CC BY
42
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2011 Геология Вып. 1 (10)
ГЕОЭКОЛОГИЯ (НАУКИ О ЗЕМЛЕ)
УДК 556.535.8
Очистка сточных вод от взвешенных веществ в аллювиально-техногенных отложениях
Т.И. Караваева3, О.Б. Наумоваъ
а Естественнонаучный институт Пермского университета, 614990, Пермь, ул. Генкеля, 4. E-mail: karavaeva2010@list.ru b Пермский государственный университет. 614990, Пермь, ул. Букирева, 15. E-mail: poisk@psu.ru
(Статья поступила в редакцию 29 ноября 2010г.)
Геологически обоснован выбор участка в долине реки для создания фильтрационного поля с целью очистки сточных вод от взвешенных веществ. По результатам анализа геологической информации, полученной на стадии поисков, предложены критерии выбора участка, эффективность которых подтверждена проведенными опытно-промышленными испытаниями.
Ключевые слова: аллювиальные отложения, взвешенные вещества, очистка сточных вод, песчаные фракции, фильтрационное поле.
В соответствии с природоохранным законодательством при разработке месторождений золота и алмазов должно быть обеспечено соблюдение нормативов сброса загрязняющих веществ в водотоки. На практике это условие не всегда выполняется в связи с несовершенством существующих технологий очистки сточных вод от взвешенных веществ. Геологические особенности строения речных долин создают условия для экологически безопасного недропользования и позволяют создавать эффективные системы очистки загрязненных вод от взвешенных веществ.
Опыт работы на россыпных месторождениях полезных ископаемых в долинах рек показал, что в качестве фильтра можно использовать измененные дражной разработкой аллювиальные песчаные отложения (аллювиально-техногенные).
Специалистами Естественнонаучного института Пермского госуниверситета (ЕНИ ПГУ) разработан метод очистки сточных вод в фильтрационном поле [2]. Опытнопромышленные испытания проведены в
Красновишерском районе Пермского края в среднем течении р. Б. Колчим. После испытаний концентрации взвешенных веществ были снижены почти в 50 раз, степень очистки воды достигала 99,3 %. Расход очищаемой воды составил 0,368 м3/с., что существенно превышает расход воды, необходимый для технологического процесса. Фильтрационные поля переданы в эксплуатацию заказчику.
Эффективность применения технологии очистки поверхностных вод от взвешенных веществ в фильтрационном поле определяется геологическими условиями формирования долины реки, составом и строением аллювиальных отложений. В долине р. Б. Колчим, где проводились опытно-промышленные испытания
фильтрационных полей, развиты эрозионно-аккумулятивные (П-ГУ) и аккумулятивные (I) террасы и пойма. Они сформированы на подстилающих трещиноватых и закарстованных палеозойских породах (доломитизированные известняки, доломиты, песчаники) и на терригенных отло-
© Караваева Т.П., Наумова О.Б., 2011
жениях нижнего венда (алевролиты, аргиллиты, песчаники) [3]. Аллювиальные отложения представлены песком, глинистым песком с гравием и галькой, поли-миктовыми галечниками с валунами, скрепленными глинистым песком, реже песчаной глиной.
Выбор участка, потенциально пригодного для сооружения системы очистки поверхностных вод от взвешенных веществ, геологически обосновывается по материалам разведки месторождения. Анализ строения аллювия, его мощности, площади развития в долине реки, состава подстилающих коренных пород позволяет выбрать такой участок. Основные требования к системе очистки поверхностных вод заключаются в достижении норматива допустимого сброса взвешенных веществ и очистке максимально возможного расхода загрязненных вод.
Механическая очистка воды (осветление) фильтрованием через зернистую среду относится к наиболее эффективным способам. Это обусловлено низкой стоимостью оборудования, простотой эксплуатации, высокой степенью очистки. Общеизвестно, что песок широко используется в промышленных и бытовых системах водоподготовки для удаления взвешенных веществ. Аллювиальные песчаные отложения наиболее соответствуют требованиям к фильтрующим средам.
