Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса по очистке угольно - глинистых суспензий с применением флокулянтов 9
1.1. Классификация загрязнений окружающей природной среды 9
1.1.1 Источники загрязнения водного бассейна 15
1.1.2 Экологическое состояние поверхностных и подземных вод 16
1.2. Методы очистки угольно - глинистых суспензий 19
1.3. Механизмы флокуляции угольно-глинистых суспензий синтетическими полимерными флокулянтами 25
1.4. Основные методы модифицирования флокулянтов 34
1.5. Характеристика состояния водно-шламовых схем на обогатительных фабриках Кузбасса 42
Выводы 47
Глава 2. Постановка эксперимента и методы исследований 49
2.1. Структура эксперимента 49
2.2. Характеристика объектов исследования 50
2.3. Определение гранулометрического состава 51
2.4. Влияние различных видов флокулянтов на степень очистки угольно-глинистой суспензии 54
Выводы 64
Глава 3. Получение модифицированных флокулянтов 65
3.1 .Определение оптимального модификатора 65
3.2. Получение модифицированных флокулянтов 66
Выводы 73
Глава 4. Обоснование возможности создания замкнутого цикла использования технологической воды в процессе обогащения угля 74
4.1 . Определение изменений содержания взвешенных частиц в повторно используемой воде после каждого цикла водооборота 74
4.2.Предлагаемая технологическая схема очистки вод обогатительных фабрик 79
Выводы 81
Заключение 82
Литература 83
Приложения 97
- Классификация загрязнений окружающей природной среды
- Характеристика состояния водно-шламовых схем на обогатительных фабриках Кузбасса
- Получение модифицированных флокулянтов
- Определение изменений содержания взвешенных частиц в повторно используемой воде после каждого цикла водооборота
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время охрана природы и рациональное использование природных ресурсов продолжает оставаться одной из важнейших задач общества Остро вопрос охраны природы стоит и в топливно-энергетических комплексах, одним из которых является Кузбасс, на долю которого приходится более 60 % добычи угля в стране
Известно, что различные процессы горного производства оказывают негативное влияние на природные комплексы, в том числе и на водные объекты Одним из таких процессов является обогащение угля, сопровождающееся большими объемами сброса отработанных вод обогатительных фабрик (ОФ) в окружающую среду Естественно, отработанные воды ОФ проходят определенную очистку, эффективность которой явна недостаточна
Низкая эффективность очистки отработанных вод ОФ может приводить к накоплению взвешенных частиц в оборотных системах, засорению фильтров, выводу из строя оборудования и, как следствие, к сбросу в окружающую среду вод, не удовлетворяющих возрастающим экологическим требованиям
Используемые в настоящее время на ОФ способы отделения твердой фазы в отработанных водах реализуют технические решения, которые зачастую не учитывают особенностей того или иного технологического процесса, требуют значительных затрат
Поэтому улучшение качества очистки угольно-глинистых суспензий ОФ с использованием недорогостоящего и достаточно эффективного флокулянта, позволяющего существенно снизить загрязнения окружающей природной среды является весьма актуальным
Цель работы - разработка способа очистки оборотных вод в технологических циклах обогатительных фабрик для снижения техногенной нагрузки на окружающую среду
Задачи исследований:
определить влияние гранулометрического состава взвешенных частиц угольно-глинистой суспензии на их накопление в оборотном цикле водоснабжения,
разработать флокулянт, обладающий достаточно большой эффективностью и оценить его воздействие на осаждение взвешенных частиц угольно-глинистой суспензии обогатительных фабрик,
- установить изменение концентрации взвешенных частиц угольно-
глинистой суспензии от их размеров в повторно используемой воде с учетом их
накопления,
- разработать рекомендации по совершенствованию оборотного цикла ис
пользования технологической воды
Обоснованность и достоверность научных результатов обеспечены научно и методически обоснованной постановкой задач по исследованию угольно-глинистой суспензии,
использованием прибора «Analysette-22» с малой погрешностью для надежного и достаточно точного проведения экспериментов по определению гранулометрического состава взвешенных частиц,
хорошей воспроизводимостью экспериментов при идентичных начальных условиях,
использованием статистически обоснованных методов обработки экспериментальных данных при получении научных выводов
