CC BY
120
---------------------------------------------- © В.И. Коннов, 2008
УДК 622.271:628.394 В.И. Коннов
МЕРОПРИЯТИЯ, СПОСОБЫ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ МАЛЫХ РЕК ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ ПРИ ОТРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЗОЛОТА ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ В УСЛОВИЯХ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ
Сточные воды предприятий горнодобывающей промышленности являются крупномасштабным источником загрязнения водных объектов. Содержащиеся в их составе взвешенные вещества, минеральные соли и соли тяжелых металлов, нерастворимые частицы органического происхождения, нефтепродукты и другие вредные компоненты способны накапливаться в водных объектах и аккумулироваться водными организмами, вызывая необратимые процессы в природной среде. Открытые горные работы занимают значительное место в этой проблеме [1].
Задачи защиты водных объектов от загрязнения, изучение процессов смешения сточных и речных вод, прогнозы состояния водных ресурсов, в т. ч. влияние горных работ решали многие ученые, среди которых находятся Архипов
Н.А., Воронков Н.А., Горошков И.Ф., Горшков В.К., Гуткин В.И., Ельчанинов Е.А., Жукова Г.А., Зубрев Н.И., Калашников А.Т., Караушев А.В., Клибашев К.П., Коваленко В.С., Козловский Е.А., Красавин А.П., Лапшев Н.Н., Ласкорин Б.Н., Меркулов В.А., Мирзаев Г.Г., Михалев М.А., Михайлов А.М., Новиков В.Н., Парахонский Э.В., Потапов А.И., Ржевский В.В., Родзиллер И.Д., Сласту-нов С.В., Томаков П.И., Фролов В.А., Шикломанов И. А. и др.
Основные задачи научных исследований в области охраны водных ресурсов, решаемые в горнодобывающей промышленности, следующие: разработка прогнозов и комплексных мероприятий по охране и рациональному использованию водных ресурсов с учетом региональных особенностей объектов эксплуатации; разработка и внедрение интенсивных методов и оборудования очистки и обеззараживания производственных сточных вод и комплексного их использования для технических и хозяйственно-бытовых нужд предприятий, а также орошения сельскохозяйственных угодий; создание и освоение технологий и оборудования для деминерализации шахтных и карьерных вод; разработка и внедрение средств автоматизированного контроля и управления очистными сооружениями, установками и оборудованием; совершенствование региональной системы наблюдений и контроля за состоянием водных ресурсов в районах строительства и эксплуатации объектов промышленного и гражданского назначения [2].
Количество производственных сточных вод, образующихся в процессе ведения открытых и подземных горных работ, и качественный их состав зависят от многих факторов, главными из которых являются: горно-геологические и горнотехнические условия, тектоническое строение месторождения, глубина разработки и площадь выработанного пространства.
В зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий такие воды могут содержать специфические природные загрязнения, к которым относятся хлориды, сульфаты, соли кальция и магния, железо и микроэлементы. В целом со сточными водами горнодобывающих предприятий в водные объекты ежегодно сбрасывается до 180 тыс. т взвешенных веществ и более
4 млн. т минеральных солей и солей тяжелых металлов, что резко ухудшает санитарно-гигиеническую обстановку
водных объектов. Как правило, качественно и количественно состав шахтных и карьерных вод, загрязненных взвешенными породными частицами, изменяется в довольно широком диапазоне в зависимости от условий эксплуатации предприятий, уровня механизации и автоматизации горных работ и других причин. В процессе производства шахтные и карьерные воды пополняются и разбавляются водой, используемой при пылеподавлении, ведении заиловочных работ и т.д.
Минерализованные шахтные и карьерные воды чаще всего бывают жесткими вследствие наличия в них солей кальция и магния. Высокая жесткость воды ограничивает возможности ее использования для хозяйственных целей. Минерализация не только неблагоприятно влияет на растительный и животный мир водных объектов, но и снижает их самоочищающую способность. Высокая минерализация изменяет также вкусовые свойства воды: при концентрации солей более 1000 мг/дм3 (в том числе сульфатов - более 500 мг/дм3, хлоридов - более 350 мг/дм3) вода приобретает горько-соленый привкус. При длительном употреблении такой воды нарушается водно-солевое равновесие в организме. Согласно литературным данным, минерализованные воды сбра-
сывают 336 предприятий 27 производственных объединений только угледобывающей отрасли [2]. Еще больший вред водным объектам и организму человека наносят кислые шахтные воды, несущие с собой большое количество соединений железа, которые в концентрациях выше
0,5 мг/дм3 придают воде своеобразный металлический привкус. Неблагоприятным фактором является способность за-кисных соединений железа окисляться за счет растворенного в воде кислорода. Это потребует больших количеств кислорода и образования практически нерастворимых бурых хлопьев гидроксида железа. Обеднение воды кислородом ведет к нарушению процессов биологического очищения воды, гибели рыбы и вторичному загрязнению водоемов продуктами анаэробных процессов распада органических веществ: сероводородом, метаном и другими газами. Высокая кислотность воды характерна для Кизе-ловского, Подмосковного и частично Донецкого (восточный район) угольных бассейнов.
В местах сброса шахтных и карьерных вод резко увеличивается бактериальная загрязненность. Коли-титр в воде водотоков-водоприемников таких вод обычно (карьерных) составляет 0,01 -
0,001, а в ряде случаев 0,0001 и ниже. Практика показывает [3, 4], что экологические последствия добычи и переработки угля, сланца, золота, серебра в каждом регионе различны, зависят от специфики производства и проявляются в негативных изменениях окружающей среды. Наиболее крупные из них наблюдаются при разработке угольных, сланцевых, золотосодержащих месторождений открытым и подземным способами, что связано с непосредственным нарушением геологического строения недр и природного ландшафта, а также активным влиянием горных работ на
всю биосферу. Так, в Павлоградском районе Западного Донбасса в результате подработки поймы р. Самары шахтами ПО «Павлоградуголь» на протяжении 45 км произошло неравномерное проседание земной поверхности с образованием затопленных водой блюдообразных воронок глубиной 3-6,4 м. Вследствие этого из народнохозяйственного пользования выведена значительная часть (5,2 тыс. га) земельных угодий, прилегающих к районам расположения угольных шахт. Кроме того наблюдается засоление и загрязнение р. Самары и ее притоков из-за минерализации шахтных вод, возрастающей по мере отработки ниже-ле-жащих пластов. В результате шахтного водоотлива произошло истощение запасов вод эксплуатируемых гори-зонтов на площади 340 км2, а фильт-рационные воды из прудов-накопи-телей, расположенных в непосредст-венной близости от шахт, ухудшили качество подземных вод, особенно в центральной части месторождения, где загрязнение распространилось на площади 7,5 км2, а минерализация возросла до 11 г/дм3.
Заболачивание и затопление подработанных территорий является основным видом нарушений природного ландшафта в Чурубай-Нуринском и Тентекском районах Карагандинского каменноугольного бассейна. Источником подтопления служат грунтовые воды аллювиальных отложений рек Чуру-бай-Нура и Сакура. Общая площадь подтопленных земель составляет около 1000 га, при этом 34,5 % территории затоплено постоянно, а 65,5 % - сезонно вследствие колебания уровня грунтовых вод. Практически вся подработанная шахтами территория в этих районах выбыла из хозяйственного использования.
Специфическими особенностями сточных вод предприятий горнодобывающей промышленности является высокодисперсный (до 80 % частиц размером менее 10 мкм) состав взвешенных веществ, что обусловливает необходимость применения различных технических средств и технологических приемов для качественной их очистки в процессе производства.
В настоящее время только в угольной промышленности действуют 568 типов очистных сооружений, предназначенных для удаления взвешенных веществ и обеззараживания шахтных вод. Большинство очистных сооружений (86 %) является сооружениями механической очистки, они работают по принципу гравитационного осаждения и представлены отстойниками и прудами-отстойниками различных типов, размеров и вместимости; остальная часть (14 %) - сооружениями физико-химической очистки. Механическая очистка на 26 % сооружений производится только в отстойниках, на 36 % - в прудах-
отстойниках и на 38 % - в 2 ступени: сначала в отстойниках, а затем в прудах-отстойниках или фильтрах с песчаной загрузкой. Однако фильтрованию подвергается, как правило, небольшая часть общего объема шахтных вод, которая предназначена для использования на технические нужды угольных предприятий. Фильтрование всего объема сточных вод производится лишь на отдельных предприятиях. Химические реагенты для интенсификации процессов очистки используются примерно на 14 % очистных сооружений. К числу основных реагентов относятся сернокислый алюминий и полиакриламид, в отдельных случаях применяется хлорное железо и известь.
Схема цепи аппаратов для очистки сточных вод с использованием прудов-отстойников и скорых фильтров на весь приток: 1 - пруд-отстойник; 2 - насосы; 3 - воздуходувка; 4 - скорый фильтр; 5 - резервуар очищенной воды; 6 - хлоратор; 7 - растворный бак флокулянта; 8 - расходный бак флокулянта; 9 - поплавковый дозатор; Вш - исходная шахтная вода; Фр - раствор флокулянта; Вх - хлорная вода; Вп - промывная вода; Воч -очищенная шахтная вода; Ав - воздух
Наивысшая эффективность и глубина очистки достигается при применении прудов-отстойников в сочетании с фильтрами и осветлителями со взвешенным слоем осадка, наименьшая -при применении отстойников с коагуляцией и без нее. Технология очистки сточных вод с использованием прудов-отстойников получила широкое распространение на предприятиях горнодобывающей промышленности как наиболее простая в обслуживании и в конструктивном исполнении. На практике она применяется в четырех основных вариантах: пруд-отстойник большой вместимости, каскад прудов-отстойников,
пруд-отстой-ник и скорые фильтры на часть притока, пруд-отстойник и фильтры, установленные на весь приток (рисунок). Достоинством технологии очистки сточных вод с использованием прудов-отстойников является совмещение процессов осветления воды и складирования осадка. Однако для размещения прудов-
отстойников требуется значительное отчуждение земельных площадей, а концентрация тонкодисперсных фракций в исходной шахтной воде не должна превышать 30-50 мг/дм3 при безреагентном отстаивании. При самостоятельном использовании прудов-отстойников очистка сточных вод в них от взвешенных веществ составляет до 15 мг/л, а в сочетании со скорыми песчаными фильтрами - до 5 мг/л.
Необходимая степень очистки сточных вод при их сбросе в водные объекты определяется состоянием водного объекта и возможной степенью их разбавления в зависимости от предельно допустимых концентраций (ПДК) различных загрязняющих ингредиентов. В зависимости от состава загрязнителей и характера их воздействия на водные объекты и находящиеся в них организмы сточные воды условно делятся [5] на четыре группы (табл. 1).
Загрязненные сточные воды перед повторным использованием или выпус-
Груп- па Вид загрязнений Характер изменений состояния водоемов и водных растений Источник загрязненных вод
1 Неорганические примеси со специфическими токсическими свойствами Изменение органолептических и физико-химических свойств воды: засоление, снижение рН, заражение водных организмов Кислые и высоко минерализованные шахтные и карьерные воды
2 Неорганические примеси без специфических токсических свойств Изменение органолептических свойств воды Шахтные и карьерные воды, загрязненные взве-шенными веществами
3 Органические примеси без специфических токсических свойств Повышение окисляемости и БПК, создание дефицита кисло рода Хозяйственно-фекальные воды
4 Органические примеси со специфическими токсическими свойствами Изменение и ухудшение качества воды, отравление водных организмов Шахтные, карьерные и другие сточные воды, загрязненные нефтепродуктами и взвешенными веществами
ком в природные водные объекты должны подвергаться очистке, способ и степень которой зависят от характера загрязнения сточных вод, их объемов, вида их последующего использования, условий выпуска и других факторов. Очистка сточных вод является одним из основных элементов системы охраны водных ресурсов разрезов и заключается в обработке их с целью разрушения и удаления из них загрязняющих веществ и нормализации их состава и свойств. В связи с большим разнообразием состава и свойств сточных вод применяют различные способы и методы их очистки. Основными способами очистки являются механический, физико-химический, химический, биохимический и термический. В некоторых случаях прибегают также к захоронению или закачке сточных вод в глубокие подземные горизонты.
Автором предложен наиболее простой и дешевый способ по регулированию режима поступления взвешенных веществ по руслоотводному каналу в водоток в начальный период его эксплуатации при отработке россыпных месторождений золота открытым способом [6]. Он основан на поэтапной промывке руслоотводного канала рас-
четными расходами воды (получен патент на изобретение).
Для обоснованного выбора способа очистки и обеззараживания сточных вод, а также состава очистных сооружений необходимы следующие исходные данные: объем и режим подачи сточных вод на очистку, их физикохимический состав, перечень потребителей очищенных и неочищенных сточных вод и требования к их качеству, требования органов охраны водных ресурсов по отведению сточных вод в природные водные объекты, результаты технологических исследований их и образующегося осадка.
Результаты технологических исследований сточных вод должны включать: кинетику осаждения взвешенных частиц, тип и оптимальную дозу реагентов, фильтровальные характеристики, параметры осадка, образующегося при очистке, дозу хлора для обеззара-живания.
В общем случае технология очистки сточных вод включает ряд процессов. Но в каждом отдельном случае некоторые из указанных процессов могут быть исключены или объе-динены друг с другом в зависимости от состава и свойств сточных вод, требований к их очистке и других факторов. Все это
Таблица 2
Основные разделы каталога типовых методов и средств защиты малых рек от загрязнения сточными водами при открытой отработке месторождений полезных ископаемых в Забайкальском крае
Разделы каталога типовых методов и средств защиты малых рек от загрязнения сточными водами
1. Организационные водоохранные мероприятия и средства защиты
а) Организационные водоохранные мероприятия для защиты вод малых рек от поступления стоков с отрабатываемой открытым способом площади месторождения
б) Организационные водоохранные мероприятия для защиты вод малых рек от поступления стоков, содержащих нефть и нефтепродукты
в) Осуществлять мониторинг и контроль качества воды малых рек
2. Лесотехнические мероприятия на поймах рек, на которых ведется отработка месторождений
3. Гидротехнические мероприятия на отрабатываемых месторождениях, реках и их водосборах
4. Противоэрозионные мероприятия на водосборах малых рек в районе расположения месторождения
5. Естественнобиологические мероприятия на реках и их водосборах в районе расположения месторождения
6. Инженерные средства и мероприятия по защите малых рек от загрязнения сточными водами при отработке месторождений открытым способом
а) Очистка сточных вод от взвешенных веществ
б) Очистка сточных вод от тяжелых металлов
в) Очистка сточных вод от органических и бактериальных загрязнений
обусловливает большое разнообразие применяемых на практике технологических схем.
Общие требования к технологии, очистке и очистным сооружениям сводятся к тому, что они должны обеспечивать получение необходимого качества очищенных вод при изменении количества и качества исходных сточных вод, а также создавать условия для широкого использования ими сброса очищенных сточных вод. При этом необходимы высокие надежность и экономичность работы очистных сооружений в целом, а также механизация работы отдельных аппаратов и узлов [7].
Для типизации проектирования и строительства сооружений по очистке шахтных и карьерных вод от техногенных загрязнений сотрудники ВНИИОС-уголь в 1984-1985 гг. разработали и передали для широкого практического исполь-
зования каталог-справочник «Технологические схемы очистки от взвешенных веществ и обеззараживания шахтных вод», в который включены шесть наиболее эффективных и экономичных способов и типов водоочистных сооружений, применяемых в угольной промышленности [8].
Рекомендуемые варианты технологических схем очистки шахтных вод обеспечивают качественную их подготовку для использования на технические нужды предприятий и сброса избыточного объема вод в водоем в полном соответствии с нормативными требованиями.
В результате анализа способов и методов очистки сточных вод, образующихся на месторождениях полезных ископаемых, разработан каталог инженерных средств и мероприятий по защите малых рек от загрязнения сточными водами при отработке месторождений открытым спо-
собом. Основные разделы каталога приведены в табл. 2.
Выводы
В результате исследования получены следующие выводы:
1. Задача интенсификации процессов очистки производственных сточных вод в горнодобывающей промышленности решается в нескольких направлениях. Наиболее перспективным из них является создание и освоение компактного оборудования заводского изготовления, выполненное на базе модульных конструкций. Такое оборудование, максимально готовое к монтажу на месте
1. Экология и охрана природы при открытых горных работах / П.И. Томаков [и др.]. -М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1994. - 418 с.
2. Красавин, АП. Защита окружающей среды в угольной промышленности / А.П. Красавин.
- М.: Недра, 1991. - 221 с.
3. Красавин, А.П. Бугайченко В.Е. Охрана природы в угольной промышлености /А.П. Красавин, В.Е. Бугайченко. - М.: ЦНИЭИ-уголь, 1987. - С. 5 - 108.
4. Красавин, А.П. Кукушкин В.М. Охрана природы в топливно-энергетических комплексах Сибири и Казахстана /А.П. Красавин, В.М. Кукушкин. - М.: ЦНИЭИуголь, 1986. - С. 12159.
5. Горшков, В.А. Очистка и использование сточных вод предприятий угольной промыш-
применения, позволит перевести строительство водоочистных сооружений на индустриальную основу [9].
2. В результате анализа способов и методов очистки сточных вод, образующихся на месторождениях полезных ископаемых, разработан каталог инженерных средств и мероприятий по защите малых рек от загрязнения сточными водами при отработке месторождений открытым способом. Каталог может использоваться для выбора методов и средств защиты малых рек от загрязнения сточными водами при открытой отработке месторождений полезных ископаемых в Забайкальском крае.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ленности / В.А. Горшков. - М.: Недра, 1981. С.
5 - 168.
6. Коннов, В.И. Влияние деятельности человека на малые реки Восточного Забайкалья: научное издание [Текст] / В.И.Коннов. - Чита: За-бГГПУ, 2006. - 115 с.
7. Ельчанинов, Е.А. Развитие малоотходной технологии при подземной добыче угля: Обзор / Е.А.Ельчанинов, Д.Т. Горбачев, Е.В. Беляев. -М.: ЦНИЭИуголь, 1985. - С. 4 - 46.
8. Технологические схемы очистки от взвешенных веществ и обеззараживания шахтных вод. Каталог. - М.: ЦНИЭИуголь, 1985. - С. 498.
9. Архипов, Н.А. Добыча угля и рациональное природопользование / Н.А. Архипов, Е.А. Ельчанинов, Д.Т. Горбачев. - М.: Недра, 1987.
- 285 с. ИДИ
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------
Коннов В.И. - кандидат технических, наук, Забайкальский институт железнодорожного транспорта, г. Чита.
Доклад рекомендован к опубликованию Забайкальским институтом железнодорожного транспорта.
УДК 622.271:628.394 В.И. Коннов
МЕТОДИКА РАСЧЕТА РЕЖИМА ВЫНОСА
