CC BY
127
УДК 628.16
Костромин Михаил Витальевич Michael Kostromin
Достовалов Виктор Викторович Viktor Dostovalov
ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ДРАЖНЫХ РАЗРАБОТОК
WASTEWATER TREATMENT TECHNOLOGY OF DREDGE DEVELOPMENTS
Дано решение актуальной задачи, связанной с воздействием дражных разработок россыпных месторождений на окружающую среду. Представлена разработанная авторами технология локального и замкнутого водоснабжения для дражной разработки россыпных месторождений
Ключевые слова: технология, водоснабжение, эффективность, цеолитовые фильтры, система, плотина, дражная разработка
In this paper an actual problem associated with exposure to dredge placer development on the environment is solved. The authors have developed a system of local and closed water supply for dredge developments of placer deposits
Key words: technology, water supply, efficiency, tseolite filters, system, dam, dredge design
Водоснабжение дражного разреза необходимо осуществлять таким образом, чтобы сбрасываемая мутная вода не загрязняла речку выше допустимых пределов [1]. Повышенная мутность водотоков оказывает отрицательное воздействие на рыбные ресурсы, водную растительность, зообентос, зоопланктон. Учитывая все возрастающие в последние годы требования к охране окружающей среды при производстве любых видов работ, в том числе и к охране водных ресурсов, разработка методик оценки загрязнения водных объектов взвешенными веществами является важной научной задачей, требующей решения [2]. Это достигается проведением руслоотвод-ной и нагорной канав; руслоотводной канавы и устройством пруда-водоотстойника; руслоотводной канавы и устройством водоотстойника с оборотным водоснабжением; сооружением по длине россыпи продольной дамбы и поочередным переносом речного
потока с одной части россыпи на другую; сооружением ряда перемычек из галечных отвалов для осветления мутной воды при просачивании ее через перемычки; сооружением водоотстойников с оборотным водоснабжением; сооружением водоотстойников с оборотным водоснабжением и использованием реагентов.
Водоснабжение с проведением руслоотводной канавы. Водный поток реки в этом случае направляют в обход горных работ по руслоотводной канаве. Канава должна быть рассчитана на пропуск паводкового притока и расположена на достаточном расстоянии от границы затопления при подъеме уровня воды плотинами, чтобы мутная вода дражного разреза не смешивалась с чистой водой руслоотводной канавы. Руслоотводная канава проводится по отдельным участкам россыпи, на которой драга может работать не менее 1...2 лет. В плотине, направляющей водный поток из реки
в руслоотводную канаву, обычно закладывается труба диаметром 300...400 мм, рассчитанная на пропуск в разрез необходимого для работы драги количества воды. Для облегчения последующего осветления мутной воды, вытекающей из дражного разреза, целесообразно сокращать количество воды, поступающей в дражный разрез. С этой целью по противоположному борту долины, кроме руслоотводной канавы, проводят нагорную канаву, за счет которой перехватывают боковые притоки, впадающие в реку с борта долины, что предохраняет переполнение разреза водой во время паводка и ливней. При разработке россыпи по падению мутная вода из разреза смешивается с чистой водой, протекающей по руслоотводной канаве. Необходимо, чтобы количество взвеси после смешения не превышало установленных норм. Так, если загрязненность стока составляет 40 мг/л при расходе 100 л/с и расходе чистой воды в руслоотводной канаве примерно 2 м3/с со взвесью 20 мг/л, то после смешения количество взвеси составит 21 мг/л, что близко к норме. Из данного примера следует, что соблюдение допустимого количества взвеси после смешения возможно при малой загрязненности дражного стока. При значительной загрязненности приходится использовать перемычки в боковых протоках разреза, пруды-отстойники, а также осветлять воду реагентами и др. [3].
Необходимо учитывать, что сечения канав, рассчитанных на пропуск паводкового расхода, получаются большие, а следовательно, объемы работ по проведению канав достигают значительных размеров и обходятся дорого, особенно при проведении их по скальным породам. Поэтому руслоотводные канавы желательно проводить в пойме, за границами промышленной россыпи, в местах, где вблизи от поверхности отсутствуют скальные породы.
