Автор: Матлак Е.С., Саенко Л.И.
Источник: Охрана окружающей среды и рационального природа пользования ресурсов/Сборник докладов ХХI Всеукраинской научной конференции аспирантов и студентов. Т. 1- Донецк: ДонНТУ,ДонНУ,2012.-280 с.
Чрезвычайно важным фактором, существенно влияющим на территориальную организацию всей социально-экономической жизни и эффективность производства, является экологическая обстановка. В последние десятилетия в Украине она существенно ухудшилась. Одним из основных факторов, повлиявших на экологическую обстановку, является развитие добывающей и перерабатывающей промышленности при устаревших технологиях и связанная с этим чрезмерная урбанизация многих районов, прежде всего Донбасса. Водные ресурсы региона формируются за счёт транзитного притока поверхностных вод, в основном по речке Северский Донец за счёт Харьковской области, местного речного стока, сточных, шахтных и карьерных вод, а также эксплуатационных запасов подземных вод.
Использование шахтных вод для нужд хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения определяется их принадлежностью к классификационной группе по показателям качества, а также видам источника воды.
Шахтные воды первой группы (С=1,5-1,8 г/л; Ж<10-12 мг-экв/л; Щ=8-12 мг-экв/л) встречаются на востоке и северо-востоке Донецкой и юге Луганской областей в окрестности городов Харцызск, Шахтерск, Торез, Снежное, Кировское, а также Красный Луч, Антрацит, Свердловск, Ровеньки и др. Физико-химические показатели вод именно этой группы позволяют, рассматривать их в качестве наиболее приемлемого источника восполнения ресурсов питьевой воды. При этом следует иметь в виду, что использовать шахтные воды в качестве источника получения питьевой воды можно только из закрытых шахт, потому что лишь в окрестности последних возможно создание зоны санитарной охраны (ЗСО), особенно её первого пояса, внутри которого не допускается какой-либо вид хозяйственной деятельности. Если же речь идёт о техническом водоснабжении, то воду можно брать с любой (в том числе действующей) шахты. Шахтные воды второй группы являются более минерализованными и распространены повсеместно по всему Донбассу. После очистки и кондиционирования они могут использоваться для технического водоснабжения предприятий вместо воды питьевого качества.
Анализ их химического состава, а также требований к качеству воды, необходимой для использования в системах промышленного водоснабжения предприятий, выполненный УкрНТЭК, показывает, что около 80%шахтных вод этой группы после их очистки (от взвешенных веществ) и кондиционирования (умягчение, стабилизационная обработка) могут быть использованы в качестве источника технического водоснабжения вместо воды питьевого качества.
При этом очищенные от взвешенных веществ, обеззараженные и кондиционированные шахтные воды могут направляться для удовлетворения:
• во-первых, собственных нужд шахт (для замены питьевой воды при пылеподавлении в забоях шахт, в котельных, компрессорных установках, вакуумных системах дегазации, системах горячего водоснабжения);
• во-вторых, смежных промышленных предприятий (в системах охлаждения конденсатов турбин ТЭЦ и ГРЭС, компрессоров кислородных станций, металлургических и других тепловыделяющих агрегатов, для приготовления подпиточной воды водогрейных и паровых котлов тепловых электростанций, промышленных и бытовых котельных).
Для реализации такого подхода не требуются большие капитальные затраты, строительство дорогостоящих опреснительных станций. Предполагается, что срок окупаемости разработок не превысит одного года.
Шахтные воды третьей группы, а также воды второй группы, использование которых в силу ряда причин не представляется возможным, необходимо подвергать деминерализации. При этом в данном случае под термином деминерализация следует понимать такую степень очистки шахтных вод, при которой предотвращается загрязнение водных объектов. Это может достигаться путём комплексной переработки шахтных вод, а именно их опреснения-концентрирования и переработки концентрата на утилизируемые продукты. Для решения такой задачи имеются отработанные технологии и оборудование, анализ которых проведен выше, однако это требует строительства относительно дорогостоящих установок переработки шахтных вод на опресненную воду и утилизируемые сухие солепродукты.
На современном этапе проблему деминерализации шахтных вод 3-й группы рекомендуется решать поэтапно. При этом на первом этапе наиболее целесообразны разработка и строительство установок для очистки и опреснения шахтных вод в регионах, испытывающих острый недостаток воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения с последующей реализацией стадии упаривания и разделения концентрата.
Использование шахтных вод в ирригационных целях. По данным ДонУГИ, Донбасского научного центра «ЭКОР», института ВНИИОСуголь шахтные воды являются потенциальным источником для орошения сельскохозяйственных угодий. Однако до настоящего времени нет единого мнения о целесообразности использования таких вод для ирригационных целей, поскольку их пригодность в огромной степени зависит от химического состава воды, а также от свойств почв, климатических условий региона, глубины залегания грунтовых вод, биологических свойств посевных культур. Качество поливной воды при оценке ее пригодности для орошения определяется несколькими важнейшими критериями, к которым относятся: водородный показатель – рН, содержание растворенных солей, (минерализация) соотношении одно- и двухвалентных катионов, щелочность, содержание хлоридов и сульфатов.
