Водоснабжение горных предприятий кратко

Обновлено: 16.05.2024

Среднегодовые притоки воды в карьеры в зависимости от гидрогеологических, геологоструктурных, климатических и других особенностей месторождений изменяются от 30 (месторождения Средней Азии) до 7550 м3/ч (месторождения Средне-Амурского района). Наибольшее число разрезов (32,8 %) имеют обводненность от 300 до 1000 м3/ч.

4 Формирование притока горных вод

Образования шахтных вод связано с воздействием горного производства на геологические структуры.

Дебит шахтных вод зависит от природных и технологических факторов.

К природным факторам относятся: геологоструктурнные (нарушеность пород, их пористость), гидрогеологические (режим и площадь питания, наличие водоисточников), гидродинамические (проницаемость массива, его фильтрационные характеристики) и климатические (количество осадков) условия месторождения, а также физико-химические и химические особенности и свойства горных пород.

Технологическими факторами являются глубина разработки, способ, месторождения, схема отработки шахтного поля, мощность пластов, разрабатываемых и системы их разработки, технологии ведения горных работ, использования воды для технических целей (бурение с промывкой, пылеподавления) и др.

При ведении подземных горных работ образуются три вида водопритока (три вида обводнения) по шахтному полю: при проходке подготовительных (капитальных) выработок; в процессе очистных работ; из погашенных выработок.

Характер стока воды при проходке выработок и ведении очистных работ разный. Водопритоки в подготовительные (капитальные) выработки формируются в основном путем срабатывания статических запасов подземных вод, накопившихся в течение длительного времени (в отдельных случаях, геологического) в водоносных горизонтах, в которых проводятся выработки, и очень редко (при наличии гидравлической связи) за счет динамических ресурсов из других горизонтов. Место поступления воды обычно приурочено к призабойной зоны.

Формирование водопритока в действующие очистные горные выработки происходит как за счет статических запасов подземных вод водоносного горизонта, в котором находится очистной забой, так и за счет динамических ресурсов с водоносных горизонтов, расположенных в зоне образования (от разгрузки) вторичной трещиноватости вмещающих пород, т. е. благодаря возникновению гидравлической связи.

Третьим видом притока воды в действующие шахты есть притоки из отработанных и погашенных участков и старых шахт. В отличие от водопритока первых двух систем, они формируются, как правило, за счет динамических запасов подземных работ.

Обводнение горных выработок на действующих горизонтах со временем обусловлено величиной проницаемости пород водоносных горизонтов. При наличии высокой начальной проницаемости активное выделение воды из окружающего массива в выработки происходит практически вслед за подвиганием забоя.

Наоборот, при низкой начальной проницаемости выработки увлажняется с отставанием от забоя только после разгрузки вмещающих пород. После определенного времени при наличии достаточной площади обнажения пород в очистной (или подготовительной) выработки разгрузки и проницаемость достигают критических значений, начинается активное водовыделения из массива. В такой ситуации действующий забой, как правило, является сухим, а обводнение пройденной выработки (выработанного пространства) развивается с отставанием, продолжается на определенном участке длиной 2000. 2500 м, а затем затухает.

Таким образом, характер водопритока зависит в основном от двух факторов: естественной проницаемости пород и степени разгрузки массива. В результате взаимодействия этих факторов на шахтах встречаются две типичные ситуации (схемы); сухой чистящий (проходческий) забой - штрек, обводняемая, и мокрый очистительный (проходческий) ушиб - необводненный штрек.

Шахтные воды существенно осложняют ход подземных технологических процессов из-за деформаций выработок, снижение производительности оборудования, необходимости внесения корректив в производство буровых работ и так далее. Поэтому их откачивают, а также применяют такое эффективное средство, как осушение месторождения.

5 Загрязнение горных вод с поверхности

Шахтные воды страдать от усиления антропогенного загрязнения как из поверхностных техногенных объектов (накопителей твердых и жидких отходов типа прудов-накопителей, породных отвалов и др.), так и через влияние зон геохимического загрязнения почв и грунтов.

