Header Image
Руководители предприятий участников Ассоциаций и Союзов предприятий промышленности строительных материалов» в качестве основных вопросов, сдерживающих развитие предприятий отрасли, назвали усиление разорительной административной и коррупционной нагрузки на предприятия.
Подробнее ...
3.2. Очистка сточных вод от взвешенных частиц Печать E-mail
13.12.2014 22:47

Строительство очистных сооружений в районах добычи является сложной задачей, учитывая большие объемы сточных вод, отсутствие эффективных технологий, перемещения участков добычи (при дражной отработке месторождения). Использование коагулянтов для осветления промстоков возможно только в замкнутых системах, т.к. большинство реагентов оказывает вредное воздействие на жизнедеятельность водоемов. Для решения проблемы очистки сточных вод требуется разработка простых, экономически и экологически эффективных методов, для чего могут создаваться искусственные механические геохимические барьеры.

Природные аналоги искусственного механического барьера. Аналогом искусственного механического барьера, который можно использовать для очистки сточных вод от взвешенных частиц, являются процессы кольматации. В результате кольматации происходит процесс заполнения порового пространства грунта более мелкими частицами, находящимися во взвешенном состоянии в фильтрующейся воде (Куприна, 1968). Кольматация происходит благодаря двум причинам (Банник, 1974) - простому механическому заполнению пор грунта и поверхностному взаимодействию частиц. Твердые взвешенные частицы суспензии могут механически задерживаться в порах грунтов, а также вступать в физико-химические взаимодействия со скелетом фильтрующегося грунта и друг с другом с образованием коагуляционных связей (Банник, 1974; Техническая мелиорация пород, 1981; Грунтоведение, 2005).
Процесс кольматации широко распространен в природе (Техническая мелиорация пород, 1981). Кольматация часто протекает под влиянием аллювиальных, делювиальных и пролювиальных процессов. Во время паводков фильтрация несущей большое количество взвешенных наносов воды в берега и дно рек и других водоемов приводит к кольматации рыхлых и скальных пород. Раскольматирование пород под влиянием обратных фильтрационных потоков не происходит, поскольку во время паводков фильтрация воды в берега и дно происходит при значительно больших градиентах, чем движение воды в реку при спаде паводков и в межень (Техническая мелиорация пород, 1981).
Кольматация песчаных грунтов широко развита, например, в Каракумах по границе песков с предгорной такырной равниной. Толща песков на дне селевого арыка имеет более сложное строение. С поверхности пески покрыты глинистой коркой, растрескавшейся в сухом состоянии на отдельные плитки. По составу это тяжелая глина, под которой лежит слой супеси, уплотненной и сцементированной глинистыми частицами. Переход супеси в нижележащий слой мелкозернистого песка постепенный. Супесь, залегающая между мелкозернистым песком и покрывающей его глинистой коркой, есть не что иное, как слой закольматированного песка. Глинистые и пылеватые частицы, содержащиеся в селевых потоках, проникали в поверхностную толщу песка вместе с током фильтрующей их воды и закольматировали его. Это привело к снижению водопроницаемости и образованию на поверхности глинистой корки.
Кольматация отмечается также в каналах, водоемах, водохранилищах и других сооружениях. В каналах потери на фильтрацию резко снижаются, если воды, текущие по каналам, несут с собой взвешенные глинистые частицы. Это характерно для каналов, построенных в гравелисто-галечниковых и песчаных грунтах. Процесс кольматации активизируется в результате строительства плотин, способствующих осаждению взвешенных частиц (Техническая мелиорация пород, 1981).
Принцип создания барьеров. Механические геохимические барьеры играют существенную роль в формировании россыпных месторождений (Билибин, 1955). Общий случай механической миграции вещества при формировании и разработке россыпных месторождений показан на рис. 3.1. Нам представляется возможным использование аналогичных процессов аккумуляции твердого вещества для очистки поверхностных вод от взвешенных частиц. Создание искусственных барьеров возможно в непосредственной близости от источника загрязнения, что существенно сокращает зону влияния месторождения на окружающую среду.
Одним из возможных способов удаления взвешенных частиц могут быть искусственные, а в ряде случаев и естественные механические геохимические барьеры, предусматривающие пропускание сточных вод через фильтры из местных грунтов и отвалов.
Подобные механические геохимические барьеры применяются для очистки от взвешенных частиц вод, образующихся при угледобыче (Лесин, 1986). Исследования, проведенные Ю.В. Лесиным, показали, что наиболее простую конструкцию имеют фильтры, размещенные в естественных или искусственных выемках (оврагах, логах, старых горных выработках и т.п.).


Рис. 3.1. Механическая миграция вещества при формировании и разработке россыпных месторождений

В этом случае фильтрующий массив по ширине ограничивается стенками выемок, а ниже его по выемке возводится водоудерживающая дамба для сбора осветленной воды (рис. 3.2).
Промышленная проверка эффективности работы фильтров показала, что даже при неблагоприятных условиях (в период таяния снега) качество воды после очистки по всем показателям удовлетворяет существующим требованиям.
Эффект частичной очистки стоков отмечался на Ленских россыпных месторождениях золота при возведении низконапорных дамб (рис. 3.3) (Ершов, 2005). На россыпях бульдозерным способом возводились низконапорные дамбы различной конфигурации. Отсыпка велась поэтапно. На первом этапе из вскрышных пород, обладающих достаточной водонепроницаемостью, сооружалась первоначальная дамба высотой до 2-2,5 м, подпор которой позволяет организовать оборотное водоснабжение промывочной установки. В дальнейшем, в процессе отработки россыпи, путем разваловки эфельных хвостов происходит периодическое наращивание дамбы.


Рис. 3.2. Схема устройства фильтра: 1 — трубопровод для отвода очищенной воды; 2 — дaмба; 3 — водосборник очищенной воды; 4 — фильтрующий массив; 5 — водоприемник; 6 — трубопровод для подвода загрязненной воды. Стрелками показано направление движения воды (Лесин, 1986).

Поэтапное возведение наращиваемой дамбы обвалования из отходов промывки, как и возведение первоначальной дамбы, осуществлялось различными способами в зависимости от наличия необходимого для отсыпки объема грунта и организации бульдозерных работ. Это же предопределяло и конфигурацию откосов (Ершов, 2005).
Возведение таких дамб гарантирует устойчивость их оснований и боковых поверхностей, а также способствует снижению фильтрационных потерь. Смещение оси наращиваемой дамбы при ее отсыпке способствует увеличению безопасности бульдозерных работ в результате оставления бермы вдоль гребня первоначальной дамбы и на 15—25% повышается эффективность осветления сточных вод за счет удлинения фильтрационного пути.


Рис. 3.3. Схемы возведения низконапорных дамб: 1 — первоначальная дамба; 2 — наращиваемая дамба обвалования (Ершов, 2005)

Опытные работы по созданию механических барьеров проводилась нами в бассейне р. Вишеры (Пермский край), где ведется добыча алмазов. До недавнего времени гидроэкосистема верхней Вишеры, удаленная от промышленных объектов, практически не испытывала техногенной нагрузки. Ее гидрохимические параметры формировались посредством природных факторов и могли рассматриваться в качестве эталонов экологического благополучия. Высокая чистота природных вод обусловила формирование в акватории р. Вишеры своеобразного и насыщенного в видовом отношении ихтиоценоза, в составе которого доминируют ценные промысловые виды рыбы – хариус, таймень, голец и др.
Бассейн р. Вишеры слагается отложениями рифея, венда, ордовика, силура, девона, карбона и перми. В районе проявляется современный и древний карст. Закарстованы трещиноватые карбонатные породы силура, девона, карбона и нижней перми общей мощностью до 4000 м. С перекрытым подаллювиальным и подфлювиогляциальным карстом связаны образовавшиеся на механических барьерах, погребенные месторождения алмазов в эрозионно-карстовых депрессиях (Максимович, Кропачев, 1969). Отложения, заполняющие депрессии, включают песчаник, кварцито-песчаник, кварц, кремень, известняк, доломит.
Разрабатываются месторождения дражным и гидромеханическим способами, для чего применяются драги и сезонные обогатительные фабрики. Драгами и фабриками извлекают часть тяжелой фракции, содержащей алмазы. В реки сбрасываются валунно-галечные и песчано-глинистые фракции, образующие отвалы высотой несколько метров. С целью поддержания необходимого уровня воды для плавучих драг на реках сооружаются плотины.
Экологические последствия горных работ обусловлены генетической связью россыпного месторождения с речной сетью и особенностями технологии добычных работ, заключающиеся в извлечении тяжелой фракции посредством промывки рыхлой вмещающей породы водой в месте ее залегания. Промывка россыпи – один из наиболее водоемких процессов горных работ.
По данным анализов водных вытяжек из грунтов, в отвалах наблюдается высокое содержание железа (до 9,9 мг/кг), нитритов (до 1,6 мг/кг), аммония (до 11 мг/кг). Содержание железа в водных вытяжках тем больше, чем моложе возраст отвала. Источником железа служат железосодержащие минералы отвалов, что подтверждается рентгеноструктурным анализом грунта, отобранного из отвалов драги в месте слияния рек Бол.Колчим и Чурочная. В составе тяжелой фракции присутствуют гетит (31%), гематит (35%) и магнетит (4%).
Донные отложения максимально загрязнены на участках рек, находящихся вблизи участков работы драг. Вниз по течению концентрация загрязняющих компонентов уменьшается. Так, для р.Колчим содержание железа в водной вытяжке донных отложений уменьшается в пять с лишним раз. Химический анализ пульпы драг и сезонной обогатительной фабрики указывает на повышенное содержание железа, в 6 - 12 раз превышающее ПДК. В реках ниже драг отмечается увеличение концентрации сульфатов, хлоридов, нитратов, нитритов, аммония, кремния. Содержание железа в воде до 25 раз превышает ПДК (Максимович, Макарова,1994).
Для очистки от взвешенных частиц сточных вод предложено использование грунтовых плотин – классического механического геохимического барьера. Исследования возможности очистки сбрасываемой воды от взвешенных веществ с помощью грунтовых плотин были проведены на участке сброса драги на р. Рассольной. Для плотин использовались дражные отвалы, находящиеся здесь же в долине реки (рис. 3.4). Концентрация взвешенных веществ в р. Рассольная в зоне влияния драги, в зависимости от количества атмосферных осадков, изменялась от 0,183 до 12 г/л, что во много раз превышает фоновые значения.


Рис. 3.4. Очистка дражных стоков от взвешенных веществ

Опытные работы показали, что, в зависимости от длины пути фильтрации и материала плотин, концентрация взвешенных веществ снижается в десятки и сотни раз (табл. 3.1). При уменьшении содержания взвешенных веществ следует ожидать снижении концентрации железа и других загрязняющих компонентов, поскольку их содержание, как было показано выше, находится в тесной зависимости от содержания взвешенных веществ.
Таблица 3.1 Снижение концентрации взвешенных веществ в стоках драги при фильтрации через грунтовые плотины

Длина плотины, м
Исходная концентрация, мг/л
Концентрация ниже грунтовых фильтров, мг/л
Снижение концентрации, раз
30
183
8
22,9
30
630
5
126
10
630
161
3,9
30
3220
286
112,6
5
12000
6750
1,7

Как показали эксперименты, проведенные Ю.В. Лесиным (1986), зависимость концентрации взвешенных частиц Сх от длины пути фильтрации х имеет вид
Сх = Со*ехр(-ηx),
где Со — начальная концентрация взвесей; η — показатель фильтрования.
Показатель η характеризует интенсивность осаждения взвесей и определяется размерностью фракции грунтов, используемых в фильтрующей плотине и скоростью фильтрации воды.
По экспериментальным данным для плотин из пород дражных отвалов минимальное значение этого показателя составило 0,015, максимальное — 0,170. Расчеты оптимальной длины фильтрующей плотины производились по среднему значению показателя, которое составило 0,091.
Оптимальная длина фильтрующей плотины, позволяющая снизить более чем на 90% содержание взвешенных веществ, составляет около 30 м. При такой длине плотины расчетная очистка воды от взвешенных веществ при начальной концентрации менее 600 мг/л будет производиться до значений ниже ПДК.
Заиливание нижних слоев при эксплуатации фильтрующей плотины приводит к повышению уровня воды в верхнем бьефе, в результате включаются в работу верхние слои плотины. Расчеты срока эксплуатации плотины (время заполнения порового пространства взвешенными веществами на 75 %) показывают, что при условии среднего расхода реки он составляет ориентировочно 40 сут. На сезон добычи необходимо сооружение 4 таких плотин, что составляет около 3 тыс. м3 перемещенного грунта.
В ряде случаев для очистки от взвешенных частиц возможно использование естественных механических барьеров. Сточные воды могут пропускаться, например, через закарстованные массивы, аллювиальные отложения определенного гранулометрического состава и др. При строительстве плотин может быть использован опыт, накопленный в гидротехническом строительстве (Петров и др., 1994). Учитывая низкую себестоимость и технологическую простоту создания, механические геохимические барьеры на основе грунтовых плотин могут использоваться в других отраслях промышленности, где требуется очистка вод от взвешенных частиц.

 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.