Введение к работе
, Общая характеристика работы
Актуальность темы: Интенсивное использование водных ресурсов для горнодобывающей промышленности, связанное с расходованием, потерями, а главным образом — загрязнением вод, оказывает существенное влияние на состояние гидросферы и, как следствие, на все другие компоненты окружающей среды
Одновременно со сточными водами в окружающую среду поступает большое количество не утилизированных отходов, а существующие традиционные технологии, и в первую очередь в системах водного хозяйства горнодобывающих предприятии, не позволяют решить эту серьезную проблему. На фоне возрастающих требований природоохранного законодательства к промышленным объектам и в связи с увеличивающимися размерами платы за сброс и размещение отходов проблема приобретает наибольшую остроту и требует разработки новых решений.
В соответствии с концепцией перехода Российской Федерации к устойчивому развитию ставится задача предотвращения абсолютного и относительного загрязнения природной среды и ее отдельных компонентов с учетом регионального аспекта. Юг Дальнего Востока является регионом нового освоения, на территории которого во многих местах существуют уникальные естественные ландшафты с сохранившимися экологическими комплексами, составляющие богатство не только России, но и Земли в целом и являющиеся, по сути, частью генофонда планеты. При освоении под горнопромышленные комплексы своеобразней территории юга Дальнего Востока, имеющей из-за трудной доступности много свободных земель, необходимо учитывать все природно-климатические условия, обусловливающие ее неповторимость и большую ранимость. Юг Дальнего Востока имеет довольно широко развитую гидрографическую сеть, однако в определенные периоды года воды не хватает, что вызвано неравномерностью речного стока. В летнее время наблюдаются паводки и даже наводнения. В межгорных артезианских бассейнах заключены значительные ресурсы подземных вод. Природные воды оказывают значительное влияние на различные компоненты экосистем. В свою очередь, горнодобывающая промышленность в результате техногенного воздействия изменяет физико-химические характеристики и режим природных вод.
Горнодобывающая промышленность юга Дальнего Востока занимает видное место не только в Дальневосточном регионе, но и в стране. Добыча таких полезных ископаемых как золото и олово, и связи со спецификой руд, геологической среды, технологических процессов и масштабами производства, приводит к сильному загрязнению окружающей среды. Строительство и эксплуатация горнодобывающих предприятий связаны с нарушением водного баланса территории и ухудшением качества природных вод. Отсутствие обобщенного анализа современного состояния водных ресурсов с учетом пе-
речисленных факторов препятствует эффективному внедрению водоохранных мероприятий.
Особое беспокойство вызывает традиционная тенденция устройства промотегойников и хвосгохраншшщ, под которые занимаются значительные площади земельных ресурсов и соответственно ухудшается качество природных вод на этой территории. Оценка возможности фильтрации сточных вод из хвосюхранилиш, л динамики их распространения в водоносных пластах является необходимой основой для разработки мероприятий по защите подземных вод от загрязнения. Несмотря на очевидную важность згой задачи, методика ее решения, как и теория миграции загрязнений в подземных водах, ргізработана еще недостагочно, хотя ей и посвящено много работ.
Отдельные сведения о состоянии водного хозяйства горнодобывающих комплексов свидетельствуют о существующих проблемах, возникающих в результате нерациональности в использованииводы, применения устаревших и несовершенных технологических схем в системах водоснабжении и водо-отведения.
Диссертационная работа включает результаты исследований, выполненных автором с 1980 по 1999гг. в рамках госбюджетных тем «Очистка воды с высоким содержанкем мелкодисперсных взвешенных веществ» (№ гос. per. 77034438), «Разработка и интенсификация систем водоснабжения и канализации Дальневосточного региона» в 1986-91 гг. и координационных планов и программ ШТІ «Дальний Восток России», тема 3 «Экология в инфраструктуре Дальнего Востока» 1994-96 it. Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации и НТП «Дальний Восток», темы № 4, 5-9 «Прогнозирование решения экологических ситуаций», «Совершенствование технологии очистки природных и сточных вод в ведущих отраслях Дальнего Востока» 1996-98 гг. Миннауки РФ, а также в рамках Федеральной целевой программы «Интеграция» по проекту «Изучение состояния водных ресурсом и разработка мер защиты от техногенных загрязнений в районе г. Хабаровска» (№713) и гранта НИР по проекту 1/99 «Рациональное, использование территории как фактор формирования устойчивой системі.! жизнеобеспечения поселков золотодобывающей промышленности в Приохотье».
