CC BY
139
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2012 Геология Вып. 2 (15)
УДК 628.33
Способ очистки воды от взвешенных веществ с использованием дражных отвалов
С.М. Блинов, Т.И. Караваева, Д.А. Боков
Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15 Е-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
(Статья поступила в редакцию 26 марта 2012 г.)
Изучен и проанализирован опыт снижения концентрации взвешенных веществ в сбросах драг при разработке россыпных месторождений. Разработаны методы и технологические схемы очистки воды от взвешенных веществ с использованием в качестве фильтрующего материала грунтов дражных отвалов.
Ключевые слова: дражные отвалы, взвешенные вещества, очистка воды.
Одной из основных форм миграции химических элементов в водных потоках является перенос в виде механических взвесей [6]. Взвешенные вещества - это один из самых распространенных загрязнителей в водосбросах промышленных предприятий [1]. В мире разработано множество технологий очистки сбросов от взвешенных веществ [5]. Однако при определенных условиях эта задача становится трудновыполнимой.
На северо-востоке Пермского края, в пределах западного склона Урала, ведется разработка россыпных месторождений алмазов дражным способом. Проблема снижения концентрации взвешенных веществ в сбросах объектов алмазодобычи существует уже несколько десятков лет.
Сложность ее решения связана со значительными концентрациями взвесей в сбросах объектов алмазодобычи, которые могут достигать 15 г/л и более; с большим содержанием во взвесях тонкодисперсных глинистых частиц размером менее
0,001 мм (до 50 %), которые способны мигрировать в водных потоках на значительные расстояния; со значительными объемами и крайней неравномерностью в условиях гор и предгорий расходов рек, в долинах которых осуществляется алмазо-
добыча; с литолого-минералогическим составом и геохимическими особенностями разрабатываемых пород; с особенностями химического состава воды рек (низкая минерализация).
В связи с этим целью данного исследования являлась разработка методов и технологий, позволяющих производить очистку значительных и весьма неравномерных расходов загрязненных вод при больших концентрациях взвешенных веществ, на основании обобщения и анализа имеющегося опыта очистки сбросов от взвешенных веществ на данном предприятии.
В различные годы решением этой проблемы занимались исследователи многих организаций. Для снижения содержания взвешенных веществ в дражных стоках предлагались различные технологические приемы и их комплексы, среди которых можно выделить механические, физикохимические и химические способы очистки: отстаивание в прудах-отстойниках; фильтрацию через грунтовые фильтры; центробежные методы; флотацию; электрохимические методы; коагуляцию и флокуляцию и др.
Практически все из этих методов в лабораторных, а отдельные и в натурных
© Блинов С.М., Караваева Т.И., Боков Д.А., 2012
86
условиях прошли испытания на объектах предприятия. Для внедрения этих методов предлагались прямоточные, оборотные и даже замкнутые системы водоснабжения.
Отстаивание в прудах-отстойниках -наиболее естественный и часто применяемый метод. Практически все объекты алмазодобычи имели один отстойник или целый каскад. Однако значительные концентрации взвешенных веществ в сбросах и высокое содержание в них трудноосаж-даемых тонкодисперсных глинистых частиц, делают пруды-отстойники недостаточно эффективными и не позволяют даже каскадом плотин достигать нормативных концентраций взвешенных веществ для водоемов рыбохозяйственного значения [7]. Кроме того, пруды-отстойники с регулируемым водосбросом не приспособлены для условий резких и значительных увеличений расходов рек в предгорных районах. В результате часть плотин-отстойников была разрушена в период весеннего половодья и паводков.
Для укрупнения микроагрегатного состава взвесей применяются коагулянты и флокулянты. В 1980 г. Горным институтом (г. Свердловск) был предложен метод коагуляции взвесей с использованием в качестве реагента хлоридных отходов Березниковского титано-магниевого комбината. Основными компонентами-коагулянтами являются ионы железа и хлорид-ионы, содержание которых составляет около 60 %. Кроме этого, в отходах присутствуют алюминий, марганец, титан и другие металлы. Специалисты «Якутнипроалмаз» предлагали использовать в качестве коагулянтов сульфаты железа и алюминия, глинозем и известь. Для снижения эффективных концентраций (экологически небезопасных) применяемых реагентов предлагалось использовать флокулянты, которые ускоряют процесс образования агрегатов и повышают плотность образующегося осадка. При определенных условиях полимерные флокулян-ты могут применяться самостоятельно, без ввода коагулянтов. На предприятии прошли лабораторные и натурные испы-
тания различные импортные и отечественные коагулянты. В результате опытнопромышленных испытаний практически все испытываемые коагулянты и флоку-лянты были отклонены. Хлориды и сульфаты железа и алюминия - по причине загрязнения поверхностных вод вводимыми ионами, что не допускается законодательной базой и нормативными документами. Некоторые из отечественных реагентов оказались неэффективны, а отдельные импортные флокулянты - дорогостоящими, существенно удорожающими себестоимость добычи.
