CC BY
36
- © О.Н. Исаев, 2015
УДК 628.39:663.5 О.Н. Исаев
БИОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЧИСТКИ КАРЬЕРНЫХ ВОД
Буроугольные отходы, образующихся при разработке угольных месторождений, попадая в карьерные воды, нарушают природное равновесие, приводят к деградации наземных и водных экосистем. В статье изложены результаты опытно-промышленной проверки биохимического способа очистки карьерных вод.
Ключевые слова: буроугольные отходы, карьерные воды, биохимический способ очистки, опьпно-промышленная проверка.
Геотехнологическая специфика разработки угольных месторождений характеризуется значительным водо-притоком в горные выработки из вышележащих горизонтов и вмещающих пород. Поступающая вода насыщена мелко раздробленными частицами угля, породы, нефте- и маслопродук-тами от технологических процессов добычи и транспортировки угля. Причем доля загрязнения биосферы углистыми веществами от сточных вод достигает 64%. Состав взвешенных углистых веществ определяется марками углей разрабатываемого месторождения.
Для осушения горных выработок в основном применяется откачка загрязненных вод на поверхность в специально сооружаемые для этого пруды отстойники. Накапливаемый угольно-породный шлам в настоящее время практически не утилизируется. В связи с этим необходимо решить задачу очистки откачиваемых вод от взвешенных веществ. Существующие способы очистки воды в промышленных условиях на базе использования стационарных отстойников с камерами осветления и эрлифтными установками требуют значительных капитальных вложений и поэтому не нашли широкого применения.
Вместе с тем известно, что углистое вещество представляет собой углеводородное соединение, которое может быть использовано в качестве основного источника питания для определенных видов микроорганизмов. Данное обстоятель-
ство послужило основой для разработки различных направлений биоконверсии углеотходов с целью получения газообразных энергоносителей и биотехнологического восстановления почв, загрязненных отходами в районах действующих угледобывающих предприятий. Конечным продуктом утилизации углеотходов при этом являются метан, водород и гумусовое вещество.
Развитие прикладной микробиологии доказывает высокую эффективность биотехнологических процессов при реализации цикличных и непрерывных режимов. В этой связи следует отметить тот факт, что экологические возможности угледобывающих предприятий полностью отвечают требованиям реализации биотехнологического способа очистки загрязненных вод от взвешенных веществ.
Сущность биотехнологического способа заключается в свойстве определенных видов микроорганизмов осуществлять процесс деструкции сложных углеводородных соединений до простых веществ с последующим синтезом из них веществ, которые не противоречат составу самой природы.
Для проведения эксперименальных исследований была использована смешанная микробная популяция Azotobacter chroococcum, Bacilus meqaterium, Methylosinus tricnosporium и состав питательной среды, приведенный в табл. 1.
В среде содержится или NH4 CL, (аммонийная минеральная среда — АМС) или KNO3 (нитратная минеральная среда —
НМС).
В качестве объекта исследований для проведения опытных испытаний биохимического способа утилизации буро-угольных отходов выбрано Харанорское месторождение Читинской области, которое разрабатывается АО «Читинская угольная компания». Средняя годовая добыча угля составляет 7785 тысяч тонн, а годовое накопление буроугольных отходов достигает 347 тысяч тонн. Концентрация взвешенных веществ в отводимой воде достигает 900 мг/л., в том числе буроугольная составляющая в них 700 мг/л. Буроугольные отходы содержат: углерод (72,1%), водород (4,6%), азот (1,3%) и кислород (21,6%), концентрация которых достаточна для обеспечения жизнедеятельности углеразрушающих бактерий.
Таблица 1
Состав питательной среды жидкой фазы бактериальной суспензии (г/л)
Автор Компонент среды Leadbet-ter A. Foster, 1958 Johnson A. Temple, 1962 Whitte-nbury et. AI., 1970 Малашенко и др., 1975 Григорян и др., 1977 Среднее значение
nh4cl 0,5 7,0 3,75
(NH4)2so4 1,0 0,1
kno3 1,0 1,0 1,0
NaN03 2,0 2,0
NaH2P04 0,09 0,05 0,07
Na2HP04 0,2 0,2
kh2po4 0,05 0,4 1,5 0,65
k2hpo4 1,0 0,4 0,7
MgS04 -7H20 0,2 0,5 1,0 0,3 0,5 0,5
CaCL2 0,01 0,1 0,2 0,02 0,08
NaCL 0,1 Раствор микроэлементов Ре- комплекс 0,3 0,2
KCL 0,04 0,04
Ca(N03)2-4H20 0,01 0,01
FeS04-7H20 0,01 0,01 0,01
FeCL3 0,001 0,001
FeCL2 -4H20 Водопроводная вода 0,01 0,01
MnS04-4H20 10~b 0,008 0,004
н2во3 10~b 0,004 0,002
ZnS04 7-10~b 7-10~ь
ZnCL 2 0,005 0,005
MoO 3 10~b 10~ь
CuS04 -н2о 4-10"4 0,008 0,0042
Рис. 1 Принципиальная схема опытной установки биоутилизации буроугольных отходов: 1 - вагонетка; 2 — мешалка; 3 — перфорированный трубопровод; 4 - технологический пневмостав; 5 — технологический водостав; 6 - емкость подпитки микробной популяции; 7 - дозатор подпитки микробной популяции
Схема опытной установки для оценки эффективности биотехнологии разрушения буроугольных отходов в отводимой воде приведена на рис. 1. В вагонетку ШВ-2,5-1 подавали воду от технологического водостава откачивающего водоприток. В верхней части вагонетки установили две мешалки 2 на базе буровых сверл БР-250 мощностью 1,2 Квт. В нижней части вагонетки разместили змееобразный трубопровод 3 перфорированный сверху отверстиями диаметром 2 мм для подачи воздуха от технологической пневмоцентрали 4. В верхней части установки установлена емкость 6 для подпитки микробной популяции в вагонетке 1. Емкость 6 оборудована дозатором расхода подпитки 7.
Оборудованная таким образом установка помещалась вблизи водооткачивающей станции. Средняя температура составляла 22°С, рН шахтной воды был равен 6,5. Рабочий объем шахтной воды в вагонетке не превышал 2,0 м3. Концентрация взвешенных веществ в поступающей на очистку воде изменялась от 700 до 300мг/л (при среднем значении 382 мг/л). Объемная скорость потока воды принималась равной 2 м3/сут. Исходная концентрация бактерий поддерживалась на уровне Хо= 6,5 -106 кл/мл (1пХ0= 13,9). Эксперимент проводился в течение 37 суток. Конечная концентрация бактерий в установившемся режиме составила 17,8 -108 кл/мл (1пХп= 19,0).
Анализ результатов опытных экспериментов показал, что период запаздывания (Твв и Тгв) биотехнологического процесса разрушения взвешенных веществ и накопления гумусового ве-
шества до их выхода на установившийся режим составляет 4 — 9 суток (рис. 2 и 3).
Эффективность снижения концентрации углистых взвешенных вешеств в воде составила 45%, а выход гумусового вешества 36%.
Характер изменения рН среды подтверждает результаты лабораторных исследований о многофазовом характере биодеструкции углистого вешества (рис. 4).
Константа скорости роста клеток микробной популяции составила:
1пX - 1пX 19,0-13,9
Т
4
= 1,27; 1/сут.
(1)
Рис. 2 Динамика изменения концентрации буроугольных взвешенных веществ
Рис. 3 Динамика изменения концентрации гумусового вещества
1,сут
Рис. 4 Динамика изменения рН среды
Эколого-экономическая оценка эффективности очистки сточных вод от взвешенных буроугольных отходов базируется на рекомендациях СНиП 1.02.01-85 и Московского государственного горного университета [1, 2]. В основу статистической модели положена зависимость объема сброса загрязняющих веществ в водоемы от факторов производства:
Е = 37,74 - 0,433В +1,57 V - 0,13Ен, (2)
где Е — экономическая эффективность, руб./м3; В - капитальные затраты по очистке загрязненных вод, руб./м3; Vн — объем загрязняющих вод единичного объема, м3 /т; Ен — эффективность способа по снижению концентрации взвешенных веществ, %.
По данным АО «Читинская угольная компания» показатели уравнения (2) составляют: В - 0,187 руб/т; Vн - 78,5 м3 /т; Ен -45 %. Подставляя эти данные в уравнение 2 получим, что эффективность предлагаемого способа по снижению концентрации взвешенных веществ составляет 32,6 руб/ м3 очищаемой воды. Годовой экономический эффект при очистке 1200 м3/сут. стоков АО «Читинская угольная компания» составит порядка 14 млн руб./год.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петров И.В. «Эколого-экономическая оценка и выбор направлений развития угледобывающих регионов» Докт. дисс. — М.: Фонды МГГУ, 1999.
2. «Пособие по составлению раздела проекта (рабочего проекта) Охрана окружаюшей природной среды» к СНиП 1.02.01-85. — М.: ЦНИИ проект Госстроя СССР, 1988. ЕПЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Исаев Олег Николаевич — кандидат биологических наук, доцент, Институт инженерной экологии и химического машиностроения Университет машиностроения (МАМИ), isaevo1eg75@mai1.ru.
UDC 628.39:663.5 BIOCHEMICAL PURIFICATION METHOD QUARRY WATERS
Isaev O.N., cand.biol.sci., University of engineering (MAMI), Institute of environmental engineering and chemical engineering, Russia.
Brown coal wastes generated by coal mines, getting into the career of the water, break the natural balance, lead to the degradation of terrestrial and aquatic ecosystems. In the article the results of experimental-industrial tests of biochemical purification method quarry waters.
Key words: Lignite waste, haul water, biochemical purification method, experimental-industrial testing.
REFERENCES
1. Petrov I.V. Jekologo-jekonomicheskaja ocenka i vybor napravlenij razvitija ugle-dobyvajushhih regionov (Ecological-economic evaluation and the choice of directions of development of the coal mining regions). Dokt. diss. Moscow: Fondy MGGU, 1999.
2. Posobie po sostavleniju razdela proekta (rabochego proekta) Ohrana okruzhajushhej prirodnoj sredy k SNiP 1.02.01-85 (A guide to drafting the section of the draft (working draft) Protection of the natural environment to SNiP 1.02.01-85). Moscow: CNII proekt Gosstroja SSSR, 1988.
