ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД

Полякова О.П., Фурман Е.В.

Донецкий национальный технический университет

Тези допов╕д╕ VII╤ М╕жнародно╖ науково╖ конференц╕╖ асп╕рант╕в та студент╕в. 13-14 кв╕тня, Донецьк, 2009, с.157-158

Источник: Охорона навколишнього середовища та рац╕ональне використання природних ресурс╕в/ Зб╕рка допов╕дей VII╤ М╕жнародно╖ науково╖ конференц╕╖ асп╕рант╕в та студент╕в. Т.2 – Донецьк: ДонНТУ, 2009, с.157-158

Проблема очистки высокоминерализованных шахтных вод является весьма актуальной. Наиболее остро эта проблема стоит в Донецкой и Луганской областях, что обусловлено как ограниченностью водных ресурсов, так и определяющим влиянием сбрасываемых шахтных вод на загрязнение водоемов региона. Сброс шахтных вод приводит к нарушению и искажению естественных режимов в гидрологической сети, засолонению и заиливанию водоемов, тем самым ухудшая состояние и показатели качества водных объектов, в особенности малых рек. Почти все сбрасываемые шахтные воды агрессивны и содержат значительные количества тяжелых металлов и других микроэлементов. Среди них - цинк, никель, марганец, кобальт и др.

Объектом изучения является шахта имени В.И.Ленина ГХК «Макеевуголь». На предприятии производится безреагентная механическая очистка в горизонтальных отстойниках, с последующей доочисткой в прудах-осветлителях. Кроме высокой минерализации в шахтных водах данной шахты содержатся ионы тяжелых металлов: стронция, титана и марганца, содержание которых превышает ПДК для сброса в водоем культурно-бытового использования. В таблице приведена характеристика шахтной воды до очистки, после очистки и нормативы ПДС.

Наименование показателей качества воды Количество, мг/л
До очистки После очистки ПДС
взвешенные вещества 200 27,92 20,0
БПК 1,83 1,83 3,0
азот аммонийный 0,23 0,23 2,0
нитриты 0,03 0,03 1,0
нитраты 0,62 0,62 10,0
железо общее 0,163 0,163 0,3
хлориды 270,0 270,0 250,0
ХПК 7,33 7,33 30,0
сульфаты 520,25 520,25 500,0
минерализация 1634,0 1634,0 1500,0
фенолы 0,0008 0,0008 0,001
фосфаты 0,14 0,14 3,5
нефтепродукты - - 0,2

Сброс шахтной воды осуществляется по балке Калиновая, затем в реку Грузская. В реку Грузская также сбрасывают промстоки многие промышленные предприятия г.Макеевки и г.Харцызска. Илы реки Грузской сейчас по степени угрозы для здоровья населения относятся к категории «весьма опасные».

Было проведено трехдневное биотестирование токсичности на луке обыкновенном (Allium Cera L) путем оценки показателя роста корней. Для биотестирования были взяты пробы воды в месте сброса шахтной воды в балку Калиновая, выше места выпуска на 500 м, а также ниже выпуска на 500 м. Из полученных данных можно сделать вывод о том, что после сброса шахтной воды интенсивность роста корней заметно уменьшилась. Величина коэффициента ингибирования роста корней для води из балки Калиновая выше выпуска составила 4,3 %, ниже выпуска – 61,7 %. Полученные результаты свидетельствуют о значительном изменении токсичности води балки Калиновая после сброса в нее шахтных вод.

Исходя из этого необходимо совершенствовать технологии и искать новые пути решения проблемы очистки шахтных вод. Для эффективной работы очистных сооружений и выполнения установленных нормативов ПДС необходима реконструкция действующих или строительство новых очистных сооружений на основе современных технологий, на что требуются соответствующие инвестиции.

Влияние тяжелых металлов на природные системы неоднозначно. Сброс шахтных вод, содержащих химические элементы в концентрациях, превышающих предельно допустимые, представляет потенциальную опасность для окружающей среды. С одной стороны, тяжелые металлы являются неотъемлемой составной частью организма, поскольку многие соединения данных элементов входят в состав ферментов, витаминов, гормонов. В частности, опасность повышения фонового содержания марганца объясняется тем, что индивидуальная потребность гидробионтов в нем очень мала, а поступление из внешней среды их избыточных количеств приводит к различным токсическим эффектам и нарушению жизнедеятельности.

Вследствие этого практически весь объем сброса шахтных вод отнесен к категории недостаточно очищенных по химическому составу.

Ионы металлов Fe, Ca, Mn, Mg способны образовывать в процессе очистки воды нерастворимые соединения. При аналитическом обзоре существующих методов очистки шахтной воды объектом исследований выбрано изучение влияния процесса коагуляции на извлечение тяжелых металлов. Изучаемый механизм основан на гидролизе извлекаемых ионов и последующем соосаждении с хлопьями коагулянта.

Механизм осветления шахтных вод коагуляцией можно рассматривать как процесс образования при гидролизе коагулянтов нерастворимых гидроксидов алюминия или железа, к развитой поверхности которых прилипают в результате адгезии высокодисперсные частицы взвешенных веществ. Эти взвешенные в шахтных водах частицы могут служить также центрами образования твердой фазы при конденсационном выделении гидроксидов из раствора. Коллоидные частицы гидроксидов, выделяющиеся при гидролизе солей-коагулянтов, в нейтральной или слабокислой среде шахтных вод, вследствие сорбции катионов водорода и алюминия или железа, имеют положительный заряд поверхности; взвеси шахтных вод – отрицательный. Это способствует их взаимной адгезии. В результате коагуляционных процессов образуются сверхмицеллярные структуры сильно гидратированных гидроксидов алюминия или железа с извлеченными ими из воды загрязнениями – хлопьями. Их возникновение обусловлено тем, что агрегаты частиц солей гидроксидов имеют неправильную форму. На отдельных участках поверхности таких агрегатов наблюдается снижение термодинамического потенциала и концентрации компенсирующих ионов; при соприкосновении таких участков агрегаты слипаются. Однако наличие у агрегатов участков с повышенным потенциалом препятствует их полному слипанию. В результате формируются структуры, состоящие из пространственных ячеек, внутри которых заключена иммобилизованная вода.

Для исследования использовались пробы воды с мутностью 200 мг/л, концентрацией ионов марганца - 1 мг/л (искусственно созданные условия). Для сравнения изменения содержания марганца был проведен анализ на определения содержания марганца в пробе до коагуляции и после коагуляции. Использовали коагулянт - сульфат алюминия, доза коагулянта (в расчете на безводный продукт) – 31,7 мг/л, время коагуляции - 1,5 часа. В результате проведенных исследований были получены данные о том, что при проведении коагуляции содержание марганца в исследуемой воде уменьшилось на 50%.

Вывод из всего вышесказанного один – выбор наиболее эффективной системы очистки шахтной воды с целью снижения техногенного воздействия горного предприятия на гидрографическую сеть района, а также на окружающую среду в целом.