6 Шахтные воды – природный водный ресурс

Основные процессы водопотребления на предприятиях угольной промышленности организованы по оборотной системе водоснабжения, на пополнение которой используют шахтную воду. Уровень оборотного водоснабжения на угледобывающих и перерабатывающих предприятиях может быть следующий: 48 % от общего водопотребления при добыче подземным механическим способом; 94 % – гидравлическим подземным способом; 67 % – при добыче открытым способом; 92% – при обогащении. Условиями дальнейшего повышения уровня оборотного водоснабжения могут быть: снижение безвозвратных потерь воды, ликвидации утечек и организация оборотного водоснабжения на отдельных процессах пылеподавлению путем повторного использования очищенных и обеззараженных шахтных и карьерных вод.

Отличительная черта водного хозяйства угольной промышленности заключается в том, что забор воды и сброс ее в процессе добычи угля превышают потребление воды на производственные нужды отрасли более чем в 3 раза, причем для шахт – в 7 раз, для разрезов – в 4,5 раза.

7 Районирования горных вод

Использование шахтных вод для нужд хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения определяется их принадлежностью к классификационной группе по показателям качества (три группы по классификации Укрнтэк), а также видам источника воды (действующая или закрытая шахта).

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 физико-химические показатели шахтных вод первой группы позволяют рассматривать их как приемлемое источник пополнения ресурсов питьевой воды. При этом следует иметь в виду, что использовать шахтные воды для получения питьевой воды можно только из закрытых шахт, потому что лишь в окрестности последних возможно создание зоны санитарной охраны (ЗСО), особенно их первый пояс, внутри которого не допускается любой вид хозяйственной деятельности. Если же речь идет о техническом водоснабжения, то воду можно брать с любой (в том числе действующей) шахты.

Шахтные воды второй группы являются минерализованными и распространены 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, выполнен Укрнтэк, показывает, что около 80% шахтных вод этой группы после их очистки от взвешенных веществ и кондиционирования (умягчение, стабилизационная обработка) могут быть использованы как источник технического водоснабжения вместо воды питьевого качества.

При этом очищенные от взвешенных веществ, обезврежены, и кондиционированные шахтные воды могут направляться:

во-первых, собственных нужд шахт (для замены питьевой воды при пылеподавление в забоях шахт, в котельных, в компрессорных установках, вакуумных системах дегазации, системах горячего водоснабжения);

во-вторых, смежных промышленных предприятий (системы охлаждения конденсатов турбин ТЭЦ и ГРЭС, компрессоров кислородных станций, металлургических и других тепловыделяющих агрегатов, для приготовления воды для подпитки водогрейных и паровых котлов тепловых электростанций, промышленных и бытовых котельных).

Возможно также использование этого типа воды для подпитки закрытых систем отопления населенных пунктов, а также для других целей. Есть опыт использования шахтной воды для подпитки закрытых систем отопления в городах Красный Луч и Свердловск Луганской области.

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 предотвращает загрязнение водных объектов. Это может достигаться путем комплексной переработки шахтных вод, а именно их опреснения-концентрирования и переработки концентрата на продукты для утилизации. Для решения такой задачи есть отработанные технологии и оборудование, однако это требует строительства дорогостоящих установок переработки шахтных вод на опресненную воду и сухие солепродукти.

На современном этапе проблему использования 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 с острым дефицитом воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения с последующей реализацией стадии упаривания и разделения концентрата.

Возможность осуществления идеи максимального вовлечения шахтных вод в хозяйственное водоснабжение Донбасса подтверждается практическими пилотными проектами, реализуемыми на некоторых шахтах региона.

