Scopul lucrării [311085]

Introducere

Activitatea minieră este foarte veche iar evoluția acesteia s-a desfășurat în paralel cu evoluția societății. Primele epoci din istoria omenirii au fost botezate după rocile și metalele utilizate de către om. [anonimizat] s-a extras cât și în locul unde s-au depozitat reziduurile.

[anonimizat], agricol și industrial.

[anonimizat], mărimea zonei afectate de exploatare precum și de emisiile potențiale de praf și ape reziduale pe termen scurt sau pe termen lung. [anonimizat], pot fi la rândul lor cauza unor mari pagube asupra mediului înconjurător și chiar pierderi de vieți omenești.

Bazele pentru o administrare corectă a sterilului și sedimentelor miniere sunt reprezentate de o bună caracterizare a materialului, acest lucru incluzând o prevedere corectă a comportamentului pe pe termen lung a reziduurilor si o bună alegere a locației de depozitare.

Atunci când o [anonimizat]. [anonimizat], planurile pentru închiderea și curățarea zonei pe care a [anonimizat] a obține aprobările necesare exploatării începând încă din etapa de planificare și prin urmare trebuie să fie actualizate in mod regulat odată cu orice modificare a modului de desfășurare a operațiunilor de exploatare a minereurilor prin intermediul negocierii cu autoritățile locale si alți acționari.

[anonimizat] s-a confruntat pentru prima dată cu necesitatea restrângerii activității. Fără a insista asupra motivelor pentru care o [anonimizat]. [anonimizat], închiderea unei mine are și un impact negativ asupra mediului înconjurător. Pentru a atenua aceste efecte este necesară luarea unor măsuri sau punerea la punct a [anonimizat].

[anonimizat] 4,5 [anonimizat], Mn, Ca, [anonimizat] 001/2002.

[anonimizat], s-a [anonimizat] o [anonimizat] a fi aplicată o tehnologie de depoluare.

Pentru mărirea vitezei de sedimentare și tasarea mai bună a nămolului rezultat la precipitarea cu lapte de var s-au făcut experimentări prin adăugarea de floculanți (Polias 730 și Magnafloc). Folosind datele obținute din experimentările de laborator, s-au făcut calcule pentru dimensionarea unui decantor.

CAPITOLUL I

Mina Herja

1.1. Amplasare mină Herja

Exploatarea Minieră Herja, este situată în județul Maramureș, în partea nordică a municipiului Baia Mare, pe versantul sudic al munților Igniș, la circa 9 km de orașul Baia Mare.

Accesul în perimetrul Herja se realizează pe drumul județean Baia Mare – Izvoare prin deviere pe drumul industrial Ferneziu – Herja.

Incinta principală se gasește la cota +380 m, este amplasată la gura galeriei Ioachim și constituie incinta administrativă în care sunt amplasate birourile, grupul social, atelierele de întreținere și reparații, depozitele de explozivi și alte instalații și utilități necesare unei bune funcționări a activității de producție.

Din incinta administrativă se realizează legatura principală cu subteranul, prin intermediul galeriei de coastă Ioachim, cota +380 m.

1.2. Scurtă prezentare geologică a zăcămintelor din perimetrul Herja

În cadrul zăcământului Herja sunt evidențiate în prezent peste 222 filoane și ramuri filoniene, având lungimi variabile: filoanele principale cu lungimi cuprinse între 300 m și 1.300 m, iar ramurile, lungimi între 50 m si 300 m.

Adâncimea mineralizațiilor variază de la 20 m pana la 500 m, adâncimea maximă (conform rezultatelor forajelor executate la orizontul de bază), fiind de aproximativ 850 m.

Grosimea mineralizației filoniene variază între 5 cm si 90 cm, cu o medie de 25 cm.

Zăcământul Herja aparține provinciei metalogenetice a eruptivului terțiar, filoanele sunt formate din soluții hidrotermale alcaline, considerate ca rezultate finale ale diferențierii magmatice, iar după temperatura de formare (194 – 2850C) este un zăcământ epi-mezotermal.

Zăcământul Herja, din punct de vedere geologico-structural, se poate caracteriza astfel: în rocile sedimentare a evoluat un corp andezitiv cu caracter subvulcanic, de care este legat un sistem complex de fracturi, format fie în timpul activității vulcanice, fie dupa terminarea ei.

Formațiunile sedimentare din zăcământ, litologic, sunt atribuite eocenului, sarmatianului si pannonianului.

Eocenul – este reprezentat prin marne cenușii, ușor argiloase, argilite, gresii ușor grosiere gălbui, cu microfauna eocenă.

Sarmatianul – este reprezentat prin marne cenusșu – gălbui, nisipuri și gresii fine și se deosebește greu de pannonian.

Pannonianul – este constituit dintr-o alternanță de marne cenușii negricioase și gresii slab micacee.

Rocile eruptive si piroclastice din zăcământ au urmatoarea succesiune:

cuarțdiorite și porfire cuarțdioritice (post eocene);

andezite cu piroxeni si hornblendă;

piroclastite (sarmatiene);

andezite piroxenice propilitizate;

brecii tectonice.

CAPITOLUL II

Procedee de tratare a apelor de mină

2.1. Neutralizarea

Este o operație care se aplică apelor uzate acide sau alcaline evacuate din diferite întreprinderi industriale, ape care pot modifica nefavorabil pH-ul apei din emisar, Cea mai mare pondere o au apele impurifícate cu acizi minerali; prezența acestora conduce pe de o parte la corodarea materialelor de construcție a rețelelor de canalizare și a instalațiilor de epurare, iar pe de altă parte la modificarea pH-ului apei din emisar în afara limitelor permise, vătămând prin aceasta fauna și flora acvatică. În aceste condiții epurarea apelor uzate acide sau alcaline se impune și la râuri de categorie inferioară sau la canale de evacuare.

Neutralizarea apelor acide

Înainte de a stabili măsurile de neutralizare este necesar în primul rând să se epuizeze toate posibilitățile de a micșora cantitatea de acizi evacuată; prin aceasta, în afară de economia de acizi se obține și micșorarea cheltuielilor pentru neutralizare.

În al doilea rând trebuie examinată posibilitatea de neutralizare reciprocă totală sau parțială a apelor uzate acide și alcaline rezultate din aceeași intreprindere sau din intreprinderi învecinate.

Agenți de neutralizare

Pentru neutralizarea acizilor minerali se poate folosi o gamă largă de substanțe cu caracter bazic: oxizi, hidroxizi, carbonați.

Alegerea neutralizantului se face pe de o parte în funcție de natura acidului de neutralizat, iar pe de altă parte în funcție de reactivitatea și costul neutralizantului, precum și de volumul și caracteristicile sedimentelor insolubile formate după neutralizare. Alegerea neutralizantului depinde mai ales de prețul de cost, Astfel hidroxidul de sodiu, deși are o reactivitate foarte ridicată și dă cu orice acid doar produși de reacție solubili, datorită prețului său ridicat nu se utilizează decât în cazuri excepționale la fel este situația și în cazul carbonatului de sodiu.

Neutralizanții utilizați în practică sunt:

piatra de var;

dolomită;

varul, ca atare sau sub formă de hidroxid de calciu;

dolomită calcinată.

Piatra de var (calcarul) este unul dintre primii reactivi folosiți pentru neutralizarea apelor acide. După proveniența ei, piatra de var prezintă reactivitate variabilă față de acizii minerali. Această reactivitate depinde de compoziția chimică și mai ales de structura cristalină a materialului. Reactivitatea diferitelor feluri de calcar scade în ordinea: dolomită, cretă, ardezie, marmoră, calcar de scoici.

Ținând cont că în reacția:

CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + CO2 + H2O (1)

Se formează CaS04 greu solubil, calcarul nu este indicat ca neutralizant pentru ape cu conținut de H2SO4, pentru că CaS04 de la suprafața granulelor împiedică contactul ulterior a acidului cu carbonatul de calciu.

Neutralizarea prin filtre pe piatră de var nu este posibilă când în apă sunt prezenți ioni ai metalelor grele care la neutralizare formează pelicule de hidroxizi pe suprafața granulelor.

Piatra de var se poate folosi la neutralizare și sub formă de pulbere, care se adaugă ca atare în stare uscată sau sub formă de suspensie apoasă, și în acest caz se întâmpină inconveniente asemănătoare cu cele menționate pentru filtre. Neutralizarea cu piatră de var este indicată doar pentru debite mici de ape uzate și concentrații scăzute de acizi.

Varul stins sau laptele de var se folosesc pe scară mare la neutralizarea apelor acide. Aceste materiale se caracterizează printr-o reactivitate mare. Varul stins sub formă de praf este indicat de obicei în cazul instalațiilor mai mici prin aceea că nu necesită condiții deosebite de depozitare și poate fi dozat ușor în mod continuu în stare uscată, sub această formă varul stins are însă tendința să se aglomereze la depozitarea mai îndelungată. Adăugarea varului sub formă de praf reduce timpul de decantare și volumul sedimentului. Varul sub formă de praf sau de piatră reacționează mai lent și mai puțin complet decât laptele de var și de aceea dozele utilizate trebuie să fie de 140-150% față de necesarul teoretic.

Laptele de var se folosește la neutralizarea cu o concentrație de 5-10% CaO. Necesarul de var se calculează în funcție de aciditatea totală a apei și conținutul în metale grele. În cazul apelor cu acid sulfuric se folosește o doză de oxid de calciu de 105-110%, față de necesarul teoretic, iar în cazul acizilor clorhidric și azotic, de 105%. Timpul de reacție după adăugarea varului trebuie să fie de minimum 5 minute în cazul apelor uzate acide, dacă sunt prezenți și ionii de metale grele, acest timp trebuie prelungit la 30 minute.

În cazul unor ape de mină cu conținuturi mari în diverși impurificatori ce prezintă interes pentru valorificare, există 3 variante tehnologice de epurare prin precipitare:

precipitarea globală, urmată de dizolvarea selectivă a elementelor utile în vederea îmbogățirii, în continuare prin procedee chimice cunoscute pentru a obține produse finale valorificabile industrial;

precipitarea stadială a metalelor dizolvate;

precipitarea secvențial-selectivă a fiecărui component extractibil.

Nămolurile rezultate în urma precipitării selective sunt destinate folosirii în diverse domenii cum ar fi: agricultură (cele bogate în Zn(OH)2 și Mn(OH)2 ca microelemente necesare plantelor) sau în industria coloranților (Fe(OH)3).

2.2. Sedimentarea

Sedimentarea este operația de separare a unei suspensii în cele două părți componente prin depunerea substanțelor solide sub influența gravitației. Dacă suspensia a fost formată prin dispersia unui solid în masa unui lichid, prin sedimentare se separă cele două părți componente, solidul se depune la baza vasului, iar lichidul de deasupra devine limpede.

În procesele de tratare a apelor reziduale și a celor din sursele de suprafață un procedeu des utilizat este sedimentarea. Se constată practic cu ușurință, că particulele cu greutate specifică mai mare decât unitatea (1 kg/dm3), aflate în suspensie în apa râului, se depun în virtutea gravitației când apa este lăsată în repaus sau se deplasează cu viteză mică. Viteza de cădere a particulelor este constantă din cauza vâscozității apei.

Stokes a urmărit oscilațiile unui pendul suspendat de un fir și scufundat în apă și a determinat expresia:

(7)

unde: W – viteza de cădere a bilei (particulelor), [cm/s];

φ1 – densitatea bilei (particulelor), [g/cm3 ];

φ – densitatea lichidului [g/cm3 ];

μ – coeficientul de vâscozitate dinamică;

g – accelerația gravitației [cm/s2];

d – diametrul bilei (particulelor), [cm]

2.3. Decantarea

Decantarea este operația de îndepărtare a lichidului de deasupra sedimentului, sau decantarea este procesul de sedimentare în care apa se deplasează cu viteză mică. Decantarea se realizează în bazine denumite decantoare.

Clasificarea decantoarelor

1. Decantoarele pot fi cu funcționare:

– continuă (cu apa în continuă mișcare)

– discontinuă (sedimentarea făcându-se în timpul cât apa este în repaus)

Decantoarele cu funcționare continuă au o serie de avantaje cum ar fi:

continuitate și uniformitate în funcționare;

calitate uniformă a apei;

cost mai redus de investiție și exploatare;

ușurință în exploatare.

2. După sensul de circulație al apei, decantoarele se împart în:

– orizontale,

– verticale;

– radiale.

Decantoarele orizontale

Decantoarele orizontale sunt bazine de beton sau beton armat prin care apa circulă în sens orizontal, firele de curent fiind aproximativ paralele, iar materiile în suspensie se depun pe fondul bazinului. Un decantor orizontal se compune din:

– camera de distribuție;

– camera de decantare cu groapa de nămol;

– camera de colectare a apei decantate;

– galeria de colectare și evacuare a nămolului;

– conductele de deservire (intrare, ieșire, golire și preaplin).

Decantoarele verticale

Decantoarele verticale sunt de formă cilindrică și mai rar paralelipipedică, acoperite sau neacoperite, prin care apa circulă de jos în sus. Forma poligonală în plan se aplică în cazul în care se prevăd mai multe bazine cu pereți comuni.

Decantoarele verticale se utilizează în locurile unde nu există spațiu suficient și numai în cazul instalațiilor mici (până la 15000 m3 /zi).

Figura nr. 3 Decantor vertical

1 – alimentare cu apă brută; 2 – cilindru central de intrare a apei; 3 – spațiu de decantare; 4 – depuneri; 5 – golire depuneri; 6 – preaplin; 7 – evacuare apă decantată; 8 -jgheab de colectare a apei decantate

Decantoarele radiale

Decantoarele radiale sunt tot mai mult utilizate având o suprafață de decantare mai mare decât celelalte tipuri de decantoare analizate. Raportul D/H este mai mare decât 6, iar curentul de apă este radial, de la cilindrul central spre periferie, Apa este colectată într-un jgheab așezat pe conturul decantorului (figura 4).

Randamentul acestor decantoare este bun, deoarece viteza merge descrescând astfel că sedimentarea se face în condiții mai bune. Decantoarele radiale se folosesc în special la instalații mari.

Figura nr. 4 Decantor radial

1-alimentare cu apă brută; 2-deflector de distribuție a apei; 3-depuneri; 4-evacuare nămol; 5-jgheab periferic pentru colectarea apei decantate; 6-raclor; 7-evacuare apă decantată.

CAPITOLUL III

Vechea instalație de epurare a apelor de mină Herja

3.1. Instalația de epurare a apelor de mină Herja

Instalația de epurare ape de mină Herja se compune din urmatoarele utilaje: vase de reacție, 3 decantoare radiale, 5 filtre-presă, instalație de preparare lapte de var, pompe centrifuge și cu membrană, 2 suflante SRD-40 și conducte tehnologice.

Vasele de reacție în număr de 3 bucăți identice servesc pentru tratarea apei de mină Herja în trepte astfel în primul vas de reacție are loc precipitarea hidroxidului de fier conform ecuațiilor:

Fe2(S04)3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 + 3CaS04 (8)

FeS04 + Ca(OH)2 → Fe(OH)3 + CaS04 (9)

Din vasul de reacție precipitatul în majoritate de hidroxid de fier este trecut în decantorul radial I de unde cu ajutorul unui raclor nămolul este adunat pe fundul conic de unde cu ajutorul pompelor este trimis la filtrare, operație care se repetă după tratarea din fiecare vas de reacție.

În a doua treaptă are loc în vasul de reacție II precipitarea ionilor de zinc după:

ZnS04 +Ca(OH)2 → Zn(OH)2 + CaS04 (10)

În ultima treaptă, precipitarea ionilor de mangan după:

MnS04 + Ca(OH)2 → Mn(OH)2 + CaS04 (11)

Nămolurile rezultate la precipitarea în trepte au în medie conținuturile următoare:

treapta I – nămol de fier:

Fe 15,4 %

Zn 6,2 %

Mn 0,5 %

Cu Ø

treapta II – nămol de zinc:

Zn 9-12 %

Fe 8 %

Mn 1,2 %

Cu 0,1 %

treapta III – nămol de mangan:

Mn 7,5 %

Fe 2,7 %

Zn 8 %

Cu 0,1 %

Măsurarea debitului de apă de mină intrată și evacuată din instalație s-a măsurat și se mai măsoară cu ajutorul unui deversor dreptunghiular. În fiecare vas de reacție se realiza măsurarea automată a pH-ului apei cu un electrod submersibil (pentru măsurare automată a pH-ului în funcție de care se doza laptele de var). Vasele de reacții au următoarele caracteristici:

diametru interior 5,50 m

înălțimea părții cilindrice 5,8 m

înălțimea totală 8,8 m

volum util 1500 m3

Decantoarele radiale în număr de 3 sunt identice ca suprafață și diametru, diametrul este de 36 m și suprafața de 1020 m2, înălțimea părții cilindrice este de 2,47 m iar adâncimea totală este de 4,55 m.

Instalația de preparare a laptelui de var se compune din:

siloz pentru depozitarea varului

alimentator sanie de 500 mm lățime, 1500 mm lungime cu cursă reglabilă de 15-18 mm, executând 20 curse/min

moară cu bile cu diametru de 1250 mm

ciur pentru reținerea pietrelor de var

vas de liniștire

pompa PT-65 pentru circuitarea varului din vasul de liniștire la hidrociclonare

hidrociclon pentru separarea grăunțelor nemăcinate (Ø 250 mm)

vas cu agitator de 4 m3, turația axului 30 ture/min

hidrociclon pentru separarea grăunțelor nemăcinate (Ø 150 mm)

rezervoare de diluare a pastei de var de 16 m3 prevazute cu agitator

rezervor de stocare a pastei de var de 1000 m3.

Figura nr. 5 Decantor radial 1

Figura nr. 6 Decantor radial 2

3.2. Fluxul tehnologic și capacitățile de epurare ale vechii stații

Herja are o stație de epurare ce avea ca obiectiv pe lângă neutralizarea apelor de mină și recuperarea substanțelor utile din nămol, epurarea făcându-se stadial pe trei ecarturi de pH.

Apa de mină intră în stația de epurare pe un jgheab de liniștire ce se încheie cu un deversor triunghiular gradat. Pe baza unui tabel de echivalența se determina debitul apei. Potrivit instrucțiunilor de lucru citirea se face orar. Deversorul este etalonat pentru debite cuprinse între 0 si 250 l/s. Distanța între deversor și stația de epurare este de -100 m.

După deversorul triunghiular apa trece într-un vas de reacție VR1 având un volum util de 150 m3 unde se adiționează lapte de var pentru obținerea unui pH al apei de 4,8. Agitarea se face cu aer comprimat. Timpul minim de reacție este de 20 minute.

Din vasul de reacție apa trece într-un decantor radial D1 de Ø = 36 m cu o suprafața de 1000 m2, o adancime a părții cilindrice de 2,5 m si o adâncime totală de

4,55 m. Decantorul este prevăzut cu un raclor (in prezent neoperațional) ce realizează trei rotații pe oră. Apa pătrunde în decantor pe la baza cilindrului central și părăsește decantorul limpezită printr-un jgheab colector circular, trecând în vasul de reacție VR2.

Nămolul se pompează de la fundul părții conice a decantorului cu ajutorul unor pompe cu membrană, iar nămolul rezultat este bogat in Fe(OH)3.

Pentru apă procesul se repetă cu obținerea unui pH=6,8 în vasul de reacție VR2 de unde în decantorul D2 se obține apă limpezită și un nămol bogat in Zn(OH)2.

Apa limpezită din decantorul D2 trece în vasul de reacție VR3 unde ajunge la pH=9 de unde trece în decantorul D3 unde se obține un nămol bogat in Mn(OH)2 și apa epurată.

Debitul apei epurate se masoară tot la un deversor triunghiular gradat.

Filtrele de nămol sunt filtre presă cu rame și table avand un volum util de 2,7 m3 și o suprafață de filtrare de 125 m2. Strângerea filtrelor se face hidraulic.

CAPITOLUL IV

Partea experimentală

Figura nr. 8 Prelevare probe de apă

4.1. Calitatea apelor de mină Herja

Tabel nr. 1 Calitatea apei de mină Herja

Din tabelul nr. 1 se constată că apa de mină Herja are un conținut în impurificatori precum: sulfați (3400-3502 mg/l), suspensii (380-650 mg/l), reziduu fix (6900-7120 mg/l), Fe (170-190 mg/l), Cu (7-10,5 mg/l), Zn (350-450 mg/l), un pH de 4,5 și un debit cuprins între 25-60 l/s.

4.2. Modul de lucru

Pentru efectuarea experimentărilor de laborator s-a avut în vedere parcurgerea mai multor etape și anume:

Etapa I – stabilirea pH-ului inițial al apei prelevate;

Etapa II – prepararea soluției de Ca(OH)2 10% astfel: amestecarea a 20g var cu 180 ml de apă într-un pahar Berzelius, soluție din care s-a utilizat doar anumită cantitate;

Etapa III – tratarea unei cantități de 3 litri de apă de mină, cu Ca(OH)2, până la atingerea unui pH final optim(8,5), după care întreaga cantitate de apă tratată s-a împărțit egal în 3 cilindri gradați de 1000 ml;

Etapa IV – în prima fază s-a adăugat 1 ml de floculant Polias 730 sol. 1‰ într-un litru de apă tratată, constituind proba nr. 1 și respectiv 1 ml/l apă tratată cu floculant Magnafloc 1‰, pentru proba nr. 2. Proba martor a constituit-o amestecul din apă de mină și cantitatea de soluție de Ca(OH)2.

– în a doua fază s-au adăugat 2 ml de floculant Polias 730 sol. 1‰, într-un litru de apă tratată, respectiv 2 ml/l apă tratată cu floculant Magnafloc și proba martor;

Etapa V – urmărirea sedimentării nămolului în cei trei cilindri a câte 1000 ml fiecare, timp de 1-2 ore, pentru a se putea observa gradul de limpezire a apei de mină și cantitatea de nămol sedimentată în unitatea de timp.

Schema de lucru pentru realizarea experimentărilor de laborator este prezentată în figura de mai jos:

4.3. Influența adaosului de 1 ml floculant (Polias 730 și Magnafloc) asupra vitezei de sedimentare

4.3.1. Proba martor la tratarea apei de mină Herja cu Ca(OH)2 10%

Datele obținute în experimentările de laborator sunt trecute în tabelul nr. 2 și figurile nr. 11, 12 și 13 unde este prezentată determinarea vitezei de sedimentare.

Tabel nr. 2 Date experimentale la tratarea apei de mină Herja cu Ca(OH)2 10%

(proba martor)

Variația volumului de nămol (ml) și a înălțimii coloanei de apă limpezită (mm), precum și valoarea vitezei de sedimentare a nămolului din apa de mină cu Ca(OH)2 10% fără adaos de floculant sunt prezentate în figurile ce urmează:

Figura nr. 11 Variația volumului de nămol sedimentat în timp

Figura nr. 12 Variația înălțimii coloanei de nămol și a înălțimii coloanei de apă limpezită în timp

Figura nr. 13 Determinarea vitezei de sedimentare

Calculul vitezei de sedimentare se realizează după formula:

(mm/s) (12)

H = 29 mm

t = 11 min = 660 s

v = 0,044 mm/s

Valoarea obținută pentru viteza de sedimentare la apa de mină Herja pentru 1 litru de apă tratată cu soluție de Ca(OH)2 10% este de 0,044 mm/s.

4.3.2. Tratarea apei de mină Herja cu lapte de var și 1 ml floculant Polias 730

Rezultatele experimentărilor realizate în laborator sunt prezentate în tabelul nr. 3:

Tabel nr. 3 Date experimentale la tratarea apei de mină Herja cu Ca(OH)2 10% cu adaos

1 ml Polias 730

Variația volumului de nămol (ml) și a înălțimii coloanei de apă limpezită (mm), precum și valoarea vitezei de sedimentare a nămolului cu adaos de floculant Polias 730, 1 ml/l apă tratată cu soluție de Ca(OH)2 10% sunt prezentate în figurile ce urmează:

Figura nr. 14 Variația volumului de nămol sedimentat în timp

Figura nr. 15 Variația înălțimii coloanei de nămol și a înălțimii coloanei

de apă limpezită în timp

Figura nr. 16 Determinarea vitezei de sedimentare

Calculul vitezei de sedimentare se realizează după formula:

(mm/s) (13)

H = 35 mm

t = 8 min = 480 s

v = 0,072 mm/s

Valoarea obținută pentru viteza de sedimentare la adăugarea de 1 ml Polias 730/l apă tratată cu soluție de Ca(OH)2 10% este de 0,072 mm/s.

4.3.3. Tratarea apei de mină Herja cu lapte de var și 1 ml floculant Magnafloc

Rezultatele experimentărilor realizate în laborator sunt prezentate în tabelul nr. 4:

Tabel nr. 4 Date experimentale la tratarea apei de mină Herja cu Ca(OH)2 10% cu adaos

1 ml Magnafloc

Variația volumului de nămol (ml) și a înălțimii coloanei de apă limpezită (mm), precum și valoarea vitezei de sedimentare a nămolului cu adaos de floculant Magnafloc,1 ml/l apă tratată cu soluție de Ca(OH)2 10% sunt prezentate în figurile ce urmează:

Figura nr. 17 Variația volumului de nămol sedimentat în timp

Figura nr. 18 Variația înălțimii coloanei de nămol și a înălțimii coloanei

de apă limpezită în timp

Figura nr. 19 Determinarea vitezei de sedimentare

Calculul vitezei de sedimentare se realizează după formula:

(mm/s) (14)

H = 40 mm

t = 8 min = 480 s

v = 0,083 mm/s

Valoarea obținută pentru viteza de sedimentare la adăugarea de 1 ml Magnafloc/l apă tratată cu soluție de Ca(OH)2 10% este de 0,083 mm/s.

În imaginile ce urmează este prezentată tratarea apei de mină Herja, unde, de la stânga la dreapta avem: proba martor (tratarea unui litru de apă de mină cu 10,3 ml Ca(OH)2 10%), proba nr. 1 (proba martor + 1 ml floculant Polias 730 sol. 1‰) și proba nr. 2 (proba martor + 1 ml floculant Magnafloc sol. 1‰).

Figura nr. 20 Tratarea cu 1 ml Polias și 1 ml Magnafloc

Figura nr. 21 Urmărirea sedimentării nămolului

În tabelul nr. 5 avem concentrate rezultatele obținute în urma tratării cu lapte de var (Ca(OH)2 10%), respectiv adaosul de 1 ml de agent de floculare Polias 730 și Magnafloc.

Tabel nr. 5 Tratarea apei de mină Herja cu Ca(OH)2 10% și adaos de floculanți

Polias 730 sol. 1‰ și Magnafloc sol. 1‰

La tratarea apei de mină Herja s-a realizat un consum specific de 10,3 ml Ca(OH)2 10% la 1 litru de apă de mină.

Cea mai reprezentativă valoare a vitezei de sedimentare s-a înregistrat la utilizarea cantității de 1 ml Magnafloc / litru de apă tratată, fiind de 0,083 mm/s, la o cantitate de nămol rezultată de 10%.

Valoarea vitezei de sedimentare pentru proba martor a fost de 0,044 mm/s la o cantitate de nămol de 10%, iar pentru proba nr. 1 cu adaos de 1 ml floculant Polias 730 / litru apă tratată a fost de 0,072 mm/s și 10% nămol.

4.4. Influența adaosului de 2 ml floculant (Polias 730 și Magnafloc) asupra vitezei de sedimentare

4.4.1. Proba martor la tratarea apei de mină Herja cu Ca(OH)2 10%

Datele obținute în experimentările de laborator sunt trecute în tabelul nr.6 și figurile nr. 23, 24 și 25 unde este prezentată determinarea vitezei de sedimentare.

Tabel nr. 6 Date experimentale la tratarea apei de mină Herja cu Ca(OH)2 10%

(proba martor)

Variația volumului de nămol (ml) și a înălțimii coloanei de apă limpezită (mm), precum și valoarea vitezei de sedimentare a nămolului din apa de mină cu Ca(OH)2 10% fără adaos de floculant sunt prezentate în figurile ce urmează:

Figura nr. 23 Variația volumului de nămol sedimentat în timp

Figura nr. 24 Variația înălțimii coloanei de nămol și a înălțimii coloanei de apă

limpezită în timp

Figura nr. 25 Determinarea vitezei de sedimentare

Calculul vitezei de sedimentare se realizează după formula:

(mm/s) (15)

H = 38 mm

t = 12 min = 720 s

v = 0,052 mm/s

Valoarea obținută pentru viteza de sedimentare la apa de mină Herja pentru 1 litru de apă tratată cu soluție de Ca(OH)2 10% este de 0,052 mm/s.

4.4.2. Tratarea apei de mină Herja cu lapte de var și 2 ml floculant Polias 730

Rezultatele experimentărilor realizate în laborator sunt prezentate în tabelul nr. 7:

Tabel nr. 7 Date experimentale la tratarea apei de mină Herja cu Ca(OH)2 10% cu adaos

2 ml Polias 730

Variația volumului de nămol (ml) și a înălțimii coloanei de apă limpezită (mm), precum și valoarea vitezei de sedimentare a nămolului cu adaos de floculant Polias 730, 2 ml/l apă tratată cu soluție de Ca(OH)2 10% sunt prezentate în figurile ce urmează:

Figura nr. 26 Variația volumului de nămol sedimentat în timp

Figura nr. 27 Variația înălțimii coloanei de nămol și a înălțimii coloanei

de apă limpezită în timp

Figura nr. 28 Determinarea vitezei de sedimentare

Calculul vitezei de sedimentare se realizează după formula:

(mm/s) (16)

H = 50 mm

t = 9 min = 540 s

v = 0,092 mm/s

Valoarea obținută pentru viteza de sedimentare la adăugarea de 2 ml Polias 730/l apă tratată cu soluție de Ca(OH)2 10% este de 0,092 mm/s

4.4.3.Tratarea apei de mină Herja cu lapte de var și 2 ml floculant Magnafloc

Rezultatele experimentărilor realizate în laborator sunt prezentate în tabelul nr. 8:

Tabel nr. 8 Date experimentale la tratarea apei de mină Herja cu Ca(OH)2 10% cu adaos

2 ml Magnafloc

Variația volumului de nămol (ml) și a înălțimii coloanei de apă limpezită (mm), precum și valoarea vitezei de sedimentare a nămolului cu adaos de floculant Magnafloc,

2 ml/l apă tratată cu soluție de Ca(OH)2 10% sunt prezentate în figurile ce urmează:

Figura nr. 29 Variația volumului de nămol sedimentat în timp

Figura nr. 30 Variația înălțimii coloanei de nămol și a înălțimii coloanei

de apă limpezită în timp

Figura nr. 31 Determinarea vitezei de sedimentare

Calculul vitezei de sedimentare se realizează după formula:

(mm/s) (17)

H = 43 mm

t = 8 min = 480 s

v = 0,089 mm/s

Valoarea obținută pentru viteza de sedimentare la adăugarea de 2 ml Magnafloc/l apă tratată cu soluție de Ca(OH)2 10% este de 0,089 mm/s.

În tabelul nr. 9 avem concentrate rezultatele obținute în urma tratării cu lapte de var (Ca(OH)2 10%), respectiv adaosul de 2 ml de agent de floculare Polias 730 și Magnafloc.

Tabel nr. 9 Tratarea apei de mină Herja cu Ca(OH)2 10% și adaos de floculanți

Polias 730 sol. 1‰ și Magnafloc sol. 1‰

La tratarea apei de mină Herja s-a realizat un consum specific de 8 ml Ca(OH)2 10% la 1 litru de apă de mină.

Cea mai reprezentativă valoare a vitezei de sedimentare s-a înregistrat la utilizarea cantității de 2 ml Magnafloc / litru de apă tratată, fiind de 0,089 mm/s, la o cantitate de nămol rezultată de 11%.

Valoarea vitezei de sedimentare pentru proba martor a fost de 0,052 mm/s la o cantitate de nămol de 11,5%, iar pentru proba nr. 1 cu adaos de 2 ml floculant Polias 730 / litru apă tratată a fost de 0,092 mm/s și 10% nămol.

În tabelul nr. 10 avem trecute rezultatele analizei calității apei de mină Herja după tratarea cu Ca(OH)2 10% și adaos de floculant Polias 730 sol. 1‰ 2 ml în comparație cu Normativul din 28 februarie 2002 privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate indrustriale și orășenești la evacuarea în receptorii naturali, NTPA-001/2002.

Tabel nr. 10 Calitatea apei de mină Herja dupa tratarea cu Ca(OH)2 10% și 2 ml floculant Polias 730

După cum se poate observa din tabelul nr. 10 sunt înregistrate depășiri ale valorilor limită admisibile prevăzute de Normativul NTPA 001/2002, la reziduu fix, sulfați și calciu, dezavantajul tratării cu var constă în faptul că nu se îndepărtează total calciul, sulfații si reziduul fix din apa tratată.

4.5.Fluxul tehnologic al tratării apei de mină Herja

Având în vedere că apa de mină Herja nu este epurată, propun un flux tehnologic de epurare a acestei ape conform figurii nr. 33.

Apa de mină Herja are un pH = 4,5 și un debit (Q = 25—60 l/s) din bazinul de egalizare împreună cu soluția de lapte de var (Ca(OH)2) 10% din vasul de dozare, vor fi introduse în vasul de tratare, unde se adaugă floculant Polias 730 sol. 1‰. Din vasul de tratare apa neutralizată trece în decantor, de unde apa limpezită merge în bazinul de măsurare debit, iar din decantor nămolul rezultat la sedimentare va fi trimis la filtru de unde va fi transportat pe haldă.

CAPITOLUL V

Proiectarea unui decantor vertical

Decantoarele verticale sunt de formă cilindrică și mai rar paralelipipedică, acoperite sau neacoperite, prin care apa circulă de jos în sus. Forma poligonală în plan se aplică în cazul în care se prevăd mai multe bazine cu pereți comuni.

Decantoarele verticale se utilizează în locurile unde nu există spațiu suficient și numai în cazul instalațiilor mici (până la ≈ 15000 m3 /zi). Apa intră în decantor într-un tub central, pe care îl parcurge de sus în jos și apoi ajunge în bazinul propriu-zis de decantare pe care îl străbate cu o viteză mai mică decât viteza de depunere a particulelor în suspensie. Apa limpezită este colectată într-un jgheab periferic sau printr-o conductă perforată amplasată sub nivelul stratului de gheață (cazul bazinelor neacoperite). Orificiile conductelor se dimensionează la o viteză de intrare a apei de 0,20 m/s, în decantoarele mari se prevăd mai multe jgheaburi periferice și radiale pentru o evacuare cât mai uniformă a apei.

Depunerile sunt colectate în spațiul tronconic (sau piramidal) amplasat sub decantor constituind fundul acestuia. Depunerile se evacuează periodic printr-o conductă de sifonare.

Dimensionarea decantorului se face după relația:

(18)

unde: S – suprafața orizontală a decantorului (secțiunea orizontală a spațiului inelar cuprins între cilindru exterior și cel interior) [m2 ];

Q – debitul apei de decantare [m3/s];

v – viteza ascensională a apei [m/s].

Diametrul decantorului nu trebuie să depășească 8 m.

Viteza de sedimentare se stabilește experimental și în funcție de ea se calculează viteza ascensională:

(19)

unde: β – coeficientul de neuniformitate a repartiției vitezelor în funcție de forma decantorului; valoarea acestui coeficient crește cu creșterea raportului D/H unde D este diametrul decantorului iar H este înălțimea decantorului;

U – viteza de sedimentare [mm/s];

Este recomandabil ca raportul respectiv să fie aproape de 1,5 și cel mult 3. În cazul unui raport D/H cuprins între 1,5 și 2 coeficientul β se poate lua 1,5 . În cazul lipsei datelor experimentale, pentru dimensionări preliminare se ia viteza ascensională a apei 0,5 mm/s.

(20)

Secțiunea cilindrului central S1 prin care intră apa în decantor se determină cu formula:

(21)

unde: Q – debitul apei decantate [m3 /s];

v1 – viteza apei în cilindrul respectiv (≈ 0,20 m/s);

Adâncimea decantorului H se determină cu formula:

[m] (22)

unde: T – durata decantării, în h, stabilită experimental

v – viteza ascensională a apei [mm/s]

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

Adâncimea H nu trebuie să depășească 6 m de la nivelul apei, adâncimea economică fiind în jur de 4m. Înălțimea cilindrului central se ia de 0,8 H. Intrarea conductei de apă în acest cilindru se face ≈ 0,60 – 1,00 m mai jos de nivelul apei din bazin.

Fundul conic (sau piramidal) al bazinului se face cu pante de 40-45°, pentru a permite evacuarea lesnicioasă a depunerilor. Deoarece se poate ajunge în acest caz la adâncimi mai mari, unii autori preconizează un fund aproape plat cu o pantă de 2% mărind cu 20% înălțimea decantorului pentru depuneri; totuși în acest caz depunerile nu pot fi evacuate cu mijloace simple și prin urmare nu este recomandat acest sistem.

Conducta sifon pentru evacuarea depunerilor trebuie să lucreze sub o presiune de apă de cel puțin 1,50 m, diametrul conductei, fiind de cel puțin 150 mm.

Evacuarea nămolului se mai poate face cu pompe centrifuge verticale sau cu pompe cu ejector. Pentru a slăbi coeziunea nămolului întărit din cauza unei curățiri rare, se prevede afanarea lui printr-un jet de apă sub presiune de minimum 2 at, adus printr-o țeavă la fundul decantorului în dreptul conductei de evacuare.

CAPITOLUL VI

Concluzii

Epurarea apelor de mină este de o importanță majoră, această epurare trebuie privită în așa fel încât sa fie rentabilă economic și în aceeași masură să aibă un randament ridicat. Între cele două aspecte trebuie urmărit să existe un echilibru.

Reținerea metalelor grele din apele de mină va deveni o operație obligatorie cel puțin din două puncte de vedere. În primul rând, pentru că ionii de metale grele sunt toxici și în prezent sunt deversați în emisari, poluându-i și, astfel, apa de suprafață nu mai este sursă de apă potabilă. Pe de altă parte, și fauna acvatică și flora sunt afectate de această poluare.

Reținerea acestor metale este utilă și din punct de vedere economic, păstrându-se de regulă metalele grele care sunt mai scumpe. Valorificarea acestor metale poate duce la scăderea costurilor operațiilor de epurare.

Parametrii urmăriți în experimentările de laborator de tratare globală a apei de mină Herja cu lapte de var sunt următorii:

pH inițial apă de mină Herja;

pH final apă de mină tratată cu lapte de var;

consum specific Ca(OH)2 10%;

calitatea apei de mină Herja înainte de tratare și după tratare;

timp de neutralizare;

timp de sedimentare;

nămol decantat;

adaos de floculanți.

În urma experimentărilor au rezultat parametrii prezentați în tabelul nr. 11:

Tabelul nr. 11 Tratarea apei de mină Herja cu Ca(OH)2 10% și adaos de floculant

Datele obținute la dimensionarea decantorului vertical sunt:

suprafața orizontală a decantorului:

S = 120 m2

viteza de sedimentare:

v = 0,5 mm/s

secțiunea cilindrului central:

S1 = 0,3 m2

adâncimea decantorului:

H = 5,4 m

înălțimea cilindrului central:

H1 = 4,3 m

diametrul decantorului:

D = 8,1 m

diametrul cilindrului interior:

d = 0,6 m

Bibliografie

D. Baciu. Tehnici, utilaje și tehnologii de depoluare a apelor reziduale, Editura Risoprint, Cluj – Napoca, 2001

Al. Florescu. Exploatarea construcțiilot și instalațiilor pentru tratarea apelor, Editura Tehnică, București, 1968

M. Negulescu. Epurarea apelor uzate industriale, Editura tehnică, București, 1987, vol I

M. Negulescu. Epurarea apelor uzate industriale, Editura tehnică, București, 1987, vol II

M. Negulescu. Epurarea apelor uzate industriale, Editura tehnică, București, 1968

NTPA 001 din 28 februarie 2002 privind stabilirea limitelor de încǎrcare cu poluanți a apelor uzate industriale și orǎșenești la evacuarea în receptorii naturali

http://www.scritube.com/medicina/alimentatie-nutritie/IGIENA-APEI-FOLOSITE-IN-INDUST10424172018.php

www.agir.ro/buletine/243.pdf

I. Bud. Poluanți în industria minierǎ, Editura Risoprint, Cluj – Napoca, 2006

Victor Cândea Munteanu, Victor Cândea Munteanu jr, Epurarea apelor uzate, Editura Oscar Print, București, 2001

www.scribd.com/Influențǎ-Activitǎții-Miniere-Asupra-Mediului/

www.hydrop.pub.ro.pdf:Studiu de caz- Proces tehnologic de epurare

Plan de încetare a activității la exploatarea minieră Herja – Documentație Tehnico – Economică

www.wikipedia.ro

Sârbu Romulus Iosif. Procedee și echipamente de epurare a apelor reziduale, Editura FOCUS, Petroșani, 2008