Исследование состава и свойств карьерных вод разрезов Кузбасса для оценки их утилизируемости

В настоящее время в Кузбассе из всех отраслей промышленности наибольшую техногенную нагрузку на окружающую среду создает угледобывающая отрасль. В Кузбассе насчитывается сорок две шахты и сорок три разреза. Преимуществом открытой разработки угольных месторождений является невысокая себестоимость добычи угля, высокая производительность и безопасность труда рабочих на предприятиях. Поэтому с каждым годом доля объемов добычи каменного угля открытым способом все более увеличивается. Поскольку на ближайшие 5−10 лет планируется увеличение доли открытых горных работ до 70% от всего объема добычи угля, то воздействие угледобывающей отрасли на окружающую среду в значительной степени будет определяться последствиями открытых горных разработок.

Отрицательное воздействие горные работы оказывают не только на недра, но и на водный бассейн, воздушный бассейн, земли и почвы, флору и фауну. Существенным негативным фактором ведения открытых горных работ является значительный ущерб, наносимый водному бассейну, в связи с этим все острее встает проблема охраны водных ресурсов ряда районов Кемеровской области. Это обусловлено сбросами в поверхностные водоемы и водотоки больших объемов сточных вод, содержащих, как правило, взвешенные и растворенные примеси. Особое значение имеют сточные карьерные воды, так как на эти воды приходится самая большая доля сброса. Это усугубляется еще и тем, что в течение года вода на разрезы поступает крайне неравномерно. Таким образом, существенный ущерб окружающей среде Кузбасса наносят карьерные воды.

Водоотведение карьерных сточных вод имеет ряд особенностей, которые заметно усложняют их сбор и очистку. Одна из особенностей — это не фиксированность откачки сточных вод, т. е. сброс карьерных вод на разрезах производится, как правило, в нескольких местах. В связи с этим работы, направленные на исследование состава и свойств карьерных вод разрезов Кузбасса для оценки их утилизируемости являются актуальными.

Цель работы заключается в обосновании возможности и целесообразности использования карьерных вод в народном хозяйстве.

Идея работы состоит в учете закономерностей сезонных колебаний объемов сброса и качества карьерных вод при выборе способа их утилизации.

Задачи исследования:

— установить характер воздействия сброса сточных вод на природную среду при открытой разработке угольных месторождений Кузбасса;

— определить объемы сброса сточных карьерных вод в водные объекты;

— выявить состав и свойства карьерных вод;

— разработать рекомендации по утилизации сточных карьерных вод разрезов Кузбасса.

Методы исследования: исследования производились путем анализа и обобщения литературных источников, статистической обработки результатов экспериментов и натурных наблюдений.

Научные положения, защищаемые в диссертации и разработанные лично соискателем:

— наибольший удельный вес в сбросе сточных вод и ущербе, наносимом им окружающей природной среде при открытой разработке угольных месторождений имеют, карьерные воды, доля которых в общем объеме сброса составляет более 70%;

— объем сброса карьерных вод, состав загрязняющих примесей и их концентрация в карьерных водах изменяются в течение года в зависимости от количества атмосферных осадков и температуры воздуха: максимальный сброс и наибольшая загрязненность воды приходится на март-апрель — сброс-8−13 м3, загрязненность — 560 мг/л, июнь-июль — сброс-8−9 м3, загрязненность — 580 мг/л и октябрь-ноябрь — сброс-7,5−8 м3, загрязненность — 430 мг/л;

— коэффициент миграции микроэлементов карьерных вод более чем в 2 раза превышает коэффициент миграции микроэлементов шахтных вод, что обусловлено дополнительным поступлением в карьерные воды микроэлементов из атмосферного воздуха, дождевых и талых вод;

— карьерные воды угольных разрезов Кузбасса по своим ирригационным, экологическим и технологическим критериям пригодны для орошения сельскохозяйственных угодий без предварительной подготовки.

Научная новизна работы заключается:

— в установлении закономерностей влияния времени года на объемы сброса карьерных вод, физические свойства воды, микрокомпонентный и макрокомпонентный ее состав;

— в оценке величины влияния сбрасываемых карьерных вод на состояние водного бассейна региона;

— в разработке рекомендаций по использованию карьерных вод для орошения сельскохозяйственных угодий.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: использованием гос-тированной измерительной аппаратуры и методик лабораторных испытаний, гостированных методов отбора проб и их дальнейших исследований.

Научное значение работы заключается в установлении закономерности влияния времени года на объемы сброса карьерных вод на физические свойства воды, микрокомпонентный и макрокомпонентный ее составв оценке влияния сбрасываемых карьерных вод на состояние водного бассейна региона, в разработке рекомендаций по использованию карьерных вод для орошения сельскохозяйственных угодий.

Практическая ценность работы. Применение разработанных рекомендаций по использованию карьерных вод в сельском хозяйстве существенно улучшит гидрологическое состояние региона, сократит затраты на очистку сбрасываемых карьерных вод и значительно уменьшит стоимость работ по поливу сельскохозяйственных угодий.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Экологические проблемы горно-металлургического комплекса» (г. Красноярск, 2000 г.) — на Пятом Международном Научном симпозиуме им. академика М. А. Усова (г. Томск, 2002 г.) — на заседании технического совета ООО «Разрез «Губернский» (г. Белово, 2004 г.) — на научно-технических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов КузГТУ (г. Кемерово, 1998 — 2004 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано пять печатных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 28 таблиц, 33 рисунка и список литературы из 93 наименований.

Выводы.

1 Разрезы Кузбасса при использовании карьерных вод на собственные нужды и реализации воды близ расположенным сельхозпредприятиям получают прибыль от снижения затрат на оплату сброса и забора воды из природного источника и от реализации воды сельхозпредприятиям.

2 Экологический эффект от очистки загрязненных карьерных вод, сбрасываемых в водоемы, заключается в достижении безопасных концентраций в природном водоеме.

3 Для орошения кормовых, зерновых и технических культур рекомендуется использовать карьерные воды, накапливаемые в прудах-отстойниках или других накопительных емкостях.

4 Экономический эффект достигаемый путем экономии затрат на забор питьевой воды и сброс загрязняющих веществ и карьерных вод показывает, что при использовании карьерных вод на собственные нужды разрезов и реализации воды близ расположенным сельхозпредприятиям разрезы Кузбасса получают прибыль в расчете на один разрез.

1 067 074,95 рублей в год.

Заключение

.

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, изложено решение задачи утилизации сточных карьерных вод разрезов Кузбасса, обеспечивающее экономический и экологический эффект от использования карьерных вод и имеющее существенное значение для рационального использования жизнеобеспечивающих ресурсов региона.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. В связи с высокой рентабельностью угольных разрезов в горнодобывающей промышленности Кузбасса прослеживается тенденция увеличения доли добычи полезного ископаемого открытой разработкой. В связи с этим, увеличивается, и объем сброса сточных вод, из которых карьерные воды составляют 72,4%. Объем сброса сточных карьерных вод на разрезах Кузбасса варьируется от 0,82 до 26,88 тыс. м3/сут., что отрицательно влияет на экологическую ситуацию в регионе.

2. Сброс воды на разрезах, как правило, производится одновременно в нескольких местах, часто удаленных друг от друга на значительные расстояния. Количество и расположение водосбросов зависят от объема поступающих в горные выработки вод и протяженности самих горных работ. Место расположения водосбросов, в зависимости от развития и подвигания горных работ, постоянно меняется, что приводит к увеличению стоимости очистки карьерных вод.

3. Объем сброса карьерных вод зависит от времени года. Максимальный объем сброса карьерных вод приходится на периоды интенсивного выпадения осадков и таяния снежного покрова, т. е. весенне-летние месяцы, что составляет около 65%. На зимние месяцы приходится минимальный сброс карьерных вод -19%. Максимальный объем сброса загрязняющих веществ приходится на периоды интенсивного выпадения осадков и таяния снежного покрова, т. е. весенне-летние месяцы и достигает 590 — 780 мг. На зимние месяцы приходится минимальный объем сброса загрязняющих веществ в карьерных водах и достигает 20−100 мг.

4. Содержание загрязняющих примесей, таких как взвешенные вещества, нефтепродукты, сухой осадок, фенолы, хлориды, сульфаты и другие, находящихся в карьерных водах, зависит как от технологии добычи полезного ископаемого, так и от территориального расположения разреза. В зависимости от концентрации и специфики производственных предприятий, а так же плотности жилищной застройки площадей, прилегающих к границам разреза, загрязняющие примеси колеблются как по составу, так и по концентрации.

5. Коэффициент миграции микроэлементов в карьерных водах в 2−7 раз выше, чем в шахтных водах. Это происходит из-за проникания элементов, путем размыва верхнего слоя почв и непосредственного проникания из воздуха с атмосферными осадками. Содержание и количество ряда загрязняющих микроэлементов, например, таких как Zn, Mn, Сг, Pb, Си, Ni, Hg, Cd, в карьерных водах зависит не только от их присутствия в природных водах и горных породах, но и от количества и содержания этих микроэлементов в атмосферном воздухе.

6. Эффективными способами очистки карьерных вод на разрезах Кузбасса являются очистка через искусственные фильтрующие массивы из вскрышных пород и отстойные сооружения. Качество карьерных вод прошедших очистку в отстойных сооружениях зависит от параметров отстойника, т. е. его глубины, ширины и длины, а также объемов и степени загрязненности вод, подлежащих очистке. Преимуществами применения очистки через фильтрующие массивы является их малая площадь, технологичность и простота возведения очистного сооружения, соответствие качественных показателей сточных вод после очистки ГОСТ 17.4.3.07−82.

7. Разрезы Кузбасса при использовании карьерных вод на собственные нужды и реализации воды близ расположенным сельхозпредприятиям получают прибыль от снижения затрат на оплату сброса и забора воды из природного источника и от реализации воды сельхозпредприятиям.