Шахтная вода, усреднитель, открытый гидроциклон, тонкослойный отстойник, реагентное хозяйство, осветленная вода, осадок, хлорная вода, осветление.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Характеристика шахтных вод ……………………………………….....5

2 Принятая схема осветления шахтных вод ……………………………..7

3 Технологические расчеты очистных сооружений…………………….10

4 Описание работы сооружений:

4.1 Открытые гидроциклоны …………………………………………..23

4.2 Тонкослойные отстойники………………………………………….23

4.3 Реагентное хозяйство………………………………………………. 24

4.4 Хлораторная установка…………………………………………….. 24

Список использованной литературы …………………………………….26

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ШАХТНЫХ ВОД

Шахтные воды формируются за счет подземных и поверхностных вод, проникающих в горные выработки. Стекая по выработанному пространству и горным выработкам, они загрязняются бактериями, взвешенными, в том числе радиоактивными, и растворимыми химическими веществами.

Предприятия угольной промышленности откачивают большой объем шахтных вод. В гидрологическую сеть поступает около 3...10 м шахтных вод на тонну добытого угля. Качественный состав шахтных вод разнообразен и существенно изменяется по угольным бассейнам, месторождениям и районам. Их сброс в наземную гидрографическую сеть вызывает заиление, засоление и закисление водоемов и водотоков, нарушая тем самым экологическое равновесие в угольных бассейнах. Постоянный переход горных работ на более глубокие горизонты и усложнение при этом гидрогеологических условий приводят к дальнейшему увеличению объемов и загрязненности, попутно забираемых вод различными веществами, а также истощению подземных водоносных горизонтов, в том числе насыщенных чистой питьевой водой. В основном откачиваемые шахтные воды загрязняются взвешенными и растворенными минеральными веществами, бактериальными примесями минерального, органического и бактериального происхождения. Минеральные примеси - это песчаные и глинистые частицы, минеральные включения углей, инертная пыль, также содержащиеся в шахтных водах растворенные соли, щелочи и кислоты. Органические загрязнения - частицы чистого угля, минеральные масла и другие нефтепродукты, применяемые для смазки горных машин и механизмов, продукты жизнедеятельности живых организмов, разложения древесины и другие. Бактериальные вещества - различные микроорганизмы. Наличие в воде загрязнений вызывает ее помутнение, обусловливает окисляемость и цветность, придает запах и привкус, определяет минерализацию, кислотность и жесткость. В большинстве случаев шахтные воды не пригодны для питья и обладают свойствами, исключающими их использование в технических целях без предварительной обработки.

На шахте «Красноармейская — Западная» основными загрязнителями шахтных вод являются взвешенные вещества, представленные частицами угля, сланца и вмещающих пород. Они находятся в воде в виде грубодисперсных взвесей. Органические загрязнения представлены нефтепродуктами, содержание которых – 1 мг/л. Среднее содержание взвешенных веществ в шахтной воде - 350 мг/л.

Суточный приток горных вод в шахту составляет 5900 м /сут.

Состав и свойства шахтных вод, а также концентрация и степень
дисперсности взвешенных веществ зависят от горно-геологических и
технологических факторов. К главным из них относятся состав и свойства
подземных вод, питающих горные выработки, состав и свойства вмещающих
горных пород, свойство угольных пластов, средства механизации выемки угля и проходки подготовительных выработок; к вспомогательным факторам относят климат, рельеф местности, растительность и т.д.

2 ПРИНЯТАЯ СХЕМА ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД

Анализ качества шахтных вод шахты «Красноармейская — Западная»

и сравнение показателей с требованиями к очищенным шахтным водам для сброса в природную среду, показывают, что требуется удаление взвешенных веществ (снижение их содержания от 350 мг/л до 25 мг/л), а также снижение концентрации нефтепродуктов до 0,3 мг/л. Таким образом, требуется осветление шахтных вод, после которого перед сбросом необходимо их обеззараживание.

