CC BY
24
- © М.С. Стефунько, И.В. Шадрунова,
H.H. Орехова, М.Е. Громов, 2015
УДК 504.061, 622.793
М.С. Стефунько, И.В. Шадрунова, Н.Н. Орехова, М.Е. Громов
СОВРЕМЕННЫЙ ПОДХОД К ТЕХНОДОГИЯМ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ МЕТАДДОНОСНЫХ ВОД ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Современные горно-перерабатывающие предприятия цветной металлургии представляют собой мощный комплекс негативного воздействия на экосистемы, но в наибольшей степени нагрузку испьпывает гидросфера горнопромышленного региона. Техногенные воды, образующиеся при освоении месторождений, являются источниками загрязнения водных объектов и причиной нарушение экологического равновесия, приводящего к ухудшению качества пресньх вод для флоры и фауны. Разработка медноколчеданных месторождений сопровождается образованием кислых поликомпонентных сточных вод с высоким градиентом сезонных изменений концентраций металлов. Прослеживается четкая тенденция изменения концентрации тяжелых металлов в сточных водах, как по сезонам, так и в связи с климатическими факторами. Разнообразие условий формирования, физико-химического состава, объема, а также изменение во времени качественно-количественных характеристик техногенных вод обуславливает необходимость разработки научно-обоснованного подхода к выбору мероприятий очистки, обеспечивающих экологическую безопасность. Для снижения нагрузки на гидросферу от недостаточно очищенных сточных вод и получения экологического эффекта необходимо использовать современный подход к обезвреживанию металлоносных вод, обеспечивающий создание рациональной технологической схемы очистки сточных вод для конкретного горно-перерабатывающего предприятия, благодаря учету специфики добычи и переработке, отраженной в количественно-качественных показателях обособленного потока. Ключевые слова: очистка техногенньх вод, извлечение металлов, очищенные воды, гидросфера, технологическая схема, экологическую безопасность, поток.
Современный подход к технологиям обезвреживания металлоносных вод горных предприятий
Сегодня человечество усиленно вторгается в природные экосистемы, затрагивая недра, атмосферу и гидросферу, что приводит к изменениям единой целостности Земли. Современные горно-перерабатывающие предприятия цветной металлургии представляют собой мощный комплекс негативного воздействия на экосистемы, но в наибольшей степени нагрузку испытывает гидросфера горно-промышленного региона.
Карьерные, шахтные и подоотвальные воды, образующиеся при отработке месторождений, являются источниками загрязнения водных объектов и причиной нарушение экологического равновесия, приводящего к ухудшению качества пресных вод для флоры и фауны. Техногенные потоки горных производств, привносят в природные водные объекты бассейнов рек металлы в ионной форме, в виде комплексов с органическими и неорганическими соединениями [1]. Ежегодно горными предприятиями сбрасываются миллионы м3 недостаточно очищенных сточных вод.
В прилегающих поверхностных водоемах рыбохозяйственно-го назначения ПДК по меди, цинку, марганцу, железу, кадмию и другим металлам 2-го и 3-го класса опасности превышены в десятки раз. Происходит накопление загрязняющих веществ в донных отложениях водных объектов, которые впоследствии становятся вторичными источниками загрязнения металлами. Техногенные воды горно-металлурги-ческих предприятий являются потенциальным источниками загрязнения гидросферы металлами и наносят существенный экологический ущерб.
Стоит отметить, что тяжелые металлы являются не разлагаемыми веществами и имеют тенденцию аккумулироваться в природной среде, растениях и живых организмах. При избытке металлов наблюдается проявление симптомов отравления растений (фи-тотоксичность), а также хлороз листьев [3]. Для гидробионтов повышенные концентрации металлов вызывают замедление ферментативных процессы и оказывают многоплановое негативное действие [4]. Высокая биохимическая и физиологическая активность позволяет металлам распространяться по пищевым цепочкам.
Разработка медноколчеданных месторождений сопровождается образованием кислых поликомпонентных сточных вод с высоким градиентом сезонных изменений концентраций металлов. При разработке колчеданных месторождений на всех этапах технологического процесса образуются сточные воды различные по своему химическому составу и концентрации загрязняющих веществ [5].
Воды являются поликомпонентными, с различным соотношением металлов в водах. Техногенные воды характеризуются нестабильностью физико-химического состава во времени и пространстве в связи с развитием горных работ. Прослеживается четкая тенденция изменения концентрации тяжелых металлов в сточных водах, как по сезонам, так и в
связи с климатическими факторами. Наиболее значимым климатическим фактором являются атмосферные осадки, так как напрямую влияет на концентрацию загрязняющих веществ в техногенных водах. Под воздействием температуры и влажности воздуха и кислорода интенсивно протекают процессы выветривания и выщелачивания, накапливаются токсичные элементы в высоких концентрациях. Наряду с климатическими факторами активно протекают биохимические процессы. Бактерии ТЫоЬасШш thiooxidans и ТЫоЬасШш ferroxidans способны окислять сульфиды железа, меди, сурьмы и других металлов или значительно ускорять их окисление [6,7].
Разнообразие условий формирования, физико-химического состава, объема, а также изменение во времени качественно-количественных характеристик техногенных вод обуславливает необходимость разработки научно-обоснован-ного подхода к выбору мероприятий очистки, обеспечивающих экологическую безопасность.
На сегодняшний день разработано множество методов очистки сточных вод, обеспечивающих необходимые нормативные показатели, однако внедрение на горно-перерабаты-вающее предприятие в большинстве случаев является невозможно реализовать с технической или экономической точки зрения [8]. Существующие технологические схемы статичны и не предусматривают изменяющиеся условия поступления загрязненных вод, в частности количественный и качественный состав примесей техногенных потоков.
Для снижения нагрузки на гидросферу от недостаточно очищенных сточных вод и получения экологического эффекта необходимо использовать комплексный подход формирования мероприятий очистки сточных вод, учитывающий следующее:
— формирования эффективного комплекса мероприятий для достижения нормативных показателей качества воды возможно на базе существующих способов очистки сточных вод от тяжелых металлов;
— многообразие источников образования сточных вод и их качественно-количественные различия обуславливает необходимость обособленного рассмотрения каждого потока, с целью селективной переработки или смешения потоков;
— основным критерием выбора способа очистки должна является концентрация металлов в потоке;
— выбор метода очистки сточных вод производится на основе их областей наиболее эффективного применения;
— технологическая схема очистки сточных вод должна предусматривать управление техногенными потоками и возможность регулирования соотношения металлов в потоках;
— технологическая схема должна предусматривать встраиваемость процессов извлечения металлов в существующие технологические цепочки очистки воды;
— моделирование последовательности очистки сточных вод от тяжелых металлов должно является основой для подбора рациональных способов очистки техногенных поликомпонентных вод горно-обогатительных предприятий и создания комплексных.
Данный подход обеспечивает разработку технологии формирования комплекса мероприятий для очистки техногенных вод горно-перерабатывающих предприятий при освоении медноколчеданных месторождений на базе существующих методов очистки.
Для формирования комплекса мероприятий очистки техногенных вод создана программа ЭВМ «Интерактивный выбор комплекса мероприятий для очистки сточных вод горно-пере-рабатывающего предприятия», позволяющая обеспечить теоретическое моделирование сценария очистки металлоносных вод.
Расчет производится на основе законов сохранения масс воды и масс примесей. Программа предоставляет возможность интерактивного выбора операций и их последовательности для оптимизации результатов очистки с точки зрения затрат и качества и обеспечивает: расчет твердой и жидкой фазы после технологических процессов очистки или смешения; расчет смешения техногенных потоков на любых этапах; возможность добавления новых технологических процессов; возможность смены очередности технологических процессов; возможность добавления компонентов в расчет; возможность смешения 3 и более потоков. Программа свободно расширяется методами очистки и смешения, а также извлекаемыми металлами.
Фактически задача выбора сценария сводится к выбору состава мероприятий, обеспечивающих заданное качество воды, то есть с концентрацией тяжелых металлов ниже ПДК ры-бохозяйственного назначения, обеспечивающее экологическую безопасность сбрасываемых вод.
Алгоритм интерактивного формирования комплекса мероприятий для очистки техногенных вод
Мпрол. Кг - масса осадка; ю, % — влажность осадка; рСи% - массовая доля металла; Сси,г/м3 -концентрация металла; шси, кг — масса металла; рН, ед. — водородный показатель техногенных вод; V, м3 -объем техногенных вод
Таким образом, современный подход к обезвреживанию металлоносных вод должен обеспечивать создание рациональной технологической схемы очистки сточных вод для конкретного горно-перерабатывающего предприятия, благодаря учету специфики добычи и переработке, отраженной в количественно-качественных показателях обособленного потока.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шадрунова И.В., Орехова Н.Н. Извлечение цветных металлов из гидроминеральных ресурсов: теория и практика, Монография. — Магнитогорск, 2009. - 180 с.
2. Приказ Министерства природных ресурсов РФ от 15.06.2001 года № 511.
3. Саптарова Л.М. Тяжелые металлы в системе вода-почва-растение в условиях орошения техногенно-загрязненной водой», автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидат биологических наук, Уфа, 2011.
4. Бедрицкая Н.Н. Влияние тяжелых металлов на организм рыб, выращиваемых на сбросных водах электростанций, диссертация на соискание ученой степени кандидат биологических наук, Санкт-Петербург, 2000.
5. Зелинская Е.В., Воронина Е.Ю. Теоретические аспекты использования гидроминерального сырья, Министерство образования и науки РФ, Иркутский гос. технический университет, Российская академия естествознания. Москва, 2009.
6. Емлин Э.Ф. Техногенез колчеданных месторождений Урала. — Свердловск.: Изд-во Уральского университета, 1991. — 256 с.
