Сучасне суспільство не може існувати без більшості технологічних процесів, що служать для виробництва життєво важливої продукції, але що при цьому супроводиться антропогенною дією на навколишнє середовище яке набуває загрозливі масштаби і здатне привести до необоротних змін в природі. В XX столітті вже відбулося усвідомлення
суспільством виниклої загрози, однак до цих пір це не привело до позитивних зсувів в скороченні забруднення навколишнього середовища. В даний час в Україні ситуація ускладнена ще і економічною кризою, яка не сприяє забезпеченню вимог екологічної безпеки.
Стрімке зростання споживання природних ресурсів супроводиться не тільки зміною кількісних масштабів антропогенної дії, але і появою нових чинників, вплив яких на природу, раніше незначний, стає домінуючим. Збиток, що завдається природним компонентам, веде до відчутних наслідків і відображує зворотну реакцію цієї дії (негативну для суспільства) узагальнювану поняттям «сучасна екологічна ситуація».
Серед різних екологічних проблем на перший план висувається проблема споживання води, перш за все чистій прісній. Унаслідок залучення природних вод у виробничо-побутовий круговорот відбувається їх кількісне виснаження і якісна зміна.
Кількісне виснаження водних ресурсів обумовлено безперервним збільшенням водозабору, який розподіляється так: 60% - для потреб сільського господарства; 30% - промисловості і теплоенергетики; 10% - комунально-побутові потреби. При цьому дефіцит прісної води посилюється безповоротним водоспоживанням (особливо в сільському господарстві, досягаючому 60%), безперервним збільшенням водоємності галузей багатьох галузей промисловості, а також збільшенням її витрати для потреб населення. Якщо сучасні масштаби використовування водних ресурсів матимуть місце і в майбутньому, стане цілком реальною загроза їх
виснаження, відчуватиметься «водна криза».
В даний час в маловодні роки дефіцит води навіть в умовах спаду виробництва складає, приблизно, 500 млн. м3/рік. Четверта частина міст області (до яких відноситься Горлівка, Макіївка, Константинівка, Торез, Сніжне, Дімітрове, Новогродівка та багато інших шахтніх селищ) одержують воду за графіком; мають місце випадки повного припинення подачі води протягом доби, а у ряді населених пунктів задача частково розв'язується тільки за рахунок води, що привезена. Від нерегулярної подачі води особливо страждають східні, південні і північно-західні райони області [1].
Окрім збільшеної потреби у воді загострення проблеми пояснюється також дією природних і антропогенних чинників, з яких є визначальними: природний (географічний); ступінь економічного розвитку і приріст народонаселення країни.
Під природно-географічним чинником розуміється нерівномірність розподілу водних ресурсів за площею, а також нерівномірність стоку річок протягом року. Наприклад, забезпеченість водними ресурсами в Донецькому регіоні складає всього 190 м3/рік на одну людину, при середній в Україні - 1000 м3/рік на людину [2].
Під впливом господарської діяльності людини відбувається скорочення запасів прісних вод. Воно пов'язано із зменшенням водоносності річок, що відбувається унаслідок пониження рівня грунтових вод через вирубку лісів, відкриття полів і осушення боліт. При цьому збільшується поверхневий стік. Весною відбувається швидке танення снігу, випадають рясні дощі, що викликає катастрофічні повені. Проте річки швидко міліють, іноді пересихають повністю. І нарешті дефіцит прісної води усугубляється тим, що чисті води у великих кількостях йдуть на розбавлення промислових і побутових відходів.
Проблема господарсько-питного водопостачання і охорони поверхневих і підземних вод від забруднення стічними водами давно стала проблемою державної важливості. Це пов'язано з наростаючим дефіцитом питної води забрудненням основних джерел централізованого господарсько-питного водопостачання - річок Дніпро і Северській Донець, а також питних і технічних водосховищ, практично всіх малих річок Західного і Центрального Донбасу.
Найбільшу негативну дію на водні об'єкти Донбасу надають шахтні води, що скидаються. Це пояснюється їх величезною притокою; низькою якістю по багатьом показникам невідповідним сучасним вимогам правил охорони поверхневих вод від забруднення; а також масштабною дією процесів вуглевидобування на водні об'єкти протягом довгого часу на величезній території від Дону до Дніпра.
Вода річок Кальміус, Міус, Бахмут, Кринка, Солона, Самара і багатьох інших стає непридатною для потреб сільського господарства, рибогосподарських і культурно-побутових цілей через значне підвищення рівня мінералізації забрудненості зваженими речовинами і органічними сполуками, а також по бактеріологічних показниках [1].
У всьому світі на знешкодження стічних вод щорічно затрачується більш ніж 5500 км3 чистої води – втричі більше, ніж на все інші потреби людства. Це 30% стійкого стоку всіх річок земної кулі. Отже основну загрозу браку води породжує не безповоротне промислове споживання, а забруднення природних вод промисловими стоками [3].
Гірське виробництво технологічно взаємозв'язане з процесами дії людини на навколишнє середовище з метою забезпечення сировинними і енергетичними ресурсами різних сфер господарської діяльності. Елементи природи які можуть бути залучені, або вже використовуються людиною в господарській діяльності для задоволення різноманітних потреб,
узагальнюються поняттям природних ресурсів. В широкому плані під ресурсом слід розуміти як джерела отримання речовини, так і простір – середовище їх розміщення і життєдіяльності.
Водні об'єкти Донбасу продовжують забруднюватися стічними водами промислових підприємств. Особливо, сильну дію на стан водних об'єктів Донбасу надають шахтні води. Це пояснюється тим, що:
- по-перше, стік шахтних вод, що скидаються, настільки великий (приблизно 1,2 млрд. м3/рік, із них близько 900 млн. м3/рік здобувається попутно), що їх об'єми стали зіставними з об'ємами природного стоку малих річок;
- по-друге, якість відкачуваних шахтних вод не відповідає сучасним вимогам «Правил охорони поверхневих вод від забруднення поворотними водами».
- по-третє, в регіональні сфери інтенсивної техногенної дії вуглевидобування на мережу гідрографії Донбасу вже протягом довгого часу залучені величезні території від Дону до Дніпра, де працює більше сотні вугільних шахт.
Шахтні води є попутним продуктом видобутку вугілля. У формуванні їх притоку і складу визначальними є атмосферні, геолого-структурні, гідрогеологічні і гідродинамічні умови, а також горнотехнологічні чинники розробки родовища.
Стічні води гірської промисловості підрозділяють на наступні групи:
- шахтні води (шахтні води і води від осушення шахтних полів);
- кар'єрні води розрізів (кар'єрні води і води від осушення кар'єрних полів);
- виробничі стічні води (поверхневого комплексу шахт, розрізів, збагачувальних фабрик, заводів й ін.);
- господарсько-побутові стічні води працюючих виробництв;
- комунально-побутові води населення селищ, що знаходяться на балансі вугільних підприємств.
Найбільшої шкоди навколишньому середовищу завдають забруднені рудникові води, стік яких починається при розкритті водоносних обріїв підземними гірськими виробленнями. Таким чином, вирішальну роль у формуванні стоку шахтних вод грають підземні води.
При виробництві підземних гірських робіт утворюються три види водоприток (три системи обводнення) по шахтному полю: при проходці підготовчих і основних вироблень; при очисних роботах; з погашених вироблень [4].
При проходці вироблень і веденні очисних робіт навкруги вироблень і над виробленим простором формуються так звані депресивні поверхні (воронки), наявність яких указує на поступове пониження рівня води у водоносному обрії, хоча притока її може бути тривалою і значною за розміром.
Депресивні воронки, що утворюються, різко порушують природний режим водоносних пластів. Якщо запаси води в одиночному пласті невеликі в порівнянні з відтоком, то відбувається поступове осушення підробленої частини водоносного пласта і навіть припинення притоки. При великих запасах води у водоносних пластах притока її в шахту, у міру поступового розвитку очисних робіт, зростає.
В районах інтенсивної розробки вугільних родовищ через утворення депресивних воронок спостерігається загальне пониження рівня підземних вод, тобто осушення гірського масиву на деяку глибину від поверхні, а отже рівня питної води в колодязях.
Шахтні води формуються за рахунок підземних і поверхневих вод, проникаючих в підземні гірські вироблення. Стікаючи по виробленому простору і гірським виробленням, вони забруднюються зваженими і збагачуються розчинними хімічними і бактеріологічними речовинами, набувають в деяких випадках кислу реакцію. Наявність забруднень у воді викликає її помутніння, обусловлює окислюваність і кольоровість, додає запах і присмак, визначає мінералізацію, кислотність і жорсткість.
Шахтні води забруднюються зваженими речовинами, нафтопродуктами і бактеріальними домішками при русі по гірських виробленнях, виробленому просторі, стовбурах. Зважені речовини утворюються і поступають у воду в результаті руйнування гірського масиву і при вантаженні відбитої маси на транспортні засоби; при дренажі вод через вироблений простір на штрек; при перекріплюванні вироблень. Такі джерела забруднення називаються основними або первинними. В умовах гірського виробництва виникають і повторні джерела надходження суспензій в шахтні води: при транспортуванні гірської маси (особливо на вантажних пунктах, на пересипах по стовбурах), при русі транспорту і переміщенні людей в підтоплених місцях вироблень, при здуванні вентиляційними струменями
технологічного і інертного пилу.
Активним джерелом забруднення води в транспортному виробленні є конвейєр. При переповнюванні ставів скребкових конвейєрів гірською масою вище за борти, вона сповзає на грунт і захоплюється водою. Вугільні і порідні дрібні частки струшуються з ланцюга і скребків конвейєра в простір, оточуючий приводну голівку, у тому числі у водний потік. Підвищується забрудненість води в першу чергу у пересипів особливо якщо в їх околиці виробітку подтоплена [3].
Освоєння нових вугільних родовищ у складних гідрогелогічних умовах, а також постійний перехід гірських робіт на більш глибокі обрії приводить до збільшення об'ємів і забрудненості вод, що попутно-здобуваються.
Вимоги, що постійно ростуть, до якості стічних вод при їх випуску в поверхневі водні об'єкти обумовлюють необхідність застосування різних водозахисних заходів, методів і технологій.
Як відомо, першим і основним заходом захисту водного басейну є строге дотримання правил і норм, регламентуючих надходження забруднювачів в навколишнє середовище, що стимулює застосування заходів інженерного захисту гідросфери.
Відповідно до «Правил охорони поверхневих вод від забруднення поворотними водами» до заходів інженерного захисту водотоков і водоймищ відносять:
- очищення шахтних вод;
- їх повторне використовування;
- пристрій оборотних систем водопостачання;
- скорочення надходження домішок в шахтні води, що попутно-здобуваються, шляхом вдосконалення технологічних процесів;
- ін.
Стосовно гірничодобувної промисловості основними напрямками з охорони водних ресурсів є:
1. Скорочення водоприток в гірські вироблення.
2. Зниження забрудненості вод в підземних гірських виробленнях.
3. Забезпечення якості вод при їх споживанні і відведенні.
4. Максимальне використовування шахтних вод для технічного водопостачання підприємств і сільськогосподарських потреб.
5. Упровадження оборотних систем виробничого водопостачання підприємств [4].
Велику роль в рішенні проблеми ефективної охорони водних ресурсів грають також організаційно-технічні заходи: заборона введення в експлуатацію нових вугільних підприємств без очисних споруд; строге виконання умов спуску шахтних вод у водні об'єкти, у тому числі заборона спуску вод, що містять речовини, для яких не встановлено ПДК і забезпечення можливості якнайповнішого змішення шахтних вод з водою водного об'єкту в місцях випуску шахтних вод; строге дотримання технологічної дисципліни; нормування витрати води; підвищення виробничої екологічної культури працівників галузі.
Скороченням водоприток в гірські вироблення попереджає виснаження ресурсів підземних вод, а поверхневі водні об'єкти оберігаються від зайвого забруднення. Крім того в результаті зменшення обводнювання підземних вироблень поліпшуються умови праці гірників, умови експлуатації устаткування і механізмів. В окремих випадках води, відкачувані при скороченні приток за допомогою водознижуючих свердловин використовуються для постачання населених пунктів і промислових підприємств. Проте необхідність скорочення водоприток неоднакова для різних родовищ і шахт. Вона в основному знаходиться в прямій залежності від обводнювання шахти і хімічного складу шахтних вод.
До теперішнього часу не знайдено вичерпних заходів в області технології здобичі і обробки відходів, забезпечуючих досягнення екотехнології найвищого рівня в добувній підгалузі. Для деяких видів відходів не створені ефективні технології переробки й утилізації. Це, зокрема, відноситься до способів очищення високомінералізованих вод. Їх демінералізація при сучасній технології вимагає значної кількості енергії, отримання якої може ще більш негативно впливати на природне середовище [6].
Та все ж сукупність екотехнологічних заходів може бути економічно виправданою, приносити високий прибуток. Дійсно, відходи цих технологій, завдаючи шкоди природним об'єктам, містять цінні елементи які можуть стати сировиною будівельної індустрії. Для отримання цих матеріалів у іншому місці, в значному віддаленні від споживачів, часто організовується нове виробництво зі своєю інфраструктурою і т.п. В цьому випадку негативну роль грає галузева роз'єднаність і не переслідуються інтереси виробництва і природокористування.
Не дивлячись на наявність невирішених проблем, може бути реалізований комплекс заходів, істотно знижуючих шкідливу дію на природне середовище. Необхідне створення ефективних способів обробки і використовування шахтних вод, зокрема повторного застосування їх на збагачувальних фабриках, а також запобігання шкідливого впливу шахтних вод шляхом створення штучних водоймищ або використовування існуючих водоймищ з відповідним биоценозом. Повторне (оборотне) використовування води в процесі збагачення корисних копалин виключає попадання у водні об'єкти вельми шкідливих флотореагентів,
нафтопродуктів, зважених речовин.
Шахта «Щегловська-Глибока» є діючим вугледобувним підприємством. Виробнича потужність шахти складає 600 тис. тон на рік, фактично здобуто в 2006 році – 979,5 тис. тон за рік. Чисельність працюючих складає 3,5 тис. чоловік.
На шахті є системи господарсько-питного і виробничого водопостачання, господарсько-побутової каналізації і водовідведення шахтних вод. Система зливової каналізації відсутня. На підприємстві є паспорт водного господарства і план водопровідних каналізаційних мереж.
Джерелом господарсько-питного і виробничого водопостачання шахти є водопровідні мережі КП «Макіївський міськводоканал» і Донецького РПУ КП «Компанія Вода Донбасу» (раніше Донецьке РУ ГПП «Укрпромводчермет»). Подача води від КП «Макіївський МВК» і передача йому господарсько-побутових стічних вод здійснюється на підставі договору. Договір з Донецьким РПУ КП «Компанія Вода Донбасу» був укладений 06.02.2004 г №75 у зв'язку з тим що мережі КП «Макіївський міськводоканал» не в змозі повністю забезпечити потреби шахти в питній воді. Додаткова угода до цього договору підписана 18.02.2006 р. і 15.10.2007 р.
Питна вода на шахті використовується як безпосередньо для господарсько-питних потреб (забезпечення працюючих, лазні, пральні, прибирання, столова), так і для виробничих потреб (підживлення оборотних систем водопостачання котельної і компресорної).
Для господарсько-питних потреб шахти в 2005-2006 рр. використовувалося майже 40 тис. м3/рік питної води.
В оборотний цикл компресорної входять турбокомпресори типу К-250, ЦТК-275, баштова градирня, насоси НД-320 (один робочий, один резервний), трубопроводи. Витрата води в системах оборотного водопостачання складає згідно госстатзвітності за формою №2 ТП (водхоз) 3025 тис. м3/рік. Облік оборотної води ведеться по продуктивності насосів і часу їх роботи.
Стороннім підприємствам і організаціям питна вода не пропонується.
Об'єми водовідведення стічних вод в систему господарсько-побутової каналізації приблизно відповідають об'ємам водоспоживання на господарсько-питні і виробничі потреби (за винятком безповоротних втрат) і складали 2005-2006 рр. близько 57 тис. м3/рік. Водовідведення стічних вод здійснюється в мережі міської каналізації КП «Макіївський міськводоканал».
Притока шахтних вод в гірські вироблення шахти «Щегловська-Глибока» складається з власної водопритоки, а також з водопритоки шахт, що закриваються, ім. Орджонікідзе і «Червоногвардійська».
Проектами закриття шахт ім. Орджонікідзе і «Червоногвардійська» передбачається ліквідація власних водовідливних комплексів і передача шахтних вод на водовідливній комплекс шахти «Щегловська-Глибока» який з урахуванням цього повинен бути реконструйований.
Згідно проектів закриття цих шахт додаткова притока в гірські вироблення шахти «Щегловська-Глибока» складе від шахти «Червоногвардійська» - 420 м3/год і від шахти ім. Орджонікідзе – 280 м3/год. При цьому власна притока шахти «Щегловська-Глибока» складає близько 380 м3/год.
Після ліквідації водовідливних комплексів шахт, що закриваються, вироблений простір спочатку затоплятиметься водою до певного рівня, після чого почнеться перетікання в шахту «Щегловська-Глибока». На першому этапі після ліквідації шахт ім. Орджонікідзе і «Червоногвардійська» загальна водопритока повинна скласти в середньому 939 м3/год, при максимальному 985 м3/год. На повний розвиток очікуються значення відповідно 1094 і 1216 м3/год.
Реалізовуючи проектні рішення ГП «Донвуглереструктурізация» протягом 2003-2006 рр. виконало реконструкцію водовідливного комплексу на шахті «Щегловська-Глибока» в кількості 66 основних засобів і актом приймання передачі від 01.12.2006 р. передало на баланс ДВАТ «Шахтоуправління Донбас». Новим водовідливним комплексом передбачено збереження існуючій 2-х східчастої схеми відкачування води на поверхню з реконструкцією водовідливів на горизонтах 534 і 915 м яка полягає в заміні насосних агрегатів і споруді нових насосних камер на горизонті 915 м з одночасною прокладкою 3 нових трубопроводів по клітьовому стовбуру №2.
Шахтні води шахти «Щегловська-Глибока» (власна притока і притока з ліквідованих шахт ім. Орджонікідзе і «Червоногвардійська») пройшовши шламовідстійник збираються в 5-ти водозбірниках V=300 м3, V=800 м3, V=1200 м3, V=2500 м3, V=2500 м3 звідки насосами ЦНС 300х480 (3 шт) і ЦНСШ 300х430 (7 шт) перекачуються на горизонт 534 м, де розташований перекачной водовідлив. На горизонті 915 м відбувається огорожа шахтних вод на пилепридушення і пожежогасіння. З горизонту 534 м шахтні води видаються на поверхню насосами ЦНС 300х600 (3 шт) і ЦНСШ 300х570 (7 шт).
В комплекс очисних споруд шахтних вод на поверхні входять наступні об'єкти:
- будівлі реагентного господарства (як коагуляція для зниження змісту зважених речовин, застосовуються сірчанокислий алюміній
спільно з реагентом Павлак-40);
- горизонтальний 3-х секційний відстійник;
- горизонтальний 4-х секційний відстійник;
- 2-х секційний контактний резервуар для хлорування шахтних вод;
- будівля хлораторной;
- трубопроводи господарсько-питної, технічної, хлорної води;
- відвідний колектор шахтних вод діаметром 800 мм;
- ставок-відстійник.
Проектна потужність очисних споруд – 1200 м3/год або 10,5 млн. м3/рік.
Динаміка скидання шахтних вод за останні роки показує зростання водопритоки, що почалося і продовжується: 2004 г – 1248 тис. м3, 2005 г – 1987 тис. м3, 2006 г – 3554 тис. м3, 2007 г (1-е півріччя) – 2606 тис. м3 (в середньому близько 600 м3/год).
Аналіз хімічного складу шахтних вод, що скидаються, показує, що механічне очищення по зважених речовинах і нафтопродуктах, а також показники по всіх інших нормованих речовинах знаходяться в межах допустимих в ПДС концентрацій. Виняток становить сольовий склад (мінералізація, хлориди, сульфати) [5].
Промислові стічні води і домішки, що знаходяться в них, 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 вода, що відводиться, поступово очищається спочатку від грубо- і колоїднодисперсних, а потім від істинно розчинених домішок. В процесі очищення проводяться також операції по обеззараженню вод, обробки опадів, що утворюються при осветлении вод, і рассолів - «хвостів» демінералізації вод.
Слід розрізняти методи механічного, хімічного, физико-хімічного і біологічного очищення виробничих стічних вод. Їх можна інтенсифікувати застосуванням електростатичних і магнітних полів. У всіх випадках очищення стічних вод першою стадією є механічне очищення, призначене для видалення грубодисперсних і колоїднодисперсних
частинок. Подальше очищення від істинно-розчинених хімічних речовин здійснюється різними методами: хімічними (реагентне осадження),
физико-хімічними (флотація, абсорбція, іонний обмін, дистиляція, зворотний осмос, ультрафильтрация і ін.) електрохімічними і біологічними. В окремих випадках для знищення вельми шкідливих речовин застосовують термічні методи. У багатьох випадках, доводиться застосовувати комбінацію вказаних методів.
Таким чином, залежно від характеру домішок, що містяться в стічних водах, застосовують ті або інші методи їх очищення. Найбільш часто використовується з них наступні:
1) для витягання зважених суспензій і эмульгованих домішок – коагуляція і флокуляція, осадження гравітаційне і відцентрове, фільтрування, флотація, центрифугування (для грубодисперсних частинок), електричні методи осадження (для мелкодисперсних і колоїдних частинок);
2) для очищення від мінеральних (неорганічних) істинно-розчинених з'єднань - реагентне осадження, іонний обмін, зворотний осмос, ультрафильтрация, електродіаліз, дистиляція, електричні методи;
3) для очищення від органічних сполук - екстракція, абсорбція, флотація, іонний обмін, реагентні методи (методи регенерацій); біологічне окислення, жидкофазне окислення, парофазне окислення, озонування, хлорування окислення електрохімії (деструктивні методи);
4) для очищення від газів і парів - віддувка, нагріваючи, реагентні методи;
5) для знищення шкідливих речовин - термічне розкладання.
В перспективі основна питома вага очищення стоків доводитиметься на механічний і физико-хімічний методи очищення (70% всіх стоків, що очищаються), а по капіталовкладеннях основну увагу надаватиметься физико-хімічному (54%) і хімічному (20%) методам.
Шахтні води в більшості випадків є суспензіями або емульсіями, 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 призначено для виділення з них нерозчинених зважених речовин (ВЗВ) як мінеральних, так і органічних, тобто для освітлення вод. Як правило механічне очищення є попереднім і рідше - остаточним етапом очищення вод. В основному, воно використовується для підготовки стічних вод для їх більш глибокого очищення на подальших етапах: физико-хімічному, біологічному і ін. Окрім терміну “механічне” в науково-технічній літературі застосовується також термін “гідромеханічне” очищення.
Видалення ЗР із води при її механічному освітленні здійснюється двома основними способами: осадженням і фільтруванням. Крім того, для цієї цілі використовується флотація, а також починають знаходити застосування електромагнітні методи. Іноді для витягання з шахтних вод крупних домішок (щоб уникнути засмічення труб, каналів, порушення роботи насосів і ін.)
застосовується проціджування. Воно здійснюється за допомогою грат і сит.
Як осадження, так і фільтрування може здійснюватися у безреагентному і реагентному режимах. Безреагентне осадження використовують звичайно для грубого очищення (залишкова концентрація ЗР 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 ЗР перед їх осадженням і фільтруванням.
Основними физико-хімічними методами агрегації колоїдних домішок є коагуляція і флокуляция. Обидва методи реалізуються шляхом додавання у воду хімічних реагентів і мають на меті прискорення процесу осадження тонкодисперсних домішок і эмульгованих речовин. Не дивлячись на загальну ціль використовування і зовнішню схожість між ними має місце принципова відмінність.
Коагуляція (злипання, згортання) заснована на попередній нейтралізації електричного заряду гідрофобних частинок розчиненим реагентом (коагуляцією) і їх подальшої агрегації.
Для коагуляції звичайно використовують солі алюмінію, заліза або їх суміші. Вибір коагулянту залежить від його складу, физико-хімічних властивостей і вартості, концентрації домішок у воді, від рН і сольового складу води.
Для флокуляції використовують сульфат алюмінію Al2(SO4)3х 18H2O; алюмінат натрія NaAlO2; гідроксохлорид алюмінію А12(ВІН)5С1; тетраоксосульфати алюмінію, калія і алюмінію-амонія. Із них найбільш поширений сульфат алюмінію, який ефективний в інтервалі значень рН-5-7,5. Він добре розчиним у воді і має відносно низьку вартість. Його застосовують в сухому вигляді або у вигляді 50%-го розчину.
Флокуляция не припускає нейтралізації зарядів частинок, а забезпечується з'єднанням частинок полімерними містками – молекулами адсорбованого або хімічно пов'язаного з частинками флокулянта. Вона використовується для агрегації гідрофільних колоїдних частинок.
За походженням розрізняють наступні види флокулянтів:
- неорганічні полімери;
- природні високомолекулярні органічні речовини;
- синтетичні органічні полімери.
В практиці очищення стічних вод найпоширенішими є синтетичні високомолекулярні флокулянти як неіонні, так і іонні. Зокрема для очищення шахтних вод найбільш часто використовують аніонні синтетичні флокулянти: технічний поліакріламид (ПАА), у вигляді густої желеподібної маси, що містить 4.9 % полімеру; флокулянты типу К-4, К-6; активована кремнієва кислота катионный флокулянт ВА-2.
При освітленні і обезбарвленні вод коагуляцією з подальшим відстоюванням і фільтруванням з них відаляється значна частина (90...95%) бактерій. Проте серед тих, що залишилися, можуть знаходитися і хвороботворні (патогенні) мікроорганізми. Тому перед використовуванням освітлених вод в технічному або господарсько-побутовому водопостачанні, в процесах демінералізації (особливо способами мембран) і, нарешті при відведенні в поверхневі водні об'єкти їх піддають обов'язковому обеззараженню (дезинфекції). Ефект обеззараження повинен складати практично 100%.
Окрім бактерійних домішок, в стічних водах можуть міститися також отруйні ціаніди і інші органічні і неорганічні сполуки, такі як сірководень, гідросульфід, сульфід і ін., які також повинні знешкоджуватися.
Для витягання із стічних вод перерахованих забруднювачів використовують так звані деструктивні методи їх руйнування під дією:
-сильних хімічних окислювачів;
-ультрафіолетового, ультразвукового і іонізуючого випромінювання;
-процесів електрохімії;
-високих температур;
-іонів благородних металів.
Механізм біологічного очищення вод. Методи біологічного очищення вод використовуються перш за все для витягання розчинених і колоїдних органічних речовин, а також деяких мінеральних домішок (типу сірководня, сульфідів, аміаку, нітриту і ін.). На гірничодобувних підприємствах їх рекомендується застосовувати для очищення господарсько-побутових стічних вод, а також глибокого очищення шахтних вод від зважених речовин і нафтопродуктів.
Процес очищення здійснюють за допомогою співтовариств мікроорганізмів, які використовують перераховані речовини для живлення в процесі своєї життєдіяльності і приросту біомаси. Співтовариство мікроорганізмів (биоценоз) включає звичайно множину різних найпростіших бактерій і ряд більш високоорганізованих організмів (водоростей, грибків
і ін.), зв'язаних між собою в єдиний комплекс складними взаємостосунками (метабіозу, симбіозу, антагонізму). Число рядів бактерій досягає 5...10, а число видів - декілька десятків і навіть сотень.
Біологічне очищення стічних вод може протікати в умовах аеробів (при обов'язковій присутності вільного розчиненого у воді кисню) і анаеробних (без доступу повітря). В першому випадку відбувається окислення а в другому відновлення забруднюючих речовин. Відповідно цьому мікроорганізми розділяються на дві групи: аеробні і анаеробні.
Процес окислення речовини дією бактерій аеробів (у 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 з'єднаннях - нітриті, нітратах, сульфатах і ін., відновлюючи останні [4].
Видобуток вугілля підземним способом не може проводитися без відкачування шахтних вод на поверхню. Видавана з шахти вода забруднена різною мірою зваженими і колоїдними речовинами, розчиненими мінеральними речовинами (солями) бактерійними домішками і тому, як правило, не може бути використана повністю в народному господарстві або бути скиненою у водоймище без попереднього очищення.
Досвід застосування розглянутих вище методів показує, що технічним рішенням освітлення шахтних вод в наземних умовах властиві значні недоліки:
а) складність технологічних схем і конструктивного виконання очисних споруд;
б) необхідність використовування в процесах очищення у великих кількостях дефіцитних і дорогих хімічних реагентів; кварцового піску; сорбентів і інших матеріалів (при цьому реагенти самі є забруднювачами вод);
в) висока вартість очисних споруд (від 6 до 15% основних фундацій);
г) недостатня гнучкість їх реагування на умови надходження забруднених вод, що змінюються, на вхід очисних споруд, а саме на зміну величини витрати (притоки) і особливо кількісного і якісного складу домішок забруднених вод;
д) відсутність простих і надійних рішень по чищенню місткостей і апаратів від залишкових продуктів очищення вод (тобто “хвостів” у вигляді опадів, фільтратів і ін.), регенерації наповнювачів апаратів (фільтруючого завантаження, сорбентів і ін.), а також по складуванню залишкових продуктів і їх утилізації;
е) відторгнення значних земельних площ під очисні споруди.
Вказані недоліки призводять до двох негативних наслідків:
- по-перше, невідповідності проектної ефективності очисних споруд реальної (як правило, в натурних умовах реальна ефективність значно нижче проектної);
- по-друге, обмеженню застосування в повному об'ємі технологічних схем і споруд для очищення вод. Освітлення часто обмежується лише однією стадією, а саме відстоюванням в горизонтальних секційних відстійниках, причому без застосування реагентів, і ставках-освітлювачах невеликої місткості.
Забруднення навколишнього середовища шахтними водами є гострою екологічною проблемою вугільної промисловості, науково-дослідні роботи в цьому напрямі проводяться, проте стадії широкого промислового упровадження ще не досягли.
Для вирішення цієї екологічної проблеми необхідно здійснити модернізацію і технічне переоснащення підприємств країни, розробити й упровадити нові технологічні схеми очищення шахтних вод.
Останніми роками розвивається новий напрям охорони водних ресурсів у вугільній промисловості: зниження забрудненості шахтних вод від зважених речовин в підземних гірських виробленнях. Його актуальність обумовлена збільшенням частки умовно чистих вод з погашених вироблень на діючих глибоких шахтах, число яких росте. Водопритока умовно чистих вод на шахтах коливається в межах 65—90 %. Проте в процесі руху по відкритих водозливних канавах транспортних вироблень такі води змішуються в головних водозбірниках з малими об'ємами вод, які відкачуються з горизонтів, що розробляються, і поступово забруднюються. Ураховуючи народногосподарську цінність умовно чистих вод, доцільно запобігати їх забрудненню за допомогою профілактичних
заходів, здійснюваних на водотранспортних ланцюжках діючих горизонтів і перед підходом до головних водозбірників тобто в підземних умовах.
Найважливішим етапом є забезпечення якості шахтних вод при їх відведенні в поверхневі водні об'єкти. Воно досягається очищенням
останніх, під якою розуміється їх обробка з метою руйнування і видалення з них шкідливих речовин. Очищення шахтних вод полягає в їх освітленні (витягання зважених речовин), обеззараженні, демінералізації, зниженні кислотності, обробці й утилізації опадів.
В результаті очищення вод знижується їх негативна дія на стан поверхневих водних об'єктів. Крім того, завдяки очищенню шахтні води готуються для використовування на виробничі потреби самої шахти, сусідніх підприємств, а також в сільському господарстві. Частіше всього такі води застосовуються на збагачувальних фабриках і установках з мокрим
збагаченням вугілля; для профілактичного замулювання, гасіння порідних відвалів, гідрозакладки виробленого простору і гідротранспорту;
в установках і пристроях для боротьби з пилом на технологічному комплексі поверхні шахт і збагачувальних фабриках; в котельних
(включаючи золовидалення); в стаціонарних компресорних, дегазаційних установках і кондиціонерах.
Досвід експлуатації поверхневих одноступінчатих відстійних споруд показує, що ефективність їх роботи недостатня для отримання умовно чистих вод, складаючи на практиці 20..40 %, тобто в середньому 30 %.
Таким чином, необхідне удосконалення відомих і розробка нових методів і технологічних схем осветления шахтних вод. Щоб скоротити витрати на будівництво очисних споруд зменшити земельні відводи під забудову проммайданчиків і підвищити ефективність роботи очисних споруд необхідно прагнути недопущення надмірного забруднення шахтних вод і освітлення їх у всіх ланках каналізації від діючих очисних і підготовчих забоїв до поверхні.
Перш за все, на сучасному етапі промислового розвитку необхідно підвищити значення профілактичних заходів направлених на попереднє зменшення або повне попередження забруднення шахтних вод в межах первинних джерел їх виникнення [4].
Профілактичні заходи, попереджаючи або зменшуючи забруднення вод, роблять в одних випадках не потрібним будівництво очисних споруд, а в інших – зменшують навантаження на них, а тим самим упорядковують їх роботу, підвищують ефективність і надійність, зменшують габарити споруд.
З цих міркувань доречне перенесення операцій по освітленню (відстоюванню) шахтних вод з поверхні в підземні умови.