Соликамским государственным педагогическим институтом, а ранее и другими организациями была проведена оценка эффективности методов электрохимической очистки дражных стоков от взвешенных частиц. Установлено, что применение угольных электродов из-за особенностей состава воды и взвесей малоэффективно, а использование железных и алюминиевых растворимых электродов привносит в поверхностные воды дополнительные ионы в концентрациях, превышающих ПДК. Была отклонена и электрофлотация из-за невысокой эффективности и необходимости применения высокого напряжения, связанного с низкой минерализацией воды.
Наиболее логично для очистки воды от взвешенных веществ использовать грунты дражных отвалов, которые занимают значительные площади в долинах рек, где проходит разработка россыпных месторождений. Отвалы характеризуются неоднородностью гранулометрического состава. Несмотря на это, в распределении различных фракций наблюдаются определенные закономерности, связанные с технологическим процессом дражной разработки месторождения. Дражные отвалы имеют как бы двухслойное строение. В верхнем слое преобладает грубообломочный материал, представленный валунами и галькой, с пониженным содержанием пылеватых и глинистых частиц. Нижний слой представлен в основном гравием и песком (рис. 1).
Рис. 1. Двухслойное строение дражного отвала Гранулометрический состав дражных отвалов
Гранулометрический состав Но менклатур а
№ Гравий Песок Пыль Глина грунта
пробы > 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 (ГОСТ 2510095)
1 2,15 11,66 17,89 15,65 19,47 21,02 10,67 0,09 0,84 0,56 Песок гравелистый
2 4,03 9,71 13,99 11,60 15,48 25,34 17,85 0,19 0,95 0,86 Песок гравелистый
3 3,04 11,21 15,32 14,48 19,23 21,87 12,16 0,22 1,62 0,85 Песок гравелистый
По данным В.П. Тихонова, грунты нижнего песчано-гравийного слоя классифицируются как пески гравелистые (таблица).
В горнодобывающей и перерабатывающей промышленности нередко для очистки от взвешенных веществ используют грунтовые фильтры [4]. Естественнонаучный институт (г. Пермь) с 1994 по 1997 г. вёл разработку этого направления. В качестве материала для фильтров использовались грунты дражных отвалов, представленные большей частью грубообломочными и песчаными фракциями
[2]. Опытные натурные работы показали, что в зависимости от длины пути фильтрации концентрация взвешенных веществ в дражных сбросах может снижаться в десятки и сотни раз [8].
Основываясь на результатах проведенных исследований, путем решения обратной задачи были вычислены оптимальные параметры грунтовых фильтров, учитывающие максимальную начальную концентрацию взвешенных веществ, гранулометрический состав грунтов дражных отвалов, расход реки и продолжительность эксплуатации фильтров.
Несмотря на то, что применение этого метода дает возможность значительно снижать содержание взвешенных веществ, внедрение грунтовых фильтров было отклонено предприятием ввиду короткого срока эксплуатации грунтовых фильтров из-за заполнения порового пространства глинистым материалом (~ 40 сут.) и слабой пропускной способности плотин, что неприемлемо для периодов весеннего половодья и мощных дождевых паводков.
Для увеличения пропускной способности и срока эксплуатации грунтовых фильтров В.П. Тихоновым был предложен способ очистки от взвешенных веществ с использованием «фильтрационных полей»
Результаты опытно-промышленных испытаний метода показали, что эффективность очистки изменяется по всем отводящим водоемам от 89 до 99 %. Применение метода обеспечивает снижение концентрации взвешенных веществ до нормативных значений. Возможность использовать в качестве фильтра весь массив дражных отвалов позволяет существенно увеличивать срок эксплуатации системы, а также очищать значительные расходы воды.
