Розглянуто екологічні характеристики з розвиненою гірничою промисловістю. Показано вплив на водні басейни забрудненъ від шахтної води при експлуатуванні шахт. Приведено техничні рішення з поліпшення якості її очищення з метою використання для технічного та побутового споживання.
Социально-экономическая стабильность общества во многом определяется уровнем его экологической безопасности. Особенно это важно для угольных регионов. Характерным примером является Центральный район Донбасса, в котором расположено 25 угольных шахт, 7 обогатительных фабрик и большое количество предприятий других отраслей промышленности. Одним из источников загрязнения окружающей среды является сброс шахтной воды в различные водоемы.
Проникновение воды в шахтные выработки происходит с поверхности, с водоносных горизонтов по трещинам в горных породах, а также по ранее пройденным подземным выработкам. Вода поступает в шахту через различные стволы и шурфы, а также в результате использования ее для технологических нужд ( бурение, орошение).
Площадь загрязнения в подземных выработках водой значительно больше грунтовых за счет миграции подземных вод между всеми действующими шахтами региона (шахтосбойками и песчаниками). Грунтовые воды всей площади региона характеризуются высокой степенью загрязнения (более 10 ПДК) тяжелыми металлами и органическими соединениями.
Шахтная вода по водоносным канавкам горизонтальных выработок подается в подземные водосборники. С зумфа ствола вода в водосборники откачивается с помощью насосов или эрлифтов. Вода в водосборниках отстаивается и затем с помощью насосов выдается на поверхность. Подземные водосборники состоят из нескольких секций, периодически очищаемых от шлама, который выдается на поверхность с помощью вагонеток. От стволов шахтная вода по горизонтальным трубопроводам подается в поверхностные шахтные водосборники, которые также состоят из нескольких секций. Отстоявшаяся вода в поверхностных водосборниках по трубопроводам или естественным стокам подается в пруды-осветлители, а затем, после определенного отстоя, - в различные реки. Пруды-осветлители периодически очищаются от накопившегося шлама. Эффективность прудов-осветлителей составляет 60-80 %. Содержание взвешенных веществ после пруда составляет 20-50 мг/л.
В водах большинства водозаборов основных рек в связи с поступлением шахтных вод повышена минерализация до 2-3 г/дм3, а в некоторых местах - в десять раз выше.
Важным направлением работ по снижению негативного влияния предприятий угольной промышленности на окружающую среду является:
1. сокращение загрязнения поверхностных водоемов сбросом недостаточно очищенных попутно забираемых шахтных вод;
2. переход на замкнутые системы водоснабжения технологических процессов;
3. расширение использования шахтной воды на собственные технологические нужды с соответствующим сокращением потребления воды питьевого качества;
4. улавливание и обезвреживание загрязняющих веществ, отходящих от стационарных источников в атмосферу.
Вода является одним и важнейших минеральных ресурсов нашей планеты. Она играет большую роль в жизни человеческого общества, в развитии его производительных сил как природный фактор, использование которого постоянно возрастает в связи с ограниченными возможностями ее замены в ряде технологий.
Особенностью горных предприятий является то обстоятельство, что они не только потребляют воду для нужд производства, но и попутно выдают на поверхность значительное количество шахтной воды. Шахтами Центрального района Донбасса выдается на поверхность 595580 тыс.м3 воды в год. Из общего количества воды только 5400 тыс.м3 используется на производственные нужды - противовыбросные и противопылевые мероприятия. Выдаваемая на поверхность шахтная вода кроме мелкодисперсной углепородной смеси (взвешенные вещества) загрязнена в значительной мере минеральными солями. Содержание взвешенных веществ в выдаваемой на поверхность воде в среднем 232 мг/л, т.е. в два раза выше нормативного, т.к. мало внимания уделяется предварительной очистке шахтной воды в подземных условиях и своевременной очистке канавок и водосборников околоствольных дворов.
Минерализация шахтных вод по отдельным шахтам и городам изменяется в пределах 2-4 г/л, что также выше нормативных. Шахтные воды в большинстве случаев очень жесткие и без умягчения или опреснения не могут широко использоваться для водоснабжения угольных предприятий.
Шахтные воды загрязняются на всех стадиях технологического процесса производства. В составе загрязнителей наиболее характерными являются взвешенные загрязняющие вещества. Они образуются и поступают в шахтные воды в процессе разрушения горного массива, при погрузке и транспортировке горной массы, ее орошении, при дренаже вод через выработанные пространства. Среди загрязняющих веществ преобладает сухой остаток и железо, меньше всего - взвешенные вещества.
Большими потребителями шахтной воды являются обогатительные фабрики в технологических процессах мокрого обогащения угля.
Особого внимания заслуживает использование условно чистых вод. Только в Донбассе использование этих вод без затрат на доочистку с целью их использования позволяет ежегодно экономить более 40 млн.м3 питьевой воды, что дает экономический эффект свыше 9,2 млн. грн. в год.
В плохом состоянии оказались воды рек, в которые сбрасывается шахтная вода. В водах этих рек среднегодовое содержание основных веществ превышает ПДК. А по некоторым ингредиентам уровень загрязнения их превышает допустимые нормативы в десятки раз.
Выходящая и прудов-осветлителей вода. С продолжительностью осветления до 10 суток, содержит:
Эффективность осветления шахтных вод в горизонтальных отстойниках составляет до 7%. Шахтная вода после протекания по ним имеет прежнюю минерализацию, жесткость, содержание хлоридов, сульфатов, загрязнителей, содержание взвесей в основном превышает 25 мг\дм3.
Для осветления вод широко используются различные реагенты. В качестве коагулянтов применяются соли железа и аммония, а также их смеси. Осветление сточных вод коагуляцией - это процесс образования при гидролизе коагулянтов нерастворимых гидроокислов железа и аммония, к развитой поверхности которых прилипают высокодисперсные частицы взвешенных веществ. Интенсификация очистки сточных вод достигается при обработке их магнитным полем.
Хлорирование применяют, в основном, для обеззараживания воды от патогенных бактерий и вирусов. В шахтных условиях для хлорирования воды используется аппарат Вечерского НВ-2.
Шахтные воды после подготовки могут быть использованы для производственных нужд, если они безвредны для здоровья обслуживающего персонала, не обладают отрицательньми органолептическими свойствами, не имеют коррозивных свойств, не вызывают биообрастаний и солевых отложений, не создают аварийных ситуаций и не снижают технико-экономических показателей производственной деятельности, не дестабилезируют окружающую среду.
Учитывая дефицит водных ресурсов в восточных районах Украины и необходимость снижения негативного влияния предприятий угольной промышленности на окружающую среду является:
В тонкослойном отстойнике, особенно при выделении тонкодисперсных примесей, во много раз выше разделительной способности горизонтальных, вертикальных и радиальных отстойников. При этом повышается эффект отстаивания, т.к. процессы осаждения взвеси протекают при более высоких и стабильных температурах. Эффективность таких отстойников более чем в 2 раза выше обычных.
Применение таких отстойников в сочетании с применением различных реагентов, позволит шахтам использовать очищенную воду для питьевых и технологических нужд, что дает значительный экономический эффект. Так, только для одной шахты он составляет 100 тыс. гривень в год.
Для использования шахтной воды ее необходимо обессоливать. Наиболее простым методом опреснения засоленных стоков, является гелиоопреснение. Опреснитель состоит из покрытого пленкой или стеклом бассейна. Конденсат, испаряемый из тонкого слоя засоленнолй воды собирается в приемном коллекторе. Дно бассейна выложено черной полиэтиленовой пленкой или тонким слоем асфальта.
Солнечные лучи, прошедшие сквозь прозрачное покрытие и достигающие дна, нагревают соленую воду. Вода испаряется и образуется паровоздушная смесь, которая соприкасаясь с более холодной поверхностью пленки или стекла, конденсируется. Капли конденсата, стекая по пленке или стеклу, собираются в желобе и выводятся от опреснителя.
Опреснение шахтной воды сульфатного или сульфатно-хлоридного класса с минерализацией до 3-4 г\л при соотношении ионов Na/(Ca+Mg)<0,7 пригодных для полива черноземных почв и, соответственно, могут быть использованы в качестве "питательной" воды из солнечных испарителей парникового типа.
1. Е-А.Воробьев, Влияние горных предприятий на экологическую обстановку Центрального региона Донбасса, труды международной научно-технической конференции "Экология промышленных регионов", 1999
2. С.П.Высоцкий, Е.А.Воробьев, Экологическая характеристика горных предприятий, международный сборник научных трудов, Брянск,2000.