Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Рациональное использование природных ресурсов, охрана окружающей среды, соблюдение норм и правил экологической безопасности имеют важное значение в условиях разработки угольных месторождений. Донбасс, являясь крупнейшим угольным бассейном нашей страны, характеризуется огромным промышленным потенциалом. При разработке угольных месторождений сталкиваются с таким отрицательным явлением, как образование шахтных вод.

Шахтные воды — это воды, поступающие в подземные горные выработки из подрабатываемых водоносных горизонтов, поверхностных водотоков (водоемов) и дренажных выработок. Шахтные воды оказывают отрицательное воздействие на технику и технологию ведения горных работ и ухудшают качество добываемого полезного ископаемого. Обычно шахтные воды характеризуются механическим, химическим, бактериальным загрязнениями, а на глубоких шахтах также и высокой минерализацией.

Степень загрязнения взвещенными веществами зависит от гидрогеологических условий местности, физико-химических качеств угля и вмещающих пород. Наличие в воде загрязнений вызывает ее помутнение и цветность, придает запах и привкус, повышает минерализацию и кислотность. В большинстве случаев шахтные воды не пригодны для питья и имеют качества, которые исключают их использование в технических целях, без предварительной обработки.

По данным за 2014 год известно, что забрано шахтных вод 4169,76 тыс.м/год, из них использовано на собственные производственные нужды: на орошение в рядах 241,0 тыс.м/год, на пылеподавление 402,0 тыс.м/год [1]. Использовано 150,0 тыс.м/год питьевой воды на хозяйственные, производственные нужды и соцсферу. При очистке и внедрении системы повторного использования вод, шахтные воды могут использоватся в полном объеме как на самой шахте, так и на других предприятиях [2].

Целью работы является выбор и обоснование технологии очистки шахтных в условиях горнодобывающего предприятия на основе модернизации водного хозяйства предприятия путем внедрения новейших технологий по расширению использования шахтных вод на технологические нужды. При такой постановке проблемы объектом исследований является водное хозяйство ОП Шахта 1/3 Новогродовская ГП Селидовуголь, а предметом исследований — новейшие технологии по расширению использования шахтных вод на технологические нужды.

1. Актуальность темы

Предприятия угольной промышленности усиливают сложившуюся экологическую дестабилизацию гидросферы. Они причиняют значительный ущерб водным ресурсам за счет истощения запасов подземных вод при осушении и эксплуатации месторождений, в результате загрязнения поверхностных вод сбросами недостаточно очищенных шахтных, карьерных, промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод, а также стоками ливневых и талых вод с промплощадок угольных предприятий, отвалов, полотна железных и автомобильных дорог. Рекомендуемые отраслевыми и общими нормативными документами схемы очистки шахтных вод являются громоздкими, требуют значительных капиталовложений, что в нынешних экономических условиях нереально. Поэтому поиск новых нетрадиционных решений для снижения вредного влияния предприятий горной промышленности на природную водную среду с минимальными затратами является весьма актуальным.

2. Анализ негативного воздействия объекта исследований на ОПС

Основным источником загрязнения водного бассейна является шахтная вода, выдаваемая на поверхность водоотливными насосами. Для предварительной очистки шахтных вод используются шахтный отстойник, в котором также проводится обеззараживание воды жидким хлором. Окончательная шахтная вода осветляется в пруде-отстойнике шахтных вод и дальше сбрасывается по балке Крутой Яр в реку соленой. Бытовые стоки от промплощадки с помощью канализационной насосной станции отводятся в сооружения полной биологической очистки. Дождевые и талые воды отводятся естественным путем по рельефу местности в пруд-отстойник шахтных вод.

В основном шахтные воды загрязняются взвешенными и растворенными минеральными веществами, бактериальными примесями минерального, органического и бактериального происхождения. К минеральным загрязнениям относятся песчаные и глинистые частицы, минеральные включения угля (кварц, пирит, карбонаты), инертная пыль, а также содержащиеся в шахтных водах растворенные соли, щелочи и кислоты. Преобладающими ионами являются кальций, магний, натрий, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты, карбонаты [3–6].

Кроме различных минеральных солей и других химических соединений в шахтных водах выявлено 13 микроэлементов. Как правило, шахтные воды содержат железо, алюминий, марганец, никель, кобальт, медь, цинк, стронций. В целом содержание микроэлементов в шахтных водах на 1–2 порядка выше, чем в подземных водах, за счет которых они формируются. При движении по горным выработкам, выработанному пространству, стволах шахтные воды загрязняются взвешенными веществами, нефтепродуктами, органическими и бактериальными примесями. Взвешенные вещества представлены частицами угля и вмещающих пород различной крупности, их соотношение непостоянно и может меняется с изменением условий разработки. Они образуются и поступают в воду в результате разрушения горного массива и при нагрузке отраженной массы на транспортные средства; при дренаже вод через выработанное пространство на штрек; при перекрепления выработок.

Содержание нефтепродуктов в шахтных водах определяется в основном уровнем механизации горных работ. Органические загрязнения представлены частицами чистого угля, минеральными маслами, применяемыми для смазки горных машин и механизмов, продуктами жизнедеятельности живых организмов, разложения древесины и др, основной составной частью которых является углерод органический. Органические загрязнения шахтных вод можно охарактеризовать химическим потреблением кислорода (ХПК), а также биохимической потребности в кислороде (БПК) [7–8].

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) шахтных вод определяется количеством кислорода, расходуюмым на окисление нестойких органических веществ за определенный промежуток времени и выражается в мг/л. При наличии в пробе воды сильных окислителей используется показатель ХПК. Он характеризует суммарное содержание в воде органических веществ по количеству израсходованного кислорода на их окисление в 1л воды в определенных условиях.

Бактериальные загрязнения шахтных вод представлены различными микроорганизмами, среди которых наиболее распространены плесневые грибы, микробы кишечной группы. Это является следствием попадания в воду продуктов гниения древесины и живых организмов. Степень бактериального загрязнения шахтных вод оценивается в основном двумя микробиологическим показателям: колититром и колииндексом. Колититр — это количество воды (мл/л), в котором можно найти одну кишечную палочку. Колииндекс — количество кишечных палочек на 1л воды.

3. Водоотведение и водопотребление ОП Шахта 1/3 Новогродовская ГП Селидовуголь

Источником питьевого водоснабжения шахты являются сети КП Компания «Вода Донбасса», Новогродовского производственного участка Красноармейского РПУ. Водоснабжение шахты № 1 происходит из сетей КП Компания Вода Донбасса. Питьевая вода расходуется:

  1. На хозяйственные-питьевые нужды;
  2. На производственные нужды.

Водоснабжение шахты № 3 происходит из сетей Новогродивськои производственного участка Красноармейского РПУ [9]. Питьевая вода расходуется:

  1. На хозяйственно-питьевые нужды;
  2. На производственные нужды;
  3. На социальную сферу.

Шахтная вода расходуется на:

  1. Орошение в рядах;
  2. Пылеподавление.

По системе канализации хозяйственно-бытовых сточных вод последние передаются в сети канализации КП Компания «Вода Донбасса». Для откачки воды из шахты действуют две главные установки — в шахте № 1 и в шахте № 3.

Главная водоотливная установка шахты №1 оборудована насосом ЦНС — 300–240 (2шт.). Шахтная вода откачивается на поверхность и поступает в горизонтальный отстойник шахтных вод объемом, расположенный на поверхности, где она отстаивается и сбрасывается в ручей Соленый (бассейн реки Соленая). Хозбытовые сточные воды от шахт № 1 и 3, проходят через горизонтальный отстойник (шахта № 1), хлоруются, находят в пруды — отстойники шахтных вод (шахта № 3), а затем вместе с шахтными водами сбрасываются в водные объекты (район размещения шахт не имеет канализации) [10].

Схема очистки и водоотведения шахтных и хозбытовых сточных вод

Рисунок 1 — Схема очистки и водоотведения шахтных и хозбытовых сточных вод
(анимация: 15 кадров, 5 циклов повторения, 136 килобайт)

Балансовая схема водопотребления и водоотведения

Рисунок 2 — Балансовая схема водопотребления и водоотведения

4. Существующие методы очистки шахтных вод

Промышленные сточные воды и находящиеся в них примеси разнообразны. Поэтому нет единого способа очистки вод, а выбор оптимального метода значительно усложнен. Для очистки шахтных вод предусматривается комплекс специальных сооружений, в которых по ходу движения отводимая вода постепенно очищается сначала от грубо- и коллоиднодисперсных, а затем от истинно растворенных примесей. В процессе очистки производятся также операции по обеззараживанию вод, обработки осадков, образующихся при осветлении вод, и рассолов — хвостов деминерализации вод [11–15].

Следует различать методы механической, химической, физико-химической и биологической очистки производственных сточных вод. Их можно интенсифицировать применением электростатических и магнитных полей. Во всех случаях очистки сточных вод первой стадией является механическая очистка, предназначенная для удаления грубодисперсных и коллоидно-дисперсных частиц. Последующая очистка от истинно-растворенных химических веществ осуществляется различными методами: химическими (реагентное осаждение), физико-химическими (флотация, абсорбция, ионный обмен, дистилляция, обратный осмос, ультрафильтрация и др.), электрохимическими и биологическими. В отдельных случаях для уничтожения весьма вредных веществ применяют термические методы. Во многих случаях, приходится применять комбинацию указанных методов [19].

Таким образом, в зависимости от характера примесей, содержащихся в сточных водах, применяют те или иные методы их очистки. Наиболее часто используемыми из них являются следующие:

  1. Для извлечения взвешенных суспензированных и эмульгированных примесей — коагуляция и флокуляция, осаждение гравитационное и центробежное, фильтрование, флотация, центрифугирование (для грубодисперсных частиц), электрические методы осаждения (для мелкодисперсных и коллоидных частиц);
  2. Для очистки от минеральных (неорганических) истинно-растворенных соединений — реагентное осаждение, ионный обмен, обратный осмос, ультрафильтрация, электродиализ, дистилляция, электрические методы;
  3. Для очистки от органических соединений — экстракция, абсорбция, флотация, ионный обмен, реагентные методы (регенерационные методы); биологическое окисление, жидкофазное окисление, парофазное окисление, озонирование, хлорирование, электрохимическое окисление (деструктивные методы);
  4. Для очистки от газов и паров — отдувка, нагрев, реагентные методы;
  5. Для уничтожения вредных веществ — термическое разложение. В перспективе основной удельный вес очистки стоков будет приходиться на механический и физико-химический методы очистки (70% всех очищаемых стоков), а по капиталовложениям основное внимание будет уделяться физико-химическому (54%) и химическому (20%) методам.

Шахтные воды в большинстве случаев представляют собой суспензии или эмульсии, содержащие коллоидные частицы размером 0,001 – 0,1 мкм, тонкодисперсные частицы 0,1–10 мкм и грубодисперсные частицы размером более 10 мкм [20]. Механическая очистка сточных вод предназначена для выделения из них нерастворенных взвешенных веществ (ВЗВ) как минеральных, так и органических, т.е. для осветления вод. Как правило, механическая очистка является предварительным и реже — окончательным этапом очистки вод. В основном, она используется для подготовки сточных вод на последующих этапах их более глубокой очистки: физико-химическом, биологическом и др. Кроме термина механическая в научно-технической литературе применяется также термин гидромеханическая очистка.

Удаление ВЗВ из воды при ее механическом осветлении осуществляется двумя основными способами: осаждением и фильтрованием. Кроме того, для этой цели используется флотация, а также начинают находить применение электромагнитные методы. Иногда для извлечения из шахтных вод крупных примесей (во избежание засорения труб, каналов, нарушения работы насосов и др.) [22–25] применяется процеживание. Оно осуществляется с помощью решеток и сит. Как осаждение, так и фильтрование могут осуществляться в безреагентном и реагентном режимах. Безреагентное осаждение используют обычно для грубой очистки (остаточная концентрация ВЗВ 50–150 мг/л); при этом практически не извлекаются коллоидные частицы. Реагентная обработка значительно увеличивает скорость и эффективность осаждения. Она применяется как самостоятельный метод, а также для снижения концентрации ВЗВ перед их осаждением и фильтрованием. Основными физико-химическими методами агрегации коллоидных примесей являются коагуляция и флокуляция. Оба метода реализуются путем добавления в воду химических реагентов и имеют целью ускорение процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Несмотря на общую цель использования и внешнюю похожесть между ними имеет место принципиальное отличие [16–18].

Коагуляция (слипание, свертывание) основана на предварительной нейтрализации электрического заряда гидрофобных частиц растворенным реагентом (коагулянтом) и их последующего агрегирования. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси. Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости, концентрации примесей в воде, от рН и солевого состава воды. Флокуляция не предполагает нейтрализации зарядов частиц, а обеспечивается соединением частиц полимерными мостиками — молекулами адсорбированного или химически связанного с частицами флокулянта. Она используется для агрегирования гидрофильных коллоидных частиц [21].

При осветлении и обесцвечивании вод коагулированием с последующим отстаиванием и фильтрованием из них удаляется значительная часть (90...95%) бактерий. Однако среди оставшихся, могут находиться и болезнетворные (патогенные) микроорганизмы. Поэтому перед использованием осветленных вод в техническом или хозяйственно-бытовом водоснабжении, в процессах деминерализации (особенно мембранными способами) и, наконец, при отведении в поверхностные водные объекты их подвергают обязательному обеззараживанию (дезинфекции) [26–27]. Эффект обеззараживания должен составлять практически 100%. Кроме бактериальных примесей, в сточных водах могут содержаться также ядовитые цианиды и другие органические и неорганические соединения, такие как сероводород, гидросульфид, сульфид и др., которые также должны обезвреживаться.

Механизм биологической очистки вод. Методы биологической очистки вод используются прежде всего для извлечения растворенных и коллоидных органических веществ, а также некоторых минеральных примесей (типа сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.). На горнодобывающих предприятиях их рекомендуется применять для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, а также глубокой очистки шахтных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов. Процесс очистки осуществляют с помощью сообществ микроорганизмов, которые используют перечисленные вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности и прироста биомассы. Сообщество микроорганизмов (биоценоз) включает обычно множество различных простейших бактерий и ряд более высокоорганизованных организмов (водорослей, грибков и др.), связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза, антагонизма). Число рядов бактерий достигает 5...10, а число видов — несколько десятков и даже сотен [28].

Биологическая очистка сточных вод может протекать в аэробных (при обязательном присутствии свободного растворенного в воде кислорода) и анаэробных (без доступа воздуха) условиях [29]. В первом случае происходит окисление, а во втором восстановление загрязняющих веществ. Соответственно этому микроорганизмы разделяются на две группы: аэробные и анаэробные. Процесс окисления вещества действием аэробных бактерий (в присутствии кислорода) называется биохимическим процессом очистки сточных вод, а под действием анаэробных бактерий — биологическим. Анаэробные бактерии осуществляют свою жизнедеятельность, используя кислород, содержащийся в различных химических соединениях — нитритах, нитратах, сульфатах и др., восстанавливая последние.

Выводы

Добыча угля подземным способом не может производиться без откачки шахтных вод на поверхность. Выдаваемая из шахты вода загрязнена в разной степени взвешенными и коллоидными веществами, растворенными минеральными веществами (солями), бактериальными примесями и поэтому, как правило, не может быть использована полностью в народном хозяйстве или сброшена в водоем без предварительной очистки. Загрязнение окружающей среды шахтными водами является острой экологической проблемой угольной промышленности, научно-исследовательские работы в этом направлении проводятся, однако стадии широкого промышленного внедрения еще не достигли.

Для решения этой экологической проблемы необходимо осуществить модернизацию и техническое переоснащение предприятий страны, разработать и внедрить новые технологические схемы очистки шахтных вод. В результате очистки вод снижается их отрицательное воздействие на состояние поверхностных водных объектов. Кроме того, благодаря очистке шахтные воды подготавливаются для использования на производственные нужды самой шахты, соседних предприятий, а также в сельском хозяйстве. Чаще всего такие воды применяются на обогатительных фабриках и установках с мокрым обогащением угля; для профилактического заиливания, тушения породных отвалов, гидрозакладки выработанного пространства и гидротранспорта; в установках и устройствах для борьбы с пылью на технологическом комплексе поверхности шахт и обогатительных фабриках; в котельных (включая золоудаление); в стационарных компрессорных, дегазационных установках и кондиционерах.

Прежде всего, на современном этапе промышленного развития необходимо повысить значение профилактических мероприятий, направленных на предварительное уменьшение или полное предупреждение загрязнения шахтных вод в пределах первичных источников их образования.

Список источников

  1. Довкілля України за 2003 р. / Державний комітет статистики України. — Київ, 2004. — 264 с.
  2. Реки Украины — Режим доступа : http//www.erudition.ru. — 4 с. 3. Довкілля Донеччини за 2009 рік / Головне управління статистики у Донецькій області. — Донецьк. — 2010. — 154 с.
  3. Стан навколишнього природного середовища Донецької області у 2008 році / Головне управління статистики у Донецькій області. — Донецьк. — 2009. — 29 с.
  4. Пономаренко П. И. Экономика и охрана водных ресурсов Украины / П. И. Пономаренко, П. М. Моссур, Н. Н. Пинчук, Е. А. Яковлев. — Днепропетровск: Наука и образование, 1997. — 227 с.
  5. Коршикова И. А. Состояние водных ресурсов Донецкой области и их діагностика / Економічний вісник Донбассу. — Донецьк, 2011. — № 1 (23), — С.27–30.
  6. Программа научно-технического развития Донецкой области на период до 2020 года. — Донецк, 2007. — 211с.
  7. Заславский И. Ю. и др. Повышение устойчивости подготовительных выработок угольных шахт. М.: Недра, 1998. — 265 с.
  8. Кошелев К. В., Петренко Ю. А., Новиков А. О. Охрана и ремонт выработок. — М.: Недра, 1990.
  9. Бурчаков А. С., Гринько Н. К., Черняк И. Л. Процессы подземных горных работ. — М.:Недра, 1982. — 423с.
  10. Машины и оборудование для угольных шахт: Справочник. /Под ред.В. Н. Хорина — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1987 — 424 с.
  11. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых: Учебник для вузов / Д. В. Дорохов, В. И. Сивохин, И. С. Костюк и др. Под общ. ред. Д. В. Дорохова. — Донецк: ДонГТУ, 1997 — 344 с.
  12. Монгайт И. А., Текиниди К. Д., Николадзе Г. И. Очистка шахтных вод. М.: Недра, 1978 — 173 с.
  13. Горшков В. А. Очистка и использование сточных вод угольной промышленности. — М.: Недра, 1981 — 169 с.
  14. СНиП 2.04.02–84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования. — М.: Стройиздат, 1985. — 134 с.
  15. Пособие по проектированию сооружений для очистки и подготовки воды (к СНиП 2.04.02 — 84). — М.: ЦИТП, 1989. — 128 с.
  16. Гребенкин С. С., Костенко В. К., Матлак Е. С. и др. Физико-химические основы технологии осветления и обеззараживания шахтных вод. — Донецк: „ВИК”, 2009. — 442с.
  17. Гребенкин С. С., Костенко В. К., Матлак Е. С. и др. Физико-химические основы технологии деминерализации шахтных вод. — Донецк: „ВИК”, 2008. — 287с.
  18. Найманов А. Я., Никиша С. Б., Насонкина Н. Г., Омельченко Н. П. и др. Водоснабжение. — Донецк: Норд-компьютер, 2006. — 654 с.
  19. Горшков В. А. Очистка и использование сточных вод предприятия угольной промышленности. — М.: Недра, 1981. — 269с.
  20. Парахонский Э. В. Охрана водных ресурсов на шахтах и разрезах. — М.: Недра, 1992. — 191с.
  21. Проектирование сооружений для обезвоживания осадков станций очистки природных вод. — М.: Стройиздат, 1990. — 33 с.
  22. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений / Под ред. А. С. Москвитина. — М.: Стройиздат, 1979. — 430 с.
  23. СНиП–32.74. Канализация. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования. — М.: Стройиздат, 1975. — 134 с.
  24. Шевелев Ф. А., Шевелев А. Ф. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб. — М.: Стройиздат, 1984. — 116с.
  25. Проектирование сооружений для очистки сточных вод (Справочное пособие к СНиП 2.04.03–85) — М.: Стройиздат, 1990. — 192с.
  26. Омельченко М. П. Коваленко Л. І. Про розрахунок волокняних фільтрів. // Проблемы экологии. — Донецк, ДонНТУ. — 2012. — № 1–2. — С.11–16.
  27. И.Г. Ищук, Г. А. Поздняков. Средства комплексного обеспыливания горных предприятий. Справочник. М.: Недра, 1991.
  28. Руководство по проектированию обеспыливающих мероприятий на угольных шахтах. Макеевка, Донбасс. МакНИИ, 2000.
  29. Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология: Учебник для вузов. — М.: ЮНИТИ, 1998 — 455 с.