Цель работы: Комплексное решение проблем использования водных ресурсов, снижения загрязнения окружающей среды и повышения экономической эффекгивгюсти водного хозяйства горнодобывающих предприятий путем совершенствования технологам очистки сточных вод в условиях юга Дальнего Востока.
Задачи исследований;
1. Дать оценку состояния водных ресурсов в районах добычи и пере
работки полезных ископаемых с учетом особенностей рассматри
ваемой территории.
2, Создать модель влияния хвостохранилища на водные ресурсы.
-
Определить стратегию и приоритетный элемент экологизации систем водного хозяйства, позволяющий устранить основные недостатки знешнего контура водоснабжения на примере олово- и золотодобывающих предприятий юга Дальнего Востока.
-
Разработать современные технологии очистки сточных вод, обеспечивающие реализацию внутри фабричного оборота.
-
Определить экономическую эффективность предлагаемых водоохранных мероприятий.
Основная идея работы: Заключается в замене внешнего контура оборотной системы водного хозяйства горнодобывающих предприятий, обладающего трудноустраняемымн негативными факторами, на внутрифабрич-ный оборот, особенность которого заключается в использовании компактных очистных сооружений новой конструкции, работающих в безреагенгаом режиме и режиме возможной утилизации ценных компонентов без использования дополнительных реагентоь.
Научные положения, разработанные лично автором и выносимые на защиту:
-
Для обеспечения устойчивого функционирования природно-промышленного комплекса оценку водной системы как источника, необходимого для производственных процессов горнодобывающих предприятий, возможно произвести при комплексном рассмотрении состояния природной среды, включающей в себя водные ресурсы, водного хозяйства и техногенных нагрузок, генерируемых исследуемыми предприятиями.
-
Выявление характера влияния хвостохранкгсиш.а на водные ресурсы и построение надежных прогнозов, позволяющих решать задачи природно-промышленного комплекса, могут быть выполнены на основе результатов рассмотрения модели, учитывающей стратификацию водных пластов, включая экран и его состояние в случае нарушения целостности.
-
Выбор приоритетного элемента стратегии жологазации систем водного хозяйства горнодобывающих предприятий, заключающегося в переходе на внутркфабричный оборот взамен внешнего контура, может быть сделан на основе знания условий и характеристики сточных вод, образующихся при производственных процессах.
-
Реализация внутрифабричного оборота возможна при решении вопросов компактности элементов блока очистных сооружений оборотной системы водоснабжения.
В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований автором получены научно обоснованные технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается: системным комплексным анализом информационных данных и представительным объемом лабораторных и производственных экспериментов с использованием апробированных методов иссле-
допаний; признанием: приоритетности новых технических решений; опытом внедрения результатов работы на предприятиях. Научная новизна:
-
Впервые проведены комплексные исследования существующих технологий производства горнодобывающих предприятий, систем водного хозяйства и компонентов окружающей среды, позволившие дать оценку экологического состояния природной среды с целью определения водії-ых источников как ресурса в районах разработки полезных ископаемых юга Дальнего Востока.
-
Определен приоритетный элемент стратегии экологизации систем водного хозяйства на горнодобывающих предприятиях, заключающийся в переходе оборотной системы внешнего контура на систему инутрифабричного оборота.
-
Разработана математическая модель миграции загрязнений в подземных водах, учитывающая необходимые параметры водоносных пластов и пульпы в хвостохранилище с учетом их стратификации, для оценки состояния природных систем и построения надежных прогнозов, позволяющих решать задачи ириродно-промышленного комплекса.
.4. Предложены технологические решения, обеспечивающие реализацию внутрифабрнчного оборота предлагаемыми автором компактными очистными устройствами, научная новизна которых заключается в следующем:
Предложены новая конструкция сливного патрубка гидроциклона, повышающая эффективность очистки сточных вод, и формула для расчета формы его внешней поверхности, позволяющая адаптировать данное устройство к конкретно заданным условиям.
Предложена новая конструкция гидроциклона с внутренним фильтрующим элементом, имеющим увеличенную площадь фильтрования за счет наличия внутреннего и внешнего перфорированных цилиндров, позволяющая повысить эффект очистки в аппаратах большого диаметра.
Предложены новые конструкции зернистых фильтроз, особенность которых заключается в наличии двухступенчатой очистки, трапециевидной формы корпуса, использовании различных направлений и скорости фильтрования, а также качественной регенерации, позволяющие достичь требуемого эффекта и увеличить время фильтроцикла.
Предложены способы сгущения жидких отходов, особенностью которых является раздельное протекание процессов осаждения и уплотнения. Практическая ценность: Результаты исследований по оценке состояния водных ресурсов'в районах разработки полезных ископаемых юга Дальнего Востока позволяют прогнозировать и разрабатывать мероприятия по ох-
ране окружающей среды, организации мониторинга водных объектов и нс-пользопать их при проектировании.
Выяапенные зависимости движения загрязнений а водоносных пластах на основе предлагаемой модели применимы для определения миграции ингредиентов в конкретных хвостохранилищах предприятий горнодобывающей промышленности.
Разработанная новая конструкция гидроциклона прошла испытания в производственных условиях и показала эффективность очистки сточных вод от мелкодисперсных ззвгшенных веществ и возможность доизплечения драгметалла с определенными концентрациями и размерами.
Разработаны новые конструкции фильтров бэльшой грязеемкости, которые vioryr быть применены для доочистки сточных вод обогатительных фабрик в безопасном режиме, что позволяет удовлетворить требования охраны окружающей среды и уменьшить эксплуатационные затраты.
Предпоженные новые конструкции отстойничов-сгустителей могут использоваться для сгущения жидких отходов и уплотнения осадка в технологических схемах, имеющих небольшую производительность, и позволяют улучшить условия эксплуатации.
Реализации результатов работы:
Результаты исследований использованы:
1 .ЗЛО Артель старателей «Амур» при проектировании фабрики кучного выщелачивания "Комсомольская залежь".
-
В государственном комитете природных ресурсов Хабаровского края при подготовке материалов доклада "Состояние природных ресурсов Хабаровского края в 1999 году".
-
В объединении "Приморзолото" при разработке мероприятий по охране окружающей среды для доочистки сточных иод горнодобывающих предприятий.
-
Ка обогатительной фабрике рудника "Юбилейный" ЗАО Артель старателей «Амур» для очистки хвостовой пульпы с целью создания внутрифаб-ричного оборота.
-
На Солнечном горно-обогатительном комбинате при подготовке проекта нормативов ПДС.
« На разработку автора новой конструкции аппаратов центробеж--.ного действия для очистки сточных вод ХІТУ получено много запросов от предприятий и организаций промышленного и коммунального хозяйства. » Кроме того, результаты исследований использованы в учебном процессе ХГТУ для дисциплин "Охрана окружающей среды", "Экология региона", "Промышленная экология", "Промышленное водоснабжение", а также в дипломном проектировании.
Апробация работы: Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в гг, Усть-Каменогорске, Барнауле, Новосибирске, Хабаровске, Владивостоке и Якутске в 1974-1997 гг.; на семинаре кафедры «Промышленная экология и безопасность жизне-
деятельности» Университета дружбы народов (1992 г.). на международном симпозиуме "Человеческие измерение региональных проблем" в Биробиджане (1992 г.); на международном симпозиуме "Современные проблемы науч-но-технкчеекого прогресса Дальневосточного региона" в Харбине (1992 г.); на региональном научном семинаре "Проблемы мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды Дальневосточного региона" в Благовещенске (1995 г.); на международной конференции "Экономически чистые технологические процессы в решении проолем охраны окрэ'жаюш.ей среды" в Иркутске (1996 г.); на совместном заседании лабораторий динамики водных ресурсов и динамики подземных вод Института водных и экологических проблем ДВО РАН (1997 г.); на третьем международном конгрессе "Вода, экологии и технология" 1)кВАТЭК-98; на региональной научно-технической конференции "Приморские Зори - 99"; на региональной научно-практической конференции «Современные аспекты охраны труда; безопасности жизнедеятельности в рыбохозяйетвшных организациях Дальневосточного бассейна -99» во Владивостоке.
Публикации: Содержание диссертации представлено в 52 трудах, в
том числе двух монографиях, 7 изобретениях (авторские изобретения и па
тенты). '
Личный вклад автора:
Сформулирована идея и направленность работы, постановка задач исследований, методология их решения.
Разработана структура современного подхода к оценке экологического состояния водных ресурсов.
Изучено состояние вопроса влияния хиостохранилища на водные ресурсы.
Разработана модель миграции загрязнений из хвостохранилища в грунт.
Установлены закономерности влияния технологических показателей гидроциклонов на. эффективность их работы при очистке сточных вод обогатительных фабрик от мелкодисперсных навешенных вгществ.
Разработаны новые конструктивные элементы гидроциклонов и показана их эффективность.
Разработаны направления интенсификации процесса фильтрования и обоснованы методы доочистки сточных вод на зернистых фильтрах.
Разработаны новые конструкции фильтров повышенной грязеем-кости.
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, списка использованной литературы (172 наименования) и приложений. Работа содержит 312 страниц текста, включает 73 иллюстраций, 25 таблиц и приложения на 25 с.