Экологическая реабилитация установок кучного выщелачивания (на примере Сафьяновского месторождения)

В настоящее время во многих странах  мира разработаны санитарно-гигиенические  нормативы, определяющие безопасные уровни содержания цианидов в объектах окружающей среды (воздух, вода, почва). Вследствие этого требования экологической безопасности в основном направлены на эксплуатацию объекта кучного выщелачивания как закрытой системы, с минимальным влиянием на воздух, поверхностные и подземные воды. Это обусловливает обязательный учёт и прогнозирование на стадии проектирования поведения цианидов в объектах окружающей среды при штатных и аварийных ситуациях, принятие в проекте инженерных решений по их предотвращению, организации постоянной системы наблюдений за содержанием цианидов в объектах окружающей среды. Таким образом, экологическая опасность предприятий кучного выщелачивания может быть значительно уменьшена при реализации природоохранных инженерных и организационных решений, базирующихся на информации о поведении различных форм цианидов в объектах окружающей среды.

 

Глава 3.  Анализ опытно-промышленных испытаний технологии кучного выщелачивания окисленных золото-серебряных руд Сафьяновского месторождения

 

Сафьяновское месторождение  медно -цинковых руд расположено  на Среднем Урале, в 10 км к северо-востоку от г. Режа и 95 км к северо-востоку от Екатеринбурга. Открыто в 1985 г. Руды месторождения комплексные. Основными полезными компонентами месторождения являются медь, цинк, сера, а попутными - золото, серебро, селен, теллур и другие редкие и рассеянные элементы. Основная масса попутных компонентов приурочена к сульфидам. Сложное сочетание сортов и типов руд в пределах рудных тел, тесное взаимопрорастание рудных минералов позволяет отнести Сафьяновское месторождение к группе сложных объектов по составу, изменению и распределению полезных компонентов.

Опытно-промышленные испытания  на  Сафьяновском карьере по обезвреживанию цианидов  показали, что полное обезвреживание цианидсодержащих стоков установки кучного выщелачивания  методом хлорирования обеспечивается только суперхлорированием, при котором концентрация остаточного активного хлора в отвальных стоках составляет 500 - 600 мг/дм³. Устранение избыточного хлора, превышающего допустимую норму, достигалось разбавлением стоков рудничной водой карьера в соотношении 1:17, что при дефиците воды может оказаться невозможным.

Химический способ хлорирования оказывает отрицательное воздействие на последующий процесс биологической очистки из-за деструкции биогенных элементов в процессе хлорирования.

 

Глава 4.  Выбор оптимальной схемы обезвреживания отработанных стоков кучного выщелачивания

 

В любом технологическом  процессе  используемая  вода  загрязняется и не  может  быть  использована  как для пищевых,  так и для  технических  целей  без восстановления ее прежнего качества чистой природной воды.  В настоящее время все более важную роль в процессах обезвреживания  отвальных стоков приобретает биологический метод, в основе которого лежат биохимические процессы окисления, фильтрования, поглощения, накопления органических и неорганических веществ и др. Биологические методы позволяют с помощью высших водных растений, которые первыми принимают  на себя воздействие ядов, оценить степень токсичности водной среды. Способность высших водных растений к накоплению, утилизации, трансформации многих веществ сточных вод делает их незаменимыми в общем процессе самоочищения водоемов. К числу таких растений относится ряска малая -  высшее растение-индикатор, обладающее повышенной чувствительностью и способностью к быстрой реакции на вредные вещества. Ряска малая (Lemna minor) – многолетнее свободноплавающее на поверхности воды травянистое растение. Каждый индивид ряски представляет собой округлую или продолговатую листовидную пластинку темно-зеленого цвета размером до 4 мм. Растения не закрепляются корнем на грунте, свободно плавают в воде и находятся на поверхности водоемов, что предопределяет легкое выделение ряски из очищаемой воды. Ряска обладает способностью легко приспосабливаться к новой среде, энергично поглощая углекислоту и выделяя кислород. Она  неприхотлива  в отношении температуры, но цветет это растение крайне редко. Покрывая поверхность зеленым настилом, ряска служит естественным светофильтром, защищающим воду от "цветения". Осенью ряска, подчиняясь сезонной смене времен года, желтеет, но зимой она подо  льдом продолжает плавать, тем самым обеспечивая очистку и при низких температурах воды +(3 - 4)^оС.

