переноса
1 г-экв. соли; Сп и Со — солесодержание соответственно исходной
и опресненной воды, мг-экв/л; Е — полное напряжение на элект
родиализаторе. В; т— количество ячгек (парных) в электродиа-
лизаторе; т] — коэффициент выхода по току, принимаемый для
современных установок 0.8—0,9 (в зависимости от солесодержа-
ния опресняемой воды).

Коэффициент выхода по току зависит от селективности мем-
бран, расхода энергии на побочные электродные процессы, потерь
энергии на выделение тепла и от размера утечек тока, определя-
емых конструкцией электродиализатора.

В нашей стране получили распространение электродиализные
опреснительные установки порционного типа ЭДУ, производи-
тельностью 5—100 м3 пресной воды в сутки (ЭДУ-5, ЭДУ-50.
ЭДУ-100). Выпущено также несколько^ установок прямоточного
типа ЭДУ-1000. В перспективе намечено создание более крупных
установок.

В настоящее время на шахте «Петровская» п/о' «Донецкуголь»
работает электродиализная установка циркуляционно-порционно-
го типа (ЭДУ 50), производительностью 50 м3/сут. Электродиа-
лизатор состоит из четырех пакетов, каждый из которых включа
ет анионитовые мембраны марки МАК (74 шт.) и МА-4ОН
(2 шт.); катионитовые мембраны марки МКК (74 шт.), а также
150 корпусных, многощелевых рамок с закладными сетками (про
кладки). Пусконаладочные работы и промышленные испытания
установки выполнены сотрудниками МИСИ и НИИОСуголь. Ис-
следования показали, что с увеличением в шахтной воде содер-

Таблица 14

Состав исходной и опресненной шахтной воды

ж  « Показатели	Шахтная вода	Опресненная вода
Сухой остаток, мг/л	5014	865
Общая щелочность, мг-экв/л	10,3	2,3
Общая жесткость, мг-экв/л	18,98	4
Содержание, мг/л:		
РСобтц	0,75	—
Са2+	142	36
М&2+	145	27
Ма++К+	1523	213
НСО^"	622	140
а-	1635	198
во|-	1397	261
жания ионов Са2+, М§2+, 8О42- и НС9~3 нарушается оптимальный
режим работы установки вследствие отложения карбоната каль-
ция и гидрата окиси магния на мембранах внутри электродиализ-
ных камер. В связи с этим метсд электродиализного опресне-
ния рекомендуется применять пока только' на шахтных вода\ хло-
р и дно-сульфатного натриевого типа с солесодержанием не более
5 г/л >[113]. Качественные показатели исходной и опресненной
шахтных вод, полученные на установке ЭДУ-50, приведены в
табл. 14.

Опресненная шахтная вода после предварительной подготовки
используется для технических нужд шахтной котельной.

Технологические схемы электродиализных опреснительных ус-
тановок типа ЭДУ в комплексе состоят из следующих узлов:
предварительной подготовки исходной воды, собственно электро-
диализной установки с комплектующим оборудованием, насоса
опресненной воды со сборным резервуаром, фильтров улучше-
ния качества воды (УКВ) и бактерицидных ламп, кислотного хо-
зяйства, хозяйства сжатого воздуха.

В установке ЭДУ-50 (рис. 56) исходная солоноватая вода по-
ступает на фильтры предварительной «подготовки 1 и затем в пи-
тающий 2 и рассольный 3 баки. Насосами 4. 5 соответственно на

электродиализатор 7 (с горизонтальным электрическим полем)
подаются по трубам диализат из дилюатпого бака 6 (опреснен-
ная вода), рассол и промывной раствср. Промывка приэлектрод-
ных камер электродиализатора происходит последовательно со
сбросом промывного раствора в дренаж, а межпагетных про-
странств — параллельно с возвратом промывного раствора в рас-
сольный бак. Промывной раствор и рассол подкисляются серной
кислотой до рН 3,5—4. Подача кислоты из контейнера 8 комп-
рессором 13 в мерник 9 и в систему подкисления автоматизирова-
на. Циркуляция диализата происходит на установке по контуру:
дилюатный насос 4 — электродиализатор 7; циркуляция рассола
по контуру: рассольный бак 3 — рассольный насос 5 — электроди-
ализатор 7. Опресненная до заданной на солемере величины во
да поступает на фильтр УКВ 10 и далее через промежуточную
емкость 11 и после бактерицидных ламп 12 выдается потребите-
лю. Процесс опреснения на установке полностью автоматизи-
рован.

На электродиализных установках широко применяются поли-
мерные материалы благодаря их высоким диэлектрическим свой-
ствам. Электродиализаторы работают под большим напряжени-
ем (до 500 В) в условиях высокой влажности, когда при исполь-
зовании других материалов неизбежны большие утечки тока,
значительно снижающие производительность подобных аппаратов
и повышающие удельный расход электроэнергии. К полимерным
материалам наряду с определенным физико-механическими тре-
бованиями предъявляются ещё и специальные санитарные тре-
бования, т. е. они не должны выделять в воду вещества, вред-
ные для организма человека. На установках типа ЭДУ рамные
плиты выполнены из капролома; корпусные рамки-прокладки, об-
разующие между мембранами рабочие ячейки и закладные пер-
форированные сетки-сепараторы,— из поливинилхлоридной плен-
ки.

Из других методов опреснения шахтных вод представляется
весьма перспективным метод гиперфильтрации. Ведутся исследо-
вания по опреснению шахтных вод экстракционным и газогидрат
иым методами, однако практического применения они пока не
получили.

Метод подготовки воды с помощью ионного обмена примени-
тельно к опреснению шахтных вод в Советском Союзе не нашел
применения в связи с его экономической нецелесообразностью,
обусловливаемой проблемой утилизации или ликвидации сброс-
пых регенерационных вод. Следует отметить, что ионный обмен
применяется на многих шахтах для докотловой подготовки воды,
где в качестве исходной используется водопроводная вода.
Глава 4

ПУСК и НАЛАДКА ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Задачей пуско-наладочных работ является установление оп-
тимального режима работы сооружений при минимальной себе-
стоимости очищенной воды. Достижение такого режима обуслов-
ливается только совершенством проектов, их рациональной при-
вязкой к местным условиям и качественным выполнением строи-
тельно-монтажных работ. Последнее является главным факто-
ром форсирования пуско-наладочною периода. Следует особо от-
метить, что эффективность работы очистных сооружений форми-
руется как на этапе проектирования, когда закладываются тех-
нические основы будущих сооружений с учетом современных тре-
бований науки и техники, так и на этапах строительства — реали-
зации проектных решений. Несоблюдение сроков строительства
отодвигает момент окупаемости капитальных вложений, а нека-
чественное строительство увеличивает продолжительность пуско-
наладочных работ.

Практика пуска и наладки сооружений для очистки шахтных
вод в Донецком, Карагандинском и других бассейнах показала,
что общими недостатками для всех объектов являются несовер-
шенство проектных решений и недостаточная специализация под-
рядных организаций, осуществляющих строительно-монтажные
работы. Перечисленные причины приводят, как правило, к низ-
кому качеству строительно-монтажных работ и затягиванию сро
ков строительства, что определяет дополнительное расходование
средств на восстановление и переделку отдельных технологиче-
ских узлов станций водоочистки, а также чрезмерную продол-
жительность пускового периода.

Сложность и трудоемкость работ по пуску и наладке объясня-
ются также широким развитием в области очистки шахтных вод
экспериментального проектирования, обусловленного- различием
гидрогеологических условий и физико-химических свойств шахт-
ных вод, а также отсутствием типовых проектов на отдельные
технологические узлы.

Пуско-наладочные работы включают:

проверку технической готовности сооружений к пуску; подго-
товку сооружений к пуску; технологическую наладку и пуск со-
оружений; прием очистных сооружений в эксплуатацию.
4.1.	ПРОВЕРКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ГОТОВНОСТИ
ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ К ПУСКУ

В ходе проверки технической готовности очистных сооружений
к пуску осуществляются следующие работы:

а)	детальный осмотр и проверка соответствия геометрических
размеров и геодезических отметок отдельных узлов и элементов
сооружений проектным данным;

б)	поверочный расчет сооружений, выполняемый на базе фак-
тических замеров;

в)	гидравлические испытания резервуаров, баков, трубопро-
водов различного назначения (для отвода осадка, подачи воды и
водных растворов коагулянтов, хлорной воды, воздуха), запор-
ного оборудования и т. д.;

г)	устранение всех отмеченных проектных и строительных де-
фектов и недостатков.

