CC BY
48
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ вод О.Н. Исаев, Б.Д. Сусленков
Экологический факультет. Российский университет дружбы народов, Подольское ш„ 8/5, 113093, Москва, Россия
В настоящей работе рассматривается биохимический способ очистки шахтных вод от взвешенных углистых веществ путем использования 1«теротрофных микроорганизмов.
Предприятия угольной промышленности откачивают более 650 млн. Mi сточных вод, которые загрязнены взвешенными веществами из породных и угольных частиц; нефтемаслопродуктами от работы машин и механизмов; поверхностно-активными веществами, образующимися при использовании специальных жидкостей, для уменьшения пылеобразующей способности разрабатываемого пласта и запыленности горных выработок; бактериальными примесями и минеральными солями. Их сброс в наземную гидрографическую сеть вызывает ощутимое засоление и закисление водоемов и водотоков, дестабилизируя тем самым экологическое равновесие в районе действия угольных шахт. Постоянный переход горных работ на более глубокие горизонты и усложнение при этом гидрогеологических условий приводит к дальнейшему увеличению объемов и загрязненности попутно забираемых вод различными веществами, а также истощению подземных водоносных горизонтов, в том числе насыщенных чистой питьевой водой.
В связи с этим, а также нарастающим дефицитом питьевой воды актуальными становятся вопросы предотвращения загрязнения подземных вод, очистки загрязненных шахтных вод и повторного использования их для нужд угольной промышленности, а также смежных отраслей, сельского хозяйства и в быту.
До настоящего времени подавляющее большинство научных и экспериментальных работ были направлены на решение лишь одного из перечисленных вопросов: на очистку шахтных вод, осветление, обеззараживание, деминерализацию и нейтрализацию за счет использования в основном механических и частично физико-химических способов, коэффициент полезного действия которых не превышает 0,1. Поэтому разработка универсального способа очистки шахтных вод, обладающего более высоким КПД, остается одной из актуальных задач в угольной промышленности.
Одним из возможных направлений решения данной задачи является использование для этой цели биохимических технологий. На кафедре промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности на протяжении последних десяти лет проводятся целенаправленные исследования, направленные на разработку биохимического способа очистки шахтных вод в подземных условиях (Биологическая..., 1991).
Сущность способа заключается в способности ряда бактерий в низкотемпературном режиме расщеплять стойкие химические вещества, содержащиеся в шахтных водах и синтезировать из них новые вещества, которые не противоречат природным компонентам (Использование..., 1992). Шахтные воды по своему химическому составу отвечают основным требованиям реализации биохимического способа. Они в достаточных количествах содержат углерод в
виде частиц углистого вещества, растворенные минеральные соли, содержащие азот, фосфор и другие элементы, необходимые для развития бактерий. Накопление шахтных вод осуществляется в специальных емкостях (зумпфах), расположенных в нижней части вертикальных или наклонных грузовых и вентиляционных стволов. В этих сооружениях достигается осреднение кислотно-щелочных показателей сточных вод ( рН-6,5 ). Температура накопителей воды, как правило, соответствует нижнему горизонту шахты и составляет в большинстве случаев более 25 С. В зумпфах происходит постоянное перемешивание жидкости за счет притока воды из вышележащих горизонтов и откачки избытка воды на поверхность. Среднее значение времени пребывания объема воды в накопителях составляет 10-15 суток, что соответствует времени развития бактерий в их наиболее активной экспоненциальной фазе. Исследованиями установлено, что перечисленные выше показатели зумпфов отвечают основным технологическим требованиям реализации биохимического способа очистки шахтных вод в них (Биовосстановление..., 1991).
Основным условием реализации данного способа является наличие микробной популяции, адаптированной к данному типу шахтной воды. Совместно с институтами биологического профиля удалось выделить несколько микробных популяций для условий Кузбасса, Читинского района, шахт Хакасии и Приморского края. Процесс очистки шахтных вод при этом протекает по одной из схем и включает в себя следующие фазы:
I - гидролиз углистого вещества, нефтемаслопродукгов и поверхностноактивных веществ с образованием при этом метанола и небольшого количества метана;
II - биохимическое окисление метана и метанола с образованием максимальной концентрации биомассы микробной популяции;
III - автолиз биомассы с образованием гумусового вещества и диоксида углерода.
Апробация биохимического способа осуществлялась на ОАО «Шахта Ха-кассия» по технологической схеме, приведенной на рисунке.
Исходные параметры и результаты экспериментов приведены в таблице.
Таблица
Характеристика объекта исследований.
№ п/п Объект исследованитя Характеристики
1 Мощность пласта 204 м
2 Водоприток 60 мі
3 Состав воды шахты: гидрокарбонагнохлоридносульфатные натрие во калиевые с минерализацией 2,7-6,0 г/л
4 pH воды 7,4
5 Состав углистых веществ в воде: углерод водород азот кислород 76,3-80,1 % 4,9-5,7 % 2.0-2.6 % 11.1-17,3 %
6 Температура зумпфа 27,6“С
7 Исходная концентрация вводимой микробной популяции 1,1-10 г/мл
8 Инкубационный период культивирования бактерий 12 сут.
9 Максимальная концентрация бактерий по истечению инкубационного периода 1,610№№ г/мл
10 Концентрация взвешенных углистых веществ 150 г/л
11 Концентрация нефтепродуктов 65 мг/л
Эксперименты повторялись три раза, проводились в зумпфах № 1 и № 2 (рисунок). Всего проведено шесть экспериментов. Средняя эффективность биохимического способа по снижению нефтемаслопродуктов составила — 70,6%, взвешенных веществ — 81,4%, накопление гумусового вещества составила — 40,1%. Параллельно с этим зафиксировано снижение содержания фенольных соединений с 5,1 до 1,4 мг/л.
Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что внедрение биохимического способа очистки шахтных вод непосредственно в подземных условиях может значительно повысить эффективность природоохранных мероприятий на угольных шахтах.
Рис. Принципиальная технологическая схема апробации биохимичекого способа очистки шахтных вол в подземных условиях:
1- зумпф №1 ірузового ствола; 2- зумпф №2 вентиляционного ствола;
3,4- горные выработки; 5,6.7- водоносные горизонты;
8- фильтрация воды из водоносных горизонтов;
9- дозаторы воды микробной популяции в зумпфы;
10- поверхностные водоотливные насосы
ЛИТЕРАТУРА
Использование микроорганизмов для очистки окружающей среды. — М.: Пущино. 1992. -190 с.
БиовосстаноЕшение: «Очистка с помощью биологии и технологии Bioremediation» Maztello Angela IlSctenlist — 1991. — 5, JNfel . — С. 18-32, Eng.
Биологическая очистка сточных вод — 1991. — 113. — №24. — С. 69.
ECOLOGICAL MODELING OF MINE WATERS PURIFICATION
PROCESSES
O.N. Isayev, B.D. Suslenkov
Ecological Faculty, Russian Peoples’ Friendship University,
Podolskoye shosse, 8/5, 113093, Moscow, Russia
The work presents results of purification of mine waters from oil and grease products and suspended matters.
