CC BY
30
В.Г. Черкасов
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ ТРАНСПОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
и я роблема повышения экологической надежности системы
-М. .М. водоснабжения в районах ведения горных работ с каждым годом обостряется в связи с истощением сырьевой базы и вовлечением в переработку мелких труднопромывистых (высокоглинистых) россыпей, что неизбежно влечет за собой высокий уровень загрязнения естественных водоемов. В настоящее время этот показатель определяется минимальным ущербом, наносимым деятельностью данного производства окружающей среде. Причем количественная мера ущерба определяется уже на стадии эксплуатации объекта. На стадии проектирования системы водоснабжения мобильных обогатительных комплексов, осуществляющих промывку металлоносных песков, оценить экологическую эффективность закладываемых параметров, элементов и их комбинации достаточно сложно. В этом случае приходиться оперировать данными на основе опыта эксплуатации подобных элементов без оценки экологической надежности принимаемых конструктивных решений по системе в целом.
Теория и практика разработки россыпных месторождений гидравлическим и дражным способами показывает, что глинистые тонкодисперсные примеси хвостов не могут быть удалены из воды только за счет сил гравитации в отстойных водоемах. Из-за неудовлетворительной работы отстойных сооружений содержание взвешенных веществ в реках ниже района ведения горных работ значительно превышает фоновое значение мутности воды природных водотоков. При этом содержание взвешенных веществ в контрольных створах может быть превышено в 30-70 раз и составлять 200...700 мг/дм3. Кроме того, замкнутый водооборот технологической воды при промывке песков способствует циклическому акку-
мулированию и других вредных ингредиентов, допустимая концентрация которых в сточных водах регламентируется.
Для оценки экологической составляющей работоспособности системы водоснабжения промывочного комплекса существенное значение имеют глубина (степень) наносимого ущерба окружающей среде, длительность и частота повторяемости периодов отказов по выполнению природоохранных функций. Поэтому экологическая надежность - это показатель совокупности совместимых событий системы, численно отражающий функциональную безопасность по отношению к окружающей среде. Этот показатель должен быть определяющим при освоении новых месторождений и отражать степень воздействия человека на окружающую среду. Хотя надежность механической части системы водоснабжения остается высокой, а ее “живучесть” отработана вековой практикой, все же до сих пор нет единых критериев, четко регламентирующих экологическую надежность (безопасность) систем горного производства.
Принятые в теории надежности статистические показатели оценки вероятности безотказной работы системы дают неполное отражение работоспособности объекта, так как не отражают глубину возникающих экологических отказов. Если считать за отказ выход функционирования системы за нормативный уровень загрязнения, то количественная мера тяжести события (что важно с точки зрения экологии) в этом случае не учитывается.
С учетом степени загрязнения окружающей среды на интервале времени от 0 до t известную формулу
рм=1 (1)
N
по статистической оценке безотказности работы технических систем целесообразно изменить, и представить экологическую надежность по воде Рэв как
Е-"1 (')
п г
Р (Л = 1 - С0 , (2)
РЛ‘> 1 "сМ
г=1 с0
где N - общее количество наблюдаемых объектов за время t (N>^1; п(1) - число отказавших объектов; с0 - предельно допустимая концентрация (ПДК) взвешенных веществ в водном объекте; с^) -
концентрация взвешенных веществ в контрольном створе ниже горных работ; п - количество наблюдаемых объектов превышающих допустимый норматив ПДК.
При загрязнении поверхностных водотоков не только взвешенными веществами, но и другими j-ми вредными примесями по К ингредиентам зависимость (2) принимает вид
на санитарное состояние водоема нескольких вредных веществ.
В таком виде Рэв(^) охватывает количество отказов (п) водоподготовительной системы по экологической причине с учетом общего количества наблюдаемых объектов (N1, глубину этих отказов (с/с0), а также диапазон загрязняющих веществ (с^ по к ингредиентам.
Следует отметить, что выход за предельные значения ПДК не означает полный отказ системы, так как она может оставаться работоспособной, но при условии оплаты водопользователем ущерба, наносимого окружающей среде.
Повысить экологическую надежность по воде (Рэв) возможно путем снижения другой экологической составляющей: увеличением объемов и количества отстойников, гидротехнических сооружений, т.е. путем отчуждения земельных угодий. Без учета этого фактора оценка экологической надежности системы водообеспечения промывочных комплексов была бы не полноценной. Оценить уровень сохранности земельных угодий при ведении горных работ (Рэо) возможно по аналогии с оценкой надежности безотказной работы технических систем (1), т. е.
(3)
*■=1■ =1 с0 ]
к с ■
Здесь V ■ < 1 представляет суммарный эффект воздействия
■=1%
Если с* (/) величина переменная по времени, то, не меняя суть зависимости (2) ее можно определить как
0
где S - площадь земельных угодий, отчуждаемая под ведение горных работ; V si - суммарная площадь под систему водообеспече-
ния этих работ. Аналогично определяется и экологическая составляющая по водопотреблению свежей воды из внешних водоемов Рэп (^). Здесь вместо s1 принимается у; - объем свежей воды на технологические нужды, а S меняется на V - общий объем оборотной воды.
С учетом (5) экологическая надежность в целом определится
как
Учитывая в целом надежность системы водообеспечения обогатительных комплексов необходимо учитывать вероятность безотказность работы системы по событиям сохранения стабильности снабжения обогатительного комплекса водой нужного качества (технологическая надежность Рт). Отказ функционирования системы в этом случае следует рассматривать в сравнении с нормативными показателями качества технологической воды, подаваемой на промывку песков и влияющей на полноту извлечения ценного компонента. Тогда эту составляющую можно оценить аналогично показателю (2), т. е.
где ст - концентрация взвешенных веществ в технологической воде; сн - предельная нормативная концентрация взвешенных веществ в воде, подаваемой на промывку песков; п - количество объектов с превышением норм ПДК в технологической воде; N - общее количество наблюдаемых объектов.
Надежность безотказной работы технических средств водообеспечения Рт(^) (водоводов, насосных станций) определяется по общепринятой зависимости, например, формуле (1).
В более простой, но мене точной форме показатель (2) может быть получен через количество систем водоснабжения п(Ь) приостановленных в период t природоохранными органами за загрязнение
(6)
(7)
окружающей среды и общее количество объектов (№), подвергшихся контролю за тот же промежуток времени т.е.
или через суммарное время простоев (^), включающих N объектов, по той же причине, например, за суммарный период времени (Т) промывочного сезона для каждого объекта
Подобный упрощенный расчет можно произвести и для технологической и технической составляющих.
В целом надежность системы водообеспечения обогатительных комплексов при промывке металлоносных песков на россыпных месторождениях с позиции основ теории вероятности можно оценить комплексным показателем Р(^)
Применительно к транспортно-обогатительным комплексам типа ПГШ, ПГБ, ПГС, используемых в настоящее время при россыпной металлодобычи, показатель Р(/) находится в пределах
Таким образом, рассматривая систему водообеспечения обогатительных комплексов как сложную систему, включающую различные функциональные показатели, сделана попытка оценить работоспособность этой системы в целом, охватывая различные аспекты ее существования. По значению Р(^) можно производить сравнительную оценку не только существующих схем водообеспе-чения обогатительных комплексов, но и других горноперерабатывающих производств, давать комплексную характеристику их воздействия на окружающую среду.
По результатам исследований систем водоснабжения ряда объектов россыпной металлодобычи Забайкалья и республики Саха (Якутия) составлена обобщенная диаграмма (рис. 1), показывающая долю каждой составляющей, которая формирует общий показатель надежности системы водоснабжения промывочных комплексов.
(8)
N
V
(9)
V Т*
*=1
р(г ) = Рэ (г )• Рт (t )• Рт (г)
(10)
0,8...0,9.
Удельный вес (%) составляющих, формирующих показатель надежности транспортно-обогатительного комплекса.: 1 - физическая; 2 - технологическая; 3, 4, 5 - экологические составляющие, в том числе: 3 - по отчуждению земельных угодий под систему водоподготовки; 4 - по качеству стоков и загрязнению естественных водотоков; 5 - по объему водозабора из внешних источников
На экологические составляющие приходится половина отказов работоспособности подобных систем, что с позиции создания природоохранных комплексов не соответствует требованиям времени и усиливает диспропорцию между ограниченными возможностями существующей системы водоснабжения и возрастающим экологическим ущербом в районах активного освоения россыпных месторождений.
Для кардинального решения проблемы требуются принципиальные отступления от традиционных схем замыкания массопотоков на грунтовые пруды-отстойники путем аппаратурного оформления процесса кондиционирования оборотной воды или использования водосберегающих технологий, например, кучного выщелачивания. Рассматривая процесс добычи полезных ископаемых не только с позиции техники, но и в сочетании его с природоохранной функцией, можно оценить совершенство применяемых технологических и технических систем. Однако в такой постановке задачи требуется количественно сопоставить безопасность производственного процесса по отношению к окружающей среде. В подобных случаях предложенный критерий позволяет комплексно сравнивать разнотипные производственные процессы в числовом выражении.ЕШ
— Коротко об авторе ----------------------------------------------
Черкасов В.Г. - доктор технических наук, профессор, Читинский государственный университет
