Савицький В. М., Хільчевський В. К., Чунарьов О. В., Яцюк М. В


Рис. 2.3. Схематичне відображення процесу збродження ОСВ



Сторінка15/82
Дата конвертації27.01.2020
Розмір2,06 Mb.
ТипНавчальний посібник
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   82
Рис. 2.3. Схематичне відображення процесу збродження ОСВ

 

Цей процес називається лужним бродінням, яке за правильної експлуатації двох'ярусного відстійника є постійним. ОСВ при цьому набуває чорного кольору та специфічного запаху, який дещо нагадує запах сургучу.



Процес бродіння осаду у двох'ярусному відстійнику відбувається від одного до шести місяців. Зброджений ОСВ надходить для підсушування на мулові майданчики. У ньому також, як і в ОСВ септика, зберігаються яйця гельмінтів і патогенні бактерії, але він не має неприємного запаху і легко віддає воду.

Розкладання органічної речовини у двох'ярусному відстійнику проходить інтенсивніше, ніж у септику. Але й він має санітарні й технологічні недоліки.

Бродіння ОСВ відбувається за невисоких температур, унаслідок чого швидкість розкладання його є невеликою, а вихід газів (такого, зокрема, як метан) незначним. У зимовий період за низьких температур збродження ОСВ є практично неможливим.

Процес бродіння може керуватися у двох'ярусному відстійнику незначною мірою. Єдине, чим може вплинути технолог на хід процесу, це зміна дозування незбродженого осаду та його перемішування. Підігрів твердої фази здійснити неможливо, оскільки крім осаду довелося б підігрівати і увесь об'єм води над ним.

Значна глибина двох'ярусного відстійника (до 11 м) збільшує його вартість і лімітує будівництво там, де рівень ґрунтових вод є низьким.

Метантенк. Управління процесом бродіння може здійснюватися шляхом регулювання температури, що практично можливо лише за умови відокремлення осаду стічних вод від рідинної фази. Таке відокремлення відбувається в первинному відстійнику, після чого тверда фаза направляється в спеціальну споруду – метантенк, у якому зброджується при штучному підігріві.

Метантенк – закритий резервуар, призначений для анаеробної переробки ОСВ, а також надлишкового активного мулу аеротенків. Інтенсифікація розкладання органічної частини ОСВ досягається тут штучним підігрівом і перемішуванням осаду. Причому необхідною умовою інтенсивного бродіння є постійне перемішування свіжого осаду із загальною масою вже зрілого. Чим більший об'єм зрілого ОСВ ("бактеріальної закваски"), тим краще працює метантенк.

У метантенку розкладається від 40 до 60 % органічної речовини; значна частина її переходить у газ (70 % метану, 30 % діоксиду вуглецю).

Стосовно термічного режиму вирізняють два види бродіння: мезофільне (нижча температура) і термофільне (вища температура). При першому температура маси, яка бродить, підтримується в межах від 30 до 35 0С; при другому – від 50 до 55 0С. Термофільне бродіння дозволяє інтенсифікувати технологічний процес. Це дає можливість збільшити завантаження метантенка, а відповідно і вихід кінцевого продукту (в 1,8–2,0 рази). Крім того, при штучному введенні в бродильну масу експериментальних метантенків дуже великих доз патогенних мікробів у термофільних умовах усі вони гинули через кілька годин, а при мезофільному бродінні життєдіяльність їх зберігалася протягом кількох днів. Основною причиною загибелі патогенних мікробів при термофільному бродінні є температурний чинник, а не діяльність мікробів антагоністів.

ОСВ, зброджений у метантенках, вологістю 90–97 %, перекачується на мулові майданчики для підсушування. Це найбільш простий і поширений спосіб підсушування осаду до вологості 75–80 %. Будова цих майданчиків є різною. Найчастіше – це відкриті, обваловані майданчики (так звані карти), у яких підсихають ОСВ різної витримки за часом. Інколи роблять криті мулові майданчики, завдяки чому не поширюється неприємний запах, не приваблюються мухи. За відсутності ґрунту з доброю фільтруючою здатністю мулові майданчики влаштовуються на штучній основі.

2.4. Поводження з осадами стічних вод

В Україні, а також у країнах колишнього СРСР, відповідно до СНиП 2.04.03–85 "Канализация. Наружные сети и сооружения ", осад, що утворюється у процесі очищення стічних вод, має бути оброблений для забезпечення можливості його утилізації або складування. Вибір методів стабілізації, зневоднювання та знезараження ОСВ визначається місцевими умовами (кліматичними, гідрогеологічними, містобудівними, агротехнічними тощо), його фізико-хімічними та теплофізичними характеристиками, здатністю до водовіддачі.

