Пути обеспечения экологической безопасности угледобывающего Воркутинского промышленного района Республики Коми Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 622.8/622.014.3:502.76

С.Г. Волковская, А.Е. Грищенко

ПУТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ УГЛЕДОБЫВАЮЩЕГО ВОРКУТИНСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ КОМИ

Семинар № 8

Среди многих проблем современной науки особую остроту и актуальность приобрела проблема охраны окружающей среды и сохранения ее для будущих поколений. Наибольшую тревогу вызывают северные промышленные регионы. Расточительные способы добычи, не адаптированные к условиям Крайнего севера, устаревшие технологии переработки невозобновляемых природных ресурсов при отсутствии должного учета экологических требований и ограничений в сложившейся системе хозяйствования привели к резкой деградации природной среды Арктики и породили острые социальные проблемы.

Угольная отрасль России является мощным источником техногенного загрязнения природной среды. Одной из зон экологического неблагополучия стала территория Воркутинского промышленного района, наиболее антропогенно нарушенного в Республике Коми. За полувековую деятельность горных предприятий произошло сильное загрязнение реки Воркуты, которое особенно заметно в зимний период, когда естественная проточность реки по сравнению со сбросами сточных вод становится незначительной. С возрастающими требованиями к качеству сбрасываемых стоков особенно при низкой степени самоочищения водоемов в суровых климатических условиях для Воркуты не теряет своей актуальности проблема очистки шахтных вод. Применяемые в Воркуте физико-химические и биологические методы очистки не обеспечивают их очистку от нефтепродуктов, железа, меди, фенолов, азота, фосфора и других поллютантов до нормативных показателей.

Исследования проводились в соответствии с научно-исследовательской работой, выполняемой в рамках госбюджетной НИР «Ворку-

тинского горного института» по теме: «Разработка гибкой технологии комплексного освоения угольных месторождений Печорского бассейна в условиях экономической реформы». Она отвечает задачам региональной комплексной программы Республики Коми «Экология -2005», государственной научно-технической программы «Недра России» и Декларации ООН о малоотходных и безотходных технологиях и использовании отходов.

Очистка шахтных вод от нефтепродуктов. В настоящее время не существует универсальной технологии очистки шахтных вод, предусматривающей их доведение по всем нормируемым ингредиентам до требуемых параметров, включая нефтепродукты. Нефтепродукты являются особой группой химических загрязнений. В водной среде нефтепродукты образуют пленку, которая взаимодействует с естественной поверхностной пленкой, увеличивая ее толщину и образуя квазиравновесную систему. Одна тонна нефти может растекаться и в течение 6-7 суток покрыть поверхность воды на площади 20 км2. Легколетучие компоненты, составляя 25 % от общей массы, испаряются за несколько дней. Тяжелые фракции оседают на дно водоема. Особую опасность, даже в ничтожно малых количествах, представляют для гидробионтов ароматические углеводороды нефти.

Технология очистки водоотлива на шахтах Воркуты предусматривает: осветление предварительно скоагулированных шахтных вод в осветлителях со слоем взвешенного осадка, доочистку осветленных вод до установленных норм на скорых фильтрах и их обеззараживание жидким хлором, обезвоживание уловленных осадков и сгущенных шламов обогатительных фабрик на фильт-

прессах [1, 2]. При этом достигается высокая эффективность очистки шахтных вод от взвешенных веществ: на станциях с физико-

химической очисткой по шахтам "Северная", "Октябрьская" и "Воркутинская" она достигала 99 %. Эффективность очистки от нефтепродуктов низка, остаточное их содержание в стоках достигает 20 ПДК.

Единственным методом, позволяющим очищать сточные воды от нефтепродуктов до уровня ПДК, является сорбция. В производственной практике в качестве сорбента используются активированные угли. Однако, они дороги, дефицитны, потери их при регенерации составляют 5-15 %. Этот способ экономически не целесообразен при больших объемах воды, так как себестоимость очистки 1 м3 воды высокая. Наиболее приемлемым способом очистки больших объемов воды от нефтепродуктов является сорбция их минеральными сорбентами. Преимущества их в том, что они дешевы, повсеместно распространены, имеют практически неограниченные запасы, обладают высокими сорбционными свойствами, сравнительно легко поддаются регенерации и многократно используемы.

