CC BY
80
А.Г. Верхотуров
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОСУШЕНИЯ БЕРЕЗОВСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Гехнологические процессы по добыче и обогащению различных типов руд невозможны без технического водоснабжения. Интенсивное освоение месторождений юго-восточной части Забайкалья значительно увеличит потребности и в водах хозяйственно-бытового значения. Так как данный район находится на границе лесостепной и степной зоны карьерный водоотлив можно рассматривать как потенциальный резерв водоснабжения при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом.
В Читинской области в настоящее он осуществляется на 18 объектах горно-рудной и угольной отраслей в объеме 114 тыс. м3/сут, из которых только 32-55 тыс. м3/сут используется на производственные нужды [4]. На территории Краснокаменского промышленного узла объем каръерного и шахтного водоотлива составляет соответственно 42 тыс. м3/сут, а на технические нужды возвращается 22,8 тыс. м3/сут.
Наиболее опасны с позиций загрязнения поверхностных и подземных вод, технологические воды, сбрасываемые в хвостохрани-лища ГОКов: Забайкальского, Нерчинского, Приаргунского ПГХО и др. По данным В.И. Цыганка [4] минерализация промстоков в хвостохранилищах достигает 20-22 г/л, pH до 0.9, содержание сульфатов до 14-17 г/л и т.д. По разным компонентам превышение ПДК составляет от 7 до 925 раз. Очистка этих вод требуют значительных затрат и, как правило, нерентабельна.
В то же время воды карьерного водоотлива могут использоваться для хозяйственно-бытового водоснабжения, для различных технологических процессов, орошения земель и искусственного восполнения запасов подземных вод. В случае загрязнения этих вод необходима очистка и определенная подготовка их для сброса в речную сеть или использование в других целях. Проблемы и эко-
логические аспекты карьерного водоотлива нам представляется лучше всего рассмотреть на примере Березовского железорудного месторождения, расположенного в Нерчинско-Заводском районе Читинской области. Разработку этого месторождения ООО «ГПК Лунэн» (КНР) предполагает проводить открытым способом. Ценность Березовского месторождения заключается в высоком содержании 33-60 % железа в руде и в благоприятных горногеологических условиях, позволяющих отработать 71 % всех запасов руд открытым способом при среднем коэффициенте вскрыши 0.37 м3/т руды. Проектная добыча железной руды составит в среднем 10 млн т/г.
В первые годы (7-10 лет) отработка месторождения возможна практически без предварительного осушения. Проблемы с получением воды на технологические и хозяйственно-питьевые нужды возникают сразу с момента начала работ, а после завершения добычи руды в верхней части месторождения потребуются значительные объемы карьерного водоотлива.
1. Условия формирования карьерных вод
На начальном этапе эксплуатации месторождения сточные воды будут формироваться только за счет атмосферных осадков. Для защиты объектов горного предприятия - карьеров, отвалов вскрышных пород, промышленных площадок от склоновых вод достаточно строительства нагорных и водосборных канав для приема атмосферных осадков и отведения вод за пределы карьера. Мероприятия по отводу паводковых вод препятствуют размыву откосов поверхностными водами и инфильтрации атмосферных осадков внутрь откосов и их увлажнению, соответственно снижая угрозу возникновения оползневых процессов.
После достижения подошвами карьеров обводненной части месторождения (при сохранении проектных объемов добычи) на участке Ольховый это произойдет через 10 лет, а на участке Ягодный через 7 лет, баланс водоотведения существенно изменится в связи с постепенным увеличением количества сбрасываемых карьерных сточных вод при осушении нижней части месторождения. В случае предварительного водопонижения эти воды без очистки могут использоваться в технических целях.
Ожидается, что приток воды в карьеры будет возрастать до глубины 100 м, а затем увеличение будет снижаться по мере сработки статических запасов подземных вод. Такая картина наблю-
далась, например, при разработке Черновского месторождения угля подземным способом в г. Чите. Здесь величина водоотлива в начальный период достигала 20 тыс. м3/сут, затем к концу эксплуатации в 1985 г. снизилась до 1.1-1.2 тыс. м3/сут, а понижение уровней составило 90 м [4].
Отвод воды из двух карьеров на поверхность предусматривается осуществлять с помощью передвижных и стационарных насосных станций. Объем водоприемников (зумпфов) следует выбирать со значительным запасом. Для более эффективного прогноза водопритоков необходимо бурение опережающих скважин. Это позволит при встрече зон повышенной обводненности проводить локальное глубинное водопонижение с подошвы карьера. Воды необходимо отводить в пруд-отстой-ник, полная вместимость которого 258.75 тыс.м3 определена, исходя из необходимого объема для приема сточных вод.
Воздействие системы осушения на водохозяйственные объекты района определяется режимом водопотребления и водоотведения. Источником загрязнения поверхностных водотоков, как показывает практика разработки железорудных месторождений, являются карьерные воды, образующиеся в результате смешивания атмосферных осадков и подземныъх вод. Источниками дополнительного загрязнения могут быть горнодобывающие, погрузочнотранспортные машины и оборудование. В карьерных водах основными загрязняющими компонентами являются взвешенные вещества и нефтепродукты.
В пруду-отстойнике частицы размером 0.01^0.05 мм, в основном, осаждаются за счет сил гравитации отстаиванием. Частицы крупностью менее 0.005 мм распределяются по всему водоему во взвешенном состоянии и образуют устойчивое загрязнение. Ввиду незначительного содержания в дренажных водах глинистых частиц размером - 0.005 мм, основная очистка загрязненной воды в отстойнике будет осуществляться естественным осветлением.
По укрупненной оценке в карьерных водах содержание нефтепродуктов может достигать от 0,5-1 мг/л, взвешенных веществ 150-250 мг/л [1, 2]. В процессе работ по добыче руды карьерные воды загрязняются и катионами железа. Прогнозные концентрации загрязнения катионами железа достигнут 2.8 мг/дм3 и более, поскольку при увеличении глубины карьера будет происходить возрастание концентрации растворенных солей марганца, железа,
сульфатов и, возможно, снижение pH. Такая ситуация характерна для многих карьеров железорудных месторождений РФ [3,4],.
Сброс карьерных вод непосредственно в поверхностные водотоки недопустим из-за высокого содержания в них взвешенных веществ и возможного попадания нефтепродуктов, а также высокого содержания железа. Устройство пруда-отс-тойника является необходимым элементом для экологически безопасной работы Березовского ГОКа. Как показали результаты моделирования, последующая фильтрация через дамбу позволяет достичь ПДК только в отношении взвешенных веществ. Из-за низкой сорбционной способности грунтов дамбы, по отношению к катионам железа и нефтепродуктам и для предотвращения попадания загрязненных вод в поверхностные водотоки, она должна иметь противофильтрационный экран.
Решением проблемы может быть глубокая доочистка сточных вод до требуемых санитарных норм перед сбросом из пруда-отстойника в поверхностный водоток. В этом случае удастся достигнуть нормативных требований к ПДК загрязняющих компонентов в сточных водах.
2. Глубокая доочистка карьерных вод цеолитовыми фильтрами
Для повышения степени очистки сточных вод можно использовать, например цеолитовые фильтры, которые формируются в технологические схемы в виде отдельных последовательно соединенных модулей. В качестве наполнителя используются цеолито-вые туфы Забайкалья.
Предлагаемый вариант основан на применении фильтров глубокой доочистки воды на основе цеолитов и геотекстильных материалов [3]. Принципиальная схема работы цеолитового фильтра показана на рис. 1.
Работа цеолитового фильтра основана на удержании сменными фильтрующими элементами на основе цеолитового туфа загрязняющих веществ (взвеси, нефтепродукты, катионы железа и т.д.).
Сменные фильтрующие элементы заполняются подготовленным цеолитовым материалом (гранулы или частицы размерами 510 мм).
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ЦЕОЛИТОВОГО ФИЛЬТРА ГЛУБОКОЙ ДООЧИСТКИ ВОДЫ
Грязная вода
Рис. 1. Схема работы цеолитового фильтра
На входе и выходе из кассеты устанавливают сетки для удержания гранулированного или отсеянного на грохоте цеолита. Альтернативным вариантом для сеток может явиться применение геотекстильного материала типа «Дорнит» [3].
Необходимым условием эффективной работы фильтра является предварительная гравитационная очистка воды в пруде-отстойнике и высокая степень использования сорбента. Это позволяет очистить воду от крупных взвешенных части и продлить работу фильтра до замены кассет и их регенерации или смены фильтрующего материала. Эффективность очистки цеолитовыми фильтрами осветленных вод пруда-отстойника от взвешенных веществ и нефтепродуктов составляет 90-95 %, катионов железа - 70%. Кроме этого, нормализуются до нормы рН, прозрачность и цветность осветленной воды. Производительность одного фильтра составляет 50 м3/час или 1200 м3/сут. Для максимального сброса паводковых вод 200 м3/час необходимо 5 фильтров модульного типа (один из них запасной). Общая схема гравитационной очистки и глубокой доочистки воды представлена на рис. 2
Рис. 2. Принципиальная схема глубокой очистки воды: 1 - дамба отстойника; 2 - осветленная вода; 3 - грязная вода; 4 - труба для подачи осветленной воды на цеолитовый фильтр; 5 - осветленная вода
Применение цеолитовых фильтров совместно с работой аварийного сброса-регулятора и пруда-отстойника позволит эффективно очищать дренажные воды карьера и подавать в речную сеть чистую воду.
Опыт применения цеолитовых фильтров на различных горнодобывающих предприятиях Забайкалья показывает, что их работа весьма эффективна.
3. Физико-химическая очистка карьерных вод известью
Другим наиболее дешевым, доступным способом очистки сточных вод является использование в качестве регулятора среды и осадителя извести (рис. 3). Снижение содержания загрязняющих компонентов (взвешенных веществ, железа, нефтепродуктов и др.) до норм ПДК с помощью известкового молока широко используется в Забайкалье. Например, в шахтных водах Дарасунского рудника при расходе извести более 175 мг/дм3 ("Технологический регламент..." "Иргиредмет", 2002) содержание железа снижается с 0.6 мг/дм3 до 0.01 мг/дм3, взвешенных веществ от 175 мг/дм3 до 12 мг/дм3, нефтепродуктов с 0.15 мг/дм3 до 0.05 мг/дм3.
После цикла очистки необходим сбор осажденной гидроокиси кальция с компонентами-загрязнителями из пруда-отстойника и вывоз на полигон твердых бытовых отходов.
Рис. 3. Принципиальная схема очистки сточных вод известью: 1 - усреднитель сточных вод; 2 - склад извести; 3 - емкость для приготовления известкового молока; 4 - дозатор; 5 - камера реакции; 6 - отстойник
Расход извести Qи на очистку сточных вод, с учетом требуемой концентрации 175 мг/дм3 и среднего расхода, сбрасываемых вод - 4828 м3/сут; составит 0,845 т/сут или 308 т/г.
Прогнозная и подтвержденная многочисленными экспериментами эффективность химической очистки карьерных вод известью позволяет рассматривать его как альтернативный варианту очистки в цеолитовых фильтрах.
Выводы
1. В качестве основного варианта очистки сточных вод до требуемых нормативных показателей рекомендуется использовать пруд-отстойник с последующей доочисткой сточных вод в цеоли-товых фильтрах или физико-химическим методом коагуляции загрязняющих примесей известью. Вариант доочистки карьерных вод
необходимо принять после проведения технико-экономической оценки при опытно-промышленных испытаниях.
2. Применение стадии глубокой доочистки воды позволяет исключить загрязнение поверхностных вод, а также водозаборов, расположенных ниже по течению. После глубокой доочистки, сбрасываемые из пруда-отстойника воды, могут использоваться как для технологических нужд, так и для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мироненко В.А. Горнопромышленная гидрогеология / В.А. Мироненко, Е.В. Мольский, В. Г. Румынин. - М.: Недра, 1989. - 287 с.
2.. Мироненко В.А. Изучение загрязнения подземных вод в горнодобывающих районах / В.А. Мироненко, Е.В. Мольский, В. Г. Румынин. - Л.: Недра, 1988. - 279 с.
3. Учебно-методическое пособие. Применение цеолитсодержащих туфов Сибири и Дальнего Востока для очистки сточных вод горнодобывающих предприятий / А.Н. Хатькова, В.П. Мязин, К.И. Карасев. - Чита: ЧитГУ, 1997. - 75 с.
4. Цыганок В.И. Водоснабжение / В.И. Цыганок // Геологические исследования и горно-промышленный комплекс Забайкалья. - Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 199. - С. 398-406. ЕШ
— Коротко об авторе --------------------------------------------
Верхотуров А.Г. - доцент, кафедра гидрогеологии и инженерной геологии, Читинский государственный университет, [email protected]
