авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Снижение воздействия технологических вод горнодобывающих предприятий на природную среду

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПанкратОВА Мария Юрьевна

СНИЖЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОД ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ

Специальность 25.00.36 Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор

Литвиненко Владимир Иванович

Заслуженный деятель науки РФ

доктор технических наук, профессор

Шувалов Юрий Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Белоглазов Илья Никитич

кандидат технических наук

Бондарчук Антон Михайлович

Ведущее предприятие: ОАО «Механобр-техника»

Защита диссертации состоится 16 мая 2008 года в 15 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. № 1160

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 15 апреля 2008 года

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д.т.н., профессор Э.И. Богуславский

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

В процессе разработки месторождений полезных ископаемых образуется значительное количество попутных вод, характеризующихся большим разнообразием составов. В настоящее время основным способом утилизации технологических вод горнодобывающих предприятий является закачка их в поглощающие горизонты, ограниченные водоупорами, или сброс в акватории, что обуславливает формирование значительных по площади ореолов загрязнения поверхностных и подземных вод за пределами горного и промышленного отводов и способствует изъятию территорий сельскохозяйственного и иного назначения из землеоборота. Особую значимость решение этой задачи приобрело для территорий интенсивного техногенеза с локальной концентрацией горнодобывающих производств.

Примером техногенной нагрузки на компоненты природной среды является закачка технологических вод, образующихся на предприятиях ТЭК республики Коми.

Загрязняющие вещества как природного, так и техногенного происхождения нередко являются ценными соединениями, которые уже сегодня дефицитны на внутрироссийском и мировом рынках, а рыночная стоимость большинства из них в сотни раз дороже добываемой основной продукции. Таким образом, не соблюдается одно из основных требований Закона РФ «О недрах» по комплексному использованию сырья месторождений.

Извлечение наиболее опасных неорганических соединений из технологических вод предприятий позволит не только решить природоохранные проблемы, но и снизит себестоимость добычи основной продукции на основе сравнительно легкого переоборудования горнодобывающего производства для целей переработки попутных вод даже в случае прекращения добычи основного полезного ископаемого.

Извлечение микрокомпонентов из гидроминерального сырья является необходимой и актуальной задачей для России, особенно ввиду того, что ее минеральные запасы по некоторым полезным ископаемым ограничены. Серьезное внимание уделяется технологии получения дефицитных и стратегически важных элементов, и, в первую очередь, лития.

Проблемы снижения воздействия технологических вод на компоненты природной среды нашли отражение в многочисленных публикациях (Губенко А.Л., Шувалов Ю.В., Данилевский С.А., Дьяконов В.П., Литвиненко В.И.). Большое внимание уделялось вопросам рационального использования попутных компонентов пластовых вод месторождений (Трофимук А.А., Литвиненко В.И., Дьяконов В.П., Нестеров И.И., Ланина Т.Д.), проблемам разработки технологии извлечения ценных компонентов (Коцупало Н.П., Литвиненко В.И., Дьяконов В.П., Озимов В.П.). Делались попытки оценить риск воздействия технологических вод на компоненты природной среды (Гриценко А.И.).

Однако, несмотря на высокую экологическую опасность технологических вод, комплексной количественной оценки их воздействия на компоненты природной среды и способов его снижения не проводилось. В частности, не решены вопросы извлечения лития при низком его содержании в растворах.

Актуальность данной работы обусловлена необходимостью ликвидации очагов лито- и гидрохимических ореолов загрязнения, вызывающих деградацию почвенно-растительного покрова, поверхностных и подземных вод и негативное воздействие на живые организмы.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ разработка методики защиты поверхностных, подземных вод и почв, а также предотвращение потерь ценного минерального сырья за счет очистки технологических вод от поллютантов с применением сорбционных технологий.

ИДЕЯ РАБОТЫ снижение негативного воздействия технологических вод горнодобывающих предприятий должно обеспечиваться извлечением наиболее токсичных компонентов на основе сорбционных технологий с использованием углеродсодержащих сорбентов и химических реагентов.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

  • анализ ландшафтно-геохимической обстановки, сложившейся в зоне действия предприятий, определение механизма формирования техногенных ореолов загрязняющих веществ, содержащихся в технологических водах горнодобывающих предприятий;
  • установление перечня токсичных элементов, подлежащих контролю при мониторинге компонентов природной среды;
  • установление зависимостей содержания токсичных неорганических элементов от других параметров раствора, которые могут быть использованы как маркерные;
  • разработка системы мониторинга на нефтедобывающих предприятиях;
  • разработка технологии очистки попутно добываемых пластовых вод от органических компонентов;
  • анализ потенциальной возможности извлечения ценных неорганических компонентов из технологических вод и уточнение характеристик их извлечения (на примере соединений лития);
  • определение эколого-экономического эффекта от внедрения предложенных средозащитных мероприятий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:

  • выявлены закономерности формирования гидрохимических ореолов неорганических компонентов (лития, бора, йода, брома, стронция) технологических вод горнодобывающих предприятий во времени и в пространстве;
  • установлены зависимости концентраций токсичных неорганических компонентов (лития, рубидия, стронция и брома) в попутных водах от их минерализации для групп месторождений, ограниченных тектоническими дизъюнктив-ными элементами первого и второго порядков.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

  1. Утечки технологических вод на предприятиях ТЭК приводят к формированию ореолов загрязнения почвенно-растительного покрова и подземных вод с распределением концентраций поллютантов по экспоненциальному закону в зависимости от удаленности от источника загрязнения.
  2. Снижение концентрации органических загрязнителей в технологических водах может быть достигнуто использованием активированных углей или других углеродсодержащих сорбентов, которые располагаются в порядке уменьшения сорбционной способности в следующий ряд: АГ-3 > КАД-йодный БАУ > шунгит.
  3. Вредное воздействие лития на компоненты природной среды снижается его соосаждением на свежеобразованном гидроксиде алюминия, расход которого обратно пропорционален начальной концентрации лития в растворе при его содержании не более 50 мг/л.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве основных методов исследований использовались аналитические, ландшафтно-геохимические, экспериментальные исследования в полевых и лабораторных условиях, методы математической статистики, аналогового и численного моделирования, рентгеноспектральный, пламенно-жидкостной абсорбции, спектрофотометрический и флуориметрический анализы химического состава технологических вод и модельных растворов.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ обусловлена использованием представительной выборки исходных материалов, современных методов анализа, экспериментальной проверкой основных рекомендаций и сходимостью экспериментальных данных с теоретическими исследованиями и работами других авторов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ:

  • выполнена оценка экологической опасности техногенного воздействия на компоненты природной среды технологических вод горнодобывающих производств;
  • уточнены токсикологические характеристики подземных вод месторождений полезных ископаемых на основе детального изучения их состава;
  • получены технологические характеристики и разработаны практические рекомендации по извлечению соединений лития из вод при относительно низких его концентрациях.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА работы заключается в постановке цели, формулировке задач и разработке методики исследований; проведении ландшафтно-геохимических исследований в зоне воздействия горнодобывающих предприятий; разработке методики и проведении лабораторных исследований состава технологических вод; выполнении теоретических и экспериментальных исследований по уточнению технологических характеристик извлечения неорганических компонентов (на примере соединений лития) и разработке направлений совершенствования технологии его извлечения; эколого-экономической оценке предлагаемых технических средозащитных мероприятий.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ:

  • разработанные технические предложения по очистке техно-логических вод от нефтепродуктов и извлечению из них ценных неорганических соединений рекомендованы для внедрения в проектной организации ООО «Эко-Эксперсс-Сервис»;
  • научные и практические результаты работы используются в учебном процессе Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В.Плеханова (технического университета) при проведении занятий по дисциплинам: «Экология», «Геохимия окружающей среды», «Экологический мониторинг».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международных, Российских и иного уровня научных, научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах, в том числе на: Научной конференции МГГУ «Неделя горняка-2007» (Москва, 2007 г.), 5-й межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2007), VIII международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех-2007» (Ухта, 2007 г.), Международных конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2006 г., 2007 г., 2008 г.), Международном научно-техническом конгрессе «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ELPIT-2007 (Тольятти, 2007 г.).

ПУБЛИКАЦИИ: По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 200 страниц машинописного текста, 117 рисунков, 48 таблиц, список литературы из 185 наименований и 2 приложения.

Автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям профессору Литвиненко В.И., профессору Шувалову Ю.В. за помощь, текущие научные консультации и ценные советы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

  1. Утечки технологических вод на предприятиях ТЭК приводят к формированию ореолов загрязнения почвенно-растительного покрова и подземных вод с распределением концентраций поллютантов по экспоненциальному закону в зависимости от удаленности от источника загрязнения.

Северные районы Тимано-Печорской провинции (Ненецкий автономный округ, Усинский, Интинский и Воркутинский районы) расположены в зоне Европейской тундры и лесотундры в арктическом и субарктическом климатическом поясах, природа которых очень ранима и требует повышенного внимания при ведении производственных процессов. Поверхностные водоёмы северных территорий отличаются низкой минерализацией и температурой. Потенциал самоочищения водоёмов является низким.

В процессе добычи основного полезного ископаемого образуется значительное количество попутных вод. При детальном изучении их составов было установлено, что они содержат нефть и нефтепродукты, а также токсичные неорганические компоненты – литий, бром, бор и стронций.

В результате аварий технологические воды попадают в окружающую среду. В связи с этим необходим мониторинг загрязняющих веществ в компонентах природной среды. При анализе действующей системы мониторинга ряда предприятий было выявлено, что ни один из наиболее токсичных элементов не подвергается даже эпизодическому контролю. Поэтому представляется актуальным усовершенствовать систему мониторинга поверхностных и подземных вод на предприятиях ТЭК.

