Л.И. Бондалетова
Промышленная экология
Учебное пособие / Том. политехн. ун-т. - Томск, 2002. - 168 с.

Глава 2. Горнодобывающая промышленность

2.4. Мероприятия, снижающие загрязнение вод и ограничивающие изменение их режимов

Изменение физико-химических характеристик и режимов природных вод при разведке и разработке месторождений приводит к сокращению запасов пригодной для использования воды, затруднению водоснабжения, вызывает снижение плодородия почв, деградацию растительного покрова и даже деформацию ландшафтов. Негативные последствия могут иметь локальный характер или распространяться на значительные расстояния от места производства горных работ.

Улучшение качества и уменьшение количества сточных вод

Мероприятия по снижению отрицательных последствий, связанных с выдачей загрязненных сточных вод из разведочных скважин и выработок, делятся на профилактические и радикальные.

Профилактические меры направлены на уменьшение притоков в выработки путем организации заградительного дренажа с использованием систем водопоглощающих и водопонижающих скважин; устройства противофильтрационных завес, представляющих собой водонепроницаемые или слабопроницаемые ограждения, которые устанавливаются вокруг объекта по всей глубине до водоупорных горизонтов. Сокращение водопритоков в горные выработки подразумевает также предотвращение проникновения поверхностных вод в подземные горные выработки.

Радикальные меры заключаются в очистке сточных вод и максимальном их использовании в замкнутом цикле горно-обогатительного производства.

Рассмотрим процессы и технические средства улучшения качества сточных вод горных предприятий.

Осветление воды достигается путем отстаивания и фильтрования. Осаждение взвешенных грубодисперсных минеральных частиц начинается при определенной скорости потока жидкости, но наиболее интенсивно осветление осуществляется в неподвижном потоке. Осветление вод осуществляется в водоотстойниках различной конструкции, относительно небольших котлованах в подземных горных выработках и своеобразных прудах с расчетом пребывания в них воды в течение 7-12 суток. Строят пруды на непригодных земельных участках, перегораживая овраги плотинами. В результате действия солнечной радиации, жизнедеятельности животного и растительного мира, разбавления вод атмосферными осадками сточные воды в них самоочищаются.

Для удаления грубодисперсных частиц в качестве фильтрующего материала широко используются кварцевый песок, коксовая мелочь, дробленый гравий и др.

Мелкодисперсные и коллоидные частицы, содержащиеся в воде, медленно или совершенно не осаждаются даже в неподвижном потоке и не задерживаются в фильтрах. Поэтому для осветления в воду добавляют в небольших количествах коагулянты или флокулянты. К наиболее употребляемым коагулянтам относятся гидросульфаты алюминия и железа, хлорид железа, железный купорос, отходы металлургического производства, содержащие в значительных количествах соли алюминия и железа; флокулянтами служат высокомолекулярные растворимые в воде вещества ‑ активная кремниевая кислота, вещества, получаемые из растительного сырья (крахмал, целлюлоза), синтетические органические полимеры (полиакриламид) и др.

Кислые шахтные воды, содержащие свободную минеральную кислоту (чаще всего серную), в процесс очистки нейтрализуются различными реагентами. Наиболее часто употребляют гидроксид кальция (гашеная известь), известняки, доломит, магнезит, мел.

Шахтные воды, содержащие повышенное количество солей, опресняются с помощью методов дистилляции и электродиализа. Однако до настоящего времени опреснение шахтных вод не выходит за рамки экспериментальных исследований.

Обеззараживание шахтных вод осуществляется при воздействии на бактериально загрязненную воду сильных окислителей, в качестве которых обычно применяют хлор, хлорную известь, гипохлорит натрия.

Хлорирование отличается доступностью реагентов, надежностью их действия, сравнительно небольшими расходами. Обеззараживающее действие хлора описывается следующими реакциями:

Cl₂ + H₂O = HOCl + HCl

HOCl = H⁺ + OCl^-

HOCl = HCl + O

Таким образом, при хлорировании воды обезвреживание сточных вод происходит в результате действия хлора, хлорноватистой кислоты, гипохлорит-иона и атомарного кислорода. Но этот способ имеет ряд недостатков: токсичность хлора, ухудшение органолептических свойств воды, недейственность хлора на спорообразующие бактерии, возможность образования хлорсодержащих органических соединений.

Недостатков метода хлорирования лишен метод обеззараживания с помощью бактерицидных лучей аргоно-ртутных ламп или ртутно-кварцевых ламп, которые устанавливают над водой или погружают в нее. Способ применим при концентрации взвесей менее 3 мг/л. В последнее время все более часто применяют озонирование.

Очистку шахтных вод осуществляют как в подземных выработках, так и на поверхности. В подземных условиях целесообразно использовать гидроциклоны. Высокая производительность, простота конструкции, небольшие габариты и стоимость обеспечивают эффективность их применения для первичной очистки шахтных вод.

При открытой разработке месторождений мероприятия по улучшению качества карьерных вод аналогичны изложенным, но характеризуются крупномасштабностью.

Породные отвалы, расположенные на земельных отводах карьеров и шахт, при таянии снегов или дождях становятся, как уже упоминалось, источниками загрязнения поверхностных и подземных (преимущественно грунтовых) вод. Атмосферная вода, попадая на отвал и стекая с его боковых поверхностей, загрязняется вследствие эрозии пород, а при фильтрации через породную толщу в большей или меньшей степени минерализуется.

Снижение интенсивности эрозийных процессов может быть достигнуто за счет выбора определенного соотношения между высотой отвала и углами его откосов, определяющих скорость стекающей с отвала воды. Снижение инфильтрации минерализованных вод в почвы достигается путем перекрытия основания отвалов (до отсыпки пород) слоем глины мощностью 1-1,5 м. Скапливающиеся у основания отвалов воды при значительном их загрязнении целесообразно с помощью мелиоративных сооружений формировать в централизованный сток и направлять в очистные устройства, в частности водоотстойники.

Ограничение изменения водных режимов

Осушение месторождений, осуществляемое для повышения безопасности горных работ, может сопровождаться отрицательными экологическими последствиями. При этом очистка выдаваемых из горных выработок вод ‑ одно из средств сокращения ущерба, наносимого природной среде. Очищенные воды могут пополнять традиционно используемые водоисточники.

Другим перспективным мероприятием является изоляция карьерного поля или его части от окружающих водоносных горизонтов. Это приводит и к сокращению объемов работ по дренажу, водоотливу, очистке вод.

Применительно к открытой разработке месторождений наиболее целесообразным представляется сооружение противофильтрационных завес траншейного типа. При этом вокруг изолируемого участка проводятся узкие и глубокие (до водоупорного пласта) траншеи, заполняемые водонепроницаемыми материалами (ширина траншей от 0,3 до 1,2 м и более, глубина - до 100 м). Траншея заполняется нетвердеющими глино-грунтовыми смесями или твердеющими материалами на основе цементов и силикатов, нередко водонепроницаемость завесы обеспечивается также размещаемой в траншее синтетической пленкой.

В бортах карьеров, представленных сильнопористыми или рыхлыми водопроницаемыми породами, могут сооружаться и так называемые инъекционные противофильтрационные завесы. Технология сооружения этих завес заключается в бурении сближенных скважин и нагнетании в них цементных, глиноцементных или силикатных растворов и различных синтетических смол. Проникая в трещины и поры, схватываясь или твердея в них, эти растворы укрепляют породный массив, придавая ему водонепроницаемость.