Обеспечение экологической безопасности при эксплуатации систем водоотлива действующих и ликвидированных угольных шахт тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат наук Изварина Валентина Владимировна

• Изварина Валентина Владимировна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Изварина Валентина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Влияние сточных вод угледобывающих предприятий на окружающую среду

1.2 Существующие технологии предотвращения загрязнений водных объектов промышленными шахтными водами

1.3 Современное моделирование процесса фильтрования

Выводы

Цель и идея работы. Постановка задач исследований

ГЛАВА 2 МОНИТОРИНГ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ ВОДООТЛИВА ДЕЙСТВУЮЩИХ И ЛИКВИДИРОВАННЫХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

2.1 Технологические схемы и эффективность очистки шахтных вод в Подмосковном угольном бассейне

2.2 Технологические схемы и эффективность очистки шахтных вод в Кузнецком угольном бассейне

2.3 Технологические схемы и эффективность очистки шахтных вод в Донецком угольном бассейне

2.4 Гидрологический мониторинг горных отводов ликвидированных

шахт Восточного Донбасса

Выводы

ГЛАВА 3 ФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ШАХТНЫХ ВОД

3.1 Теоретическое обоснование закономерностей движения загрязненных шахтных вод в фильтрах очистки

3.2 Физическая модель и математическое описание диффузионного переноса загрязнений в фильтре очистки

3.3 Математическая модель движения шахтных вод в фильтрах очистки

и результаты вычислительного эксперимента

3.4 Физическая модель и математическое описание динамики популяции микроорганизмов в шахтных водах

Выводы

ГЛАВА 4 ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ ВОДООТЛИВА ДЕЙСТВУЮЩИХ

И ЛИКВИДИРОВАННЫХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

4.1 Комбинированные технологические схемы применения фильтров и методов обеззараживания шахтных вод

4.2 Экспериментальные исследования фильтра-дезинфеканта для очистки и обеззараживания шахтных вод

4.2.1 Конструкция экспериментального фильтра-дезинфектанта

4.2.2 Описание пилотной установки фильтров-дезинфектантов

4.2.3 Показатели, используемые для определения эффективности работы пилотной установки

4.2.4 Выбор фильтрующей загрузки для фильтров-дезинфектантов

4.2.5 Определение технических параметров работы фильтров-дезинфектантов

4.2.6 Анализ показателей эффективности работы фильтров-дезинфектантов

4.3 Разработка конструкции фильтра-озонатора и технологической схемы для очистки и обеззараживания шахтных вод

Выводы

ГЛАВА 5 МЕТОДИКА РАСЧЕТА СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ШАХТНЫХ ВОД ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ФИЛЬТ-

РА-ДЕЗИНФЕКАНТА

5.1 Описание алгоритма расчета

5.2 Пример расчета для условий системы водоотлива на шахте Кузбасса

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1 Сводно-совмещенный план разреза "Киселевский"

Приложение 2 Гидродинамическая схема затопления ликвидируемых

шахт Восточного Донбасса

Приложение 3 Динамика уровней затопления гидравлически связанных

шахт "Южная" и им. Красина

Приложение 4 Динамика уровня затопления шахты им. Кирова по замерам в наблюдательной скважине №9114

Приложение 5 Гидрохимическая ситуация на участке откачки, очистки и

сброса вод ликвидируемых шахт «Южная» и им. Красина. 119 Приложение 6 Вычисления для определения параметров работы экспериментального фильтра-дезинфектанта

Приложение 7 Устройство экспериментального фильтра-дезинфектанта.. 128 Приложение 8 Технологическая схема экспериментальной установки в

лаборатории 201 корпуса 8 ТулГУ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение экологической безопасности при эксплуатации систем водоотлива действующих и ликвидированных угольных шахт»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Горная промышленность является одной из главных отраслей в экономике России. Потребление воды промышленностью в целом составляет 25 % от общего расхода воды. В наши дни для уменьшения водопотреб-ления в производстве активно используются водооборотные циклы. Существует необходимость предусматривать специальные комплексы очистки сточных вод, в противном случае происходит загрязнение окружающей среды.

Важнейшей отраслью производства является горнодобывающая промышленность, обеспечивающая все остальные отрасли первичным и энергетическим сырьем. В соответствии с распоряжение Правительства РФ от 21 июня 2014 г. №1099-р "О программе развития угольной промышленности РФ на период до 2030 года" совместно с развитием сырьевой базы необходимо обеспечить рациональное недропользование, в том числе экологическую безопасность и охрану окружающей среды. Каждый год от угледобывающих производств происходит выброс сотен тысяч тонн загрязняющих веществ в атмосферу, сброс сотен миллионов кубометров загрязненных сточных вод, тысячи гектар земель изымаются из сельскохозяйственного фонда. В свою очередь, сбросы неочищенных стоков приводят к количественному и качественному изменениям подземных и поверхностных вод, а также к изменению гидравлических режимов водных объектов.

Существующие методы очистки и обеззараживания сточных вод требуют более глубокого научного обоснования для повышения эффективности очистных сооружений, и, как следствие, защиты водных ресурсов в соответствии с санитарными нормами и требованиями.

Основой следующего уровня экологической безопасности эксплуатации систем водоотлива действующих и ликвидированных угольных шахт является применение новых методов и схем очистки шахтных вод. Следовательно, тема исследований актуальна.

Целью работы являлось уточнение закономерностей диффузионного переноса загрязняющих веществ в шахтных водах при их движении и обеззаражи-

вании в фильтрах-дезинфектантах для повышения эффективности защиты водных ресурсов, расположенных на территориях действующих и ликвидированных угольных шахт.

Идея работы заключается в том, что повышение экологической защиты водных ресурсов, расположенных на территориях действующих и ликвидированных угольных шахт, обеспечивается за счет использования физически обоснованных математических моделей взаимодействия различного рода загрязнений с фильтрующими загрузками и реагентами обеззараживания фильтров-дезинфекантов, используемых при проектировании систем водоотлива для очистки и обеззараживания шахтных вод.

Основные научные положения сформулированы в следующем виде:

1. Эффективность очистки загрязненных шахтных вод в фильтре-дезинфектанте в общем случае изменятся во времени, а асимптотическое значение эффективности очистки стремится к постоянной величине, которая возрастает с увеличением константы скорости сорбции загрязнений и длины фильтра-дезинфектанта и уменьшается с увеличением скорости фильтрации воды в фильтре.

2. Эффективность очистки шахтных вод моделируется уравнением конвективной диффузии загрязнений в шахтных водах, решение которого позволяет прогнозировать качественное состояние очищаемых шахтных вод.

3. Величина биохимического потребления кислорода в процессе очистки шахтных вод экспоненциально убывает с уменьшением скорости фильтрации воды.

4. Динамика плотности популяции микроорганизмов в шахтных водах удовлетворительно описывается дифференциальным уравнением логистического типа, которое показывает, что количественное уменьшение микроорганизмов возможно только при условии соотношения емкости среды к начальной плотности популяции до единицы.

Новизна основных научных и практических результатов:

1. Разработана комплексная математическая модель конвективно-диффузионного переноса загрязнений шахтных вод в фильтре-дезинфектанте и обоснован алгоритм инженерного расчета.

2. Установлены закономерности остаточной концентрации загрязнений и режима работы фильтра-дезинфектанта. Величина концентрации загрязнений на выходе из фильтра в общем случае является функцией времени, которая достаточно быстро стремиться к некоторому значению, экспоненциально зависящему от соотношения скорости фильтрации шахтной воды и сорбции загрязнений.

3. Доказано лабораторными исследованиями, что для очистки шахтных вод эффективно использование технологии объединения фильтрования и обеззараживания, обеспечивающей устойчивую очистку загрязненных шахтных вод до предельно допустимых концентраций по взвешенным веществам и величине биохимического потребления кислорода.

4. Обоснована усовершенствованная структурно-функциональная схема очистных сооружений и предложены новые технические средства очистки шахтных вод.

Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций и проведенных исследований подтверждается: корректной постановкой задач исследования с использованием классических методов гидравлики, кинематики жидкостей, математической статистики и компьютерных программ Microsoft Office Excel; анализом и структуризацией полученных ранее научно-технических сведений из специальной литературы; достаточно большим объемом экспериментальных исследований на реальных сточных водах с применением методов и приборов с допустимой погрешностью; расчетами, определяющими наиболее эффективные технологические параметры фильтра-дезинфектанта.

Практическое значение работы заключается в том, что усовершенствована технологическая схема комплекса очистных сооружений шахтных вод систем водоотлива действующих и ликвидированных угольных шахт. Разработаны математические модели, описывающие процесс фильтрования и обеззараживания

шахтных вод в фильтре-дезинфектанте. На основании выполненных исследований установлены оптимальные режимы работы фильтра-дезинфектанта. Проведены испытания фильтра-дезинфектанта с использованием различных загрузочных материалов на пилотной установке. Были получены результаты, подтверждающие эффективность использования фильтра-дезинфектанта. Разработана технология очистки и обеззараживания, позволяющая добиться снижения концентрации взвешенных веществ и показателя биохимического потребления кислорода в очищаемой воде, а также уменьшить массогабаритные характеристики установки.

Реализация работы. Уточнены закономерности очистки шахтных вод в фильтре-дезинфектанте. Основные научные и практические результаты использовались при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР и при подготовке студентов по специальности «Горное дело» в Тульском государственном университете.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 2013 - 2017 гг.); Международной конференции по вопросам водопользования и экологии в рамках участия Российской Федерации в БРИКС на площадке Международного форума (г. Москва, 2014 г.); Х юбилейном Международном Яснополянском Форуме «Устойчивое развитие. Рациональное природопользование. Технологии здоровья» (г. Тула, 2016 г.); Всероссийском конкурсе научно-технического творчества молодежи НТТМ-2016 (г. Москва, 2016 г.).

Личный вклад заключается: в обобщении существующих данных по воздействию угольных шахт на территориях Подмосковного, Донецкого и Кузнецкого бассейнов на водные ресурсы; в выполнении теоретических и экспериментальных исследований, представленных в диссертационной работе, включая постановку целей и задач исследования; в проверке полученных наблюдений с разработкой математической модели работы установки фильтра-дезинфектанта.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 работ, в том числе 4 статьи в издании, рекомендованной Высшей аттестационной комиссией, а также был получен патент РФ.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 129 страницах ма-шинописанного текста, состоит из 5 разделов, содержит 8 приложений, список литературы из 106 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н., проф. Р.А. Ковалеву и к.т.н., доц. М.Г. Бурдовой за постоянную поддержку и методическую помощь в проведении исследований.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Влияние сточных вод угледобывающих предприятий на окружающую среду

Одной из мировых проблем [30, 39, 61] за последние десятилетия является истощение водных ресурсов, их качественное и количественное изменение. В то время как вода является важнейшей основной биологической жизни. Один из основоположников геохимии, академик А.Е. Ферсман, в своих научных трудах [88] писал о том, что вода - это один из главных жидких минералов, принимающий участие в главных круговоротах экосистемы.

Наряду с другими источниками разнообразных видов энергии в экономической структуре общества вода является важным ресурсом и определяет мощность производства и его размещение. Пригодные для использования воды расположены на поверхности Земли неравномерно, их интенсивность использования зависит от вида производства. Негативное воздействие промышленности на воду как на динамичный компонент окружающей среды приводит к засолению почв, заболачиванию, затоплению, разрушению гидротехнических сооружений и т.д. Вода влияет на другие экологические ресурсы и является индикатором состояния окружающей среды и здоровья человека. Проблема истощения водных ресурсов имеет очевидную связь с территориальным расположением промышленных отраслей [18].

Главный урон водный среде, проявляется в загрязнении неочищенными сточными водами. Непрерывный рост промышленности связан с увеличением во-допотребления, что приводит к загрязнению поверхностных и подземных вод. Система организационных, экономических и технических мер, направленных на рациональное использование водных ресурсов и на предотвращение загрязнения водных объектов в водоемких отраслях промышленности, должна учитывать спо-

собы освоения недр, а также гидрологические факторы, режимы поверхностных и подземных вод.

Отрасль промышленной добычи угля - это один из самых крупных производственных процессов по отрицательному воздействию на водные ресурсы. Угледобывающая промышленность является достаточно водоемкой. Из общего объема водопотребления при добыче и переработке значительных объемов угля для различных угольных бассейнов частное водопотребление составляет: Кузнецкий бассейн - 53-55 %; Донецкий бассейн - 15 %; Печорский бассейн - 10 %; месторождения Восточной Сибири - 8 %.

3

На 1 млн т извлекаемого угля в среднем приходится 2 млн м воды. На 1 т добываемого сланца приходится в среднем 2,1-2,3 м3 сточных вод, которые сбрасываются в поверхностные природные воды. Наряду с этим происходит сброс загрязняющих веществ в водоемы около 150 т взвешенных веществ и 3,3 тыс. т минеральных солей. Очистке сточные воды до предельно допустимых концентраций для сброса в водоемы подвергаются лишь 25 % от общего количества сточных вод [53].

Угледобывающая промышленность связана с проведением подготовительных и капитальных горных выработок, осуществление вскрывающих и подготовительных забоев на основе использования специализированного транспорта (контейнерный пневмотранспорт, монорельсовый, гидравлический и др. виды). Так же в угледобывающую промышленность входят предприятия для первичной переработки полезных ископаемых с целью получения ценных продуктов и различные ремонтные заводы. В процессе эксплуатации каждый технологический процесс образует разные виды сточных вод, их классификация представлена на рисунке 1.1.

Почти все представленные стоки на рисунке 1.1 перед выпуском в водоем или перед использованием в производственном водоснабжении должны быть очищены и дезинфицированы. "Условно чистыми" принимаются лишь охлаждающие воды, которые могут использоваться повторно в водооборотном цикле без очистки.

Рисунок 1.1 - Классификация сточных вод угледобывающей промышленности

Производственные процессы на угольных шахтах, такие как очистные работы, обогащение угля, водоотлив и т.д. приводят к преобразованию водной среды. Образование шахтных вод связано с фильтрацией подземных и поверхностных вод в горные выработки, поэтому поступающий их объем зависит от обводненности шахты [33]. Загрязнения шахтных вод «приобретаются» при движении воды по пространству, где происходит выемка полезных ископаемых, по разведочным и эксплуатационным выработкам. В результате разрушения горного массива, при очистной выемке, при транспортировке руды, вода, используемая в этих процессах, загрязняется взвешенными веществами. Насыщение шахтных вод минеральными солями зависит от характеристики геологического разреза и эксплуатационных свойств пласта, условиями питания водоносных горизонтов и т.д.

Угольные шахты загрязняют водные объекты значительно больше, чем открытая добыча полезных ископаемых, так, например, концентрация взвешенных веществ в стоках больше в 3,6 раза, хлоридов - в 5,2 раза, нефтепродуктов - в 3,72 раза, легкоокисляющихся органических веществ - в 2,6 раза. В шахтных водах содержание взвешенных веществ достигает до 40 мг/дм , концентрация аммиака

3 3 3

составляет до 2 мг/дм3, нитритов - до 4 мг/дм3, нитратов - до 0,6 мг/дм3.

Качественный состав шахтных вод отличается широким диапазоном концентраций загрязнений и зависит от множества факторов: характеристик подзем-

ных вод, параметров горных пород и свойства пластов, способов выемки угля и подготовительных работ.

Как правило, шахтная вода без запаха, но иногда имеет затхлый запах, это признак того, что в ней находятся сероводород или органические вещества. Дисперсные частицы угля и породные частицы, размеры которых до 100 мкм, обуславливают концентрацию взвешенных веществ. Привкус шахтной воды зависит от ее минерального состава, так, например, если в воде находится хлористый натрий, то привкус будет солоноватый, горький вкус появляется из-за присутствия в воде сульфатов магния и кальция.

Оценивая проблемы загрязнения шахтных вод, можно выделить следующие показатели качества воды, превышающие предельно допустимые нормы: в большинстве случаях воды загрязнены маслами, нефтепродуктами, их концентрация зависит от степени механизации шахт, а так же взвешенными веществами и др. Так например, если рассматривать шахтные воды Донецкого бассейна, то концентрация взвешенных веществ колеблется в пределах 50-600 мг/л (максимальный показатель может достигать 2500 мг/л), содержание нефтепродуктов - 0,5-2 мг/л, окисляемость составляет 6,5-40 мг О2/л, БПК5 находится в диапазоне 0,2-110 мг О2/л, ХПК - 5-250 мг О2/л, коли-титр - 0,410-5-100 мл [80]. По приведенным выше показателям видно, что по санитарным нормам шахтная вода не может быть допущена для сброса ее в водоемы или для повторного ее использования в производственных нуждах без предварительной очистки и обеззараживания.

Сбрасываемая неочищенная шахтная вода в поверхностные источники приводит к их загрязнению. В то время как, откачиваемая шахтная вода могла быть использована на производственные нужды после проведения соответствующих этапов очистки и обеззараживания.

Проблема загрязнения водных ресурсов существует не только на действующих промышленных объектах. На территориях ликвидированных угледобывающих предприятиях, нерентабельные шахты, как правило, закрываются "мокрым способом". Данный способ подразумевает затопление шахт водой, что приводит к изменению характера движения подземных вод, в большинстве случаях

ухудшается их качественный и количественный состав, возникают в большом количестве подтопленные территории.

Анализ научных работ ведущих специалистов России по изучению проблем изменений геосферных оболочек Земли под действием природных и антропогенных факторов - Трубецкого К.Н., Шувалова Ю.В., Косова В.И., Захарова Е.И., Кузнецова А.А., Машинцева Е.А., Образцова А.И., Соколова Э.М., Качурина Н.М., Каплунова Д.Р., Чаплыгина Н.Н. и др. [20, 21, 24, 42, 68, 82] показал необходимость усовершенствования комплексов очистных сооружений шахтных вод систем водоотлива действующих и ликвидированных угольных шахт.

Защита водных ресурсов должна быть основана на рациональном использовании сточных вод. На угледобывающих предприятиях это возможно следующими способами:

- использование карьерных и шахтных вод на обогатительных фабриках;

- применение карьерных и шахтных вод в сельском хозяйстве для орошения полей (с предварительной оценкой использования с целью избежание засоления почв) и рыборазведения;

- расходование дренажных вод для хозяйственно-бытового и производственного водоснабжения;

- запуск водооборотных циклов с использованием в качестве охлаждающей воды шахтную воду с предварительной очисткой от взвешенных веществ, минеральных солей и умягчения;

- тушение горящих породных отвалов и профилактика их самовозгорания;

- создание аккумулирующих водохранилищ, которые вмещают в себя шахтные и дождевые воды, и могут служить зоной отдыха.

Осуществление вышеперечисленных мероприятий возможно при использовании комплексов очистных сооружений, включающих в себя очистку и обеззараживание, для очищения сточных вод горнодобывающих предприятий до требуемых параметров.

1.2 Существующие технологии предотвращения загрязнений водных объектов промышленными шахтными водами

Согласно документу «Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт» [7] шахтные воды по показателям загрязненности делятся на загрязненные взвешенными веществами, минерализованные и кислые. Рассматривая первый тип шахтных вод, загрязненный взвешенными веществами, необходимо предусматривать их последующее обеззараживание либо жидким хлором, либо бактерицидными лампами и т.п.

В связи с тем, что сточные воды угледобывающих производств имеют различные загрязнения, существуют различные методы и технологические схемы их очистки. Классификация существующих способов очистки представлена на ри-

сунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Существующие методы очистки сточных вод угледобывающих

предприятий

Каждый из перечисленных методов имеет свои достоинства и недостатки, и требует своего дальнейшего усовершенствования, например, в области автоматизации, уменьшения капитальных и эксплуатационных затрат и т.д. Применение только одного из методов очистки не обеспечивает необходимого эффекта очищения, в большинстве случаев предусматривается их комбинация. Выбор той или иной технологической схемы очистных сооружений основывается на анализе физических и химических свойств сточных вод. Исполнение комплекса очистки может быть как наземным, так и подземным (специализированные емкости и камеры), что зависит от глубины залегания главного водоотлива и величины притока [69].

Очищение шахтных вод производят, как правило, с помощью механических, физико-химических и химических методов. Для удаления из шахтных вод взвешенных веществ используется осветление и фильтрование, классификация методов представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Методы удаления взвешенных веществ из шахтных вод

Наиболее широко применяемыми сооружениями по удалению взвешенных веществ являются: гидроциклоны, отстойники, флотаторы и фильтры.

Фильтрование является финальным этапом очистки, на котором происходит удаление до предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ, в

том числе взвешенных веществ и органических соединений. При этом следует учесть, что при использовании метода фильтрования как способа доочистки, исходная вода не должна содержать концентрацию взвешенных веществ более 40 мг/л и в ней должны отсутствовать жиры, масла, нефтепродукты и смолы. В зависимости от климатических условий фильтры могут иметь как наружное, так и внутреннее исполнение [50].

Сетчатые барабанные фильтры могут использоваться и как самостоятельные сооружения глубокой очистки, т.е. как микрофильтры, или использоваться как предварительный этап очищения перед фильтрами глубокой очистки. Степень удаления загрязняющих веществ из воды допускается принимать по таблице 1.1. К настоящему времени накоплен уже достаточный опыт, изучающий фильтрование как доочистку сточных вод [38, 41].

Таблица 1.1 - Степени очистки сточных вод от взвешенных веществ и величины БПКполн в барабанных фильтрах

Сетчатые барабанные фильтры Снижение содержания загрязняющих веществ, %

по взвешенным веществам по БПКполн

Микрофильтры Барабанные сетки 50-60 20-25 25-30 5-10

Наибольшее распространение получили зернистые фильтры [60, 67], классификация которых представлена на рисунке 1.4 [70]. Загрузочный материал должен обладать определенной стойкостью к агрессивным средам и иметь оптимальное сопротивление разрушению под действием внешней нагрузки. Обычно используется дробленый антрацит, песок, горелые породы, керамзит, минералы с

-5

плотностью >2900 кг/м (гранит, магнетит, ильменит), синтетические гранулированные материалы (полиэтилен, полистирол и др.), пластмассы с наполнителем -для устройства слоев.

Каждый из представленных в классификации фильтров имеет свои достоинства и недостатки. Для очистки шахтных вод более перспективным является использование скорых фильтров. Недостатком медленных фильтров является их громоздкость. Так как для скорых фильтров использование крупной загрузки при высоких скоростях фильтрования улучшает проникновение загрязнений в толщу

загрузки, а на очистных сооружениях есть возможность использовать дробленные горные породы в качестве фильтрующего материал для фильтров, то это является несомненным преимуществом для использования скорых фильтров для очистки шахтных вод.

Рисунок 1.4 - Классификация зернистых фильтров по основным признакам

Метод фильтрования даже при его высокой степени очистки не позволяет полностью удалить бактериальное загрязнение воды, поэтому шахтные воды подлежат обеззараживанию, то есть после биологических или физико-химических методов очистки шахтных вод необходимо предусматривать их дезинфекцию. Методы обеззараживания воды можно поделить на две группы: химические (использование реагентов окислителей) и физические (УФ-обработка). В практике обеззараживания шахтных вод используется химический метод.

Наиболее распространенным окислителем для обеззараживания является использование хлора (диоксид хлора CЮ2, марганцовокислый калий - перманга-нат калия KMnO4, гипохлорит натрия NaOQ и гипохлорит кальция Са(СЮ)2) [105].

Расчетная доза активного хлора на единицу объема сточных вод, используемая для снижения СоН-форм на 99,9 % в соответствии с требованиями [6] со-

-5

ставляет после механической очистки - 10 г/м ; после механохимической очистки при эффективности отстаивания свыше 70 % и неполной биологической очистки -

-5

5 г/м ; после полной биологической, физико-химической и глубокой очистки - 3 г/м3. Для достижения требуемого бактерицидного эффекта необходима продолжительность контакта хлора или гипохлорита со сточной водой в резервуаре или в трубопроводах не менее 30 минут.

Одним из основных достоинств хлорирования является высокая эффективность обезвреживания патогенных бактерий при остаточной дозе хлора 1,5 мг/л, но этой же дозы недостаточно для такой же эффективности в отношении вирусов. Существенным недостатком применения для дезинфекции воды хлорной известью, хлором и его производными является образование хлорорганических соединений в воде, которые в свою очередь крайне негативно влияют на организм человека [28, 96].

Процесс обработки воды озоном, представленный на рисунке 1.5, дает сильное бактерицидное действие, устраняет неприятные запах и привкус. Процесс озонирования проходит в барботажных смесителях, в которых очищенная от взвесей вода смешивается с озонированным воздухом [78, 101].

Озонирование дорогостоящий процесс, намного дороже, чем традиционное хлорирование. Применение озонирования создает технологические ограничения [27, 84, 102]. После использования данного метода вода становится коррози-онно-активной, приобретая высокую окислительную способность, то есть требуется использование оборудования и материала, стойких к озону - трубы ПВХ, нержавеющая сталь. Существует ПДК [4] на содержание озона в воздухе и в воде.

Рисунок 1.5 - Схема очистки шахтных вод с применением озонирования: 1 - компрессор; 2 - ресивер; 3 - охладитель воздуха; 4 - сушилка; 5 - генератор озона; 6 - трансформатор; 7 - электрический щит; 8 - подача озоно-воздушной смеси; 9 - подача охлаждающей воды; 10 - отведение охлаждающей воды

Способы введения озона в воду: с помощью инжекторов; барботированием через слой воды; противотоком в абсорберах.

Наиболее распространенным методом является использование контактных камер, представленных на рисунке 1.6. Происходит встречное движение озоно-воздушной смеси и сточной воды. Озоно-воздушная смесь часто подается под давлением с помощью инжектора.

Рисунок 1.6 - Контактные камеры для смешения очищаемых шахтных вод с озоном: а - двухсекционная барботажная камера; б - камера, оборудованная инжектором; в - камера, оборудованная импеллером; 1 - подача очищенных сточных вод; 2 - подача озоно-воздушной смеси; 3 -отведение обеззараженной воды; 4 - выпуск отработанной озоно-воздушной смеси; 5 - инжектор;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Изварина Валентина Владимировна, 2018 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 2761-84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора. - М. Стандартинформ, 2006. 150 с.

2. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01: Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения. утв. 26 сент. 2001 г. и введены Главным государственным санитарным врачом РФ Они-щенко Г.Г. от 26 сент. 2001 г. №24 с 1 янв. 2002 г.

3. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.5.980-00: Гигиенические требования к охране поверхностных вод. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2000.

4. Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03: Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. - М.: Минздрав России, 2003.

5. Свод правил СП 31.13330.2012: Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84.

6. Свод правил СП 32.13330.2012: Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85.

7. Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт. М., «Недра», 1976. 303 с.

8. Распоряжение Правительства РФ от 21 июня 2014 г. №1099-р "О программе развития угольной промышленности РФ на период до 2030 года".

9. РД 52.24.420-2006 Биохимическое потребление кислорода в водах. Методика выполнения измерения скляночным методом: утв. заместителем Руководителя Росгидромета 27 марта 2006 г. Ростов-на-Дона, 2006 г. 21 с.

10. Методические указания МУ 2.1.5.800-99. М. Организация Госсанэпиднадзора за обеззараживанием сточных вод: Минздрав России, 2000.

11. Методические указания по санитарной охране водоемов от загрязнения сточными водами предприятий угольной промышленности: утв. Минздравом СССР 30.06.1976 N 1435-76.

12. РИ. RU 2136602 МПК C02F 1/46 (1995.01). Устройство для очистки и обеззараживания воды. Н.Д. Рязанов, К.Н. Рязанов. - №98110868/25; Заявлено 01.06.1998; Опубл. 10.09.1990.

13. ТУ 0392-021-00493929-2005. Сорбент Сорбойл.

14. ТУ 2164-004-17809450-2008. Сорбент угольный МИУ-С.

15. ТУ 2164-001-59998726-2005. Сорбент С-ВЕРАД.

16. ФПМ. RU 94968 МПК8 C02F1/78. Установка для очистки воды. А.А. Сапов. - №2010109179/22; Заявлено 12.03.2010; Опубл. 10.06.2010, Бюл. №16.

17. ФПМ. RU 151198 МКП8 C02F1/78 (2006.01). Фильтр-озонатор. Р.А. Ковалев, М.Г. Бурдова, Б.Ф. Сальников, В.В. Левковская (Изварина). №2014135749/05; Заявлено 02.09.2014;0публ. 27.03.2015, Бюл. №9.

18. Агеев М.В. Научное обоснование использования водных ресурсов при разработке высокообводненных угольных месторождений: Дисс. к. техн. наук: 25.00.22, 08.00.05. Тула, 2006. 180 с.

19. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановская Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий М.: Изд-во «Наука», 1976. 280 с.

20. Арье А.Г. Физические основы фильтрации подземных вод. М.: Недра, 1984. 102 с.

21. Баренблатт Г. И. Об автомодельные движениях сжимаемой жидкости в пористой среде // Прикладная математика и механика, 1952. Т. XVI, № 6. С. 679698.

22. Бомба А.Я., А.П. Сафоник. Математическое моделирование процесса фильтрования жидкости от многокомпонентного загрязнения с учетом обратного влияния характеристик процесса на характеристики среды/ А. Я. Бомба, А. П. Са-

фоник // Электронное моделирование : междунар. науч.-теорет. журн, 2012. Т. 34, N 3. С. 47-58.

23. Бурдова М.Г., Левковская (Изварина) В.В. Фильтр-дезинфектант. Назначение и экспериментальная проверка его действия / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Науки о Земле. Вып. 4. Тула, 2016. С. 3 - 8.

24. Бурчаков А.С., Переверзев Д.И. Влияние водонасышенности угля на его газопроницаемость // Научные труды МИРГЭМ. М., 1973. Вып. 45. С. 13-19.

25. Бутенко Э.О., Капустин А.Е. Экологическая ситуация промышленных регионов Донбасса и Приазовья / Восточно-Европейский журнал передовых технологий. Вып. 6 (47). Том 5, 2010. С. 50-55.

26. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты окружающей среды М.: Изд-во «Высшая школа», 2008. 638 с.

27. Воронов Ю.В. Водоотведение / Ю.В. Воронов, Е.В. Алексеев, В.П. Са-ломеев, Е.А. Пугачев. М.: Инфра-М, 2007. 406 с.

28. Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод / Ю.В. Воронов, С.В Яковлев. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. 704 с.

29. Гидрогеология СССР. Сводный том в пяти выпусках. Вып. 3. Ресурсы подземных вод СССР и перспективы их использования. М., «Недра», 1977. 279 с.

30. Голубев Г.Н. Геоэкология / 2-е изд., испр. и доп. М.: Изд-во: Аспект-Пресс, 2006. 288 с.

31. Дергунов Д.В., Савинова Л.Н., Антоненко Н.В, Шейнкман Л.Э. Применение озонирования в технологии очистки подземных и поверхностых вод от растворенного железа / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Науки о Земле. Вып. 1. Тула, 2017. С. 3 - 19.

32. Домрачева Е.В. Гидрогеохимические особенности угольных бассейнов районов юга Кузбасса. Дисс. к.г.-м.н.: 25.00.07. Томск, 2005. 253 с.

33. Долина Л.Ф. Сточные воды предприятий горной промышленности и методы их очистки. Справочное пособие - Днепропетровск: Молодежная экологическая лига Приднепровья, 2000. 61 с.

34. Ефимов В. И. Актуальные вопросы проектирования консервации (ликвидации) неэффективных угледобывающих производств на примере шахт Про-копьевско-Киселевского района Кузбасса / В. И. Ефимов, Р. В. Сидоров, Т. В. Корчагина // Уголь, 2015. № 4. С. 72-75.

35. Ефимов В.И. Мониторинг ликвидируемых шахт Кузнецкого угольного бассейна / В.И. Ефимов, Ю.С. Лермонтов, Р.В.Сидоров, Т.В.Корчагина // Уголь, 2015. № 9. С. 79-84.

36. Журба М.Г. Очистка воды на зернистых фильтрах. - Львов: Вища школа, 1980. 200 с.

37. Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений (том 1). Учебное пособие. - Изд. 2-е перераб. и доп. - В 3-х томах [том 1]. М.: АСВ, 2003. 228 с.

38. Иванюшин, Г. И. Применение песчаных фильтров на станциях аэрации / Г. И. Иванюшин // Водоснабжение и санитарная техника, 1966. №6. С. 22-25.

39. Исмагилов Р. Р. Проблема загрязнения водной среды и пути ее решения // Молодой ученый, 2012. №11. С. 127-129.

40. Инструкция по применению средства «Гипохлорит натрия марки А» (производства ООО «Скоропусковский Синтез») для обеззараживания воды. Инструкция разработана в ГУ Научно-исследовательском институте экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН. Авторы: д.м.н., профессор З.И. Жолдакова, д.м.н. О.О.Синицына.

41. Калп Р. Станция восстановления сточных вод у оз. Южное Тахо. / Гражданское строительство, 1969. т.39, N 6. 13 с.

42. Качурин Н.М., Косов О.И. / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Науки о Земле. вып. 4 Тула. Издательство Гриф и КО. С. 101 - 103.

43. Качурин Н.М. Эколого-экономическая оценка эффективности подземной геотехнологии добычи угля / Н.М.Качурин [и др.] // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2011. Вып. 1. С. 14-20.

44. Качурин Н.М., Левковская (Изварина) В.В Теоретическое обоснование закономерностей движения загрязненных шахтных вод в очистных фильтрах / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Науки о Земле. Вып. 3. Тула, 2016. С. 81 - 87.

45. Качурин Н.М., Сенкус Вал.В., Корчагина Т.В., Левковская (Изварина)

B.В. \ Теоретические положения моделирования диффузии жидких примесей в очистных фильтрах системы шахтного водоотлива/ Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Науки о Земле. Вып. 4. Тула, 2016.

C. 98-104.

46. Кичигин В.И. Моделирование процессов очистки воды: Учебное пособие. М.: Изд-во АСВ, 2003. 230 с.

47. Ковалева О. В., Рассашко И.Ф. Учебно-методический комплекс. Гидроэкология / М-во образ. РБ, Гомельский государственный университет им. Ф. Ско-рины. Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2012. 293 с.

48. Косов О.И. Оценка экологической безопасности территорий горных отводов ликвидируемых шахт Восточного Донбасса: Дисс. к. т. н. 25.00.36. Тула, 2009. 170 с.

49. Костенко В.К., Матлак Е.С. и др. Физико-химические основы технологии осветления и обеззараживания шахтных вод: Монография / Под общ. ред. Костенко В.К. Донецк: "ВИК", 2009. 438 с.

50. Кравцова Н.В., Головенков Ю.Н., Офицерова Г.В., Цой З.К. Доочистка сточных вод на каркасно-засыпных фильтрах Саларской станции аэрации г.Ташкента. Реф. инф. ЦИНИС. М. Госстрой СССР, 1976. N 12.

51. Кречетов Е.А., Иосиф М.А. Экологические последствия ликвидации угольных шахт Восточного Донбасса / Горные науки и технологии. №11. Москва, 2011. С. 35-40.

52. Криштул В.П. Исследования задерживающей способности кварцевых фильтров городских водопроводных станций: Автореф. Дисс. к. т. н. М.:АКХ, 1951. 22 с.

53. Кузнецов С.Т. О влиянии глубины разработки на характер разрушения кровель угольных пластов и появлений горного давления в очистных выработках // Исследование появлений горного давления на глубоких горизонтах шахт. Л.: ВНИМИ, 1971. С. 213-223.

54. Кульский Л. А. Химия и микробиология воды. Практикум / Л. А. Куль-ский, Т. М. Левченко, М. В. Петрова. 2-е изд., перераб. и доп. Киев : Высш. шк., 1987. 175 с.

55. Левковская (Изварина) В.В. Выбор рациональных параметров фильтра-озонатора / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Науки о Земле. Вып. 3. Тула, 2015. С. 24-30.

56. Левковская (Изварина) В.В. Закономерности очистки сточных вод от взвешенных веществ в фильтре-озонаторе / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Науки о Земле. Вып. 2. Тула, 2016. С. 28-38.

57. Левковская (Изварина) В.В., Бурдова М.Г. Анализ методов обеззараживания в компактных сооружениях очистки сточных вод / Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. Науки о Земле. Вып. 3 Тула, 2014. С. 17-21.

58. Лейбензон Л.С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде / Л.С. Лейбензон. М.: ОГИЗ, 1974. 244 с.

59. Лудзиш В.В. Гидрогеологические проблемы ликвидации шахт Кузбасса и пути их решения / ЭКО-бюллетень ИнЭкА. №6 (137), 2009-2010.

60. Луценко Г.Н., Цветкова А.И., Свердлов И.Ш. Физико-химическая очистка сточных вод. М.: Стройиздат, 1984. 88 с.

61. Мидоренко Д.А., Краснов В.С. Мониторинг водных ресурсов: Учеб. пособие. Тверь: Твер. гос. ун-т, 2009. 77 с.

62. Минц Д.М. Кинетика фильтрации малоконцентрированных суспензий на водоочистных фильтрах // ДАН ССР, т.78, №2. 1957.

63. Минц Д.М. О взвешивании зернистого слоя в восходящем потоке жидкости. - ДАН ССР, 1952. Т.82, №1. С.17-20.

64. Минц Д.М. Теоретические основы метода моделирования процесса фильтрования // Материалы научно-технического совещания по вопросам внедрения достижений науки и техники в городское хозяйство, Вып. 2. М.: МКХ РСФСР, 1959. 158 с.

65. Минц Д.М. Теоретические основы технологии очистки воды. М.: Издательство литературы по строительству,. М.: Стройиздат, 1964. 156 с.

66. Минц Д.М. Фильтрация малоконцентрированных водных суспензий через зернистые слои // Научные труды АКХ, вып. 2-3. М.: Изд-во МККХ РСФСР, 1951. С. 3-12.

67. Митин Б.А. Исследование насыщения порового пространства и изменения потерь напора при фильтровании. Сборник "Процессы фильтрования при очистке природных и сточных вод". Южно-уральское изд-во, 1965.

68. Моисеев Н.Н., Александров В.В., Тарко А.М. Человек и биосфера: Опыт систем. анализа и эксперименты с моделями. М.: Наука, 1985. 271 с.

69. Монгайт И.Л., Текиниди К.Д., Николадзе Г.И. Очистка шахтных вод -М.: Недра, 1978. 173 с.

70. Николадзе Г. И. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения: учеб. пособие для вузов / Г. И. Николадзе, Д. М. Минц, А. А. Кастальский. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1984. 368 с.

71. Омельченко Н.П., Пудвиль В.Р., Коваленко Л.И. Перспективы вовлечения шахтных вод Донбасса в хозяйственный водооборот. Весник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. Выпуск 3, 2010. С. 241-246.

72. Осипенко Е.А., Петров И.В. Учет водного фактора при разработке месторождений Подмосковного Угольного бассейна / Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Вып. 3. М.: ЗАО Горная книга, 2004. С. 194-196.

73. Папин В.М. Антрацит как фильтрующий материал скорых фильтров / Водоснабжение и санитарная техника, 1938. №2.

74. Папин В.М. Экспериментальное определение основных данных для расчета фильтров с антрацитовой загрузкой. - Водоснабжение и санитарная техника, 1939. №1.

75. Плакиткина Л. С. Анализ состояния и прогноз развития угольной промышленности России до 2035 г. / Горный журнал, 2015, №7. С. 59-69.

76. Потапенко В.А. Особенности ведения подземных горных работ на обводненных месторождениях угля / В. А. Потапенко; Моск. гос. горн. ун-т. М.: МГГУ, 1994. 78 с.

77. Подмосковный угольный бассейн / Под ред. В.А. Потапенко - Тула: Гриф и К0, 2000. 276 с.

78. Разумовский С. Д., Заиков Г.Е., Озон и его реакции с органическими соединениями. М., 1974. 322 с.

79. Рябов Г.Г. Экологическая характеристика территории Подмосковного угольного бассейна / Г.Г. Рябов, В.И. Сарычев, А.Б. Жабин // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2014. Вып. 4. С. 25-36.

80. Справочник проектировщика. Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Под ред. Самохина В.Н. М: Стройиздат, 1981. 639 с.

81. Свирежев Ю.М. Нелинейные волны, диссипативные структуры и катастрофы в экологии. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит., 1987. 368 с.

82. Соколов Э.М., Качурин Н.М., Рябов Г.Г. Геоэкологические принципы использования вторичных ресурсов. Москва - Тула: Издательство «Гриф и Ко», 2000. 360 с.

83. Технологические схемы очистки от взвешенных веществ и обеззараживания шахтных вод: Каталог. 2-е изд., исправ. и дополн. Пермь: ВНИИОСуголь, 1986. 69 с.

84. Ткаченко С.Н. Гомогенное и гетерогенное разложение озона: Дисс. д-р хим. н: 02.00.04. Москва, 2004. 398 с.

85. Тужилкин А.М., Сорокина В.В., Корнеева Н.Н., Пахомова О.В., Тереш-кина О.В. Лабораторный практикум по гидравлике инженерных сооружений. Учебное пособие: Изд-во ТулГУ. Тула, 2010.

86. Турчинович В.Т. Водоснабжение промышленных предприятий и населенных мест. Улучшение качества воды. М.: Стройиздат, 1940, ч.3. 280 с.

87. Факторович В. В. Обеспечение экологической безопасности комплексного освоения угольных и техногенных месторождений: Дисс. к. т. н. :25.00.36 Тула, 2015. 189 с.

88. Ферсман А. Е. Занимательная минералогия / Свердловское книжное издательство; Свердловск; 1954. 144 с.

89. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка:Учебное пособие для вузов. М.: МГУ, 1996. 680 с.

90. Шевелев Ф. А. Таблицы для гидравлического расчета: Стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб. Изд 5-е доп. / Ф. А. Шевелев - М.: Книга по Требованию, 2013. 116 с.

91. Щербаков С. А. Серпокрылов Н.С. Доочистка шахтных вод на фильтрах с зернистой загрузкой / Инженерный вестник Дона, В. № 6, том 16, 2011. С. 191-194.

92. Yao К. M. et al Water and Wastewaster Filtration; Cincepts and Applications// Envir. Sci. & Technol., 1971, v. 5, №11, P. 1105-1112.

93. В «СДС-Угле» определили победителя Чемпионата в решении кейсов. Интернет-портал Административного городского округа Белово // http://www.belovo42.ru/other/holiday/shahter/7875220.

94. Высоцкий С. На пяти угольных предприятиях Кемеровской области запущены современные очистные сооружения / Watermagazine. Водопользование. Водоснабжение. Водоотведение // http://www.watermagazine.ru/project-glav/13863-na-pyati-ugolnykh-predpriyatiyakh-kemerovskoj-oblasti-zapushcheny-sovremennye-ochistnye-sooruzheniya.

95. Головина А.А. К вопросу об очистке сточных вод угольных предприятий / Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal) // http: //eng.giab-online.ru/catalog/10707.

96. Диоксины и их воздействие на здоровье людей. Информационный бюллетень N°225 Май 2010 г. ВОЗ //

http: //www.who. int/mediacentre/factsheets/fs225/ru/index.html.

97. Как очистить шахтные воды - спросите у ученых. Мультипортал //http://www.km.ru/v-rossii/2005/06/22/ekologiya/kak-ochistit-shakhtnye-vody-sprosite-u-uchenykh.

98. МИУ-сорб // http://www.miu-sorb.ru/.

99. МУ Методические рекомендации по применению озона / ООО «Свежие технологии» // http://www.ekonow.ru/images/metodich.pdf.

100. На трех угольных предприятиях Кузбасса запущены современные очистные сооружения / Кемеровская область. Информационный портал.

//http://kemoblast.ru/news/prom/2015/08/20/na-treh-ugolnyh-predpriyatiyah-kuzbassa-zapushheny-sovremennye-ochistnye-sooruzheniya.html.

101. Обеззараживание воды озоном. Озон в водоподготовке / АКВАТРОЛ. Инженерно-технический центр // http://www.aquatrol.ru/info-st08.htm.

102. Озонирование воды - дорого, но эффективно. АкваЭксперт // http://www.aquaexpert.ru/enc/articles/ozon/.

103. Проблема улучшения качества воды в водных объектах Ростовской области и ее решение. Администрация Ростовской области // http://www.busmesseco.ru/content/document_r_F4EA472C-9007-4F4C-873C-0792D1629832.html.

104. Скрипка Г.И. Доклад. О состоянии окружающей среды в районах действующих и ликвидируемых предприятий угольной промышленности и ходе разработки Программы экологической реабилитации Восточного Донбасса. Заседание Координационного совета по охране окружающей среды и использованию природных ресурсов // http://www.donland.ru/Default.aspx?pageid=78156.

105. Черкасов С.В. Гипохлорит натрия. Свойства, теория и практика применения. Мировые водные технологии // http://wwtec.ru/index.php?id=410.

106. Левковская (Изварина) В.В, Бурдова М.Г. К вопросу о модернизации процессов очистки и обеззараживания сточных вод // Инновационный центр развития образования науки. Технические науки: тенденции, перспективы и технологии развития. Вып. II. Волгоград: ООО "Ареал". 2015. С. 181-183.

Приложение 1 Сводно-совмещенный план разреза "Киселевский"

08.11.06 ■ "сбойка" шахт им Красина и "Нежданная" ^ водоперепускной скважиной)

оттлачта шахинь'* воа (с уровня}

я гцмпгпные сопру/кения вяш. Г^'г9' и сквежины {Зед.} водоотлива

шурф №5 ш. "Южнай" +0Г,5 и

* Временная изоляция техногенных горизонтов шахт "Нежданная'-им, Красина и шахт "Южная"- "Мзйскяя"

Абсолютная отметка ш."Южная", м

08.09.2003 27.10.2003

20.11.2003 :

14.01.2004 11.02.2004 17.03.2004 09.04.2004 23.04.2004 31.05.2004 18.06.2004 09.07.2004 19.07.2004 26.08.2004 21.09.2004 27 10 2004 11.11.2004 16.12.2004

23.12.2004

25.02.2005 : 17.03.2005 31.03.2005 26.05.2005 10.06.2005 24.06.2005 : 28.07.2005 08.09.2005 30.09.2005 25.11.2005 07.12.2005

19.12.2005

26.01.2006 31.03.2006 21.04.2006 27.05.2006 : 08.06.2006 27 07 2006 : 07.09.2006 06.10.2006 24.11.2006 08.12.2006

31.12.2006

12.01.2007 24.01.2007 21.02.2007 01.04.2007 24.05.2007 22.06.2007 05.07.2007 26.07.2007 17.08.2007 07.09.2007 30.09.2007 26.10.2007 23.11.2007

20.12.2007

29.01.2008 07 02 2008 14.02.2008 20.02.2008 28.02.2008 05.03.2008 13.03.2008 21.03.2008 10.04.2008 08.05.2008 22.05.2008 05.06.2008 30.06.2008 24.07.2008 15.08.2008 11.09.2008

Я

аэ

Н

Я

чз »

о X

-+— —1— —1— м -Ч— ю —1— со —1— со —1— ■ч

о сл о сл о сл о сл

Я

»5

5

К

&г

'<

О

со к п

КС

и)

н о я

гь

я я

83

-1

Я

Т5 &5 И Й Я Я се г> Я Я п Я Я и> аг Я Я 6Г

NN

X

Е

аг х н

Я

43

я

О

X

гь я

Я п

Абсолютная отметка ш.им.Красина, м

ti

03

4

03 со 03

CD

тз

03

Абсолютная отметка, м

03.11.2003 24.11 2003

15.12.2003 Н

05.01.2004 ^

26.01 2004 16.02.2004--08.03.2004 х 29.03.2004 + 19.04.2004

10.05.2004-31.05.2004 + 21.06.2004 т 12.07.2004 02.08.2004 23.08.2004 13.09.2004 04.10.2004 + 25.10.2004^ 15.11.2004 т 06.12.2004 т

27.12.2004 т

17.01.2005 07.02.2005 +

28.02.2005--21.03.2005 -

11.04.2005 --

02.05.2005

23.05.2005

13.06.2005

04.07.2005 --

25.07.2005 х

15.08.2005-

05.09.2005

26.09.2005 -

17.10.2005-

07.11.2005-28.11.2005 -

19.12.2005 т

09.01.2006 + 30.01.2006 т 20.02.2006 4-13.03.2006 + 03.04.2006 24.04.2006

15.05.2006--05.06.2006--26.06.2006 +

17.07.2006-07.08 2006 28.08.2006 18.09.2006 09.10.2006 -

30.10.2006 т 20.11.2006 х 11.12.2006-

01.01.2007 т 22.01.2007

12.02 2007 05.03.2007 26.03.2007 16.04.2007 + 07.05.2007 + 28.05.2007 т 18.06.2007 09.07.2007 30.07.2007 т 20.08.2007 10.09.2007 01 10 2007 22.10.2007 + 12 11 2007

03.12.2007--

24.12.2007 т

14.01.2008 04.02.2008 т 25.02.2008 -17.03.2008 т 07.04.2008 28.04.2008 т 19.05 2008 х 09.06.2008 -30.06.2008 21.07.2008 11.08.2008 х 01.09.2008 х 22.09.2008 т

03

Я

»5

о\

ь 5

£а М Н

о-Я о Яс п К

03

м

а я

ГС

£ 40

й

я

я

аг

Я

к

а

-а о

05 Я а

и> »

Н О

я

гь

я

5

а Е

н 6Г

я

я ■о

о

со »

Я

о

и> аг

ге ■с

В5 2

Приложение 5

Гидрохимическая ситуация на участке откачки, очистки и сброса вод ликвидируемых шахт «Южная» и им. Красина

Минер. - 1,77-1,82г/дм3; Fe - 0,31-1,56мг/дм3 жестк .-14,8-15,6мг-экв/д рН - 7,39-7,83

3

комплекс водоотлива шахт им.Красина ■

-

.4 V

■ Откачиваемые ШВ Минер. - 5,72-5,93г/дм: Fe - 14,3-34,4мг/дм3 SO4 - 2698-2794 мг/дм3: Na+K - 1180-1213мг/дм жестк.-31,2-36мг-экв/дм рН - 6,7-7,37

й.1 J/ •'■•■■■t; \

-Омт/ t—t

v.A 'кЧ, ¡ ■ - У

К

лр^бб

VAAVocUr '"^Х-Ч . ¿Ш №5

i -yspí очистные' \V SfSsjG

i J сооружени Ь LV^ V

\ /Г Л "Л шахт '"ti ' ^чч^'Т; Л

:\ ДЛЛим.КрасинГо ;V: ' МЙ IL

' \\ V-\-5 И «»ЮЖ- ti ... . Г« I, \ jf/N

3 4 1 5 6

7

9

HillíKW.Vг ' Г\М

Л/Штп'}. и-\\т

U7.9 . • i • \ t •

•V-Ъ

Сброс ШВ из очистны сооружений Минер. - 5,77-5,83г/дм Ре - 0,22-0,24 мг/дм3; вО4 - 2969-2986мг/дм3 Иа+К - 1255-1303 мг/д| жестк.-32,4-33,2мг

;

дом

81.2 O/i

45

Ч

/

| BSjjPKv

fliiÉE Jí

'Vx

\

;

v./Л

V V"

V -Ч

\

, * x v \ «г

«-74 I

>V

р. Атюхта -смешанные воды Минер. - 4,06-5,35г/дг Ре - 0,87-5,99мг/дм3; БО4 - 2008-2550мг/дм: Иа+К - 893-1070 мг/дм

жестк.-22,4-31,2мг -

IV» -ч/ N. • / \/У v

«Технически подготовленный

. +4 пункт выпуска ШВ шахт «Юж-

М- Ц* -с,о

Породный отвал Южная»

Техногенные воды из-под породного отвала

Минер. - 19,41 г/дм3; Ре - 1602 мг/дм3; БО4 - 13203мг/дм3; Иа+К - 1475 мг/дм3

тстоИники,

. • . У / • // - r v

о 86.8

Ь/нстоиникы

р. Атюхта - устье Минер. - 4,76г/дм3 Ре - 0,4мг/дм3; БО4 - 2371 мг/дм3; Иа+К - 958мг/дм3 жестк.-31,6мг-экв/д|

/акация ясень

р. Атюхта - фон

Приложение 6

Вычисления для определения параметров работы экспериментального

фильтра-дезинфектанта

6.1 Конструкция экспериментального фильтра-дезинфектанта

Определение производительности экспериментального фильтра-дезинфектанат:

е=/ф V,

0 = 0,0176 • 5 = 0,088, м3/ч, где fф - площадь поперечного сечения фильтра, м2;

V - скорость фильтрования, м/ч.

й2

/ф = *Т,

-2

0 152

/ф = 3,14 • = 0,0176 м2,

где ё - диаметр фильтра, 0,15 м.

Водораспределительная система фильтра-дезинфектанта располагается над верхней фильтрующей загрузкой. Используя таблицы Шевелева [90] при заданных параметрах для пластмассовых труб диаметр распределительной подающей системы принимается 15 мм.

Дренажная система фильтра-дезинфектанта рассчитана на самый гидравлически напряженный -режим промывки - на пропуск промывного расхода:

Чпр = Ф • /ф цпр = 3,5 • 0,0176 = 0,0616 л/с,

л

где W - интенсивность промывки загрузки, л/с-м [6] ; fф - площадь фильтра, м2.

Используя таблицы Шевелева [90] при заданных параметрах для пластмассовых труб принимается: диаметр коллектора равный 20 мм, на коллекторе пре-

дусматриваются отверстия диаметром 4 мм с шагом 35 мм; диаметр трубопроводов отвода промывной воды после регенераций верхнего и нижних отделений равный 20 мм.

6.2 Показатели определения эффективности работы пилотной установки

Качество очистки шахтных вод в ходе эксперимента определяется следующими величинами.

1) Концентрацией взвешенных веществ [54] в фильтрате.

Заданный объем Vв исследуемой воды (200-500 мл) фильтруют через высушенный при температуре 1050С бумажный фильтр, предварительно определив его массу. Промывают осадок на фильтре небольшим количеством воды и переносят фильтр с осадком в предварительно прокаленный и взвешенный тигель. Высушивают при температуре 1050С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Эксикатор — сосуд, в котором поддерживается определённая влажность воздуха (обычно близкая к нулю), изготовленный из толстого стекла или пластика. Общее содержание грубодисперсных примесей в исследуемой воде:

(а- а,)!—

х = , г V '

где g0 - масса бумажного (стеклянного) фильтра, мг; g1 - масса бумажного (стеклянного) фильтра с осадком, мг; V, - исследуемый объем воды, мл.

2) Величина биохимического потребления кислорода (БПК5) в фильтрате определяется в соответствии с методикой выполнения измерений скляночным методом [9] в специализированной лаборатории канализационных очистных сооружений г.Тулы.

6.3 Компоновка фильтрующими загрузочными материалами и определение параметров работы фильтров-дезинфектантов

Пилотная установка наполняется водопроводной водой от сети городского водопровода для определения возможности загрязнения воды ржавчиной или других видами загрязнений. В соответствии с нормами [2] мутность питьевой воды должна быть не выше 1,5 мг/л. После измерения концентрация взвешенных веществ составляет в пределах от 0,1 до 0,5 мг/л.

Для предотвращения всплытия загрузки в верхней части фильтра-дезинфетканта производится соответствующий расчет.

Фильтр-дезинфектант №1 Определение объема загрузки С-ВЕРАД:

ФС = ж • г2 • к, = 3,14 • 0,0752 • 0,26 = 0,045 м3,

л

где WC - объем загрузки С-ВЕРАД, м ; г - радиус фильтра, м; h - высота загрузки С-ВЕРАД, м.

Для того, чтобы удержать под водой загрузку С-ВЕРАД, необходимо приложить силу равную ее подъемной силе. Подъемная сила равна разности выталкивающей силы Архимеда и силы тяжести:

т

Код = ¥А - т3 ■ а = р, ■ а • — - тз ■ а

р3 ,

тз = Фс •Ра ,

Ко* = Рв • а • Фс- Фс •Рс • а,

= 1000 • 10 • 0,045 - 0,045 • 110 • 10 = 40,05 Н, где g - ускорение свободного падения, м/с2;

-5

рв - плотность воды, кг/м ;

-5

рс - плотность загрузки С-ВЕРАД, кг/м .

Загрузка МИУ-С должна действовать с силой Т^од, соответственно масса загрузки МИУ-С2 будет равна:

к

т = под тм =

а , 40,05 ,

тм = Ч(Г = 4 кг.

Зная массу загрузки МИУ-С2, вычисляется ее объем и требуемая высота:

ж = тм

Р

4 ..... 3

Жм =-= 0,0032 м3

м 1240 ,

ж

к - Жм

м 2

ж^ г

0,0032

км =-т = 0,18 м=18 см.

м 3,14 • 0,0752

Таким образом, для фильтра-дезинфектанта №1 в качестве нижней загрузки в верхнем отделении принимается загрузка С-ВЕРАД высотой 26 см, а поверх нее укладывается загрузка МИУ-С2 высотой 18см.

Фильтр-дезинфектант №3 Определение объема загрузки СОРБОИЛА составляет:

Ж = 3,14 • 0,0752 • 0,26 = 0,045 м3. Для того, чтобы удержать под водой загрузку СОРБОИЛ, необходимо приложить силу равную ее подъемной силе:

= 1000 • 10 • 0,045 - 0,045 • 170 • 10 = 37,35 Н.

Загрузка МИУ-С2 должна действовать с силой РПоД, соответственно масса загрузки МИУ-С2 будет равна:

37,35

тм =Ч(Г = 3,7 кг.

Зная массу загрузки МИУ-С2, вычисляется ее объем и требуемая высота:

37

Жм =-?- = 0,0029 м3 м 1240 ,

0,0029

км =-7 = 0,16 м = 16 см.

м 3,14 • 0,0752

Таким образом, для фильтра-дезинфектанта №3 в качестве нижней загрузки в верхнем отделении принимается СОРБОИЛ высотой 26 см, в качестве верхней загрузки - МИУ-С2 высотой 16 см.

Динамическое давление в фильтре-дезинфектанте обусловливается скоростью течения жидкости. При определении толщины фильтрующего учитывается динамическое давление:

Р =Р

дин

2

-5

гд е р - плотность воды, кг/м ;

V - скорость фильтрования, м/ч.

Скорость фильтрования равна 4,5 м/ч = 0,00125 м/с.

Рин = 1000 •0,001252 = 0,000781 кг / м с2 = 0,000781 Па.

Сила динамического давления определяется:

¥ = Р • {

1 Р дин J ф1

¥ = 0,—781 • 0,0176 = 0,044 Н. Значение силы скоростного напора не учитывается в дальнейших расчетах.

После проведения серии опытов для фильтра-дезинфектанта №1 определены следующие параметры работы: