Дослідження інтенсивності дефляції та ефективності методів пилопригнічення масивів-шламосховищ

Размещено на http://www.аllbеst.ru/

Размещено на http://www.аllbеst.ru/

УДК 615.849

Чорноморський державний університет ім. Петра Могили, Миколаїв, Україна

Дослідження інтенсивності дефляції та ефективності методів пилопригнічення масивів-шламосховищ

А.М. Огородник

Анотація

полютант шламосховище екологічний глиноземний

Визначено інтенсивність дефляції полютантів на шламосховищі № 1 Миколаївського глиноземного заводу. Розроблено та впроваджено методи пилопригнічення шкідливих полютантів на масивах-шламосховищ, доведено ефективність їх використання для підвищення екологічної безпеки хвостосховищ перероблюючих підприємств.

Ключові слова: шламосховище, дефляція, коефіцієнт пилопригнічення, дернина, очеретяні мати, навколишнє середовище.

Аннотация

Определена интенсивность дефляции поллютантов на шламохранилище № 1 Николаевского глиноземного завода. Разработаны и внедрены методы пылеподавления вредных поллютантов на массивах-шламохранилищ, доказана эффективность их использования для повышения экологической безопасности хвостохранилищ перерабатывающих предприятий.

Ключевые слова: шламохранилище, дефляция, коэффициент пылеугнетения, дернина, тросниковые маты, окружающая среда.

Annotation

Determined by the intensity of the deflation of pollutants in sludge number 1 Nikolaev Alumina Plant. Developed and implemented methods for dust suppression of harmful pollutants in sludge-arrays, we have proved the effectiveness of their use to improve the environmental safety of tailings processing facilities.

Key words: sludge, deflation, rate pyleugneteniya, sod, trosnikovye mats, environment.

В Україні існують потужні підприємства кольорової металургії, в яких відходи з видобутку та переробки сировини становлять 1,5 млн. м³/рік, а загальна кількість вироблених - 20 млн. тон [1-3]. Це: Запорізький алюмінієвий комбінат, Дніпродзержинський хімзавод з відходами уранового виробництва, Дніпровський алюмінієвий завод, Миколаївський глиноземний завод (на далі МГЗ). Надзвичайну небезпеку становлять шламосховища цих підприємств, модернізація яких не проводилась вже багато років, а відходи від їх виробництв (зокрема, червоні шлами МГЗ 1,2 млн. тон/рік) накопичуються і складуються в шламосховищах (відношення сухих відходів підприємства до рідких 50 % на 50 %) [5].

Найбільший внесок у забруднення прилеглої до шламосховищ території здійснює вітрова діяльність і дефляція пилоутворюючих поверхонь (80 %) з пляжів і відкосів, що призводить до перенесення екополютантів (за добу з 1 га - від 2 до 5 т пилу. Сучасні засоби пилопригнічення масивів-шламосховищ можуть забезпечувати зниження концентрації пилу на 60-70 % [6].

Найбільш перспективним і актуальним рішенням проблеми зниження пилопригнічення на навколишнє середовище на різних підприємствах являється вдосконалення способів закріплення пилових поверхонь техногенних масивів та запропонування нових методів.

Матеріали та методи досліджень

В сучасних умовах суспільного буття, Дослідження проводились на експериментальній ділянці шламосховища № 1 МГЗ. Для проведення природних досліджень методів пилопригнічення (метод задерновування, покриття рослинною сировиною (очеретяними матами)) розроблена спеціальна методика

Суть методу задерновування полягає у знятті дернини на добре залужених територіях та її розміщенням на поверхні шламосховища. Створення полігонів для отримання дернини з метою покриття поверхні шламосховища проводилось на спеціально відведених земельних територіях. Зняття дернини проводили за допомогою спеціальної машини TURF СUTTЕR, яка здатна підрізати дернини необхідної товщини та довжини. На ділянці було знято пласт дернини товщиною 3 - 5 см, загальною площею 5 м².

В якості одного із варіантів методів пилопригнічення полютантів на шламосховищі запропоновано використання очеретяних матів. Очерет для матів зв'язували між собою і формували мати розміром 2Ч3 м², товщиною 3-5 см, загальною кількістю 25 штук. Спостереження на полігоні проводили при силі вітру 1,3 м/с та відносній вологості повітря в межах 60-70%.

Оцінку пилопригнічуючої здатності засобів пилопригнічення проводили за допомогою стаціонарної аспіраційної установки (лабораторія типу «ПОСТ-1»).

Показник пригнічуючої здатності використаних засобів розраховували за співвідношенням:

,

де N - коефіцієнт пилопригнічення, М_п^к - маса пилу в контрольному варіанті, а М_п^d- маса пилу у варіанті з покриттям d (- покриття з дернини, - з очеретяних матів).

Залежність дефляції на шламосховищі від гранулометричного складу визначали за моделлю Догілевича М.І. та Чемпіла У. [4].

,

де С - коефіцієнт гранулометричного складу червоного шламу Миколаївського глиноземного заводу, P - щільність повітря, g - сила гравітації, v - швидкість вітру.

Дефляція червоного шламу на шламосховищі № 1 МГЗ

Більшість матеріалу (до 90 %) переноситься в приземному шарі повітря на висоті до 5-10 см. Значимим фактором підйому частинок пилу є діаметр частинки та її питома маса (m, г/кг). Визначення цих показників для червоного шламу здійснено гранулометричним методом. В результаті визначено, що червоний шлам представляє суміш трьох фракцій частинок за гранулометричним складом (таблиця 1).

Таблиця 1. Гранулометричний склад червоного шламу

Для червоного шламу шламосховища № 1, розраховано критичну швидкість вітру за формулою:

,

де d_е - середній діаметр агрегатів.

де d₁, d₂ … - середній діаметр агрегатів, P₁, P₂ …. - питома кількість фракцій у червоному шламі шламосховища № 1 МГЗ.

Результати вказали, що критична швидкість вітру для шламу складала 3,8 м/с.

Показник Q визначали для різних фракцій червоного шламу: варіант 1 - для фракції 1, варіант 2 - для фракції 2, варіант 3 - для фракції 3. Кількість переміщуваного червоного шламу (Q) під дією вітру різних швидкостей протягом року представлено на рисунку 1. З рисунку видно, що для фракцій червоного шламу за варіантом 1 (риунок 1) відбувається збільшення дефляції пилових частинок зі зростанням швидкості вітру (v): при v =4,0-6,0 м/с переносилась майже однакова кількість пилу - 16±3 кг/(м·с), максимальне перенесення пилу (до 66±3 кг/(м·с) та більше) спостерігалось при швидкостях вітру, які перевищували 7,0-9,0 м/с.

Рисунок 1 - Переміщення червоного шламу при дії вітрової ерозії (для різних фракцій гранулометричного складу шламу: варіантів 1 - 3)

Із гістограми для фракції 2 на рис. 1 - видно, що перенесення максимальної кількості пилу відбувалось з підвищенням швидкості вітру до 5,5-6,0 м/с. Постійна дефляція спостерігалась при середній швидкості вітру 3,5-4,5 м/с з винесенням пилу, в середньому, 7,6±0,2 кг/(м·с).

Для крупних фракцій червоного шламу з Ш>315 мм (фракція 3 на рисунку 1) максимальне переміщення пилових частинок відбувалось при v=7-10 м/с. Постійна дефляція спостерігалась при середній швидкості вітру 4-6 м/с з винесенням пилу, в середньому - 82,5±0,3 кг/(м·с).

Порівнюючи отримані результати (фракції 1, 2, 3 на рисунку 1), можна констатувати, що для різних фракцій червоного шламу за гранулометричним складом мінімальна кількість переміщуваного пилу складала 1,3±0,03 кг/(м·с) при v=3,5-4,5 м/с, а максимальна при швидкості вітру 8-10 м/с - 63,8-124,7±4,3 кг/(м·с). Постійна дефляція відбувалась при v=4 м/с з переміщенням пилових частинок 5,4±0,03 кг/(м·с).