8 Шахтные воды ликвидируемых шахт

Особое значение в последние десятилетия приобретает использование шахтных вод ликвидированных шахт, в том числе для хозяйственно-питьевых нужд. Это обусловлено большими объемами шахтных вод, их высокой чистотой (отсутствуют взвешенные вещества и бактериальные компоненты), большей доступностью и улучшенными санитарно-техническими условиями эксплуатации водозаборных сооружений.

Таким образом, объемы воды из ликвидированных шахт пери соответствующем ее качественном составе и при соответствующих технологиях очистки можно рассматривать как альтернативные источники хозяйственно-питьевого водоснабжения.

В зависимости от сложности гидрогеологических условий формирования водного бассейна можно выделить изолированные одиночные шахты и шахты, имеющие гидравлические связи с соседними.

Гидравлически закрытые одиночные шахты заполняются подземными водами до водоупора, полузакрытые и открытые - до восстановления прежнего пьезометричного уровня. При этом вследствие опускания земной поверхности под влиянием горных разработок, а также в местах понижения рельефа возможны выходы подземных вод на поверхность (самовылеви). При наличии гидравлических связей с соседними шахтами воды перетекают на соседние шахты.

КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИМЕСЕЙ ШАХТНЫХ И КАРЬЕРНЫХ ВОД

1 Общие характеристики примесей

Шахтная вода является многокомпонентной термодинамической системой, в состав которой входят газы, минеральные и органические вещества (которые отличаются различной степенью дисперсности и химическому составу), а также микроорганизмы, между которыми имеет место материальный обмен веществом и энергией. На основании этих обязательных признаков примеси, содержащиеся в водах, классифицируют по степени дисперсности и химическому составу.

Степень дисперсности системы характеризуется одним из трех показателей:

а) минимальным поперечным размером ч "а" (для сферических - это их диаметр "d", для кубических - длина ребер "l"; поскольку форма, как правило, различна, то для удобства сопоставлений вводят понятие условной шарообразной частицы, диаметр которой называют "эквивалентным"), м;

б) дисперсностью D (величина, обратная минимальному поперечному размеру "а"), 1/м;

в) удельной площади межфазной поверхности Ѕуд (определяется, как отношение общей площади межфазной поверхности S12 между дисперсной 1 и дисперсионной 2 фазами к объему дисперсной фазы 1, V1, т. е.

Между характеристиками дисперсности систем существует тесная взаимосвязь: чем меньше размер частиц, тем больше дисперсность и удельная площадь межфазной поверхности. По степени дисперсности примеси (а тем самым дисперсные системы) разделяются на три вида: истинно-растворенные (размер частиц 10-5м). Между коллоидно - и грубодисперсными системами выделяют микрогетерогенные системы (10-5. 10-7 м). Это переходные системы, которые по своим размерам относятся к грубодисперсных систем, а по свойствам ближе к коллоидов.

Переход от грубодисперсных систем к истинно-растворенных непрерывный, однако, коллоидно - и микрогетерогенные системы в этом ряду отличаются специфичностью свойств, которые определяются их повышенной дисперсностью и гетерогенностью, что к образованию огромной избыточной межфазной (поверхностной) энергии.

С увеличением дисперсности избыточная поверхностная энергия возрастает. Однако истинно-растворенные системы такой энергией не обладают (ибо отсутствует межфазная поверхность, то есть признак гетерогенности). При низкой дисперсности ее величина также незначительна (поскольку поверхность раздела фаз невелика).

Состав и свойства шахтных вод зависят от множества факторов. К главным из них можно отнести состав и свойства подземных, а также поверхностных вод, питающих горные выработки, состав и свойства вмещающих горных пород и угольных пластов, горно-геологические и горнотехнические условия, средства механизации выемки угля и проходки подготовительных выработок; к вспомогательным - климат, рельеф местности, растительность и др.

В процессе проникновения поверхностных и подземных вод в выработанное пространство и горные выработки через поры в породах, движения в водоотливных канавках и трубопроводах, насосах водоотливного хозяйства шахт они метаморфизуються, превращаясь в шахтные воды. При этом вода активно взаимодействует с веществом горных пород, копальневою атмосферой, другими частями, составляющими г системы. Происходит растворение в воде различных минералов и вынос ней частиц различного происхождения.