В условиях производства очень сложным является количественное определение многих поллютантов, поэтому целесообразно найти взаимосвязь их концентраций с другим параметром раствора, определять который аналитически достаточно просто.

Была установлена зависимость концентраций токсичных элементов (стронция, лития, рубидия и брома) от общей минерализации исследуемых систем для групп месторождений, ограниченных тектоническими дизъюнктивными элементами первого и второго порядков, описываемая линейной функцией с коэффициентом детерминации более 0,8. Таким образом, зная общий вид зависимости для месторождения, принадлежащего к определенной группе, и определив содержание главных ионов в пластовой воде, можно спрогнозировать содержание в ней некоторых поллютантов. Это сокращает количество отборов проб для аналитического определения токсичных элементов при мониторинге компонентов природной среды на нефтедобывающих предприятиях.

Экспериментальные исследования по оценке воздействия технологических вод включали определение состава представительных проб поверхностных и грунтовых вод, отобранных из контрольных скважин на различных расстояниях от границы коллектора Западно-Тэбукского месторождения. В качестве фонового содержания определяемых компонентов в анализируемых средах исследуемой территории использованы данные состава проб, отобранных за пределами зон воздействия предприятий.

Результатом водной миграции токсикантов является формирование гидрогеохимического ореола загрязнения.

На основании проведенных исследований было установлено распределение концентраций токсичных неорганических компонентов в грунтовых водах в зависимости от удаленности от границы коллектора. При определении закономерности, описывающей пространственную динамику загрязняющих веществ (рис. 1), использовались независимые оценки на основе линейной или экспоненциальной функций. Оказалось, что наименьшим отклонением от облака экспериментальных данных характеризуется экспоненциальная зависимость распределения концентраций токсичных неорганических компонентов в грунтовых водах в зависимости от удаленности от источника загрязнения, для которой коэффициент детерминации принимает наименьшее значение (1):

, (1)

где сi – концентрация i-го загрязняющего вещества, мг/л; сimax – максимальная концентрация i-го компонента, мг/л; е – «неперово» число; L – расстояние от границы коллектора, м; – константа для i-го загрязняющего вещества, м-1 (определена методом наименьших квадратов).

 Распределение поллютантов от границы коллектора (а – брома и стронция, б-1

 Распределение поллютантов от границы коллектора (а – брома и стронция, б –-2

Рисунок 1. Распределение поллютантов от границы коллектора (а – брома и стронция, б – йода, бора и лития)

Высокий уровень загрязнения компонентов природной среды нефтепродуктами и токсичными неорганическими соединениями обуславливает необходимость разработки эффективных средозащитных мероприятий для предотвращения техногенного воздействия предприятий ТЭК на окружающую среду.

  1. Снижение концентрации органических загрязнителей в технологических водах может быть достигнуто использованием активированных углей или других углеродсодержащих сорбентов, которые располагаются в порядке уменьшения сорбционной способности в следующий ряд: АГ-3 > КАД-йодный БАУ > шунгит.

Исследования сорбционной способности активированных углей и различных материалов природного происхождения проводились в статических и динамических условиях.

Для построения изотерм адсорбции исходный раствор керосина с концентрацией до 49,5 мг/л объемом от 100 до 500 мл помещался в конические колбы с притертыми пробками, в которые добавлялись навески сорбента массой от 0,1 до 3,0 г. Эксперимент проводился для температур 5°С и 22°С. Пробы встряхивались непрерывно в течение 44 часов. Вода отделялась от сорбента фильтрованием. Статическая емкость сорбентов определялась по формуле (2):

(2)

где С0 и Ск – исходная и конечная концентрации керосина в растворе, мг/л; V – объем раствора, л; т — навеска сорбента, г.

По полученным данным построены изотермы сорбции, которые описываются уравнениями Генри, Фрейндлиха и Ленгмюра. Также вычислена энергия Гиббса и энтальпия адсорбции. Результаты приведены в табл. 1.

Для адсорбентов ЖМК, антрацит, граносит А и шунгит определены постоянные уравнения Ленгмюра и оценена полная статическая объемная емкость (ПСОЕ). Для ЖМК она составляет 12,53 мг/г, антрацита – 7,09 мг/г, граносита А – 8,63 мг/г, шунгита – 69,0 мг/г. Для активированных углей ПСОЕ составляет: КАД-йодный – 285 мг/г, БАУ-А – 270 мг/г, АГ-3 – 526 мг/г. Таким образом, активированные угли могут быть расположены в порядке убывания сорбционной способности в следующий ряд: АГ-3 > КАД-йодный БАУ.

Результаты эксперимента (табл. 1) показали, что:

1) Адсорбция керосина по значению энергии Гиббса термодинамически наиболее вероятна на сорбентах в следующей по-

Таблица 1

Результаты проведения эксперимента в статическом режиме



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.