К основным параметрам’, подлежащим проверке в предпуско-
вой период, относятся внутренние и внешние размеры отстойных
сооружений, смесителей, ячеек фильтров, реагентных баков, лот-
ков, камер реакции и других технологических узлов. Обязатель-
но проверяется горизонтальность устройств, предназначенных
для распределения и сбора воды. Сверяются с проектными дан-
ными геодезические отметки днищ, переливных кромок и труб
всех перечисленных узлов, а также характерных точек и элемен-
тов высотной технологической схемы, обеспечивающих, в соот-
ветствии с требованиями СНиП, самотечное движение воды. За-
меряются диаметры, длина и уклон напорных и самотечных тру-
бопроводов для последующего установления их пропускной спо-
собности. Таким образом, при обследовании производится про-
верка всех размеров, уклонов и отметок узлоз и элементов соору-
жений, отклонение которых от проектных данных может вызвать
нарушение нормапьной работы станций водоочистки.

Поверочный расчет

На основании. данных, полученных в ходе детального обсле-
дования и ревизии узлов и элементов очистных сооружений, про-
изводится их поверочный расчет независимо от того, соответству-
ют ли натурные .размеры этих узлов проектным. Основной целью
поверочного расчета, таким образом, является установление фак-
тической производительности станции и выявление ее действи-
тельных технологических возможностей.

Очищенная вода, кроме производственных целей, использует-
ся также для собственных нужд станции очистки (промывка
фильтров и контактных осветлителей, чистка отстойников и РЧВ,
поливка территории и другие хозяйственные нужды). С учетом
изложенного полезная производительность станции может быть
определена по формуте

Яп = Срасч — (Я + Япр Н" Ях )>
где ^расч—расчетное поступление, шахтных .вод на очистные со-
оружения, 'М3/ч; д — потери осветленной шахтной воды при уда-
лении осадка из отстойников и осветлителей, -м3/ч;	— расход

очищенной воды на промывку фильтров и контактных осветлите-
лей, м3/ч; дх— расход очищенной воды, на хозяйственные нужды,
м3/ч [114].

В соответствии со СНиП II—31—74, расход воды на собствен-
ные нужды станции, если вода не используется повторно после
промывки фильтров, следхет принимать 6—8% . от расхода воды,
подаваемой потребителям.

На сооружениях очистки вода после промывки фильтров воз-
вращается в головное сооружение. Значительная часть ее без-
возвратно теряется при удалении осадка из отстойников, освет-
лителей и усреднителей, особенно при чистке горизонтальных от-
стойников путем размывания уплотненного осадка гидромонито-
рами с последующим удалением пульпы* на иловые площадки
шламовыми насосами. Практика показывает, что расход воды на
собственные нужды типовых станций очистки шахгных вод со-
ставляет- не менее 10% от их производительности, а иногда до-
стигает 11 —13% Понятно, что отсутствие отдельных узлов в
очистных сооружениях, определяемых . технологической схемой
(подача воды из пруда-осветлителя непосредственно на фильт-
ры, применение отстойных сооружений и осветлителей без каких-
либо других средств механической очистки воды . и т. д.), обус-
ловливает снижение расхода воды, используемой для собственных
нужд очистных сооружений. Таким образом, при поверочном ра-
счете пропускная способность узлов очистных сооружений уста-
навливается с учетом полезной производительность станций и
потерь воды, связанных с работой каждого узла и станции в це-
лом. Для выполнения поверочного расчета следует пользоваться
расчетными формулами, предложенными СНиП II—31—74.

Выявление дефектов и недоделок

Важным этапом проверки качества строительных работ явля-
ются гидравлические и пневматические испытания трубопрово-
дов и емкостей очистных сооружений. К гидравлическим испыта-
ниям приступают только после составления акта о готовности со-
оружений или отдельных }злов к этим испытаниям. Обычно тща-
тельный осмотр очистных сооружений, поверочные замеры и рас-
четы. а также гидравлические испытания резервуаров, трубопро-
водов и запорной арматуры позволяют выявить ряд строительно-
монтажных ошибок, отступлений от проектов и. недоделок.

При проведении пуско-наладочных работ на очистных соору-
жениях шахтных вод зарегистрированы следующие наиболее ха-
рактерные упущения в проекте, а также строительные дефекты и
недоделки:

при заложении заглубленных насосных станций проектиров-
щиками не учитываются сезонные колебания уровней грунтовых
вод, в результате чего происходит подтопление построенных объ-
ектов и вых^д из строя установленного электрооборудования;

использование для бетонных работ цемента ниже проектной
марки;

неудовлетворительная гидроизоляция отстойных сооружений,
ячеек фильтров, резервуаров чистой воды и реагентных баков;

несоответствие диаметра труб сечения и уклонов лотков про-
ектным данным;

нарушение горизонтальности сборных и распределительных ус-
тройств (непараллельность уровню воды)-, приводящее к нерав-
номерному распределению потоков воды;

несоблюдение необходимой степени смешивания реагентов с
водой из-за отсутствия необходимого количества отверстий, тре-
буемого диаметра, в дырчатом или достаточного количества пе-
регородок в ершовом смесителях;

несоответствие производительности установленных насосов
проектным данным;

несоблюдение отметок высотного расположения отдельных
узлов и элементов сооружений, исключающее требуемое распре-
деление воды;

отсутствие или неправильный монтаж пробоотборник уст-
ройств, вантузов на трубопроводе промывной воды, воздухоотвод-
ных трубок из дренажных систем фильтров, регулирующей и из-
мерительной аппаратуры;

гидравлическое несовершенство ввода обработанной реагента
ми воды в камеру реакции;

чрезмерное занижение или завышение коэффициента неравно-
мерности фильтрующей загрузки при неправильной ее подготов-
ке, .вызывающие «нарушение проектных параметров фильтро-
вания;

отсутствие автоматизированного управления технологически-
ми процессами (узлом реагентного хозяйства, системой удаления
осадка, совместной работой насосных станций с отстойными со-
оружениями, хлораториой и фильтровальной станциями);

отсутствие единого оперативно-диспетчерского пункта для об-
служивания очистных сооружений.

Качество монтажа проверяется в соответствии с техническими
нормами и условиями. При обнаружении проектных и строитель-
ных ошибок заказчиком совместно с представителями подрядных
строительных организаций составляется акт, в котором указыва-
ются все перечисленные дефекты и недоделки, подлежащие ликви-
дации до ввода станции в эксплуатацию. Гидравлические испы-
тания резервуаров следует производить не ранее, чем через
28 сут. после окончания бетонных работ, причем обваловка ре-
зервуаров производится только после их успешных испытаний на
герметичность. Сборные железобетонные емкости испытываются
на герметичность только после замоноличивания ответственных
стыков достижения бетоном проектной прочности и не ранее
5 сут. после их полного заполнения водой. К гидравлическим
испытаниям разрешается приступать после подписания предста-
вителями заказчика и строи гельно-монтажной организации акта
о готовности резервуаров к испытаниям.

Наиболее трудоемкой операцией является ликвидация утечек
воды из резервуаров. В данном случае эффективным средством
борьбы с утечками воды является торкретирование с железнени-
ем меся утечек воды. Потери воды из испытуемой емкости в сут-
ки не должны превышать 3 л на 1 м2смоченной поверхности стен
и днища.

Следует отметить, что для осуществления надежной гермети-
зации емкостей весьма важно соблюдение правил ведения бе-
тонных работ и использования цемента не ниже проектной мар-
ки, которая выбирается в зависимости от степени агрессивности
шахтной воды. Для устранения утечек воды из сооружений при-
меняются быстротвердеющие цементы.

Прочность и герметичность напорных трубопроводов, распре-
делительных систем фильтров, оборудования реагентного хозяй-
ства, а также запорной арматуры проверяются опрессовкой под
давлением в соответствии с требованиями СНиП III—Г—4—62.
В ходе этих испытаний устанавливается также пропускная спо-
собность коммуникаций,- качество- соединений и др. После успеш-
ных гидравлических испытаний рабочая комиссия предъявляет
узлы сооружений к сдаче.