Повысить степень очистки шахтных вод позволяет предложенная авторами технология [3]: шахтные воды фильтруют через слой минерального сорбента, используя в качестве сорбента глиноземистую опоку местного месторождения, предварительно обожженную при 1 = 1000-1100 °С для увеличения ее сорбционной емкости, что позволяет очищать стоки от нефтепродуктов до уровня ПДК (0,03 = - 0,05мг/л). Одновременно происходит очистка от взвешенных веществ, железа, кальция, магния, ПАВ и других поллютантов, то есть происходит комплексная очистка шахтных вод без внесения дополнительных загрязняющих веществ. В качестве нефтепродукта как загрязнителя ис-

Рис. 1. Изотерма адсорбции масла И-40А опокой

0,01 0,02 0.03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1

Ср кг/мЗ

пользовали нефть местного Хасырейского месторождения и индустриальное масло И-40А, применяемое для смазки деталей горных машин и механизмов.

Адсорбенты оцениваются по ряду стандартных показателей, таких как прочность, суммарная пористость, сорбционная емкость, многократность использования и возможность их регенерации. Глиноземистые опоки отвечают всем этим требованиям; а именно: плотность минерала - 2,35 г/см3; пористость -45-50 %; предел прочности на сжатие - 162 кг/см2; хорошая сорбционная емкость; многократность использования - 20-30 раз. Анализ химического состава опоки показал [3], что на 74 % они состоят из аморфного кремнезема БЮ2; обладают развитой удельной поверхностью и достаточной пористостью; статическая и динамическая сорбционные емкости опоки по индустриальному маслу несколько выше, чем по нефти. Это связано с различным их составом: в составе масла больше содержится нафтеновых углеводородов, в нефти больше -ароматических углеводородов, что подтверждается ПК - спектрами. В динамическом режиме адсорбция нефти и масла И-40А проводилась в стеклянной колонке диаметром 2 см и высотой 30 см. Толщина слоя сорбента для извлечения растворенной нефти составляла 4-6 см, а для концентрированных эмульсий 15-20 см, диаметр частиц опоки ((! = 1- 0,5 мм).

Изотерма адсорбции масла И-40А опокой имеет выпуклый вид. Это указывает на хорошие сорбционные свойства опоки. Изотерма Лэн-гмюровского вида. Максимальная адсорбционная емкость опоки равна 0,56г/г. (рис. 1). Сорбционные свойства опоки после обжига увеличились почти в 2 раза (рис. 2), адсорбционная емкость равна 1,086.

Рис. 2. Изотерма адсорбции масла И-40А обожженной опокой

0,05 0.1 0.15 0,2 0,25

С|> кг/мЗ

Взаимосвязь пен на угольную продукцию с жаропроизвоаительностью углей, 2002 г.

III

о

00

40

т-н

О

СО

40

г-Н

см

ю

а\

Г''» <м 1.0 40

00

40

ю

см

1Л

о

о\ см

о

см см

40

40

со

см см

СО

см

||11 *

о

ю

о

00

о

о

о

о

40

о о

40 40

о" о“

40

ю

о

о

о

ю

00*“

см

со

00 о 40 ю

см (М 40 40

о т~Н 00

1Л со о

см см см см см

-р а

Исследования по адсорбции нефтепродуктов и других компонентов в шахтной воде шахт "Октябрьская" и "Северная" обожженной опокой показали [3], что эффективность очистки от нефтепродуктов составила 71 %. При условиях, когда высота загрузки адсорбента 18,5 см класса (1 = 1-0,5 мм за одну стадию фильтрации нефтепродукты до уровня ПДК не удаляются. Вторая стадия фильтрования (малая колонка, высота опоки 7,5 см, порошок для фильтрования готовили смешением класса 1 = 1-0,5 мм и 1 = 0,5-0мм в соотношении 5:1) дала эффективность очистки 98 %. При увеличении слоя сорбента в большой колонке до 23,5 см и применении в качестве фильтрующего порошка опоки 1 = 1 - 0,5 мм и 1 = 0,5- 0 мм в соотношении 5:2, эффективность очистки от нефтепродуктов за одну стадию фильтрования достигла 98 %.

Когда шахтную воду ш. "Северная" пропускали через колонку высотой 60см, диаметром 2 см (высота слоя опоки класса 1 = =1 - 0,5 мм составила 36 см, масса 65 г), то эффективность очистки шахтной воды по нефтепродуктам составила 99 %, т.е. эффективность очистки при фильтрации от нефтепродуктов зависит от высоты слоя опоки и соотношения классов опоки при приготовлении фильтрующего порошка. В итоге проведенные исследования показали, что опоку можно успешно применять при очистке шахтных вод в качестве зернистого фильтрующего материала.