При орошении водой повышенной минерализации могут происходить процессы засоления и осолонцевания почв, угнетение роста и развития растений. В этом случае твердо установленных норм состава воды для орошения еще не выработано. Причиной тому является многообразие возможных условий полива, дренажа, разнообразия почв, а также климатических условий.
Таким образом, непосредственное использование шахтных вод для полива сельскохозяйственных угодий возможно только при выдаче на поверхность некоторых локализованных потоков, что сопряжено с затратами на создание и эксплуатацию дополтельных инженерных сооружений и систем. В большинстве же случаев необходимы специальные физико-химические меры подготовки вод для ирригационных целей.
Применение шахтных вод для орошения требует строгого учета химического состава воды и типа почвы на орошаемых участках, особого режима орошения и других агротехнических приемов. Это означает, что для предотвращения процесса засоления и осолонцевания почв при орошении необходима деминерализация шахтных вод.
В то же время, по мнению различных специалистов (Соболева, Пельтихин, Лебедев) для полива можно использовать даже шахтные воды с концентрацией солей <4 г/л рН 5...8. Они считают, что соли накапливающиеся во время полива в верхних слоях почвы за осенне-зимний период вымываются, а урожай даже подрастает.
Различие столь разноречивых мнений указывает на необходимость проведения дополнительных научных исследований.
Таким образом, как показывает опыт, современные технологии водоподготовки и очистки позволяют корректировать качественный состав подземных вод закрытых шахт до уровня показателей качества, нормированных в соответствии с их целевым использованием.
Строительство комплексов по очистке подземных вод позволит снизить дефицит питьевой воды в населенных пунктах и создать благоприятную социальную атмосферу. При выборе месторасположения комплексов по очистке альтернативных вод следует учитывать условия их подачи от источника до станции очистки и от нее к потребителям, а также отвода рассолов, промывных вод и бытовых стоков; использования существующей инфраструктуры (зданий, сооружений и инженерных коммуникаций) бывших шахт для размещения очистных сооружений и т. д
При этом появляется возможность исключения из схем водоснабжения городов магистральных трубопроводов большой протяженности, а тем самым предотвращения финансовых затрат на их эксплуатацию
Производительность станций очистки принимается, исходя из эксплуатационных запасов подземных вод бывших шахт и из потребности в питьевой воде населенных пунктов.
Одно из основных требовании при выборе технологии очистки и кондиционирования исходного продукта – достижение минимально возможной себестоимости 1 м3 питьевой (кондиционной) воды. Сократить эксплуатационные расходы и снизить себестоимость очистки воды можно за счет автономных источников энергообеспечения – генераторов, особенно при их работе на альтернативных видах топлива (прежде всего шахтного метана). В этой связи требует отдельного рассмотрения возможность мультигенерации. т.е. одновременного производства холода, тепловой, электрической энергии и другой товарной продукции (например, диоксида углерода и азота).
Исследование компьютерных программ при моделировании разных способов возбуждения колебаний позволяет определить точностные и частотные характеристики программ.
Схемы очистки поверхностных и подземных вод предусматривают максимальное использование мировых образцов оборудования баромембранных технологий. Наиболее мощным фактором, радикально влияющим на технико-экономические показатели работы комплексов по очистке альтернативных вод, является организация производства высококачественной питьевой и минерализованных вод с бутилированием и реализацией в торговой сети. В то же время отсутствие нормативной базы по использованию для хозпитьевых целей подземных вод ликвидированных шахт усложняет процедуру прохождения комплексной экспертизы проектов. Поэтому в процессе разработки предстоит:
• установить пригодность источников подземных и поверхностных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения на основе санитарной оценки условий формирования и залегания подземных источников водоснабжения, места размещения водозаборных сооружений; оценки качества и количества источников водоснабжения; прогноза санитарного состояния источников
• утвердить балансовый запас подземны вод закрытых шахт;
• отдельным проектом, выполненным специализированной организацией, уточнить пределы и характеристики II и III поясов зон санитарной охраны с определением существующих и потенциальных источников (частный и государственный жилые секторы, промышленные предприятия), загрязнения почвы и водоносных горизонтов;
• получить разрешение в Минздраве Украины на использование альтернативных источников воды при современной технологии очистки.
1. Физико-химические основы технологии осветления 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. - 438 с.
2. Матлак Е.С., Рудакова Ю.Ю., Жилин М.В. Организационно-методические аспекты вовлечения попутно-добываемых шахтных вод в хозяйственное водоснабжение Донбасса //Проблеми екології. – 2008. – № 1-2. – С.121-128.
3. Горошков В.А. Очистка и использование сточних вод предприятия угольной промышленносити. М.: Недра, 1981. – 269с.