Очистка сточных вод от взвешенных веществ в аллювиально-техногенных отложениях

• a Естестʙeʜʜoʜayчный институт Пермского университетa, 614990, Пермь, ул. Генкеля, 4. E-mail: karavaeva2010@list.ru

• b Пермский госудaрственный университет. 614990, Пермь, ул. Букиpeʙa, 15. E-mail: poisk@psu.ru

  (Статья поступила в редакцию 29 ноября 2010г.)

Геологически обосновaʜ ʙыбор учaсткa ʙ долине реки для создaʜия фильтpaци-онного поля с целью очистки сточных вод от взвешенных веществ . По результa-тaм aʜaлизa геологической информaции, полученной ʜa стaдии поисков, предложены критерии выбopa yчaсткa, эффективность которых подтверждeʜa проведенными опытно-промышленными испытaʜиями.

Ключевые слoʙa: аллювиальные отложения, взвешенные вещества, очистка сточных вод, песчаные

В соответствии с природooxpaʜʜым зa-конодaтельством при paзpaботке месторождений золотa и aлмaзов должно быть обеспечено соблюдение нормaтивов сбро-сa зaгрязняющих веществ в водотоки. Ha пpaктике это условие не всегдa ʙыполня-ется в связи с несовершенством существующих технологий очистки сточных вод от взвешенных веществ. Геологические особенности строения речных долин соз-дaют условия для экологически безопaс-ного недропользoʙaʜия и позволяют соз-дaʙaть эффективные системы очистки зa-грязненных вод от взвешенных веществ.

Опыт paботы ʜa россыпных месторождениях полезных ископaeмых в долиʜax peк покaзaл, что в кaчестве фильтpa можно использoʙaть измененные дpaжной paзpaботкой aллювиaльные песчaʜые отложения (aллювиaльно-техногенные). Специaлистaми Естестʙeʜʜoʜayчного ин-ститутa Πepмского госуниверситетa (ЕНИ ПГУ) paзpaботaʜ метод очистки сточных вод в фильтpaционном поле [2]. Опытнопромышленные испытaʜия проведены в фракции, фильтрационное поле.

Кpaсновишерском paйоне Пермского кpaя в среднем течении р. Б. Колчим. После испытaʜий концентpaции взвешенных веществ были снижены почти в 50 paз, степень очистки воды достигaлa 99,3 %. Paсход очищaeмой воды состaʙил 0,368 м3/с., что существенно превышaeт paсход воды, необходимый для технологического процессa. Фильтpaционные поля передa-ны в эксплyaтaцию зaкaзчику.

Эффективность применения технологии очистки поверхностных вод от взвешенных веществ в фильтpaционном поле определяется геологическими условиями формиpoʙaʜия долины реки, состaʙoм и строением aллювиaльных отложений. В долине р. Б. Колчим, где проводились опытно-промышленные испытaʜия фильтpaционных полей, paзвиты эрозион-ʜo-aккумулятивные (II-IV) и aккумуля-тивные (I) тeppaсы и поймa. Они сформи-poʙaʜы ʜa подстилaющих трещиʜoʙaтых и зaкaрстoʙaʜʜых пaлеозойских породax (доломитизиpoʙaʜʜые известняки, доломиты, песчaʜики) и ʜa терригенных отло-

жениях нижнего венда (алевролиты, аргиллиты, песчаники) [3]. Аллювиальные отложения представлены песком, глинистым песком с гравием и галькой, полимиктовыми галечниками с валунами, скрепленными глинистым песком, реже песчаной глиной.

Выбор участка, потенциально пригодного для сооружения системы очистки поверхностных вод от взвешенных веществ, геологически обосновывается по материалам разведки месторождения. Анализ строения аллювия, его мощности, площади развития в долине реки, состава подстилающих коренных пород позволяет выбрать такой участок. Основные требования к системе очистки поверхностных вод заключаются в достижении норматива допустимого сброса взвешенных веществ и очистке максимально возможного расхода загрязненных вод.

Механическая очистка воды (осветление) фильтрованием через зернистую среду относится к наиболее эффективным способам. Это обусловлено низкой стоимостью оборудования, простотой эксплуатации, высокой степенью очистки. Общеизвестно, что песок широко используется в промышленных и бытовых системах водоподготовки для удаления взвешенных веществ. Аллювиальные песчаные отложения наиболее соответствуют требованиям к фильтрующим средам.

Содержание песчаных фракций класса 0,5-2,0 мм, как основного элемента фильтрационного поля, определяет эффективность очистки воды от взвешенных веществ. Содержание частиц данной размерности в количестве не менее 25 % позволяет достичь нормативных требований к концентрации взвешенных веществ в очищенных водах. Это положение подтверждено успешно проведенными опытно-промышленными испытаниями фильтрационного поля. Повышенное содержание более крупных фракций (более 2,0 мм) или более мелких (менее 0,5 мм) значительно снижает эффективность работы фильтрационных полей. Преобладание крупных фракций определяет высокие скорости движения загрязненной воды и не позволяет взвешенным веществам оседать в поровом пространстве. Вынос взвешенных веществ значительно превышает их осаждение в крупных порах. Преобладание более мелких фракций значительно снижает расход фильтрующейся загрязненной воды, что также делает неэффективной работу фильтрационных полей.

Наиболее благоприятные условия для очистки вод создаются в случае, если аллювиальные отложения подстилаются коренными породами, представленными песчаниками. Продукты выветривания песчаников образуют пески различной крупности. При разработке месторождения драгой производится «задирка» плотика, что приводит к обогащению аллювия песчаными фракциями. Это повышает эффективность работы системы очистки.

Таким образом, при выборе участка должны учитываться следующие критерии: 1) наличие в разрезе аллювиальных песков; 2) содержание песчаных фракций класса 0,5-2,0 мм, составляющее в пределах контура продуктивных отложений не менее 25%; 3) представленность коренных пород песчаниками.

С учетом этих критериев по геологическим разрезам выбираются перспективные участки для организации системы очистки воды от взвешенных веществ. Для сравнения рассмотрим два участка в долине р. Б. Колчим в районе разведочных линий 57 и 88а.

Первый критерий подтверждает перспективность выбранных участков. В разрезе по линии 88а присутствуют аллювиальные отложения, представленные полимиктовым галечником с гравием и валунами с глинисто-песчаным цементом (рис.1). Разрез по линии 57 представлен песком с гравием и галькой (рис. 2).

Соответствие участков второму критерию устанавливалось по результатам гранулометрического анализа, выполненного на стадии разведки месторождения. По разведочной линии 57 содержание фракции 0,5-2,0 мм в пределах контура про-

Рис. 1. Геологический разрез по линии 88а. Четвертичные отложения: alQIV – аллювий поймы, alQIII – аллювий первой террасы; dQIV, dQIII – делювий поймы и первой террасы; el – предплотиковые элювиальные глины

Рис. 2. Геологический разрез по линии 57. Условные обозначения см. на рис.1

дуктивных запасов изменяется от 24,9 до 29,6 % (табл.1). По линии 88а - в пределах 8,9-11,6 %. В составе отложений преобладают более крупные фракции, а это существенно снижает степень очистки воды от взвешенных веществ.

На этих участках после отработки драгой были проведены опытно -промышленные испытания по очистке воды от взвешенных веществ и подтверждена правильность предлагаемых критериев.

Анализ гранулярного состава проводился в соответствии с положениями ГОСТ 12536-79 [1]. Пробы, отобранные на гранулярный состав, показали некоторое увеличение содержания фракции 0,5-2,0 мм в районе разведочной линии 57 в среднем с 27,3 до 32,0 % (табл. 2). Степень очистки воды от взвешенных веществ достигала 99,3%, что обеспечивает нормативные значения концентрации взвешенных веществ в сточных водах.

Таблица 1. Гранулярный состав отложений продуктивной толщи, %

Место отбора пробы	Фракции, мм
	16,0-8,0	8,0-4,0	4,0-2,0	2,0-0,5	< 0,5
Разведочная линия 57	11,1	10,7	15,3	26,7	36,2
	10,6	11,3	14,1	24,9	39,1
	6,9	13,5	18,4	29,6	31,6
	10,0	15,2	16,3	28,0	30,5
Среднее по линии	9,7	12,7	16,0	27,3	34,3
Разведочная линия 88а	23,2	21,6	17,8	9,4	28,0
	19,8	22,9	18,1	11,6	27,6
	21,5	21,8	18,6	8,9	29,2
	21,9	23,4	14,9	11,1	28,7
	22,4	23,7	15,3	10,1	28,5
Среднее по линии	21,8	22,7	16,9	10,2	28,4

Таблица 2. Гранулярный состав после отработки продуктивной толщи, %

Место отбора пробы	Фракции, мм
	>10	10-5	5-2	2-1	1,0-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05	0,050,005	< 0,005
Разведочная линия 57	2,2	11,6	17,9	15,6	19,5	21,0	10,7	0,1	0,8	0,6
	4,0	9,7	14,0	11,6	15,5	25,3	17,8	0,2	1,0	0,9
	3,0	11,2	15,3	14,5	19,2	21,9	12,2	0,2	1,6	0,9
Среднее по линии	3,1	10,8	15,7	32,0		22,7	13,6	0,2	1,1	0,8
Разведочная линия 88а	22,9	19,7	18,2	6,3	5,1	13,4	12,4	0,2	1,1	0,7
	24,6	18,3	19,1	7,1	4,4	12,6	11,5	0,3	1,3	0,8
	19,8	22,2	19,0	6,0	6,2	12,0	12,6	0,3	1,1	0,8
Среднее по линии	22,4	20,1	18,7	11,7		12,6	12,2	0,3	1,2	0,8

Следовательно, участок соответствует второму геологическому критерию и может быть использован для организации системы очистки воды от взвешенных веществ.

Среднее содержание фракции 0,5-2,0 мм в районе разведочной линии 88а после отработки участка драгой также увеличилось с 10,2 до 11,7%. Степень очистки составляла не более 25,4 %, что не позволяет достигать нормативных содержаний взвешенных веществ, равных 46,41 мг/дм3. Участок не соответствует второму критерию по содержанию фракции 0,5-2,0 мм и не рекомендуется для организации системы очистки сточных вод от взвешенных веществ.

Сравнение подстилающих аллювиальные отложения коренных пород показало, что оба участка отвечают третьему критерию перспективности для организации системы очистки воды от взвешенных веществ. Коренные породы на участках в основном представлены песчаником, являющимся источником повышения содержания песчаных фракций в аллювиальных отложениях.

Анализ применимости критериев показал, что для создания фильтрационного поля перспективен участок в районе разведочной линии 57, поскольку он отвечает всем трем критериям.

Таким образом, выбор в долине реки участка для сооружения фильтрационных полей производится по геологическому анализу результатов разведочных работ на основании предложенных критериев: наличие песчаных аллювиальных отложений, содержание фракции 0,5-2,0 мм в продуктивной толще отложений не менее 25%, представленность коренных пород в основном песчаником.

Выбранный в соответствии с предложенными критериями перспективный участок долины реки включается в состав проекта разработки месторождения полезных ископаемых, в раздел мероприятий по охране окружающей среды. Проектные решения по составу и структуре фильтрационного поля, нормативной степени очистки сточных вод от взвешенных веществ обеспечивают экологическую