[7]. Фильтрационное поле представляет собой участок долины реки, состоящий из системы напорных и отводящих водоемов, расположенных каскадом параллельно друг другу и разделенных грунтами дражных отвалов. Сброс загрязненных взвешенными веществами вод из водоема драги производится в последовательно расположенные напорные водоемы. Фильтрация воды происходит в сторону отводящих водоемов, в качестве которых использованы оставшиеся после дражной разработки понижения и котлованы, вытянутые цепочкой вдоль русла реки. Очищенная вода по каналам отводится в существующее русло р. Б.Колчим (рис. 2).
Использование грунтовых фильтров по простой в исполнении и надежной технологической схеме предложено
С.М. Блиновым. Драга в процессе разработки алмазов диспергирует глинистые горные породы, оставляя грубообломочные и песчаные фракции в дражных отвалах, в то время как пылеватые и глинистые частицы формируют твердый сток и мигрируют вниз по течению рек. Идея вернуть глинистый материал в поровое пространство грубообломочных дражных
Рис. 2. Схема фильтрационного поля [3]
отвалов, возвращая тем самым горные породы в состояние, близкое к природному, полностью соответствует природоохранному смыслу предлагаемых мероприятий.
Суть предлагаемого метода заключается в создании на территории дражных отвалов, которые расположены выше и ниже по течению от технологического водоема и будут подвергаться повторной разра-
В случае работы драги в режиме недос-таткочного расхода речной воды может применяться оборотная схема водоснабжения, если воды достаточно - то прямоточная. Гранулометрический состав дражных отвалов как нельзя лучше подходит для такой схемы очистки: в верхней части залегают грубообломочные грунты, в нижней - песчаные.
Кроме проблемы очистки дражных
Библиографический список
1.Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 2000. 627 с.
2.Блинов С.М., Максимович Н.Г. Методологические основы применения геохимических
ботке, водоемов фильтрации (ровных площадок, ограниченных по периметру дамбой). Пульпа из технологического водоема перекачивается в водоемы, из которых происходит нисходящая фильтрация до уровня грунтовых вод, а затем возврат осветленной воды в единственную дрену, которой является река (рис. 3).
стоков в данном случае решается еще и проблема рекультивации отвалов. Их самопроизвольного зарастания обычно не происходит из-за того, что верхний слой представлен грубообломочными грунтами, которые не задерживают влагу и не содержат компонентов, необходимых для развития растений. Повышение глинистости поверхностного слоя создаст благоприятные условия для зарастания отвалов.
барьеров для охраны окружающей среды // География и окружающая среда. СПб., 2003. С.294-304.
3.Караваева Т.И., Наумова О.Б. Геологическое обоснование выбора участка в аллювиально-техногенных отложениях для очистки
Няг.оп
Направление потока грунтовых вод
Рис. 3. Технологическая схема использования дражных отвалов для очистки воды от взвешенных веществ
сточных вод от взвешенных веществ // Перспективы науки. 2010.№ 4. С. 91-95.
4.Лесин Ю.В. Фильтры для очистки воды из крупнокусковых отходов угледобычи // Уголь. 1986.№ 2. С. 43-44.
5.Родионов А.И., Клушин В.М., Торочешни-ков Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989. 512 с.
6. Страхов Н.М. Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли. М.: Госгеолтехиздат, 1963.
7. Тихонов В. П., Караваева Т. И. Управление процессом очистки от взвешенных веществ в фильтрационных полях // Инновационный потенциал естественных наук: Тр. Между-нар. научн. конф. Пермь, 2006. С. 165-169
8.Maximovich N.G., Blinov S.M. Hydrosphere transformation in the diamond placers mining area in the Vishera river basin, the Urals // Engineering Geology and the Environment. Rotterdam, Brookfield, 1997. Vol.3. P. 24672469.
Method of Water Clearing from Suspended Substances with Use of Drag’s Dumps
S.M. Blinov, T.I. Karavaeva, D.A. Bokov
Perm State National Researching University, 614990, Perm, Bukirev st., 15 E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Experience of decrease suspended substances concentration in dumps of placer deposits drags is studied. Methods and technological schemes of water treating from suspended substances with use soils of drag’s dumps as a filtering material are deve loped.
Key words: drag’s dumps, suspended substances, water treating.
Рецензент - доктор геолого-минералогических наук О.Б. Наумова