4.2.	ПОДГОТОВКА ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ К ПУСКУ

Важным фактором правильной подготовки сооружений к пуску
является проверка наличия всего- необходимого оборудования, а
также предварительное укомплектование сооружений производ-
ственно-техническим персоналом, прошедшим специальный курс
обучения и стажировку на подобных станциях очистки воды. Экс-
плуатационный персонал должен быть укомплектован не позднее
завершения строительных работ и начала монтажа оборудования,
что позволяет каждому оператору полностью ознакомиться со
своим участком работы, увидеть узлы и элементы очистных со-
оружений, которые будут скрыты под землей пли заполнены во-
дой. Принятый персонал должен активно участвовать в проведе-
нии пуско-наладочных работ.

В ходе подготовки сооружений к пуску, в соответствии с&
СНиП II—31—74, осуществляется заготовка фильтрующей за-
грузки и поддерживающих ее слоев. Загрузку фильтров или кон-
тактных осветлителей производят только после окончания гидрав-
лических испытаний сооружений и устранения всех дефектов и
недоделок. Перед загрузкой фильтров по распределительной тру-
бе подается вода для проверки направления и равномерности
распределения воды, выходящей из отверстий дренажа, по пло-
щади фильтра. При загрузке фильтров не разрешается ссыпать
материал с высоты, так как это может привести к разрушению
.оркрета поверхности стенок; Сначала укладывают самый круп-
ный материал, причем верхняя граница его слоя должна быть на
одном уровне с верхом распределительной трубы, но не менее чем
на 100 мм выше отверстий. 'Затем укладываются следующие под-
держивающие слои в порядке уменьшения диаметра зерен. По-
сле укладки каждого слоя ячейка заполняется водой до проект-
ной границы этого слоя с целью проверки его горизонтальности
«ло воде». При необходимости материал разравнивают, после
чего филыр промывают, освобождают от воды и приступают к
укладке следующего слоя. В качестве материала для поддержи-
вающих слоев могут быть применены галька, гравий и щебень,
причем при использовании щебня желательно, чтобы куски его
были не пластинчатыми, а напоминали по форме шар. В качестве
фильтрующей среды, креме кварцевого песка, применяют мра-
морную крошку, керамзит, горелые породы вулканического про-
исхождения, а также. горелые породы шахтных терриконов.

 После устранения всех выявленных дефектов и недоделок, а
также окончания загрузки фильтров или контактных осветлите-
лей, производится дезинфекционная обработка всех резервуаров
и коммуникаций.

. Дезинфекция осуществляется путем заполнения резервуаров
хлорной водой с содержанием активного хлора 21)—30 мг/л. Для
этих целей может быть использована хлорная известь или жид-
кий хлор. После 24-часового пребывания хлорной воды в резер-
вуаре ее удаляют и сооружение промывают до тех пор, пока ос-
таточное содержание хлора в промывной воде не снизится до
0,3—0,5 мг/л. В отдельные узлы очистных сооружений хлорная
известь может быть введена в сухом виде из расчета получения
•после смешения с водой раствора с содержанием активного хло-
ра 20—30 мг/л (отстойники, осветлители со взвешенным осад-
ком и т. д.).

Отраслевые проектные институты, осуществляющие привязку
сооружений к местным условиям, не всегда учитывают имеющи-
еся разработки в области контроля и регулирования хода техно-
логических процессов.

Значительно снижают трудоемкость обслуживания и повыша-
ют эффективность работы станции водоочистки следующие ме-
роприятия:

механизация процессов загрузки реагентов в баки и приготов-
ления растворов;

установка на трубопроводах, подающих растворы реагентов,
соленоидных клапанов;

оборудование ячеек фильтров рыхлителями загрузки с целью
повышения длительности фильтроцикла, а отстойных сооруже-
ний— датчиками уровня воды и осадка, сблокированных с насос-
ными станциями. Использование перечисленного оборудования
позволяет автоматизировать работу станции водоочистки.

Для организации учета воды, поступающей на очистные со-
оружения и используемой после очистки для технических целей, а
также на собственные нужды станции и сбрасываемой в водные
объекты, трубопроводы следует оборудовать водомерными уст-
ройствами.

Из-за отсутствия оснащения сооружений необходимой конт-
рольно-измерительной и регулирующей аппаратурой, возникают
значительные потери времени при ведении пуско-наладочных ра-
бот. Отказ же от установки такой аппаратуры вызывает большую
сложность и трудоемкость обслуживания сооружений. Для безо-
пасности обслуживающего персонала здание хлораторной обору-
дуется, кроме газоанализатора с звуковым сигналом, футлярами
и дегазационным резервуаром для экстренной эвакуации неис-
правных баллонов с хлором.

После завершения работ по установке лабораторной, регули-
рующей и контрольно-измерительной аппаратуры для регулиро-
вания скорости фильтрования, замера производительности соору-
жений, дозирования реагентов осуществляется подготовка реак-
тивов для контроля качественных «показателей очищенной воды
и устанавливается ориентировочная доза реагентов с помощью
пробного коагулирования. До этого должны быть заготовлены
все необходимые реагенты. В процессе предпусковых работ уточ-
няются также места ввода реагентов в обрабатываемую воду,
устанавливаются пробоотборники на линиях подачи и отвода ис-
ходной воды, обеспечиваются условия подачи реагента в обраба-
тываемую воду с разрывом струн для упрощения контроля за
точностью дозирования.

Конечным этапом подготовки сооружений к пуску является
комплексное опробование всех трубопроводов, емкостей и обору-
дования с выявлением технологических параметров их работы, а
также устранение неисправностей при пробном пуске. В перечис-
ленных мероприятиях, осуществляемых, как правило, в опреде-
ленной последовательности, не учитываются все вопросы, с кото-
рыми приходится встречаться при подготовке очистных сооруже-
ний к пуску, однако их выполнение создает необходимые усло-
вия для перехода к технологической наладке сооружений и «полу-
чения устойчивого режима их работы, предусмотренною проек-
том.

4.3.	ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ НАЛАДКА
И ПУСК СООРУЖЕНИЙ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ

Технологическая наладка включает пробный пуск сооружений
с отработкой всех заданных проектных параметров, в ходе кото-
рой осуществляются:

полное устранение допущенных дефектов и недоделок и выяв-
ляются пути повышения эффективности и дальнейшего совер-
шенствования процессов очистки воды;

проверка работы всех элементов технологического' оборудова-
ния на холостом ходу и на воде;

проверка правильности работы основных лабораторных при-
боров и оборудования, отладка регулирующей аппаратуры, та-
рировка дозирующих и пьезометрических устройств, организа
ция лабораторно-производственного контроля;

пуск сооружений в работу со сбросом очищенной веды в сток
для подбора режима введения коагулянта и хлорреагента в до-
зах, определяемых в результате предварительных лабораторных
анализов;

разработка графика лабораторно-производственного контроля
и проведение инструктажа обслуживающего персонала по> пра-
вилам безопасности и эксплуатации станции водоочистки, прие-
мам пуска в работу, отключения отдельных узлов .и сооружений,
приемам наладки их оптимального технологического режима;

составление технического отчета по пуско-наладочным рабо-
там с оценкой их эффективности и экономичности.

В ходе работ по технологической наладке сооружений осу-
ществляются также следующие мероприятия:

определяются расходы воды на собственные нужды и годовое
потребление реагентов;

устанавливаются оптимальные места ввода реагентов и их до-
зы, а также допустимые скорости движения воды и продолжи-
тельность отдельных операций;

дается технико-экономическая оценка совместной работы на-
сосов главного водоотлива шахты с насосными станциями очист-
ных сооружений, графика работы фильтров- и чистки отстойных
сооружений от осадка.

В зависимости от степени устранения ранее выявленных де-
фектов и недоделок испытание очистных сооружений может
длиться от 2 сут. до нескольких недель при круглосуточном де-
журстве обслуживающего персонала. После выполнения работ
по технологической наладке осуществляется окончательный пуск
сооружений в эксплуатацию.

Согласно раздела К в СН-440-72, продолжительность строи-
тельства очистных сооружений производительностью до 5 тыс.
м3/сут составляет 14 мес. Этот срок учитывает время, затрачен-
ное на строительство сооружений, пуско-наладочные работы и
период вывода объекта на устойчивый режим работы.

Как указывалось выше, сроки выполнения пуско-наладочных
работ находятся в прямой зависимости от качества проектных и
строительных работ.

На практике средняя продолжительность (мес.) периода пуска
двухступенных очистных сооружений в эксплуатацию в Караган-
динском бассейне по этапам составляет:

Проверка готовности очистных сооружений к пуску .... 0,6

Подготовка сооружений к пуску .	....................2

Технологическая наладка сооружений .........................1,5

Пуск и наладка устойчивого технологического режима рабо-
ты очистных сооружений ...	......................0,3

Итого................ .	..................................4,5
Общий срок пуско-наладочных работ может быть резко умень
шен в результате параллельного выполнения отдельных видов
работ. Этому способствуют сетевые графики, позволяющие выя-
вить резервы сокращения общей продолжительности пускового
периода. Представляют интерес данные по пуску в эксплуатацию
предприятий химической промышленности в СССР с весьма слож-
ным по сравнению с имеющимся для очистки воды оборудовани-
ем, где из всего периода создания производства на долю пуско-на-
ладочных работ приходится лишь 5—10% затрат времени ![115].
Глава. 5

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

В связи с широким строительством сооружений для очистки
сточных вод угольных предприятий особое значение приобретает
всемерное повышение эффективности капитальных вложений,
сокращение сроков их окупаемости, получение максимального
эффекта на каждый рубль капитальных затрат. Поэтому при
проектировании и строительстве очистных сооружений необходи
ио выявлять варианты, обеспечивающие наименьшие затраты
при наилучших технологических параметрах.

Реализация этой важной • задачи обусловлена ускорением
внедрения передовых научных разработок, повышением эффек-
тивности проектных решений. Принятые проектные решения оп-
ределяют на длительный период времени степень экономической
эффективности объекта. Кроме того, от проектного решения зави-
сит стоимость и продолжительность строительства, наиболее эко-
номное использование материальных и денежных средств, высо-
кая производительность труда и наилучшие условия при строи-
тельстве и эксплуатации объекта.

Очевидно, что оптимальный вариант проектного решения мож-
но найти только путем технико-экономического сопоставления
различных проектных решений, обоснованием выбора конструк-
ций и технологии работы отдельных узлов и комплекса сооруже-
ний в целом.

В практике проектированья очистных сооружений чащ»1 всего
приходится сопоставлять варианты, один из которых имеет мень-
шие капитальные вложения, а второй—меньшие эксплуатацион-
ные расходы. При автоматизации работы узлов очистных соору-
жений увеличиваются капитальные вложения, но сокращаются за-
траты на электроэнергию и обслуживание. Те хнпко экономическое
сравнение вариантов производится только в том случае, если они
обеспечивают равноценный эффект очистки воды при одинаковой
производительности сооружений.

В настоящее время принята единая методика сравнительной
оценки эффективности различных технических решений |[116],
которая основана на сопоставлении суммы капитальных затрат
и эксплуатационных расходов в течение нормативного срока оку-
паемости дополнительных капитальных вложений, т. е. по приве-
денным затратам. При технико-экономическом обосновании раз-
личных проектов следует выбирать тот вариант, при котором со-
четание капитальных (единовременных) вложений и эксплуата-
ционных (текущих) расходов будет минимальным, т. е. обеспечи-
вается минимум приведенных затрат:

ПОт = (С + Еп К),

где /70пт—оптимальные приведенные затраты, тыс. руб/год; Ен—
нормативный коэффициент эффективности, принимается 0,1, со-
гласно работе [117]; С — эксплуатационные расходы, тыс. руб./год;
К — капитальные вложения, тыс. руб./год.

Наряду с приведенными затратами при выборе лучшего (из
двух) вариантов выявляют экономически более эффективный ва-
риант, исходя из срока окупаемости дополнительных капиталь-
ных вложений. Если полученный срок меньше нормативного
срока окупаемости, то вариант с наибольшими капитальными за-
тратами будет целесообразней, т. е.

_ ^-2 Ку 'р*

~ Сг-с2 н’

где Т — время, в течение которого дополнительные капитальные
вложения (К2—Ку) окупаются за счет экономии эксплуатацион-
ных расходов (С1—С2); Ку и К2 — капитальные вложения по срав-
ниваемым вариантам; С\ и С2— эксплуатационные расходы по
сравниваемым вариантам.

Для выявления экономически выгодного варианта иногда ис-
ходят из величины коэффициента экономической эффективности
Лэ, определяющего минимально необходимое отношение эконо-
мии эксплуатационных расходов (С1—С2) к дополнительным ка-
питальным вложениям (К2—Ку):

Если полученный при сравнении двух вариантов коэффициент
сравнительной эффективности выше нормативного коэффициента
эффективности, то оптимальным будет вариант с более низкими
эксплуатационными расходами. Если полученный коэффициент
эффективности ниже нормативного, то следует принимать вари-
ант с меньшими капитальными вложениями.

Сметы, определяющие строительные стоимости очистных соо-
ружений по сравниваемым вариантам, составляются таким обра-
зом, чтобы варианты находились в одинаковых условиях, т. е.
были сопоставимы, причем эталоном является инженерное реше-
ние, отвечающее всем современным достижениям науки и техни-
ки. При составлении смет необходимо учитывать стоимость со-
пряженных строительных работ, изыскательские, проектные, под-
готовительные и прочие затраты, стоимость монтажа электрообо-
рудования и автоматики, а также пуско-наладочных и ревизион-
но-отладочных работ.

В практике проектирования очистных сооружений нередко ре-
шаются вопросы замены старого', малоэффективного оборудова-
ния новым, с более высоким к.п.д., причем часть соответствующих
основных фондов подлежит списанию (например, устаревшие на-
Таблица 15

Сравнительные показатели очистки шахтных вод в различных угольных
бассейнах страны

Бассейн, шахта	Состав очистных сооруже- ний	Проектирую- щая органи- зация, произ- водительность, м3/ч	Оста- точное содер- жание взвеси сг мг/л	Стоимость 1 м® очищенной воды, коп.	Стои- мость очист- ных соору- жений, тыс. руб.

Донецкий «Мушкетовская-	Горизонтальный отстой-	«Южгипро-	47—12	0,6—0,7	80
Вертикальная»	ник, пруды-осветлите- ли. хлораторная, шла-  мовая площадка	шахт», 150			
ЛГа 12—18 им. га- зеты «Правда»  Карагандинский	Песколовка, промежу- точная емкость, реа- гентное хозяйство, ка- мера хлопьеобразова- ния, наклонный от- стойник, фильтры, бак- терицидная установка, центрифуга, резервуар чистой воды	Схема Дон-  УГИ, 150	2—3	2,8	230
«Чурубай-Нурин- ская»	Горизонтальный и вер- тикальный отстойники, реагентное хозяйство, смеситель, фильтры, хлораторная, шламо- вая площадка, резер- вуар чистой воды	«Караган- дагипро- шахт», 150	0-2	2,8	260
«Ка ра га идинская»	Пруд-осветлитель, филь- тры, хлораторная, ре- зервуар чистой воды	«Карагапда- гипро- шахт», 200—100	18—2	3,7	335
Кузнецкий им. Ки- рова	Емкость, смеситель, от- стойник с камерой хлопьеобразования, ре- зервуар, двухслойные фильтры, реагентное хозяйство, хлоратор- ная, шламовая пло- щадка	«Сибгипро- шахт», 520	0—51	2,5	
им. Димитрова	Отстойник-регулятор, ре- агентное хозяйство, входная камера, филь- тры, хлораторная, от- стойник промывной во- ды, хвостохранилище	НИСИ 500; «Кузбасс- гипро- шахт»	10—4	2,2	297,7
«Алардинская»	Емкость, реагентное хо- зяйство, смеситель, ос- ветлитель, фильтры, шламовая площадка, РЧВ	«Сибгипро- шахт», 376	0,5	7,8	
П родолжение табл. 15

Бассейн, шахта	Состав очистных сооруже- ний	Проектирую- щая органи- зация, произ- водительность, м3/ч	Оста- точное содер- жание взвеси СГ мг/л	Стоимость 1 м3 очищен- ной воды, коп.
Печорский  Шахта № 17	Реагентное хозяйство, смеситель, камера ре- акции, осветлитель, фильтры	«Печор - НИИпро- ект», 150	25— 1,3	5

Неамортизирован-

Стои-
мость
очист-
ных
соору
жений,
тыс.
руб.

сосы, электродвигатели, задвижки и

ная часто первоначальной стоимости таких основных фондов дол-
жна быть учтена при выполнении соответствующих технико-эко
номических расчетов.

Для сравнения вариантов и установления оптимального про-
ектного решения можно определить ориентировочный размер ка-
питальных затрат, используя укрупненные показатели строитель-
ной стоимости сооружений, зданий, трубопроводов и котлекюров,
приводимые на единицу пропускной способности, емкости, мощ-
ности, длины трубопроводов и т. п.

Помимо денежной оценки сравниваемых вариантов, необхо-
димо иметь также в виду другие экономические и неэкономиче-
ские факторы (дефицитность материалов, сборность строительст-
ва зданий и сооружений, возможность механизации и автомати-
зации и др.), которые при технико-экономическом анализе могут
оказаться решающими.

При применении метода сравнительной эффективности к ис-
ходному проектному материалу необходимо предъявлять следую-
щие основные требования:

данные должны быть массовыми и характерными, т. е. их до-
стоверность должна быть бесспорна;

•конструктивные и технологические особенности сооружений
должны быть сопоставимы, т. е. при их отборе следует указывать
фактор времени, так как стоимостные показатели благодаря про-
грессу в технологии и строительстве непрерывно меняются;

конструктивные я технологические особенности сооружений
должны соответствовать современным достижениям науки и тех-
ники.

Технико-экономическая оценка проекта, сравнение проектных *
вариантов и установление фактической себестоимости очистки
воды на эксплуатируемых очистных сооружениях осуществляют-
ся на основании расчета капитальных затрат и эксплуатационных
расходов. Все затраты, выраженные в денежной форме, прямо
или косвенно связанные с счисткой воды, составляют ее себесто-
имость Ц (,коп./м3) и определяются по формуле

Ц = — ,

юо <2
где С — суммарные годовые эксплуатационные расходы, руб./год;

<2 — среднегодовая производительность очистных сооружений. I
м3/год.

При подсчете годовых эксплуатационных расходов в качестве
типовых применяются следующие затраты: материалы, основная
заработная плата производственного аппарата, отчисления на
социальное страхование, электроэнергия, амортизационные отчи-
сления сооружений и оборудования, их текущий ремонт и прочие
расходы (содержание управленческого аппарата, подготовка и
повышение квалификации обслуживающего персонала и др.)
[116]. Численность рабочих, обслуживающих сооружения по счи- У
стке шахтных вод, принимается в соответствии с нормати-
вами.

Расчеты эксплуатационных расходов по укрупненным показа-
телям ряда авторов показывают, что себестоимость очистки 1 м3
шахтной воды во всех случаях ниже себестоимости питьевой
воды.

Анализ проектных решений и работы существующих очист-
ных сооружений в различных угольных бассейнах показывает, что
себестоимость очистки шахтной воды колеблется от 0,7 коп/м3
преимущественно на прудах-осветлителях (Донбасс) до 9 коп/м3
на двухступенных сооружениях (Челябинский каменноугольный
бассейн) [118].

В табл. 15 приведены состав сооружений и сравнительная
стоимость очистки 1 м3 шахтных вод в различных угольных бас-
сейнах страны, что позволяет судить о рентабельности той или
иной технологии.

Все виды доплат для подсчета полной заработной платы с
учетом необходимых коэффициентов принимаются в соответствии
с методическими указаниями {116].

Расходы на реагенты для обработки воды складываются из
отпускной цены на химическую продукцию (прейскурант № 05-01,
введенный с 01.06.67 г.), а также из начислений транспортных и
заготовительно-складских расходов. Все остальные расходы по
доставке реагентов определяют на основе ценника № 3 Госстроя
СССР. При определении стоимости реагентов необходимо учиты-
вать расходы на оборот тары для хлора, аммиака, азота и т. п.
Стоимость расходования других материалов определяется в со-
ответствии с прейскурантами № 05-01 и 10-01.

Расходы на электроэнергию оплачиваются по двухставечному
тарифу и слагаются из платы за потребленную электроэнергию и
за 1 кВ-А установленной мощности электродвигателей, согласно
прейскуранту № 09-01.

Амортизационные отчисления на отдельные узлы очистных со-
оружений принимаются по нормам амортизационных отчислений.
Затраты на текущий ремонт принимаются в размере 2,2%, а стои-
мость прочих неучтенных расходов— 10% [118].

Важное народнохозяйственное значение имеет также комп-
лексный учет природоохранных мероприятий, связанных с предот-
вращением загрязнения родных источников и засоления почв. Их
эффективность носит многосторонний характер, поэтому этот
вопрос пока правомерно рассматривать в региональном плане.
Следует отметить, что до настоящего времени еще не выработан
комплексный подход к экономической опенке мероприятий по ох-
ране природы и, в частности, по охране водных ресурсов. Тем не
менее, заслуживает внимания вероятный вариант методического
подхода к решению этой задачи, предложенный А. П. Бачиным
|[119]. Используя основные положения этой методики, экономиче-
ский эффект от мероприятий по предотвращению загрязнения
водной среды можно найти из выражения

= Эо. Н 4“ «Эк.п «Эсх.П 4“ 5ф -|- Эц.к "р Зу.о + Эр.р — Е — Со,

где Зо.ц — эффект, получаемый в результате оздоровления насе-
ления, который проявляется в относительном сокращении расхо-
дов по социальному страхованию, связанному с заболеванием на-
селения, и здравоохранению, а также в повышении общественной
производительности труда, выражающейся в росте национально-
го дохода; Эк.п — эффект, получаемый в результате повышения
качества промышленной продукции благодаря очистке шахтной
воды, используемой в технологических процессах различных про-
изводств; он может определяться с учетом затрат на создание и
эксплуатацию специальных очистных сооружений; Эсх.п — эф-
фект, получаемый в результате увеличения производительности
сельскохозяйственного производства в связи с улучшением каче-
ственных показателей воды; Эф — эффект, связанный с повыше-
нием эффективности использования основных производственных
и непроизводственных фондов, который выражается главным об-
разом в уменьшении эксплуатационных затрат по поддержанию
основных фондов в эксплуатационном состоянии и удлинении
срока их службы; Эп.к — эффект, получаемый в результате совер-
шенствования технологических процессов, обусловливающий сни-
жение потерь ценных компонентов или их полное извлечение из
шахтных вод, который может быть найден по формуле

Эц.к = В [Щ — С) + Е Куд, ],

где В — объем осадка; Ц — цена осадка; С — себестоимость улав-
ливаемого продукта; Ауд— удельные капитальные вложения для
прироста объемов производства улавливаемого продукта; Е —
нормативный коэффициент экономической эффективности капи-
тальных вложений на производство данного продукта; Зу.о — за-
траты, связанные с уничтожением отходов; Эр.р— эффект, дости-
гаемый в результате применения рациональных технических ре-
шений благодаря глубокой и детальной экономико-экологиче-
ской проработке их с учетом комплексного' народнохозяйствен-
ного подхода (концентрация энергоисточников, централизация
теплоснабжения, утилизация тепла, концентрация источников
выбросов, замкнутые системы водоснабжения, утилизация сто-
ков) ; он может быть определен из выражения

5р.р = С1 С2 Ч- Е (/(1	Лг)>

где С1 и С2 — себестоимости годовой продукции соответственно
при использовании традиционных и рациональных решений; и
Къ — капитальные вложения соответственно по традиционному и
рациональному решениям; — капитальные вложения, свя-
занные с реализацией мероприятий по предотвращению загрязне-
ния воды и почвы; Со — годовые текущие затраты, связанные с
эксплуатацией водоочистных сооружений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	Климентов 11 П. Общая гидрогеология. М , «Высшая школа», 1974. 224 с.

2.	Щеголев Д. И. Вопросы гидрогеологии рудника. М.-Л., Госгеолиздат,
1940. 36 с.

3.	Тпоянский С. В., Белицкий Л. С., Чекин А. И. Общая ги горнорудничная
гидрогеология. М., Госуд. научи.-техн, пздчво лит-ры то горному делу, 1960.
392 с.

4.	Прохоров С. 77. Требования .к гидрогеологической изученности -месторож-
дений -полезных ископаемых. М., Госуд. изд-во геологической лит-ры, 1951. 44 с.

5.	Сыроватко М. В. Гидрогеология и инженерная геология три освоении
угольных месторождений. М., Госгортехиздат, 1960. 500 с.

6.	Курдюков В. А. Подземные .воды Караганды. — В кн.: Караганда —
третья угольная база Союза. М.-Л., Изд-во АН СССР, 1936, с. 324—399.

7.	Комиссаров С. В. Методическое ру.ководсТ|ВО по осушению шахт Подмо-
сковного бассейна. М., «Недра», 1971. 176 с.

8.	Щеголев Д. 77. Рудничные воды. М., Углетехлздаг, 1948. 144 с.

9.	Алекин О. А. Основы гидрохимии. Л., Гидрометеорологическое изд-во,
1970. 444 с.

10.	Каменский Г. Н., Климентов 77. 77., Овчинников А. М. Гидрогеология .ме-
сторождений полезных ископаемых. М., Госгеолиздат, 1953 355 с.

11.	Текиниди К. Д. Очистка шахтных вод от механических примесей и -пред-
отвращение загрязнения водных источников Карагандинского -бассейна шахтны-
ми водами. Дие. на соиск. учен, степени -ка-нд. техн. наук. М„ 1974. 167 с.

12.	Овчинников А. М. Гидрогеохимия. М., «Недра», 1970. 200 с.

13.	Дуров С. А. Синтез в гидрохимии. Ростовское к-нижное изд-во, 1961.
248 с.

14	Власова 77. С. Основы теории действия гетерополярных реагентов и
практика флотации ими -каменных углей. Автореферат дне. на соиск. учен, сте-
пени докт. техн. наук. М, 1972. 38 с.

15.	Докукин А. В, Докукина Л. С. Возникновение кислотных рудничных
вод п борьба с ними. М.-Л., Углетехиздат, 1950. 352 с.

16.	АзНтеед Б. ТИе гпПиепсе о! Ьас1еыа 1п 1Ье ГогтаР’оп о! аегб тте \еа-
1егз. — «СоШегу Сиагб», 1955, V. 190.

17.	Тетр1е К-, ОеДКатрз Е. Аи1о1горЫе Ьас1епа апд Пде ГоггпаНоп о! асаб
1п ЬИиттоиз соа! ттез, Арр1. М1огоЫо1, 1953, V. 1, р. 72—75.

18.	Сыдыков Ж. С., Давлетгалиева К- М. Гидрохимические классификации и
графики. Алма-Ата,’«Наука», 1974. 138 с.

19.	Мительман Д. Я., Немковский Б. Б., Вековшинина С. И. Классификация
шахтных вод угольных .месторождений СССР. — «Научные труды Пср'мНИУИ»,
1973. вы-п. XV, с. 43—49.

20.	Апельцин И. Э., Клячко В. А. Опреснение воды. М., Стройиздат, 1968.
222 с.

21.	Справочное руководство гидрогеолога. Л„ «Недра», 1967. 592 с.

22.	Соболева И. М. Шахтные воды -северо-восточной части Донбасса, их
очистка и -использование -в народном хозяйстве. Автореф. дне. на соиск. учен,
степени докт. техн. наук. Киев, 1966. 35 с.

23.	Посохов Е. В. Общая гидрогеохимия. Л., «Недра», 1975. 208 с.
24.	Каноненко Н. И., Ощепкова А. П. О 'формировании микроэлементного
состава шахтных вот Кузбасса.— «Науч, труды ПермНИУИ», 1975, вып. XX,
с. 80—85.

25.	Миненко О. А., Епифанцева М. В. Содержание .микроэл смен тез в шахт-
ных водах. — «Науч, труды ПермНИУИ», М., 1973, вып. XVI, с. 130—134.

26.	Ощепкова А. П., Макаревич Т. Н., Немковский Б. Б. Применение с.пект-1
рографического метода для оценки микроэлементного состава шахтных вод. — ]
«Очистка .шахтных вод», 1974, выл. XVIII. с. 60—65 (Науч. тр. ИГД им.
А. А. Скочинского).

27.	1Г7ч7ег Н. ипд Мопп1^. Э1е хма8вег51оИ юпепкоп/епДаИоп (рН — 7аЫ)
дез СгиЬепдуаззегз. «СИйскаи!’», V. 68, 1932, з. 31—33.

28.	Строительные нормы и правила «(СНиП П-28-73). М., Стройиздат, 1974.
32 с.

29.	Юрченко Ю. Ф., Агапов Г. И. Коррозия сварных соединений в окисли-
тельных средах. М.. «Машиностроение», 1976. 150 с.

30.	Меерман 77. Г. Очистка сточных вод углеобогатительных фабрик. —
«Глюкауф», 1961, № 10, с. 654—662.

31.	Коткин А. М., Шуляк В. Е., Ямпольский М. Н. Изменение общей мине-
ра тизации оборотных вод углеобогатительных фабрик. — «Обогащение и брике-
тирование угля», 1967, № 2. 44 с.

32.	Строительные нормы и правила (СНиП II-28-73). (Дополнение). М.,
Стройиздат, 1976. 19 с.

33.	Шнейдерова В. В., Тюнтина 3. Я. Защитные 'покрытия для железобетон-
ных емкостей. — В кн.: Коррозия бетона в агрессивных средах. М., 1971.
с. 187—192.

34.	Долговечность бетонов на барийсодержащих портландцементах <в суль-
фатных средах.— В кн.: Коррозия бетона .в агрессивных средах. М, 1971
с. 36—34. Авт.: В. М. Москвин, Т. В. Рубецкая, И. В. Божич и др.

35.	Защита наружной поверхности шахтных трубопроводов от коррозии. —
«Науч, труды ПермНИУИ», 1971, вып. XII, с. 197—203. Авт.: Т А. Павлович,
К. А. Красноперова, М. Е. Лунегова и др.

36.	Основные направления .работ по борьбе с коррозией шахтного оборудо-
вания и металлоконструкций. — «Уголь Украины», 1972, № 1. 29 с. Авт.:
К. П. Карпенко, А. П. Бондаренко, П. И. Мучник и др

37.	77ролш/шленно-генетическая классификация углей СССР. «Наука»,
1964. 176 с. Авт.: И. И. Аммосов, Б. Г. Бабашкин, Н. П. Гречишников и др.

38.	Петрографические особенности и свойства углей. М., АН СССР, 1963.
380 с. Авт.: И. И. Аммосов, И. В. Еремин, Н. И Бабинкова и др.

39.	Пасынский А. Г. Коллоидная химия. М., «Высшая .школа», 1959 265 с.

40.	Методика по нормированию водопотребления и водоотведения для пред-
приятий по добыче и переработке углей и сланцев. М., ИГД и.м. А. А. Скочинско-
го, 1976. 80 с.

41.	О введении «Санитарных правил по устройству и содержанию пведприя-
1ИЙ угольной промышленности». М., 1975. 21 с.

42.	Данчина А. А., Власова Н. С. Влияние жидкой Фазы пульпы на флота-
цию угля в замкнутом водно-шламовом цикле. — «Уголь», 1976, № 7, с. 65—68.

43.	Материалы 2-й отраслевой .научно-технической конференции «Сточные
воды предприятий угольной промышленности и .их очистка». Прокопьевск, 1970,
с. 24—26.

44.	Фоменко Т. Г., Бутовецкий Е. М., Погарцева В. С. Водно-ш-.амовос хо-
зяйство углеобо] атигельных фабрик. М„ «Недра», 1974. 270 с.

45.	Черкинский С. Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоемы.
М1 1971. 2(18 с.

46.	Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами.
М., 1975. 38 с.
М. Федоров Н. <Р., Шифрин С. М. Канализация. М., «Высшая школа», 1968.
470 с.

48.	Канализация. М., «Стройиздат», 1975. 632 с. Авт.: С. В. Яковлев,
Я. А. Карелин, А. И. Жуков и др.

49.	Канализация промышленных предприятий. М., Изд-во лит-ры то строи-
тельству, 1969. 374 с. Авт.: А. И. Ж>ков, Л. Г. Демидов. И. Л. Монгайт и др.

50.	Елисеев В. Л1„ Елисеев Д. М К вопросу осветления шахтных и оборотных
вод 1 идрозакладки. — «Науч, труды ПермНИУИ», 1973, вып. XV, с. 80—83.

51.	Колмаков И. А. Использование шахтных вод в Кузбассе. — «Водоснаб-
жение и санитарная техника», 1938, № 12, с. 35—36.

52.	[Дановская С. С. Очистка и обеззараживание воды, используемой для
орошения в угольных шахтах. — «Сб. науч, статей МакНИИ», 1961, № 17,
с. 73—75.

53.	Соболева И. М., Пельтихин С. В. Эффективность осветления шахтных
вод Донбасса. — «Проектирование и строительство угольных предприятий», 1970,
№ 11 — 12. с. 12—15.

54.	Соболева И. М., Пельтихин С. В., Демура А. А. Использование сбросных
вод угольных шахт для технического н хозяйственно-бытового .водоснабжения. —
«Водоснабжение и санитарная техника», 1964, № 10, ю. 37—38.

55.	Соболева И. М. Установка для очистки шахтных ©од. — «Уголь Украи-
ны», 1964, № 2, с. 47—48.

56.	Торский П. Н. Очистка шахтны.\ .вод -в подземных условиях. — «Техноло-
гия и экономика угля», 1960, № 7, с. 104—109. (ЦИТИуголь).

57.	Шлапакова Э. И. Исследование .методом очистки шахтных вод, исполь-
зуемых для пылеподавления в горных выработках. Дис. на соиск. учен, степени
канд. техн. наук. М., 1966. 152 с.

58.	Спивак В. М. Исследования .методов очистки шахтных вод (на примере
Карагандинского угольного бассейна). Дис. 'на сопок, учен, степени канд. техн,
наук. М., 1968. 166 с.

59.	Ким М. П. Осветление нейтрализованной шахтной воды. — «Науч, труды
ПермНИУИ», 1973, -зып. XVI, с. 15—20.

60.	Бычин Н. А. Исследование электролитических методов очистки шахтных
вод. Автореф. дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Киев, АН УССР,
1973. 24 с.

61.	Зиновьев Ю. 3. Влияние магнитной обработки .воды па седиментацию
угольных и глинистых суспензий. Автореф. дис. на соиск. учен, степени п<ачд.
техн. наук. М., 1968. 28 с.

62.	Гайдук Р. Д. Результаты промышленных испытаний метода осветления
шахтных вод Печорского бассейна в восходящем потоке со слоем взвешенного
осадка. — «Очистка и использование шахтных вот», 1974, вып. XVIII, с. 51—55.
(Науч, труды НИИОСуголь).

63.	Опыт эксплуатации сооружений по очистке шахтных вод. М., 1974. 25 с.
Авт : Н. П. Новоселов, А. А. Харионовакий, С. Н. Селезнев и цр.

64.	Хорошавин А. Н., Катаева И. В., Оборин Г. А. К вопросу биологической
очистки шахгных вод, содержащих железо и сульфаты. «Очистка и использова-
ние шахтных вод», 1975, вып. XX, с. 29—32. (Науч, труды НИИОСуголь).

65.	Биологическая очистка шахтных вод. — «Очистка и использование шахт-
ных вод», 1975, зып. XX, с. 134—141. (Науч, труды НИИОСуголь). Авт.:
И. В. Катаева, А. Н. Хорошавин, Б. Б. Немцовский и др.

66.	Комиссаров С. В., Шапошникова В. А. Очистка шахтных .вод с помощью
высших водных растений. — кВодные ресурсы», 1976, № 5, с,- 199—204.

67.	ЗыйакогмзЫ У7ас1аи< М1е1ес1?1 Тадеизг, КДМег РопгиаШ. ГЖа^ па 4ета
(оз/узгегагпа мюб роДзабгкохууск \у кораНгнасЬ хге^а коийеппе^о. — «Ргехе^!
^огп», № 7—8, 1963. р. 19.

68.	Ап1оийак Р. 2иг ВеЬапЛип^ хоп КоЫе1гиЬег — «ХУаззегххчНзскаП ипб
АУаззеНесйтк», 1959, № 7, з. 49—51.
69.	Гайдук Р. Д., Никишина Л. С., Миллер В. Б. Очистка шахтных сточных
вод (патентный обзор). М.,«Недра», 1975. 52 с.

70.	Казимиренко Н. В. К вопросу теоретического обоснования конструкции
малогабаритных .наклонных отстойников. — «Очистка и использование шахтных
вод», 1973, вып. XVI, с. 46—54. (Науч, труды НИИОСуголь).

71.	Витренко Л. М.. Сергиенко С. Ф. Очистка шахтных вод от грубодисперс-
ных примесей. — «Очистка и использование шахтных вод», 1973, вып. XVI
с. 29- 36. ((Науч. труды НИ1 ЮСуголь).

72.	Витренко Л. М., Сергиенко С. Ф. Новые технологические схемы очистки
шахтных вод в .Донбассе. — «Очистка и использование .шахтных вод», 1973,
вып. XVI, с. 73—85. (Науч, труды НИИОСуголь).

73.	Технологические схемы очистки шахтных (вод. Пермь, 1977. 53 с.

74.	Мышинский Л. Н„ Клейн Э. В. Осветление шахтных вод перед опресне-
нием.— «Очистка и использование шахтных иод», 1973, вып. XVI, с. 97—103.
(Науч, труды НИИОСуголь).

75.	Фоминых В. А., Трещев Ю. И. Новый способ осветления шахтных во
угольной промышленности. — «Водные ресурсы», 1975, № 2, с. 162—165.

76.	Жуков С. И., Шляфер М. Ю., Брекунов И. Е. Инструкция по монтажу
и эксплуатации устройств для очистки и обеззараживания шахтной воды. Шахты,
1970. с. 30.

77.	Текиниди К. Д., Екатов О. В. Интенсификация осаждения взвешенных
веществ в шахтных водах. — «Шахтные воды», 1973, вып. XV, с. 50—53. (Науч,
труды ПормНИУИ).

78.	Текиниди К- Д. Исследование влияния реагентов на эффект осветления
шахтных вод. — «Комплексное использование и охрана водных ресурсов». М.,
1976, сер. 4, вып. 6, с. 3—10. (Экспресс-информация).

79.	Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. М., «Химия», 1975. 512 с.

80.	Левицкий Э. Л. Определение знака заряда твердых и коллоидных ча-
стиц в коагулированных системах при помощи рН-метра.— «Коллоидный жур-
нал», 1960, № 3, с. 382—383.

81.	Стрельцин Г. С. Гидрофобизирующее действие неорганических электро-
литов на природно-гидрофильные .минералы. — «Труды науч. техн, конференции
ин-та Механобр», 1968, т. 1, с. 171—182.

82.	Борц М. А. Теория и технологические факторы флокуляции угольных
суспензий. Автореф. дне. на соиск. учен, степени докт. техн. наук. М., 1972. 49 с.

83.	Гембицкий П. А., Жук Д. С., Каргин В. А. Полиэтиленимин. М.. «Нау-
ка», 1971. 203 с.

84.	Методика расчета промышленных ступенчатых аэраторных установок.
ДонУГИ, Министерство угольной промышленности УССР. 1971.

85.	Комплекс сооружений для очистки кислых шахтных вод шахты им. Ле-
нина ПО «Кизслуголь», Пермь, Проспект ВДНХ, 1975. 2 с.

86.	Мухамеджанов Ж. М., Текиниди К. Д., Жаров С. В. Очистка шахтных
вод в Карагандинском бассейне. — «Комплексное использование и охрана вод-
ных ресурсов», 1976, сер. 4, вып. 4, с. 8—12. (Экспресс-информация).

87.	Сатр Т. К. Е1осси!а41оп апб Посси1аНоп Ьаешз — «Ргос. Аглет. 8ос.
Ст! Еп^гз», 1953, у. 79, № 283.

88.	Жуков А. И., Демидов Л. Г., Монгайт И. Л. Канализация промышлен-
ных предприятий. М., Литература по строительству, 1969. 374 с.

89.	Николадзе Г. И. Водоснабжение. М., Сгройиздат, 1972. 247 с.

90.	Временная инструкция по правилам безопасности при устройстве и
эксплуатации хлораторных для предприятий Карагандинского угольного бас-
сейна, Караганда, ДНТИ ПО «Карагандауголь», 1975. 60 с. Авт.: К. Д. Тс-кпни
ди. С. В. Жаров. П. И Евстешин и др.

91.	Брежнев В. И. Обеззараживание воды на городских водопроводах М.,
Изд-во литературы по строительству. 1970. 142 с.
92.	Семененко Б. Л , Афанасьева Э. Я. К вопросу расчета цикла об<^вожи-
вания осадка шахтных вот на иловых площадках. — «На^ч. труды ПермНИУИ >,
1973, вып. XVI, с. 57- 61.

93.	Бейлин М. И Теоретические основы процессов обезвоживания углей. М„
«Недра», 1969. 236 с.

94.	Теоретические и экспериментальные исследования в области обезвожи-
вания угольной мелочи. ЛА., «Наука», 1969. 136 с.

95,	Борц М. А., Гупало 10. П. Обезвоживание хвостов флотации угольных
шламов. М., «Недра», 1972. 143 с.

96.	Шкоропад Д. Е. Центрифуги для химических производств. М., «Маши-
ностроение», 1975. 248 с.

97.	Гумбольдт Ведаг (ФРГ). Каталог центрифуг.

98.	Семененко Б. А., Бондаренко Н. К. Новая установка для 'механического
обезвоживания осадка, образующегося .при очистке шахтных вод. — «Шахтное
строительство», 1976, № 7, с. 23—24.

99.	Кукушкин В. М., Ким М. П., Федосеев В. И. Использование оборотного
осадка для повышения производительности вакуум-фильтров. — «Очистка шахт-
ных вод». 1974, .вып. XVIII, с. 10—22.

100.	Жуков А. И., Монгайт И. Л., Родзиллср И. Д. Методы очистки произ-
водственных сточных вод. ЛЕ, Стройиздат, 4977. 208 с.

101.	Прейгерзон Г. И. Обогащение угля. М., «Недра», 1969. 471 с.

102.	Перспективные '.методы обработки осадков .сточных вод (уплотнение,
кондиционирование, механическое обезвоживание). (Обзор), ЛЕ, 1975. 46 с.

103.	Гранович А. П., Акимов П. П., Штебнер С. Л. Промышленное фильтро-
вание необогащенпых шламов и его физико-химическая .интенсификация. — В кн.:
«Технология добычи и обогащения углей в Печорском бассейне», ЛЕ, 1977,
с. 235—240.

104.	Бавй! Д. Мапеуа! апб 8и1уес81сг Ьегпепз МиШ^аре Пазй есарогаИоп
зуз^егл Гог 1Ье рипПсаЬюп о Г асЫ — «М1пе Пгата^е РгапьасЬопез оГ 8сс1е1у о(
Т11пп1& Егг&тпеегз, АЕМЕ», 1972, V. 252.

105.	Санин М. В. Некоторые аспекты проблемы искусственного опреснения
природных вод. — «Водные ресурсы», 1973, № 4, с.

106.	Брис Д. Б., Таунсенд К. Р. Опреснение морской воды в испарителях
с мгновенным .вскипанием. — В кн.: «Опреснение соленых .вод». М., 1963.
с. 202—214.

107.	Дистилляционная установка для опреснения шахтных вод. Проспект
ВДНХ СССР, 1975. 2 с.

108.	Мо(ука /. апб Сгогура И. ОезаПпаНоп о! иное хуа!егз ш Иге РоИзй
соа! ггнгпп^ 1П(1и81гу». — РгосееЛп^з о( Айе 1п1егпа11опа1 8уптро81ит о! Дезй
м'а(ег (тот 1йе 8еа, 1976.

109.	Говерт А. А., Асе Г'. Ю., Штаф О. Г. Расчет допустимой степени упа-
ривания при опреснении шахтных вод ,методпм адиабатного испарения. — «Науч,
труды ПермНИУИ», 1975, вып. XX, с. 36—44.

110.	Наумов Г. Б., Рыженко Б. Н., Ходаковский И. Л. Справочник термоди-
намических величин. ЛЕ, Атомиздат, 1971. 248 с.

111.	Рахманин Ю. А. Гигиенические основы 'хозяйственно-питьевою водоснаб-
жения населенных мест опресненными водами. Л1атериалы семинара «Опресне-
ние и обессоливание воды». Общество «Знание», РСФСР, МДНТП им. Ф. Э. Дзер-
жинского, ЛЕ, 1976, с. 178—181.

112.	Санин М. В., Каминский В. С. Исследование обобщенных технико-эко-
номических показателей опреснительных установок. Материалы семинара «Оп-
реснение и обессоливание воды». Общество «Знание», РСФСР, МДНТП им.
Ф. Э. Дзержинского, ЛЕ, 1976, с. 3—12.

113.	Смагин В. Н., Евсина А. А., Тогобаев Е. Т. Опреснение шахтной воты
на электротиализной установке ЭДУ-50. — «Очистка шахтных вод». М., 1974.
вып ХЕШ, с. 65—75 (Науч, труды НИИОСуголь).
И4.	Блувштейн М. М. Повышение эффективности работы очистных сооружс
ний водопровода. М , Литература по строительству, 1971. 191 с.

115.	Кашлинская Г. А. Экономика пуска и наладки новых производств. М
Стройиз)дат, 1976. 139 с.

1.	16. Отраслевая методика определения экономической эффективности ново!
техники и усовершенствования производства в угольной промышленности. М„
ЦНИЭИуголь, 1973. 300 с.

117.	Отраслевая инструкция определения экономической эффективности в
угольной промышленности. М., ЦНИЭИуголь, 1975. 51 с.

118.	Новоселов Н. П., Лобанов П. И., Белицкая Р. Я- Экономическая оценка
очистки съгчных .шахтных .вод от взвешенных веществ. — ^Очистка шахтных вод».
ИГД им. А. А. Скочинского. М., 1974, вып. XVIII, с. 106—113. (Науч, труды
НИИОСуголь).

119.	Банин А. П. Эффективность .мероприятий по охране природных ресур-
сов. М., Стройиздат, 1977, 200 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение....................... .	............................... 3

Глава 1. Генезис шахтных вод........................................... 5

1.1.	Происхождение подземных вод ...	................ 5

1.2.	Притоки воды в шахты . .................................... 6

1.3.	Формирование химического состава подземных вод ....	10

1.4.	Классификация шахтных вод ...	................... 13

1.5.	Состав и свойства шахтных вод . .	................... 16

1.6.	Характеристика твердой фазы шахтНЪгх вод.................. 25

Глава 2. Требования к качеству шахтных вод при их использовании в
технических целях и выпуске в водоем.................................. 34

2.1.	Объекты водопотребления и требования	к	качеству	воды	.	34

2.2.	Условия спуска сточных вод в водоемы...................... 37

2.3	Необходимая степень очистки сточных вод при их отведении в
водоем......................................................   38

Глава 3. Очистка шахтных вод........................................   45

3.1.	Методы и технологические схемы очистки шахтных вод	.	.	45

3.2.	Реагентная обработка шахтных вод.......................... 59

3.3.	1 гсследсвание влияния реагентов на осветление шахтных вод
различного качественного состава . .	  61

3.4.	Обработка кислых шахтных вод . .	  70

3.5.	Оборудование реагентного хозяйства........................ 73

3.6.	Сооружения для осветления шахтных вод..................... 80

3.7.	Водоочистные ботанические площадки....................... 112

3.8.	Обеззараживание шахтных вод . .	  ИЗ

3.9.	Обезвоживание осадков шахтных вод........................ 126

3.10.	Опреснение шахтных вод ...	  134

Глава 4. Пуск и наладка очистных сооружений.......................... 151

4.1.	Проверка технической готовности очистных сооружений к пуску 152

4.2.	Подготовка очистных сооружений к пуску .................. 155

4.3.	Технологическая наладка и пуск сооружений в эксплуатацию	157

Глава 5. Технико-экономические показатели............................ 160

Список литературы..................................................   167