Научная новизна заключается в следующем
Впервые определено влияние гранулометрического состава взвешенных частиц угольно-глинистой суспензии на их накопление в оборотном цикле водоснабжения ОФ Установлено, что наиболее интенсивно происходит накопление частиц с размерами от ОД до 5,0 мкм, которые значительно снижают эффективность использования оборотных вод
Впервые разработан модифицированный флокулянт, позволяющий более эффективно улавливать взвешенные частицы с размером менее 5 мкм
Получена зависимость изменения концентрации взвешенных частиц от их размеров в повторно используемой воде с учетом их накопления
Практическая значимость работы:
Результаты работы позволяют улучшить процесс очистки угольно-глинистой суспензии путем усовершенствования оборотного цикла использования технологической воды с применением модифицированного флокулянта (ПАА и ЭГ) и тем самым, снизить вредное воздействие на окружающую среду
Результаты исследований внедрены на ЦОФ «Березовской», ОФ «Северной», а также используются проектными организациями при решении задач охраны окружающей среды
На защиту выносятся:
Разработан способ эффективного воздействия на угольно-глинистую суспензию, содержащую тонкодисперсные частицы, основанный на применении модифицированного флокулянта
Разработана технологическая схема оборотного водоснабжения с использованием модифицированного флокулянта, которая позволяет существенно повысить эффективность улавливания частиц 0,1-5,0 мкм и улучшить очистку угольно-глинистой суспензии обогатительных фабрик в 2,5 раза, по сравнению с немодифицированным флокулянтом
Разработан модифицированный флокулянт, обеспечивающий повышение эффективности оборотного цикла использования технологической воды в процессе обогащения угля"
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертации докладывались на Международной научно-практической конференции (Кемерово, 2002 г), конференции молодых ученых (Барнаул, 2004-2005 г г ), Всероссийской научно-практической конференции Института угля и угле-химии СО РАН (Кемерово, 2003 г), конференции молодых ученых (Кемерово, 2007 г)
Личный вклад автора заключается:
- в определении влияния гранулометрического состава взвешенных час
тиц угольно-глинистой суспензии на их накопление в оборотном цикле водо
снабжения и в установлении размеров взвешенных частиц от 0,1 до 5,0 мкм зна
чительно снижающих эффективность использования оборотных вод
-в получении модифицированного флокулянта, позволяющего более эффективно улавливать взвешенные частицы с размером менее 5 мкм
- в получении зависимости изменения концентрации взвешенных частиц
от их размеров в повторно используемой воде с учетом их накопления
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 печатных работ, в т ч одна статья в издании, рекомендованном ВАК РФ
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения четырех глав и заключения, списка литературы из 140 наименований отечественных и зарубежных В ней содержится 96 страниц машинописного текста, в том числе 22 рисунка и 8 таблиц
Классификация загрязнений окружающей природной среды
С экологических позиций понятию «загрязнение» можно дать определение - загрязнение окружающей среды есть любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или не живых компонентов или структурных изменений, превышающих круговорот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего данная экологическая система разрушается или снижается ее продуктивность. Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический вид, попадающие в окружающею среду или возникающие в ней в количествах, превышающих обычную концентрацию - предельные естественные колебания или средний природный фон в рассматриваемое время.
Основным показателем, характеризующим воздействие загрязняющих веществ на окружающую природную среду, являются ПДК (предельнго допустимые концентрации). С позиции экологии предельно допустимые концентрации конкретного вещества представляют собой верхние пределы лимитирующих факторов среды (в частности, химических соединений), при которых их содержание не выходит за допустимые границы экологической ниши человека.
Ингредиенты загрязнения - это тысячи химических соединений, особенно металлы и оксиды, токсичные вещества, аэрозоли. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в настоящее время используется около 500 тыс. химических соединений. При этом около 40 тыс. соединений обладают весьма вредными для живых организмов свойствами, а 12 тыс. - токсины.
