Технология очистки сточных вод на действующих разрезах Кузбасса

© М.А. Тюленев, Ю.В. Лесин, 2012

М.А. Тюленев, Ю.В. Лесин

ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД НА ДЕЙСТВУЮЩИХ РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА

Приводятся фактические данные о применении искусственных фильтрующих массивов в условиях действующих разрезов Кузбасса. Ключевые слова: искусственный фильтрующий массив; карьерные сточные воды; фильтрование.

Технология очистки карьерных сточных вод через фильтрующие массивы из отходов горного производства имеет значительные преимущества по сравнению с очисткой путем отстаивания, что подтверждается не только проведенными научными исследованиями [1—3], но и повсеместным внедрением данной технологии на современных разрезах. В данной статье приводятся фактические результаты, полученные при проведении расчетов для условий разрезов «Березовский» и «Новобачатский». Расчеты проводились проектной организацией «Сибгеопроект» по методике [4], разработанной в КузПИ.

На разрезе «Березовский» в процессе отработки месторождения происходит загрязнение карьерных вод в основном взвешенными частицами пород и нефтепродуктами.

Очистные сооружения карьерных вод расположены на расстоянии 0,5 км от участка открытых работ и состоят из пруда-отстойника карьерных вод для первоначальной очистки, фильтрующего массива и прудка осветленной воды.

Очистные сооружения рассчитаны на пропуск и очистку карьерных вод 2822 м3/час.

Принята следующая схема очистки: карьерная вода с содержанием взвешенных веществ 200 мг/л поступает в пруд-отстойник, где происходит их предварительная механическая очистка от взвешенных до 20 мг/л. Из отстойника предварительно осветленная вода по водосбросу поступает на фильтрующий массив. Максимальное содержание взвешенных частиц в сбрасываемой после отстаивания и фильтрования осветленной воде — 6 мг/л, эффект осветления при этом составляет

97,0 %. Профильтровавшаяся вода поступает в прудок отфильтрованной воды. Вода из прудка отфильтрованной воды забирается на полив дорог, избыток воды по самотечному трубопроводу диаметром 219х6 мм сбрасывается в р. Маганак.

Для доочистки воды до 6 мг/л предусматривается строительство фильтрующего массива.

Длина пути фильтрации (ширина фильтрующего массива) определяется по формуле:

Г , м,

0.05 Свых' '

где Со — начальное содержание взвешенных веществ после пруда-отстойника, Со=20 мг/л; Свых — допустимая концентрация взвешенных веществ в осветленной воде, Свых=6 мг/л.

г 1 1 20 24

г =-1п— = 24 м.

0.05 6

Длина фильтрующего массива по условиям рельефа местности была принята равной 50 м.

Согласно расчетам, установлено, что фильтрующий массив с принятыми размерами (24х50 м) обеспечивает пропуск поступающей на очистку воды в течение всего срока эксплуатации участка открытых работ. Максимальное содержание взвешенных в сбрасываемой после фильтрующего массива воде составит 6 мг/л.

Тело фильтрующего массива отсыпается из дробленых скальных пород (крупность 20—200 мм) с коэффициентом размягчения не менее 0,8, содержание полускальных пород в массиве не должно превышать 30 %, содержание глинистых частиц должно быть не менее 5 %. Породы, укладываемые в тело фильтрующего массива, не должны растворяться в воде.

Для наблюдения за поверхностью фильтрационного потока предусматривается установка 3-х пьезометров.

Прудок отфильтрованной воды расположен в полувыемке. Размер по дну отстойника 15x400 м, максимальная высота ограждающей дамбы 4 м, заложение откосов 1:2. Дамба отсыпается из вскрышных пород с противофильтрационным экраном из суглинка, по дну отстойника отсыпается противо-фильтрационный экран из суглинистого грунта толщиной 1 м. Согласно классификации СНиП 2.06.01—86 дамба прудка

отфильтрованной воды относится к сооружениям IV класса капитальности.

На разрезе «Новобачатский» очистка карьерных вод и поверхностного стока с породного отвала предусматривается на очистных сооружениях карьерных вод путем механического отстаивания с последующим фильтрованием через фильтрующий массив.

Очистные сооружения карьерных вод расположены в логу безымянного ручья правого притока р. Зеленчиха и состоит из пруда-отстойника емкостью 65 тыс. м3 и фильтрующей насыпи.

Местоположение очистных сооружений выбрано из условия размещения их в непосредственной близости от участка открытых работ, а также возможности очистки в них поверхностного стока с породного отвала. Поверхностный сток с породного отвала поступает на очистные сооружения самотеком.

Максимальный подземный и поверхностный приток с участка открытых горных работ составляет 3839,13 м3/сут, а с породного отвала — 5262,3 м3/сут.

Очистка карьерных вод осуществляется фильтрованием через фильтрующую дамбу с предварительным отстаиванием в пруде-отстойнике. Очистные сооружения рассчитаны на прием и очистку максимального притока карьерных (расход карьерных вод на стабильный период) и поверхностных вод с породного отвала — 9101,43 м3/сутки. Для расчета емкости отстойника принят расход карьерных вод стабильного периода эксплуатации разреза с производственной мощностью 100 тыс. т угля в год.

Содержание взвешенных веществ в карьерной воде — 200 мг/л, в поверхностной воде с породного отвала — 500 мг/л, среднее содержание — 278 мг/л.

На разрезе принята следующая схема очистки: карьерная вода и поверхностная вода с породного отвала со средним содержанием взвешенных частиц 278 мг/л поступает в пруд-отстойник, где происходит их предварительная механическая очистка от взвешенных до 15 мг/л. Из пруда-отстойника предварительно осветленная вода по водосбросу поступает на фильтрующую дамбу. Максимальное содержание взвешенных частиц в сбрасываемой, после отстаивания и фильтрования, осветленной воде — 6,00 мг/л, эффект осветления при этом составляет 94,6 %. Профильтровавшаяся вода сбрасывается в русло безымянного ручья и далее в р. Зеленчиха.

Таблица 1

Диаметр частиц, мм Содержание, в %

1—0,5 14,3 14,3

0,5—0,25 26,8 41,1

0,25—0,1 10,7 51,8

0,01—0,05 25,0 76,8

0,05—0,01 7,1 83,9

0,01—0,005 7,1 91,0

Менее 0,005 9,0 100

При расчете параметров очистных сооружений приняты за аналог карьерные и поверхностные воды действующих разрезов с гранулометрическим составом твердых частиц, приведенных в табл. 1.

Расчет проточной части производится на максимальный часовой приток стоков, равный 9101,43 м3/сутки.

Длина пути осветления определяется по формуле:

Ьтах = 1,18 • Уо • И/Штп , м,

где Уо — скорость движения по оси потока (0,00054 м/спри средней ширине потока 100 м); Н — глубина осаждения частиц, м (Н = 1,5 м); Wmjn — минимальная гидравлическая крупность частиц.

При длине потока в отстойнике 280 м минимальная гидравлическая крупность равна 0,00356 мм/сек.

Данной гидравлической крупности соответствует частица диаметром 0,003 мм. Максимальный путь осаждения частиц крупнее 0,003 мм при глубине осаждения 1,5 м составляет 280 м.

В соответствии с табл. 1 эффект осаждения взвесей составит 94,6 %, т. е. остаточное содержание взвеси в осветленной воде составит 15 мг/л.

Пруд-отстойник карьерных вод запроектирован в полувыемке-полунасыпи, максимальная высота дамбы 5 м.

Согласно классификации СНиП 2.06.01—86 дамба относится к сооружениям IV класса капитальности.

Для доочистки воды до 6,0 мг/л предусматривается строительство фильтрующего массива, расчет параметров которого выполнен согласно [4].

Длина пути фильтрации определяется по формуле (1) при Со=15,0 мг/л; Свых= 6,0 мг/л.

1 15 Г = —1—1п — = 18,3 м. 0.05 6

При средней высоте фильтрующего массива Ьср=2,0 м проверяем его пропускную способность по условию Ьф < Ьср. Проверка ведется согласно табл. 2, приложения 1 [4]. При ширине фильтрующего массива L = 18,3 м Ьф=0,5, что удовлетворяет условию Ьф < Ьср.

Срок службы фильтрующего массива при среднем суточном расходе 380 м3/час составляет 16 лет [4].

Из этого следует, что фильтрующий массив с принятыми размерами (18,3x40 м) обеспечивает пропуск поступающей на очистку воды. Максимальное содержание взвешенных веществ в сбрасываемой воде — 6 мг/л, что не превышает фоновых значений.

Тело фильтрующего массива отсыпается из дробленых несортированных скальных пород (крупность 20—200 мм) с коэффициентом размягчения не менее 0,8, содержание полускальных пород в массиве не должно превышать 30 %, содержание глинистых частиц должно быть не менее 5 %. Породы, укладываемые в тело массива, не должны растворяться в воде.

Для наблюдения за поверхностью фильтрационного потока предусматривается установка 2-х пьезометров.

Профильтровавшаяся вода сбрасывается в лог и далее в р. Зеленчиха.

По окончании эксплуатации разреза отстойник карьерных вод рекультивируется.

Очистка поверхностного стока с породного отвала предусматривается на очистных сооружениях карьерных вод, поверхностная вода с породного отвала самотеком поступает в отстойник карьерных вод.

Для отвода поверхностных вод от разреза и отвала проектом предусматривается строительство водоотводной канавы.

Таким образом, проанализировав фактические данные по фильтрации сточных карьерных вод Кузбасса во вскрышных

породах, можно утверждать о высокой эффективности очистки сточных карьерных вод путем фильтрования через массив из вскрышных пород. На всех участках отбора проб нет превышений по ПДК загрязняющих веществ, что говорит об уникальности технологии вследствие крайне низких капитальных затрат на возведение очистных сооружений, а также необходимости повсеместного внедрения данной технологии на угледобывающих предприятиях.

1. Лесин Ю. В., Скрынник Л. С. Охрана и рациональное использование водных ресурсов при разработке угольных месторождений Кузбасса. — Кемерово: Кузбассвузиздат, 2008. — 179 с.

2. Патент РФ на изобретение № 2225743, МПК7 В01 024/20. Лесин Ю.В., Тюленев М.А., Игнатов Е.В., Марков С.О. Способ изготовления фильтра для очистки воды / Опубл. 20.03.2004. — Бюл. № 8.

3. Тюленев М.А. К вопросу о выборе наиболее эффективного способа очистки карьерных вод на разрезах Кузбасса / Горный информационно-аналитический бюллетень. Промышленная безопасность и охрана труда на предприятиях топливно-энергетического комплекса / М., Горная книга. — 2011. — ОВ № 9. — С. 88—94.

4. Методические указания по очистке промышленных сточных вод угледобывающих предприятий от взвешенных веществ в фильтрах из скальных пород. Утв. МУП СССР 18.09.85. Авт. Есипов В. 3., Навасардянц М. А., Рыжков Ю. А., Джунько П. М. Отв. исп. Лесин Ю. В. / Кузбасс.политехн. ин-т. — Кемерово, 1985. — 44 с. ГГЩ

Тюленев Максим Анатольевич — кандидат технических наук, доцент кафедры открытых горных работ,

Лесин Юрий Васильевич — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой геологии,

Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, kuzstu@kuzstu.ru

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