CC BY
17
© И.С. Максимова, Ю.М. Овсшников, 2013
УДК 622.244
И.С. Максимова, Ю.М. Овешников
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКОЛОГО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ АКУСТИЧЕСКОГО ОСВЕТЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННО-ИЗМЕННЫХ ВОД КАРЬЕРОВ
Изложены особенности усовершенствование акустической очистки сточных вод от твердых частиц. Описана технология акустической очистки и результаты экспериментальных исследований.
Ключевые слова: акустическая очистка, оборотное водоснабжение, безреагентная очистка, сточные воды.
Социально-экономическая перспектива Дальневосточного региона связана, преимущественно, с дальнейшим освоением минерально-сырьевых ресурсов территории. В связи с этим горнодобывающая промышленность будет продолжать оставаться основным потребителем природных ресурсов и источником воздействия на окружающую среду.
Появление новых технологий, мощной землеройной и буровой техники, высокая биржевая стоимость драгоценных металлов на международном рынке позволили сегодня возвратиться к поиску и вовлечению в разработку как новых месторождений, так и месторождений драгоценных металлов, считавшимися в прошлом веке нерентабельными. Наиболее быстро в промышленный оборот сегодня в Дальневосточном регионе вовлекаются россыпные и коренные месторождения редких и благородных металлов, расположенные в северных районах, освоение которых наносит существенный ущерб как фауне и флоре, так и нерестовому ресурсу уникального стада лососевых, которые чрезвычайно чувствительны к
антропогенному вмешательству, как собственно и вся экосистема.
Отрицательное влияние взвешенных веществ на воспроизводство лососей реализуется по следующим основным направлениям:
а) поверхностное заиление нерестилищ, вызывающее перераспределение токов грунтовых и подрусловых вод и сокращение площадей их выходов на поверхности дна;
в) снижение прозрачности воды;
г) воздействие твердых минеральных частиц, имеющих обычно острые грани, на эпителии жабр и кожу с последующими возможными кожными заболеваниями и нарушением функции жабр.
Большая часть продуктов эрозии антропогенного происхождения, особенно мелкие фракции, уносится потоком во взвешенном состоянии в низовья рек, часть же аккумулируется на дне и в толще грунта в верховьях, формируя не характерные для горных, лососевых рек донные биотопы. [1]
В этих условиях важнейшую роль в системе водоснабжения и очистки воды играют технологические водоемы,
обеспечивающие промывочные работы технологической водой по замкнутой оборотной системе (оборотное водоснабжение) в необходимых для качественного извлечения полезного ископаемого объемах.
Поддержание системы оборотного водоснабжения в рабочем состоянии обходится предприятию в сотни тысяч долларов ежегодно: это удлинение каскада отстойников, технологического трубопровода, использование насосов большей мощности, увеличение потерь металла из-за того, что в рабочих отстойниках консистенция воды пульпообразная. Десятки гектаров отработанной поверхности покрыты водой, что не дает возможности проводить в срок рекультивацию.
Как показывает практика, для горнодобывающих предприятий Дальнего Востока характерно значительное превышение объемов сточных вод над объемами водопотребления для целей обеспечения технологических процессов, количество которых с каждым годом растет за счет:
• размыв отвалов вскрышных пород, откосов нагорных и руслоотвод-ных канав, дамб, площади которых с каждым годом многократно увеличиваются;
• увеличение водопритока в горные выработки за счет вскрытия верхних водоносных горизонтов;
• особенности освоения месторождений в криолитозоне (промерзание дамб и плотин);
Известно, что механическая очистка загрязненных вод карьеров (фильтрация сквозь тело дамбы, отстаивание) позволяет выделять из сточных вод до 60— 75 % нерастворимых минеральных частиц, многие из которых как ценные примеси, могут использоваться в произ-
водстве для дальнейшей переработки (шламы, «хвосты»).
Для ускорения технологических процессов в отстойниках используют ввод дополнительных реагентов: коагулянтов (веществ, способствующих объединению мелких частиц дисперсных систем в более крупные) и фло-кулянтов (веществ, интенсифицирующих процесс образования хлопьев). Так известный комплексный флоку-ляционно- ультразвуковой способ очистки оборотных и сточных вод обеспечивает возрастание скорости процесса в 6-8 раз [2], но большие дозы флокулянтов делают метод нецелесообразным при осветлении суспензий в промышленных масштабах.
Кроме того отношение к использованию химреагентов для осветления сточных вод в горнодобывающих карьерах часто отрицательное: даже если коагулянты и флокулянты отвечают требованиям по содержанию химических составляющих для нерестовых рек, то по объемам потребления, стоимости и уровню затрат на транспортировку в северные районы с экономических позиций мало приемлемы.
Известно, что эффективность ультразвука в воздействии на различные технологические процессы подтверждена многочисленными исследованиями и опытами, позволившими установить следующее: применение ультразвуковых колебаний высокой интенсивности обеспечивает многократное ускорение процессов, протекающих между двумя или несколькими неоднородными средами (растворение, очистку, обезжиривание, эмульгирование, кристаллизацию, химические и электрохимические реакции и многое другое). Профессора B.C. Ямщиков, А.Я. Михайлов, С.А. Бахарев
1 кГЦ 7кГц
360 410
I
13 кГц «Шум» Без облучения
зжз . .,
Рис. 1. Содержание взвешенных веществ (мг/л) в «нижних» частях проб сточной воды
[3] в разные годы исследовали поведение минеральных частиц при воздействии на них ультразвуковых полей для решения комплекса технологических и экологических задач.
В инициативном порядке на месторождении Сейнав-Гальмоэнанско-го платиноносного узла в бассейне реки Янытайлыгунваям разработан и опробован комплексный метод акустической технологии очистки оборотных и сточных вод [4]
Уникальность разработанной технологии заключается в том, что она повышает эффективность работы всех типов существующих очистных сооружений без изменения их конфигурации, а при частичном изменении конфигурации, позволяет практически полностью отказаться от использования дорогостоящего каскада горизонтальных отстойников, особенно при высоком содержании глинистой (тонкодисперсной) фракции в технологических песках, подвергающихся промывке.
Так, в карьере на участке р. Лев-тыринываям, очистные сооружения которого тестировались в ходе проведения экспериментов, измеренная величина цветности составила 1200 Р1-Со шкалы, мутность — 1165 мг/л. Исключительно высоких значений достигала величины мутности на участке руч. Ледяной — в «капитальной канаве» до 10700 мг/л воды. При отстаивании в системе илоотстойни-
ков мутность снижается примерно в 4-5 раз — до 2000 мг/л и на этих значениях стабилизируется. Такие воды практически не поддаются дальнейшему механическому отстаиванию, муть «зависает» в массе воды — это говорит о насыщении пространства отрицательно заряженными коллоидными образованиями малой массы различной степени дискретности, которые «отталкиваются» друг от друга. Именно поэтому в нижней части отстойников, где концентрация таких частиц достигает максимума, скорость осаждения приближается к нулю.
На первом этапе работы выполнялись в полунатурных условиях, когда происходило «озвучивание» ограниченных по объему проб сточной воды и, таким образом, определялась «оптимальная» частота, при которой в осадок выпадало максимальное количество взвешенных веществ в течение заданного интервала времени. При этом из отстойника было взято 40 л сточной воды, которая затем была разделена на 5 равных частей и разлита по емкостям. В 4-х емкостях в течение 1 часа осуществлялось непрерывное излучение гидроакустических сигналов на частотах 1 кГц, 7 кГц, 13 кГц и «шум в полосе». Сточная вода, находящаяся в 5-ой емкости, акустическому воздействию не подвергалась. Затем в течение 12 часов производилось отстаивание воды во всех
Рис. 2. Схема движения сточных вод: КТ 1 - центральная часть отстойника для оборотных и сточных вод; КТ 2 - вход в 6-й дополнительный отстойник; КТ 3 - выход из 6-го дополнительного отстойника; КТ 4 - выход очистного сооружения участка
5 емкостях и «нижние» части (объемом по 1 л) исследуемых проб сточной воды были подвергнуты количественному анализу по взвешенным веществам (высота столба воды в пробах составляла 220 мм).
Очевидно, что взвешенные частицы гораздо интенсивнее выпадают в осадок после воздействия на пробы акустическими колебаниями, а наиболее результативной, оказалась частота равная 7 кГц. При этом выигрыш, по выбранному частному показателю эффективности, составил ~2,73 раза.
Далее, в 2004-2005 гг. на участке «Пенистый» ЗАО «Корякгеолдобыча» были выполнены работы по мониторингу очистного сооружения при различных погодных условиях, а также проведены в полунатурных и натурных условиях экспериментальные исследования, направленные на оценку эффективности метода.
Согласно проекту на отработку месторождения, в основной отстойник поступает техническая вода с промывочного прибора, а также природная вода, вызванная таянием льда, снега, и неорганизованный сток. Из основного отстойника оборотная вода при помощи насоса подается на нижний промывочный прибор для обеспечения его работы. С выхода последнего сточная вода, через канаву и два илоотстойника, поступает в
нижнюю часть основного отстойника. С выхода 6-го дополнительного отстойника сточная вода через дренажные системы последовательно поступает в 7-й и 8-й дополнительные отстойники. Из нижней части последнего, являющегося выходом всего очистного сооружения участка, сточная вода попадает в речку Янытай. При этом 6-й дополнительный отстойник оборудован системой аварийного сброса сточной воды.
Аналитически установлено, что содержание взвешенных веществ в природной воде, образованной таянием снега, льда и т.д., находится в пределах от 8,16 г/л до 10,12 г/л, а в технической воде на выходе промывочного прибора (вход в илоотстойник) -от 26,19 г/л до 79,68 г/л. В 6-ом дополнительном отстойнике в заданных местах установили гидроакустические излучатели низкого звукового, звукового и ультразвукового диапазонов частот, которые последовательно, чередуясь с интервалами излучений и пауз, в заданных направлениях излучали волны определенной формы и интенсивности и определили контрольные точки отбора проб сточных вод.
Испытания проводились при различных погодных и горно-технических условиях: солнце - хорошая погода, дополнительный водоприток
с бортов карьера отсутствует. Дождь - в отстойник поступают загрязняющие вещества с прилежащих территорий, идет активное перемешивание слоев воды (рис. 2).
Анализируя графические данные (рис. 3) можно сделать следующие выводы:
1. Содержание взвешенных веществ в центральной части отстойника для оборотных и сточных вод находилось в пределах от 80 мг/л до 85 мг/л и практически не зависело от метеообстановки и количества одновременно работающих промывочных приборов ПБШ-40. (Предельная про-
ектная концентрация загрязняющих веществ для тестируемого отстойника -не более 106.9 мг/л).
2. На выходе очистного сооружения участка при работе одного промывочного прибора ПБШ-40 в солнечную погоду содержание взвеси составляло ~ 10 мг/л, что гораздо ниже фонового содержания взвешенных веществ в речке Янытай (Сф = 41 мг/л), однако при дожде оно увеличивалось вдвое и составляло около 20 мг/л.
3.В условиях дождя при реализации акустического метода очистки сточных вод содержание взвешенных
Рис. 3 Эффективность очистки вод карьера при работе одного промывочного прибора (мг/л)
Рис. 4 Эффективность очистки вод карьера при работе двух промывочных приборов (мг/л)
веществ в них на выходе 6-го дополнительного отстойника, по сравнению с его входом, уменьшалось ~ в 8 раз (c ~ 160 мг/л до ~20 мг/л) В то время как в штатном режиме его работы содержание взвешенных веществ в сточной воде уменьшалось, соответственно, в~ 3,75 (c ~ 150 мг/л до ~40 мг/л).
1. При работе двух промывочных приборов ПБШ-40 (рис. 4)нагрузка на очистное сооружение возрастает и на выходе 8-го дополнительного отстойника в солнечную погоду содержание взвешенных веществ составляет ~ 20 мг/л, а при дожде ~ 40 мг/л.
2. В условиях периодически моросящего дождя под воздействием акустической установки содержание взвеси в сточной воде на выходе 6-го дополнительного отстойника, по сравнению с его входом, уменьшалось в 4,2 раза (с 210 до 50 мг/л) при работе двух промприборов. В то время как в штатном режиме его работы содержание взвешенных веществ в сточной воде уменьшалось в ~ 2,43 раза (с ~ 170 мг/л до ~ 70 мг/л).
Таким образом, при содержании взвешенных веществ в технологической воде 200 мг/л, на выходе из очистных сооружений сточные воды содержат взвеси в литре 20-25 мг. (эффективность очистки 90 %).
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что под воздействием акустических волн происходит укрупнение взвешенных частиц и ускорение процесса агре-гатообразования тонкодисперсных взвесей. При этом происходит не только уменьшение в верхнем слое содержания взвешенных веществ, но и осуществляется их переход из класса «техногенный» в класс «природный».
Установлено, что к неблагоприятным факторам для внедрения акустического метода очистки больших объемов сточных вод относятся:
— значительный коэффициент водообмена в илоотстойниках за счет высокого коэффициента фильтрации слагающих дамбы пород;
— неотрегулированность слива верхнего слоя осветленной воды между илоотстойниками;
— отсутствие промышленных образцов оборудования для обеспечения работы акустических и гидроакустических излучателей;
— отсутствие методики расчета конфигурации и объема очистных сооружений для организации оборотного водоснабжения горных предприятий с учетом акустического метода.
Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:
1. Расширить минерально-сырьевую базу россыпной золотодобычи за счет вовлечения в разработку высокоглинистых месторождений и ру-допроявлений (в том числе из отвалов прошлых лет).
2. Обосновать возможность оборотного водоснабжения в целях снижения антропогенной нагрузки путем минимизации или полного предотвращения сброса технической воды в гидросферу.
3. Разработать методику проектирования схем оборотного водоснабжения с применением акустического метода очистки техногенно- измененных вод (как при «положительном» водном балансе в добычных карьерах, так и при дефиците воды для технологических целей).
4. Разработать принципиальную схему осветления до технологических нормативов воды, поступающей на
промприборы с целью сокращения выноса драгоценного металла с глинистыми частицами при промывке.
5. Сократить в разы площади очистных сооружений, а высвободившиеся земли подвергнуть рекультивации.
1. Леман В.Н., Чалов С. Р. Предварительные данные по обоснованию норматива допустимого воздействия разработок россыпных месторождений в бассейнах лососевых нерестовых рек Дальнего Востока //Чтения памяти академика К.В. Семакова. СВКНИИ ДВО РАН. Магадан, 2009.
2. Лебухов В.И., Ковалев A.A. 1990 Влияние размера илисто-глинистых частиц на флокуляцию суспензий водорастворимыми полимерами// Химия и технология воды № 12.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Бахарев С.А. 2005. Способ безреа-гентной очистки оборотных и сточных вод от взвешенных веществ // Патент РФ 2290247 С-1;
4. Бахарев С.А., Максимова И.С. 2006 Результаты использования акустического метода очистки сточных вод от взвешенных частиц в бассейнах нерестовых рек Камчатки // Материалы VII международной научной конференции «Сохранение биоразнообразия Камчатки и прилегающих морей». ШИЗ
Проектирование и организация взрывных работ
Б.Н. Кутузов, В.А. Белин 2012 г. 416 с.
ISBN: 978-5-98672-283-2 UDK: 622.233:622.235
Приведены основные положения проектирования взрывных работ в горнодобывающей промышленности, гидротехническом, промышленном и гражданском строительстве, в сельском и лесном хозяйстве, на болотах и реках, при ремонтах доменных и мартеновских печей, разрушении металлических конструкций. Изложены данные по расчету опасное зоны, параметров расположения зарядов, а также подготовке проектной документации. В издании учтены изменения в области проектной документации, а также в расчетных формулах.
Для студентов горных специальностей, а также инженерно-технических работников, занятых ведением взрывных работ и их проектированием.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Максимова Ирина Станиславовна — аспирант Забайкальского государственного университета ЗабГУ, государственный инспектор Департамента Росприроднадзора в Дальневосточном федеральном округе, maksi_23@mail.ru,
Овешников Юрий Михайлович — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, Забайкальский государственный университет ЗабГУ, ogr_chitgu.ru
ГОРНАЯ КНИГА
