Как видно из представленных данных, воды, поступающие на станцию нейтрализации, содержат как ртуть, так и мышьяк; в выходящем потоке, который подлежит сбросу в водные объекты, ртуть не обнаруживается, а содержание мышьяка ниже ПДК.
Возможной причиной осаждения ртути является образование при рН=6-8 нерастворимых комплексов с фульво - и гуминовыми кислотами, которые соосаждаются с гидроксидами металлов.
Очистка сточных вод от As, вероятно, связана с образованием труднорастворимых солей кальция мышьяковистой и мышьяковой кислот Ca3(AsO4)2 или Ca3(AsO3)2 и сорбцией As на частицах известкового молока.
Одной из наиболее важных проблем при нейтрализации шахтных и подотвальных вод является гипсообразование. Прогноз процесса солеобразования при нейтрализации кислых стоков раствором известкового молока является неотъемлемой частью мероприятий по его предупреждению. Для прогнозирования гипсообразования использовался метод расчета на основе теории Дебая-Гюккеля. Термодинамическое состояние между гипсом и сточными водами определяется сравнением произведения растворимости сульфата кальция при равновесном состоянии (ПР(СaSO4)равн.) с произведением активных концентраций ионов Ca2+ и SO42- при соответствующей температуре.
Если (аСа)х(аSO4)≥ ПР(СaSO4)равн., то раствор пересыщен сульфатом кальция и возможно выпадение гипса в осадок. Усредненные результаты расчетов на основе среднемесячных данных, полученных в течение года, приведены в табл.11.
Таблица 11 – Результаты прогнозирования выпадения гипса на выходе станции нейтрализации
Ионная сила | (аСа)х(аSO4), *10-5 | ПР (СaSO4)равн. при 18°С, *10-5 |
0,099-0,136 | 3,84-6,99 | 3,66 |
Как видно из представленных данных обработанная вода пересыщена сульфатом кальция, что приводит к его постоянному выпадению в осадок и, как следствие, к ухудшению процесса укрупнения и осаждения осадка гидроксидов металлов.
Пересыщению гипсом способствует также избыточный расход известкового молока. По проведенным расчетам суточный расход нейтрализующего агента для вод усредненного состава равен 30 м3/сут (с учетом необходимого переизбытка в 10%). По имеющимся данным на станции нейтрализации среднесуточный расход известкового молока составляет 110-130 м3/сут, что обусловлено несовершенством системы дозирования известкового молока только по параметру рН, без учета состава воды на входе станции нейтрализации.
Учитывая все выявленные недостатки, предложена новая принципиальная технологическая схема очистки шахтных и подотвальных вод, представленная на рис.6. В емкость 2 подается известковое молоко, обеспечивающее увеличение рН очищаемой воды до 5 ед. При этом происходит нейтрализация свободной серной кислоты и выпадение в осадок гидроксида железа (III). Процесс необходимо вести в статических условиях для обеспечения полноты протекания процесса нейтрализации. Часть образовавшегося осадка рекомендуется путем рециркуляции вводить во входящий поток сточных вод в качестве «затравки» для снятия пересыщения по гипсу и выпадения основной массы гипса в емкости 2. Далее частично очищенная вода по трубопроводу, в который дозируется известковое молоко до достижения рН потока 8,5-9,0 ед., подается в камеру хлопьеобразования 3, перед которой в поток вводится флокулянт. По окончании процесса хлопьеобразования очищаемая вода направляется в тонкослойные отстойники 4 и далее на фильтрационную систему. Достоинством предлагаемых фильтров является их автоматическая очистка без остановки работы очистных сооружений. Тонкость фильтрации, обеспечиваемая данной системой, равна 20 мкм.
|
существующие узлы; рекомендуемые узлы
1 – гидроциклон; 2 – емкость для нейтрализации; 3 – камера хлопьеобразования; 4 – тонкослойный отстойник; 5 – автоматический фильтр; 6,7 – насосы; 8,9,10 – насосы-дозаторы; 11- биоплато
Рисунок 6 –Принципиальная технологическая схема очистки шахтных и подотвальных вод
После очистных сооружений часть очищенной воды возвращается в технологию обогащения, а остаток (в объеме до 3000 м3/сут) направляется на биоплато.
Осадок, образующийся в результате очистки шахтных и подотвальных вод, имеет четвертый класс опасности. Данный отход, обогащенный тяжелыми металлами, можно использовать в качестве закладочного материала, создавая техногенные месторождения. Применение станции нейтрализации позволяет значительно снизить поступление загрязняющих веществ (в основном тяжелых металлов) в водные объекты, тем самым выводя их из экологической системы.
Доочистка сточных вод после станции нейтрализации на биоплато с высшими водными растениями
Для обоснования применения технологии биоплато с высшими водными растениями для снижения антропогенной нагрузки на малые реки проведено обследование территории размещения горно-обогатительного комбината с целью выявления природных аналогов биоплато и оценки эффективности их функционирования.
В ходе обследования, проведенного в конце вегетационного периода, в качестве аналогов рассмотрены следующие участки (см. рис2): 1) нижний бьеф технологического пруда, где сформировался заболоченный участок с характерной болотной растительностью; 2) Буранцкое болото; 3) сбросной канал с высшей водной растительностью; 4) устье р. Буйды. Нияльское болото рассматривалось как фоновая территория.
Основными аборигенными видами высшей водной растительности, характерными для рассмотренных участков, являются тростник обыкновенный (Phragmites australis), рогоз узколистный (Týpha angustifólia), осока дернистая (Carex cespitosa).
Выявлено, что из основных видов наибольшей накопительной способностью обладает осока дернистая. Сравнительное содержание тяжелых металлов в зеленой массе растений в одной из рассматриваемых точек приведено в табл.12.
Таблица 12 – Содержание тяжелых металлов в растительных образцах, отобранных на Буранцком болоте
Вид растения | Содержание ТМ, мг/кг сухой массы | ||||
Fe | Cu | Zn | Mn | Cd | |
Phragmites australis | 37,8±24,9 | 2,40±1,44 | 23,0±15,2 | 45,0±29,7 | 0,0010±0,0006 |
Týpha angustifólia | 32,8±21,6 | 2,00±1,20 | 36,7±24,2 | 70,7±46,7 | 0,015±0,009 |
Carex cespitosa | 216±104 | 38,5±25,4 | 394±189 | 89,6±59,1 | 0,872±0,523 |
Результаты анализа проб воды, отобранные на этих же участках, позволяют выявить природные и природно-техногенные ландшафты, которые обладают хорошей самоочищающей способностью. Выявлено, что в нижнем бьефе технологического пруда и в сбросном канал образовались природно-техногенные переувлажненные участки с характерными видами высшей водной растительности, которые можно использовать для дальнейшего устройства на них биоплато с целью снижения нагрузки на р. Буйды.
Проведен расчет биоплато для участка, находящегося в нижнем бьефе технологического пруда. Для очистки 3000 м3/сут сточных вод площадь биоплато должна составлять ~20 га; содержать 2 параллельные секции с 4-мя последовательными ступенями в каждой с возможностью отключения любой секции без нарушения работы остальных. Время пребывания воды на биоплато 10 сут. Количество тяжелых металлов, которое может быть накоплено за вегетационный период с учетом выявленной способности аборигенных видов растений к накоплению, представлено в табл.13.
Таблица 13 – Масса тяжелых металлов, извлекаемая за вегетационный период высшей водной растительностью на биоплато
Вид растения | Накопление за вегетационный период, кг/га | ||||
Fe | Cu | Zn | Mn | Cd | |
Phragmites australis | 0,510 | 0,032 | 0,311 | 0,608 | 0,000014 |
Týpha angustifólia | 0,262 | 0,016 | 0,294 | 0,566 | 0,00012 |
Carex cespitosa | 2,00 | 0,35 | 3,62 | 0,82 | 0,008 |
Экономический эффект от внедрения комплекса предлагаемых очистных сооружений выражается в уменьшении размера платы за сброс загрязняющих веществ в р. Буйды на 796 тыс. руб., при этом предотвращенный экономический эффект составит 664 тыс. руб.
Предложенные технологические решения по очистке сточных вод горно-обогатительных комбинатов, основанные на комплексной оценке влияния и исследовании условий функционирования технических средств, позволят минимизировать антропогенное воздействие на малые реки.
ВЫВОДЫ
1. На основании данных мониторинга состава воды р. Буйды оценена степень антропогенной изменённости водотока с использованием трех методик: по индексу загрязнения воды; по методу комплексной оценки; по функции желательности. Показана целесообразность применения функции желательности как интегрального критерия антропогенной изменённости гидрохимического состава воды малой реки относительно её природного состояния с учетом геохимических особенностей исследуемого региона. Установлено, что участки русла р. Буйды в районе плотины технологического пруда и в месте сброса очищенных сточных вод характеризуются наибольшей степенью антропогенной изменённости водотока (D=0,15-0,18) и угнетенным биоценозом (dM=0,36-0,87), что необходимо учитывать при планировании природоохранных мероприятий.
2. На основе результатов многолетнего ежемесячного мониторинга шахтных и подотвальных вод и комплекса метеорологических данных определена тенденция к закислению подотвальных вод. Получены зависимости между средмесячным количеством атмосферных осадков, значением рН и содержанием сульфатов в подотвальных водах, позволяющие прогнозировать их качество. Установлено, что для шахтных вод такая зависимость отсутствует.
3. Расширена методическая база аналитического контроля целевых продуктов и отходов горно-обогатительного комбината и станции очистки шахтных и подотвальных вод путем разработки фотометрической методики определения мышьяка с использованием ультразвуковой пробоподготовки и твердофазного сорбента для устранения мешающих компонентов (тяжелых металлов) с диапазоном определяемых концентраций 0,1-1500 мг/кг с погрешностью 18-35%.
4. Установлено, что при обработке шахтных и подотвальных вод известковым молоком происходит их эффективная очистка от токсичных микропримесей. Отмечено снижение концентрации мышьяка от 0,74 до 0,006 мг/дм3, ртути от 0,00018 мг/дм3 до <0,00001 мг/дм3.
5. Предложено модернизировать технологию очистки шахтных и подотвальных вод путем введения двух этапов обработки потока шахтных и подотвальных вод известковым молоком: на первой стадии до рН=5 с образованием гипса и гидроксида Fe (III) с возвратом части образовавшегося осадка во входящий поток в качестве реагента, интенсифицирующего выпадение гипса; на второй стадии до рН=8,5-9,0 с образованием гидроксидов Cu, Zn, Fe (II). Для устранения «проскока» взвешенных веществ предусматривается внедрение системы фильтрования. В качестве доочистки сточные воды направляются на биоплато с высшими водными растениями.
6. Осуществлен поиск и подбор аборигенных видов высшей водной растительности (Carex caespitosa, Phragmites australis, Týpha angustifólia), способных аккумулировать тяжелые металлы (Fe, Mn, Cu, Zn, Cd), с целью их дальнейшего использования для устройства биоплато. Установлена высокая накопительная способность Carex caespitosa по отношению к исследуемым элементам. На основании мониторинга заболоченных территорий, находящихся в зоне влияния горно-обогатительного комбината даны рекомендации по обустройству биоплато для снижения антропогенной нагрузки на малые реки региона.
Список работ, опубликованных по материалам диссертации
1. Вдовина технологических решений по очистке сточных вод горно-обогатительных комбинатов / в. и.сафарова, , Вдовина жизнедеятельности. - № 7. – 2009. - С. 43-48.В
2. Вдовина деятельности крупного горно-обогатительного предприятия на гидрохимическое и экологическое состояние малых рек (на примере р. Буйды)./, , . – Экологические системы и приборы. - № 9. – 2009. - С.36-41.
3. Вдовина подход к оценке влияния горнодобывающих предприятий на малые реки Республики Башкортостан / , , // Фундаментальные исследования. - №2. – 2008. - С. 98.
4. Вдовина способности микроорганизмов к извлечению ионов тяжелых металлов из разбавленных сточных вод / , , // Сборник материалов 56-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, УГНТУ, 2005.- С.122-125.
5. Вдовина изучение уровня накопления тяжелых металлов в объектах окружающей среды / , , // Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Экология-2006): материалы 3-ей международной научно-технической конференции. – Уфа, 2006. – С.171-173.
6. 
Вдовина метода дендроиндикации для мониторинга металлов в горнорудных районах Республики Башкортостан / , , // Рефераты докладов II Международного форума «Аналитика и аналитики» - г. Воронеж, 2008. – С.430
7. Вдовина сопровождение процесса нейтрализации шахтных и подотвальных вод горно-обогатительных комбинатов / , , // Материалы докладов II Международного форума «Аналитика и аналитики». – г. Воронеж, 2008. – С.431
8. Вдовина влияния сточных вод Учалинского ГОК на состояние природных водотоков (на примере рек Буйды и Кидыш) / , , // Материалы XXI Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии», г. Уфа, 2008, С.185 – 187.
9. Вдовина состава шахтных вод при разработке медно-цинковых колчеданных месторождений (на примере Учалинского ГОК) / , , // Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Экология –2008): Сборник научных статей V-й Международной научно-технической конференции. Том I. – Уфа: УГАТУ, 2008. – C.236-240.
10. Вдовина способности микроорганизмов к извлечению тяжелых металлов из водных растворов / , , // Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Экология –2008): Сборник научных статей V-й Международной научно-технической конференции. Том I. – Уфа: УГАТУ, 2008. – C.256-260.
11. Вдовина формирования сточных вод горно-обогатительных предприятий по переработке медно-цинковых руд и их влияние на малые реки / , , // «Актуальные проблемы в науке и технике». Сборник трудов 4-ой Всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых. – Уфа: Изд-во «Диалог», 2009. – C.59-63
Подписано в печать 20.11.09 г. Формат 60х84 1/16.
Бумага офсетная. Печать ризографическая. Тираж 120 экз. Заказ 330.
Гарнитура «TimesNewRoman». Отпечатано в типографии
«ПЕЧАТНЫЙ ДОМЪ» ИП ВЕРКО.
Объем 1,08 п. л. Уфа, Карла Маркса 12 корп. 4,
т/ф: ,
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