Водоснабжение с сооружением продольных дамб. На площади, отрабатываемой драгой за 2. 4 года, сооружают продольную оградительную дамбу, которая делит россыпь на две части. Каждая часть отрабатывается драгой отдельно: так, ког-
да ведется разработка левой части, водный поток реки направляют по правой части, для чего сооружают плотину, а к драге пропускают небольшое количество воды (150.300 л/с) по трубе, проложенной в плотике. Продольная оградительная дамба возводится экскаватором типа драглайн или бульдозером. Она должна быть на 0,5. 1,0 м выше наиболее высокого горизонта воды во время паводка, чтобы воды правой и левой частей россыпи не смешивались. Насыпь дамбы возводят из торфов. При труднопромывистых торфах дамбу стремятся возвести на плотике. Для этого после удаления торфов лески перемещают на смежные площади кровли пласта, после чего возводят дамбу. Если торфа промывис-тые, а пропуск их в бочку не вызовет снижения извлечения металла, то дамбу возводят на кровле пласта и драгой производят выемку нижнего пласта вместе с дамбой.
Предварительно на отдельных участках, по которым вначале направят водный поток, экскаватором выпрямляют русло реки, для чего проводят руслоотводные канавы. При разработке противоположной части россыпи водный поток реки направляют в выработанное пространство — обычно в боковую протоку дражного разреза. Для пропуска паводкового притока боковую протоку расширяют экскаватором до необходимого сечения.
Данный способ водоснабжения применим на россыпях шириной более 150.200 м. Использование его позволяет избежать проведения длинных руслоотводных канав.
Водоснабжение с устройством фильтрационных перемычек. В боковых протоках дражных разрезов и в промежутках между отдельными отвалами сооружают перемычки из гальки дражных отвалов таким образом, чтобы водный поток, вытекающий из дражного разреза, не смог пойти в обход перемычки, а весь просачивался бы через перемычку. Бульдозерами засыпают все протоки и создают в них перемычки с гребнем значительной ширины (около 5.10 м) для увеличения пути просачивания мутной воды. Перемычки можно создавать также и драгой, применяя способ
выемки полузабоями с передвижкой драги. Перемычки сооружают при разработке россыпей по восстанию. Расстояние между перемычками выдерживается 70.300 м, но обычно не превышает 200 м. Часто мутный сток просачивается через 4.8 перемычек, однако иногда поддерживаются в рабочем состоянии до 15 перемычек на расстоянии до 2 км. Объем работ по возведению одной перемычки составляет 200.2000 м3. Сквозь перемычки может просочиться относительно небольшое количество воды, а при увеличении притока после ливней перемычки часто размываются.
Перемычки при просачивании могут задержать только песчаные, илистые и грубо дисперсные глинистые частицы. Достаточная степень осветления дражных мутных стоков при помощи перемычек достигается, если он небольшой, порядка 100.150 л/с, и если взвесь не содержит средне- и тонкодисперсных глинистых частиц.
Водоснабжение с устройством прудов-отстойников. При разработке пойменных россыпей у нижней границы россыпи сооружается плотина с высотой подъема воды до 8.12 м для создания водоотстойника. Это позволяет скапливать в пруду до 2.6 млн м3 воды. Основной поток реки отводится плотиной и руслоотводной канавой в обход разреза. В разрез вода подается по трубе в количестве до 150.300 л/с, поэтому мутная вода из дражного разреза поступает в пруд в небольшом объеме. Этим объясняется, что даже при значительном количестве взвеси в стоках ( до сотен граммов на 1 л) вода обычно осветляется, поскольку находится в пруду в течение 1.3 мес. Для хорошего осветления важно, чтобы породы россыпи, а следовательно, и взвеси не содержали тонкодисперсных частиц глины размером менее 0,0002 мм. В таких случаях сбрасывается из пруда осветленная вода с содержанием взвеси 10.30 мг/л, что близко к естественной засоренности воды в речках.
Объем земляных работ по возведению плотин значителен, составляет 100.300 тыс. м3. Необходима также постройка же-
лезобетонного водослива, способного пропускать небольшие паводковые притоки за время существования предприятия. Поэтому сооружение прудов-отстойников обходится дорого.
Иногда для возведения плотин используют дражные отвалы. В этом случае драгу направляют поперек россыпи и ход драги продолжают за границу промышленной россыпи на 60...150 м с таким расчетом, чтобы дражные отвалы создавали тело плотины поперек длины на всей площади затопления. Для уменьшения потерь воды от просачивания проходят драгой два поперечных хода, причем выемку пород в каждом из них производят косым забоем так, чтобы дражные отвалы перекрывали друг друга, образуя единое тело плотины, а в отдельных случаях оставляли целик.
При значительных объемах мутной воды, поступающей из разреза в пруд-водоотстойник, время отстоя резко сокращается, иногда даже до нескольких суток. Такой малый срок отстоя недостаточен для осаждения тонкодисперсных глинистых частиц размером менее 0,001 мм. Сбрасываемая из водоотстойника вода в таких случаях имеет повышенное содержание взвеси.
Сооружение плотин для прудов-отстойников часто тает с использованием плотин для обеспечения доступа к драгам и площадям с высокими отметками плотика относительно меженного уровня воды в реке. В таких случаях, благодаря плотинам, увеличиваются запасы на приувальных площадях, улучшаются показатели работы драг. Это позволяет сократить расходы на создание водоотстойников.
Водоотстойники создают и в выработанном пространстве. Большие емкости формируются, когда в дражных разработках производятся вскрышные работы шагающим экскаватором на большую глубину с образованием высоких отвалов торфов по бортам россыпи. По мере перемещения драги создают новые водоотстойники, расположенные ближе к дражному забою и отделенные друг от друга перемычками. Для пропуска воды через перемычки проводят канавы или укладывают трубы диаметром 25.35 см.
Таким образом, поддерживают два или три последовательно расположенных водоотстойника — верхний и нижний, в которых постепенно и осветляется вода. В дражный разрез вода из нижнего водоотстойника перекачивается насосом по напорному трубопроводу. В этих случаях в дражный разрез подводят небольшое количество свежей воды (в пределах 150.300 л/с). В начале дражных работ создают первоначальный водоотстойник ниже места выполнения дражных работ или выше его. Воду из водоотстойника отводят по водосбросному колодцу и трубе.
Оборотное водоснабжение. На пойменных россыпях в нижней их части сооружают плотину для образования пруда-водоотстойника. Основной поток реки с помощью плотины и руслоотводной канавы отводится в обход дражного разреза. В дражный разрез через трубу в плотике подается вода для осветления воды в разрезе с таким расчетом, чтобы не было переполнения пруда и не нужно было сбрасывать воду в речку. Насосная установка подает осветленную воду из водоотстойника по трубопроводу или по канаве непосредственно в дражный разрез. Загрязненность воды в разрезе не превышает 15.40 г/л. Объем воды в водоотстойнике составляет 300.700 тыс. м3. Продолжительность отстоя воды в таких условиях равна 15.40 сут. Осветленная вода содержит до 1.2 г/л взвеси, используется она для подачи в дражный разрез и не сбрасывается в речку.
Водоотстойник располагают и выше разрабатываемой россыпи. Загрязненная вода из разреза перекачивается в этом случае насосной установкой в водоотстойник, откуда она, отстоявшись, самотеком поступает в дражный разрез. Наличие в породе тонкодисперсной глины затрудняет осветление воды в пруду-водоотстойнике.
Водоснабжение с осветлением воды реагентами. Этот способ применяют в сочетании с оборотным водоснабжением или при работе драги в замкнутом разрезе, когда объем воды, находящейся в обороте, небольшой. Из дражного разреза загрязненная вода по трубе, проложенной в пе-
ремычке, поступает в верхний водоотстойник. У места выхода трубы размещается решетчатый бак, в который загружают реагент, например, железный купорос. Во время просачивания мутной воды через купорос он растворяется, и при этом во взвеси образуются глинистые хлопья, которые оседают в водоотстойнике. Частично осветленная вода по канаве поступает в нижний водоотстойник, в котором производится окончательное ее осветление. Совместное использование для осветления реагентов и водоотстойников позволяет осадить большую часть тонкодисперсной взвеси и снизить общее содержание взвеси в осветленной воде до ничтожного количества, соответствующего естественному состоянию воды.
Осветленная вода подается насосной установкой по напорному трубопроводу к забою дражного разреза. Свежая вода для восполнения потерь подается из речки насосом для подпитки.
Применение реагентов позволяет при должном объеме двух водоотстойников после ливней сбрасывать в речки излишек воды, не вызывая загрязнения речек. Это также обеспечивает засоренность воды в дражном разрезе в допустимых пределах при наличии в породах тонкодисперсного глинистого материала или при небольших объемах воды, участвующей в обороте.
По общетехническим соображениям устанавливают несколько наиболее эффективных вариантов водоснабжения, из которых выбирают рациональный путем сопоставления технико-экономических показателей и данных по осветлению.
Нами разработана технология замкнутого и локального водоснабжения, включающая драгу, отстойник для очистки воды от грубодисперсных примесей, отстойник для очистки воды от тонкодисперсных примесей, тонкослойный модуль, насосную станцию, смеситель, канавы для улавливания хлопьев, фильтр глубокой доочистки воды с наполнителем из цеолита, руслоотводной канал.
Основной принцип разработанной технологии водоснабжения состоит в том,
что отстоиники можно разделить на два контура (см. рисунок). Первый контур — система отстойников для очистки технологической воды, включающий: отстойник для очистки воды от грубодисперсных примесей, отстойник для очистки воды от тонкодисперсных примесей, тонкослойный
модуль, насосную станцию (может применяться самостоятельно). Второй контур — система отстойников глубокой доочистки воды, включающий реагентную станцию, смеситель, канавы для улавливания хлопьев, фильтры глубокой доочистки воды с наполнением из цеолита [4].
Схема технологии замкнутого водоснабжения дражных разработок: 1 — драга; 2 — отстойник для очистки воды от грубодисперсных примесей; 3 — отстойник для очистки воды от тонкодисперсных примесей; 4 — тонкослойный модуль; 5 — насосная станция; 6 — реагентная станция; 7 — смеситель; 8 — канавы для улавливания хлопьев; 9 — фильтр глубокой доочистки воды с наполнителем из цеолита; 10 — руслоотводный канал
После многократного использования воды в технологическом процессе гравитационное осаждение частиц в отстойниках становится малоэффективным. Поэтому необходима дополнительная очистка сточных и оборотных вод. Для повышения эффективности и ускорения процесса очистки сточных вод используют физико-химические методы очистки с применением коагулянтов и флокулянтов. Для снижения не-
гативного воздействия горных работ на водотоки целесообразно применение очистки сточных вод путем фильтрования загрязненной воды через цеолитовые фильтры. Степень осветления сточных вод с использованием цеолитовых фильтров достигает 87.97 % (см. таблицу) [5].
Внедрение элементов таких систем водоснабжения проводилось на предприятиях Таджикистана, Якутии, Забайкалья.
Результаты очистки сточных вод при помощи цеолитовых фильтров, мг/дм3
Показатели состава сточных вод ПДК Концентрация вмещающих примесей
до сорбции после сорбции
Взвешенные вещества 15,75 28 5-7
Нефтепродукты 0,05 0,4 0,05
Железо общее 0,05 1,02 0,03
Медь 0,01 0,08 0,03
Никель 0,01 0,015 Следы
Кадмий 0,001 0,003 -
Цинк 0,01 0,48 0,01
Аммоний солевой 0,5 0,26 0,12
Водородный показатель 6,8 - 8,5 4,3 - 5,5 6,8 - 7,1
Таким образом, результаты исследований и промышленного внедрения показывают, что применение новых высокоэффективных технологий водоснабжения не только способствует качественной очис-
тке технологической воды, но и решает вопросы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов [4, 6].
Литература
1. Шорохов С.М., Зуйков А.А., Зубченко Г.В. и др. Предохранение рек от загрязнения при разработке россыпных месторождений. М. Недра, 1980. С. 207.
2. Косарев С.Г. Загрязнение водных объектов взвешенными веществами при добыче песча-но-гравийного материала в руслах рек // Вестник Читинского государственного университета. Чита: ЧитГУ, 2012. С. 30.
3. Назаров В.В., Чикин Ю.М., Личаев В.Р., Курылев А.П. Водоснабжение и очистка сточных вод при разработке россыпных месторождений. М., Недра, 1975. 184 с.
4. Костромин М.В., Юргенсон Г.А., Позлутко С.Г. Проблемы дражной разработки континентальных россыпей. Новосибирск: Наука, 2007. 180 с.
5. Хатькова А.Н., Мязин В.П., Карасев К.И. Применение цеолитсодержащих туфов Сибири и Дальнего Востока для очистки сточных вод горнодобывающих предприятий. Чита: ЧитГТУ, 1996. 75 с.
6. Костромин М.В., Овешников Ю.М., Позлутко С.Г. Влияние дражной и гидромеханизированной разработки россыпных месторождений // Рациональное природопользование в условиях перестройки: Мельниковские чтения: сб. докл. Всесоюз. науч.-практ. конф. М., 1990.
Коротко об авторах _
Костромин М.В., д-р техн. наук, профессор, Забайкальский государственный университет, Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН
ogr_chitgu@maiI.ru
Научные интересы: проблемы разработки россыпных месторождений дражным и гидромеханизированным способами
_Briefly about the authors
M. Kostromin, Doctor of Technical Sciences, professor, Zabaikalsky State University; Institute of Natural Resources, Environment and Cryology, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Scientifics interests: problems of placer dredging development and hydromechanization methods
Достовалов В.В., аспирант, Забайкальский государственный университет victor-dostovaIov@maiI.ru
Научные интересы: проблемы водоснабжения и очистки сточных вод при дражной разработке россыпей
V. Dostovalov, postgraduate student, Zabaikalsky State University
Scientifics interests: problems of water supply and wastewater treatment for the development of placer dredge