Утилизация твердых отходов процесса очистки шахтных вод. Технические и технологические параметры брикетирования шламов в Воркуте разработаны А.Ю. Нифонтовым [4, 5]. Исследования по брикетированию кека ранее не проводились. Технология брикетирования шламов и кека осуществляется при разных параметрах. Отмечается, прежде всего, гранулометрический состав: шихта шлама состоит на 70 % из шлама (диаметр частиц 1 = 0,5 - 0 мм) [4]. Мелкие частицы кека хорошо брикетируются при влажности 16-17 % (шлам 14-15 %). Самое главное, что при брикетировании кека не надо добавлять в шихту дорогостоящего отсева. При использовании жидких связующих (лингосульфоната, ВПК-402) происходит идеальное распределение его в шихте, масса становится липкой и хорошо брикетируется.

Прочностные характеристики брикетов колеблются в зависимости от применяемых связующих [2, 3]. Наиболее прочные брикеты получены при использовании в качестве связую-

щего катионного полиэлектролита (ВПК-402), наименее прочные - при использовании порошка лигнина.

Оценка стоимости брикетов, полученных из кека, произведена по жаропроизводительно-сти согласно методики [6], которая основана на выведенном ими корреляционном уравнении, связывающим Тмах с низшей теплотой сгорания рабочего топлива (О1;), рабочей зольностью (А1) и массовой рабочей долей влаги ("М^). Цена брикетов составила 652 руб/т (табл. 1). Шахта "Аяч-Яга" энергетический уголь с зольностью 32 % продает по 719 руб/т (цены 2002

г.).

1. Волковская С.Г., Грищенко А.Е. Очистка

шахтных вод минеральными сорбентами // Народное хозяйство Республики Коми, том 7, №2, 1998, с. 394-398, Сыктывкар-Воркута-Ухта.

2. Волковская С.Г. Безотходная технология очистки шахтных вод // Республиканская научно-

практическая конференция "Человек на Севере В XXI веке", серия: "Экология". Сборник докладов, часть 2, 2001, с. 408-412.

3. Волковская С.Г., Грищенко А.Е. Очистка

шахтных вод с утилизацией твердых отходов в товарную продукцию // Уголь,-2003-№1.-с.51-53.

4. Нифонтов Ю.А., Приходько Ю.Н., Нифонтова Т.И. Экология Севера. Утилизация отходов обогащения ископаемых углей. Сыктывкар // Методические ма-

Анализ качественных показателей брикетов [2, 3] показал, что кек можно успешно утилизировать в товарную продукцию, используя ее для энергетических целей. А главное - утилизация кека позволяет разработать безотходную технологию очистки шахтных вод.

Таким образом, проведенные исследования по очистке шахтных вод опокой и утилизации кека в товарную продукцию методом брикетирования с жидкими полиэлектролитами позволяют предложить безотходную технологию очистки шахтных вод с замкнутым циклом водоснабжения, что повысит экологическую безопасность угледобывающего региона.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

териалы к межрегиональной конференции "Север и экология -21 век" (Ухта, 21-24 сентября 1999), Сыктывкар, 1999, 27 с.

5. Нифонтов Ю.А., Приходько Ю.Н, Киляков A.A., Экгардт. Метод утилизации влажных каменноугольных шламов // Заказной доклад ко II Международной конференции "Город в Заполярье и окружающая среда" (Нарьян-Мар, сентябрь, 1997).Воркута, 1997, 5 с.

6. Янченко ГА., Дзюба Н.В. О взаимосвязи жа-ропроизводительности углей с их теплотой сгорания, зольностью и влажностью. /Сборник научных трудов "Исследование физических свойств горных пород и процессов горного производства", - М.: МГИ, 1984, с. 157158.

— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------------

Грищенко Александра Евменовна - кандидат технических наук, доцент кафедры горного дела,

Волковская Светлана Григорьевна - ст. преп. кафедры экономических и гуманитарных дисциплин,

Филиал Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г. В. Плеханова (технического университета) «Воркутинский горный институт».

------------------------------------------------------------------------ НОВИНКИ

ИЗДАТЕЛЬСТВА МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Юшкова О.И. Основы физиологии человека: Учебное пособие. — 246 с.

18БК 5-7418-0304-0 (в пер.)

Приведены основы физиологии человека, знание которых необходимо для повышения уровня подготовки специалистов горного производства. Изучение человеческого фактора и учет возможностей организма человека в процессе выполнения трудовой деятельности обеспечивают совершенствование механизмов использования компенсаций и льгот в соответствии с классами вредности условий труда, а также позволяют проводить оценку всего комплекса социально-экономических мероприятий по оптимизации труда.

Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Безопасность технологических процессов и производств» направления подготовки дипломированных специалистов «Безопасность жизнедеятельности».