Тривала повсякденна дефляція передує утворенню пилових бур [4]. При максимальній швидкості вітру 10 м/с зі шламосховища № 1, в середньому, переміщується 136±2 кг/(м^.с) пилових частинок. Отже, зі збільшенням швидкості вітру інтенсивність дефляції зростає надзвичайно швидко.

Кількість пилу, що підіймається на шламосховищі МГЗ при різних швидкостях вітру, які характерні для Миколаївської області: мінімальна 1,5 м/с, середня модальна 3,8 м/с та максимальна 8,4 м/с (для різних фракцій шламу - таблиця 1) - зображено на рис. 2.

При мінімальній швидкості вітру 1,5 м/с для різних фракцій червоного шламу за гранулометричним складом майже не відбувалось (Q=0,44±0,02 кг/(м·с)) перенесення пилу зі шламосховища (рисунок 2). Зі збільшенням v до 3,8 м/с (середня модальна швидкість вітру на протязі року) та більше відбувалось значне підняття пилових частинок у повітря: так для фракції 1 - 71±3 кг/(м·с), для фракції 2 - 82±2 кг/(м·с), для фракції 3 - 60±2 кг/(м·с).

Рисунок 2 - Кількість піднятого пилу з поверхні шламосховища при різних швидкостях вітру (для різних фракцій шламу)

Максимальна кількість пилових частинок на шламосховищі підіймається при так званих пилових бурях [4], коли швидкість вітру досягає 8,4 м/с та більше - від 677±12 до 800±13 кг/(м·с).

За цими результатами визначення Q для різних фракцій червоного шламу та відносним вмістом кількості першої фракції у шламі визначено інтегральний показник інтенсивності дефляції червоного шламу Q_ч.ш. (за усіма фракціями):

,

де - інтенсивність дефляції червоного шламу (за усіма фракціями), кг/(м^.с); - відносний показник кількості фракції і у шламі (і=13): , , ; - інтенсивність дефляції фракції і червоного шламу, кг/(м^.с).

На рисунку 3 зображено кількість переміщення червоного шламу Q_ч.ш на шламосховищі № 1 Миколаївського глиноземного заводу.

Як видно з рисунку. 3 максимальна кількість шламу переміщується при v=5,0-8,4 м/с з виносом до 25±5 кг/(м·с) пилу.

Ефективність методу задерновування шламосховища № 1 МГЗ

Дослідним шляхом визначено параметри, які характеризують рівень пилопригнічення над контрольними та дослідними варіантами експерименту. З рисунок 4 видно, що за перші два тижні досліджень кількість пилу складала 4,5 %, але вже до кінця спостережень кількість пилових частинок у повітрі зменшилась до 2 %.

Це свідчить про те, що покриття дерниною призводить майже до повного пилопригнічення та зменшення накопичення пилових частинок у повітрі.

За час спостережень коефіцієнт пилопригнічення для покриття дерниною складав 120-130 одиниць (рисунок 5).

Рисунок 3 - Кількість переміщуваного червоного шламу Q_ч.ш з поверхні шламосховища

Рисунок 4 - Кількість пилу (%) у повітрі при застосуванні методу задерновування (відносно контролю)

Рисунок 5 - Показник пилопригнічення для методу задерновування

Екстраполяція отриманих результатів дослідження на весь рік складає за показником ефективності до 1200-1500 одиниць. Показник пилопригнічення для методу задерновування склав 98 %.

Запропонований метод дозволяє значно знизити рівень підйому пилу на шламосховищі № 1 МГЗ, дефляцію полютантів на прилеглі території, відповідно, за рахунок цього зменшується антропогенне навантаження на екосистему в цілому.

Пилопригнічення полютантів методом покриття очеретяними матами шламосховища

Інтенсивне накопичення (рисунок 6) пилових частинок в повітрі при покритті поверхні очеретяними матами спостерігалось за перші два тижні спостережень, мінімальна кількість пилу в повітрі над кюветами спостерігали на шостий тиждень досліджень.

Рисунок 6 - Кількість пилу (%) у повітрі при застосуванні методу покриття очеретяними матами (відносно контролю).

З рисунку 6 видно - за перший тиждень спостережень кількість пилу склав 7-8 %, в подальшому кількість пилу в повітрі зменшувалась до 3-4 %. Отже, покриваючи дослідну поверхню очеретяними матами пилу потрапляє у фільтри менше.

Протягом експерименту коефіцієнт пилопригнічення досягає 70-80 одиниць (рисунок 7).

Рисунок 7 - Коефіцієнт пилопригнічення методу покриття кювет очеретяними матами

Коефіцієнт пилопригнічення N для очеретяних матів становив 60-80, тобто ефективність методу складає 96 %. Екстраполяція цих даних на весь рік складає за показником пилопригнічення до 700-900 одиниць. Є всі підстави запропонувати даний метод пилопригнічення, як один з основних для використання на шламосховищі червоних шламів МГЗ.

Висновки

1. Встановлено залежність інтенсивності дефляції на шламосховищі червоних шламів від гранулометричного складу шламу та метеорологічних умов. Визначено, що червоний шлам починає підійматись в повітря при критичній швидкості вітру 3,8 м/с підіймаючи при цьому 7,5±0,2 кг/(мс) пилових частинок з поверхні шламосховища.

2. Розраховано, що при максимальній швидкості вітру 10 м/с зі шламосховища № 1 в середньому переміщується 136±2 кг/(мс) пилових частинок.

3. За результатами досліджень розроблено і обґрунтовано ефективність використання комплексного методу пилопригнічуючих засобів на основі дернини, матів з рослинної сировини задля підвищення екологічної безпеки шламосховища червоних шламів та інших техногенних хвостосховищ.

4. Розраховано показник пилопригнічення та закріплення шламових поверхонь засобами з рослинної сировини: за методом задерновування він складає 96 %, за методом покриття очеретяними матами - 92 %.

Покриття дерниною та матами з рослинної сировини мають достатню стійкість до дії лугів (рН 10-12) та метеорологічних умов (t⁰ від - 20 ⁰С до + 40 ⁰С, сніг, дощ, вітер) і не спричиняють додаткове навантаження на навколишнє середовище та людину.

Перелік посилань

1. Бересневич П.В. Охрана окружающей среды при эксплуатации хвостохранилищ / Бересневич П.В., Кузменко П.К., Неженцева Н.Г. - М.: Недра, 1993. - 123 с.

2. Гальперин А.M, Техногенные массивы и охрана окружающей среды / Гальперин А.M., Ферстер В., Шеф Х.Ю. - [2-е изд.]. - М.: МГГУ, 2001. -- 534 с.

3. Мазур В.А. Екологічні проблеми землеробства / Мазур В.А., Горщар В.І., Конопльов О.В. - К.: Центр наукової літератури, 2010. - 456 с.

4. Нохрина О.И. Образование пыли, окалины, шлама и их утилизация на металлургических заводах Германии. / О.И. Нохрина, И.Е. Прошунин, И.Д. Рожихина // Stаhl und Еіsеn. - 2006. - №9 - С. 25-32.

5. Пашкевич М.А. Техногенные массивы и их воздействие на окружающую среду / М.А. Пашкевич - СПб.: СПГГИ, 2000. - 230 с.

6. Смирнова Л.Ф. Ветровая эрозия почв / Л.Ф. Смирнова- Изд-во Московского университета, 1985. - 135 с.

Надійшла до редколегії 14 жовтня 2011 р.

Рекомендовано членом редколегії канд. геол.-мін. наук О.К. Тяпкіним

Размещено на Allbest.ru