Кроме вышеуказанных ингредиентов, в составе вод обнаружены макрокомпоненты (Na, K, Al, NO3, NH4, Si), токсичные элементы, являющиеся микропримесями полиметаллических руд (Cd, Hg, As, Be, Li, Sr, Te, Tl, Sb, Se и др.), органические соединения природного (карбоновые кислоты, алкилфенолы, фталаты, водный гумус, серосодержащие органические вещества) и техногенного (нитротолуолы, нефтепродукты) происхождения.
Установлено, что состав шахтных вод значительно различается в зависимости от горизонта, с которого происходит их откачка на дневную поверхность. Как видно из табл.4, вода, откачиваемая с глубины 144 м кислая, содержит бóльшие количества сульфатов и тяжелых металлов, более минерализована; вода с глубины 460 м нейтральная, из тяжелых металлов в ней превалируют цинк и железо. Достоверных сезонных различий в гидрохимическом составе шахтных вод не выявлено. Также не удалось выявить достоверную связь между количественным составом шахтных вод и количеством выпавших атмосферных осадков, что, вероятно, объясняется тем, что инфильтрация атмосферных осадков на глубинах 144 и 460 м является наименее значимым фактором, практически не оказывающим влияния на гидрохимический состав подземных вод.
В составе подотвальных вод за период с 2003 по 2008 г. г. отмечена тенденция к их закислению и увеличению содержания в них основных загрязняющих веществ при достоверном уменьшении количества атмосферных осадков в исследуемом районе. Примеры этих тенденций для показателя рН и содержания сульфатов представлены на рис.3.
а) рН б) сульфаты
Рисунок 3 – Многолетние тенденции изменения состава подотвальных вод
Увеличение содержания отмечено также для общего железа, меди и магния (на 40, 30 и 150 мг/дм3 соответственно), минерализация воды увеличилась на 4 г/дм3.
Для оценки сезонных изменений качества подотвальных вод проведен анализ среднемесячных данных. Выявлено, что минимальное содержание всех исследуемых элементов и максимальное значение рН отмечено в апреле, когда происходит интенсивное таяние снега, подъем грунтовых вод. Максимальное содержание элементов наблюдается в основном августе-сентябре.
На основании массива аналитических и метеорологических данных для целей прогнозирования состава подотвальных вод получены зависимости между содержанием сульфатов и значением рН этих вод с учетом среднемесячного количества атмосферных осадков. Кривые, отражающие эти зависимости, представлены на рис.4.
Рисунок 4 – Зависимости между содержанием SO42- и рН подотвальных вод с учетом количества выпавших атмосферных осадков (АО, мм)
При сохранении данной тенденции повышается экологическая опасность для гидросферы изучаемого района.
В целом, качество шахтных и подотвальных вод свидетельствует о типичном сернокислотном техногенезе, т. к. их гидрохимический тип – сульфатный, магниево-кальциевый, с повышенным содержанием тяжелых металлов.
В пятой главе приведены результаты обследования работы очистных сооружений шахтных и подотвальных вод и рекомендации по модернизации существующей технологии.
Основу процесса очистки шахтных и подотвальных вод составляет реакция нейтрализации свободной серной кислоты, определяющей низкие значения рН очищаемых вод, с последующим образованием гидроксидов тяжелых металлов и сульфата кальция (в виде гипса). Максимальная проектная производительность очистных сооружений составляет 15 тыс. м3/сут.
Основными реагентами, используемыми на станции нейтрализации являются: 5% раствор известкового молока, катионоактивный флокулянт Праестол 854 ВС. Эффективность очистки по основным загрязняющим веществам представлена в табл.7.
Таблица 7 – Состав воды на входе и на выходе станции нейтрализации (средние значения)
Наименование ингредиента | Концентрация, мг/дм3 | Эффективность очистки, % | Кратность превышения над ПДК | ПДК рыб-хоз, мг/дм3 | |
Вход | Выход | ||||
рН, ед | 4,0±0,3 | 8,8±0,5 | - | - | 6,5-8,5 |
Взвешенные в-ва | 2878±5 | 56,4±5,0 | 98,0 | 6 | 10 |
Сульфаты | 5261±782 | 3089±463 | 41,2 | 31 | 100 |
Железо общ. | 71,1±4,3 | 0,21±0,02 | 99,7 | 2 | 0,1 |
Марганец | 44,4±0,5 | 0,500±0,054 | 98,9 | 50 | 0,01 |
Медь | 35,9±3,6 | 0,024±0,005 | 99,9 | 24 | 0,001 |
Цинк | 267±43 | 0,090±0,016 | 99,9 | 9 | 0,01 |
Сухой остаток | 2848±142 | 5206±260 | - | -- | не норм. |
Анализ результатов работы станции показал, что технология обеспечивает эффективную очистку от тяжелых металлов (в относительных единицах) и частичную от сульфатов. Однако, на выходе отмечаются существенные превышения ПДК: по Zn - в 9 раз, по Cu - в 24 раза, по Mn - в 50 раз. Кроме того, сам процесс очистки протекает с частыми остановками. Этому способствуют следующие недостатки технологии: 1) смесь шахтных и подотвальных вод, подаваемая на очистку, характеризуется нестабильностью состава; 2) при введении нейтрализующего агента (известкового молока) в смесь шахтных и подотвальных вод не достигается достаточная степень усреднения потоков; 3) способ и точка введения флокулянта не обеспечивает равномерное распределение его в потоке и препятствует процессу хлопьеобразования; 4) выпадение большого количества гипса, обусловленное, в частности, перерасходом известкового молока, существенно ухудшает работу станции нейтрализации за счет «зарастания» технологического оборудования и «проскока» взвешенных веществ на выходе станции нейтрализации.
|
|
I – шахтная вода; II – подотвальная вода
Рисунок 5 – Кривые потенциометрического титрования кислых вод ГОК
Данные кривые отражают процессы, протекающие при совместном присутствии макро - и микрокомпонетов, характерных для медно-цинковых месторождений. Кривая изменения рН в зависимости от объема добавленного известкового молока имеет три скачка, каждый из которых соответствует осаждению групп определенных элементов: на первом нейтрализуется кислота (формируется кислотная ветвь классической кривой нейтрализации) и образуется гидроксид железа (III); на втором – образование гидроксида меди и следом за ним гидроксида цинка; на третьем – образование гидроксида железа (II). Формирование щелочной ветви классической кривой нейтрализации, которое наступает только после существенных затрат щелочного реагента на образование гидроксидов металлов, в данном случае не происходит вследствие неполного выпадения гидроксидов всех металлов (в частности марганца). Учитывая, что величина рН, соответствующая началу осаждения гидроксидов различных металлов зависит от природы металлов, их концентрации в растворе, наличия посторонних примесей и т. д., проведен уточняющий расчет рН начала и конца осаждения гидроксидов основных металлов, присутствующих в шахтных и подотвальных водах. Основные формулы для расчета представлены выражениями 2-4.
MepOHq= pMe + q(OH-)
| (2) |
| (3) |
| (4) |
где ПР – концентрационное произведение растворимости, ПР0 - термодинамическое произведение растворимости, I – ионная сила раствора, А - коэффициент, зависящий от температуры, диэлектрической проницаемости растворителя и т. д., zi – валентность i-го иона. Результаты расчета представлены в табл.8.
Таблица 8 – Значения рН начала и конца осаждения гидроксидов металлов с учетом ионной силы шахтных и подотвальных вод
Zn(OH)2 | Cu(OH)2 | Fe(OH)2 | |
рНнач | 6,92 | 5,95 | 8,25 |
рНкон | 8,54 | 6,69 | 9,45 |
Табличные значения (по ) | |||
рНнач | 6,40 | 6,20 | 7,50 |
рНкон | 8,00 | 7,10 | 9,70 |
Состав осветленной воды на каждом этапе титрования приведен в табл.9.
Таблица 9 – Изменение состава смеси шахтных и подотвальных вод при их нейтрализации известковым молоком
Содержание, мг/дм3 | ||||
Исходная проба | 1-ый скачок | 2-ой скачок | 3-ий скачок | |
рН | 3,0±0,2 | 4,3±0,3 | 8,5±0,5 | 10,5±0,6 |
Feобщ | 147±9 | 2,15±0,14 | 0,08±0,01 | 0,04±0,01 |
Ca2+ | 527±26 | 568±28 | 648±32 | 1409±71 |
Mn2+ | 75,0±7,5 | 55,5±5,6 | 0,140±0,018 | 0,050±0,009 |
Cu2+ | 53,7±5,3 | 41,0±4,1 | 0,021±0,005 | 0,020±0,005 |
Zn2+ | 413±66 | 11,8±1,9 | 0,076±0,014 | 0,832±0,135 |
При обработке шахтных и подотвальных вод известковым молоком происходит их очистка не только от основных загрязняющих компонентов, но и от высокотоксичных элементов-микропримесей (ртути и мышьяка). При исследовании поведения ртути и мышьяка на различных ступенях очистки шахтных и подотвальных вод определены содержания этих элементов в воде и осадках, отобранных на станции нейтрализации. Результаты приведены в табл.10.
Таблица 10 – Содержание ртути и мышьяка в технологических пробах, отобранных на станции нейтрализации
Наименование пробы/место отбора | Концентрация | |||
Водная фаза | Твердая фаза | |||
As*, мг/дм3 | Hg**, мкг/дм3 | As, мг/кг | Hg, мкг/кг | |
Шахтная вода | 0,741±0,185 1,014±0,254 | 0,11±0,03 | 142,5±49,9 | 60,5±30,3 |
Подотвальная вода | 0,022±0,006 0,032±0,008 | 0,18±0,02 | 51,1±17,9 | 42,0±21,0 |
Очищенная вода | 0,006±0,002 | <0,01 | - | - |
Осадок-шлам | - | - | 134,8±40,4 | 6,3±3,15 |
* содержание мышьяка представлено в виде концентраций растворенных форм (в числителе) и суммарного содержания растворенных и взвешенных форм (в знаменателе);** содержание ртути приведено в виде концентраций растворенных форм
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