Содержание песчаных фракций класса
0,5-2,0 мм, как основного элемента фильтрационного поля, определяет эффективность очистки воды от взвешенных веществ. Содержание частиц данной размерности в количестве не менее 25 % позволяет достичь нормативных требований к концентрации взвешенных веществ в очищенных водах. Это положение подтверждено успешно проведенными опытно-промышленными испытаниями фильтрационного поля. Повышенное содержание более крупных фракций (более 2,0 мм) или более мелких (менее 0,5 мм) значительно снижает эффективность работы фильтрационных полей. Преобладание крупных фракций определяет высокие
скорости движения загрязненной воды и не позволяет взвешенным веществам оседать в поровом пространстве. Вынос взвешенных веществ значительно превышает их осаждение в крупных порах. Преобладание более мелких фракций значительно снижает расход фильтрующейся загрязненной воды, что также делает неэффективной работу фильтрационных полей.
Наиболее благоприятные условия для очистки вод создаются в случае, если аллювиальные отложения подстилаются коренными породами, представленными песчаниками. Продукты выветривания песчаников образуют пески различной крупности. При разработке месторождения драгой производится «задирка» плотика, что приводит к обогащению аллювия песчаными фракциями. Это повышает эффективность работы системы очистки.
Таким образом, при выборе участка должны учитываться следующие критерии: 1) наличие в разрезе аллювиальных песков; 2) содержание песчаных фракций класса 0,5-2,0 мм, составляющее в пределах контура продуктивных отложений не менее 25%; 3) представленность коренных пород песчаниками.
С учетом этих критериев по геологическим разрезам выбираются перспективные участки для организации системы очистки воды от взвешенных веществ. Для сравнения рассмотрим два участка в долине р. Б. Колчим в районе разведочных линий 57 и 88а.
Первый критерий подтверждает перспективность выбранных участков. В разрезе по линии 88а присутствуют аллювиальные отложения, представленные поли-миктовым галечником с гравием и валунами с глинисто-песчаным цементом (рис.1). Разрез по линии 57 представлен песком с гравием и галькой (рис. 2).
Соответствие участков второму критерию устанавливалось по результатам гранулометрического анализа, выполненного на стадии разведки месторождения. По разведочной линии 57 содержание фракции 0,5-2,0 мм в пределах контура про-
Рис. 1. Геологическийразрез по линии 88а. Четвертичные отложения: аЩ1У - аллювий поймы. афШ - аллювий первой террасы; dQIУ. dQIII - делювий поймы и первой террасы; е1 - предплотиковые элювиальные глины
Рис. 2. Геологическийразрез по линии 57. Условные обозначения см. нарис.1
дуктивных запасов изменяется от 24,9 до 29,6 % (табл.1). По линии 88а - в пределах 8,9-11,6 %. В составе отложений преобладают более крупные фракции, а это существенно снижает степень очистки воды от взвешенных веществ.
На этих участках после отработки драгой были проведены опытнопромышленные испытания по очистке воды от взвешенных веществ и подтверждена правильность предлагаемых критериев.
Анализ гранулярного состава проводился в соответствии с положениями ГОСТ 12536-79 [1]. Пробы, отобранные на гранулярный состав, показали некоторое увеличение содержания фракции 0,5-2,0 мм в районе разведочной линии 57 в среднем с 27,3 до 32,0 % (табл. 2). Степень очистки воды от взвешенных веществ достигала 99,3%, что обеспечивает нормативные значения концентрации взвешенных веществ в сточных водах.
Таблица 1. Гранулярный состав отложений продуктивной толщи. %
Место отбора пробы Фракции, мм
16,0-8,0 8,0-4,0 4,0-2,0 2,0-0,5 < 0,5
Разведочная линия 57 11,1 10,7 15,3 26,7 36,2
10,6 11,3 14,1 24,9 39,1
6,9 13,5 18,4 29,6 31,6
10,0 15,2 16,3 28,0 30,5
Среднее по линии 9,7 12,7 16,0 27,3 34,3
Разведочная линия 88а 23,2 21,6 17,8 9,4 28,0
19,8 22,9 18,1 11,6 27,6
21,5 21,8 18,6 8,9 29,2
21,9 23,4 14,9 11,1 28,7
22,4 23,7 15,3 10,1 28,5
Среднее по линии 21,8 22,7 16,9 10,2 28,4
Таблица 2. Гранулярный состав после отработки продуктивной толщи, %
Место отбора пробы Фракции, мм
>10 10-5 5-2 2-1 1,0-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05- 0,005 < 0,005
Разведочная линия 57 2,2 11,6 17,9 15,6 19,5 21,0 10,7 0,1 0,8 0,6
4,0 9,7 14,0 11,6 15,5 25,3 17,8 0,2 1,0 0,9
3,0 11,2 15,3 14,5 19,2 21,9 12,2 0,2 1,6 0,9
Среднее по линии 3,1 10,8 15,7 32,0 22,7 13,6 0,2 1,1 0,8
Разведочная линия 88а 22,9 19,7 18,2 6,3 5,1 13,4 12,4 0,2 1,1 0,7
24,6 18,3 19,1 7,1 4,4 12,6 11,5 0,3 1,3 0,8
19,8 22,2 19,0 6,0 6,2 12,0 12,6 0,3 1,1 0,8
Среднее по линии 22,4 20,1 18,7 11,7 12,6 12,2 0,3 1,2 0,8
Следовательно, участок соответствует второму геологическому критерию и может быть использован для организации системы очистки воды от взвешенных веществ.
