ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат

Зміст

Вступ

Серед глобальних екологічних проблем одне з перших місць посідає проблема чистої прісної води. За даними ООН вже в найближчі два десятиліття всі доступні світові запаси прісних вод будуть зарегульовані.

Україна є країною з недостатнім забезпеченням і одночасно високим водоспоживанням. Під впливом антропогенних факторів гідродинамічний режим та фізико – хімічний склад води поверхневих водних об'єктів в нашій країні надзвичайно змінилися. Найгірше екологічний стан водних ресурсів спостерігається в басейні річки Сіверський Донець, а також річок Приазов'я, тобто, в Донецькому регіоні, де розташовані видобувні і переробні підприємства важкої промисловості (з них тільки в Донецькій області більше 800 є підприємствами першого класу небезпеки). Стічні води цих підприємств скидаються без належної (тобто нормативної) ступеня очищення дестабілізують екологічний стан гідрографічної мережі регіону.[1]

Масштабним джерелом дестабілізації водних ресурсів регіону є скидаються у водні об'єкти попутнодобиваемие в процесі вугільного виробництва шахтні води, загальний приплив яких становить понад 900 млн. м3/рік (рис.1).

Крім величезних обсягів закінчення, шахтні води характеризуються високим ступенем забрудненості зваженими речовинами (ВЗВ), бактеріальними домішками і мінеральними солями, непостійністю їх фізико–хімічного складу. У складі забруднювачів найбільш характерними є тверді речовини. Вони утворюються і надходять в шахтні води в процесі руйнування гірського масиву, а також при вантаженні і транспортуванні гірської маси. Освіта і несприятливий ставши шахтних вод дестабілізує екологічну рівновагу гідросфери регіону; порушує динаміку підземних водоносних горизонтів, виснажує їх, призводить до забруднення водних ресурсів поверхневих водних ресурсів. Тому сучасний стан гідросфери Донбасу слід оцінити, як критичний. Воно характеризується найнижчою (в 5–10 разів менше) водозабезпечення в Україну (всього лише 190 м3/чел • рік), найвищої інтенсивністю водоспоживання прісної води в країні (наприклад, в Донецькій області воно складає 2,5 млрд. м3/рік ); перевищенням рівня скидання стічних вод над водоспоживанням на 1,2 млрд. м3/рік (насамперед за рахунок шахтних вод); найнижчим природним (фоновим) якістю природних вод в Україну і водночас їх високим антропогенним забрудненням (60–70% аналізів проб води дають негативний результат), внаслідок чого малі річки Донбасу втрачають статус джерел як централізованого, так і не централізованого водопостачання. Нарешті, кризова ситуація з питною водою в регіоні посилюється і такими факторами, як хронічним відставанням на попередніх етапах розвитку водного господарства темпів будівництва об'єктів очищення і каналізування вод; невідповідністю ефективності роботи багатьох діючих очисних споруд (побудованим 30–50 років тому) сучасним вимогою. Аналізована регіональна водна проблема ускладнюється ще й тим, що в останні роки різко збільшилися ціни на питну і технічну воду. В даний час технічна вода відпускається підприємствам за ціною ~ 0,5–0,9 грн/м3, а вартість питної води досягає 9 грн/м3. Мабуть слід очікувати подальшого підвищення цін також на технічну воду, а також вартості питної води. При споживанні однієї шахтою в добу в середньому 200–250м3 питної води підприємству доводиться витрачати на рік 0,82 млн. грн.

У зв'язку з викладеним оздоровлення водних ресурсів Донбасу є одним з пріоритетів державної екологічної політики.[2–4]

Принципова технологічна схема очисних споруд

Рисунок 1 – Принципова технологічна схема очисних споруд

Аналіз опублікованих науково–технічних літературних джерел показує, що в загальному вигляді рішення проблеми промислових стічних вод (в тому числі шахтних) можливо різними шляхами:

Очищення шахтних вод передбачає здійснення трьох основних стадій:

Проблема демінералізації шахтних вод багато років не знаходить свого практичного вирішення і залишається найважливішою екологічною проблемою вугільної промисловості з позиції системного підходу. Її часткове вирішення можливе на основі кондиціонування (коригування іонного складу) шахтних вод розведенням чистою водою. Регламент кондиціювання шахтних вод передбачає їх обов'язкову попередню обробку шляхом освітлення та знезараження.[5]

Виражений нами аналіз свідчить, що завдання запобігання негативного впливу шахтних вод завдання запобігання негативного впливу шахтних вод, що скидаються в поверхневу гідрографічну мережу, по компонентам «зважені речовини» (ВЗВ) і «бактеріальні домішки» в попередні десятиліття у вугільній промисловості України вирішувалася за допомогою прямих гідроохранних заходів перед безпосереднім скиданням вод. В основному ці заходи включають спорудження на земній поверхні відстійників різної конструкції, один з яких представлено на рис. 2 (перший ступінь очищення) і в окремих випадках фільтрів і ставків–відстійників (другий ступінь очищення). [6] Однак, досвід показав, що технічним рішенням освітлення шахтних вод в наземних умовах властиві великі недоліки:
  1. складність технологічних схем і конструктивного виконання очисних споруд;
  2. необхідність використання в процесах очищення у великих кількостях дефіцитних і дорогих хімічних реагентів; кварцового піску; сорбентів й інших матеріалів (при цьому реагенти самі є забруднювачами вод);
  3. висока вартість очисних споруд (від 6 до 15% основних фондів);
  4. недостатня гнучкість їх реагування на змінюються умови вступу забруднених вод на вхід очисних споруд, а саме на зміну величини витрати (припливу в часі) і особливо кількісного і якісного складу домішок забруднених вод;
  5. відсутність простих і надійних рішень з чищення ємностей і апаратів від залишкових продуктів очищення вод (т. е. «хвостів» у вигляді опадів, фільтратів тощо), регенерації наповнювачів апаратів (фільтруючого завантаження, сорбентів тощо), а також по складуванню залишкових продуктів та їх утилізації;
  6. відторгнення значних земельних площ під очисні споруди.
Горизонтальний шахтний відстійник

Рисунок 2 – Горизонтальний шахтний відстійник

Зазначені недоліки призводять до двох негативних наслідків:

Таким чином, хоча на думку деяких інститутів (ДонВУГІ, Донгіпрошахт), завдання освітлення шахтних вод вирішена і при належному фінансуванні може бути знята з порядку денного, проте досвід показує, що знімати з порядку денного питання про освітлення шахтних вод передчасно і необачно. Тому є кілька причин:

Отже, для забезпечення необхідного ефекту очищення шахтних вод необхідно як удосконалення відомих методів і схем освітлення шахтних вод, так і пошук нових підходів і рішень.

Мета і задачі, які вирішуються в магістерській роботі

Ідея роботи полягає у зниженні негативного техногенного впливу скидів водовідливного господарства шахт на гідрографічну мережу регіону.

Мета роботи: розробити комбіновану технологічну схему освітлення шахтних вод у складі гидроциклон – відстійник – поліефірна волокниста перегородка.

Завдання, які вирішуються в магістерській роботі:

Об'єкт дослідження – сукупність елементів зниження забрудненості шахтних вод в системі їх відведення у поверхневі водні об'єкти.

Предмет дослідження – фізико–хімічні і технологічні процеси вилучення зважених речовин в апаратах і зміст розробляється технологічної схеми освітлення шахтних вод.

Метод дослідження – системно – екологічний підхід і експериментальні дослідження, проведені в натуральних і лабораторних умовах і використанням модельних та реальних шахтних вод на основі спеціальної методики седиментационного аналізу, законів гідравліки і гідромеханіки; для оцінки експериментальних результатів використані математичні методи обробки отриманих даних, визначення показників якості води проводилося відповідно до діючих нормативних документів.

Передбачувана наукова новизна

Наукова новизна досліджень полягає в:

Практична цінність роботи полягає в:

Огляд досліджень і розробок по темі

До теперішнього часу накопичений певний обсяг науково–технічної інформації, присвячений науково – дослідним аспектам освітлення шахтних вод. Роботи цього плану найбільш широко представлені в публікаціях ДонВУГІ, Шахтинського філії Новочеркаського політехнічного інституту, а також ДонНТУ, ВНІІОуголь (м. Перьмі). Їх результати знайшли відображення в розробках очищення шахтних вод, що включають, як правило, три основні стадії: видалення зважених речовин (освітлення), знезараження води, обробку (або складування осаду). При цьому практично у всіх схемах використовується дві стадії очистки: перша стадія – відстоювання, друга стадія – фільтрування. Для підвищення ефективності очисних споруд на обох ступенях застосовуються реагенти і флокулянти.[7]

У техніці очищення шахтних вод велике значення приділяється відстійників, тому що від їх ефективності та надійності їх дії залежить робота фільтрів, окислювальних блоків, сполучень з ущільнення і обезводнення опадів, а також апаратів по демінералізації шахтних вод.

З позиції системного аналізу, досвід показав, що технічним рішенням двостадійний технологічних схем властиві великі недоліки, викладені мною вище. Ці недоліки призводять до двох негативних наслідків:

Для забезпечення необхідного ефекту очищення шахтних вод необхідно як удосконалення відомих методів і схем освітлення шахтних вод, так і пошук нових підходів і рішень, вирішення яких грунтується на аналізі вищевказаних публікацій.

Можна виділити два напрямки в області вдосконалення конструкції відстійників:

Тонкошаровий трубчастий відстійник

Рисунок 3 &mdash Тонкошаровий трубчастий відстійник. 1 &mdash подають розподільні трубопроводи, 2 &mdash розподільна щіль, 3 &mdash пластмасові трубчасті блоки, 4 &mdash водозбірна щіль, 5 &mdash лотки для збору освітленої води, 6 &mdash пазухи для збору спливаючих речовин, 7 &mdash поворотні труби для відведення плаваючих речовин, 8 &mdash ємність , 9 &mdash приямки для збору та ущільнення осаду, 10 &mdash трубопроводи для випуску осаду

Висновки за результатами аналізу і деякої рекомендації щодо їх застосування на практиці відображені мною в опублікованих статтях і доповідях на наукових конкуренція.[8]

Новий підхід, запропонований мною, полягає в компонуванні в одному змісті елементів відцентрово–гравітаційного і фільтруючого вилучення твердих суспензій з шахтних вод.

Поточні і плановані результати

До теперішнього часу заповнені наступні етапи:

Висновок

Зниження технологічного впливу вугільних шахт на гідросферу Донбасу &mdash актуальна проблема регіону.[9] Її розв'язання потребує здійснення кількох послідовних стадій, першою з яких є освітлення. Від ефективності дії цієї стадії залежить, по–перше, надійність роботи обладнання інших стадій, по–друге, стан водних об'єктів, в які скидаються шахтні води (запобігає замулення об'єктів і забезпечуються сприятливі умови життєдіяльності гідробіонтів).

Рекомендовані галузевими і загальними нормативними документами технологічні схеми освітлення шахтних вод є громіздкими, вимагають значних інвестицій, що в нинішніх економічних умовах нереально. Крім того, їх надійність обладнання таких схем недостатня для забезпечення його ефективної роботи протягом тривалого часу.[10]

У цій магістерській роботі поставлена ??мета спростити традиційні рішення по освітленню шахтних вод, привести їх у відповідність із сучасним рівнем. Водоочисних технологій. При цьому доцільно не тільки скидати очищені води в поверхневі водні об'єкти, а й знайти їм застосування в якості джерела водопостачання. Останнє актуально в зв'язку з недостатньою забезпеченістю Донбасу ресурсами прісної води.

Задачі, що визначають досягнення цієї мети, наведені вище, а результати попередніх досліджень вказують на можливість їх вирішення на завершальних етапах виконання магістерської роботи.

Перелік посилань

  1. Гребенкин С.С. Физико&mdashхимические основы технологии осветления и обеззараживания шахтных вод/Костенко В.К., Матлак Е.С. и др. &mdash Донецк: "ВИК", 2009. &mdash 438 с.
  2. Гребенкин С.С . Сохранение окружающей природной среды на горнодобывающих предприятиях/ Костенко В.К., В.М.Павлиш, и др. &mdash Донецк: "ВІК", 2009.
  3. Гребенкин С.С Физико&mdashхимические основы технологии деминерализации шахтных вод/Костенко В.К., Матлак Е.С. и др. &mdash Донецк: "ВИК", 2008. &mdash 287 с.
  4. Горшков В.А. очистка и использование сточных вод предприятий угольной промышленности. –М.: Недра, 1981,–269с.
  5. Водный кодекс Украины, статья 72 : [Электронный ресурс]. &mdash Режим доступа: http://pravoved.in.ua/section-kodeks/150-vku.html.
  6. Каталог. Технологические схемы очистки от взвешенных веществ и обеззараживание шахтных вод. Пермь: ВНИИОСуголь, 1986.&mdash 70 с.
  7. Омельченко Н.П. , Коваленко Л.И. Новые технологии осветления шахтных вод с целью их повторного использования. Загальнодержавний науково&mdashтехнічний журнал «Проблеми екології». – Донецьк: ДонНТУ, № 1&mdash2. &mdash 2008. С. 8–12.
  8. Матлак, Е.С., Огородник Е.Л. Очистка шахтных вод с использованием в осветляющих сооружениях волокнистых перегородок . Збірка праць III Регіональної конференції аспірантів і студентів «Екологічні проблемі паливно–енергетичного комплексу» – Донецьк: ДонНТУ &mdash2012.
  9. Охрана окружающей природной среды в горной промышленности. В.И.Николин, Е.С.Матлак.&mdash К.; Донецк: Вища шк.Головное изд&mdashво,1987.&mdash192 с.
  10. Матлак Е.С. Исследование загрязненности шахтных вод/ Е.С. Матлак, И.Ю. Рудакова, Н.В. Казимиренко. –Уголь Украины,1983. &mdash № 2. &mdash с.31–32.