Для підвищення концентрації активного мулу при одночасному ущільненні сирого ОСВ і надлишкового активного мулу рекомендується застосування мулоущільнювачів гравітаційного типу (радіальних, вертикальних, горизонтальних), флотаторів і згущувачів.

Для анаеробного зброджування осадів стічних вод з метою стабілізації та забезпечення метанового бродіння застосовують метантенки. Допускається також подача разом з каналізаційними осадами інших органічних подрібнених речовин, які зброджуються (побутове сміття, відходи органічного походження). Для зброджування осадів у метантенках застосовується мезофільний або термофільний режим.

Неущільнений або ущільнений протягом не більше 5 год активний мул, а також його суміш із сирим осадом аеробно стабілізуються на спорудах типу коридорних аеротенків. Аеробна стабілізація може здійснюватися в діапазоні температур від 8 до 35 0С. Для осадів промислових стічних вод тривалість процесу визначається експериментально. Ущільнення аеробно стабілізованого осаду рекомендується здійснювати в окремих мулоущільнювачах або у спеціально виділеній зоні у стабілізаторі протягом не більше 5 год. Вологість ущільненого осаду має бути від 96,5 до 98,5 %. Мулова вода з ущільнювачів подається в аеротенки.

Якщо осади міських стічних вод підлягають механічному зневоднюванню, то попередньо вони обробляються – ущільнюються, промиваються (зброджений осад), коагулюються хімічними реагентами. Необхідність попередньої обробки осадів виробничих стічних вод визначається експериментально. Для ущільнення суміші промитого осаду і води застосовуються ущільнювачі, розраховані на 12–18 год перебування в них суміші при мезофільному зброджуванні і на 20–24 год – при термофільному режимі. Як реагенти при коагулюванні осадів стічних вод застосовується хлорне залізо або сірчанокисле окисне залізо і вапно у вигляді 10 %-х розчинів. Механічне зневоднювання здійснюється на вакуум-фільтрах або фільтр-пресах, допускається застосування безперервно діючих горизонтальних центрифуг.

Мулові майданчики влаштовуються на природній основі з дренажем і без нього, на штучній асфальтобетонній основі з дренажем, каскадні з відстоюванням і поверхневим відведенням мулової води, майданчики-ущільнювачі. На вибір типу майданчика впливає характеристика осаду, кліматичні умови, глибина залягання ґрунтових вод. З мулових майданчиків вода подається на очисні споруди.

Осад підлягає знезараженню в рідкому вигляді, після підсушування на мулових майданчиках або механічного зневоднювання. Знезараження і дегельмінтизація сирих, мезофільно зброджуваних і аеробно стабілізованих осадів здійснюється шляхом їх прогрівання до 60 0С з витримуванням не менше 20 хв за розрахункової температури. Для знезараження зневоднених ОСВ застосовується біотермічна обробка (компостування) в польових умовах. Компостування осадів здійснюється в суміші з наповнювачами (тверді побутові відходи, торф, тирса, листя, солома, мелена кора) або готовим компостом. Тривалість процесу компостування визначається залежно від способу аерації, складу осаду, виду наповнювача, кліматичних умов і на основі досвіду експлуатації в аналогічних умовах або за даними відповідних науково-дослідних організацій.

Необхідність термічного висушування осаду визначається умовами подальшої утилізації та транспортування. Перед подачею на висушування здійснюється максимально можливе зневоднювання осаду з метою зменшення енергоємності процесу. Вологість висушеного осаду має становити від 30 до 40 %.

Для зберігання механічно зневодненого осаду влаштовують відкриті майданчики з твердим покриттям. Висота шару на майданчиках може становити від 1,5 до 3,0 м.

Для неутилізованих осадів рекомендуються споруди, які б забезпечували їх складування в умовах, що запобігають забрудненню навколишнього середовища.

Отриманий досвід як в Україні, так і в інших державах свідчить, що наявні технологічні схеми поводження з ОСВ можуть відрізнятися одна від одної за способами технічних рішень. Проте всі вони – комбінації наведених вище прийомів поводження з ОСВ.

Осади стічних вод при порушенні правил поводження можуть загрожувати забрудненням водних джерел і довкілля в цілому. Кінцевий склад ОСВ залежить від ступеня очищення стічних вод і може значно змінюватися на різних очисних спорудах залежно від складу господарсько-побутових та промислових стічних вод.

Структура і хімічний склад, біологічні та радіологічні властивості, санітарно-гігієнічний стан і кількість ОСВ можуть змінюватися залежно від методів очищення. При підвищенні ефективності очищення стічних вод об'єм осаду збільшується.