Поскольку 23 % взвешенных веществ представлены грубо дисперсными угольными частицами с крупностью более 1 мм, для их удаления предусматриваем открытые гидроциклоны. В этих аппаратах частицы в поле центробежных сил отбрасываются к цилиндрическим стенкам и сползают в коническую зону накопления осадка.

Тонкодисперсные частицы взвеси для удаления из шахтной воды требуют предварительного укрупнения (агрегации), поэтому предусматриваем обработку очищаемой шахтной воды флокатоном. Для приготовления раствора реагента требуемой концентрации устраиваются растворные баки с подводом воды из водопровода. Хранение флокатона в бочках производится на складе сухого хранения. Дозируется раствор в воду с помощью плунжерного насоса-дозатора. Для смешивания раствора флокулянта с обрабатываемой шахтной водой после открытого гидроциклона на трубе устраивается шайбовый смеситель.

Вода после смешивания с реагентом поступает в тонкослойный отстойник для удаления тонкодисперсных флокулированных взвесей. В вихревой камере хлопьеобразования образуются хлопья, которые осаждаются в тонкослойных каналах и сползают по полкам в зону накопления осадка. Осветленная вода собирается над тонкослойными модулями дырчатыми трубами и отводится из отстойника.

Для обеззараживания осветленной шахтной воды она обрабатывается хлорной водой. Хлор поставляется в баллонах в жидком виде (под давлением), испаряется, образующийся хлор-газ проходит через грязевик для обеспыливания и удаления влаги, и поступает в хлоратор Вечерского. В вакуумном хлораторе производится измерение расхода хлор-газа и его смешивание с водопроводной водой.

Образующиеся при осветлении шахтной воды осадки обрабатываются следующим образом. Плотный осадок, состоящий из угольных частиц, из открытого гидроциклона периодически удаляется под гидростатическим давлением путем открывания затвора в кузов самосвала и направляется на угольный склад.

Рыхлый осадок из тонкослойных отстойников удаляется периодически под гидростатическим давлением путем открывания задвижки на дырчатой трубе и направляется на обезвоживание.

Рис. 1 Принятая схема очистки шахтных вод

УСР - усреднитель;

ОГЦ – открытый гидроциклон;

ШУ – шайбовый узел;

БФ – бак флокулянта;

ТО – тонкослойный отстойник;

ХХ – хлорное хозяйство;

Суточная производительность проектируемых очистных сооружений шахтной воды равна ее притоку и составляет 5900 м /сут. Предусматриваем равномерную работу очистных сооружений в течение суток, поэтому часовая производительность проектируемых очистных сооружений составит . Секундный расход очищаемых стоков или 100 л/с.

Поскольку режим работы шахтного водоотлива неравномерный, для равномерной работы очистных сооружений предусматриваем в начале схемы усреднители, из которых вода на очистку подается насосами в равномерном режиме. В усреднителе не должны выпадать крупные взвеси (во избежание их заиливания), поэтому часть откачиваемой воды направляется на взмучивание осадков. Для взмучивания по длине усреднителей на дне укладываются дырчатые трубы, в которые подводится вода от насосов.

В качестве усреднителей используем секции имеющегося на шахте шахтного отстойника с размерами: длина - 30м, ширина – 4,5м, глубина - 5м.

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

В расчете технологической схемы выбираем гидроциклон и количество их в схеме очистки шахтных вод. Принимаем 2 гидроциклона типа ОГЦ. Рассчитываем удельный расход, площадь одного аппарата и диаметр ОГЦ. Далее вычисляем геометрические размеры циклона, рассчитываем объем осадка и периодичность его удаления.

Также производим расчет реагентного хозяйства. Выбираем реагент
флокулянта - флокатон, количество растворно-расходных баков - 2, а также тип дозатора - насос дозатор. Рассчитываем основные характеристики растворно - расходных баков и способ складирования реагента.

При расчете тонкослойного отстойника рассчитываются его геометрические параметры, параметры камеры хлопьеобразования, зоны накопления осадка. Далее следует расчет: труб подвода и распределения исходной воды, труб для сбора осветленной воды, трубы для отвода осадка.

Расчеты принятых очистных сооружений выполнены в табличной форме.
Результаты расчетов сведены в таблицы 1-5.

Таблица 1 Расчет усреднителей

Наименование показателя	Ед. изм.	Формула для определения	Резуль-тат
1. Тип и количество секций		Шахтный отстойник, n =
2. Размеры секции усреднителя	м	L x b x h= 30*6*3
3. Объем усреднителя	м3	W = n L b h =
4. Продолжительность усреднения	час	T = W / Q =1080/245,8 Не менее 3 ч	4,39
5. Способ взмучивания		Циркуляция от насоса по донным дырчатым трубам

Таблица 2 Расчет шайбового узла ввода реагента

Наименование показателя	Ед. изм.	Формула для определения	Резуль-тат
1. Принятое количество	шт.
2. Расход на одну шайбу	л/с	Q1 = Q / 2 =68/2
3. Диаметр трубопровода	м	D по таблицам Шевелева по Q1 (выделено рамками)	0,2
4. Скорость течения воды в трубе	м/с	V по таблице Шевелева по Q1	0,99
5. Нормативная величина потерь напора в шайбе	м	h =	0,3
6. Скорость течения в шайбе	м/с	V2 = √ V2 + 2g h=	3,8
7. Диаметр отверстия в шайбе	м	d = √ 4Q1 / 1000 π V2 =	1,622

Таблица 3 Расчет открытых гидроциклонов

Наименование показателя	Един. измер.	Формула для определения	Резуль-тат
1. Количество ОГЦ	шт.	N = 2 ; 4
2. Расход воды на один ОГЦ	м3/час	Q1 = Q / N =245,8/ 4	61,45
3. Минимальная гидравли-ческая крупность задержи-ваемой взвеси	мм/с	Umin = 4 ¸ 6
4. Удельный расход воды	м3/час м2	.q= 4.32 Umin =4,32*4	17,3
5. Площадь одного аппарата	м2	F = Q1 / q =61,45/ 17,3	3,6
6. Диаметр ОГЦ	м	D=Ö 4 F / p = = D £ 3.5	2,1
7. Высота цилиндрической части	м	Hц = D	2,1
8. Высота конической части	м	Hk=0.5 D tg 600= =0,5*2,1*1,73	1,8
9. Объем конической части	м3	Wk = p D2 Hk / 3=3,14*2,1*2,1*1,8/3=24,9/3	8,3
10. Диаметр впускного патрубка	м	d = 0.1 D =0,1*2,1 Принимаем	0,21
11. Плотность осадка	т/м3	r = 1,6	1,6
12. Процентное содержание взвеси крупнее 1 мм	%	Р из задания	23%
13. Объем осадка, выпадаю-щего за один час	м3/час	W1 = P Cисх Q1 / r 106 =23*350*61,45/1,6*1000000	0,3
14. Периодичность удаления осадка	час	t = Wk / W1 =8,3/0,3	27,7

Таблица 4 Расчет тонкослойных отстойников конструкции ДонУГИ

Наименование показателя или элемента	Ед. изм.	Формула для определения	Резуль-тат
Габариты в плане
1. Общий расход воды на все отстойники	м3/час	Q	245,8
2. Удельная гидравлическая нагрузка	м3/ч м2 q	3,0 ¸ 3,5 для маломутных вод 3,6 ¸ 4,5 для среднемутных вод 4,6 ¸5,5 для мутных вод	5,5
3. Общая площадь отстой-ников	м2	F = Q/q =245,8/5,5	44,7
4. Ширина одной секции	м	B = 3
5. Общая длина отстойников	м	L = F/B =44,7/3	14,9
6. Длина одной секции	м	l = 6 ¸ 12
7. Количество секций	шт	N = L / l = 14,9/7 (не менее 2)	2,1
Расчет тонкослойных элементов
8. Угол наклона пластин	град	b
9. Минимальная гидравли-ческая крупность задержи-ваемых частиц взвесей	мм/сек U	0,35 ¸ 0,45 для маломутных вод 0,45¸ 0,5 для среднемутных вод 0,5 ¸ 0,6 для мутных вод	0,6
10. Высота тонкослойного элемента	м	h = 0,02 ¸ 0,05	0,03
11. Коэффициент стеснения потока сползающим осадком		Kc = 0,7 ¸ 0,8	0,7
12. Средняя скорость движе-ния воды в канале отстойни-ка	мм/с	v = 6 ¸ 8 для маломутных вод v = 7¸ 10 для среднемутных вод v = 9 ¸ 12 для мутных вод
13. Продолжительность отстаивания	с	tо= 1000 h/U соs b KC =1000*0,03/0,6*0,5*0,7	142,9
14. Величина коэффициента объемного использования		Ки =1,1	1,1
15. Длина тонкослойного элемента	м	lT = Ки v tо /1000=1,1*10*142,9/1000	1,6
16. Высота тонкослойного блока	м	hT = l T sin b =1,6*0,87	1,4
Расчет вихревой камеры хлопьеобразования
17. Принятая продолжитель-ность пребывания воды в камере	мин	tх= 6 ¸ 12
18. Объем камеры	м3	W = Q tх /60 N= 245,8*7/60*2	14,3
19. Принятый угол между стенками камеры	град	a = 50 ¸ 90

20. Высота призматической части	м	hп = 0,5 (B – 1- 2d1/1000) ctg a /2 1,72=0,5*1,4*1,72	1,2
21. Объем призматической части	м3	Wп = 0,5 l hп (B - 1 – 2 d1/1000)=0,5*7*1,2*1,4	5,9
22. Объем верхней части	м3	Wв = W – Wп =14,3-5,9	8,4
23. Высота верхней части	м	hв = Wв /(2d1/1000+hпtgα/2)l =8,4/9,1	0,9
24. Полная высота камеры	м	hк= hп + hв =1,2+0,9	2,1
Зона накопления осадка
25. Суточный расход воды	м3/сут	Q=5900
26. Концентрация взвеси в исходной воде	мг/л	Cисх = Свх (1-Р / 100)= 350*(4-23/1000)   Р – см. ОГЦ
27. Концентрация взвеси в отстоенной воде	мг/л	Сосв = 15 ¸ 20
28. Принятая длительность периода между чистками отстойника	час	tн = 6, 12, 24
29. Плотность осадка	г/м3	r = 50000
30. Объем осадка, выпадающий за одни сутки	м3	W = Q (Cисх - Сосв ) / r= 5900*295/50000	34,8
31. Объем зоны накопления осадка	м3	Wн = W tн / 24=34,8/24	17,4
32. Высота зоны накопления осадка	м	hн = Wн / В N l =17,4/3*2*7	0,4
33. Полная высота отстойников	м	H = hн + hк + hт +0.8=0,4+2,1+1,4+0,8	4,7
Труба подвода и распределения расхода исходной воды
34. Расчетный расход одного отстойника	м3/с	q = Q /N =0,068/2	0,034
35. Количество труб	шт	n
36. Расход на одну трубу	м3/с	q1 = q / n =0,034/1	0,034
37. Скорость воды в трубе	м/с	V = 0,5…0,6	0,5
38. Площадь сечения трубы	м2	f = q1 / V =0,034/5	0,068
39. Диаметр трубы	мм	d1 = 1000 = Принимаем	0,3
40. Коэффициент перфора-ции трубы		Kп = 0,3…0,4	0,3
41. Общая площадь отверс-тий на трубе	мм2	Sf = Kп p d12 /4=0,3*3,14*300*300/4
42. Диаметр отверстия	мм	d0 ³ 25
43. Площадь одного отверстия	мм2	f1 = p d02 /4= 3,1425*25/4	490,6
44. Количество отверстий на трубе	шт	n0 = Sf / f1 n =21195/490,6*1	43,2

