Комплекс очистки шахтных вод на шахте «Центральная» ОАО «Южуралзолото» г. Пласт

Суть проблемы

В 2012 году в НПП «Национальный центр водных технологий» с запросом на разработку и внедрение технологии очистки золотосодержащей руды обратились представители группы компаний «Южуралзолото» (ОАО). Целью проекта было снижение объема сточных вод, сбрасываемых предприятием, а также обеспечение собственных нужд водой питьевого качества в соответствие с СанПиН 2.14.1074-01 в объеме не менее 20м3/час и еще порядка 25м3/час – осветленной воды без коррекции ее минерально – солевого состава для использования в технологических целях. В соответствие с планами Заказчика этот объем позволил бы предприятию полностью обеспечить собственные потребности в качественной воде питьевого качества и получить экономию за счет отказа от приобретения указанного объема у муниципального поставщика. Также, часть очищенной воды предназначалась для питания собственного котельного цеха.

Исходные данные и условия реализации проекта

Анализ состава шахтных вод выявил высокие концентрации взвешенных веществ (до 25мг/литр размером менее 1 микрона, до 30мг/л размерностью от 1 до 10 микрон и до 20мг/литр размерностью более 10 микрон), высокой карбонатной жёсткостью (до 10 мг/экв), а также повышенными концентрациями Мышьяка, и минерализацией (более 1600 мг/литр). Заказчиком предлагалось частичное использование устаревшего модернизация его части путем дооснащения необходимыми технологическими модулями для достижения необходимых качественных показателей. Существующая технология очистки воды была построена при открытии предприятия в 1976 году и основывалась на классической технологии осветления воды с применением цилиндрических барабанных решеток и последующих ламинарных осветлителей. Такая схема вследствии изношенности существующего оборудования, а также отсутствия блоков коррекции минерально-солевого состава не обеспечивала надлежащего качества очистки шахтных вод требовала существенной модернизации.

Фото 1. Существующий ламинарный осветлитель

Фото 2. Станция химводоочистки шахты Центральная

В соответствие с полученным техническим заданием, инженерами НПП «Национальный центр водных технологий» была разработана технологическая схема с применением новейших мембранных технологий, которая, в последствие обеспечила полное соответствие качества очищенной воды предъявляемым требованиям.

Применяемые технологические и технические решения

Построение технологическое схемы основано на нескольких технологических этапах:

• предварительная механическая очистка воды от крупных взвешенных веществ и ее реагентная обработка входящего потока воды
• стадия ультрафильтрации для полного удаления взвешенных веществ и подготовки воды до требований, предъявляемых стадией мембранной обратноосмотической фильтрацией;
• стадия обратноосмотического разделения, в ходе которой производится коррекция минерально-солевого состава воды;
• стадия финишной коррекции рН очищенной воды до требований СанПиН 2.141074-01.

В качестве основного технологического ядра водоочистного оборудования был применен модульный обратноосмотический комплекс серии «АЙСБЕРГ-RO24000Pro/Д3. М8», включающий в себя три дискретных обратноосмотических модуля, производительностью по 8м3/час каждый, объединенные в единый комплекс. Важно отметить, что в составе комплекса были применены рулонные обратноосмотические мембранные элементы различной селективности производства DOW FILMTEC (США) — мембраны марки XLE-440 и мембраны Российского производителя ЗАО «РМ-Нанотех» марок nanoRO КН-8040С и nanoRO КСН-8040С.

Фото 3. Автоматический модульный мембранный комплекс серии «АЙСБЕРГ-RO24000Pro/Д3.М8

Такой подход был обусловлен, во-первых, необходимостью получения воды определенного качества и глубины очистки, во-вторых – необходимостью реального промышленного тестирования мембранных элементов отечественного производства и их сравнения в реальных условиях с американским аналогом на предмет стабильности характеристик в динамике, во время эксплуатации.
При этом, учитывая разность физических свойств мембран разных марок, установленных в каждом модуле, каждый из модулей содержит индивидуальную карту технологических процессов процесса фильтрации, рассчитанную в соответствие с технологическими требованиями конкретной марки мембраны.

