CC BY
20
© И.С. Максимова, Ю.М. Овсшников, 2014
УДК 628.168: 622
И.С. Максимова, Ю.М. Овешников
ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ И ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ОТСТОЙНИКОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ АКУСТИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ВЗВЕСИ
Приведены результаты использования в натурных условиях акустической активации взвеси для усиления процессов коагуляции в системах осветления технологических оборотных и сточных вод горных предприятий. Предлагаются рациональные параметры горно-технических сооружений и структурная схема установки для осветления техногенных вод карьеров.
Ключевые слова: рабочий отстойник, акустическое осветление, оборотное водоснабжение, коагуляция.
Эффективность работы систем водоснабжения (как основного фактора при добыче драгоценного металла) и очистных сооружений может быть существенно повышена благодаря использованию технологий акустики и нелинейной гидроакустики. В инициативном порядке группой сотрудников на месторождении Сей-нав-Гальмоэнанского платиноносного узла в бассейне реки Янытайлыгунва-ям (север Камчатского полуострова) был разработан и опробован комплексный метод акустического воздействия на технологические воды карьеров.
Так как движущей силой коагуляции является избыточная поверхностная энергия, то для повышения слипания частиц коллоидной системы служат процессы направленного перемешивания во внешнем силовом поле.
Основами разработанного метода безреагентной очистки оборотных и сточных вод от взвешенных веществ [1] являются два физических механизма: агрегатообразование вследст-
вие столкновения колеблющихся мелких частиц с крупными малоподвижными частицами под действием бегущих акустических волн, а также агре-гатообразование вследствие радиационного давления, под воздействием которого частицы перемещаются в «пучность» колебаний стоячих акустических волн, где и образуются более крупные агрегаты. Вновь образовавшиеся соединения гораздо быстрее, на порядок и более, выпадают в осадок.
На первом этапе работы выполнялись по мониторингу системы горнотехнических сооружений участка «Пенистый»: рабочий отстойник с оборотной технической водой, каскад из 8 дополнительных отстойников, расположенных в выработанном пространстве, разделенных дамбами и перемычками.
Для анализа за качеством вод были выбраны следующие «контрольные точки»: вход в основной отстойник — приток талых вод, центральная часть отстойника для оборотных и сточных вод, выход (через иллотстойник) про-
мывочного прибора типа «ПБШ-40», вход в отстойник с гидроакустическими излучателями, выход из отстойника с гидроакустическими излучателями и выход последнего (8-го) дополнительного отстойника — выход всего очистного сооружения участка. Количественная оценка результатов контрольного опробования в указанных точках проводилась в сертифицированной лаборатории ЗАО «Ко-рякрыба» (п. Корф).
Комплект используемой аппаратуры представлял из себя следующие приборы: генераторы специальных сигналов (тон, шум в полосе и др.), широкополосные (от десятков Гц до 100 кГц) усилители мощности (электрическая мощность 100 Вт), а также излучатели гидроакустических сигналов низкого звукового, звукового и ультразвукового диапазонов частот.
Оценка эффективности работы всего очистного сооружения и данного акустического способа очистки сточных вод проводилась в различных погодных условиях: солнечная погода при температуре воздуха 16-18°С и периодически моросящий дождь при температуре воздуха 10-12° С.
Анализируя результаты, полученные в ходе проведения натурных исследований по применению метода акустической активации взвеси в звуковом и ультразвуковом поле, установлено, что воздействие акустических волн на сточные воды однозначно приводит к повышению эффективности работы не только конкретного отстойника, но и всего очистного сооружения в целом. В солнечную погоду акустический метод очистки оборотных и сточных вод позволяет ~ на 41 % повысить эффективность работы конкретного отстойника, при этом ~ на 23 % возрастает эффективность работы нижележащих отстойников. При периодически моро-
сящем дожде акустический метод очистки оборотных и сточных вод позволяет ~ на 57,5% повысить эффективность работы 6-го дополнительного отстойника. При этом ~ на 29%, соответственно, возрастает эффективность работы 7-го и 8-го дополнительных отстойников. В целом эффективность работы сооружений, представленных рабочими и фильтрационными отстойниками, может быть повышена до 40- 50% [2].
Полученные результаты являются основой для:
- расчета рациональных параметров горно-технических сооружений при разработке месторождений драгоценных металлов;
- обоснования экологических и экономических аспектов целесообразности внедрения процесса акустической активации техногенных и сточных вод карьеров;
- определения технических требований к акустическим системам для коагуляции взвесей (конструкция и основные принципы построения).
Технологическую цепочку производства горных работ на добычном участке можно представить в виде следующей схемы:
1. Горно-подготовительные работы - изъятие земель лесного фонда, нарушение и изменение естественного рельефа местности: проходка руслоотводных, нагорных канав, устройство дамб, перемычек, рабочих и фильтрационных отстойников - для создания необходимого запаса воды при организации работы промприбров на оборотном водоснабжении и подготовки оборотной воды до установленных (по условиям обогащения) технологических нормативов по содержанию взвешенных частиц.
