О ликвидации вредного влияния подземных шахтных вод



Предыдущая | Следующая

 

О ликвидации вредного влияния подземных шахтных вод на гидросферу земной поверхности НАВИТНИЙ Аркадий Михайлович Заместитель директора ГУ «ГУРШ» Фактические затраты на ликвидацию последствий от ведения горных работ составляют 1/3 от общих затрат на технические работы. Структура затрат с начала реструктуризации угольной отрасли на экологическую реабилитацию от ведения горных работ представлена на рис. 1. Затраты на решение проблем, связанных с шахтной водой, составляют 5 742,4 млн руб.
(29 %) от предусмотренных в проектах ликвидации при фактическом финансировании 4 103,1 млн руб. (63 %) от общих затрат на решение экологических проблем (см. рис. 1). Значительные затраты свидетельствуют о том, что средства планируются и выделяются в приоритетном порядке для выполнения мероприятий по защите от воды действующих шахт, гражданских, промышленных, социальных и культурных объектов, земной поверхности, питьевых источников воды, а также на строительство, расширение и реконструкцию очистных сооружений.
Водные ресурсы являются одним из наиболее важных и уязвимых для загрязнения компонентов природной среды.
Из-за специфики горного производства в угольной отрасли нет возможности в полной мере исключить негативные воздействия на водные объекты. Наибольшую опасность для водных ресурсов представляет сброс загрязненных сточных шахтных вод.
Несмотря на то, что суммарная производительность очистных сооружений на начало реструктуризации угольной промышленности (1993 г.) формально соответствовала общему объему сточных вод действующих шахт и разрезов, эффективность их очистки была недостаточной. Очищенная вода по своим качественным показателям не удовлетворяла существующим нормативным требованиям при ее сбросе в гидросфе ру земной поверхности.
Причин низкого технологического уровня очистки сточных вод в угольной промышленности много. Главное то, что в период ликвидации нерентабельных шахт и разрезов потребовалось полностью перестраивать технологию очистки сточных шахтных вод.
Притоки шахтных вод Притоки воды в шахты изменяются в широких пределах — от 10 до 4 000 м3/ч. Однако большая часть шахт имеет притоки от 200 до 500 м3/ч. Водопритоки в шахты (разрезы) формируются в периоды:
— строительства (вскрытие и подготовка шахтного поля);
— эксплуатации (разработка) месторождения;
— закрытия или консервации (отработка) месторождения.
Нас интересует третий период, когда гидрологическая обстановка определяется принятым вариантом ликвидации (сухим или мокрым). При сухом варианте старые горные выработки и выработанные пространства по-прежнему выполняет функцию дренирующего массива. Водопритоки в этом случае несколько уменьшаются и стабилизируются. При мокром или комбинированном способе ликвидации (когда шахтное поле затапливается частично) откачка шахтных вод прекращается, горные выработки и старое, погашенное выработанное пространство заполняются водой до уровней естественных отметок подземных вод или до уровня откачки воды водоотливными средствами. В этом случае водопритоки снижаются в несколько раз.
Физико-химический состав шахтных вод Физико-химический состав весьма разнообразен. Он формируется под влиянием естественных процессов, происходящих в массиве горных пород, горных выработках, водоносных горизонтах, когда шахтная вода вступает в контакт с углем и вмещающими породами. По величине pН шахтные воды делятся: нейтральные (рН=6,5-8,5), кислые (рН 8,5). Во всех бассейнах шахтные воды, в основном, относятся к нейтральным.
Исключение составляют шахтные воды в Кизеловском бассейне (100 %), частично — в Подмосковном и Донецком (Ростовская обл.) бассейнах, где воды кислые. Их объем составляет 9 % в общем объеме шахтных вод. Кислые воды обычно обладают высоким содержанием ионов железа и алюминия.
Доля щелочных вод, так же, как и кислых, невелика. Кроме того, щелочные воды в отличие от кислых не представляют большой опасности для поверхностных водоемов и водотоков.
По степени минерализации шахтные воды, как и природные, делятся на: пресные (с минерализацией до 1 г/дм3); солоноватые (1-25 г/дм3); соленые (25-50 г/дм3); и рассолы (свыше 50 г/дм3). Шахтные воды с высокой минерализацией, относящиеся к категории соленых вод и рассолов, на ликвидируемых шахтах и разрезах практически отсутствуют.
Основной объем минерализованных шахтных вод приходится на Челябинский и Донецкий бассейны. Преобладающие ионы: кальция, магния, натрия, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты и карбонаты.
Показатели, характеризующие содержание микроэлементов в шахтных водах, представлены в табл. 1(где: показатели ПДКв — соответственно предельно допустимые концентрации веществ для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, а ПДКв. р. — предельно допустимые концентрации веществ для рыбохозяйс Вид загрязнений Взвешенные вещества Минеральные соли Соединения железа и тяжелые металлы Органические соединения Нефтепродукты Способ очистки Отстаивание Фильтрование Реагентный метод Флотация Биологический метод Многостадийная обработка Ионный обмен Обратный осмос Дистилляция Аэрация и фильтрование Реагентный метод Сорбция Биологический метод Биологический метод Реагентный метод Флотация Сорбция Реагентный метод Биологический метод Применение на закрываемых угольных месторождениях и бассейнах Все угольные бассейны Донецкий бассейн Челябинский бассейн Кизеловский бассейн, Кузбасс Все угольные бассейны По источникам возникновения загрязнений твенного водопользования).
Жесткость шахтных вод обусловлена присутствием солей кальция и магния.
Высокой общей жесткостью (свыше 7 мг-экв/дм3) характеризуются шахтные воды с повышенной общей минерализацией и часть пресных шахтных вод.
Наиболее характерные значения общей жесткости находятся в пределах от 5 до 30 мг-экв/ дм3.
Выбор рациональной технологии очистки Выбор рациональной технологии очистки шахтных вод от техногенных загрязнений осуществляется поэтапно включая:
— анализ и оценку природно-экологических и производственно-технических условий, в результате чего определяется водный объект — приемник шахтных вод, условия сброса, выявляются потенциальные потребители неочищенных и очищенных шахтных вод и их требования к качеству воды;
— определение величины водопритоков и пределов их возможных колебаний во времени, изучение физико-химического состава шахтных вод, установление перечня загрязняющих веществ, их концентрации и необходимой глубины очистки;
— проведение исследований технологических свойств шахтных вод и осадка;
— выбор эффективных и технологичных способов очистки шахтных вод и обработки осадка, определение потребителей и объемов потребления шахтных вод, варианта утилизации или экологически безопасного размещения осадка;
— установление технологических параметров выбранных способов очистки шахтных вод и обработки осадка путем проведения исследований на экспериментальных установках с использованием специальных методик;
— разработка на основании полученных данных возможных вариантов технологии, обеспечивающих очистку шахтных вод до нормативных требований при их использовании и сбросе в водные объекты, утилизацию или экологически безопасное размещение осадка;
— сравнительная технико-экономическая оценка вариантов технологий очистки шахтных вод, выбор из них оптимального варианта.
Оценка способов очистки шахтных вод Существуют различные способы очистки сточных вод в зависимости от видов загрязнений (табл. 2).
Основными способами предочистки шахтных вод от техногенных загрязнений в России являются отстаивание, осветление в слое взвешенного осадка и фильтрование через зернистые загрузки. Другие известные способы очистки природных и сточных вод не нашли практического применения на предприятиях отрасли из-за технико-технологических сложностей, высоких затрат или недостаточной эффективности. На стадии обеззараживания используется ультрафиолетовое оборудование вместо хлорирования.
Эффективность отстаивания взвешенных веществ Содержащиеся в шахтных водах тонкодисперсные частицы размером менее 10 мкм обладают кинетической и агрегативной устойчивостью и могут находиться во взвешенном состоянии длительное время. Кинетическая устойчивость частиц обусловлена их малыми размерами, неправильной формой и невысокой плотностью по сравнению с плотностью воды. Агрегативная устойчивость — наличием двойного электрического слоя (ДЭС) и гидратных оболочек на поверхности частиц.
Толщина ДЭС не зависит от размера частиц, определяется величиной электрического заряда и концентрацией ионов в воде. При повышении минерализации воды, особенно за счет многовалентных ионов, происходит снижение величины электрического заряда частиц и уменьшение толщины ДЭС.
Гидратные оболочки, представляющие собой слой односторонне ориентированных молекул воды, образуются преимущественно на угольных и породных частицах. Агрегативная устойчивость частиц может быть уменьшена за счет использования коагулянтов и флокулянтов.
Исходя из изложенного, способ отстаивания целесообразен в качестве предварительной ступени очистки перед фильтрованием и лишь при невысоких требованиях к качеству очищенной воды.
Характеристика эффективных технологий очистки На основании научных исследований и практического опыта технологии очистки выбираются в зависимости от природоохранных требований.
Для очистки шахтных вод, в которых взвешенные вещества кинетически неустойчивы и способны к коагуляции без введения химических реагентов, удовлетворительным вариантом является применение прудов-отстойников. Одна из технологических схем с использованием прудов-отстойников представлена на рис. 2. Такая типовая схема использована применительно к условиям Восточного Донбасса.
В качестве скорых фильтров используются одно — или двухслойные фильтры (низ-песок, верх — антрацит), для обеззараживания — бактерицидные установки, для перекачки воды — центробежные насосы. Флокулянт подбирается по составу вод, но обычно катионного типа.
Общая концентрация взвешенных веществ в исходной воде может быть различной и не оказывает существенного влияния на качество очистки. Однако содержание тонкодисперсных частиц, оседающих со скоростью менее 0,1 мм/с, не должно превышать 30-50 мг/дм. Шахтные воды с такими свойствами распространены в Донецком бассейне, встречаются в Кузнецком, Подмосковном, Челябинском и других угольных бассейнах, а также на месторождении сланцев (Ленинградсланец). При указанной технологии складирование осадка совмещается с очисткой воды в одном сооружении. Это предопределяет низкие капитальные и эксплуатационные затраты. Пруды-отстойники широко применяются на угольных предприятиях.
Рациональной областью применения технологии с использованием осветлителей со взвешенным слоем осадка являются шахтные воды, содержащие взвешенные вещества с высокой кинетической и агрегативной устойчивостью, но обладающие хорошей способностью к коагуляции под влиянием химических реагентов. Эти воды распространены на предприятиях Печорского и Кузнецкого бассейнов.
В процессе массового закрытия шахт в ГУРШе реализуется новый подход к обеспечению рационального водопользования. Так, впервые в практике горного дела шахтные воды стали рассматриваться в качестве альтернативного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения. На закрываемой шахте им. Кирова в Ленинградсланце оценены эксплуатационные запасы шахтных вод. При общем объеме 23,2 тыс. м3/сут, по категории В (Центральный водоотливный комплекс) — 9,2 тыс. м3/сут. и по категории С1 (Южный водоотлив) — 14 тыс. м3/сут.
При оценке эксплуатационных запасов использовались данные многолетних наблюдений за водопритоком в шахту и результаты экологического мониторинга, организованного ГУ «ГУРШ».
Технологическая схема водоотливного комплекса и очистных сооружений вод шахты им. Кирова производительностью 24,1 тыс. куб. м в сутки представлена на рис. 3.
Шахтная вода насосами станции подземного водоотлива подается на сорбционные фильтры с применением активированного алюмосиликатного адсорбента. Пройдя фильтрационную очистку, перед поступлением в резервуар чистой воды вода подвергается обеззараживанию раствором гипохлорита натрия. Из резервуара чистой воды она насосами 2-го подъема подается на нужды потребителей г. Сланцы Технология очистки шахтных вод включает в себя: блок фильтров; узел приготовления и хранения регенерационного раствора, реагентное хозяйство; насосную станцию;
электролизную установку; цех механического обезвоживания осадка; резервуары чистой воды с камерами-фильтрами;
резервуар-отстойник грязной промывной воды.
По многим показателям, таким как органолептические, бактериологические свойства, содержание фенола, шахтная вода имеет преимущества перед используемой в настоящее время в г. Сланцы водой р. Плюссы.
В ГУРШе стоит задача полностью выполнить в ближайшие полтора-два года мероприятия по строительству и реконструкции очистных сооружений, позволяющие обеспечить нормативную очистку шахтных вод перед ее сбросом в водные объекты и реализовать экологические мероприятия по проектам ликвидации шахт.