Способ предотвращения образования кислых стоков с отвалов горнорудной промышленности
Владельцы патента RU 2769496:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" (RU)
Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к способу предотвращения образования кислых стоков с отвалов горнорудной промышленности. Техническим результатом является предотвращение образования и распространения кислых стоков с отвалов горнорудной промышленности. В заявленном способе используют реагент-раскислитель. В качестве реагента-раскислителя используют побочный продукт содового производства, состоящий из частиц кальцита, который наносят на поверхность отвала в количестве не менее 5% от объема отвала, и органическую добавку в количестве не менее 0,03% от объема отвала, которые поочередно наносят на поверхность отвала. В качестве органической добавки используют смесь равных количеств глюкозы и ацетата натрия, которую вносят в виде раствора с концентрацией 0,1% на поверхность отвала после ее покрытия побочным продуктом содового производства. 2 ил.
Область техники
Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к технологии предотвращения образования кислых стоков с отвалов горнорудной промышленности.
Уровень техники
В патентной литературе известен способ, который включает сбор кислых дренажных вод из-под отвала горных пород, подачу их вместе или отдельно с шахтной водой на нейтрализацию до рН 8,0-9,2 путем смешения с реагентом-раскислителем, являющимся пульпой шлама водной отмывки руд от компонентов бетонозакладочной смеси, отстаивание образующейся суспензии при высоте слоя воды в прудке шламонакопителя около 2 м и складирование шлама в шламонакопителе, а отвод очищенной осветленной воды осуществляют с поверхности прудка шламонакопителя через выход в его борту на уровне поверхности прудка. При этом известь подают в пульпу шлама водной отмывки руды от компонентов бетонозакладочной смеси. Изобретение позволяет упростить процесс очистки сточных вод, уменьшить образование дренажной воды и расход нейтрализаторов на ее очистку (патент РФ №2186038, МПК С02F 1/62, 103/10, опубл. 27.07.2002 г.)
В данном изобретении можно выделить следующие недостатки: Существует необходимость сбора кислых дренажных вод, смешения их с реагентом-раскислителем, отстаивание в прудке-шламонакопителе, что обусловливает высокую техническую сложность и энергозатраты. Способ предусматривает постоянный контроль за значением рН в шламонакопителе и использование сложных технических устройств с применением труб, насосов и проч. Предлагаемый аналогом способ предполагает отвод очищенных осветленных вод со значениями рН, достигающими 8,0-9,2, что превышает предельно-допустимые значения рН в поверхностных водах в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01.
Известен способ нейтрализации кислых шахтных вод, заключающийся в том, что в качестве реагента-раскислителя, представленного нейтрализующим карбонатсодержащим материалом, используют пульпу из шлама отхода Березниковского содового завода, состоящую из мелкодисперсного карбоната кальция не менее 80 мас. % и приготовленную в смесителе с использованием воды из шахтного самоизлива, при этом пульпу подают дозированным сливом в зону реакции - канал самоизлива кислых шахтных вод - с последующей подачей очищенных стоков в отстойник. Приготовление пульпы в смесителе ведут в течение 12-20 минут. Пульпу берут из расчета 1,2-1,8 кг на 1 м3 сточных шахтных вод. Температуру дозированного слива пульпы в зимних условиях предпочтительно поддерживают равной температуре слива шахтных вод (патент РФ №2293063, МПК E02F 1/66,103/10, опубл. 20.08.2006 г.)
В данном изобретении можно выделить следующие недостатки:
Существует необходимость создания пульпы из реагента-раскислителя, в качестве которого используют шлам отхода Березниковского содового завода, которая готовится в специальной установке, а затем дозированно смешивается с кислыми шахтными водами. При этом необходимо поддержание температуры пульпы, равной температуре слива шахтных вод. Эти процессы обусловливают высокую техническую сложность и энергозатраты. В предлагаемом нами способе отсутствует необходимость подготовки реагента-раскислителя, а реагент-раскислитель одноразово наносится на поверхность отвала. Также отсутствует необходимость поддержания температуры реагента-раскислителя на заданном уровне, в связи с чем отсутствует необходимость в создании и использовании сложных технических устройств, что ведет к снижению технической сложности способа и экономических затрат на его реализацию.
Известен близкий по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению способ очистки поверхностного стока с отвалов путем сооружения дамб и обустройства сборника стоков. Дамба и ложе сборника выполняются из отсева карьеров карбонатных пород. На рис. 4.13 упоминается использование щелочных реагентов-раскислителей на отвале, например отходов содового производства (см. Максимович Н.Г. и др. монография «Кизеловский угольный бассейн, экологические проблемы и пути решения», ПГНИУ, Пермь, 2018 г.). Целью эксперимента, описанного на стр. 245, была подготовка поверхности отвала к засеву растительностью. Соответственно, предусматривалось перемешивание реагента-раскислителя с породой отвала на его поверхности и производились другие мероприятия, как описано на стр. 246, так как целью работы являлось изменение поверхностного слоя отвала для посадки растений. И задача предотвращения образования кислых стоков отвалов горнорудной промышленности в данной работе не ставилась и не решалась. Кроме того, способ-прототип является трудоемким и затратным.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей создания изобретения является разработка способа предотвращения образования и распространения кислых стоков с отвалов горнорудной промышленности, свободного от недостатков способа-прототипа.
Поставленная задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом, таких как:
«способ предотвращения образования кислых стоков с отвалов горнорудной промышленности с использованием реагента-раскислителя», - и отличительных существенных признаков, таких как:
«в качестве реагента-раскислителя используют побочный продукт содового производства, состоящий из частиц кальцита, который наносят на поверхность отвала в количестве не менее 5% от объема отвала, и органическую добавку в количестве не менее 0,03% от объема отвала, которые поочередно наносят на поверхность отвала, при этом в качестве органической добавки используют смесь равных количеств глюкозы и ацетата натрия, которую вносят в виде раствора с концентрацией 0,1% на поверхность отвала после ее покрытия побочным продуктом содового производства».
Перечисленная выше совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - возможность предотвратить образование кислых стоков из отвалов горнорудной промышленности простым и надежным способом.
По результатам эксперимента максимальная эффективность нейтрализации кислых стоков «запечатанных» внутри отвала была достигнута с использованием реагента-раскислителя в количестве 5% от объема пород, слагающих отвал, с внесением органической добавки в количестве 0,03% от объема пород. Использование меньшего количества реагента-раскислителя (1%) не привело к желаемому результату. Использование реагента-раскислителя в количестве более 5% об. и органической добавки в количестве более 0,03% об. не является экономически обоснованным.
Оптимальное соотношение порода:реагент в способе-прототипе составляет 5:1, то есть реагент-раскислитель вносится в количестве, равном 20% от отвала, а продолжительность действия реагента-раскислителя по расчетам составляет 5,5 лет.
Предлагаемый нами способ направлен на «запечатывание» - нейтрализацию кислых дренажных вод внутри отвала, соответственно, нет необходимости в перемешивании реагента-раскислителя с породой, слагающей отвал, что является технически менее сложным. По предлагаемому нами способу реагент-раскислитель наносится на поверхность отвала в количестве 5-10% от объема отвала, а продолжительность действия по расчетам составляет несколько десятков лет.
В качестве органической добавки предложено использовать смесь равных количеств глюкозы и ацетата натрия. Данный качественный и количественный состав смеси обусловлен тем, что данные вещества являются продуктами разложения сложных органических веществ природными микроорганизмами. Следовательно, любые органические вещества, внесенные на поверхность отвалов, будут трансформироваться микроорганизмами, в конечном итоге, до этих соединений. Смесь вносили в виде раствора.
Осуществление изобретения
Достоверность и осуществимость предлагаемого способа подтверждается ниже приводимыми лабораторными опытами, данными таблиц (Фиг. 1), графиков (Фиг. 2) и фото.
Пример 1.
В колонки диаметром 6,5 см добавляли 250 г грунтов с отвала. В каждую колонку ежесуточно добавляли 50 мл входной жидкости. В качестве входной жидкости использовалась дистиллированная вода. В условиях свободной фильтрации жидкости через отвал происходило накапливание стока в сборной емкости. Регулярно определялся водородный показатель. Общая продолжительность эксперимента составила 44 дня.
Побочный продукт содового производства, который был использован при осуществлении метода в лабораторных условиях, на 91% состоит из кальцита и имеет размер частиц менее 2 мм.
В первом опытном варианте в колонки на поверхность грунтов добавляли реагент-раскислитель в количествах 5% и 1% от объема отвала. Для стимулирования жизнедеятельности микроорганизмов, которые могут способствовать нейтрализации кислых вод в ходе потребления органических веществ, во втором опытном варианте опыта использовали такую же колонку с породой отвала и 5% об. Реагента-раскислителя, в которую произвели единоразовое внесение органической добавки. В качестве органической добавки использовали смесь равных количеств глюкозы и ацетата натрия. Данный качественный и количественный состав смеси обусловлен тем, что данные вещества являются продуктами разложения сложных органических веществ природными микроорганизмами. Следовательно, любые органические вещества, внесенные на поверхность отвалов, будут трансформироваться микроорганизмами, в конечном итоге, до этих соединений. Смесь вносили в виде раствора объемом 50 мл и концентрацией 1 г/л.
В контрольную колонку реагент-раскислитель и органическую добавку не вносили.
Результаты эксперимента представлены в таблице на Фиг. 1 и на графиках Фиг. 2
Несмотря на то, что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки приведенной далее формулы изобретения.
Способ предотвращения образования кислых стоков с отвалов горнорудной промышленности с использованием реагента-раскислителя, отличающийся тем, что в качестве реагента-раскислителя используют побочный продукт содового производства, состоящий из частиц кальцита, который наносят на поверхность отвала в количестве не менее 5% от объема отвала, и органическую добавку в количестве не менее 0,03% от объема отвала, которые поочередно наносят на поверхность отвала, при этом в качестве органической добавки используют смесь равных количеств глюкозы и ацетата натрия, которую вносят в виде раствора с концентрацией 0,1% на поверхность отвала после ее покрытия побочным продуктом содового производства.