Для подготовки качества исходной воды до требований, предъявляемых технологией обратного осмоса, в составе комплекса была использована установка ультрафильтрации серии «Ультра-UF400.ING», построенная на базе 10 ультрафильтрационных модулей DIZZER XL 1,5 MB 40 W производства компании Inge (BASF), обладающими на сегодняшний день лучшими на рынке техническими характеристиками по тонкости фильтрации и увеличенным сроком эксплуатации.

Фото 4. Установка ультрафильтрации Ультра-Про480 для очистки шахтной воды перед установкой обратного осмоса.

Расчетная производительность ультрафильтрационного комплекса на стадии проектирования при удельном съеме фильтрата на уровне 75 литров с 1м2 фильтрующей поверхности составляла 30м3/час, что полностью покрывало потребности обратноосмотической установки в исходной воде, подаваемой на глубокую очистку.

В качестве подающего насосного оборудования в составе комплекса очистки воды было принято решение о применении автоматической насосной станции серии «ТАЙФУН-50.40/2АПЧ-МС», производимых с применением насосов LOWARA итальянского концерна XYLEM, отлично зарекомендовавших себя более, чем на ста объектах промышленного назначения, реализованных нашим предприятием за последние пять лет работы центра. Насосные станции серии «ТАЙФУН» также, как и комплексы «АЙСБЕРГ» и «УЛЬТРА», являются серийно выпускаемым оборудованием НПП «Национальный центр водных технологий».

Фото 5. Автоматическая насосная станция серии «ТАЙФУН-50.40/3АПЧ-МС» в составе станции радоновой защиты

Особенностями насосных станций серии «ТАЙФУН» являются такие технические решения, как полная интеграция в АСУ верхнего уровня комплексов очистки воды по протоколу SIEMENS industrial Ethernet ProfiNet, включая возможность удаленного мониторинга работы насосной станции и ее тонкой настройки с пульта оператора, контроль за состояние насосов, возможность вывода в резерв по наработке основных насосов с подключением резервных, что позволяет равномерно распределять рабочую нагрузку и контролировать износ насосов. Также, штатная система управления насосных станций серии «ТАЙФУН» позволяет контролировать и состояние отводящих трубопроводов, сигнализируя при их порыве и защищая наносы от выхода в режим работы «вразнос». В отличие от существующих аналогов со стандартным частотным управлением, насосные станции серии «ТАЙФУН» управляются не по стандартной схеме «Датчик давления-Преобразователь частоты-Насос», а по схеме «Датчик давления-Центральный процессов АСУ-Преобразователь частоты-Насос» и имеет полную обратную связь о состоянии работы преобразователя частоты и резервирование датчика давления, при выходе которого из строя автоматически переводя работу системы на резерв. В штатном режиме система контролирует состояние датчиков давления, постоянно сравнивая их значения.

В результате запуска и промышленной эксплуатации комплекса очистки шахтных воды на шахте «Центральная» ОАО «Южуралзолото» в г. Пласт Челябинской области, Заказчиком получены результаты, полностью соответствующие техническому заданию. На протяжении более, чем двух лет круглосуточной эксплуатации, все характеристики качества очищенной воды остаются стабильными. Опыт по применению обратноосмотических мембран Отечественного производства полностью подтвердил их высокое качество и отсутствие каких-либо недостатков в сравнении с импортными аналогами. Начиная с 2013 года НПП «Национальный центр водных технологий», находясь в тесном сотрудничестве с ЗАО «РМ-Нанотех» полностью переориентировал свое производство на использование Российских обратноосмотических и нанофильтрационных мембранных элементов.

Фактические характеристики работы комплекса очистки воды по состоянию на Январь 2023 года (7 лет со дня ввода в эксплуатацию)

• производительность установки ультрафильтрации по фильтрату – 48-50м3/час при КПД очистки равном 87-90% от объема исходной воды, эксплуатационные затраты на комплекс ультрафильтрации – не более 32.000,00 рублей в месяц, без учета электроэнергии. Фактические энергозатраты – не более 0,2кВт/1м3 фильтрата;
• производительность обратноосмотического комплекса – 23м3/час при КПД очистки на уровне 73% от объема подаваемой воды, эксплуатационные затраты – не более 70.000,00 рублей в месяц, без учета электроэнергии. Фактические энергозатраты – не более 0,75кВт/1м3 фильтрата;

Задача по полному замещению муниципальных источников водоснабжения предприятия выполнена полностью, при этом экономия составляет порядка 2,5-3,0 млн. рублей ежегодно.