45. Шаг отверстий	м	e = l / n0 =7/43,2 не более 0,5 м	0,2
Трубы для сбора осветленной воды
46. Расчетный расход	м3/с	q = Q / N =0,068/2	0,034
47. Количество труб	шт	n
48. Расход на одну трубу	м3/с	q1 = q / n =0,034/2	0,02
49. Скорость воды в трубе	м/с	V = 0,6…0,8	0,6
50. Площадь сечения трубы	м2	f = q1 / V =0,02/0,6	0,03
51. Диаметр трубы	мм	d2=1000 = 1000* Принимаем
52. Скорость движения воды в отверстиях	м/с	V0 = 1,0	1,0
53.Общая площадь отверстий на трубе	мм2	Sf = q1 106 / V0 =0,02*10*10*10*10*10*10/1,0
54. Диаметр отверстия	мм	d0 ³ 25
55. Площадь одного отверс-тия	мм2	f1 = p d02 /4 =3,14*26*26/4	530,7
56. Количество отверстий на трубе	шт	n0 = Sf / f1 n =20000/530,7	37,6
Труба для отвода осадка
57. Принятая продолжитель-ность удаления осадка	мин	t = 20…30
58. Коэффициент разбавле-ния осадка		Кр = 1,5	1,5
59. Общее количество сбра-сываемого осадка	м3	Woc = Wн / N =17,4/2	8,7
60. Расчетный расход осадка из одной секции	м3/с	q = Kp Woc / 60 t =1,5*8,7/60*20	0,01
61. Количество труб	шт	n
62. Расход осадка на одну трубу	м3/с	q1 = q / n =0,01/1	0,01
63. Скорость осадка в трубе	м/с	V = 1,0	1,0
64. Площадь сечения трубы	м2	f = q1 / V =0,01/1	0,01
65. Диаметр трубы	мм	d3= 1000* Принимаем
66. Коэффициент перфора-ции трубы		Kп = 0,5…0,7	0,7
67. Общая площадь отверс-тий на трубе	мм2	Sf = Kп p d32 /4=0,7*3,14*125*125/4	8585,9
68. Диаметр отверстия	мм	d0 ³ 25
69. Площадь одного отверстия	мм2	f1 = p d02 /4=3,14*25*25/4	490,6
70. Количество отверстий на трубе	шт	n0 = Sf / f1 n =8585,9/490,6	17,5
71. Шаг отверстий	м	e = l / n0 =7/17,5 требуется 0,3…0,5м	0,4 0,3

Таблица 5 Расчет реагентного хозяйства

Наименование показателя	Един. измер.	Формула для определения	Резуль-тат
1. Принятый реагент			ППС
2. Доза реагента	г/м3	D = 5 - 10
3. Содержание активного продукта в реагенте	%	A	90%
4. Концентрация раствора реагента	%	С
5. Плотность раствора	кг/м3	r
6. Суточный расход техни-ческого продукта	кг	G = D Q / 10 A =6*5900/10*90 Q - м3 /сут	39,3
7. Срок запаса реагента	сут	Т = 30 - 90
8. Плотность технического продукта	кг/м3	р
9. Высота складирования	м	Н	0,7
10. Площадь склада	м	F = G T / p H =39,3*60/1200*0,7	2,8
11. Период времени, на которое заготавливается реагент	час	t = 12, 24, 36
12. Емкость растворно - расходных баков реагента	м	W = D Q t / 10 C r =6*245,8*12/10*1*1005   Q - м3 /час	1,76
13. Количество баков	шт	N
14. Емкость одного бака	м	W1 = W / N =1,76/2	0,9
15. Размер бака кубической формы	м	a x b x h	0,97
16. Интенсивность подачи сжатого воздуха для рас-твора	л/с м2	w - по п.6.23 СНиП
17. Расход сжатого воздуха для перемешивания раст-вора	л/час	W = 60 w a b =60*20*0,97*0,97	538,7
18. Расход раствора реа-гента	л/час	.q = 100 D Q / C r =100*6*245,8/1*1005	146,7
19. Принятый тип дозатора и его характеристики		При q до 5 л/ч – ПДщ, выше - НД

4 Описание работы сооружений

4.1 Открытые гидроциклоны

Очищаемая вода поступает в открытый гидроциклон по трубопроводу,
расположенному тангенциально в нижней области цилиндрической части корпуса. В результате чего вода движется по восходящей спирали. При этом тяжелые частицы угля отбрасываются к стенкам центробежными силами и опускаются в нижнюю коническую часть корпуса, а легкие всплывают наверх и задерживаются погружными воронками или полупогружными кольцевыми щитами. Очищенная вода собирается в кольцевой водосборный лоток и отводится из циклона. Осадок, состоящий из частиц угля, периодически при открывании запорного устройства на выпуске у вершины конуса сбрасывается в самосвал и направляется на угольный склад, поскольку представляет собой фактически уголь мелкой фракции.

4.2 Тонкослойные отстойники

Исходная вода в тонкослойный отстойник поступает по дырчатой трубе и направляется в продольные распределительные каналы, откуда через щели, образованные наклонными направляющими плоскостями, она попадает в нижнюю часть наклонных ячеек. Наклонные плоскости, образующие ячейку, установлены под углом, большим естественного угла относа осадка. Восходящий поток воды между наклонными плоскостями имеет ламинарный режим движения, в результате чего в пределах ячейки происходит интенсивное выпадение взвешенных веществ в осадок, который сползает под действием силы тяжести с наклонных плоскостей в камеру накопления осадка и отводится под действием гидростатического давления по дырчатой трубе для удаления осадка. Тонкослойный отстойник в реагентной схеме очистки шахтных вод оборудуется камерой хлопьеобразования, где при добавлении в воду флокулянта - флокатона образуются механические связи из макромолекул между отдельными частицами, объединяемыми в крупные агрегаты - флокулы. Добавление в воду флокатона приводит к улучшению процесса хлопьеобразования - образование флокул и к более эффективному осаждению хлопьев.

Осветленная вода собирается в дырчатых сливных желобах и отводится по
трубе.

4.3 Реагентное хозяйство

Реагент флокатон поставляется в виде геля в бочках. Содержимое бочки загружается в растворно-расходный бак и заливается водой из водопровода.

Для растворения флокулянта на дне бака устанавливаются дырчатые трубы, через которые подается сжатый воздух от воздуходувки. После растворения флокатона и получения его раствора требуемой концентрации, осуществляется дозирование раствора насосом - дозатором. Отдозированный раствор реагента - флокатона смешивается со сточными водами в трубопроводе перед тонкослойным отстойником.

Периодически растворно-расходный бак чистят от осадка, сбрасывая его в канализацию. Все реагентное хозяйство находится в закрытых помещениях.

4.4 Хлораторная установка

Установлена для хлорирования воды включает расходный склад, на котором хранятся баллоны с жидким хлором, дозирование газообразного хлора и образование хлорной воды. Хлор поставляется в баллонах, которые помещаются на весы для контролирования расхода хлора.

Хлор-газ под воздействием окружающего тепла испаряется из баллона,
очищается в грязевике от частиц пыли и влаги, и поступает на хлоратор Вечерского. В хлораторе происходит измерение расхода хлорного газа и смешивание его с водой с помощью эжектора. Образуемая в результате хлорная вода подается в очищенную воду для ее обеззараживания перед сбросом в реку Кальмиус.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горшков В.А. Очистка и использование сточных вод предприятия угольной промышленности. – М.: Недра, 1981. – 269с.

2. Парахонский Э.В. Охрана водных ресурсов на шахтах и разрезах. - М.: Недра, 1992. – 191с.

3. СНиП 2.04.02 – 84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.- М.: Стройиздат, 1986. – 134 с.

4. Пособие по проектированию сооружений для очистки и подготовки воды (к СНиП 2.04.02-84). М.: ДИТП Госстроя СССР, 1989. -128с.

5. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения.- М.: Стройиздат, 1986. – 124 с.

6. Шевелев Ф.А., Шевелев А.Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб: Справ. пособие.- М.: Стройиздат, 1984. - 205 с.