Использование сточных вод шахты имени М.И.Калинина для технических целей.

Голодова А.Н., Костенко В.К.

Донбасс является одним из мощнейших угледобывающих районов Украины. Водопользование  в Донбассе стало  экологически  опасным, поскольку в последние годы здесь сложилась кризисная  экологическая  ситуация. Особую опасность приобретают загрязнения гидросферы. Также на первый план выдвигаются проблемы рационального потребления воды (прежде всего чистой пресной) и экологически безопасного отведения сточных вод, в том числе шахтных, в поверхностные водные объекты.

В последнее время предлагается введение в водооборот ранее не используемых водоисточников, например, шахтных вод. В силу недостаточной очищенности от содержащихся в шахтных водах вредных примесей (прежде всего минеральных солей), они практически не используются для нужд хозяйственно-питьевого водоснабжения.

В данной статье мной будет рассмотрено использование шахтной воды для технических нужд других предприятий с целью получения экономической выгоды на примере шахты имени М.И. Калинина.

Как показывает анализ химического состава сбрасываемых шахтных вод, а также требований к качеству воды, необходимой для использования в системах водоснабжения предприятий, около 80% карьерных и шахтных вод после их очистки и кондиционирования могут быть использованы для технического водоснабжения предприятий и на собственные нужды шахт вместо воды питьевого качества.

ОП «Шахта имени М.И. Калинина» является угледобывающим предприятием.  Шахта построена по проекту Донгипрошахт и введена в эксплуатацию 1961 году с проектной мощностью 1200 тыс. тонн угля в год.   В 2005 году фактическая добыча угля составила 352,5 тыс. тон. В административном отношении шахта расположена в  Калининском районе г. Донецка, в производственном отношении  является обособленным подразделением ГП «ДУЭК» Минуглепрома Украины. Основной выпускаемой продукцией является уголь марки ОС.

Среднегодовой суммарный приток воды по шахте в 2008 г. составил 184 м³/час. Жесткость воды составляет 12.6 мг-экв./куб.дм, Вводный показатель pH откаченной подземной воды составляет 8.15 (это слабокислые воды).

 Шахта берет питьевую воду от системы КП «Донецкгорводоканал», которая проходит по проспекту Мира. Забор воды от КП «Донецкгорводоканал» составляет 138,0 тыс. м³/год или 378  м³/сут. Из них 62,2 тыс.  м³/год используется на хозпитьевые  нужды, а 75,8  тыс.м³/год - на производственные.

Упрощённо система откачки шахтной воды  представлена на рисунке 1.

Рисунок 1: Схема главных водоотливов шахты имени М.И. Калинина.

После предварительного отстаивания  в подземных водосборниках, где оседают наиболее крупные частицы  углепородной мелочи (20-0,1мм) шахтная вода откачивается на поверхность   и поступает в горизонтальные отстойники.

Характеристика горизонтальных отстойников представлена  в таблице 1:

Таблица 1.

Горизонтальный отстойник предназначен для отстаивания шахтной воды.Вода находится в покое или движении с очень небольшой скоростью и содержащиеся в ней взвешенные вещества, удельный вес которых больше, чем удельный вес воды, под действием силы тяжести осаждаются. На этом принципе основано освещение шахтной воды путем отстаивания.

Можно очищать лишь ту воду( 1024,6 тыс. м³/год), которую предлагается доставлять в автоцистернах к Донбасс Арене для полива её территории и использования в других хозяйственно-бытовых нуждах, а также доставлять воду в близрасположенные СТО, находящиеся по пути к Донбасс Арене. Общая площадь требуемой для полива территории стадиона составляет 25 га= 250000 м². Таким образом шахта может извлечь экономическую выгоду из продажи воды технического качества другим предприятиям. Основные затраты пойдут на улучшения качества воды до требуемых санитарно-эпидемиологических норм  а также на доставку воды в автоцистернах. Стоимость воды для продажи за 1 м³ будет составлять 1.88 грн, в то время как Донбасс Арена покупает воду у городского водоканала за 5.53 грн за 1 м³. Экономический эффект от снижения затрат на расход 1 м³ воды составит  (5,53-1,88)=3,65 грн.

Основное требование к качеству воды, используемой для орошения - это предотвращение засоления почв в результате ее испарения и аккумуляции в ней солей. Сульфаты магния и натрия, углекислый и хлористый натрий засоляют почвы и делают их непригодными для агротехнических целей. Вода с небольшим содержанием сульфата кальция и углекислого магния с успехом может быть использована для поливного земледелия.

Минерализация поливных вод в зависимости от метеорологических и агротехнических факторов, условий полива и дренирования может меняться в весьма широких пределах, не превышая 1,5 мг/л. Поливная вода с солесодержанием до 1 г/л пригодна для орошения независимо от местных условий.

Проанализировав показатели на шахте имени М.И. Калинина и предельно допустимые концентрации комунально-бытового водопользования можно сделать вывод, что ПДК на шахте превышает минерализация в 145.2 %, сульфаты в 57.9 % а также СПАВ на 2 %. Остальные загрязняющие вещества соответствуют нормам ПДК.Исходя из этого нужно провести деминерализацию шахтных вод, десульфатизацию а также снижение колличества СПАВ.

В настоящее время в существующих проектах деминерализационных установок преимущественно используются процессы дистиляции, обратного осмоса и электродиализа. Я предлагаю использовать установку обратного осмоса. Обратный осмос - технология, позволяющая получить обессоленную воду. Процесс обратного осмоса заключается в фильтровании исходной воды через специальную полупроницаемую мембрану, способную пропускать воду и задерживать ионы солей. Степень обессоливания может достигать 99,6 %.    Преимущества обратноосмотических установок:

• низкое количество стоков (при пересчете на ПДК)

• отсутствие реагентного хозяйства;

• возможность использования мембран различной селективности;

• низкие эксплуатационные затраты;

• компактность;

• любой уровень автоматизации;

• простота эксплуатации.

Десульфатизация вод - процесс восстановления сульфатов до сероводорода,осуществляемый десульфатизаторами (сульфатредуцирующими бактериями),среди которых преобладают гетеротрофы, развивающиеся преимущественно в анаэробных условиях. В результате десульфатизации из воды исчезают сульфатные ионы, появляются сероводород и углекислый газ, меняется химический тип воды. Восстановление сульфатов протекает по схеме 2SO42- + 4C + 3H2O —> H2S + HS- + CO2 + 3HCO3- В рез-те десульфатизации сульфатных натриевых вод образуются гидрокарбонатно-натриевые (содовые) воды.

Вывод: в данной статье мною предложен экономически выгодный способ использования сточных вод шахты имени М.И.Калинина для технических целей. Также этот способ содержит положительный экологический и социальный эффект. Шахта откачивает 1647.4 тыс. куб. м в год, 622.8 тыс. куб. м из которых использует для собственных нужд, фактический сброс сточных вод  составляет  1009,2 тыс. м³/год,115,2 м³/час. Сточные воды сбрасываются в балку Игнатьевскую,( река Кальмиус).Для Донбасса характерна проблема негативного влияния неочищенных и недостаточно очищенных  сбрасываемых шахтных  вод. Можно выделить следующие основные загрязняющие вещества в водах, откачиваемых из шахты: взвешенные частицы, главным образом, угольная и породная пыль, частицы глины, хлористые соединения, свободная серная кислота и сопутствующие соли - сульфаты железа, растворенные и взвешенные фенольные соединения, масла. К числу загрязняющих факторов также можно отнести повышенную температуру шахтных вод и канализационные стоки.Попадая в поверхностные или подземные воды, загрязняющие вещества включаются в природный круговорот. При благоприятных условиях они накапливаются в почвах, донных отложениях, затем переходят в растительность, организмы животных, а через них и воду - в организм человека.

Таким образом за счёт применения сточных вод для нужд других предприятий сведится к минимуму сброс стоков в водоемы.

© ДонНТУ 2010 Голодова А.Н.