Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Раціональне використання природних ресурсів, охорона навколишнього середовища, дотримання норм і правил екологічної безпеки мають важливе значення в умовах розробки вугільних родовищ. Донбас, будучи найбільшим вугільним басейном нашої країни, характеризується величезним промисловим потенціалом. При розробці вугільних родовищ стикаються з таким негативним явищем, як освіта шахтних вод. Шахтні води — це води, що надходять в підземні гірничі виробки з підроблюваних водоносних горизонтів, поверхневих водотоків (водойм) і дренажних виробок. Шахтні води негативно впливають на техніку і технологію ведення гірничих робіт і погіршують якість видобутого корисної копалини. Зазвичай шахтні води характеризуються механічним, хімічним, бактеріальним забрудненням, а на глибоких шахтах також і високою мінералізацією.

Ступінь забруднення взвещеннимі речовинами залежить від гідрогеологічних умов місцевості, фізико-хімічних якостей вугілля і порід, що вміщають. Наявність у воді забруднень викликає її помутніння і кольоровість, надає запах і присмак, підвищує мінералізацію і кислотність. У більшості випадків шахтні води не придатні для пиття і мають якості, які виключають їх використання в технічних цілях, без попередньої обробки. За даними за 2014 рік відомо, що забрано шахтних вод 4169,76 тис.м/рік, з них використано на власні виробничі потреби: на зрошення в рядах 241,0 тис.м/рік, на боротьбу з пилом 402,0 тис.м/рік [1]. Використано 150,0 тис.м/рік питної води на господарські, виробничі потреби і соцсферу.

Під час очищення та впровадженні системи повторного використання вод, шахтні води можуть використовуватися в повному обсязі як на самій шахті, так і на інших підприємствах. Метою роботи є вибір і обгрунтування технології очищення шахтних в умовах гірничодобувного підприємства на основі модернізації водного господарства підприємства шляхом впровадження новітніх технологій з розширення використання шахтних вод на технологічні потреби.

При такій постановці проблеми об'єктом досліджень є водне господарство ОП Шахта 1/3 Новогродівська ДП Селидіввугілля, а предметом досліджень — новітні технології по розширенню використання шахтних вод на технологічні потреби.

1. Актуальність теми

Підприємства вугільної промисловості підсилюють ситуацію екологічну дестабілізацію гідросфери. Вони завдають значної шкоди водним ресурсам за рахунок виснаження запасів підземних вод при осушенні і експлуатації родовищ, в результаті забруднення поверхневих вод скидами недостатньо очищених шахтних, кар'єрних, промислових і господарсько-побутових стічних вод, а також стоками зливових і талих вод з проммайданчиків вугільних підприємств, відвалів, полотна залізних і автомобільних доріг. Рекомендовані галузевими і загальними нормативними документами схеми очищення шахтних вод є громіздкими, вимагають значних капіталовкладень, що в нинішніх економічних умовах нереально. Тому пошук нових нетрадиційних рішень для зниження шкідливого впливу підприємств гірничої промисловості на природне водне середовище з мінімальними витратами є вельми актуальним.

2. Аналіз негативного впливу об'єкта досліджень на НПС

Основним джерелом забруднення водного басейну є шахтна вода, яка видається на поверхню водовідливними насосами. Для попереднього очищення шахтних вод використовуються шахтний відстійник, в якому також проводиться знезараження води рідким хлором. Остаточна шахтна вода освітлюється в ставку-відстійнику шахтних вод ємністю 230 тис.м та далі скидається по балці Крутий Яр в річку солоної. Побутові стоки від проммайданчика за допомогою каналізаційної насосної станції відводяться в споруди повної біологічної очистки. Дощові і талі води відводяться природним шляхом по рельєфу місцевості в ставок-відстійник шахтних вод [3–6].

В основному шахтні води забруднюються зваженими і розчиненими мінеральними речовинами, бактеріальними домішками мінерального, органічного і бактеріального походження. До мінеральних забруднень відносяться піщані і глинисті частинки, мінеральні включення вугілля (кварц, пірит, карбонати), інертна пил, а також містяться в шахтних водах розчинені солі, луги та кислоти. Переважаючими іонами є кальцій, магній, натрій, хлориди, сульфати, гідрокарбонати, карбонати. Крім різних мінеральних солей та інших хімічних сполук в шахтних водах виявлено 13 мікроелементів. Як правило, шахтні води містять залізо, алюміній, марганець, нікель, кобальт, мідь, цинк, стронцій. В цілому вміст мікроелементів в шахтних водах на 1–2 порядки вище, ніж в підземних водах, за рахунок яких вони формуються. При русі по гірських виробках, виробленому просторі, стовбурах шахтні води забруднюються зваженими речовинами, нафтопродуктами, органічними і бактеріальними домішками.

Зважені речовини представлені частками вугілля і порід, що вміщають різної крупності, їх співвідношення постійно і може змінюється зі зміною умов розробки. Вони утворюються і надходять у воду в результаті руйнування гірського масиву і при навантаженні відбитої маси на транспортні засоби; при дренажі вод через вироблений простір на штрек; при перекріплення виробок. Вміст нафтопродуктів в шахтних водах визначається в основному рівнем механізації гірничих робіт [7–8].

Органічні забруднення представлені частками чистого вугілля, мінеральними маслами, застосовуваними для змащення гірських машин і механізмів, продуктами життєдіяльності живих організмів, розкладання деревини та ін, основною складовою частиною яких є вуглець органічний. Органічні забруднення шахтних вод можна охарактеризувати хімічним споживанням кисню (ГПК), а також біохімічної потреби в кисні (БПК). Біохімічна потреба в кисні (БПК) шахтних вод визначається кількістю кисню, расходуюмим на окислення нестійких органічних речовин за певний проміжок часу і виражається в мг/л. При наявності в пробі води сильних окислювачів використовується показник ГПК. Він характеризує сумарний вміст в воді органічних речовин за кількістю витраченого кисню на їх окислення в 1 л води в певних умовах.

Бактеріальні забруднення шахтних вод представлені різними мікроорганізмами, серед яких найбільш поширені цвілеві гриби, мікроби кишкової групи. Це є наслідком попадання у воду продуктів гниття деревини і живих організмів. Ступінь бактеріального забруднення шахтних вод оцінюється в основному двома мікробіологічними показниками: колітітром і колііндекс. Колітітр — це кількість води (мл/л), в якому можна знайти одну кишкову паличку. Колііндекс — кількість кишкових паличок на 1 л води.

3. Водовідведення та водоспоживання

Джерелом питного водопостачання шахти є мережі КП Компанія Вода Донбасу, Новогродівського виробничої дільниці Красноармійського РПУ. Водопостачання шахти № 1 відбувається з мереж КП Компанія Вода Донбасу. Питна вода витрачається:

  1. На господарські-питні потреби;
  2. На виробничі потреби.

Водопостачання шахти № 3 відбувається з мереж Новогродівськоі виробничої дільниці Красноармійського РПУ [9]. Питна вода витрачається:

  1. На господарсько-питні потреби;
  2. На виробничі потреби;
  3. На соціальну сферу.

Шахтна вода витрачається на:

  1. Зрошення в рядах;
  2. Пилоподавлення.

За системою каналізації господарсько-побутових стічних вод останні передаються в мережі каналізації КП Компанія Вода Донбасу. Для відкачування води з шахти діють дві головні установки — в шахті №1 і в шахті №3. Головна водовідливні установка шахти №1 обладнана насосом ЦНС — 300–240 (2шт.). Шахтна вода відкачується на поверхню і надходить в горизонтальний відстійник шахтних вод, розташований на поверхні, де вона відстоюється і скидається в струмок Солоний (басейн річки Солона) [10].

Госппобутові стічні води від шахт № 1 і № 3, проходять через горизонтальний відстійник (шахта № 1), хлор, знаходять у ставки — відстійники шахтних вод (шахта № 3), а потім разом з шахтними водами скидаються у водні об'єкти (район розміщення шахті не має каналізації).

Схема

Рисунок 1 — Схема очищення і водовідведення шахтних та господарсько-побутових стічних вод
(анимация: 15 кадров, 5 циклов повторения, 136 килобайт)

Балансова схема водоспоживання та водовідведення

Рисунок 2 — Балансова схема водоспоживання та водовідведення

4. Існуючі методи очищення шахтних вод

Промислові стічні води і знаходяться в них домішки різноманітні. Тому немає єдиного способу очищення вод, а вибір оптимального методу значно ускладнений. Для очищення шахтних вод передбачається комплекс спеціальних споруд, в яких по ходу руху відведена вода поступово очищується спочатку від грубо і коллоіднодісперсних, а потім від істинно розчинених домішок. В процесі очищення виробляються також операції по знезараженню вод, обробки осадів, що утворюються при освітленні вод, і розсолів — хвостів демінералізації вод [11–15].

Слід розрізняти методи механічної, хімічної, фізико-хімічної і біологічної очистки виробничих стічних вод. Їх можна інтенсифікувати застосуванням електростатичних і магнітних полів. У всіх випадках очищення стічних вод першою стадією є механічне очищення, призначена для видалення грубодисперсних і колоїдно-дисперсних частинок. Подальше очищення від істинно-розчинених хімічних речовин здійснюється різними методами: хімічними (реагентне осадження), фізико-хімічними (флотація, абсорбція, іонний обмін, дистиляція, зворотний осмос, ультрафільтрація та ін.), Електрохімічні і біологічними. В окремих випадках для знищення вельми шкідливих речовин застосовують термічні методи. У багатьох випадках, доводиться застосовувати комбінацію зазначених методів [19].

Таким чином, в залежності від характеру домішок, що містяться в стічних водах, застосовують ті чи інші методи їх очищення. Найбільш часто використовуваними з них є наступні:

  1. Для вилучення зважених суспендованих і емульгованих домішок — коагуляція і флокуляція, осадження гравітаційне і відцентрове, фільтрування, флотація, центрифугування (для грубодисперсних частинок), електричні методи осадження (для дрібнодисперсних і колоїдних частинок);
  2. Для очищення від мінеральних (неорганічних) істинно-розчинених сполук — реагентне осадження, іонний обмін, зворотний осмос, ультрафільтрація, електродіаліз, дистиляція, електричні методи;
  3. Для очищення від органічних сполук — екстракція, абсорбція, флотація, іонний обмін, реагентні методи (регенераційні методи); біологічне окислення, жидкофазное окислення, парофазного окислення, озонування, хлорування, електрохімічне окислення (деструктивні методи);
  4. Для очищення від газів і парів — отдувка, нагрів, реагентні методи;
  5. Для знищення шкідливих речовин — термічний розклад. У перспективі основна питома вага очищення стоків буде припадати на механічний і фізико-хімічний методи очищення (70% всіх очищаються стоків), а по капіталовкладеннях буде Основне Увага фізико-приділятися хімічним (54%) і 20 (хімічному) методам.

Шахтні води в більшості випадків являють собою суспензії або емульсії, що містять колоїдні частинки розміром 0,001–0,1 мкм, тонкодисперсні частинки 0,1–10 мкм і грубодисперсні частинки розміром більше 10 мкм. Механічне очищення стічних вод призначена для виділення з них нерозчинених завислих речовин (ВЗВ) як мінеральних, так і органічних, тобто для освітлення вод. Як правило, механічна очистка є попередніми і рідше — остаточним етапом очищення вод. В основному, вона використовується для підготовки стічних вод на наступних етапах їх більш глибокого очищення: фізико-хімічному, біологічному та ін. Крім терміну механічне в науково-технічній літературі застосовується також термін гидромеханичне очищення [20].

Видалення ВЗВ з води при її механічному освітленні здійснюється двома основними способами: осадженням і фільтруванням. Крім того, для цієї мети використовується флотація, а також починають знаходити застосування електромагнітні методи. Іноді для вилучення з шахтних вод великих домішок (щоб уникнути засмічення труб, каналів, порушення роботи насосів і ін.) [22–25] застосовується проціджування. Воно здійснюється за допомогою решіток і сит.

Як осадження, так і фільтрування можуть здійснюватися в безреагентному і реагентном режимах. Безреагентне осадження використовують зазвичай для грубої очистки (залишкова концентрація ВЗВ 50–150 мг/л); при цьому практично не витягуються колоїдні частинки. Реагентна обробка значно збільшує швидкість і ефективність осадження. Вона застосовується як самостійний метод, а також для зниження концентрації ВЗВ перед їх осадженням і фільтруванням. Основними фізико-хімічними методами агрегації колоїдних домішок є коагуляція і флокуляція. Обидва методи реалізуються шляхом додавання в воду хімічних реагентів і мають на меті прискорення процесу осадження тонкодисперсних домішок і емульгованих речовин. Незважаючи на спільну мету використання і зовнішню схожість між ними має місце принципова відмінність [16–18].

Коагуляція (злипання, згортання) заснована на попередній нейтралізації електричного заряду гідрофобних частинок розчиненим реагентом (коагулянтом) і їх подальшого агрегування. Як коагулянтів зазвичай використовують солі алюмінію, заліза або їх суміші. Вибір коагулянту залежить від його складу, фізико-хімічних властивостей і вартості, концентрації домішок у воді, від рН і сольового складу води [21].

Флокуляція не припускав нейтралізації зарядів частинок, а забезпечується з'єднанням частинок полімерними містками — молекулами адсорбованого або хімічно пов'язаного з частинками флокулянта. Вона використовується для агрегування гідрофільних колоїдних частинок. При освітленні і знебарвленні вод коагулированием з подальшим відстоюванням і фільтруванням з них видаляється значна частина (90...95%) бактерій. Однак серед решти, можуть перебувати і хвороботворні (патогенні) мікроорганізми. Тому перед використанням освітлених вод в технічному або господарсько-побутовому водопостачанні, в процесах демінералізації (особливо мембранними способами) і, нарешті, при відведенні в поверхневі водні об'єкти їх піддають обов'язковому знезараженню (дезінфекції) [26–27]. Ефект знезараження повинен складати практично 100%.

Крім бактеріальних домішок, в стічних водах можуть міститися також отруйні ціаніди та інші органічні і неорганічні сполуки, такі як сірководень, гидросульфид, сульфід і ін., Які також повинні знешкоджувати. Механізм біологічної очистки вод. Методи біологічного очищення вод використовуються насамперед для вилучення розчинених і колоїдних органічних речовин, а також деяких мінеральних домішок (типу сірководню, сульфідів, аміаку, нітритів та ін.). На гірничодобувних підприємствах їх рекомендується застосовувати для очищення господарсько-побутових стічних вод, а також глибокого очищення шахтних вод від зважених речовин і нафтопродуктів [28].

Процес очищення здійснюють за допомогою спільнот мікроорганізмів, які використовують перераховані речовини для харчування в процесі своєї життєдіяльності і приросту біомаси. Спільнота мікроорганізмів (біоценоз) включає зазвичай безліч різних найпростіших бактерій і ряд більш високоорганізованих організмів (водоростей, грибків і ін.), Пов'язаних між собою в єдиний комплекс складними взаємовідносинами (метабіозу, симбіозу, антагонізму). Число рядів бактерій досягає 5...10, а число видів — кілька десятків і навіть сотень [29]. Біологічне очищення стічних вод може протікати в аеробних (при обов'язковій присутності вільного розчиненого у воді кисню) і анаеробних (без доступу повітря) умовах. У першому випадку відбувається окислення, а в другому відновлення забруднюючих речовин. Відповідно до цього мікроорганізми поділяються на дві групи: аеробні і анаеробні. Процес окислення речовини дією аеробних бактерій (в присутності кисню) називається біохімічним процесом очищення стічних вод, а під дією анаеробних бактерій — біологічним. Анаеробні бактерії здійснюють свою життєдіяльність, використовуючи кисень, що міститься в різних хімічних сполуках — нітритів, нітрати, сульфатах і ін, відновлюючи останні.

Висновки

Видобуток вугілля підземним способом не може проводитися без відкачування шахтних вод на поверхню. Видається з шахти вода забруднена в різному ступені зваженими і колоїдними речовинами, розчиненими мінеральними речовинами (солями), бактеріальними домішками і тому, як правило, не може бути використана повністю в народному господарстві або скинута в водойму без попереднього очищення. Забруднення навколишнього середовища шахтними водами є гострою екологічною проблемою вугільної промисловості, науково-дослідні роботи в цьому напрямку проводяться, однак стадії широкого промислового впровадження ще не досягли.

Для вирішення цієї екологічної проблеми необхідно здійснити модернізацію та технічне переоснащення підприємств країни, розробити і впровадити нові технологічні схеми очищення шахтних вод. В результаті очищення вод знижується їх негативний вплив на стан поверхневих водних об'єктів. Крім того, завдяки очищенню шахтні води готуються для використання на виробничі потреби самої шахти, сусідніх підприємств, а також в сільському господарстві. Найчастіше такі води застосовуються на збагачувальних фабриках і установках з мокрим збагаченням вугілля; для профілактичного замулювання, гасіння породних відвалів, гідрозакладки виробленого простору і гідротранспорту; в установках і пристроях для боротьби з пилом на технологічному комплексі поверхні шахт і збагачувальних фабриках; в котельнях (включаючи золовидалення); в стаціонарних компресорних, дегазаційних установках і кондиціонерах. Перш за все, на сучасному етапі промислового розвитку необхідно підвищити значення профілактичних заходів, спрямованих на попереднє зменшення або повне попередження забруднення шахтних вод в межах первинних джерел їх утворення.

Перелік посилань

  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.