Оценка и снижение техногенного воздействия ОАО "Ковдорский ГОК" на поверхностные воды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат наук Матвеева, Вера Анатольевна

• Матвеева, Вера Анатольевна
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Матвеева, Вера Анатольевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ ОТРАСЛИ

1.1 Образование и очистка сточных вод в процессе добычи полезных ископаемых

1.2 Образование и очистка сточных вод в процессе переработки полезных ископаемых

1.2.1 Загрязнение подземных и поверхностных вод в зоне влияния хвостохранилищ

1.3 Воздействие Ковдорского горно-обогатительного комбината на водные объекты

1.3.1 Характеристика предприятия как источника загрязнения водных объектов

Выводы к первой главе

ГЛАВА 2 МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

КОВДОРСКОГО ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО КОМБИНАТА

2.1 Мониторинг природных и сточных вод

2.1.1 Пробоотбор водных проб

2.1.2 Анализ водных проб в полевых условиях

2.1.3 Пробоподготовка и анализ водных проб в лабораторных условиях

2.2. Мониторинг донных отложений водных объектов Ковдорского района

2.2.1 Пробоотбор и пробоподготовка донных отложений

2.2.2 Анализ донных отложений в лабораторных условиях

2.3 Марганец в сточных водах Ковдорского ГОКа

2.3.1 Поведение марганца в водной среде

2.3.2 Источник поступления марганца в сточные воды обогатительного комплекса

Выводы ко второй главе

ГЛАВА 3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕРМИКУЛИТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СТОЧНЫХ ВОД ХВОСТОХРАНИЛИЩА ОАО «КОВДОРСКИЙ ГОК»

3.1 Ковдорское вермикулито-флогопитовое месторождение

3.2 Сорбционные и ионообменные свойства вермикулита

3.3 Моделирование очистки марганецсодержащих вод вермикулитом в лабораторных условиях

Выводы к третьей главе

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СХЕМЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ХВОСТОХРАНИЛИЩА ОАО «КОВДОРСКИЙ ГОК»

4.1 Снижение объемов притока чистых природных вод в хвостохранилище

4.2 Выбор схемы очистки и расчет расхода сорбента

4.3 Подбор и расчет схемы аппаратов для измельчения Ковдорского вермикулита

4.4 Утилизация отработанного вермикулита

4.5 Эколого-экономическая оценка организации водозащитных мероприятий

4.5.1 Расчет затрат на проведение работ по строительству водоотводного канала

4.5.2 Расчет затрат на закупку и дробление вермикулитового концентрата

4.5.3 Расчет затрат на утилизацию отработанного вермикулита

4.5.4 Определение величины предотвращенного экологического ущерба

4.5.5 Расчет платы за организованный сброс загрязняющих веществ в водные

объекты после очистки сточных вод вермикулитом

Выводы к четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка и снижение техногенного воздействия ОАО "Ковдорский ГОК" на поверхностные воды»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. По данным Федерального агентства водных ресурсов, общий объем водоотведения в поверхностные водоемы на территории РФ в результате добычи полезных ископаемых в 2014 году составил 1394,0 млн.

3 3

м , из них 996,0 млн. м загрязненных сточных вод.

Ежегодный сброс многотоннажных сточных вод предприятий горной промышленности негативно воздействует на поверхностные и подземные воды, донные отложения, водную флору и фауну. Особая опасность связана с химическим загрязнением гидросферы, которая является мобильной средой, где загрязняющие вещества способны мигрировать на большие расстояния.

Примером образования техногенной нагрузки на компоненты природной среды может служить деятельность одного из крупнейших горно-обогатительных комбинатов Мурманской области — ОАО «Ковдорский ГОК». Загрязнение вод бассейна реки Ковдора вызвано ежегодным сбросом в водные объекты Ковдорского района недоочищенных карьерных и производственных сточных вод

л л

комбината в объеме 50 млн.м , из них 20 млн.м поступают в поверхностные воды с хвостохранилища комбината с 90-кратным превышением ПДКрх. по марганцу (И).

Несмотря на изученность вопроса, опыт применения эффективных средозащитных мероприятий для северных регионов России остается недостаточным для полного предотвращения негативного техногенного воздействия на водные ресурсы. В связи с этим возникла необходимость разработки новых технологических решений по очистке марганецсодержащих вод с использованием сорбентов повышенной сорбционной емкости, приготовленных из местного природного минерального сырья (например, вермикулита), отличающихся распространенностью и экономичностью.

Значительный вклад в изучение природных сорбентов внесли такие ученые как Дистанов У.Г., Карнаухов А. П., Климов Е.С., Лыгина Т.З., Овчаренко Ф.Д., Смирнов А.Д., Тарасевич Ю.Н.

Вместе с тем остается нерешенным ряд проблем, связанный с эффективностью использования природных сорбентов для очистки многотоннажных сточных вод предприятий горной промышленности в северных районах, которые были бы одновременно эффективны с экологической и экономической точек зрения.

Цель работы — повышение эффективности очистки многотоннажных инфильтрационных сточных вод хвостохранилища ОАО «Ковдорский ГОК».

Идея работы: очистка инфильтрационных сточных вод хвостохранилища должна осуществляться путем сорбции загрязнителей на модифицированном вермикулите Ковдорского месторождения.

Основные задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• мониторинг поверхностных вод в зоне влияния ОАО «Ковдорский ГОК», включающий исследование трансформации отходов обогащения как источника повышенных концентраций марганца (II) в природных водах;

• обоснование выбора вермикулита Ковдорского месторождения как природного сорбента в процессе очистки сточных вод хвостохранилища ОАО «Ковдорский ГОК»;

• изучение в лабораторных условиях сорбционных свойств вермикулита Ковдорского месторождения по отношению к иону марганца (II);

• разработка сорбционной технологии очистки марганецсодержащих вод модифицированным вермикулитом с учетом технологических особенностей исследуемого объекта;

• эколого-экономическое обоснование эффективности предлагаемой сорбционной технологии очистки сточных вод, включающее прогноз изменения состояния поверхностных вод в результате внедрения средозащитного мероприятия.

Научная новизна работы:

1. Выявлены закономерности миграции загрязняющих веществ вод бассейна реки Ковдора, а также трансформации физико-химического состава

поверхностных вод, донных отложений и отходов обогащения магнетит-апатит-бадделеитовых руд.

2. Установлены степень извлечения марганца (II) из модельных растворов в зависимости от типа и количества сорбента, состава и свойств очищаемых вод, а также время достижения сорбционного равновесия и кинетика осаждения измельченного вермикулита.

Основные защищаемые положения:

1. Переработка комплексных руд Ковдорского месторождения сопровождается ежегодным образованием 20 млн.м3 инфильтрационных сточных вод с хвостохранилища, которые в результате выщелачивания отходов обогащения насыщаются растворимыми формами металлов, что приводит к загрязнению вод бассейна реки Ковдора преимущественно марганцем (коэффициент контрастности КПдкР.х.Мп =90).

2. Увеличение сорбционной способности по отношению к катионам марганца (II) и повышение степени извлечения загрязнителя до 99 % на вермикулите Ковдорского месторождения достигается его послойным разрушением до крупности менее 2 мм в дезинтергаторе за счет резания и (или) истирания.

3. Очистку сточных вод хвостохранилища ОАО «Ковдорский ГОК» от марганца (II) с эффективностью 96-99 % следует проводить в многосекционном вторичном отстойнике с аэрируемыми комплексами путем сорбции на модифицированном вермикулите.

Методы исследований. В качестве основных методов исследований применялись:

• системно-структурный анализ зоны воздействия объектов ОАО «Ковдорский ГОК» на поверхностные воды;

• экспериментальные методы исследований в полевых условиях;

• лабораторные методы исследований (рентгенофлуоресцентная спектрометрия, рентгеновская дифрактометрия, атомно-абсорбционная спектрометрия и ионообменная хроматография);

• системный анализ промышленных методов очистки сточных вод при переработке полезных ископаемых.

Практическая значимость работы:

• разработана методика проведения комплексного проблемно-ориентированного мониторинга водных объектов Ковдорского района;

• выполнена оценка техногенной нагрузки на поверхностные воды в районе расположения производственных объектов ОАО «Ковдорский ГОК»;

• разработано технологическое решение по минимизации негативного воздействия на водные ресурсы от сброса инфильтрационных сточных вод хвостового хозяйства;

• обоснована эколого-экономическая целесообразность использования разработанной сорбционной технологии очистки сточных вод.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обусловлена проведением значительного объема полевых и лабораторных исследований образцов водных проб, донных отложений и отходов обогащения с применением современного высокотехнологичного оборудования; подтверждается сходимостью полученных экспериментальных данных по изучению сорбционных свойств вермикулита с теоретическими исследованиями и исследованиями других авторов.

Апробация работы. Основные и отдельные положения работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научных и научно-технических конференциях и симпозиумах, в том числе: на международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее» (г.Тула, 2011 г; 2012 г.), на 5-ой международной научно-практической конференции «Мониторинг экологически опасных промышленных объектов и природных экосистем» (г.Пенза, 2011.), на международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (г.Новосибирск, 2011 г.), на Международном симпозиуме им. академика М.А. Усова студентов и молодых учёных (г.Томск, 2011 г; 2013 г.), на 8-ой международной конференции по проблемам горной

промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г.Тула, 2012 г.), на 9-ой Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г.Минск, 2013 г.), на Международном форуме-конкурсе молодых ученых «Проблемы недропользования» (г.Санкт-Петербург, 2014 г.).

Личный вклад автора заключается в: постановке цели, формулировке задач и разработке методики исследований; в проведении комплексного экологического мониторинга водных объектов в зоне воздействия исследуемого объекта; в обоснованном выборе природного сорбента для очистки сточных вод; в проведении экспериментальных работ по изучению сорбционных свойств вермикулита по отношению к марганцу (II) в лабораторных условиях; в разработке сорбционной технологии очистки инфильтрационных марганецсодержащих сточных вод хвостохранилища модифицированным вермикулитом Ковдорского месторождения; в оценке эколого-экономической эффективности предлагаемой сорбционной технологии.

Реализация работы:

• разработанные технические предложения по снижению техногенной нагрузки на поверхностные воды могут быть использованы при проектировании природоохранных мероприятий ОАО «Ковдорский ГОК»;

• результаты работы могут быть использованы в учебном процессе Национального минерально-сырьевого университета «Горный» при проведении лабораторных занятий по дисциплинам «Геохимия окружающей среды» и «Геохимия ОС и ландшафтоведение».

Публикации.

По теме работы опубликовано 15 печатных трудов, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России, и 1 патент на изобретение.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Содержит 212 страниц машинописного текста, 48 рисунков, 66 таблиц и список литературы из 106 наименований.

Автор благодарен профессору М.А. Пашкевич за научное руководство работой, доценту А.Е. Исакову за ценные научные консультации, а также всему коллективу кафедры геоэкологии Горного университета за практические советы при выполнении и обсуждении работы.

Предполагаемое внедрение

На предприятиях горной промышленности, деятельность которых приводит к образованию больших объемов марганецсодержащих сточных вод.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В ГОРНОПРОМЫШЛЕННОЙ ОТРАСЛИ

Постоянно развивающиеся горнодобывающая и перерабатывающая промышленности являются основой экономического благосостояния Российской Федерации. Но, как и любые другие промышленные предприятия, они являются мощными источниками негативного воздействия на окружающую среду.

Главным образом, это касается загрязнения поверхностных и подземных вод, вследствие технологических сбросов в водные объекты при добыче и переработке полезных ископаемых. Так, общее водопотребление шахт в среднем

3 3

составляет 6-10 млн.м в год, карьеров — 1-7 млн.м в год, обогатительных фабрик — 10-300 млн.м в год [1].

Для водных ресурсов районов размещения горнодобывающих и перерабатывающих предприятий большую опасность представляют откачиваемые из шахт и карьеров рудничные воды, дренажные и сбросные воды хвостохранилищ обогатительных фабрик. Проблема образования и очистки указанных горнопромышленных стоков до настоящего времени не решена на ряде предприятий. Данный факт подтверждается практически неизменным объемом ежегодно сбрасываемых загрязненных сточных вод (таблица 1.1).

Таблица 1.1- Объемы сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы, млн. м [2]

Вид деятельности 2009 2010 2011 2012 2013

Добыча полезных ископаемых 963,60 1074,87 1083,86 1016,59 995,0

Обрабатывающие производства 3572,97 3295,31 3269,91 2732,80 2692,0

Сточные воды горной промышленности, как правило, являются высокоминерализованными, агрессивными, содержат примеси во взвешенном и растворенном видах. При этом количество образующихся сточных вод в горном деле значительно превышает потребление воды на технические нужды. Этот факт исключает возможность использования замкнутой системы водоснабжения и неизбежно приводит к сбросу сточных вод.

В результате к основным причинам загрязнения водных объектов при добыче и переработке следует отнести:

- большой объем образующихся производственных сточных вод;

- сложный многокомпонентный состав сточных вод;

- низкую эффективность используемых водоохранных мероприятий.

В зависимости от происхождения производственные сточные воды предприятий горной промышленности могут быть разделены на две основные группы: воды, образующиеся при разработке месторождений, и воды, образующиеся при переработке полезных ископаемых (Приложение 1).

Производственные сточные воды, полученные в результате их использования в различных технологических процессах или попутно при добыче полезных ископаемых, в свою очередь разделяются на загрязненные и нормативно чистые, то есть не требующие очистки. Производственные загрязненные сточные воды также разделяются на три группы: загрязненные преимущественно минеральными примесями, органическими примесями, минеральными и органическими примесями [3]. Количественные и качественные составы минеральных и органических загрязнений сточных вод разнообразны и зависят в основном от характера и технологии производства, а также от условий использования воды.

Очистка производственных сточных вод до нормативной концентрации загрязнений перед сбросом требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат. Поэтому одним из основных направлений рационального водопользования является повторное использование производственных сточных вод за счёт создания оборотных систем водоснабжения, при которых значительно сокращается сброс сточных вод в водные объекты. В оборотных системах требования к качеству очистки производственных сточных вод от загрязнений, как правило, намного ниже, чем при сбросе в водоём, что позволяет сократить расходы на их очистку.

1.1 Образование и очистка сточных вод в процессе добычи полезных

ископаемых

Воды, попутно извлекаемые при добыче полезных ископаемых, разделяются на шахтные, карьерные и дренажные. Шахтные и карьерные воды различаются по способу добычи полезных ископаемых и образуются в результате попадания подземных и поверхностных вод в горные выработки, где они подвергаются загрязнению в процессе ведения горных работ. Загрязнение шахтных и карьерных вод происходит в основном мелкодисперсными взвешенными частицами добываемого полезного ископаемого и вмещающих пород, которые образуются при бурении взрывных скважин и шпуров, дроблении пород взрывным способом, работе проходческих и очистных комбайнов, погрузочных и транспортных работах. В связи с высоким уровнем механизации горных работ происходит загрязнение шахтных и карьерных вод нефтепродуктами. В результате гниения деревянных крепей и других конструкций происходит бактериальное загрязнение. Физико-химический состав этих вод отличается большим разнообразием, что определяется не только технологическими и производственными факторами, но и различным составом подземных и поверхностных вод в районах разработки месторождений полезных ископаемых.

Дренажные воды образуются за счет попадания подземных и поверхностных вод в горные выработки, в отличие от шахтных и карьерных вод в большинстве случаев не подвергаются загрязнению взвешенными веществами и нефтепродуктами. Это является результатом того, что дренажные воды образуются в тех горных выработках, где не ведутся горные работы.

По величине рН шахтные, карьерные и дренажные воды делятся на нейтральные (рН=6,5-8,5), кислые (рН<6,5) и щелочные (рН>8,5). По степени минерализации они подразделяются на пресные (содержание сухого остатка до 1 г/л), слабо солоноватые (содержание сухого остатка 1-3 г/дм3), солоноватые

(содержание сухого остатка 3-5 г/дм3), сильно солоноватые (содержание сухого

3 1 остатка 5-10 г/дм ), соленые (содержание сухого остатка 10-25 г/дм ), сильно

соленые (содержание сухого остатка 25-50 г/дм ) и рассолы (содержание сухого остатка более 50 г/дм ). Чем выше минерализация шахтных, карьерных и дренажных вод, тем выше их жесткость, которая колеблется от 5 до 30 мг-экв/л. Содержание взвешенных веществ в шахтных и карьерных водах колеблется в пределах от 10-30 до 500-600 мг/дм и выше, но обычно не превышает 1000

3 3

мг/дм ; концентрация нефтепродуктов — от следов до 0,2-0,8 мг/дм и выше [4].

По согласованию с органами санитарного надзора допускается использование шахтных и карьерных вод для пылеподавления при соблюдении следующих условий: содержание взвешенных веществ не более 50 мг/дм , коли-титр не менее 300, активная реакция рН=6,0-9,5 и полное отсутствие посторонних запахов. Кроме того, эти воды могут широко использоваться для нужд пожаротушения, поливки автодорог и газонов, мойки обуви, полов и др. [3].

В процессе добычи полезных ископаемых попутно образуются хозяйственно-бытовые сточные воды, к которым относятся воды, удаляемые из санузлов, кухонь, столовых, больниц, а также хозяйственные воды, образующиеся при мытье помещений. По природе загрязнений они могут быть фекальными, загрязнённые в основном физиологическими отбросами, и хозяйственными, загрязнённые хозяйственными отходами. Бытовые сточные воды, кроме органических и минеральных примесей, содержат биологические загрязнения, состоящие из различных микроорганизмов, в том числе болезнетворных, а поэтому они потенциально опасны.

По сравнению с шахтными и карьерными, хозяйственно-бытовые воды отличаются повышенным содержанием органических загрязнений. Но минерализация и жесткость этих вод обычно меньше, чем шахтных и карьерных.

Очистка бытовых сточных вод требует значительных капитальных затрат. В зарубежной практике накоплен многолетний опыт использования городских сточных вод на промышленных предприятиях, в том числе на тепловых и атомных электростанциях. Применение такого надёжного источника водоснабжения высвобождает техническую пресную воду для нужд народного хозяйства и решает проблему по защите водоёмов от загрязнения сточных вод.

Система канализации и выбор способа обезвреживания атмосферных и бытовых сточных вод при проектировании и эксплуатации горного предприятия обосновываются в каждом конкретном случае.

Мероприятия по сокращению образования сточных вод и поступления в них загрязняющих веществ в процессе добычи полезных ископаемых условно подразделяют на две группы [5]:

1) горнотехнические, выполняемые в процессе производства горных работ;

2) общетехнические, выполнение которых не связано непосредственно с горными работами (таблица 1.2)

Таблица 1.2 - Перечень технических мероприятий по сокращению образования и загрязнения сточных вод в процессе добыче полезных ископаемых

Группа мероприятий Способ осуществления Достигаемый экологический результат

Горнотехнические Централизация поверхностного дренажа в зонах ведения горных работ Понижение уровней подземных вод прибортовой части карьера Предотвращение регионального использования запасов подземных вод Предотвращен ие изменения водно-солевого режима почв

Устройство дренажных канав и временных водосборников на вскрышных уступах Предотвращение попадания подземных вод в выработанное пространство карьера

Сооружение поверхностных водопонижающих скважин для осушения месторождения Раздельная откачка и сброс незагрязненных подземных вод

Сооружение подземных дренажных выработок со сквозными и забивными фильтрами Предотвращение попадания подземных вод в выработанное пространство карьера и их загрязнения

Продолжение таблицы 1.2

Общетехнические Тампонаж заброшенных и бездействующих водопонижающих скважин, оборудование кранами самоизливающихся или фонтанирующих скважин Предотвращение сокращения запасов подземных вод

Сооружение водонепроницаемых противофильтрационных завес (барражей) вокруг очагов загрязнения и истощения подземных вод Предотвращение истощения и загрязнения подземных вод

Обратная закачка в водоносные горизонты подземных вод через поглощающие скважины Восстановление гидрогеологического режима и уровня подземных вод

Закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты Сокращение сброса сточных вод в водоемы-приемники

В соответствии с качественно-количественным составом и свойствами сточных вод должны предусматриваться очистка и обеззараживание от взвешенных веществ, минеральных солей, солей тяжелых металлов, органических и бактериальных загрязнений, а также пространственная локализация вод или их использование.

Очистка от взвешенных веществ заключается в удалении из сточных вод нерастворимых твердых частиц, которые выпадают в осадок или всплывают на поверхность под действием гравитационных сил и в результате изменения их физического состояния под действием специальных добавок органического и неорганического происхождения. По мере накопления осажденные или взвешенные частицы водоочистки удаляются.

Для очистки сточных вод от взвешенных веществ на карьерах в основном применяют технологические схемы с использованием отстойников, прудов-отстойников, осветлителей со взвешенным слоем осадка и фильтров с

восходящим потоком. Пруды-отстойники могут сооружаться отдельно и в виде каскада из двух-четырех секций, а также в сочетании со скорыми песчаными фильтрами. При самостоятельном использовании прудов-отстойников глубина очистки сточных вод от взвешенных веществ составляет 20-30 мг/дм , а в сочетании со скорыми песчаными фильтрами - 2-10 мг/дм (таблица 1.3).

Таблица 1.3 - Состав и эффективность работы основных типов очистных сооружений [4]

Состав сооружений Эффективность очистки, % Содержание взвеси после очистки, мг/дм3

Отстойники Пруды-отстойники Отстош ш ки+пруд ы-отстой н и ки Отстойник с коагуляцией Отстойники+фильтры Осветлители со взвешенным слоем осадка 25-70 50-95 60-97 60-80 95-99 85-90 30-100 20-30 10-50 20-80 2-10 8-15

Основными способами очистки шахтных вод от взвешенных веществ являются отстаивание и фильтрование. Безреагентное отстаивание и отстаивание с предварительной реагентной обработкой обычно применяется для удаления из воды основной массы взвешенных веществ перед фильтрованием. Фильтрование

л

применяется как самостоятельный способ для глубокой очистки (до 0-10 мг/дм ) шахтных вод с небольшим исходным содержанием взвешенных веществ (до 50150 мг/дм ) или после предварительной их очистки методом отстаивания. При содержании взвешенных веществ в исходной воде, близком к верхним пределам и необходимости получения фильтрата высокого качества фильтрование производится с применением реагентной обработки. Различие в исходной концентрации, дисперсном и вещественном составе, способности к коагуляции под влиянием различных бассейнов, месторождений, районов и даже отдельных шахт в пределах одного района не дает возможность рекомендовать единую универсальную технологическую схему, которая во всех случаях обеспечивала бы необходимую степень очистки и была бы наиболее экономичной. В связи с этим

разработаны и применяются на практике различные технологические схемы очистки шахтных вод от взвешенных веществ.

Техническим решениям осветления шахтных вод в наземных условиях присущи крупные недостатки: сложность технологических схем и конструктивных узлов очистных сооружений; необходимость использования в процессах очистки дефицитных и дорогостоящих химических реагентов, кварцевого песка и других материалов; высокая стоимость очистных сооружений; недостаточная гибкость их реагирования на изменяющиеся условия поступления загрязненных шахтных вод на вход очистных сооружений; отторжение значительных земельных площадей под очистные сооружения. Поэтому в настоящее время ведется серьёзная работа над усовершенствованием известных и разработкой новых методов и технологических схем осветления шахтных вод. Одним из таких новых подходов является осуществление комплекса профилактических и водоочистных мероприятий в подземных горных выработках.

Очистка от минеральных солей заключается в опреснении сточных вод с

л

солесодержанием более 1 г/дм путем выделения, разделения и очистки содержащихся в них минеральных примесей до товарных продуктов. Наибольшее распространение получили следующие способы очистки: термические, основанные на изменении агрегатного состояния очищаемой сточной воды (дистилляция, вымораживание и др.), мембранные (обратный осмос, электродиализ) и реагентные (ионный обмен, осаждение солей).

Область применения рекомендованных методов зависит, прежде всего, от степени минерализации исходной воды. Условно можно рекомендовать

л

применение метода ионного обмена при концентрации солей до 3 г/дм ; электодиализа - от 1,5 до 15 г/дм ; обратного осмоса от 3 до 40 г/дм ; дистилляции - более 10 г/дм . [6].

Универсальным методом является дистилляция, которую экономично применять при солесодержании сточных вод более 3 г/дм3 и значительной

л _

производительности (более 15 тыс.м /сут). При солесодержании воды более 10

г/дм3 и значительной производительности из всех методов опреснения воды

дистилляция является наиболее экономичной. Несмотря на это, непостоянство

химического состава и высокая жесткость создают дополнительные трудности

при опреснении вод дистилляцией. Поэтому при солесодержании исходной воды

•2

от 2,0 до 10,0 г/дм используют метод обратного осмоса, так как он позволяет получить наименьшее количество рассолов по сравнению с другими методами и, следовательно, «хвостовая» часть переработки рассолов потребует значительно меньших капитальных и экономических затрат.

Окончательный выбор деминерализации проводят в зависимости от солесодержания, производительности установки, количества получаемых рассолов, стоимости и расхода топлива, электроэнергии, реагентов, а также особенностей местных условий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Матвеева, Вера Анатольевна, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горная энциклопедия. http://www.mining-enc.rU/v/vodopotreblenie/

2. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2014 году»

3. Мирзаев Г.Г, Иванов Б.А., Щербаков В.М., Проскуряков Н.М. Экология горного производства. Учебник для вузов. - М.: Недра, 1991. - 320 с.

4. Сластунов C.B., Королева В.Н., Коликов К.С., Куликова Е.Ю., Воробьев А.Е., Качак В.В., Бабков-Эстеркин В.И., Айруни А.Т., Батугин A.C., Шилов A.A. Горное дело и окружающая среда. Учебник. - М.: Логос, 2001. - 272 с.

5. Трубецкой К.Н., Краснянский Г.Л., Хронин В.В. Проектирование карьеров. Учебник для вузов. Т.2. - М.: Издательство академии горных наук, 2001. — 535 с.

6. Гребенкин С.С., Костенко В.К., Матлак Е.С. Физико-химические основы технологии деминерализации шахтных вод. Монография. - Донецк: «ВИК», 2008. -287 с.

7. Федотов К.В., Никольская Н.И. Проектирование обогатительных фабрик. Учебник для вузов. -М.: Издательство «Горная книга», 2012. - 536 с.

8. Чуянов Г.Г. Хвостохранилища и очистка сточных вод. - Екатеринбург: Изд. УГГГА, 1998.-246 с.

9. Спичак Ю.Н., Ткачев В.А., Кипко А.Э. Охрана окружающей среды и рациональное использование месторожднений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1993.- 167 с.

10. Мырзахметов М., Умбетова Ш.М., Мухатова А.К. Водоотведение и состав сточных вод предприятий цветной металлургии. — Алматы, Республика Казахстан: Вестник КазНТУ_№3 (103), 2007. - С. 130-132.

П.Певзнер М.Е., Малышев A.A., Мельков А.Д., Ушань В.П. Горное дело и охрана окружающей среды. Учебник для вузов. - М.: Издательство Московского государственного университета, 2001. - 300 с.

12. Государственный комитет Российской Федерации

по охране окружающей среды, Сборник удельных показателей образования отходов производства и потребления, Москва, 1999. — 65 с.

13. Сточные воды обогатительных фабрик, http://vodoprovod-24.ru/stochnye-vody-obogatitelnyx-fabrik.html

14. Жарменов A.A. Комплексная переработка минерального сырья Казахстана (состояние, проблемы, решения). Т.8. Экологические проблемы горнометаллургических производств. - Астана: Фолиант, 2003. — 272 с.

15. Федотов К.В., Никольская Н.И. Проектирование обогатительных фабрик: Учебник для вузов. - М.: Издательство «Горная книга», 2012.-536 с.

16. Пашкевич М.А. Техногенные массивы и их воздействие на окружающую среду. - СПб.: СПГГИ (ТУ), 2000. - 230 с.

17. Шинкаренко С.Ф., Белецкий Е.П., Ширяев A.A. Справочник по обогащению руд черных металлов. - М.: Недра, 1980. - 527 с.

18. Милованов Л.В. Очистка сточных вод предприятий цветной металлургии. -М.: Металлургия, 1971. -384 с.

19. Богданова О.С., Ревнивцева В.И. Справочник по обогащению руд. Специальные и вспомогательные процессы, испытания обогатимости, контроль и автоматика. - М.: Недра, 1983. - 385 с.

20. Воронов Ю.В., Яковлев C.B. Водоотведение и очистка сточных вод. Учебник для вузов. - М.: Издательство ассоциации вузов, 2006. — 704 с.

21. Евдокимов П.Д., Сазонов Г.Т. Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик. - М.: Недра, 1978. — 439 с.

22. Алексеев Д.В., Николаев H.A., Лаптев А.Г. Комплексная очистка стоков промышленных предприятий методом струйной флотации. Монография. — Казань: Казан, гос. технолог, ун-т, 2005. - 156 с.

23. Ладыгичев М.Г., Чижикова В.М. Сырье для черной металлургии. Справочное издание. Т.2. Экология металлургического производства. - М.: «Теплотехник», 2005.-448 с.

24. Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды. — Л.: «Химия», 1982. - 168 с.

25. Мироненко В.А., Норватов Ю.А., Норватов Ю.А., Сердюков Л.И. Гидрогеологические исследования в горном деле. — М.: Недра, 1976. — 352 с.

26.Мироненко В.А., Мольский Е.В., Румынии В.Г. Горнопромышленная гидрогеология. Учебник для вузов. - М.: Недра, 1989. - 287 с.

27. Петрова В.А., Пашкевич М.А. Проблема загрязнения и истощения водных ресурсов в результате деятельности предприятий минерально-сырьевого комплекса. Материалы XVI международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий». - Новосибирск: Изд-во Новосибирского государственного университета, 2011. — С. 34-35

28. Петрова В.А. Влияние горной промышленности на окружающую среду (на примере деятельности ОАО «Ковдорский ГОК»). Труды XV Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых учёных, посвященного 110-летию со дня основания горно-геологического образования в Сибири «Проблемы геологии и освоения недр». Т.2. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - С. 494-496

29. Петрова В.А., Пашкевич М.А. Разработка проблемно-ориентированного мониторинга водных объектов, расположенных в зоне воздействия горной промышленности Мурманской области. Сборник статей V Международной научно-практической конференции «Мониторинг экологически опасных промышленных объектов и природных экосистем». - Пенза: РИО ПГСХА, 2011. -С. 166-169

30. Петрова В.А., Пашкевич М.А. Состояние водных объектов в зоне влияния горно-перерабатывающих предприятий на примере ОАО «Ковдорский ГОК». Альманах современной науки и образования №4 (47). Тамбов: Грамота, 2011. - С. 107-109

31. ГОСТ 17.1.3.07-82. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков» и с учетом рекогносцировки местности.

32. ГОСТ 17.1.5.05-85. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков.

33. ГОСТ Р 51592-2000. ВОДА. Общие требования к отбору проб.

34. ГОСТ 31861-2012. ВОДА. Общие требования к отбору проб.

35. Р 52.24.353-2012. Отбор проб поверхностных вод суши и очищенных сточных вод.

36. НВН 33-5.3.01-85. Инструкция по отбору проб для анализа сточных вод.

37. М-03-505-119-08. Методика количественного химического анализа. Определение металлов в питьевой, минеральной, природной, сточной воде и в атмосферных осадках атомно-абсорбционным методом.

38. М-МВИ-80-2008. Методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отложений методами атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии.

39.Петрова В.А., Пашкевич М.А. Формирование техногенных гидрохимических аномалий в зоне воздействия ОАО «Ковдорский ГОК». Материалы международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее». - Тула: ТулГУ, 2011. — С. 74-76

40. Петрова В.А., Рогалев В.А. Анализ состояния поверхностных вод Мурманской области, подверженных негативному воздействию горно-обогатительной промышленности. Записки Горного института. Т.195 «Полезные ископаемые России и их освоение». - СПб.: СПГГУ, 2012. - С. 168-170

41.Петрова В.А., Пашкевич М.А. Изучение миграции компонентов сточных вод, образующихся при добыче и переработке магнетит-апатит-бадделеитовых руд, на примере ОАО «Ковдорский ГОК». Сборник научных трудов «География: история, современность, перспективы». - Краснодар: Изд-во Кубанского гос. ун-та, 2012. -С. 382-387

42. М-02-1805-09. Методика выполнения измерений массовой концентрации

2 з

ионов N02\ no3", СГ, so4 F", РО4 ", Вг" в пробах природной, питьевой и сточной воды методом ионообменной хроматографии.

43. ПНД Ф 14.1:2:4.128-98. Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах природных, питьевых, сточных вод флуориметрическим методом на анализаторе жидкости «ФЛ100РАТ-02».

44. ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность.

45. Hákanson L. Sediment sampling in different aquatic environments: Statistical aspects. Water Res. V.20, N 1., 1984. - P.41-46.

46. Förstner U., Salamons W. Trace metal analyses on polluted sediments. Delft, the Netherlands. V.248, 1981. - P. 1-13.

47. РД 52.24.609-99. Организация и проведение наблюдений за содержанием загрязняющих веществ в донных отложениях.

48. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

49. ПНД Ф 16.2.2:2.3.71-2011. Методика измерений массовых долей металлов в осадках сточных вод, донных отложений, образцах растительного происхождения спектральными методами.

50. Петрова В.А., Пашкевич М.А. Исследование техногенной миграции марганца в водных объектах Ковдорского района. Записки Горного института. Т.207 «Современные проблемы геотехнологии, безопасности и геоэкологии». — СПб.: Горный университет, 2014. - С. 202-206

51. Петрова В.А., Пашкевич М.А. Исследование техноседиментогенеза бассейна реки Ковдор. Труды XVII Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 150-летию со дня рождения академика В.А. Обручева и 130-летию академика М.А. Усова, основателей Сибирской горно-геологической школы «Проблемы геологии и освоения недр». Т.2. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. - С.594-597

52. ПНД Ф. 14.1:2:4.140-98. Методика выполнения измерений массовых концентраций бериллия, ванадия, висмута, кадмия, кобальта, меди, молибдена, мышьяка, никеля, олова, свинца, селена, серебра, сурьмы, хрома в питьевых, природных и сточных водах методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией

53. Даувальтер В.А., H.A. Кашулин H.A., Сандимиров С.С. Тенденции изменений химического состава донных отложений пресноводных субарктических и арктических водоемов под влиянием природных и антропогенных факторов.

' 41 »л '

Труды Кольского научного центра РАН «Прикладная экология Севера». Выпуск №2 (9). - Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2012. - С.54-87

54. Кашулин H.A. Некоторые аспекты современного состояния пресноводных ресурсов Мурманской области. Вестник МГТУ. Т. 16. №1. - Мурманск: МГТУ, 2013. - С.98-107

55. Мартин Р. Бионеорганическая химия токсичных металлов. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. — М.: Мир, 1993. — С.25-62.

56. Буренкова Э.К. Экологическая геохимия элементов. Справочник. Кн.4: Главные с1=элементы. - М.: Экология, 1995. —416 с.

57. Перельман А.И. Геохимия природных вод. - М.: Наука, 1982. - 154 с.

58. Крайнов С.Р., Швец В.М. Гидрогеохимия. - М.: Недра, 1992. - 463 с.

59. Нахшина Е.П. Микроэлементы в водохранилищах Днепра. - Киев: Наукова думка, 1983.- 160 с.

60. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимия марганца в процессах гипергенеза. Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Биосфера». Т.5. №1. — Санкт-Петербург: ФНИ «XXI» век, 2013. - С.21-36.

61. Листова Л.П. Физико-химические исследования условий образования окисных и карбонатных руд марганца. - М.: АН СССР, 1961. - 119 с.

62. Григорьева Т.Н., Дубинина Г.А., Мороз Т.Н., Пальчик H.A. Минеральный состав оксидов Мп, синтезированных при участии микроорганизмов. Тихоокеанская геология. Т. 17, №4. — Хабаровск: Дальнаука, 1993. — С.59-64.

63. Нахшина Е.П. Марганец в пресных водах. Гидробиологический журнал. T.XI, № 2. - Киев: Укр. ин-т науч.-техн. и экон. информации, 1975. - С.98-115.

64. Ф.И. Титюнова Гидрогеохимия техногенеза. — М.: Наука, 1987. — 335 с.

65. Дудкин О.Б., Кирнарский Ю.М. Комплекс месторождений Ковдорского массива. Геология рудных месторождений. Т.36, № 1. — М.: Наука, 1994. -С.31-41.

66. Кухаренко A.A., Орлова М.П., Буллах А.Г. Каледонский комплекс ультраосновных, щелочных пород и карбонатитов Кольского полуострова и Северной Карелии (геология, петрология, минералогия и геохимия). - М.: Недра, 1965.-342 с.

67. Терновой В.И. Карбонатитовые массивы и их полезные ископаемые. -JL: Изд. ЛГУ, 1971.-168 с.

68. Быкова Э.В. Сульфидная минерализация в магнетитовых рудах и карбонатитах Ковдорского месторождения. Минералогия и геохимия. Вып.5. — Л.: Изд. ЛГУ, 1975.- С.11-16.

69. Галахов A.B., Батраков Б.Н. Химический состав ультраосновных интрузий щелочно-ультраосновных массивов Кольского полуострова. Вещественный состав щелочных интрузивных комплексов Кольского полуострова. — Апатиты: Изд. Кольского филиала АН СССР, 1981. - С.3-16.

70. Субботина Г.Ф., Субботин В.В., Пахомовский Я.А. Некоторые особенности сульфидной минерализации апатито-магнетитовых руд и карбонатитов Ковдорского месторождения. Вещественный состав щелочных интрузивных массивов Кольского полуострова. - Апатиты: Изд. Кольского филиала АН СССР, 1981. - С.88-95.

71. Химические анализы минералов Кольского полуострова. - Апатиты: Геологический институт КФАН СССР, 197061.

72. Дистанов У.Г., Михайлов A.C., Конюхова Т.П. Природные сорбенты СССР. -М.: Недра, 1990.-208 с.

73. Лыгина Т.З., Михайлова O.A., Хацринов А.И., Конюхова Т.П. Технологии химической активации неорганических природных минеральных сорбентов. Монография. — Казань: Изд-во Казан, гос. технол. ун-та, 2009. —120 с.

74. IUP АС Manual of Symbols and Terminology, Appendix 2, Pt.l, Colloidand Surface Chemistry. Pure Appl. Chem., 31, 1972. -P.578.

75. Кокотов Ю.А. Иониты и ионный обмен. — Л.: Химия, 1980. - 152 с.

76. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. — Л.: Химия, 1983.-295 с.

77. Богданов О.С. Справочник по обогащению руд. Обогатительные фабрики. — М.: Недра, 1984.-360 с.

78. Амфлетт Ч. Неорганические иониты. - М.: Мир, 1966. - 188 с.

79. Овчаренко Ф.Д. Гидрофильность глин и глинистых минералов. — Киев: Издательство Академии Наук Украинской ССР, 1961. - 292 с.

80. Карнаухов А. П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов. — Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1999. -470 с.

81. Дистанов У.Г., Филько A.C. Нетрадиционные виды минерального сырья. - М.: Недра, 1990.-261 с.

82. Петров В.П. Неметаллические полезные ископаемые СССР. Справочное пособие. - М.: Стройиздат, 1989. - 496 с.

83. Котельников Д.Д., Конюхов А.И. Глинистые минералы осадочных пород. -М.: Недра, 1986.-247 с.

84. Тарасевич Ю.И. Адсорбция на глинистых минералах. - Киев: Наукова думка, 1975.-329 с.

85. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. - М.: Мир, 1984.-306 с.

86. Баталова Ш.Б. Физико-химические основы получения и применения катализаторов и адсорбентов из бентонитов. - Алма-Ата: Наука, 1986. - 168 с.

87. Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1975. - 512 с.

88. Справочное пособие к СНиП 2.04.03-85. Проектирование сооружений для очистки сточных вод. - М.: Стройиздат, 1990. - 129 с.

89. СТО МВИ 11-2009. Методика выполнения измерений массовой концентрации взвешенных веществ в пробах природных, питьевых и сточных вод фотометрическим методом.

90. Климов Е.С., Бузаева М.В. Природные сорбенты и комплексоны в очистке сточных вод. - Ульяновск: УлГТУ, 2011. - 201 с.

91. Николаев В.М., Багрецов В.Ф., Калмыков Ю.А. Влияние различной обработки на ионообменные свойства вермикулита. Исследования в области химии и технологии редких и радиоактивных элементов, труды уральского политехнического института имени С.М. Кирова. Сборник 121. - Свердловск: Издание УПИ, 1962. - С.30-34.

V f '

92. Багрецов В.Ф., Николаев В.М., Калмыков Ю.А., Пушкарев В.В. Влияние различной обработки на ионообменные свойства вермикулита. Исследования в области химии и технологии редких и радиоактивных элементов, труды уральского политехнического института имени С.М. Кирова. Сборник 121. -Свердловск: Издание УПИ, 1962. - С.35-38.

93. Петрова В.А., Пашкевич М.А. Очистка вод системы реки Ковдора в зоне воздействия горно-обогатительного комбината. Известия ТулГУ. Вып. 2. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. - С.42-45

94. Железняков Г.В., Неговская Т.А., Овчаров Е.Е. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока. — М.: Колос, 1984. — 205 с.

95. Большаков В.А. Справочник по гидравлике. - Киев: Высшая школа, 1984. — 343 с.

96. Матвеева В.А. (Петрова В.А.) Использование вермикулита в качестве сорбента для очистки производственных сточных вод ОАО «Ковдорский ГОК». Сборник научных трудов 9-ой Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики». Т.2. - Минск: БНТУ, 2013, - С.220-224

97. Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты гидросферы. Учебное пособие. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. — 188 с.

98. Тимонин A.C. Инженерно-экологический справочник. Т.2. - Калуга: Издательство Н.Бочкаревой, 2003. - 884 с.

99. Демидов Ю.В., Серебряков В.Н., Бруер Г.Г., Ковалев B.C. Патент на изобретение RU № 2042645. Способ очистки сточных вод от тяжелых металлов, 1995.

100. Петрова В.А. Выбор оптимального метода очистки сточных вод ОАО «Ковдорский ГОК». Материалы 2-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого — взгляд в будущее». - Тула: ТулГУ, 2012. - С.279-284

ИьС си} . си^г

101. Петрова В.А., Пашкевич М.А. Совершенствование методов очистки производственных вод ОАО «Ковдорский ГОК». Материалы 8-ой Международной Конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики». Т.2. — Тула: ТулГУ, 2012. - С.391-394

102. Патент 2542146 Российской Федерации, МПК Е02В 7/06, Е21С 41/00. Способ наращивания хвостохранилищ / Пашкевич М.А., Смирнов Ю.Д., Петрова Т.А., Петрова В.А.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Горный университет» - №2013114540/13; заявл. 01.04.2013; опубл. 20.02.2015, Бюл. №28.

103. Петрова В.А., Пашкевич М.А. Утилизация обезвоженных техногенных донных отложений водных объектов горнопромышленных регионов. Записки Горного института. Т.206 «Проблемы недропользования». - СПб.: Горный университет, 2013.-С. 160-162

104. Аджиенко В., Ладнер И., ТераудсЯ. Крупноразмерные замкнутые фильтрующие оболочки. Геотубы в строительстве, производстве и на защите окружающей среды. - СПб., 2012. - 344 с.

105. Данилов-Данильян В.И. Временная методика определения предотвращенного эколого-экономического ущерба. - М.: Государственный комитет РФ по охране окружающей среды, 1999. - 41 с.

106. Сорокин Н.Д. Охрана окружающей среды на предприятии в 2009 году. -СПб.: Изд-во «ВИС», 2009. - 695 с.