Водопотребление при добыче и переработке полезных ископаемых обычно связано с хозяйственно–бытовыми и коммунальными нуждами, производственными или техническими, а также с пожаротушением.

При каждом направлении предусматривается использование воды определенного количества, общие требования к которому следующие: отсутствие отрицательных органолептических свойств и свойств, ухудшающих качество выпускаемой продукции, безвредность для здоровья людей. Для хозяйственно–бытовых, коммунальных и некоторых производственных нужд применяется вода питьевого качества, которая должна удовлетворять требованиям ГОСТа. По согласованию с органами санитарного надзора допускается использование шахтных вод для пылеподавления при соблюдении следующих условий: содержание взвешенных веществ не более 50мг/л, полититр не менее 300, активная реакция рН=6,0-9,5 и полная отсутствие посторонних запахов.

Кроме того, эти воды могут также широко использоваться для нужд пожаротушению, поливка автодорог и газонов, полов и др.

В пределах шахтного поля выделяются следующие водоносные горизонты и комплексы: водоносный горизонт в четвертичных аллювиальных отложениях долины реки Ашлярик. Водообильность незначительная, приток составляет сотые доли л/сек; водоносный комплекс в породах.

Шахтные воды высокоминерализованные (2,5 – 8,7 г/л) с общей жесткостью 5,2 – 34,5 мг.экв/л; характеризуются хлоридно-сульфатным и сульфатно-хлоридно-натриевым составом; обладают сульфатной агрессивностью на несульфатостойкие обычные и пуццолановые портландцементы. Фактический водоприток в шахту на горизонте +310м на начальной ста­дии отработке пласта К12 и подготовке пласта К10 по состоянию на 01.01.2012г. составил 60 м 3 /час, из них по пласту К12 – 5 м 3 /час, К10 – 5 м 3 /час; по пласта К3, К2, К1 – 50м 3 /час.

Ввиду незначительного притока воды в горные выработки вся поступающая вода используется на собственные нужды, для пожаротушения, орошения и т.д. Для очистки от взвешенных веществ используется метод гравитационного осаждения в отстойнике. Фильтрации подвергается та часть вод, которая предназначена для использования на технические нужды шахты. Мелкодисперсные взвешенные частицы удаляются из воды с помощью тканевых, сетчатых, песчаных и других фильтров. Механическая очистка применяется как самостоятельно, так и в качестве первой ступени в ложных схемах очистки. Из-за наличия хлористых и сернистых соединений, а также кальция, магния, натрия и калия шахтные воды без предварительной очистки и нейтрализации не могут быть использованы даже в технических целях.

6.4 Характеристика почвенного покрова шахтного поля

Почвенное обследование всего поля шахты им. Костенко с целью определения баллов бонитета было выполнено Карагандинским филиалом института ГосНПЦзем в 1995 году.

Поле шахты им. Костенко находится в подзоне темно-каштановых почв, характеризующихся большим разнообразием по видовым и родовым признакам, а также присутствием комплексности.

Почвенный покров поля шахты представлен 43 почвенными разновидностями.

Ниже приводится систематический список почв, обследованных при выполнении настоящего проекта.

1. Темно-каштановые, иногда слабосолонцеватые почвы;

2. Темно-каштановые слабосолонцеватые солончаковатые почвы;

3. Темно-каштановые неполноразвитые почвы;

4. Лугово-каштановые солончаковатые, иногда солонцеватые почвы;

5. Лугово-каштановые солончаковатые почвы;

6. Лугово-болотные засоленные почвы;

7. Солонцы каштановые корковые мелкие, средние и глубокие;

8. Солонцы лугово-каштановые корковые, мелкие, средние и глубокие.

Все перечисленные почвы на обследованной территории встречаются, в основном, только в комплексных контурах.

Анализ материалов исследований показывает, что темно-каштановые почвы, иногда слабосолонцеватые почвы, являются лучшими почвами из представленных на поле шахты. Мощность гумусового горизонта в пределах 31см. Почвообразующими породами являются преимущественно делювиальные отложения древнего периода.

Темно-каштановые неполноразвитые почвы встречаются на пологих склонах мелких сопочек. Почвообразующими породами являются защебненные аллювиально-делювиальные отложения. Гумусовые горизонты этих почв мощностью 30-40 см пригодны для снятия, однако, мощность снятия ограничена неблагоприятными свойствами солонцов.

Лугово-каштановые солончаковатые, иногда солонцеватые почвы приурочены к пониженным элементам рельефа. Сформировались они в условиях повышенного увлажнения, поэтому профиль их более гумусирован, нежели у зональных почв. Мощность гумусового горизонта - 30-50 см.

Различают две области применения воды при добыче и переработке минерального сырья. Первая область применения - это использование воды во всех технологических операциях и ее обработка при добыче руды как подземным, так и открытым способом. Вторая область применения - обогащение и переработка руды. В ходе этих работ добытый ценный минерал отделяют от пустой породы, как правило, путем измельчении с последующей переработкой суспензии измельченной руды. При этом вода используется в приготовления суспензии, так и для транспортировки минерала.

П ри подземных разработках вода чаще всего используется для пылеподавлении. Большая часть автоматического горного оборудования оснащена системой распыления воды. Вода подается к распылительным насадкам по шлангам, присоединенным к горному комбайну. Распылительные насадки создают водную завесу на участке, где ведутся разработки, во время работы механического бурильного оборудования, выемочного комбайна или проходческого комбайна непрерывного действия, обеспечивая осаждение пыли.

Одной из основных проблем при эксплуатации таких подземных систем водоснабжения является забивки насадок грязью и отложениями солей жесткости в процессе подачи йоды. Дли улавливания этих частиц, во избежание их попадания в небольшие насадки, в месте работы горного оборудования, как правило, устанавливаются различные сетчатые и другие фильтры. Если применяемая вода является жесткой или содержи железо или марганец, то часто в воду добавляют специальные реагенты, предотвращающие отложение солей.

Вода из системы подземного водоснабжения используется также в процессе гидро­добычи. По этой технологии воду под высоким давлением подают в очистной забой. Энергия потока воды используется для отбойки минерала в забое и его подачи в систе­му сбора. В настоящее время эта технология применяется в основном в угледобываю­щей промышленности и в ограниченном масштабе при добыче урана. Энергия потока воды может быть увеличена путем создания очень сильного целенаправленного потока поды, вся энергия которого сосредоточена на заданном участке забоя. Для придания по­току воды когезионной способности в воду добавляют соответствующие водораствори­мые полимеры, это позволяет повысить эффективность добычи.

ОБОРОТНОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ в горном деле (а. circulating water supply; н. Rucklaufwasserversorgung; ф. alimentation en eau de circulation, recyclage d'eau; и. suministro de agua circulante) — многократное использование воды на горном предприятии в целях предотвращения нерационального потребления природных вод и их загрязнения. Наиболее крупных масштабов оборотное водоснабжение достигло на обогатительных фабриках и при гидравлической добыче полезных ископаемых.

Схемы обогатительного водоснабжения предусматривают постоянное полное или частичное использование производственных стоков. Наиболее распространённая и простая схема оборотного водоснабжения: предприятие-шламонакопитель — предприятие, т.е. использование в качестве оборотной воды производственных стоков (после отстаивания в шламонакопителе) во всех переделах и циклах без дополнительной очистки. В этом случае схема водоснабжения состоит из устройства по забору оборотной воды из шламонакопителя, транспортировки её (насосами или самотёком) до резервуара воды на фабрике с последующим распределением по точкам потребления.

Полное оборотное водоснабжение характеризуется использованием всех производственных стоков без их сброса. Потери воды от испарения, фильтрации и с продуктами, выводимыми из технологического процесса, восполняются свежей водой в любом месте (шламонакопителе, резервуаре, трубопроводе). Полное оборотное водоснабжение может быть организовано при осветлении суспензии отходов обогатительных фабрик в отстойниках с применением флокулянта (слив используется как оборотная вода, а сгущённый продукт направляется в шламонакопитель на дальнейшее отстаивание). При достаточном количестве воды в шламонакопителе она может быть использована для технологических нужд. В схемах частичного оборотного водоснабжения используется часть стоков. Остальная часть после доведения до санитарных и рыбохозяйственных норм сбрасывается. Естественные потери в процессе производства и недостающая часть восполняется свежей водой. Соотношение объёмов оборотной и свежей воды как при полном, так и при частичном оборотном водоснабжении определяется технико-экономическими расчётами. Возможно оборотное водоснабжение и при условии кондиционирования (регенерации) воды с локальной очисткой всего слива. На флотационных фабриках оборотное водоснабжение может быть поцикловым — вода данного цикла полностью или частично возвращается в этот же цикл, а вода с шламонакопителя используется, как правило, в последнем цикле обогащения.

Выбор схем оборотного водоснабжения определяется технологическим процессом, наличием источников водоснабжения, технико-экономическими расчётами и санитарно-гигиеническими требованиями. Однако с учётом требований рационального использования водных ресурсов следует считать, что разработка схем оборотного водоснабжения с максимальным использованием оборотной воды является обязательным условием для вновь проектируемых и действующих горнопромышленных предприятий.

Ключевые слова: горно-обогатительный комбинат, шахтные и подотваль- ные сточные воды, очистка сточных вод, нейтрализация, ионы тяжелых ме- таллов, сульфаты.

Переработка сточных вод горно-обогатительных комбинатов (ГОК) - проблема, которая является актуальной во всем мире и которая на сегодняшний день не имеет удовлетворительного решения. В результате переработки руд образуются отходы, в том числе сточные воды, загрязненные кислотами и солями тяжелых металлов. Практически всегда стоки ГОК – шахтно-рудничные, подотвальные, технологические (дебалансные) - имеют сложный состав: ионы тяжелых металлов, кислоты, растворенные сульфаты, остатки реагентов, используемых при обогащении руд [1].

Решение задачи разработки эффективной технологии даст возможность создавать очистные сооружения практически любой производительности для стоков с различной минерализацией и позволит очищать сточные воды ГОКов до ПДК рыбохозяйственных водоемов.


Из данных среднемноголетнего анализа следует, что состав шахтных вод значительно различается в зависимости от горизонта, с которого происходит их откачка на дневную поверхность. Для подотвальных вод выявлено, что содержание загрязняющих веществ увеличивается при уменьшении количества атмосферных осадков [2]. Концентрация сульфатов в стоках варьируется в широких пределах и в разные периоды года значительно превышает ПДК водоемов культурно-бытового значения. Известно, что в подотвальных сточных водах некоторых ГОК, например, Куль-Юрт-Тау (Республика Башкортостан, Баймакский район), содержание сульфатов может превышать 20 г/дм3 [3]. Высокое содержание сульфатов в стоках приводит не только к загрязнению водоемов и почв, но и к снижению эффективности очистных сооружений в связи с постоянным образованием гипсовых отложений в коммуникациях и аппаратах. При этом именно удаление сульфатов является наиболее сложным процессом при очистке высокоминерализованных сточных вод.

Традиционная технология обработки стоков комбинатов основана на нейтрализации с последующим образованием гидроксидов тяжелых металлов и сульфата кальция [4]. На станцию нейтрализации поступает смесь образующихся стоков - шахтных и подотвальных. Анализ результатов работы станций показал, что технология обеспечивает эффективную очистку от тяжелых металлов и только частичную - от сульфатов.

При разработке технологии основным методом выделения примесей принято известкование. Целью нейтрализации является снижение содержания сульфатов за счет образования гипса (растворимость в воде при температуре 20°С составляет 2,0 г/дм3). При этом известкование позволяет попутно переводить в осадок тяжелые металлы.

Для каждого из указанных стоков определена концентрация сульфатов и рН. Средние результаты представлены в таблице 2.


На основании таблиц 1, 2 установлено, что шахтные сточные воды содержат меньшее количество сульфатов, чем подотвальные. Поэтому основой предлагаемой технологии принята раздельная нейтрализация шахтных и подотвальных сточных вод. Смешивание производится на последнем этапе обработки. При этом очищенные шахтные сточные воды также используются для разбавления при смешивании стоков, что позволяет улучшить их показатели при сбросе в водоемы.

В ходе экспериментов на модельных растворах установлено, что при значении рН 12,0 концентрация сульфатов в пробах с исходным содержанием более 5,0 г/дм3 снижается до 1,20 г/дм3. Таким образом, требуемая концентрация сульфатов, а именно 1,13 г/дм3, в подотвальных сточных водах при применении только известкового молока не достигается. Необходимо интенсифицировать процесс. Для этой цели в нашей технологии применяется метод введения затравки из оборотного осадка.

С учетом результатов исследования по нейтрализации и введению затравки предложена технология очистки сточных вод, характеризующихся повышенным содержанием сульфатов. Основу составляют следующие процессы:
- при обработке подотвальных сточных вод требуется известкование до рН=12,0. При этом вероятно растворение гидроксидов цинка, хрома. Для эффективного перевода тяжелых металлов в осадок производится ступенчатая нейтрализация: первая ступень - до рН=9,0 для связывания ионов тяжелых металлов в гидроксиды и перевода их в осадок; вторая ступень - до рН=12,0 для дальнейшего перевода сульфатов в нерастворимую форму в виде гипса (СаSO4 х 2Н2О);
- при обработке смеси шахтных сточных вод производится одноступенчатое известкование до рН=9,0;
- для интенсификации процесса образования гипса в подотвальных и шахтных стоках применяется введение затравки из оборотного осадка.


При перещелачивании (на втором этапе нейтрализации подотвальных вод при доведении рН до 12) в сточные воды вводится избыточное количество гидроксида кальция, что приводит к значительному повышению жесткости воды. Для улучшения качества сточные воды поступают в узел рекарбонизации, вследствие чего рН среды снижается практически до нейтральной (рН=7,5A8,0). Рекарбонизация ведется путем барботажа углекислым газом с интенсивностью 2 м3 СО2 на 1 м3 стока в час в течение 5,0-5,5 мин. Окончание процесса рекарбонизации - при достижении требуемой реакции среды. В ходе рекарбонизации в сточных водах образуется карбонат кальция, который выпадает в осадок. На данном этапе потоки сточных вод смешиваются, в пруды рекарбонизации поступает смесь подотвальных, шахтных стоков.

Доочистку обрабатываемой воды предлагается проводить на биоплато, заселенных высшими водными растениями (эйхорния, тростник обыкновенный, рогоз узколистный, осока дернистая) [2]. Для организации прудов-усреднителей, сооружений для нейтрализации и рекарбонизации, биоплато предлагается использовать природные и природно-техногенные ландшафты. Качество очищенных стоков соответствует требованиям к сбросам в водоемы культурно-бытового и рыбохозяйственного значения по основным компонентам [2].

При необходимости получения воды высокого качества, например, для ее последующего использовании могут быть применены мембранные и термические методы очистки стоков.

В процессе очистки сточных вод образуются два вида гипсовых осадков: полученные на первом этапе нейтрализации подотвальных и смеси шахтных сточных вод; на втором этапе нейтрализации (перещелачивании) подотвальных сточных вод.

Осадки, образующиеся на первом этапе нейтрализации, содержат тяжелые металлы и небольшое количество гипса. При этом осадок имеет стабильный состав; разделение потоков на два этапа позволяет снизить его количество.

Для осадка, полученного на втором этапе нейтрализации, проведен анализ состава эмиссионным спектральным методом с индуктивно-связанной плазмой.

Результаты анализа состава полученного осадка показывают, что основными компонентами являются соединения кальция и магния, серы; более 50% общей массы осадка составляет вода.

Оба вида гипсовых осадков хорошо фильтруются. В зависимости от сезона могут быть более железистыми, которые также хорошо фильтруется. Эксперимент по обезвоживанию осадков показал целесообразность применения фильтр-пресса для обоих типов гипсовых осадков. На основании экспериментальных данных по качеству фильтрата и обезвоженного осадка к применению рекомендуется фильтровальная ткань Tamfelt (Финляндия) [5]. После обезвоживания гипсовые осадки рекомендуется использовать в качестве добавки при получении строительного гипса.

При рекарбонизации образуется третий тип осадка, состоящий на 99% из карбоната кальция. Представляет собой мелкокристаллический продукт; относится к хорошо фильтруемым осадкам.

Карбонатный осадок имеет выраженную кристаллическую структуру, хорошо обезвоживается без применений фильтров; пруд для рекарбонизации выполняется секционного типа, при разгрузке одной секции образующийся осадок обезвоживается в природных условиях и вынимается с помощью экскаваторов. Карбонатный осадок предлагается к применению в качестве добавки при производстве алебастра.



Таким образом, проведены исследования по перещелачиванию и последующему кондиционированию стоков путем рекарбонизации, направленные на совершенствование технологии очистки сточных вод ГОК от растворенных загрязняющих веществ, главным образом, сульфатов, и повышение надежности очистных сооружений комбинатов, улучшение экологической обстановки в горнодобывающих регионах.


Эта технология основывается на известных методах, не требующих значительных экономических затрат, и позволяет улучшить качество обрабатываемых стоков до требований, предъявляемых для сброса в водоемы, с использованием существующих сооружений и естественных образований рельефа. При этом практически не требует капитального строительства на объекте.

Литература:
1. Абрамов А.А. Обогащение руд цветных металлов [Текст] / А.А. Абрамов, С.Б. Леонов - М. : Недра, 1991. 407 с.
2. Вдовина И.В. Снижение антропогенной нагрузки на малые реки в зоне влияния горнорудного промышленного предприятия: на примере Республики Башкортостан [Текст]: автореф. дис. … канд. техн. наук : 03.00.16 / И.В. Вдовина ; Уфа, 2009. - 24 с.
3. Мустафин А.Г. Экологические проблемы горнорудного региона Башкирского Зауралья и пути их решения [Текст] / А.Г. Мустафин, З.Ш. Сабитова, Т.В. Шарипов // Вестник Башкирского университета, 2011. №1. С. 43-46.
4. Селицкий Г.А. Технологии очистки сточных вод горнорудных предприятий [Текст] / Г.А. Селицкий, Е.А. Уласовец, Д.В. Ермаков // Инновационные технологии в системах производственного водоснабжения. Сб. статей. - Екатеринбург, 2013. С. 32-48.
5. Аксенов В.И. Обезвоживание осадков станции нейтрализации Учалинского ГОКа [Текст] / В.И. Аксенов, Е.А. Бондаренко, Т.А. Валенцева // Вода: проблемы и решения. Сборник докладов Всероссийской НПК, выпуск 8. - Тюмень: РИО ВПО ТюмГАСУ, 2011. С. 56-60.

Water management mining and processing plants: problems and solutions

The article describes the mine and underspoil dump water treatment technology. That technology allows to reduce concentration of heavy metals ions and sulphates to maximum concentration limit. Laboratory researches results are given.

Keywords: mining and processing enterprise; mine and underspoil dump water; wastewater treatment; neutralization; heavy metals ions; sulphates.

Читайте также: