CC BY
80
15
ІЛД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2
^ Д
,.И. Марасанов,
Ю.В. Шувалов, М.Ш. Баркан, 2000
кан,
УДК 528.33:581.5
Д.И. Марасанов, Ю.В. Шувалов,
М.Ш. Баркан
ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД СТОЧНЫМИ ВОДАМИ ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ КОМБИНАТОВ
Значительный вклад в загрязнение поверхностных вод вносят шахтные воды, сброс которых составляет около 1,5 км3. Так, на одну тонну добываемого угля потребляется 1,7 м3, а сбрасывает порядка 3,8 м3 сочных вод. Основными приемниками шахтных вод являются бассейны рек Дона, Томи, Камы, Печоры, куда сбрасываются соответственно шахтные воды шахт водообильных угольных бассейнов и месторождений Восточного Донбасса (Ростов-ская область), Подмосковного, Кузнецкого, Кизелов-ского и Печорского. Превалирующими веще-ствами-загрязнителя-ми шахтных вод являются взвешенные частицы и минеральные соли, сброс которых в поверхностные воды характеризуется данными таблицы [1].
Шахтные воды, подлежащие сбросу в гидрографическую сеть, должны быть обезврежены, однако к настоящему времени около 80 % из них подвергаются очистке только от взвешенных частиц. Извлечение других ве-шеств-загрязнителей из шахтных вод не про-
изводится.
Так, шахтные воды Кизе-ловского угольного бассейна (около 100 млн м3/год) сбрасываются без очистки. Бассейн реки Камы вместе с шахтными водами принимает более 1,5 тыс. т редких и редкоземельных элементов, таких как скандий, самарий, тербий, европий, и другие, более 100 тыс. т железа, до 20 тыс. т алюминия. Оксигидраты металлов пополняют донные отложения, которые являются источниками вторичного загрязнения вод.
Шахтные и карьерные воды широко используются в отрасли для таких технологических нужд, как гидродобыча угля, гидровскрыша, гидрозакладка выработанного пространства и гидротранспорт [2].
В соответствии с общепринятой в гидрохимии классификацией природных вод, шахтные воды относятся к пресным (до 48 %) и солоноватым (52 %), причем 90 % являются нейтральными и 10 % - кислыми.
Одним из радикальных путей предотвращения загрязнения водных объектов минеральными солями, а также расширения использования шахтных вод для технического сельскохозяйственного водоснабжения является их опреснение. Основными методами опреснения минерализованных шахтных вод являются термический, мембранный, ионообменный и гидротехнический.
Впервые в отечественной практике для опреснения минерализованных шахтных вод была построена в 1971 г. на шахте «Тернов-ская» в Донбассе адиабатическая испарительная установка, которая в течение дли-
Таблица
ОСНОВНЫЕ ВЕЩЕСТВА-ЗАГРЯЗНИТЕЛИ ШАХТНЫХ СТОЧНЫХ ВОД.
Угольные бассейны Взвешенные частицы, т. Минеральные соли свыше ПДК, т. Основные водотоки-приемники
Кузнецкий 31 586 111 449 р. Томь, р. Иня
Подмосковный 18 863 41 117 р. Дон, р. Ока
Восточный Донбасс (Ростовская область) 7 256 345 989 р. Дон, р. Миус
Печорский 5 427 41 117 р. Печора
Кизеловский 32 715 362 179 р. Кама
тельного времени находилась в опытной эксплуатации. Однако из-за высокой стоимости капитальных и эксплуатационных затрат промышленные установки построены не были. Опреснение вымораживанием, как и другие методы обессоливания, в промышленных масштабах для очистки шахтных вод пока не применяются. Промышленное освоение метода не было достигнуто из-за отсутствия отечественного крупномасштабного холодильного оборудования. Представляет интерес газгид-ратное опреснение. Метод основан на явлении образования кристаллов некоторых газов при введении их в воду при определенной температуре и давлении. Мембранные методы опреснения - электродиализный и обратно-осмотический - были испытаны при опреснении вод на шахте «Петровская» в Донбассе. Из гидротехнических методов предотвращения загрязнения вод минеральными солями
- испарение, вымораживание и разбавление
- в промышленных условиях используется метод разбавления.
Существующие методы очистки кислых шахтных вод в качестве нейтрализующего реагента предполагают использование извести, как одного из наиболее дешевых реагентов, однако, из-за несовершенства технологии, построенные на ряде шахт водоочистные сооружения не действуют. К настоящему времени все водотоки-приемники кислых шахтных вод полностью выведены из водопользования. Процесс ликвидации шахт не решает задачу предотвращения загрязнения поверхностных вод. Из затопленных шахт продолжается излив вод на поверхность, химический состав которых не претерпевает существенных изменений.
К настоящему времени проведены испытания нескольких методов обезвреживания кислых шахтных вод: нейтрализация с последующем осаждением и флотацией, экстракция, ионный обмен, мембранный, электрохимический и биологический методы. Однако, вследствие больших объемов кислых шахтных вод, очистка методами экстракции, и ионного обмена с помощью мембран при существующем технологическом уровне разработок не могут конкурировать с другими методами.