7. Янин Е.П. Источники и особенности загрязнения речных систем в горнорудных районах, Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. Вып. 1. — М., 2005. — С. 1-33.
8. Варламова И.А., Гиревая Х.Я., Калугина Н.Л., Куликова Т.М., Медя-ник Н.Л. Физико-химические закономерности извлечения тяжелых металлов из техногенных гидроминеральных месторождений, Магнитогорск, 2010. и'.'-^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Стефунько Мария Сергеевна — аспирант, maria- stefunko@yandex.ru, Шадрунова Ирина Владимировна — доктор технических наук, профессор, заведующая отделом горной экологии, shadrunova_@mail.ru, Громов Михаил Евгеньевич — ведущий инженер, mg@ipkonran.ru, ИПКОН РАН,
Орехова Наталья Николаевна — доктор технических наук, доцент, МГТУ им. Носова, nn_orehova@mail.ru.
UDC 504.061, 622.793
THE MODERN APPROACH TO DECONTAMINATION TECHNOLOGIES METALLIFEROUS MINING ENTERPRISES WATER
Stefunko M.S., postgraduate student of Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences (IPKON RAN), Russia, Shadrunova I.V., Ph.D,Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences (IPKON RAN), Russia,
Orekhova N.N., Ph.D., Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, Russia,
Gromov M.E., Leading engineer of Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences, Russia.
Modern mining and processing non-ferrous metals are a powerful set of negative impacts on ecosystems, but the greatest load tests hydrosphere mining and industrial region. Man-made water formed during the development of deposits, are sources of water pollution and cause ecological imbalance, leading to deterioration in the quality of fresh water for the flora and fauna. Development of deposits accompanied by the formation of acid multicomponent wastewater with a high gradient of seasonal changes in metal concentrations. There is a clear trend in the concentrations of heavy metals in the wastewater as seasonal and due to climatic factors. A variety of formation conditions, physical and chemical composition, volume, and time variation of the qualitative and quantitative characteristics of industrial waste waters necessitates the development of an evidence-based approach to the selection of activities of cleaning, ensuring environmental safety. To reduce the load on the hydrosphere from inadequately treated wastewater and produce environmental effects need to use a modern approach to the disposal of metal-bearing waters, providing a rational technological scheme of sewage treatment for a particular mining and processing enterprise, by taking into account the specifics of production and processing, as reflected in the quantitative and qualitative terms of a separate stream.
Key words: cleaning industrial waste waters, metal extraction, water purification, hydrosphere, technological scheme, environmental safety, the flow
REFERENCES
1. Shadrunova I.V., Orehova N.N. Izvlechenie cvetnyh metallov iz gidromineralnyh resursov: teorija i praktika, Monografija (Extraction of nonferrous metals from hydromineral resources: theory and practice, Monograph). Magnitogorsk, 2009. 180 p.
2. Prikaz Ministerstva prirodnyh resursov RF ot 15.06.2001 goda № 511.
3. Saptarova L.M. Tjazhelye metally v sisteme voda-pochva-rastenie v uslovijah orosh-enija tehnogenno-zagrjaznennoj vodoj (Heavy metals in the system water-soil-plant under irrigation anthropogenically polluted water), avtoreferat dissertacii na soiskanie uchenoj stepeni kandidat biologicheskih nauk, Ufa, 2011.
4. Bedrickaja I.N. Vlijanie tjazhelyh metallov na organizm ryb, vyrashhivaemyh na sbrosnyh vodah jelektrostancij (The influence of heavy metals on the body of fish grown in waste waters of power plants), dissertacija na soiskanie uchenoj stepeni kandidat biologicheskih nauk, Sankt-Peterburg, 2000.
5. Zelinskaja E.V., Voronina E.Ju. Teoreticheskie aspekty ispol'zovanija gidrominer-al'nogo syrja (Theoretical aspects of the use of hydromineral raw materials), Ministerstvo obrazovanija i nauki RF, Irkutskij gos. tehnicheskij universitet, Rossijskaja akademija estest-voznanija. Moscow, 2009.
6. Emlin Je.F. Tehnogenez kolchedannyh mestorozhdenij Urala (Technogenesis massive sulfide deposits of the Urals). Sverdlovsk.: Izd-vo Ural'skogo universiteta, 1991. 256 p.
7. Janin E.P. Istochniki i osobennosti zagrjaznenija rechnyh sistem v gornorudnyh ra-jonah (Sources and characteristics of pollution of river systems in the mining areas), Nauch-nye i tehnicheskie aspekty ohrany okruzhajushhej sredy. Vyp. 1. Moscow, 2005. pp. 1-33.
8. Varlamova I.A., Girevaja H.Ja., Kalugina N.L., Kulikova T.M., Medjanik N.L. Fiziko-himicheskie zakonomernosti izvlechenija tjazhelyh metallov iz tehnogennyh gidromineralnyh mestorozhdenij (Physico-chemical principles of extraction of heavy metals from industrial hydro fields), Magnitogorsk, 2010.