2. Вскрышные работы- снятие почвенно- растительного слоя, прове-
дение траншей, создание рабочих площадок на горизонтах, удаление не продуктивного слоя залежи;
3. Разработка продуктивного пласта и доставка песков на промывочные установки;
4. Промывка песков струей воды из гидромонитора на шлюзе (дезинтеграция и грохочение), обогащение, уборка надрешетного материала;
5. Разваловка гале-эфельных отвалов, осветление илоотстойни-ков, горно-техническая рекультивация .
Установлено, что внедрение акустической активации взвеси влияет на выбор и конфигурацию горнотехнических сооружений и эффективность работы обогатительного оборудования, и напрямую или косвенно реализуется на 1, 5, и 6 этапах горного производства.
Характеристику осаждения взвешенных частиц в отстойниках можно представлять в виде функциональной зависимости от:
1. Эффекта отстаивания от продолжительности отстаивания. В качестве иллюстрации этого процесса приведены данные о времени осаждения некоторых тонкодисперсных взвешенных веществ (в стоячей воде) (табл. 1).
При производстве горных работ осветляемая вода непрерывно проходит с малыми скоростями через отстойники, но осесть успевают лишь те частицы, траектория которых пересекает дно отстойника в пределах его длины. Увеличить время отстаивания в практических условиях постоянного водопритока в условиях непрерывно-
Таблица 1_
го цикла возможно лишь при удлинении пути прохождения взвешенных частиц через отстойник.
2. Эффекта отстаивания от гидравлической крупности частиц.
Именно в этом направлении возможна интенсификация процесса отстаивания и осветления технологических и сточных вод в добычных карьерах.
Несомненно, что микроразмеры взвеси, которая поступает в рабочие и фильтрационные отстойники горного предприятия, свидетельствует о высокой миграционной подвижности частиц, и известные уравнения (формула Стокса) для расчета отстойников уже не работают [3].
Объем активной зоны рабочих и фильтрационных отстойников возможно увеличить подбором рационального контура горно-технических сооружений, устройством струерас-пределительных (рассекающих) дамб, гасящих скорость потока пульпы, стекающей с галле-эфельных отвалов, что даст возможность осаждать не только крупнодисперсную фракцию, но и большую часть взвешенных веществ тонкой фракции.
В нижней части технологического отстойника (в самой глубокой его части) на бортах струераспределитель-ных дамб установлены излучатели акустических сигналов низкочастотного и среднечастотного звукового диапазона с усилителями мощности для ускорения процессов коагуляции тонкодисперсных фракций.
Мощность генератора акустических колебаний и количество излучателей определяются из расчета требуемой интенсивности ультразвуко-
Взвешенные вещества Гидравлическая крупность, мм/с Время осаждения частиц на глубину 1 м
Коллоидные частицы 7х10-6 4 года
Тонкая глина 7х10-4 - 17х10-5 0.5 - 2 месяца
Глина 5х10-3 2 суток
Разрез по линии А-В
Рис. 1. Схема горно-технических сооружений и установленного оборудования на производственном участке:
1 - промприбор, 2 - насосная станция, 3 - эфелеотбойная дамба, 4 - илоотстойник, 5 - рабочий отстойник, 6 - водозаводная канава, 7 - шлюз регулировочный. 8 - руслоотводной канал 9 - руслоотводная дамба, 10 - устройства перелива, 11 - отстойник глубокой очистки, 12 - струераспределительные (рассекающие) дамбы, 13 - акустические излучатели
вых колебаний. Время воздействия определяется оператором (начальником участка, горным мастером) по данным контрольно- измерительного оборудования, установленного на акустической системе. Осветленная вода после акустического осаждения взвеси вновь поступает через насосную станцию в промышленный оборот.
При положительном водном балансе (избыточном поступлении воды в карьер), либо при аварийном сбросе, предварительно акустически осветленные сточные воды отводятся из технологического водоема в систему отстойников для глубокой очистки и
сброса в проектный водоприемник. На выходе из очистного сооружения в местах перелива устанавливаются дополнительные акустические излучатели. В теле дамбы выполняют дренажные устройства в виде труб с целью приема и организованного отвода акустически «осветленной» воды в нижележащие отстойники для глубокой очистки. Объем дренажных вод определяют с помощью гидравлических и фильтрационных расчетов с учетом объемов промывки песков и гранулометрического состава горных пород, подаваемых на шлюз.