Метод флотации обладает высокой производительностью по сравнению с конкурирующими методами, но необходимость ис-
пользования в процессе флоккулянтов приводит к загрязнению сточных вод ПАВ [3].
Методы осаждения являются в настоящее время превалирующими в очистке кислых сточных вод. Получил широкое распространение такой метод очистки сточных вод как метод известкования, что объясняется доступностью извести как реагента и сравнительно низкой стоимостью.
При повышении рН сточной воды до 8,5 происходит очистка вод от солей железа, алюминия и сопутствующих микроэлементов. Но, как видно из уравнения реакции, содержание минеральных солей, в частности сульфатов, практически не снижается:
FeSO4 + Ca(OH)2 ^ CaSO4 + Fe(OH)2І H2SO4 + Ca(OH)2 ^ CaSO4 + 2H2O Электрохимические методы, такие как электрокоагуляция, электрофлотация, электрохимическое разложение и некоторые другие также находят применение в очистке шахтных вод [4]. Электрокоагуляция - наиболее распространенный из них. Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что для очистки шахтных вод электрохимический метод эффективно может быть использован для коррекции рН в сочетании с биологическим методом (в прудах с помощью высшей водной растительности).
Шахтные воды, выщелачивая горные породы, обогащаются растворимыми солями (хлоридами, сульфатами) и загрязняются рудной мелочью и щепой от крепежного леса. Специфическими компонентами шахтных вод некоторых рудников являются медь, цинк, свинец, никель, закисное железо, минеральные соли и, в отдельных случаях, фториды и мышьяк.
Количество сточных вод зависит от гидрологии месторождения и характера разработок. В зависимости от состава добываемой руды и продолжительности контакта ее с водой, состав и концентрация загрязнений могут колебаться в широких пределах. Содержание меди в некоторых шахтных водах достигает 1,2 г/л, свинца и никеля до 40 мг/л, т.д. [5].
Основными методами очистки шахтных вод от взвешенных веществ являются методы осветления и фильтрации. Процессы осветления ведут в гравитационном поле, в поле центробежных сил, а также в слое взвешенного осадка и флотацией.
Откачиваемые шахтные воды аккумулируются в прудках-накопителях. Осадки шал-монакопителей характеризуются тем, что имеют сходный с добываемым сырьем состав. Это дает возможность рассматривать данный вид техногенных отходов в качестве потенциального сырья для предприятий перерабатывающей отрасли. Высокая же дисперсность шламов позволит существенно экономить средства на их обогащении.
Санкт-Петербургским горным институтом (техническим университетом) были проведены ряд исследований, направленных на экспериментальное изучение осадков ГМК "Пе-ченганикель". На предприятии были отобраны пробы осадков после фильтрации шахтных вод, подаваемых на поверхность; проба твердого осадка пульпы с отстойника рудника "Северный" и проба твердого осадка с хвостохранилища Южной дамбы.
Экспериментальная часть включала в себя определение химического состава продуктов (исходя из ориентировочного состава продуктов и пороговой чувствительности), их влаж-
ность, гранулометрический состав. Также запланированы эксперименты по определению химического состава отдельных фракций, скорости отстаивания отобранных проб осадков и др.
По результатам химического анализа осадков ГМК "Печенганикель", содержание основных ценных компонентов составило: медь порядка 1-1,5 %, никель - менее 1 %.
Влажность осадка после фильтрации составляет порядка 15 %. Осадки, отобранные в прудках-накопителях комбината составила порядка 50-60 %. Гранулометрический состав материала определялся методом сухого рассева проб на ситах. Анализ фракционного состава показал, что более 70 % материала представлено фракцией меньше 75 микрон.
Результатом исследований предполагаются: снятие кривых распределения ценных компонентов осадков шахтных вод по фракциям, изыскания технологических решений первичного обогащения продуктов, предложения о возможных путях дальнейшей утилизации осадков.
1. Горшков В.А. «Предотвращение загрязнения поверхностных вод шахтными водами», Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук, г. Пермь, 1995 г.
2. Горшков В.А. "Основ-
ные направления работ в угольной промышленности по предотвращению загрязнения окружающей среды. Тезисы докладов республиканской на-
учно-технической конференции г. Кохтла-Ярве, сентябрь 1982г.. с. 16 - 21
3. Лукиных Н.А. Очистка сточных вод, содержащих синтетические поверхностноактивные вещества. М., "Стройиздат", 1972 г.
4. Бахарев А.В., Ермаков П.П., Задорский В.М., Журавлев П.С. Высокоинтенсивные электрохимические аппараты очистки воды, с. 20 - 21, "Ноо-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
сфера и экология гальванического производства, Экология 90": Тезисы докладов областного межотраслевого научнотехнического семинара, -
Куйбышев: Б. и., 1990 г.
5. Милованов Л. В. Сточные воды предприятий металлургии и методы их очистки. Изд.: ЦИНТИ легкой промышленности, 1963 г.
Марасанов Д.И., Баркан М.Ш. - СПГГИ.
Шувалов Юрий Васильевич - профессор, доктор технических наук, Санкт-Петербургский государственный горный институт.
