МОНИТОРИНГ, ИССЛЕДОВАНИЕ и РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ЛИКВИДИРОВАННХ ШАХТ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Россинская М.В. док. экон. наук, проф. ИСО и П (филиал) ДГТУ

Россинский Н.П. канд. техн. наук, доц. ИСО и П (филиал) ДГТУ

Согласно условиям НИР и Договора о сотрудничестве были проведены мониторинг, анализ и экспериментальные опытно-промышленные исследования способов и технологий обезвреживания подземных (отливных) вод и их осадков. Мониторинг и исследования проводились на водоотливных комплексах ликвидированных шахт, таких как «Майская», «Глубокая», «Южная», «Кирова», «Антрацит», «Бургустинская» и др. Кроме того, особенно большое внимание уделялось поиску и разработке способов и технологий предусматривающие извлечение железа и других тяжёлых металлов, с целью их регенерации и использования.

Эти исследования проводились в рамках темы НИР: «Эколого-социо-экономический мониторинг, оценка и прогнозирование состояния окружающей среды территории», выполняемой ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС» в рамках государственного задания на оказания услуг в 2012-2013 годах, и финансируемой Министерством образования и науки Российской Федерации.

Мониторинг, анализ и экспериментальные опытно-промышленные исследования способов и технологий по обезвреживанию подземных вод позволили установить, что практически все подземные воды ликвидированных шахт, которые поступают на поверхность для их обезвреживания (очистки) характеризуются высокими концентрациями железа с различной валентностью, а также низкими значениями РН. Содержание железа в них колеблется от 22,5 и до 185 мг/л и выше. Они высоко агрессивны и токсичны. В подземных водах ликвидированных шахт содержатся взвешенные вещества. Они на 80—95% представлены в основном в виде коллоидных и аморфных соединений солей железа кислого типа FеО; Fе₂О; FеООН; FеОН; Fe₂SO₄, Fe₂ (SO₄)₃, FeSO₄, FeCI_n, часть взвешенных веществ представлена в виде аналогичных соединений тяжёлых металлов.

Минеральные вещества, растворённые в подземных водах, различны по количественному и качественному составу, однако воды каждого водоотливного комплекса ликвидированной шахты имеют определённый интервал по минерализации (сухой остаток), концентрации железа и величины РН.

Способы и технологии обезвреживания (очистки) таких вод в основном заключаются в обработке их либо химическими щелочными реагентами, либо длительной аэрацией атмосферным воздухом, либо тем и другим способами одновременно. В результате такой обработки растворённые, коллоидные и аморфные соединения железа и тяжёлых металлов, превращаются в трудно растворимые соединения типа: FеО; Fе₂О; Fе₂О₃; Fе₃О₄; FеООН; FеОН; Fе(ОН)_2; Fе (ОН)₃. . После такой обработки вода поступает в отстойники (конструкция которого может быть различной), где происходит осаждение трудно растворимых соединений железа. После этого воду обеззараживают (в основном жидким хлорам) и сбрасывают в водоём. Однако после такой обработки очищенная вода, как правило, не соответствует требованиям, которые предъявляются к очищенной воде сбрасываемой в естественный водоём. Поэтому, как правило, такие очищенные воды направляют на биологические пруды для глубокой механической и биологической доочистки.

В результате очистки подземных вод ликвидированных шахт образуется осадки, в значительных (по объёму, и по весу) количествах (от 0,5 до 4,3% от объёма очищаемой воды). Эти осадки, в настоящее время, как правило, направляют на так называемые «иловые площадки», которые предназначены для естественного обезвоживания железосодержащих осадков и длительного многолетнего их хранения. Находясь в таких хранилищах эти осадки, представляют опасность вторичного загрязнения окружающей среды и в первую очередь водоёмов (как поверхностных, так и подземных), а также поверхности земли (пашен, лугов и др.)

В настоящее время проектные объёмы существующих хранилищ железосодержащих осадков практически, на всех водоочистных станциях, полностью заполнены.

В связи с этим возникли две актуальные проблемы: 1-я проблема, что делать с вредными и опасными железосодержащими осадками, которые образуются при очистке подземных вод водоочистных (водоотливных) станций и которыми заполнены практически полностью все существующие хранилища таких осадков; 2-я проблема, где найти свободную и нужных размеров и геологии территорию для проектирования, устройства и эксплуатации новых сооружений предназначенных для складирования и многолетнего хранения образующихся железосодержащих осадков.

В дополнении к этим двум проблемам, следует добавить, что проектирование, строительство, а также и эксплуатация таких хранилищ требует довольно больших капитальных и эксплуатационных затрат.

Мониторинг и анализ показали, что наиболее перспективным и целесообразным направлением в решении этих проблем, может быть разработка и внедрение новых инновационных способов и технологий обезвреживания (очистки) железосодержащих вод, которые бы предусматривали обработку образующихся железосодержащих осадков с целью утилизации и использования извлечённого железа. Проводились также исследования по разработке способов и технологий переработки уже существующих и хранящихся на иловых картах осадков с целью их использования.

На кафедре «ОП и У» ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС» на протяжении ряда лет проводятся научно-исследовательские работы по поиску, исследованию, разработке и внедрению инновационных ресурсосберегающих способов и технологий обезвреживания сточных вод, в том числе и подземных вод ликвидированных шахт, предусматривающих извлечение и регенерацию, с целью использования, различных металлов, ( в том числе и железа), находящихся в сточных водах. В исследованиях, разработках и внедрениях принимали участие сотрудники Национального университета водного хозяйства и природопользования «НУВХиП» г. Ровно, Украина, преподаватели Россинские Р.Н. и В.Н.

Согласно этим исследованиям установлено, что очистка железосодержащих вод водоотливных комплексов может осуществляться любыми ныне действующими, либо вновь разработанными инновационными способами и технологиями.

В результате мониторинга и экспериментальных исследований определились следующие основные инновационные способы и технологии очистки таких вод, которые предусматривают обработку осадка для его реализации.

1-й способ. Железосодержащие подземные воды подвергаются аэрации атмосферным воздухом, если их РН составляет 4,5 и выше. Если РН воды составляет менее 4,5, то в воду предварительно обрабатывают любым щелочным реагентом до РН не выше 6,5. Обработанная таким образом вода поступает в отстойник, в котором расположены штыревые уловители, где происходит осаждение образовавшихся нерастворимых соединений железа. После этого вода обрабатывается электрохимическим способом с использованием биполярных точечных электродов. Очищенную воду направляют в биологические пруды для более глубокой механической и биологической доочистки, либо с начало на фильтрацию, затем в биологические пруды для биологической доочистки. Осадок из отстойника направляется на обработку, для использования.

2-й способ. Электрохимическое обезвреживание подземных вод. По этому способу и технологии железосодержащие подземные воды подвергаются электрохимической обработке постоянным электрическим током, определённых параметров, в том числе с использованием биполярных точечных электродов, в одно или много камерном электролизёре, где происходит выделение на электродах соединений железа, в основном в виде металла, одновременно происходит и полное обеззараживание воды.