3. ШАХТНІ ТА РУДНИЧНІ ВОДИ

Як відомо, Україна належить до держав зі значними запасами надзвичайно різноманітних рудних і нерудних мінеральних ресурсів. На сьогодні її мінерально-сировинна база включає близько 20 000 родовищ і проявів 113 видів корисних копалин, з яких майже 8000 родовищ 97 видів мінеральної сировини мають промислове значення та враховуються Державним балансом нашої країни. У вартісному вигляді розвідані протягом другої половини ХХ ст. запаси цих родовищ оцінюються в 7–7,5 трлн дол США. До промислового освоєння залучено від 40 до 75 % розвіданих корисних копалин. Запаси залізних руд становлять понад 14 % загальносвітових, марганцевих руд – більше 43 %. Україна займає провідні місця у світі за запасами титану, цирконію, урану, літію, графіту, каоліну, вогнетривких глин, сірки, калійних солей, кухонної солі, декоративного каменю тощо.

Україні належать провідні позиції у світі і з видобутку багатьох видів мінеральної сировини: вугілля, залізних і марганцевих руд, титану, графіту, каоліну тощо. Добування цих сировинних ресурсів здійснюється як шахтним, так і відкритим (кар'єрним) способами. При цьому в значних кількостях утворюються такі специфічні відходи гірничопромислового виробництва, як шахтні (рудничні) та кар'єрні води.

На Донбасі, Криворіжжі, Волині, у басейні Нижнього Дніпра, інших регіонах України з гірничих виробок відкачується і скидається в поверхневі водні об'єкти щорічно до 1 млрд м3 зазначених вод. З них 60–75 % мають мінералізацію понад 1000 мг/дм3, до 20 % – 3000 мг/дм3 і більше. Масштабне надходження таких вод у природні водотоки і водойми, їх інфільтрація в перші від поверхні підземні водоносні горизонти призводить до відчутних негативних наслідків – змін гідрологічного і гідрохімічного режиму природних і штучних водних об'єктів, їх замулення, засмічення і забруднення, погіршення умов водокористування, деградації поливних земель тощо.

Найбільшу екологічну напругу скидання шахтних і кар'єрних вод у поверхневі водні об'єкти створює в Донецькому регіоні. Це зумовлюється тим, що вказані води не відповідають правилам охорони природних водних об'єктів щонайменше за чотирма критеріями:

Ø     висока мінералізація (понад 1 г/дм3 – всі шахти, до 3 г/дм3 – 60 % шахт, більше 3 г/дм3 – 40 % шахт), через що у водойми і річки щорічно надходить близько 2 млн т розчинених мінеральних солей;

Ø     забрудненість зваженими речовинами (90–100 мг/дм3), що спричиняє замулювання водойм і водотоків;

Ø     бактеріальна забрудненість;

Ø     підвищений вміст важких металів (їх концентрації перевищують гранично допустимі в 1,5–15 разів).

Об'єми шахтних і кар'єрних вод, що скидаються, порівнянні з об'ємами щорічного стоку всіх річок регіону і вкрай негативно впливають на нього. Тому перед Донбасом, а також суміжними регіонами України стоять дві найскладніші задачі, пов'язані з розв'язанням проблеми водних ресурсів: раціональне їх використання; охорона водних об'єктів від забруднення і виснаження.

Ці задачі мають вирішуватися також при консервації шахт у процесі реструктуризації вугільної промисловості. Незалежно від способів консервації проблема шахтних і кар'єрних вод не зникає, оскільки їх кількість і масштаби солевиносу у водні об'єкти практично не змінюються. Перекидання потоків води на сусідні шахти проблеми не розв'язує. Відповідь на запитання "Куди подіти шахтні води?" лежить в іншій площині, а саме у визначенні і реалізації можливостей очищення і використання шахтних вод на технологічні потреби гірничих виробництв і суміжних підприємств. Такий підхід диктується також дефіцитом прісних вод в Україні в цілому, особливо в промисловому Донбасі, дефіцит яких постійно зростає.

3.1. Формування і основні властивості
шахтних і рудничних вод

Шахтні, рудничні, кар'єрні води формуються за рахунок підземних і поверхневих вод, що проникають у відповідні гірничі виробки. Це значно ускладнює їх розробку і наступне добування корисних копалин. Тому для забезпечення нормальної експлуатації рудників і шахт гірничі виробки осушують шляхом водовідливу. Величини водоприпливу в шахти визначаються геологічними, гідрогеологічними і кліматичними умовами родовищ, ступенем розгалуженості річкової мережі, способами підготовки шахтних і рудничних полів. Обводненість родовищ характеризується коефіцієнтом водонадходження, що являє собою відношення кількості води, яка відкачується на поверхню (м3) до кількості видобутої руди, вугілля, іншої мінеральної сировини (т) за одиницю часу.

Найбільшим водоприпливом характеризується шахти і рудники, розміщені в регіонах з підвищеною кількістю атмосферних опадів, у районах річок, великих озер, водосховищ. Зі збільшенням глибини розробки корисної копалини водоприплив зменшується. Його величина вимірюється кількістю води (м3) за одиницю часу (м3/год). Відомо, що підземні води на глибині гірничих виробок накопичуються за рахунок атмосферних опадів і поверхневих вод; гірські породи насичуються водою й утворюють напірні і безнапірні водоносні горизонти.

Підземні води поділяють на тріщинно-пластові, тріщинні, карстові. Тріщинно-пластові води рухаються по тріщинах пластів слабоводопроникних порід. Порово-пластові води приурочені до рихлих ґрунтів (пісок, гравій, галечник). У скельних породах поширені тріщинні води. Карстові води утворюються при вивітрюванні карстових порід.

Хімічний склад підземних вод визначається глибиною залягання і залежно від її величини характеризується доволі чітко вираженою зональністю. Як правило, за глибиною залягання підземні води поділяються на три зони. У верхній зоні активного водообміну зазвичай поширені прісні гідрокарбонатні води, що утворюються в процесі інфільтрації ґрунтових вод. Ця зона може поширюватися на глибину до 300 м. Хімічний, зокрема мінеральний, склад вод цієї зони визначається кліматичними умовами, складом гірських порід і рельєфом місцевості. Зі збільшенням глибини гідрокарбонатні води переходять у гідрокарбонатно-сульфатні і сульфатно-гідрокарбонатні. У посушливих регіонах мінералізація ґрунтових вод підвищується. Середня зона з незначним водообміном характеризується відновлювальним середовищем. Води цієї зони більшою частиною сульфатно-натрієво-кальцієві чи гідрокарбонатно-натрієві, перехідні у хлоридно-гідрокарбонатно-натрієві. Глибина зони простягається на 500–600 м, у випадку тектонічних порушень може досягати 1000 м і більше. Води нижньої зони характеризуються застійним режимом, високою мінералізацією і доходять до глибин 1000 і більше метрів. Це води переважно морського походження, склад яких протягом тривалого часу зазнав суттєвих змін. За сольовим складом води цієї зони належать до хлоридно-кальцієво-натрієвого типу.

Формування хімічного складу шахтних і рудничних вод залежить від літолого-мінералогічного складу гірських порід, умов живлення водоносних горизонтів і інтенсивності водообміну, клімату, антропогенних чинників. У процесі інфільтрації у воду з гірських порід переходить значна кількість різних водорозчинних солей, зокрема карбонатів, сульфатів і хлоридів лужних металів. Води з підвищеною сульфатною мінералізацією формуються в породах гіпсу, мірабіліту, галіту. Такі води містять переважно хлориди, що надходить із галітів. У результаті контакту підземних вод, що надходять у гірничі виробки, з породами може відбуватися іонний обмін. Метаморфізація іонно-сольового складу можлива також при взаємодії кисню повітря і розчинених солей. За наявності піриту в породах у певних умовах під дією кисню повітря і тіонових бактерій часто формуються кислі води.

Характерною особливістю шахтних вод є значна різноманітність їх хімічного складу. Вони містять велику кількість домішок неорганічного і органічного походження, можуть мати бактеріальне забруднення. До мінеральних компонентів належать часточки піску, глини, мінеральні включення вугілля і руд (кварц, пірит, карбонати), розчинені солі, луги, кислоти. В органічних речовинах зустрічаються часточки вугілля, озокерит, нафтові вуглеводні, мінеральні оливи, продукти життєдіяльності різних живих організмів. До бактеріальної складової шахтних, рудничних і кар'єрних вод належать різноманітні мікроорганізми, переважно плісняві гриби, мікроби кишкової групи тощо.

Кількість завислих часток у шахтній і рудничній воді залежить від гірничо-геологічних і технологічних умов гірничої виробки і змінюється від 0,045 до 2–3 г/дм3. Так, середній вміст завислих речовин у шахтних водах Донецького басейну коливається в межах 0,15–0,55 г/дм3. Величина окремих часточок становить переважно 10–90 мкм. На вміст зважених часток впливає величина водоприпливу в шахту, міцність і вологість порід та руд, потужність і структура продуктивного пласта, речовинний склад руди і породи. При зволоженні і розмоканні порід у воду переходять важкоосаджувані глинисті частки, які мінералогічно представлені каолінітом, аргілітом, монтморилонітом, алевритом тощо.

Мінералізація шахтних вод коливається в широких межах як за вмістом, так і складом різних солей. Кількість мінеральних солей може значно змінюватися навіть у межах однієї шахти, однак для кожного окремого вугільного чи рудного басейну ці зміни мають певні межі (табл. 3.1).

 




Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   82


База даних захищена авторським правом ©pedagogi.org 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка