ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1. Актуальность темы

Пресная вода – один из важнейших минеральных ресурсов. Её запасы распределены неравномерно, а потребление постоянно возрастает в связи с ограниченными возможностями её замены в роде, технологий.

Чрезвычайную остроту проблемы хозяйственно – питьевого водоснабжения приобрела для Донбасса, где основным источником пресной воды (80%) является канал Северский Донец – Донбасс с весьма изношенной инфраструктурой, что обусловливает большие потери потока. Других источников водоснабжения, которые могли бы покрыть дефицит воды в Донбассе, нет. В этих условиях поиск альтернативных источников хозяйственно – питьевого и технического водоснабжения в регионе является весьма актуальным. [1]

Одним из таких источников могут служить шахтные воды горнодобывающих предприятий, которые откачивают их в объеме 900 млн. м3/г, что соизмеримо с объемом воды, транспортируемой по каналу Северский – Донец Донбасс.

Расширение области и использования угольными предприятиями шахтных вод на собственные хозяйственно – питьевые и технологические нужды с соответствующим сокращенным воды питьевого качества из её природных источников имеет одновременно важное природоохранное значение, так как его можно рассматривать как вклад в решение важной экологической задачи – предотвращение истощения водных природных ресурсов.

Деминерализационные установки

Рисунок 1 – Деминерализационные установки

В настоящее время лишь 13–15% шахтных вод используется на технологические нужды и совершенно не используется для хозяйственно–питьевых целей, что обусловлено их загрязненностью взвешенными веществами, минеральными солями и бактериальными примесями. Следственно, реализация возможности использования шахтных вод для нужд народного хозяйства предполагает их предварительную очитку от перечисленных выше ингредиентов.[2]

На первый взгляд (по мнению ДонУги и Донгипрошах) задача осветления шахтных вод от взвешенных веществ решена. Однако анализ опыта осветления шахтных вод с помощью традиционных водоочистных сооружений, располагаемых на поверхности Земли, указывает, что снимать этот вопрос с повестки дня преждевременно, по следующим причинам:

– общая сверхнормативная концентрация веси в откачиваемых водах (более 300 мг/л) , что быстро снижет эффективность и надежность работы наземных осветляющих сооружений , предопределяет тем самым не соответствие проектной эффективности последних реальной(как правило, в натурных условиях реальная эффективность значительно ниже реальной);

– наличие в воде тонкодисперсных трудноосадимых глинистых фракций (более 50% для месторождение углей марки К, ОС, Ж,Д, Т и Г), поэтому даже применение реактивов не обеспечивает требуемую степень осветления;

– разнообразие свойств твердых взвесей по плотности, гранулометрическому составу, зольности, что также сужает область применения очистных сооружений;

– недостоверность(зачастую) сведений о фактической степени осветления шахтных вод.

– сложность технологических схем и конструктивного исполнения очистных сооружений;

– недостаточная гибкость реагирования очистных сооружений на изменения условий поступление загрязненных вод на вход очистных сооружений, а именно на изменение количественного и качественного состава как загрязняющих примесей так и объема откачиваемой шахтной воды ;

–отторжение значительных земельных площадей под очистные сооружения.[3]

Отмеченные недостатки указываю на необходимость совершенствования подходов для получения шахтных вод, свободных от взвешенных веществ.

В еще большей мере, нежели осветления и обеззараживания шахтных вод, является не решенной на протяжение нескольких лет проблемы деминерализации шахтных вод. Можно констатировать что в этой области предложены физико–химические методы деминерализации шахтных вод: ионный обмен, мембранные методы(электролиз и обратный осмос)и дистилляция. Из них наиболее технологически универсальным является меод дистилляции.

В то же время целый ряд преимуществ имеет применение мембранной технологии на основ метода обратного осмоса к которым относятся: низкая энергоемкость способа, его высокая эффективность, полная бактерицидная обработка воды, простота схемы, легко поддающаяся автоматизации, технологически простой контроль качества очищенной воды (по удельной электропроводности), низкие эксплуатационные затраты. К недостаткам способа обратного осмоса, как и других выше перечисленных методов деминерализации следует отнести высокие капитальные затраты на сооружение установок. Однако низкие эксплуатационные затраты при использование данного способа способствуют быстрой окупаемости деминерализационный установки. [4]

Таким образом, результаты проведенного анализа показывают, что чисто технические вопросы проблемы деминерализации могут быть успешно решены. Вопрос заключается в том. В состоянии ли конкретное угледобывающее предприятие своими силами осуществить полномасштабную деминерализацию откачиваемой шахтной воды и переработку образующих на выходе схемы рассолов до состояния сухих солепродуктов.

Как показывает анализ опыт и выполненный расчеты, решение задачи в такой постановке по экономическим причинам практически невозможно. В тоже время частичное решение проблемы, по нашему мнению, возможно, если следовать по направлению использования деминерализованной воды взамен питьевой, т.е. частичного решения проблемы. При таком подходе , во–первых, отпадает необходимость переработки рассолов: они сбрасываются гидрографическую сеть.

Во–вторых, возникает экономическая компенсация за счет:

– отказа от процесса осветления шахтных вод благодаря улавливанию и использованию условно–чистых от взвесей шахтных вод, стекающих выработанного пространства шахты; при таком подходе опадает необходимость строительств дорогостоящих осветительных сооружений;

–отказа от потребления дорогостоящей пресной на производственные нужды шахты (при современной цене 9 грн/м3 и потребление пресной воды по шахте «Ясиновка–Глубокая» 101,6 тыс.м3/год это составит 915 тыс.грн/год);

– низких эксплуатационных затрат в случаи выбора для деминерализации воды методы обратного осмоса, что способствует быстрой окупаемости установки.[5]

Схема планируемых работ. 8 кадров, 7 циклов, 14,5 килобайт, 1,45 задержка

Рисунок 2 – Схема планируемых работ.

Таким образом, использования для хозяйственно–питьевых и технических целей кондиционированной шахтной воды без переработки рассолов взамен дорогостоящий питьевой воды позволит существенно уменьшить и компенсировать затраты конкретных на водоподготовку предприятия, а тем самым получить надежный альтернативный источник водоснабжения шахты.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель работы – выбор и обоснование системы технологических мероприятий по использованию условно чистых шахтных вод для производственного водоснабжения предприятия «Ясиновка –Глубокая»

Задачи:

– изучение оценка ситуации с водоснабжением шахты;

– анализ опыта использования шахтных вод для нужд народного хозяйства;

–установление общих и специальных требований к расходованию и качеству использованной шахтной воды для водоснабжения горнодобывающего предприятия по техническому и хозяйственно питьевому водоснабжению;

– использование возможных направления использования очищенных вод на шахте;

– исследования условий формирования и транспортировки шахтных вод в подземных горных выработках;

– использования физико–химического состава и кинетических свойств компонентов подземных вод;

– выбор участка подземных горных выработок для сооружения накопителя подземных вод;

– разработка гидравлической схемы транспортировки шахтных вод от подземного водонакопителя по выработкам до насосной станции для откачивания вод на поверхность;

– выбор оборудования и средств автоматизации подземной насосной станции;

– разработка поверхностной комплексной технологической схемы доочистки подземных вод от взвешенных веществ (методом прямого фильтрования) и кондиционирование воды, т.е. корректировки её иного состава, ( методом обратного осмоса), в случае необходимости, установленной в процессе проведения работы;

Фильтр осветлитель ФОВ

Рисунок 3 – Фильтр осветлитель ФОВ

– выбор водоочистного оборудования в соответствии с составными частями комплексной технологической семы обработки воды;

– определение экономического эффективности рекомендуемых мероприятий по использованию шахтных вод для нужд предприятия.

Объект исследования– водоотливное хозяйство шахты.

Предмет исследовании – технологические процессы очистки и использования шахтных вод.

3. Предполагаемая научная новизна

1.Развитие новых представлений технических и экономических возможностях использования (после доочистки) попутно добываемых подземных вод на собственные нужды горного предприятия.

2. Установление зависимостей реализации комплексной технологической кондиционирования и доочистки подземных вод.

3.Обоснование направлений использования шахтной воды в условиях реального предприятия.

4. Обзор существующих исследований и разработок по теме

К настоящему времени оббьем научно технической информации , посвященной использованию шахтных вод не является значительным . в большей мере накопленная информация об очистки шахтных вод, прежде всего в условиях поверхности земли. Она посвящена осветлению, обеззараживанию и деминерализации шахтных вод. При этом вопросом осветления и обеззараживания вод посвящено большое количество работ, нежели деминерализации. В первом случаи следует назвать работы институтов ВНИИОС уголь (г. Пермь),ДонУги, Донгипрошахт, а во втором Института коллоидной химии и химии воды (г.Киев, ОАО УкрНТЭК (г. Донецк).[5] [6]

В конце ХХ начале ХХI века выполнены глубокие работы по очистки шахтных вод не в поверхностях, а в подземных условиях шахты. Прежде всего следует назвать роботы ДонНТУ и Шахтинского филиала Новочеркасского политехнического института (г. Шахты).[7]

Системный анализ результатов перечисленных работ определил актуальность темы настоящей магистерской работы, её цель, идею, задачи, описание выше, а выбрать из большого количества известных до настоящего времени в практике наиболее применимые для доочистки шахтных вод от взвешенных веществ (метод прямого фильтрования) и кондиционирования, т.е. корректировки иного состава воды (метод обратного осмоса).[8]

5. Текущие и планируемые резльтаты

К настоящему времени выполнены следующие условия :

– исследована ситуация с водоснабжением шахты, выявлены источники водопотребления пресной воды, оценены затраты;

– выполнен анализ опыта использования шахтных вод для нужд народного хозяйства в целом;

– изучены критерии пригодности шахтных вод для хозяйственно–питьевого и технического водоснабжения;

– рассмотрены (предварительно) условия формирования потоков шахтных вод, в подземных горных выработок шахты;

– сформирован технологический подход к подготовке шахтных вод для их последовательного использования на нужды предприятия;

– определены возможные направления использования подготовленных шахтных вод на предприятии.[9]

На очереди выполнены следующие этапы:

– детально исследование водопротоков шахтных вод в подземных горных выработках, их объемов, физико – химического состава;

– выбор участка для сооружения подземного водонакопителя;

– разработка гидравлической схемы транспортировки транспортировки подземных вод на поверхность шахты с помощью автоматизированной поземной насосной станции;

– разработка поверхностной технической схемы доочистки и кондиционирование подземных вод;

– выбор метода доочистки и кондиционирования подземных вод, оборудования для их реализации в составе технологической схемы;

– определение экономического эффективности мероприятий по использованию подготовленных шахтных вод в условиях шахт, разработанные в настоящей магистерской работе.[10]

Вывод

С учетом изложенных выше аргументов – актуальности проблемы, достаточно высокого научного уровня решения задач очистки шахтных вод от взвешенных частиц и минеральных солей, возросших цен на воду различного назначения и качества – можно сделать вывод о существовании технических и эколого–экономических предпосылок для разработки широкомасштабной программы по предотвращению сбросов в водные объекты Донбасса неочищенных шахтных вод на основе их комплексной переработки.

Внедрение комплексной переработки и кондиционирование шахтных вод позволит не только кардинально решить задачу охраны водных объектов от загрязнения, но и обеспечить рынок сбыта продуктов переработки полученных продуктов, создать конкурентные условия для водопотребителей , что, в конечном итоге, благоприятно скажется на экономическом развитии и экологическом состоянии придприятия.

Список источников

  1. Матлак Е.С., Малеев В.Б. Снижение загрязненности шахтных вод в подземных условиях–К.:Техника, 1991.
  2. Физико–химические основы технологии и обеззараживания шахтных вод: Монография /[Гребенкин С.С., Костенко В.К., Матлак Е.С. и др.]; под. общ. ред. Костенко В.К.– Донецк: «ВИК», 2009.–438с.
  3. Майдуков Г.Л.,Григорюк М.Е. Шахтная вода как природный ресурс/Уголь Украины.–2006.–№12–с.22–28
  4. Программа создания и строительства установок деминерализации шахтных вод на основных предприятиях угольных бассейнов Украины, а также использования шахтных вод для нужд народного хозяйства. Пояснительная записка ПП–510–1–13, Донгипрошахт, Донецк, 1992.
  5. Резников Ю.Н., Кульченко В.В. Использование шахтных вод – перспективное направление экономии питьевой воды и уменьшения затрат предприятий. Сб. научных трудов «Совершенствование и разработка новых технологий и оборудования по охране окружающей среды. ОАО «Украинский научный центр технической экологии», Донецк, 2000. С. 10–14.
  6. Матлак Е.С., В.К. Костенко, О.В. Луньова. До питання про можливу зміну регіональних норм якості шахтних вод, що скидають, та особливості їх використання// Проблеми екології. – 2010.– №1–2.–с.46–50.
  7. Синявский С.А. О проблеме деминерализации шахтных вод/ Уголь Украины. – 2010– №2 – с.22–24.
  8. Омельченко Н.П. , Коваленко Л.И. Новые технологии осветления шахтных вод с целью их повторного использования. Загальнодержавний науково–технічний журнал «Проблеми екології». – Донецьк: ДонНТУ, № 1–2. – 2008. С. 8–12.
  9. Матлак Е.С., Романова В.Ю. Использование шахтных вод в техническом, хозяйственно–бытовом водоснабжении – новый подход к решению проблемы дефицита водных ресурсов Донбасса. ДонНТУ.
  10. Минаев А.А., Матлак Е.С., Аверин Г.В. О максимальном вовлечении шахтніх вод в хозяйственное водоснабжение Донбасса / Збірка доповідей науково–практичної конференції "Охорона довкілля та екологічна безпека", т. 1 – Донецк, 2001. – С. 206–210.