Уникальность разработанной технологии заключается в том, что она
Рис. 2. Структурная схема системы акустической активации взвеси:
ПП - приемный преобразователь; ПУ - предварительный усилитель;
БЛ - блок линеаризации; УК - усилитель-коммутатор;АЦП - аналого-цифровой преобразователь; ЦАП - цифроаналоговый преобразователь; ЗГ - задающий генератор; УМ - усилитель мощности; АИ - акустический излучатель
повышает эффективность работы всех типов существующих технологических водоемов без изменения их конфигурации, а при частичном изменении конфигурации горно-технических сооружений позволяет практически полностью отказаться от использования дорогостоящего каскада горизонтальных отстойников различного целевого назначения, особенно при высоком содержании глинистой фракции в технологических песках.
В общем виде система акустической активации взвеси должна состоять из следующих функциональных блоков:
1. Излучатели акустических сигналов (АИ) низкочастотного и средне-частотного звукового диапазона.
2. Электронные усилители мощности (УМ) и задающие генераторы (ЗГ) с блоком дистанционного управления.
3. Измерительное оборудование (полевая лаборатория), камера наблюдения.
4.Система автоматического регулирования интенсивности акустиче-
ского излучения на базе контроллера ПК и устройств ввода-вывода.
5. Канал связи с базовой станцией (беспроводная связь, GPS, Ethernet и
др.).
6.Автономный источник питания (панель солнечной батареи, ветроге-нератор, аккумуляторные батареи с преобразователем напряжения и т.п.), рама установки оборудования, соединительные кабели.
Технологические и эколого-эконо-мические задачи, которые представляется возможным решить при внедрении установки акустической активации взвеси:
- увеличение объемов промывки из-за вовлечения в отработку блоков с более низкими содержаниями драгоценного металла и высокими концентрациями илисто - глинистых минералов;
- по выбранному частному показателю (концентрация взвешенных веществ) влияние на качество воды, подающейся на промприборы при промывке песков, (косвенно - на увеличение извлечения золота).
- минимизация антропогенной нагрузки на экосистему, доведение качества сбрасываемой сточной воды до нормативных показателей;
- сокращение площади земельного отвода за счет оптимизации параметров горно-технических сооружений до 30%;
- сокращение каскада рабочих и фильтрационных отстойников до
1. Бахарев С. А. Патент РФ № 2244597, 2003 г.
2. Бахарев С. А. Максимова И. С. Акустическая технология очистки оборотных и сточных вод от взвешенных веществ, Материалы VI научной конференции «Сохранение биоразнообразия Камчатки и при-
27%, осветление и рекультивация илоотстойников;
- подтвердить возможность применения средств акустики и нелинейной гидроакустики в качестве катализатора процессов коагуляции мелкодисперсных частиц (акустической коагуляции взвеси).
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
легающих морей», Петропавловск-Камчатский, 2005 г.
3. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Род-зиллер И.Д. 1997. Методы очистки производственных сточных вод. М.: Стройиздат.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Максимова Ирина Станиславовна - Департамент Росприроднадзора по ДФО, государственный инспектор по геологическому надзору, аспирантка,
Овешников Юрий Михайлович - зав. кафедрой ОГР, доктор технических наук, профессор, Забайкальский государственный университет, e-mail: ogr_chitgu.ru,
UDC 628.168: 622
JUSTIFICATION OF RATIONAL PARAMETERS OF WORKERS ANDTECHNOLOGICALPOND FILTRATION USING ACOUSTIC ACTIVATION SUSPENSION
Maksimova I.S., Department RPN by DFO, the state inspector for geological survey, Graduate Student, Zabai-kalskiy State University, e-mail: mail@zabgu.ru
Oveshnikov Yu.M., Doctor of Technical Sciences, Professor, Zabaikalskiy State University, e-mail: mail@zabgu.ru
The results of use in field conditions acoustic suspension to enhance activation of coagulation processes in technological systems lightening turnaround and sewage mining enterprises. Offered rational parameters mining engineering structures and structural diagram of the apparatus for clarifying industrial waste waters quarries.
Key words: working technological pond, process waters, acoustic lighting, water recycling, coagulation. REFERENCES
1. Bakharev S.A. Patent RF no. 2244597, 2003.
2. Bakharev S.A. Maksimova I.S. Akusticheskaya tekhnologiya ochistki oborot-nykh i stochnykh vod ot vzveshennykh veshchestv, (Technology of acoustic removal of suspended particles from recycled water and wastewater. The 4th Scientific Conference Proceedings "Bio-Diversity Preservation on the Kamchatka Peninsula and in the Contiguous Seas") Materialy VI nauchnoi konferentsii «Sokhranenie bioraznoobraziya Kam-chatki i pri-legayushchikh morei», Petropavlovsk-Kamchatskii, 2005.
3. Zhukov A.I., Mongait I.L., Rod-ziller I.D. 1997. Metody ochistki proiz-vodstvennykh stochnykh vod (Methods of process wastewater treatment). Moscow, Stroiizdat.
