RUS UKR ENG

ДонНТУ Портал магистров ДонНТУ

Сидоренко Анастасия Александровна

Факультет экологии и химической технологии
Кафедра природоохранной деятельности (ПД)
Специальность «Экология горных технологий» (ЭГТ)

Выбор и обоснование технологических решений для очистки шахтных вод и повышение эффективности их повторного использования при доработке запасов шахты «Белозерская»

Научный руководитель: к.т.н., доцент Выговская Даниэла Данииловна

Резюме    Биография    Библиотека    Ссылки    Отчет о поиске    Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы



Содержание

1. Актуальность темы

2. Цели и задачи исследования

3. Анализ влияния предприятий горной промышленности Донецкой области на гидросферу

4. Характеристика процессов водопотребления и водоотведения на шахте «Белозерская»

5. Существующие методы очитски сточных вод

6. Направления технологических решений для снижения вредного влияния шахты «Белозерская» на водную среду

Выводы

Литература

1.Актуальность темы

На протяжении многих лет в Донбассе сложилась весьма напряженная экологическая обстановка которую обеспечивает все возрастающее техногенное воздействие на окружающую среду. Здесь широко представлены предприятия металлургической, энергетической, коксохимической, строительной и других отраслей промышленности. Особенно большое влияние оказывает горнодобывающая промышленность: разработка углей и других полезных ископаемых. Техногенная нагрузка на окружающую среду в регионе превышает среднюю в 5-15 раз [1]. Это обусловливает самую высокую в Украине интенсивность потребления чистой пресной воды — около 2,5 млрд. м3 в год.

Усугубляет сложившуюся ситуацию отсутствие современных объектов очистки сточных вод, что вызывает мощный сброс недостаточно очищенных сточных вод в малые реки Донбасса (около 3,7 млрд. м3 в год). Этот уровень является самым высоким в Украине.


Сброс недостаточно очищенных сточных вод в реки Донбасса


Рисунок 1.1 — Сброс сточных вод в природный объект


Перечисленные факторы, а так же маловодность региона являются причиной превышения промышленно-бытового стока над объёмами естественного стока рек Донбасса.

На превышение уровня водоотведения над уровнем водопотребления основное влияние оказывает сброс в региональную гидрографическую сеть попутно-добываемых шахтных вод в количестве около 0,9 млрд. м3 в год (10 м3 на тонну угля), что сопоставимо с притоком пресных вод по каналу Северский Донец-Донбасс [2]. И как следствие этого — отсутствие в Донбассе чистых рек.

Сбрасываемые шахтные воды характеризуется наличием в своем содержании большого количества минеральных примесей и отличается значительной минерализацией и существенной бактериальной загрязненностью. Шахтные воды при отсутствии очистных сооружений, попадая в поверхностные водоемы и водотоки, загрязняют их. Поэтому загрязненные, попутно забираемые шахтные воды при соответствующей очистке являются источником пополнения запасов пресной воды, что влечет за собой решение проблемы дефицита воды в регионе, а также возможность их применения для повторного использования на пылеподавление, хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения шахт, орошения сельскохозяйственных угодий, разведения рыбы и т.п.

2. Цели и задачи исследования

Цель работы — получение возможного эколого-экономического эффекта путем повышения качества очистки шахтных вод для их повторного использования при усовершенствовании технологии очистки шахтных вод в условиях шахты «Белозерская».

Идея работы — выбор и обоснование усовершенствованной технологии очистки шахтных вод для их повторного использования.

Задачи:

— изучение и анализ ситуации на предприятии;

— оценка негативного влияния предприятия на ОПС;

— анализ исследования сточных вод предприятия;

— рассмотрение существующих способов очистки шахтных вод, выбор оптимальной технологической схемы;

— разработка и обоснование параметров принятой технологической схемы очистки шахтных вод;

— расчет ожидаемого экономического эффекта возможного в результате осуществления предложенных технологических решений.

Объект исследования — водоотливное хозяйство шахты «Белозерская».

Предмет исследования — технологические процессы очистки и повторное использование шахтных вод.

Научная новизна:

— установление зависимости количества откачиваемой воды из шахты во времени;

— прогнозирование максимальной откачки воды из шахты при ее максимальной загрузке;

— обоснование направления рационального использования природного ресурса (воды) в условиях реального предприятии;

— технико-экономическое обоснование использования воды как сырьевого ресурса.

3. Анализ влияния предприятий горной промышленности Донецкой области на гидросферу

На территории Донецкой области 334 реки, протяжённость которых более 10 км, создано 141 водохранилище, значительную роль играет канал Северский Донец-Донбасс. Он является основным источником хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения региона. По нему подаётся около миллиарда кубических метров воды в год. Используется также артезианская вода, вода из поверхностных водоёмов, однако качество воды из местных источников, как правило, не соответствуют гигиеническим требованиям к питьевой воде. В ряде районов предприятия и население испытывают острый дефицит воды.

В регионе высокая плотность населения — на территории Донбасса проживает около 7 миллионов человек. Действует большое количество крупных промышленных предприятий (около 1500), предприятий сельского хозяйства [2]. Это обусловливает самую высокую в Украине интенсивность потребления чистой пресной воды — около 2,5 млрд. м3 в год.

Проблема хозяйственно-питьевого водоснабжения связана с нарастающим дефицитом питьевой воды, загрязнением основных источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения — рек Днепр и Северский Донец, а также питьевых и технических водохранилищ, практически всех малых рек Западного и Центрального Донбасса, а именно рек Кальмиус, Миус, Бахмут, Соленая, Самара и многих других. Вода последних становится непригодной для нужд сельского хозяйства, рыбохозяйственных и культурно-бытовых целей из-за значительного повышения уровня минерализации, загрязненности взвешенными веществами и органическими соединениями, а также по бактериологическим показателям [3].

Около 60-70% проб воды, берущихся на анализ из местных источников, малых рек показывают их непригодность для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Это может в свою очередь привести к исключению из системы хозяйственно-питьевого водоснабжения Донецкой области таких резервных источников, как Карловское и Ольховское водохранилища [4]. В маловодные годы дефицит воды даже в условиях спада производства составляет, примерно, 500 млн. м3/год; четвертая часть городов области (к которым относятся Горловка, Макеевка, Константинова, Торез, Снежное, Димитрово, Новогродовка и многие шахтерские поселки) получает воду по графику.

Кризисная ситуация с водой в Донбассе усугубляется и такими факторами, как хроническое отставание на всех предыдущих этапах развития водного хозяйства региона темпов строительства объектов очистки и канализации сточных вод от темпов строительства промышленных объектов водоснабжения (водоотведения), а также возникшее к настоящему времени несоответствие эффективности работы многих очистных сооружений, построенных 30...50 лет назад [3], современным требованиям водоохранного законодательства Украины, которые существенно ужесточились, приблизившись к международным требованиям.

В результате указанного дисбаланса в водные объекты (прежде всего реки) Донбасса ежегодно сбрасываются сотни миллионов кубических метров неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод.

Особый вклад в этот процесс вносят предприятия угольной промышленности Донбасса, которые сбрасывают в гидрографическую сеть региона шахтные воды с расходом 22 м3/с (около 900 млн. м3/год).

Шахтные воды оказывают сильное негативное воздействие на состояние водных объектов Донбасса. Это объясняется тем, что:

— во-первых, их сток настолько велик, что объемы сбрасываемых шахтных вод стали сопоставимыми с объемами естественного стока малых рек;

— во-вторых, качество откачиваемых шахтных вод не соответствует современным требованиям «Правил охраны поверхностных вод от загрязнения возвратными водами».

— в-третьих, в региональные сферы интенсивного техногенного воздействия угледобычи на гидрографическую сеть Донбасса уже в течение длительного времени вовлечены огромные территории от Дона до Днепра, где работает более сотни угольных шахт [4].

Шахтные воды являются попутным продуктом добычи угля. В формировании их притоков и состава определяющими являются атмосферные, геолого-структурные, гидрогеологические и гидродинамические условия, а также горнотехнологические факторы разработки месторождения.

Сточные воды горной промышленности подразделяют на следующие группы:

— шахтные воды (шахтные воды и воды от осушения шахтных полей);

— карьерные воды разрезов (карьерные воды и воды от осушения карьерных полей);

— производственные сточные воды (поверхностного комплекса шахт, разрезов, обогатительных фабрик, заводов и др.);

— хозяйственно-бытовые сточные воды работающих производств;

— коммунально-бытовые воды населения поселков, находящихся на балансе угольных предприятий.

Наибольший вред окружающей среде наносят загрязненные рудничные воды, сток которых начинается при вскрытии водоносных горизонтов подземными горными выработками. Таким образом, решающую роль в формировании стока шахтных вод играют подземные воды.

При производстве подземных горных работ образуются три вида водопритоков (три системы обводнения) по шахтному полю: при проходке подготовительных и основных выработок; при очистных работах; из погашенных выработок.

При проходке выработок и ведении очистных работ вокруг выработок и над выработанным пространством формируются так называемые депрессионные поверхности (воронки), наличие которых указывает на постепенное понижение уровня воды в водоносном горизонте, хотя приток ее может быть продолжительным и значительным по величине.

Образующиеся депрессионные воронки резко нарушают природный режим водоносных пластов. Если запасы воды в одиночном пласте невелики по сравнению с оттоком, то происходит постепенное осушение подработанной части водоносного пласта и даже прекращение притока. При больших запасах воды в водоносных пластах приток ее в шахту по мере постепенного развития очистных работ возрастает.

В районах интенсивной разработки угольных месторождений из-за образования депрессионных воронок наблюдается общее понижение уровня подземных вод [5], т.е. осушение горного массива на некоторую глубину от поверхности, следовательно, уровня питьевой воды в колодцах.

Шахтные воды формируются за счет подземных и поверхностных вод, проникающих в подземные горные выработки. Стекая по выработанному пространству и горным выработкам, они загрязняются взвешенными и обогащаются растворимыми химическими и бактериологическими примесями, приобретают в некоторых случаях кислую реакцию. Наличие загрязнений в воде вызывает ее помутнение, обуславливает окисляемость и цветность, придает запах и привкус, определяет минерализацию, кислотность и жесткость.

Взвешенные вещества образуются и поступают в воду в результате разрушения горного массива и при погрузке отбитой массы на транспортные средства; при дренаже вод через выработанное пространство на штрек; при прикреплении выработок. Такие источники загрязнения называются основными или первичными. В условиях горного производства возникают и вторичные источники поступления взвесей в шахтные воды: при транспортировке горной массы (особенно на погрузочных пунктах, на пересыпах, по стволам), при движении транспорта и перемещении людей в подтопленных местах выработок, при сдувании вентиляционными струями технологической и инертной пыли.

Активным источником загрязнения воды в транспортной выработке является конвейер. При переполнении ставов скребковых конвейеров горной массой выше бортов она сползает на почву и увлекается водой. Угольная и породная мелочь стряхивается с цепи и скребков конвейера в пространство, окружающее приводную головку, в том числе в водный поток [6]. Повышается загрязненность воды в первую очередь у пересыпов, особенно если в их окрестности выработка подтоплена.

Освоение новых угольных месторождений в сложных гидрогелогических условиях, а также постоянный переход горных работ на более глубокие горизонты приводят к увеличению объемов и загрязненности попутно-добываемых вод.

Постоянно растущие требования к качеству сточных вод при их выпуске в поверхностные водные объекты обусловливают необходимость применения различных водоохранных мероприятий, методов и технологий.

4. Характеристика процессов водопотребления и водоотведения на шахте «Белозерская»

Шахта «Белозерская» расположена в центральном угленосном районе Донецкого бассейна и по административному делению входит в состав Добропольского района Донецкой области Украины. Наиболее крупными населенными пунктами, расположенными вблизи шахты, являются города Доброполье и Белозерское. В горно-промышленном отношении шахта подчинена ГХК «Добропольеуголь». Производственная мощность шахты 1,1 млн. т/год. Количество работающих на 01.01.2011 составляет 3038 человек.