Среднее содержание фракции 0,5-2,0 мм в районе разведочной линии 88а после отработки участка драгой также увеличилось с 10,2 до 11,7%. Степень очистки составляла не более 25,4 %, что не позволяет достигать нормативных содержаний
взвешенных веществ, равных 46,41 мг/дм3. Участок не соответствует второму критерию по содержанию фракции 0,5-2,0 мм и не рекомендуется для организации системы очистки сточных вод от взвешенных веществ.
Сравнение подстилающих аллювиальные отложения коренных пород показало, что оба участка отвечают третьему критерию перспективности для организации системы очистки воды от взвешенных
веществ. Коренные породы на участках в основном представлены песчаником, являющимся источником повышения содержания песчаных фракций в аллювиальных отложениях.
Анализ применимости критериев показал, что для создания фильтрационного поля перспективен участок в районе разведочной линии 57, поскольку он отвечает всем трем критериям.
Таким образом, выбор в долине реки участка для сооружения фильтрационных полей производится по геологическому анализу результатов разведочных работ на основании предложенных критериев: наличие песчаных аллювиальных отложений, содержание фракции 0,5-2,0 мм в продуктивной толще отложений не менее 25%, представленность коренных пород в основном песчаником.
Выбранный в соответствии с предложенными критериями перспективный участок долины реки включается в состав проекта разработки месторождения полезных ископаемых, в раздел мероприятий по охране окружающей среды. Проектные решения по составу и структуре фильтрационного поля, нормативной степени очистки сточных вод от взвешенных веществ обеспечивают экологическую
Библиографический список
1. ГОСТ 12536-79. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. Взамен ГОСТ 12536-67; введ. 1980-07-01. М.: Изд-во стандартов, 1979. 10 с.
2. Караваева Т.И., Тихонов В.П. Критерии выбора участка для сооружения системы
безопасность недропользования. Геологическое обоснование выбора участка по материалам разведочных работ позволяет без дополнительных затрат выбрать оптимальные проектные решения по охране окружающей среды, является эффективным способом повышения рентабельности разработки месторождений.
В случае, когда геологический разрез аллювия неблагоприятен для создания фильтрационных полей, содержание песков фракции 0,5-2,0 мм низкое, решение задачи по очистке воды на других объектах может осложниться. Для получения песков заданного гранулометрического состава можно использовать принцип принудительной дифференциации. В Пермском университете (лаборатория осадочных полезных ископаемых) разработана методика, которая дает возможность получения песков заданного гранулометрического состава с помощью установки МЦМ (мелкие ценные минералы). Используя принцип принудительной дифференциации можно получить пески заданного состава для строительных целей и создания фильтров по очистке воды.
Работа выполняется при поддержке РФФИ (грант 10-05-96060).
очистки поверхностных вод от взвешенных веществ // Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики: матер. науч.-практ. конф. Тольятти, 2010. С. 249-256.
3. Наумова О.Б. Атлас форм рельефа. Том третий. Формы рельефа Прикамья / Перм. ун-т. Пермь, 2002. 316 с.
Sewage Cleaning From Suspended Particles by Alluvial -Technical Sediments
T.I. Karavaeva3, O.B. Naumovab
a Institute of Natural Sciences of Perm State University, 614990, Perm, Genke-lya st., 4., E-mail: karavaeva2010@list.ru bPerm State University, 614990, Perm, Bukirev st., 15. E-mail: poisk@psu.ru
The geological substantiation of site selection in the river valley for the making of filtra-tional field with the purpose of the sewage cleaning from suspended particles has been made. The analysis of geological information which had been got during exploring has been made. The criteria of site selection which had been confirmed by experimentalindustrial tests of the filtrational field have been suggested.
Key words: filtration field, sewage cleaning, suspended particles, sand fractures.
Рецензент - кандидат геолого-минералогических наук В.П. Тихонов