Анализ биоэкологической характеристики ряски малой позволил предложить и испытать данный вид высших растений для биологической очистки сточных вод после кучного выщелачивания золотосодержащих руд. Разработка и испытание метода очистки сточных вод установки кучного выщелачивания проведена автором в полевых мелкоделяночных опытах на территории Сафьяновского месторождения. Экспериментальные исследования по выбору оптимальных условий обезвреживания сточных вод  кучного выщелачивания золото-серебряных руд Сафьяновского карьера. Концентрация основных ингредиентов цианидов и роданидов в жидкой фазе сточных вод аварийной емкости после завершения опытно-промышленных испытаний на установке достигала, соответственно 24,5 и 57,3 мг/л. Определение оптимальных режимных параметров обезвреживания проводилось путем серии экспериментов, задача которых состояла в установлении степени очистки сточных вод  кучного выщелачивания от цианидов в зависимости от таких факторов, как продолжительность эксперимента; расход различных реагентов; площадь зеркала поверхности сточных вод, занимаемой ряской. Математическое планирование данного эксперимента основывалось на методике рационального планирования с помощью матрицы, где число столбцов соответствует числу изучаемых факторов, а число строк равно числу экспериментов (табл. 1).

Таблица 1

Матрица трехфакторного эксперимента и результаты  микрополевых опытов

№	Х1	Х2	Х3	Концентрация, мг/дм3
опыта				цианид	роданид	сумма
1	0	0	0	24,5	57,3	81,8
2	0	50	50	19,2	46,1	65,3
3	0	20	25	23,3	54,2	77,5
4	0	100	90	17,3	39,7	57
5	0	70	75	17,1	40,3	57,4
6	15	0	50	11,6	26,7	38,3
7	15	50	25	12,5	28,5	41
8	15	20	90	8,8	19,2	28
9	15	100	75	9,5	21,8	31,3
10	15	70	0	16,8	37,6	54,4
11	5	0	25	18,5	34,5	53
12	5	50	90	10,6	26,4	37
13	5	20	75	12,7	32,6	45,3
14	5	100	0	17,2	35,5	52,7
15	5	70	50	12,3	29,8	42,1
16	50	0	90	0,8	1,5	2,3
17	50	50	75	0,7	1,6	2,3
18	50	20	0	2,3	5,2	7,5
19	50	100	50	1,5	3,4	4,9
20	50	70	25	1,7	3,1	4,8
21	25	0	75	11,8	17,1	28,9
22	25	50	0	13,5	25,3	38,8
23	25	20	50	8,1	17,8	25,9
24	25	100	25	8,4	22,4	30,8
25	25	70	90	6,3	12,8	19,1

 Программа проведения  экспериментов включала в себя:

- изучение поведения  ряски малой в зависимости  от перечисленных ранее факторов;       

  - изучение влияния вещественного состава ложа прудков на разложение цианидов и роданидов.

Результаты опытов по выбору оптимальных условий обезвреживания сточных вод представлены на рисунках 1-3.

 

Методом математического планирования экспериментов была   получена математическая модель исследуемого процесса:

К₁ = (17,902 – 0,338X₁)  (12,448 – 0,021X₂)  (14,552 – 0,064X₃) / 11,48;

К₂ = (40,721 – 0,795X₁)  (26,912 – 0,027X₂)  (31,892 – 0,131X₃) / 25,62,

   где  К_{1 –} концентрация цианидов, %;

          К₂ – концентрация роданидов, %;

          С – концентрация токсикантов, %;

          t – продолжительность эксперимента, дни;

         q – расход аммофоса, мг/м³;

         s – площадь зеркала поверхности, занятой ряской, %.

В результате исследований и анализа полученных данных установленоследующее. Ряска обладает повышенной поглотительной способностью по отношению к цианидам и роданидам.  Искусственное добавление фосфора и азота в виде аммофоса в отвальные стоки  кучного выщелачивания интенсифицирует очищение воды ряской от цианидов и подпитывает микрофлору. Способность ряски интенсивно разрушать цианиды и роданиды в растворах с их повышенной концентрацией позволяет применять это растение в начальных стадиях очистки стоков с высокой концентрацией токсикантов для удаления их основной массы из раствора. В сосудах с аммофосом за 25 дней проведения экспериментов концентрация токсикантов в растворе уменьшилась в три раза (цианида с 24,5 до 8,1 мг/л, роданида с 57,3  до 17,8 мг/л).

Изучение влияния  вещественного состава ложа биопрудов на  очистку сточных вод установок кучного выщелачивания. Скорость очистки сточных вод зависит от количества микроэлементов и микроорганизмов, участвующих в процессе, условий их обитания, количества растворенного кислорода, кислотности среды и температуры. Поиск эффективных путей регулирования активности микроорганизмов в экосистеме и установление оптимальных условий их жизнедеятельности позволит повысить активность микробных ценозов при окислении сточных вод и интенсифицировать процесс очистки. Как известно, в водоемах с кислой средой  практически нет растительности, отсутствует животный мир. Следовательно, они характеризуются большей степенью загрязнения, чем техногенные водоемы с нейтральной и щелочной средой. Таким образом, степень загрязнения техногенных водоемов находится в прямой зависимости от рН водной среды.  Уменьшение кислотности дает положительные результаты: почва обогащается кальцием, что способствует более полному удовлетворению потребности растений в этом элементе; улучшаются условия для деятельности микроорганизмов, что благотворно сказывается на питании растений. Введение в вещественный состав ложа прудков таких пород, как известняк, химический состав которых приближается к теоретическому составу кальцита (56% CaО и 44% СО₂), позволит сократить время очистки отвальных стоков установки кучного выщелачивания. Лабораторные опыты по определению влияния вещественного состава ложа прудков на сокращение периода биохимической очистки проводились с использованием почв района Сафьяновского медноколчеданного месторождения и Хвощевского месторождения известняков, которое находится в 3 км от Сафьяновского.

Опыты по разложению цианидов показали, что использование ряски  и почвы повышает эффективность очистки стоков. Концентрация токсикантов в сосуде с породой Хвощевского карьера за 30 дней уменьшилась практически в 8 раз, а в сосуде с породой Сафьяновского карьера  в 5 раз (табл.2).

Таблица 2

Результаты микрополевых опытов разложения цианидов и роданидов  в зависимости от вещественного    состава ложа прудков на очистку стоков участка кучного выщелачивания

№	Продукт	рН	Концентрация  мг/л
опыта		среды	цианида	роданида
1	Исходный  технологический раствор	8,5	24,5	57,3
2	Технологический раствор с породой Сафьяновского  месторождения	7,7	4,8	12,7
3	Технологический раствор с породой Хвощевского месторождения	8,0	3,0	7,5

Таким образом, выполненные  исследования показали, что формирование дна с вещественным составом, подобным породе Хвощевского месторождения, позволит повысить щелочность среды и, следовательно, уменьшить агрессивные свойства сточных вод установки кучного выщелачивания. Использование каскада искусственно созданных биопрудков с ряской позволит снизить остаточную концентрацию токсикантов в растворе до уровня ПДК (цианиды – 0,05 мг/л, роданиды – 0,1 мг/л) при последовательном протекании раствора по каскаду. На основании результатов исследований предложена технологическая схема биохимической очистки сточных вод установок кучного выщелачивания (рис.4), позволяющая снизить негативное влияние на водную среду данной технологии.

 

 

           Хвосты выщелачивания

                                          

 

                                               Нейтрализация

                                               рН 8-9

                 Сточные воды                     Промывные воды