На шахте имеются системы хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения, хозяйственно-бытовой канализации и водоотведения шахтных вод. Система ливневой канализации отсутствует.

Источником хозпитьевого водоснабжения шахты являются водопроводная система Добропольского ПУВКХ КП «Компания «Вода Донбасса» и Красноармейского РПУ «Компания «Вода Донбасса».

Расход питьевой воды составляет:

— 177,0 тыс. м3/год; 484,94 м3/сут. — Красноармейское РПУ КП «Компания «Вода Донбасса»;

— 4,7 тыс м3год; 12,88 м3/сут. — Добропольское ПУВКХ КП «Компания «Вода Донбасса».

— на промплощадке воздухоподающей скважины — 1,11 м3/сут.

Источником производственного водоснабжения принята шахтная вода, очищенная от механических и бактериологических загрязнений. Общий средний расход очищенной шахтной воды по шахте составляет 1021 м3/сут.

Потребителями являются комплексное обеспыливание и противопожарное водоснабжение горных выработок, гашение шлака в котельной, СИОТы техкомплекса, газоочистная установка котельной и хлораторная [7].

В процессе эксплуатации шахты образуются следующие виды стоков: бытовые, производственные, дождевые и шахтные.

Общее количество бытовых стоков по шахте составляет 316,5 м3/сут. Бытовые стоки на промплощадках по самотечным трубопроводам направляются в насосную станцию, откуда перекачиваются в канализационную сеть г. Белозерское и далее совместно с городскими стоками поступают на существующие очистные сооружения полной биологической очистки.

Производственные стоки системой самотечных трубопроводов на основной и промышленной площадках главного ствола направляются в насосные станции, откуда перекачиваются в отстойник шахтных вод, проходят очистку, использование и сброс совместно с шахтными водами. Количество производственных стоков составляет 720 м3/сут.

Дождевые стоки по спланированной поверхности на основной и промышленной площадки главного ствола отводятся в резервуары, емкость которых рассчитана на 20-минутную аккумуляцию самой загрязненной части стоков. Из резервуаров дождевые стоки перекачиваются в отстойник шахтных вод для совместной их очистки и сбрасываются в реку Бык.

Приток шахтной воды на основной промплощадке составит 10357 м3/сут. Шахтная вода шахты «Белозерская» через сеть шахтных водосборников откачивается с горизонтов 200 м и 500 м в горизонтальный отстойник емкостью — 2400 м3, состоящий из 3-х секций. Обеззараживание осуществляется перед горизонтальным отстойником.

После горизонтального отстойника вода направляется последовательно в пруды осветлители №1 и №2 (общей емкостью 80 тыс. м3) и далее по самотечному коллектору по балке Червонный Яр в пруд КСП «Святогоровское» и сбрасывается в р. Бык [7].

Выданная на поверхность шахтная вода поступает в отстойник шахтных вод, обеззараживается жидким хлором.

Схема очистки шахтных вод предприятия представлена на рисунке 4.1.

Схема очистки шахтных вод предприятия


Рис. 4.1 — Схема очистки шахтных вод на предприятии

Часть шахтной воды используется на производственные нужды (1021 м3/сут), а оставшаяся часть самотеком поступает в существующие пруды &ldash; осветлители № 1 и 2, где осветляется от взвешенных веществ перед сбросом в реку Бык.

Для учета использования вод и их лабораторного анализы применяется следующее оборудование:

— учет потребления питьевой воды ведется по водомерам типа: РН 117509, СВК 1,5. МЦ-80, NZ-50;

— учет сброса шахтных вод осуществляется по геологическому притоку воды;

— расход сточных вод(хозбытовых и производственных), поступающих в сети канализации определяется расчетным путем;

— лабораторный контроль качества сбрасываемых хозбытовых и производственныx сточных вод в сети канализации осуществляет лаборатория Добропольского ПУВКХ КП «Компания «Вода Донбасса»;

— лабораторный контроль качества шахтных вод на сбросе в б. Червоный Яр осуществляет аккредитованная лаборатория О.П. Управления по тушению, профилактике породных отвалов и рекультивации земель «ГП «Добропольеуголь». Аттестат аккредитации №ВЛ-528-07 от 5.10.07.

— учет шахтных вод на пылеподавление — по производительности и времени работы насоса, подающего воду в шахту.

5. Существующие методы очистки сточных вод

В связи с тем, что шахтные воды, выдаваемые на поверхность, содержат в себе загрязнения различных видов и их использование без предварительной очистки невозможно, то существует традиционная классификация методов очистки шахтной воды.

По традиционной классификации выделяют следующие методы очистки шахтных вод:

— механические методы (отстаивание, флотация, центрифугирование, фильтрование;

— физико-химические методы (агрегация, окисление, адсорбция, экстракция, ионный обмен, перевод примесей в нерастворимое состояние;

— физические методы (изменение фазового состояния воды, облучение, обработка электрическими и магнитными полями, аэрирование, эвапорация);

— биологические (биохимические) методы предназначены для очистки воды, содержащей загрязнения органического происхождения.

Методы очистки шахтных вод обусловливаются их физико-химическими и технологическими свойствами, а также климатическими условиями угольных месторождений.

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.

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

— 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);

— для очистки от минеральных (неорганических) истинно-растворенных соединений — реагентное осаждение, ионный обмен, обратный осмос, ультрафильтрация, электродиализ, дистилляция, электрические методы;

— 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);

— для очистки от газов и паров — отдувка, нагрев, реагентные методы;

— 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 (табл. 5.1)

Таблица 5.1 — Показатели удельного веса очищаемых стоков и капиталовложений на строительство очистных сооружений по методам очистки в основных отраслях промышленности (в % к итогу) [8].

Методы очистки Количество очищаемых стоков, % Капиталовложения на строительство
очистных сооружений, %
Перспектива Перспектива
Ближайшая Отдаленная Ближайшая Отдаленная
Механический 27 29 8 8
Физико-химический 44 41 61 54
Химический 15 15 17 20
Биохимический 14 15 14 18
И Т О Г О: 100 100 100 100

Механическая очистка сточных вод предназначена для выделения из них нерастворенных взвешенных веществ (ВЗВ) как минеральных, так и органических, т.е. для осветления вод.

Осветление воды может быть достигнуто путем отстаивания и фильтрования ее. Причем отстаивание может быть простым механическим, когда очищаемая вода проходит через специальные бассейны (отстойники) с весьма малой скоростью, а также химическим, когда присутствует ввод реагента.

Отстаивание шахтных вод — это метод очистки от взвешенных в ней частиц различных веществ путем их осаждения под действием силы тяжести.

Отстойники для очистки шахтных вод подразделяют на песколовки, отстойники и осветлители.

Песколовки (горизонтальные и вертикальные) применяют для предварительного выделения из шахтных вод тяжелых минеральных примесей.

Отстойники (периодического и непрерывного действия) — это сооружения, где происходит оседание взвешенных в воде твердых частиц. На шахтах применяют отстойники непрерывного действия, которые предназначены для улавливания частиц конкретного фиксированного размера независимо от общего эффекта осветления воды и улавливания определенного количества взвесейс учетом
требуемого эффекта.

Осветлители — это аппараты для процесса глубокого осветления предварительно обработанной коагулянтом шахтной воды путем ее пропускания через слой ранее образованного осадка (контактной среды). В основном используются осветлители со взвешенным слоем осадка.

В качестве осветлителей могут использоваться гидроциклоны и центрифуги. Это центробежные устройства, в которых сила, действующая на частицы примесей, будет больше силы тяжести. Гидроциклоны различают открытые — для выделения оседающих и всплывающих примесей и напорные — только оседающих агрегатоустойчивых грубодисперсных.

Если после предварительного осветления в отстойниках, осветлителях или в гидроциклонах не удается получить воду требуемого качества, то ее дочищают с помощью фильтрования, выделяя тонкодисперсные, коллоидные твердые или жидкие частицы.

Фильтрованием называется процесс прохождения осветляемой воды через слой фильтрующего материала под действием разности давлений, создаваемой избыточным напором или разряжением воздуха. В результате фильтрования идет разделение твердой и жидкой фазы, жидкая фаза проходит через поры перегородки и собирается в виде фильтрата, а твердая (осадок) задерживается на поверхности перегородки. Водоочистные сооружения, на которых происходит процесс фильтрации, называются фильтрами. В зависимости от вида фильтрующей среды фильтры делятся на тканевые, сетчатые, каркасные, намывные, зернистые и др [8]. При очистке шахтных вод, когда приходится иметь дело с большими объемами воды, используют фильтры с сетчатыми элементами и фильтры с зернистой загрузкой, для работы которых не требуется больших давлений.

В шахтной воде, откачиваемой на поверхность, содержатся весьма мелкие частицы, вплоть до коллоидных. При этом коллоидные частицы могут находиться во взвешенном состоянии неопределенно долгое время. Таким образом, обеспечивается лишь грубая очистка шахтных вод. В шахтных водах количество грубых взвесей незначительно и поэтому механическое отстаивание, а также фильтрация широко не применяется.

Для их осаждения, а также вообще для ускорения процесса осаждения взвеси применяют физико-химические методы обработки воды — вносят коагулянты и флокулянты, имеющие заряд, противоположный заряду взвешенных частиц. В результате заряды последних нейтрализуются, начинают слипаться, образовывать более тяжелые хлопья, которые легко оседают, увлекая за собой частицы, еще не подвергшиеся обработке коагулянтом.

Коагулянт


Рисунок 5.1 — Коагулянт


Коагулянты — вещества, способствующие объединению мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления. Применение коагулянтов производится с целью снижения окисляемости обрабатываемой воды, содержания взвешенных веществ, уменьшения общей щелочности и улучшения основных технологических процессов обработки воды, происходящих в осветлителях и очистных сооружениях.

В процессе обработки шахтных вод можно использовать такие коагулянты: сульфат алюминия [А12(S04)3], сульфат и хлорид железа [Fе2(S04)3, FеС13], а также гидроксидхлорид алюминия [А12(ОН)nС16n] («Полвак»). Выбор целесообразного типа коагулянта и его дозы необходимо проводить на основании результатов технологических исследований, а также в соответствии со СНиП 2.04.02 [2].

Эффективность коагуляции повышается при постоянстве состава и температуры воды, небольшом ее расходе, а также правильном выборе коагулянта, равномерном перемешивании его в воде.

Для интенсификации процесса коагулирования с успехом применяются флокулянты — высокомолекулярные вещества (минеральные или органические).

Флокулянт


Рисунок 5.2 — Флокулянт


Флокулянты — это вещества, ускоряющие слипание агрегативно неустойчивых частиц в обрабатываемой воде, тем самым интенсифицирующих процесс образования хлопьев и увеличивающих их размеры. Ввод флокулянта в обрабатываемую воду позволяет улучшить осветление воды и фактическую производительность осветлителей, качество обрабатываемой воды по ряду контролируемых показателей. Так, например, снижается общая щелочность (на 55-70 %), значительно снижается содержание общего железа (до 30-55 %), а взвешенных веществ в 3-5 раз.

В настоящее время из минеральных флокулянтов наиболее широкое применение в практике очистки воды получила активированная кремниевая кислота, а из органических — полиакриламид. Дозы флокулянтов зависят от качества обрабатываемой воды (сырой, отстоянной). Использование флокулянтов позволяет сократить дозу коагулянта.

Флокулянты вводятся в обрабатываемую воду одновременно с введением коагулянтов, до или после них (порядок введения реагентов определяется экспериментально).

Следует отметить, что расчетные дозы реагентов позволяют установить размеры и производительности сооружений для их растворения и дозирования, при этом годовой расход реагентов определяется с учетом изменения доз реагентов при сезонных изменениях качества воды используемого источника [9].

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.

Биологическая очистка сточных вод может протекать в аэробных (при обязательном присутствии свободного растворенного в воде кислорода) и анаэробных (без доступа воздуха) условиях. 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 [8]. Анаэробные бактерии осуществляют свою жизнедеятельность, используя кислород, содержащийся в различных химических соединениях — нитритах, нитратах, сульфатах и др., восстанавливая последние.

