CC BY
80
УДК 66.067.8
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
© В.А. Тронь1, Е.В. Будник2, С.Г. Шахрай3, В.В. Кондратьев4
1,2,3Сибирский федеральный университет,
Институт цветных металлов и материаловедения,
660025, Россия, г. Красноярск, пр. им. газеты «Красноярский рабочий», 95.
4Иркутский государственный технический университет,
Физико-технический институт,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
В ходе проведённых исследований установлено, что электровзрывная обработка сточных вод позволяет увеличить скорость осаждения минеральных веществ практически в 7-8 раз и значительно сократить время процесса. Положительное влияние электровзрывной обработки на скорость осаждения твёрдых взвесей объясняется повышенной коагуляцией минеральных частиц вследствие сжатия двойного электрического слоя под действием высоковольтного электрического разряда в результате действия двух противоположно направленных сил: электростатического отталкивания и сил ван-дер-ваальсового притяжения.Предлагаемая технологическая схема очистки сточных вод прошла проверку на ряде предприятий Красноярского края и показала высокую эффективность. В связи с тем, что данная технология не требует больших энергетических затрат, значительных капитальных вложений и серьёзного изменения существующих технологических схем, она может быть рекомендована для применения в цикле очистки сточных вод угольных месторождений. Ил. 1. Табл. 1. Библиогр. 15 назв.
Ключевые слова: водоочистка; сточные воды; добыча угля; электроимпульсная очистка.
NEW OPPORTUNITIES FOR COAL DEPOSIT WASTEWATER TREATMENT V.A. Gron, E.V. Budnik, S.G. Shakhrai, V.V. Kondratyev
Siberian Federal University,
Institute of Nonferrous Metals and Material Science,
95 Prospekt imeni gazety "Krasnoyarsk Rabochii", Krasnoyarsk, Russia, 660025. Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
The study results have shown that electroexplosive wastewater treatment can increase the deposition rate of minerals by 7-8 times and considerably reduce the duration of the process. The positive effect of electroexplosive treatment on the deposition rate of suspended solids is explained by the increased coagulation of mineral particles due to the compression of the double electrical layer under the effect of a high-voltage electric discharge resulting from the action of two opposite forces: the force of electrostatic repulsion and the forces of van der Waals attraction. The proposed wastewater treatment flowsheet has been tested at a number of Krasnoyarsk region enterprises and proved to be highly efficient. Since this technology requires nether high energy consumption nor significant capital investments and considerable modifications of existing technological schemes it can be recommended for use in the wastewater treatment cycle of coal deposits. 1 figure. 1 table. 15 sources.
Key words: water treatment; waste waters; coal mining; electric pulse treatment.
Филиал ОАО «СУЭК-Красноярск» разрез «Бородинский» - предприятие, осуществляющее добычу бурого угля Бородинского месторождения Канско-Ачинского бассейна открытым способом. ОАО разрез «Бородинский» входит в состав ОАО «Сибирская
угольная энергетическая компания» (ОАО «СУЭК»).
Район Бородинского буроугольного месторождения приурочен к Рыбинской впадине Сибирской платформы. Месторождение представляет собой мульдо-образную синклинальную складку, так называемую
1Гронь Вера Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры техносферной безопасности горного и металлургического производства, тел.: 89135192680.
Gron Vera, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technosphere Safety of Mining and Metallurgical Industry, tel.:89135192680.
Будник Екатерина Владимировна, ассистент, тел.: 89504370318,e-mail:[email protected] Budnik Ekaterina, Assistant, tel.:89504370318; e-mail: [email protected]
3Шахрай Сергей Георгиевич, кандидат технических наук, доцент кафедры техносферной безопасности горного и металлургического производства, тел.: 89135192680,e-mail: [email protected]
Shakhrai Sergey, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technosphere Safety of Mining and Metallurgical Industry, tel.: 89135192680 e-mail: [email protected]
4Кондратьев Виктор Викторович, кандидат технических наук, начальник отдела инновационных технологий, тел.: 89025687702, e-mail: [email protected]
Kondratyev Victor, Candidate of technical sciences, Head of the Innovation Technologies Department , tel.: 89025687702, e-mail: [email protected]
бородинскую мульду северо-западного простирания, длиной 13 км и средней шириной 9 км, выполненную осадками юрского возраста, которые подстилаются палеозойскими отложениями. Углы падения пород обычно равны 1-4°. Максимальная мощность юрских отложений достигает 165 м.
Юрские отложения на месторождении подразделяются на три свиты (снизу вверх): переясловскую, камалинскую и бородинскую.
Действующий разрез «Бородинский» заложен на запасах северной и северо-восточной частей Бородинского буроугольного месторождения. В границах поля разреза «Бородинский» промышленное значение имеют четыре угольных пласта средней мощностью.
Предприятие расположено на территории Рыбинского района на юго-востоке Красноярского края. На севере от поля разреза расположен г. Бородино.
Климат района резко континентальный.
Речная сеть района относится к бассейну реки Кан и представлена крупными реками Рыбная, Барга и их притоками. Также на территории предприятия протекают реки Ирша, Бородинка, Яруль. Реки имеют сравнительно спокойный характер, с хорошо выработанным и сформировавшимся руслом, асимметричной и местами заболоченной долиной. Река Барга перекрыта плотиной, образуя Баргинское водохранилище, которое является источником водозабора.
В питании рек основное место занимают талые воды (более 50%), доля дождевого питания составляет менее 20%, остальные 30-40 % приходятся на долю подземных вод.
Главная фаза водного режима - весеннее половодье, которое обычно начинается в конце апреля и достигает максимума в мае. В период половодья проходит 60-80% годового стока, причем в мае - до 50%. Продолжительность половодья 1,5-2,5 месяца. В этот же период наблюдается максимальный суточный и месячный сток. Летние дождевые паводки довольно редкое явление. Для мелких речек характерна глубокая летне-осенняя межень, прерывающаяся лишь кратковременными подъемами уровней при инфильтрации дождевых осадков и длящаяся 100-120 дней. Зимняя межень более устойчива и продолжается 140160 дней.
Разрез «Бородинский» находится в неточной части рек Ирша и Барга, где на площади более 30 км2 полностью нарушена не только русловая сеть, но и водоразделы подземных бассейнов.
Главным фактором хозяйственной деятельности человека, влияющим на естественный сток рек, является наличие искусственных прудов или зарегулирование водотоков. Пруды уменьшают минимальный летний и зимний естественный сток. Например, река Барга зарегулирована пятью плотинами.
Первые ледовые явления рек данного района в виде заберег появляются в среднем 21 октября и спустя две недели устанавливается ледостав. Осенью ледоход отсутствует, в 84% случаев отсутствует и весенний ледоход. Лед тает на месте, характерное явление весной - «вода течет поверх льда». В конце апреля реки освобождаются ото льда. Наибольшая
толщина льда при наличии наледи может достигать 230 см, средняя толщина льда на реках данного района при отсутствии наледи достигает к апрелю 65-70 см.
Температурный режим воды характеризуется сильным летним прогревом, что объясняется малыми глубинами рек и ламинарностью течения. Среднемно-голетняя толщина льда на реках Барга, Рыбная составляет 53-85 см, мелкие речки и ручьи промерзают до дна.
На территории Бородинского месторождения, на исследованной глубине, установлено наличие трех водоносных горизонтов.
Первый из них верхний, надугольный, ближайший к поверхности, приурочен к пластам угля Рыбинский-1 и Рыбинский-2. Литологический состав водовмещаю-щих пород характеризуется следующими данными: угли - 35-45%, песчаники - 40-56%, алевролиты -10-15%. Наибольшую мощность - 47,5-48 м - месторождение имеет на западе, на востоке она уменьшается до полного выклинивания, средняя мощность составляет 15,4 м. Отметки залегания кровли водоносного горизонта составляют 320-340 м над уровнем моря, причем глубина залегания на водоразделах составляет 20-30 м от поверхности, а в балках и понижениях - до 6-10 м. От нижележащего водоносного горизонта кровля отделяется пачкой алевролитов и мелкозернистых, глинистых песчаников мощностью 49 м.
Воды горизонта напорные, дренируют в реку Барга, что подтверждается отметками пьезометрической поверхности. Коэффициент фильтрации водовмеща-ющих пород горизонта составляет от 0,17 до 2,72 м/сут., средний - 1,48 м/сут. Увеличение водопроницаемости и водообильности верхнего водоносного горизонта небольшое.
Средний водоносный горизонт приурочен к Бородинскому пласту в целом. Водоупорным основанием для него являются подстилающие алевролиты мощностью от 3 до 15 м. Литологический состав водовме-щающих пород характеризуется следующими данными: угли - 65-70%, песчаники - 30-35%. Мощность горизонта составляет от 15 до 45 м (в среднем 34,6 м), наибольшая отмечена на востоке месторождения. Глубина залегания кровли водоносного горизонта изменяется от 63 м до выхода на поверхность, наибольших величин она достигает на западе рассматриваемого участка, в середине составляет 25-35 м, на востоке - менее 20 м. Отметки залегания составляют от 270 м на западе до 390 м на юге, севере, в центре и до 300-320 м на востоке месторождения.
Воды среднего горизонта имеют напор 20-25 м. Глубина залегания пьезометрической поверхности подземных вод изменяется от 3-4 м в балках до 20-25 метров на водоразделах. В восточной части месторождения, в долине реки Яруль, пьезометрическая поверхность расположена выше дневной поверхности. Движение вод горизонта происходит на запад в реку Барга и на северо-восток в реку Яруль. Коэффициент фильтрации водовмещающих пород горизонта составляет от 0,23 до 3,07 м/сут., средний - 1,12 м/сут.
Нижний водоносный горизонт расположен в пластах и песчаниках Иршинской группы. Литологический состав горизонта - частая перемежаемость маломощных пластов угля с мелкозернистыми песчаниками и алевролитами, вскрытая мощность горизонта не превышает 40-45 м.
Кровля нижнего горизонта на большей части месторождения залегает на глубине более 100 м, на востоке поднимается до 20-30 м. Здесь (на востоке) подземные воды имеют напорный характер с величиной 20-40 м, глубина до уровня вод данного горизонта составляет 8-10 м на водоразделах, уменьшаясь к долине реки Яруль до 1-2 м. Водообильность нижнего горизонта низкая. Коэффициент фильтрации во-довмещающих пород составляет от 0,26 до 0,34 м/сут., средний - 0,3 м/сут.
Области питания и распространения всех трех водоносных горизонтов совпадают или незначительно отделены друг от друга. Боковые подтоки в них отсутствуют, питание происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков. Дренирующее влияние разреза наблюдается на расстоянии 2 км к югу от выемки, в этой зоне разгрузка водоносных пластов происходит в траншею.
В процессе ведения открытых и дренажных работ происходит частичное истощение всех трех водоносных горизонтов толщи коренных пород.
Дренирование угольного водоносного горизонта осуществляется непосредственно горными выработ-
ками, а также горизонтальными скважинами, сооруженными из выработанного пространства по почве пласта Бородинский (II); подугольного горизонта - путем перетекания воды в угольный пласт (в зоне снижения уровня воды в последнем); надугольного горизонта - перетеканием воды в пласт Бородинский и непосредственно бортом разреза.
Естественное истощение подземных вод происходит полностью на площади отработки разреза и частично в окружающей его полосе, равной эффективной части радиуса влияния, не превышающей согласно расчетам 1,5 км. Величина радиуса влияния может уточняться по результатам измерений уровня воды в наблюдательных скважинах.
В связи с ведением горных работ контроля за качеством подземных вод за пределами разреза не происходит, так как депрессионная поверхность имеет уклон в строну выработанного пространства. Подземные воды, попадая в выработанное пространство, загрязняются, изменяя свои физические свойства.
Основными загрязняющими веществами являются взвешенные вещества, нефтепродукты, фенолы, железо, медь, цинк, марганец, алюминий, свинец, аммоний-ион, нитрит-ион, сульфаты, хлориды, магний, кальций. Величина рН воды находится в пределах 6,5-8, то есть вода является нейтральной. Качественно-количественная характеристика карьерно-дренажных вод приведена в таблице.
Качественно-количественная характеристика карьерно-дренажных вод
Вещество Исходная концентрация, мг/дм3 Остаточная 3 концентрация, мг/дм Эффективность очистки, % ПДК мг/дм Класс опасности
по существующей технологии (аналог) по предлагаемой технологии (проект) по существующей технологии (аналог) по предлагаемой технологии (проект)
Взвешенные вещества 62,8 37,68 2,512 40 96 ОБУВ -
Нефтепродукты 34,5 13,8 0,0345 60 99,9 0,05 3
Фенолы 0,004 0,004 0,001 - 92,0 0,001 2
Железо 2,4 2,4 0,096 - 96,0 0,1 3
Аммоний-ион 7,2 7,2 0,3312 - 95,4 0,5 4
Медь 0,036 0,036 0,001 - 97,3 0,001 3
Цинк 0,28 0,28 0,009 - 96,8 0,01 3
Марганец 0,45 0,45 0,0099 - 97,8 0,01 3
Никель 0,38 0,38 0,0095 - 97,5 0,01 3
Алюминий 0,43 0,43 0,0172 - 96,0 0,04 3
Нитрит-ион 2,5 2,5 0,075 - 97,0 0,08 2
Свинец 0,14 0,14 0,0039 - 97,2 0,004 2
Сульфаты 210 210 16,8 - 92,0 100 4
Хлориды 56,5 56,5 3,39 - 94,0 35 4
Магний 72,5 72,5 5,003 - 93,1 40 3
Кальций 200,8 200,8 15,26 - 92,4 175 4
Нитрат-ион 8,5 4,5 0,55 - 93,5 5,2 3
Из данных, представленных в таблице, видно, что превышение нормативных значений наблюдается по всем химическим веществам, что неблагоприятно отражается на зообентосе водоемов.
Единственным способом очистки сточных вод на предприятии филиал ОАО «СУЭК-Красноярск» разрез «Бородинский» является механический. Вода очищается в двухсекционном отстойнике, между первой и второй секцией которого установлена нефтеловушка. Из второй секции сточная вода перекачивается в реку Барга.
Река Барга является притоком реки Кан и впадает в нее на расстоянии 108 км от устья. Река Барга берет свое начало из озера Гнилое. В настоящее время в точке сброса дренажных вод естественный режим реки нарушен, так как карьерные воды изменили сток подземных вод. Площадь водосбора реки Барга составляет 650 км2, долина реки корытообразная, асси-метричная, ширина долины 1-2 км, берега покрыты травяной и кустарниковой растительностью. Русло реки узкое, шириной 2-8 м, извилистое, деформирующееся, дно русла илистое. Река часто зарегулирована плотинами, самая большая расположена в поселке Урал (Баргинское водохранилище). На участке от истока до Баргинского водохранилища река принимает воды родников и болот, а также сточные воды из сел Новое и Глубоково. Самая ближайшая к точке сброса карьерных вод плотина находится в 5 км ниже от нее в районе села Глубоково. Небольшое водохранилище используется для хозяйственно-бытовых нужд и водопоя скота.
Река Барга в районе расположения разреза и точки сброса карьерно-дренажных вод является водным объектом хозяйственно-бытового и рыбохозяйствен-ного водопользования второй категории. В устьевую часть реки заходит хариус. На рассматриваемом участке обитают следующие виды рыб: щука, плотва, окунь, карась серебряный, гольян, пескарь. Рыбози-мовальных ям на обозначенном участке нет.
На данном участке среднегодовой расход реки составляет 0,5 м3/с. Ширина реки в зависимости от сезона колеблется от 2,5 до 3,5 м, средняя глубина достигает 1,5 м, скорость течения равна 0,1-0,5 м/с.
Постоянные наблюдения за гидрохимическим составом реки Барга не проводятся.
Известно, что качество воды, ее биологическая полноценность в значительной мере определяется состоянием биогидроценозов. Поэтому из всех существующих систем контроля качества природных вод только система гидробиологического контроля дает непосредственную оценку состояния биогидроценозов, и в этом ее основное преимущество перед другими системами контроля качества вод.
Оценка воздействия Бородинского угольного разреза была осуществлена по двум показателям: результатам химических анализов воды рек Кан, Барга и результатам химического анализа донных отложений, включая состав и численность организмов зообентоса.
В данной работе представлено два направления гидробиологического анализа - анализ донных отложений, анализ зообентоса.
Донные отложения формируются в результате осаждения в водной среде частиц горных пород и почв, смываемых с поверхности водоразделов атмосферными осадками. Изучая распределение химических элементов в донных отложениях, можно найти источник их повышенных концентраций - месторождение полезного ископаемого, источник техногенного загрязнения или загрязненный участок ландшафта.
По вещественному составу донные отложения весьма разнообразны, но в среднем состоят из минерального (неорганического) и органического вещества (98 и 2% соответственно).
Для донных отложений характерна способность накапливать вместе с химическими элементами информацию об экологическом состоянии всей водосборной площади, что является важным обстоятельством, обуславливающим включение донных осадков в состав основных объектов экологических и эколого-геохимических исследований и использование их для оценки экологического состояния водных систем.
По численности и биомассе бентических организмов также можно произвести оценку качества вод и состояния экосистемы водных объектов.
Основными факторами воздействия на водные источники являются система хозяйственно-бытового водоснабжения и водоотведения, система производственного водоснабжения. В свою очередь на систему хозяйственно-питьевого водоснабжения негативное влияние оказывают сооружения отведения хозяйственно-бытовых сточных вод.
Негативное воздействие, оказываемое на водные источники системой производственного водоснабжения, подразделяется на два типа: снижение водности гидрологической сети с нарушаемой площади и загрязнение водных источников вредными веществами.
Формирование химического состава и общей минерализации подземных вод связано с двумя основными факторами:
1)условиями их происхождения;
2) взаимодействием с горными породами, по которым движется подземная вода, и условиями водообмена.
Пробы донных отложений были взяты в реках Кан и Барга. Результаты химического и спектрального анализов показывают, что содержание загрязняющих веществ по длине реки Барга возрастает по свинцу в 30 раз, цинку - в 20 раз, марганцу - в 9 раз. На исследуемом участке содержание этих веществ превышает кларки осадочных пород в десятки раз. В реке Яруль содержание свинца и цинка также значительно возрастает по длине водотока. При этом в верхней части реки концентрации не превышают кларка осадочных пород.
Таким образом, результаты анализов донных отложений показывают, что на протяжении водотоков происходит загрязнение, о чем свидетельствует значительное увеличение количества металлов по мере продвижения к устью рек.
Наибольшее видовое разнообразие зообентоса (36 видов) в исследованных объектах зарегистрировано в реке Кан. Наименьший видовой состав бентофау-
ны (18 видов) отмечен в реке Рыбная.
В составе бентофауны во всех исследованных водных объектах по числу видов преобладали личинки хирономид, наибольшее их число (16) отмечено в реке Кан, наименьшее (3 вида) - в реке Барга. Все личинки хирономид являются показателями «умеренно-загрязненной» воды. Личинки мух-львинок, мух-долгоножек, которые являются ценным кормом для рыб, птенцов отмечены только в реке Ирша в ее нижнем районе.
Личинки ручейников, поденок, веснянок отмечались среди песчано-галечных грунтов во всех исследованных водных объектах, но наибольшего развития достигли в верхней части реки Ирша и в нижней части реки Бородинка. Известно, что эти группы донных беспозвоночных населяют водные объекты с достаточным содержанием кислорода для их жизни, предпочитают проточные участки рек, и являются индикаторами «чистой» воды.
Олигохеты, которые предпочитают биотопы с органическим загрязнением, где низкое содержание кислорода, с наибольшей плотностью зарегистрированы только в верхней части реки Рыбная и в нижней части реки Кан. Это типичные показатели «грязной» воды. Единично встречены индикаторы «загрязненной» воды - фитофилы.
Брюхоногие моллюски наибольшего развития достигли в верхней части реки Барга и в нижней части реки Кан. Следует отметить, что брюхоногие моллюски питаются органическим веществом из грунта (грун-тоеды). Это указывает на то, что в этих районах рек присутствуют органические вещества, которые скопились в виде иловых отложений.
Двустворчатые моллюски, встречающиеся только в нижней части реки Кан, фильтруют из толщи воды органические вещества, тем самым участвуют в процессах «самоочищения» реки.
Жуки, веснянки - хищники, потребляющие в качестве корма живые организмы (хирономид, олигохет), извлекают донных беспозвоночных из круговорота веществ, поддерживая баланс экосистемы на стабильном уровне, зарегистрированы практически повсеместно. Исключение отмечено в верхней части реки Барга: в составе бентофауны отсутствовали хищные беспозвоночные, что косвенно свидетельствует о низкой кормовой базе в этой части реки и нестабильных условиях существования бентонтов.
Амфиподы зарегистрированы единично и только в реке Рыбная и в нижней части реки Кан. Следует отметить, что амфиподы - это животные, жизнь которых не связана с грунтом, они могут перемещаться в толще воды и локализуются там, где хорошие пищевые ресурсы.
Таким образом, поверхностные воды района месторождения находятся в неблагополучном состоянии.
Помимо контроля качества вод необходимо определиться с такими направлениями рационального использования водных ресурсов, как:
- более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод;
- разработка новых технологических процессов,
позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды.
Угольная промышленность в настоящее время наиболее неблагоприятна в экологическом отношении. Образуется большое количество сточных вод, качественная очистка которых представляет собой сложную задачу.
Проблема очистки сточных вод месторождений стоит достаточно остро, поскольку существующие технологические схемы очистки не обеспечивают необходимой степени извлечения вредных примесей: взвешенных веществ, хлоридов, сульфатов, соединений железа и меди, азота аммонийного, нефтепродуктов. Решение проблемы является исключительно важным не только с экологической точки зрения, но и в аспекте ресурсосбережения, так как глубокая очистка промстоков позволяет существенно увеличить использование воды в целях замкнутого водооборота.
Выбор оптимальных технологических схем очистки воды - достаточно сложная задача, он обусловлен многообразием находящихся в воде примесей и высокими требованиями, предъявляемыми к качеству очистки воды. Применяемые схемы очистки должны обеспечивать максимальное использование очищенных вод в основных технологических процессах и минимальный их сброс в открытые водоемы. При широком внедрении оборотных систем имеются дополнительные резервы по сокращению расхода свежей воды и уменьшению сброса в открытые водоемы.
При наличии в сточных водах тонкодисперсных частиц очистка протекает крайне медленно и малопроизводительно. Ускорить процесс осаждения можно различными физико-химическими методами, сокращающими время очистки в 2-4 раза и нарушающими агрегативной устойчивости системы, что приводит к улучшению показателей очистки сточных вод.
Воздействие физико-химических факторов основано, прежде всего, на нарушении физико-химического равновесия системы, на изменении крупности и поверхностных свойств частиц примесей, а также и свойств самой жидкой фазы. Для этого обычно используют методы окисления, осаждения с помощью реагентов (коагулянтов и флокулянтов), воздействие электрического, магнитного и ультразвукового полей, электрогидравлического удара и т.д.
Одним из путей решения проблемы является возможность применения электровзрывной обработки для очистки технологических (оборотных) и сточных вод. Суть данного метода заключается в пропускании через сточные воды кратковременных электрических импульсов при помощи электродов, погруженных в раствор. Импульсный электрический разряд в жидкости сопровождается резким увеличением давления (до 100-200 МПа), воздействием сильных электромагнитных и акустических полей, кавитацией, создающей мощный поток сходящейся и расходящейся жидкости, резким повышением температуры и пр. При этом разрядный промежуток практически представляет собой низкотемпературную плазму, которая передаёт энергию обрабатываемой среде.
Электрический разряд, фактически взрыв, в вод-
ной фазе вызывает в ней сложные физико-химические процессы, приводящие к разложению присутствующих в сточной воде органических примесей, улучшению коагуляции коллоидных и суспензированных веществ, осаждению взвесей и химических соединений.
Установка для разрядно-импульсной обработки жидкости состоит из стандартного генератора импульсных токов и технологического блока. Электродная система представляет собой попарно расположенные электроды, которые погружаются в обрабатываемую воду. Практически электродная система может быть размещена непосредственно в трубопроводах, по которым перекачивают промстоки. Электрический разряд происходит последовательно от одной электродной пары к другой. Расчётами подбирается такой режим обработки, чтобы после срабатывания последней пары электродов к работе была готова первая пара. Как следствие, обработка воды идёт непрерывно.
В зависимости от сечения трубы, скорости подачи жидкости и требуемых санитарных показателей очистки устанавливается такой режим электровзрывной обработки, чтобы вся очищаемая вода фактически проходила зону высокоимпульсной активации.
Таким образом, весь объём воды, поступающий на очистку, подвергается мощному энергетическому воздействию, вследствие чего и происходят различные физико-химические превращения с присутствующими в воде вредными примесями, как органического, так и неорганического происхождения.
Установка по электровзрывной обработке сточных вод не отличается повышенными энергозатратами, не требует сверхзатрат по обеспечению безопасности обслуживания, отличается сравнительно небольшими габаритами.
Проведенные исследования показали, что электровзрывная обработка сточных вод позволяет увеличить скорость осаждения минеральных веществ практически в 7-8 раз и значительно сократить время процесса. Положительное влияние электровзрывной обработки на скорость осаждения твёрдых взвесей объясняется повышенной коагуляцией минеральных частиц вследствие сжатия двойного электрического слоя под действием высоковольтного электрического разряда в результате действия двух противоположно направленных сил: электростатического отталкивания и сил ван-дер-ваальсового притяжения.
При электровзрывной коагуляции важную роль играет электрическая характеристика минеральной поверхности, одним из показателей которой является электрокинетический потенциал. Исследованиями на
сточных водах установлено, что после импульсного электрического разряда в водных гетерогенных системах этот потенциал резко снижается, становится значительно ниже порога коагуляции (± 30 мВ). При этом происходит интенсивное осадкообразование за счёт повышенной коагуляции тонкодисперсных частиц примесей, находящихся в промстоках. Вследствие этого эффективность осаждения вредных веществ значительно возрастает (см. табл.)
Данный метод обработки позволяет не только интенсифицировать процесс осаждения примесей из промышленных сточных вод, но и извлекать органические примеси и нефтепродукты, удалять токсичные вещества, способствует удалению из водной фазы соединений тяжёлых и цветных металлов, разложению сульфатов и хлоридов и т.д. Технологическая схема очистки сточных вод представлена на рисунке.
Технологическая схема очистки сточных вод
Исследования, проведенные на сточных водах, показали достаточно высокие результаты. Предлагаемая технологическая схема очистки сточных вод прошла проверку на ряде предприятий Красноярского края и показала высокую эффективность. А в связи с тем, что данная технология не требует больших энергетических затрат, значительных капитальных вложений и серьёзного изменения существующих технологических схем, она может быть рекомендована для применения в цикле очистки сточных вод угольных месторождений.
Библиографический список
1. Вольский А.В. Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны, мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций в составе проектной документации филиал ОАО «СУЭК-Красноярск» разрез «Бородинский» горнотранспортная часть отработки буроугольного месторождения. Бородино, 2008. 64 с.
2. Гронь В.А., Богданова Э.В. Технология и техника защиты гидросферы: метод. указания к практическим работам, курсовому проектированию и контрольная работа для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 330200
и 060300. Красноярск: Изд-во ГАЦМиЗ, 2001. 60 с.
3. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. М.: Недра, 1987. 96 с.
4. Иванов С.П. Программа производственного контроля за соблюдением санитарных правил и выполнением санитар-но-противоэпидемических мероприятий в филиале ОАО «СУЭК-Красноярск» разрез «Бородинский». Бородино, 2008. 20 с.
5. Коростовенко В.В., Капличенко Н.М. Проектирование ин-
женерных решений по защите окружающей среды: метод. указания к дипломному проектированию для студентов специальностей 280202 - «Инженерная защита окружающей среды» очной и заочной форм обучения». Красноярск: Изд-во ГОУ ВПО «Гос. ун-т цвет. металлов и золота», 2005. 32 с.
6. Маштаева Е.В. Обоснование намечаемой деятельности по обращению с опасными отходами. Бородино, 2006. 48 с.
7. Маштаева Е.В. Оценка воздействия на окружающую среду. Бородино, 2003. 68 с.
8. Мочалов И.П., Родзиллер И.Д., Жук Е.Г. Очистка и обеззараживание сточных вод: учеб. пособие для строительных специальностей вузов. Л.: Стройиздат, 1991. 160 с.
9. ООО «Ноосфера». Инструкция по монтажу и обслуживанию очистного сооружения типа ИОР-Б [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.traidenis-rus.ru
10. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Ч.1. Производ-
ственные процессы: учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1985. 509 с.
11. Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды: учеб. пособие для студентов вузов. М.: Высшая школа,1983. 280 с.
12. Технологические решения «Филиал ОАО «СУЭК-Красноярск» разрез «Бородинский»» / Лалетин Н.И. [и др.]. Бородино, 2009. 72 с.
13. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. В 3 т. Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003. Т. 2. 884 с.
14. «Филиал ОАО «СУЭК-Красноярск» разрез «Бородинский»: общая пояснительная записка / Лалетин Н.И. [и др.]. Бородино, 2000. 210 с.
15. Характеристика местонахождения предприятия. Бородино, 2003. 85 с.
УДК 666.3
МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ КОРДИЕРИТОПОДОБНЫХ ФАЗ В КЕРАМИКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ САВИНСКИХ МАГНЕЗИТОВ
А
© Н.В. Легостаева1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Разработаны составы масс кордиеритовой керамики на основе сырья Иркутской области: савинского магнезита, трошковской глины, тулунского песка, нарын-кунтинского полевого шпата, глинозема. Определены свойства полученных образцов керамики: водопоглощение, предел прочности при изгибе, термостойкость, коэффициент термического расширения. Проведен рентгенофазовый анализ обожженных образцов. Приведены результаты исследования механизма образования кордиеритоподобных фаз в керамике на основе савинских магнезитов. Установлено, что кордиеритоподобная фаза образуется из муллита в интервале температур 1250—1300°С. Ил. 5. Табл. 6. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: техническая керамика; кордиерит; кордиеритовая керамика; магнезит Савинского месторождения.
FORMATION MECHANISM OF CORDIERITE-LIKE PHASE IN CERAMICS USING SAVINSKOYE MAGNESITES N.V. Legostaeva
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
The author developed the compositions of cordierite ceramics masses from the raw material of the Irkutsk region: Sav-inskoye magnesite, Troshkovskaya clay, Tulun sand, Naryn-Kuntinskii feldspar, alumina. The properties of the obtained ceramics samples are determined: water absorption, flexural strength, heat resistance, coefficient of thermal expansion. The X-ray phase analysis of burnt samples is carried out. The results of studying the formation mechanism of cordierite-like phases in ceramics on the basis of Savinskoye magnesites are given. It is determined that the cordierite-like phase is formed from mullite in the temperature range of 1250-1300°C. 5 figure. 6 tables. 5 sources.
Key words: technical ceramics; cordierite; cordierite ceramics; magnesite from Savinskoye deposit.
Керамика играет большую роль в мире современных материалов, что определено широким диапазоном её разнообразных физических и химических свойств. В настоящее время проявляется значительный интерес к кордиеритовой керамике, обусловленный рядом ее ценных свойств: низким температурным коэффициентом линейного расширения, способностью противостоять резким перепадам температур, высокой химической стойкостью, диэлектрическими
свойствами.
Кордиеритовую керамику используют в различных областях техники в качестве футеровочных плит в тепловых агрегатах, капселей, поддонов, деталей газовых горелок, трубок и вставок для высоковольтных предохранителей, в качестве носителей катализаторов для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, в фильтрах для очистки воды, в фильтрах для газов и т.п.
1Легостаева Наталья Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии неорганических веществ и материалов, тел.: 8642116322, e-mail: [email protected]
Legostaeva Natalya, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Chemical Technology of Inorganic Substances and Materials, tel.: 8642116322, e-mail: [email protected]