Наиболее распространенные загрязнители - зола и пыль различного состава, оксиды цветных и черных металлов, различные соединения серы, азота, хлора, фтора, радиоактивные газы, аэрозоли и т.п. Наибольшее загрязнение атмосферному воздуху в практической деятельности приносят оксиды углерода, на их долю ежегодно приходится примерно 200 млн. т., пыли — 250 млн. т., золы — 120 млн. т., углеводородов — 50 млн. т. Стремительно растет насыщение биосферы тяжелыми металлами - ртутью, гелием, германием, цинком, свинцом. При этом следует отметить, что при сжигании топлива, особенно угля, вместе с золой и отходящими газами в окружающую среду его поступает больше, чем добывается из недр: магния примерно в 1,5 раза, молибдена примерно в 3, мышьяка примерно в 7, урана и титана примерно в 10 раз, алюминия, йода, кобальта примерно в 15 раз, ртути примерно в 50, лития, ванадия, стронция, бериллия, циркония — в сотни раз, гелия, германия — в тысячи раз, иттрия — в десятки тысяч раз [8]. Загрязнения окружающей среды подразделяются на вызванные какими-либо естественными, обычно катастрофическими причинами (наводнения, извержения вулканов, селевые потоки и т.п.) и антропогенные, возникающие в результате деятельности людей.
Среди антропогенных выделяют загрязнения:
биологическое — случайное или благодаря деятельности человека;
микробиологическое (микробное) — появление необычно большого количества микроорганизмов, связанное с массовым их размножением на антропогенных субстратах или средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека;
механические — засорение среды агентами, оказывающими лишь механическое воздействие без физико-химических последствий.
химические — изменение естественных химических свойств среды или проникновение в среду веществ, нормально отсутствующих, в ней или в концентрациях, превышающих ПДК;
физические — изменение естественного физического состояния среды. В свою очередь физическое загрязнение состояния среды подразделяется на:
а) тепловое (термальное) — возникающее в результате повышения темпе ратуры среды главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, воды и отходящих газов;
б) световое — нарушение естественной освещенности местности в результате воздействия искусственных источников света;
в) шумовое — образующееся в результате увеличения интенсивности и повторяющегося шума сверх природного уровня;
г) электромагнитное — появляющееся в результате изменения электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных установок и т.п.), приводящее к глобальным и местным геофизическим аномалиям и изменениям в тонких биологических структурах;
д) радиоактивное, связанное с повышением естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ.
Непосредственными объектами загрязнения (акцепторами загрязняющих веществ) служат основные компоненты экотопа: атмосфера, вода, почва. Косвенными объектами загрязнения являются составляющие биоценоза — растения, животные и микроорганизмы.
Антропогенные источники загрязнения весьма разнообразны: среди них не только промышленные предприятия и теплоэнергетический комплекс, но и бытовые отходы, отходы животноводства, транспорта, а также химические вещества, вводимые человеком в экологическую систему для защиты полезных продуцентов от вредителей, болезней и сорняков.
На промышленных предприятиях загрязняющие окружающую природную среду вещества подразделяются на четыре класса по показателям токсичности (ПДК — предельно допустимые концентрации) и опасности (ЛК5о — летальные концентрации):
I - чрезвычайно опасные (ЛК5о 0,5 мг/л);
II - высокоопасные (ЛК5о до 0,5 мг/л);
III— умеренно опасные (ЛК50 до 50 мг/л);
IV- малоопасные (ЛК5о 50 мг/л).
По их агрегатному состоянию загрязняющие окружающую среду вещества подразделяются также на четыре класса: твердые, жидкие, газообразные и смешанные.
Кроме того, промышленные выбросы в окружающую среду могут классифицироваться по следующим признакам:
по организации отвода и контроля (организованные и неорганизованные):
а) организованные промышленные выбросы — это выбросы, поступающие в окружающую среду (воздушный и водный бассейн) через специально сооруженные газоотводы, водоводы и трубы;
б) неорганизованные промышленные выбросы — это выбросы в окружающую среду в виде неправильно самопроизвольных водных или газовых потоков, образующихся в результате несовершенства технологического оборудования или нарушения его герметичности, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газов или отводу загрязненной воды в местах загрузки и хранения сырья, материалов, отходов, готовой продукции. Например, пыление овалов пустой породы или неурегулированный поверхностный сток промышленных предприятий.
по режиму отвода — на непрерывные и периодические. Отвод доменного газа — непрерывный, отвод конвертерного газа — периодический;
по температуре — температура потока (газового, водяного, смешанного) выше, ниже или равняться температуре окружающей среды;
по локализации (в основном, вспомогательном и подсобном производствах на транспорте и т.п.);
по признакам очистки — на чистые, нормативно-очищенные, частично очищенные, выбрасываются без очистки.
При этом под очисткой понимается отделение и улавливание и превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленного источника.
Промышленные выбросы в окружающую среду подразделяют также на первичные и вторичные. Первичные - это выбросы, непосредственно поступающие в окружающую среду от тех или иных источников, а вторичные, будучи продуктами образования первичных, могут быть более токсичными и опасными, чем первичные. Типичное превращение некоторых веществ — их фотохимическое окисление.
Как отмечалось выше существуют два главных источника загрязнения окружающей природной среды: естественный и искусственный (антропогенный).
Источниками антропогенного загрязнения окружающей природной среды примесями служат промышленность, транспорт, сельское хозяйство, испытания ядерного и химического оружия. Каждый их этих источников (каждая отрасль производства) связан с выделением специфических примесей, состав которых насчитывает десятки тысяч веществ. Однако обычных загрязняющих веществ, поступающих в окружающую природную среду в значительньк количествах и называемых поэтому многотоннажными, сравнительно немного. Например, наиболее значимые и значительные выбросы составляют в металлургической промышленности, включаемые в статистическую отчетность предприятия (форма 2ТП «воздух», форма 2ТП «водхоз»), представлены в табл. 1.1.
Характеристика состояния водно-шламовых схем на обогатительных фабриках Кузбасса
Угольные предприятия являются основными загрязнителями окружающей среды: воды, земли и воздуха. В первую очередь это касается шламовых вод, которые сбрасываются с шахт, разрезов и обогатительных фабрик в наружные отстойники и гидроотвалы. При этом часть добытого угля теряется в виде тонкодисперсных шламов, которые не могут быть использованы в качестве товарного угля. Поэтому очистка угольно-глинистых суспензий на обогатительных фабриках Кузбасса позволяет решить три задачи: экологическую, ресурсосберегающую и проблему водопотребления за счет замены речной воды в производстве на очищенную оборотную воду [34].
В настоящее время, каждое предприятие работает в режиме получение максимальной прибыли, хотя некоторое увеличение производственных затрат и снижение прибыли может обеспечить резкое снижение экологической нагрузки. Но, минимальный размер штрафов за сверхнормативное загрязнение окружающей среды или их отсутствие позволяют потребителям использовать неэкологичную, дешевую продукцию с большей для себя экономической выгодой, перекладывая на общество расходы по ликвидации дополнительных техногенных воздействий [119].
На большинстве обогатительных фабрик имеются гидроотвалы или наружные отстойники, в которых происходит дальнейшая очистка угольна- глинистых суспензий. Это все свидетельствует об неэффективности используемых технологий. Например, ГОФ «Коксовая» (рис.3) [120].
Рассмотрим принципиальную водно-шламовую схему ГОФ «Коксовой» (рис.4) [120].
В радиальный сгуститель с флотационных машин поступают отходы флотации. Одновременно, в радиальный сгуститель подается рабочий раствор (0,05%) флокулянта Карбофлок-131.
Далее в радиальном сгустителе происходит процесс флокуляции, вызывающий соединение большого количества мелких частиц до образования крупных агрегатов, а затем по желобу и трубопроводам отводится в наружний отстойник (гидроотвал). Осветленная суспензия возвращается обратно в технологический процесс.
Содержание взвешенных частиц в осветленной воде не должно превышать 1 г/л, чего трудно достичь на практике.
Технические характеристики радиального сгустителя представлены в табл. 1.4.
Дело в том, что мелкие угольные частицы в водной среде приобретают одноименный отрицательный заряд, который препятствует их сближению и образованию агрегатов. Причем поверхностные силы в 100-1000 больше, чем гравитационные силы, действующие на частицу менее 50 мкм в жидкой фазе, поэтому требуется применить эффективные методы воздействия на электроповерхностные свойства угольной дисперсной системы с целью ее дестабилизации [121].
По такой водно-шламовой схеме работают большинство ОФ Кузбасса.
Однако, стоит отметить особенности таких ОФ, как «Абашевская» и «Антоновская». ЦОФ «Абашевская» (рис.5) введена в эксплуатацию в 1962 году [120].
В связи с модернизацией технологического оборудования на ЦОФ «Абашевская» и ОФ «Антоновская» было внедрено пресс-фильтровальное отделение с двумя пресс-фильтрами фирмы «Антрацид» для обезвоживания флото-хвостов.
Таким образом, концентрат (сфлокулированные агрегаты твердых частиц) из радиального сгустителя поступают на фильтр-прессы, а после обезвоживания направляются в отвал. В результате этого отпала необходимость в наружных отстойниках, которые были ликвидированы.
Условные обозначения: 1-Грохот сухой классификации по классу 18 мм; 2-Грохот мокрой классификации по классу 18 мм; 3-Отсадочная машина для обогащения угля класса 18-100 мм; 4-Отсадочная машина для обогащения угля класса 1-18 мм; 5-Грохот обезвоживающий для отходов; 6-Грохот обезвоживающий для концентрата класса 18-100 мм; 7-Грохот обезвоживающий для концентрата класса 1-18 мм; 8-Центрифуга фильтрующая; 9Д0,12;13-Гидроциклон; 11Д8-Радиальный сгуститель; 14-Спиральный сепаратор для обогащения шлама класса 0-2 мм; 15-Грохот обезвоживающий для концентрата класса 0-2 мм; 16-Флотационная машина; 17-Вакуум-фильтр Широкому распространению данной технологии препятствуют значительные капитальные и эксплуатационные затраты на обезвоживание отходов флотации.
Поэтому, экологическая безопасность углеперерабатывающих предприятий зависит от эффективности технологий очистки техногенных вод, а геоэкологической задачей совершенствования схем и способов очистки является: снижение загрязнения окружающей среды отходами обогащения путем ликвидации наружных отстойников и гидроотвалов и перевод ЦОФ на замкнутое водоснабжение.
Обзор литературы показал, что до настоящего времени является актуальной задача создания эффективных способов удаления взвешенных частиц из воды с использованием более эффективных флокулянтов.
Получение модифицированных флокулянтов
На многих углеобогатительных фабриках и шахтах очень остро стоит проблема очистки воды для повторного ее использования.
Как уже было отмечено в гл. 1, для очистки воды на многих углеобогатительных фабриках и шахтах используют реагентный способ очистки с добавлением флокулянтов. Большое распространение получили зарубежные флокулян-ты, которые обладают широким спектром молекулярных масс и зарядов, что обеспечивает высокую эффективность флокуляции в различных средах. Надлежащие применение этих флокулянтов создает следующие преимущества: снижение капитальных затрат, повышение производительности, стабильность работы при пиковых нагрузках, надежность в эксплуатации, лучшая регулируемость процесса. Твердые флокулянты выпускаются в виде свободно-текучих белых порошков или шариков. Это обеспечивает удобство процесса дозировки и увеличивает срок хранения флокулянтов до двух лет.
Между тем неизвестные физико-химические свойства этих флокулянтов затрудняет выбор оптимального варианта их использования.
Что же касается российского флокулянта ПАА, то он значительно уступает по качеству и по активности зарубежным флокулянтам.
В связи с этим, в лабораторных условиях были проведены опыты по созданию более эффективных флокулянтов на основе ПАА путем модифицирования их структуры.
Процесс модификации основан на химическом взаимодействии функциональных групп флокулянта и модификатора.
В лабораторных условиях при получении модифицированного флокулянта использовали добавку этиленгликоль (ЭГ) в пропорции 1:1.
Выбор данных компонентов не является случайным. Он основан на существовании особых физико-химических свойств у ЭГ при контакте с водой и органическими соединениями, содержащими в своем составе функциональные группы с атомами кислорода и азота [122]. Молекулы ПАА, имеющие карбокси- и аминогруппы, способны образовывать с ЭГ соединения за счет водородных связей, возникающих между ними, что приводит к увеличению длины цепи и повышению флокулирующих свойств.
На процесс модификации влияет значительное количество физико-химических факторов: температура, продолжительность процесса, скорость перемешивания реагентов.
Температура. Сдвиг температуры модификации от области максимума в сторону ее снижения резко уменьшает вязкость полученных модифицированных флокулянтов, что указывает на снижение степени модификации флокулянта. Это можно объяснить правилом Вант-Гоффа, согласно которому скорость химического процесса при увеличении температуры на 10 С повышается в 2-4 раза.
При повышении температуры наблюдается монотонное падение вязкости. Это объясняется действием конкурирующего процесса деструкции макромолекул, приводящих к разрыву скелетных С-С связей и снижению вязкости.
Скорость перемешивания. Присутствие органических веществ способствует согласно эффекту Ребиндера (адсорбционное понижение прочности) разрыву полимерных макромолекул модифицированных флокулянтов. На основании этого факта сделан вывод, что полученные структуры требуют к себе бережного отношения и строго соблюдения режима перемешивания.
Модифицированный флокулянт готовили соблюдая следующие требования: температура 45-50 С, продолжительность перемешивания 2 ч и скорость перемешивания 20 об/мин [138-140].
После приготовления раствора модифицированного флокулянта, часть его выливали в кристаллизатор и оставляли на воздухе для испарения воды и формирования гидрогеля, а из другой части готовили рабочие растворы для обработки угольно-глинистых суспензий.
После образования плотного слоя гидрогеля, из него нарезали узкие полоски и снимали ИК-спектры. На рис.14 представлены ИК-спектры исходного ПАА и модифицированного ПАА.
Как видно из графиков, представленных на рис.14, для модифицированного ПАА характерно появление новой узкой полосы поглощения, указывающей на присутствие прочно связанной карбонильной группы (1650 см"1), а также полосы поглощения, соответствующей деформационным колебаниям замещенной амидной группы (1610 см"1).
Спектры поглощения в области (1350-1110 см"1) свидетельствуют о деформационных колебаниях гидроксильных групп, появившихся в результате прививки этиленгликоля к полиакриламиду.
Увеличение молекулярной массы модифицированного полиакриламида и его разветвленности способствует усилению флокуляционных свойств по отношению к угольно-глинистым суспензиям.
Исследования процесса флокуляции проводились по методу осаждения, основанному на измерении высоты осветленной части угольно-глинистой сус-пензии. Для этого в два одинаковых мерных цилиндра вместимостью 0,250 дм , заливались одновременно равные объемы суспензии и расчетная доза модифицированного и немодифицированного флокулянта. Содержимое цилиндров тщательно перемешивалось. Сравнительные опыты с модифицированными и модифицированными флокулянтами проводились многократно при разных их дозах [129]. Результаты испытаний представлены на рис.15. А)
Из графиков, представленных на рис. 15 (А) видно, что оптимальная доза модифицированного флокулянта (ПАА и ЭГ) составляет 2,4 мг/л и дальнейшее увеличение дозы приводит к стабилизации процесса флокуляции. Из графиков, представленных на рис.15 (Б) видно, что эффективность очистки угольно-глинистой суспензии модифицированным флокулянтом (ПАА и ЭГ) выше в 1,2 раза по сравнению с немоди-фицированным (ПАА).
Из графиков, изображенных на рис. 16, следует, что использование модифицированного флокулянта увеличивает скорость седиментации частиц более, чем в 2 раза, по сравнению с использованием немодифицированного флокулянта.
Определение изменений содержания взвешенных частиц в повторно используемой воде после каждого цикла водооборота
В настоящее время на обогатительных фабриках способы отделения твердой фазы в угольно-глинистых суспензиях недостаточно эффективны и не удовлетворяют возросшим экологическим требованиям. Имеющиеся технические решения зачастую не учитывают особенностей того или иного технологического процесса, физико-технических свойств горных пород, а также требуют значительных финансовых затрат.
Усовершенствование замкнутой системы водоснабжения заключается в эффективном удалении взвешенных частиц из воды в каждом цикле водооборота [136-137].
Для этих целей были получены зависимости (7,8), которые позволяет определить изменения содержания взвешенных частиц в повторно используемой воде после каждого цикла водооборота.
Способность разделения водно-глинистых суспензий на твepдvю и жидкую фазы определяется при помощи коэффициента эффективности улавливания взвешенных частиц, который определяется из выражения [130]:
Как видно из графиков, изображенных на рис. 19, взвешенные частицы, размер которых находится в диапазоне 0,1 -0,27 мкм, лучше улавливаются при использовании модифицированного флокулянта. В связи с этим, отпадает необходимость исследовать взвешенные частицы, размер которых более 5 мкм. Поэтому диапазон размеров взвешенных частиц при дальнейших исследованиях будет 0,1-5,0 мкм.
Содержание дисперсной фазы Сп в воде после "п" - кратного ее использования может быть представлена в виде [130]: где Со - начальное содержание в воде дисперсных частиц с размером г; К -коэффициент эффективности улавливания частиц в технологическом процессе; ju- коэффициент водооборота (учитывает потери воды и ее возмещение в каждом цикле водопользования из расчета 10% от общего объема); Р -относительное содержание дисперсных частиц в воде «/»-го класса дол.ед
При увеличении числа циклов содержание взвешенных частиц увеличивается незначительно, причем интенсивность накопления взвеси тем выше, чем меньше эффективность улавливания частиц в оборотной воде.
При добавлении модифицированного флокулянта (ПАА и ЭГ) в обрабатываемую угольно-глинистую суспензию коэффициент эффективности улавливания взвешенных частиц увеличивается на 50%, а значит, интенсивность накопления взвеси уменьшается.
Как видно из графиков, представленных на рис.19, частицы угольно-глинистой суспензии, размер которых 0,11-0,27мкм, лучше улавливаются при использовании модифицированного флокулянта.
Поэтому, сравнивая коэффициенты эффективности улавливания дисперсных частиц (рис.19) можно сделать вывод, что при использовании в процессе очистке модифицированного флокулянта в 2,5 раза увеличивается эффективность очистки угольно-глинистой суспензии.
Для усовершенствования замкнутого водоснабжения на обогатительных фабриках, в которых используются угольно-глинистые суспензии с высоким исходным содержанием взвешенных частиц получены зависимости позволяющие определить их накопление в повторно используемой воде (7,8).
С помощью пакета прикладных программ STATISTICA 6 получены аппроксимации представленных на рис.19 зависимостей при использовании модифицированного и немодифицированного флокулянтов.
Качество аппроксимации оценены методом наименьших квадратов. Квадраты отклонений подходящих вариантов аппроксимации представлены в приложениях 3,4.
Наименьшее среднеквадратическое отклонение для модифицированного флокулянта имеет полиномиальная кривая 5-ой степени (рис.20), а для немодифицированного флокулянта - логарифмическая кривая (рис.21).
Подставив полученные соотношения (5 и 6) в (4) получим зависимость для установления изменения концентрации взвешенных веществ в воде после «п» - кратного ее использования с применением немодифицированного (7) и модифицированного (8) флокулянтов соответственно
