Исследование степени очистки шахтных вод

Исследовательская работа, принявшая участие во всероссийской интернет-конференции по экологическим проблемам родного края для обучающихся СПО и общеобразовательных школ, проводимой интернет-изданием «Профобразование» в период с 16.09 – 16.11.2013 года

Государственное бюджетное образовательное учреждение начального профессионального образования Ростовской области  профессиональное училище 36    г. Шахты

-категория (направление) конференции: Экологические проблемы водных ресурсов. 
-тема работы: Исследование степени очистки шахтных вод  
ФИО автора, группа;  Солохина  Екатерина обучающаяся 3 курса по профессии 240100.02 Лаборант-эколог, группа 3/3 
ФИО руководителя работы, должность: преподаватель химии, спец. дисциплин высшей категории Крет Ирина Игоревна.

 Мой родной город  называется Шахты, он второй в области по площади, третий по численности, четвёртый по объёму промышленного производства,  внесен в «Книгу рекордов Гиннеса» как «уникальный инкубатор» Олимпийских чемпионов (9 наших земляков – олимпийские чемпионы!)

Город сталкивается с экологическими проблемами типичными для многих регионов России: высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха, нерешенность проблемы утилизации отходов производства  и потребления, загрязнение водных объектов неочищенными и недостаточно очищенными сточными водами. (1) Но есть в нашем городе одна особенность, которая, увы, не вызывает радости у 237568, проживающих в нем, человек.

Постоянными, долговременными, экологически опасными объектами комплексного (системного) загрязнения окружающей среды города являются породные отвалы (терриконы) угольных шахт. Горящие породные отвалы кроме твердых частиц, выбрасывают: оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, сероводород и другие не менее токсичные загрязнители.

Еще одной особенностью экологии нашего города являются сильно минерализованные шахтные воды. “Легче построить новую шахту, чем очистить шахтные воды от солей тяжелых металлов” - не раз приходилось слышать от угольщиков “приговор” ситуации, что сложилась в Восточном Донбассе после закрытия 49 шахт из 63.(3)
Шахтными называют подземные воды, проникающие в выработанное при добыче полезных ископаемых подземное пространство и проходящее через водоотливное хозяйство шахты. Как отмечают специалисты, по существу это - «рассол», в литре которого содержится от 100 до 150 мг солей вместо положенных по нормам 0,3 мг на литр. И этот «рассол» надо очистить - хотя бы до состояния технической воды.(4)
Самые кислые и сильно минерализованные шахтные воды образуются на верхних горизонтах. На более глубоких горизонтах (300-400 м) собираются сульфатно-хлоридные натриевые или натриево-кальциевые воды.

Шахтные воды содержат от 3 г/дм3 и более механических примесей (уголь и пустая порода, инертная пыль, продукты распада древесины). Они отличаются значительной минерализацией (до 30 г/дм3 и более) и существенной бактериальной загрязненностью. Кислые шахтные воды помимо низких значений рН (порядка 2-4) характеризуются еще высоким содержанием соединений железа (до 2 г/дм3). (4)

Шахтная вода обычно не имеет запаха (за исключением тех случаев, когда в ней присутствует растворенный метан или сероводород), отличается разнообразием окраски и постоянством температуры в пределах 6-25 °С, а также значительной жесткостью (до 38 мг-экв/дм3). Шахтным водам свойственна коррозионная активность. Чаще встречаются воды с сульфатной агрессивностью, реже - кислотной.

С  другой стороны шахтные воды являются ресурсом для мелиорации, технического и хозяйственно-питьевого водоснабжения предприятий промышленности.  Использование очищенных шахтных вод для пылеподавления, хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения шахт и обогатительных фабрик, орошения сельскохозяйственных угодий, разведения рыбы и пр. одновременно решает проблему предотвращения загрязнения  водоемов

Под загрязнением водных ресурсов мы понимаем  любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;

химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;

бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;

радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;

Особенно остро встала проблема очистки шахтных вод после закрытия угледобывающих шахт в Восточном Донбассе и объединения десятков бывших шахтных водоотливов в единые. При затоплении шахт претерпевают изменения и показатели откачиваемой воды, при этом особенно увеличивается концентрация железа и солесодержание (табл. 1) (10)

Табл .1 Показатели шахтных вод Кировского водоотлива до и после закрытия шахт

В результате анализа технологии и показателей очистки вод очистных сооружений шахт им. Кирова, Глубокая, Южная установлено, что ни в одном случае не достигаются проектные (нормативные) показатели. Таблица 2

Табл. 2 Показатели состава шахтных вод Кировского водоотлива за сентябрь 2009г

Исходя из приведенного выше, следует, что универсального решения проблемы очистки шахтных и карьерных вод нет, так как состав этих вод значительно отличается. Значит, на начальном этапе стоит определиться с приоритетными загрязнителями. Именно этому вопросу была посвящена моя исследовательская работа.

03.06.2013г; 10.06 2013г мною был проведен  пробоотбор первично очищенных шахтных вод  ООО Шахтоуправление «Садкинское».  Отбор производится в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000, "Вода. Общие требования к отбору проб".

Проба воды отбиралась  в полиэтиленовые бутыли, предварительно ополоснутые отбираемой  водой. Объём отобранной пробы  оставлял не менее 1500 см3

Анализ образцов проводился в лаборатории химического анализа училища и частично (инструментальный анализ) на базе аналитической лаборатории научно исследовательского центра  «ПРОМЭКС»

Гидрохимический анализ вод включал в себя следующие виды исследований:

• органолептический метод;
• количественный метод;
• фотометрический метод;
• Титриметрический метод;
• Определение массовой концентрации с помощью взвешивания

Органолептический анализ. Метод определения состояния водного объекта путем непосредственного осмотра его. Органолептическая оценка приносит много прямой и косвенной информации о составе воды и может быть проведена быстро и без каких-либо приборов. К органолептическим характеристикам относится цветность, прозрачность, запах, вкус и привкус, пенистость.

При органолептических наблюдениях особое внимание обращают на явления, необычные для данного водоема или водотока, и часто свидетельствуют о его загрязнении появление повышенной мутности, посторонних окрасок, запаха, цветения воды, нефтяной пленки и др.

Количественный анализ. С помощью количественного анализа определяют количественное содержание элементов в соединениях. Многообразные методы количественного анализа подразделяются на: химические, физические и физико-химические.

Химические методы не вполне удовлетворяют требованиям контроля производств: они недостаточно чувствительны для определения примесей в анализируемых материалах, гравиметрические определения длительны, а титриметрические имеют ограниченную область применения. Физические и физико-химические методы анализа условно называют инструментальными. Мною использовались общепринятые методики соответствующих  ПНДФ

Результаты исследований приведены в сводной таблице 3

Таблица 3 Протокол лабораторных измерений (анализа)

№ 68 от « 10» июня 2013 г.

Проведя сравнительный анализ полученных данных с ПДК для водоемов рыб хозяйственного значения, обнаружили, что

Таким образом, степень очистки на данном предприятии  достаточно высокая, об этом свидетельствуют низкие показатели БПК  (значит незначительное загрязнение органикой), общего железа, высокое содержание растворенного кислорода,

 Однако высокое содержание сульфат, хлорид ионов, а также ионов натрия, калия говорит о необходимости проведения регулярного контроля  за состоянием шахтных вод, а значит выбранная мною профессия актуальна и востребована

Использованные информационные ресурсы

1. http://eco-rostov.ru/index.php?dn=ecology&to=art&id=6
2. http://nesiditsa.ru/city/shahtyi
3. http://ivdon.ru/
4. :http://www.km.ru/v-rossii/2005/06/22/ekologiya/kak-ochistit-shakhtnye-vody-sprosite-u-uchenykh
5. http://gazeta.aif.ru/_/online/don/705
6. Администрация РО, Госкомитет по охране окружающей среды РО; Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды РО в 2011; 2012 гг.
7. Банников А.Г. Основы экологии – М.: 2001
8. Экологический вестник Дона, издат-во. комитета по охране окружающей среды и природных ресурсов Администрации Ростовской области, Ростов-на- Дону ,2011
9. Сборник  ПНДФ по охране окружающей среды
10. Н. С. Серпокрылов, С. А. Щербаков  Повышение эффективности очистки шахтных вод Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2011. Вып. 3 (17). www.vestnik.vgasu.ru