В последние годы развивается новое направление охраны водных ресурсов в угольной промышленности: снижение загрязненности шахтных вод от взвешенных веществ в подземных горных выработках. Его актуальность обусловлена увеличивающейся долей условно чистых вод из погашенных выработок на действующих глубоких шахтах, число которых растет. Водоприток условно чистых вод на шахтах колеблется в пределах 65-90 %. Однако в процессе движения по открытым водосливным канавкам транспортных выработок такие воды смешиваются в главных водосборниках с малыми объемами вод, которые откачиваются с разрабатываемых горизонтов и постепенно загрязняются. Учитывая народнохозяйственную ценность условно чистых вод, целесообразно предотвращать их загрязнение с помощью профилактических мероприятий, осуществляемых на водотранспортных цепочках действующих горизонтов и перед подходом к главным водосборникам, т. е. в подземных условиях.

Технологическая схема очистки шахтных вод в подземных условиях делает в одних случаях не требуемым строительство очистных сооружений, а в других — уменьшает нагрузку на них, а тем самым упорядочивают их работу, повышает эффективность и надежность, уменьшает габариты сооружений. При разработке технологии очистки шахтных вод в подземных условиях руководствуются СНиП 11 94-80 «Подземные горные выработки».

6. Направления технологических решений для снижения вредного влияния шахты «Белозерская» на водную среду

Существующая на шахте технологическая схема очистки шахтной воды содержит в себе несколько недостатков:

— отторжение значительных земельных площадей под очистные сооружения;

— низкий эффект очистки шахтных вод;

— недостаточная гибкость реагирования на изменяющиеся условия поступления загрязненных вод на вход очистных сооружений, в частности, на изменение величины расхода (притока), особенно количественного и качественного состава примесей загрязненных вод.

Наличие недостатков свидетельствует о необходимости внедрения новой технологической схемы очистки шахтных вод.

Предлагается технологическая схема очистки, которая будет включать подземную и поверхностную очистку шахтных вод (комбинированный способ очистки), с учетом полученных данных с помощью корреляционного и регрессионного анализов будет осуществляться выбор наиболее эффективного и низкозатратного способа очистки.

На блок-схеме (рис. 6.1) предлагается технологическая схема очистки шахтной воды и ее повторного использования для нужд сельского хозяйства на поверхности. Планируется удаление взвешенных веществ до концентрации 20 мг/л, частичное удаление нефтепродуктов до 0,2 мг/л и снижение минерализации до 1,5 мг/л.

Производительность очистных сооружений будет соответствовать притоку шахтных вод в сутки 10357 м3/сутки; 431,5 м3/час; 0,12 м3/с.

Блок-схема очистки шахтных вод на поверхности

Анимация 6.1 — Блок-схема очистки шахтных вод на поверхности

(Уср. — усреднитель шахтных вод; Н/с — насосная станция; ОГЦ — открытый гидроциклон; ШС — шайбовый смеситель; ТО — тонкослойный отстойник; ФХ — флокулянтное хозяйство; СГ — сгуститель; Ш — шламонакопитель; СФ — скорый фильтр;
РЧВ — резервуар чистой воды;)

Вода от шахтного ствола поступает в усреднитель, предназначенный для усреднения расхода и показателей качества воды и для обеспечения равномерной и непрерывной работы остальных сооружений. Затем вода насосом перекачивается в открытый гидроциклон (ОГЦ), где крупные примеси (угольные частицы, крупностью > 1 мм) центробежными силами отбрасываются к стенкам и под действием силы тяжести сползают вниз и удаляются. Тонкодисперсные частицы взвеси для удаления из шахтной воды требуют предварительного укрупнения (агрегации), поэтому предусматриваем обработку очищаемой шахтной воды катионным флокулянтом (флокатоном). Для приготовления раствора флокулянта требуемой концентрации устраиваются растворные баки с подводом воды из водопровода. Для смешивания раствора флокулянта с обрабатываемой шахтной водой после открытого гидроциклона на трубе устраивается шайбовый смеситель.

Вода после смешивания с реагентом поступает в тонкослойный отстойник для удаления тонкодисперсных флокулированных взвесей. В вихревой камере хлопьеобразования образуются хлопья, которые осаждаются в тонкослойных каналах и сползают по полкам в зону накопления осадка. Осадок отводится в сгуститель, откуда периодически сбрасывается в шламонакомитель. Осветленная вода собирается над тонкослойными модулями дырчатыми трубами и отводится из отстойника.

После тонкослойного отстойника вода поступает на скорый фильтр. Этот фильтр работает по принципу объемного фильтрования, когда примеси задерживаются в порах фильтра по всему объему загрузки за счет прилипания тонкодисперсных частиц (в десятки и сотни раз меньший размера пор) к зернам фильтрующего материала. Из скорого фильтра вода поступает в резервуар чистой воды (РЧВ). Для приведения солесодержания шахтной воды в соответствии с требованиями потребителя рекомендуется устроить пруд, в котором вода будет разбавляться пресными атмосферными осадками (дождевые воды, таяние снега и т. д.), после чего воду можно использовать на орошение с/х угодий. При отсутствии забора воды для орошения (зимний период, сезон дождей) шахтная вода сбрасывается в реку.

Для обеззараживания воды принят гипохлорит натрия. NaOCl получают электрохимическим путем с помощью электролиза раствора поваренной соли.

Выводы

С целью снижения техногенного влияния горнодобывающего предприятия на состояние гидрографической сети региона необходимо осуществить модернизацию и техническое переоснащение, разработать и внедрить новые технологические схемы очистки шахтных вод.

Для очистки шахтных вод в условиях шахты «Белозерская» принят комбинированный способ очистки.
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена.

Литература
  1. Волкова Т.П., Попова Ю.С., Волкова К.В. Аналіз та оцінка впливу промислових підприємств на забруднення грунтів Донецької області // Проблемы экологии. — Донецк: ДонНТУ. — 2005. — №1-2. — 164 c.
  2. Романова В.Ю., Костенко В.К., Колесникова В.В., Мартынова Е.А. Основы экологии / Учебное пособие для студентов заочного отделения. — Донецк: ДонНТУ. — 2005. — 210 c.
  3. Костенко В.К., Матлак Е.С., Шафоростова М.Н., Завьялова Е.Л. Технологические и организационные аспекты комплексного использования ресурсов угольных месторождений. — Донецк: ДонНТУ. — 2008. — 514 c.
  4. Физико-химические основы технологии деминерализации шахтных вод: Монография / [Гребенкин С.С., Костенко В.К., Матлак Е.С. и др.]; под общ.ред. Костенко В.К. — Донецк: «ВИК». — 2008. — 287 с.
  5. Матлак Е.С., Рудакова Ю.Ю., Жилин М.В. Организационно-методические аспекты процесса вовлечения попутно-добываемых шахтных вод в хозяйственное водоснабжение Донбасса. Загальнодержавний науково-технічний журнал «Проблеми екології». — Донецьк: ДонНТУ. — № 1-2. — 2008. — c. 121.
  6. Николин В.И., Матлак Е.С. Охрана ОС в горной промышленности. — К.; Донецк: Вища шк. Головое изд-во. — 1987. — c. 27-30.
  7. Разрешение на специальное водопользование и нормативы предельно-допустимого сброса (ПДС) веществ в водный объект с возвратными водами шахты «Белозерская». — Доброполье. — 2006г.
  8. Костенко В.К., Матлак Е.С. и др. Физико-химические основы технологии осветления и обеззараживания шахтных вод: Монография / Под общ. ред. Костенко В.К. — Донецк: «ВИК». — 2009. — 438 с.
  9. Абрамов Н. Н. Водоснабжение. Учебник для вузов. Изд. 2-е перераб. и доп. М., Стройиздат. — 1974. — 480 с.: [Электронный ресурс]. — Режим доступа:http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-15/

Резюме    Биография    Библиотека    Ссылки    Отчет о поиске    Индивидуальный раздел