Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Создание способа электрохимической обработки хранилищ техногенного минерального сырья, как средства снижения их вредного воздействия на подземные воды

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Создание способа электрохимической обработки хранилищ техногенного минерального сырья, как средства снижения их вредного воздействия на подземные воды"

□03068213

На правах рукописи

Сауков Игорь Владимирович

СОЗДАНИЕ СПОСОБА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

ХРАНИЛИЩ ТЕХНОГЕННОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ, КАК СРЕДСТВА СНИЖЕНИЯ ИХ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

Специальность 25.00.36 - «Геоэкология» (по техническим наукам)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007

003068213

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе (РГГРУ)

Научный руководитель:

кандидат технических наук Ганин И.П.

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук,

профессор Лисенков А.Б. (РГГРУ).

кандидат технических наук Федоров A.A. (РУДН).

Ведущая организация: ЗАО «Союзгеопром»

Защита состоится «15» мая 2007 г. в 14 — на заседании диссертационного совета Д 212.121.09 при Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе

Адрес: 117997, Россия, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23, аудитория 5-67а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГГРУ

Автореферат разослан «

О 5>АПР 2007

2007 г.

Ученый секретарь ,

диссертационного совета, —^^у

кандидат технических наук ^ / Рыжова Л.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Важным условием хранения техногенных отходов минерального сырья на горных предприятиях является минимизация их негативного влияния на подземные воды. Загрязнение подземных вод имеет место не только в местах расположения собственно горнодобывающих предприятий (шахт, карьеров), но также в зонах отвалов пустых пород, гидротехнических сооружений (хвостохранилищ, отстойников технических и рудничных вод, гидроотвалов, водохранилищ). Основной причиной этого является миграция загрязнителей с фильтрационными потерями из хранилищ. Так как полностью устранить фильтрационные потери хвосто- и шламохранилищ, а также инфильтрационные потоки в отвалах невозможно, для предприятий по добыче руд цветных, редких и благородных металлов актуальны эколого-инженерные защитные технологии, способные ограничить миграцию и обеспечить локализацию загрязнителей в пределах, либо в ближайшей окрестности хранилищ техногенного минерального сырья.

Направление современных отечественных и зарубежных разработок показывает, что для этих целей перспективны технологии ¡п-Бки, которые основаны на осаждении и локализации загрязнителей в подземных условиях - в горных породах - с использованием природных процессов окисления, восстановления и сорбции, интенсифицируемых путем разнообразных физико-химических воздействий на пласт, сочетаний нагнетаний и откачек. Согласно отечественным и зарубежным источникам, правильная организация геохимических процессов в технологиях ¡п-хНи обеспечивает качественную очистку фильтрующихся в горных породах промстоков с минимальными затратами материальных средств и энергии. Исследования в данной области, предусматривают следующее: - разработку способов создания оптимальных условий для скорейшей самоочистки подземных вод, сорбции загрязнений фильтрующими породами; - управление фильтрационными процессами; - применение выявленных закономерностей и явлений в природоохранных инженерных технологиях.

С целью формирования искусственных геохимических барьеров на пути фильтрационных промстоков проще и экономичнее применять в качестве окислителя растворенный в воде кислород. Но при больших загрязнениях окисляющая способность аэрированной воды недостаточна - из-за низкой растворимости в воде кислорода. По этой причине применяют более сильные окислители: перекись водорода, озон, хлор, фтор и др., технически и экологически небезопасные. В этой связи актуальны исследования способов повышения окислительной способности аэрированной воды, что в настоящей работе предлагается осуществлять путем ее электрохимической обработки в проточных мембранных электрохимических реакторах. Существенно, что предлагаемый способ является экологически безопасным, т.к. окислительная способность аэрированной воды повышается за счет придания ей свойств активного переносчика атомарного кислорода (образования его) в ходе безреагентной электрохимической обработки. Одновременно исследуется возможность применения электрохимической обработки не только с целью изменения окислительно-восстановительных свойств фильтрационных вод, но также горных пород, с которыми они контактируют.

Актуальность изучения процессов, определяющих интенсивность миграции соединений железа из хранилищ, а также разработка инженерно-экологического способа ее профилактики, обусловлена тем, что именно окисление и локальная миграция элемента Ге из сульфидных и сульфосолевых минералов (пирита, пирротина, арсенопирита, халькопирита и др.), инициирует формирование в хранилищах техногенного минерального сырья общего окисляющего комплекса для сульфидных минералов руд цветных металлов, блеклых руд, стибнита и др.

Цель работы заключается в снижении загрязнения зоны свободного водообмена при разработке месторождений сульфидных руд цветных металлов миграционно-активными формами железа, путем электрохимической обработки локальных участков хранилищ минерального сырья и подстилающих их пород на пути движения фильтрационных стоков.

Идея работы состоит в том, что миграции железа и сопутствующих ему металлов из минерального сырья, нарушенного взрывными работами и складированного в отвалы, могут быть существенно снижены за счет использования безреагентного метода - электрохимического корректирования окислительно-восстановительных параметров (ОВП и рН) водной фазы горных пород; при этом электрохимическая обработка водной фазы минеральной среды, в одних случаях способствует подавлению жизнедеятельности железо и серо- окисляющих бактерий, в других - ускоряет формирование сорбционно-активной гидроокиси железа, с участием которой в горных породах растворимые соединения железа легко осаждаются в малорастворимых и нетоксичных формах в локальной зоне под землей.

Методы исследований

При решении поставленных задач применялся комплексный метод исследований, который включал экспериментальное, технологическое и математическое моделирование. Методами лабораторного и технологического моделирования изучалось влияние электрохимической обработки на ускорение окисления и сорбирования растворенного железа из воды в породах, поднятых из водоносных пластов. С применением математического моделирования прогнозировались процессы осадконакопления в фильтрующих породах и динамика соответствующих изменений проницаемости пород вблизи скважин. Методами теории вероятности и статистики оценивалась достоверность полученных результатов, рассчитывался объем экспериментов.

Научные положения, защищаемые автором:

1. Орошение сульфидсодержащих пород в хранилищах минерального сырья водой, прошедшей безреагентную электрохимическую обработку, обеспечивает снижение интенсивности миграции в окружающую среду железа и сопутствующего ему мышьяка в 3-4 раза.

2. Эффективность обезжелезивания стоков из отвалов и хвостохранилиш, определяемая количеством удаленного из воды железа, при фильтровании через песчаные породы, как в наземных сооружениях, так и в пласте, увеличивается на 4060%, если очищаемые воды наряду с аэрацией подвергать обработке в анодной камере мембранного электрокорректора.

3. Метод прогнозирования снижения производительности скважин на основе математической модели, в динамике рассматривающей закономерные уменьшения

проницаемости электрохимически активированных пород вокруг скважин, используемых в целях формирования окислительных геохимических барьеров.

Научная значимость работы состоит в следующем:

1. Предложена систематизация техногенных форм миграций железа в подземные водные объекты в районах действующих и прекративших свою деятельность карьеров по добыче руд цветных металлов. Формы миграции железа систематизированы на основе совместного рассмотрения горно-обогатительных и геоэкологических процессов, определяющих распространения железа и его соединений в окружающей среде.

2. Впервые предложен метод подавления миграции железа, сопутствующих ему металлов и мышьяка, из минеральной массы техногенных хранилищ на основе безреагентной электрохимической обработки. Содержание миграционных форм железа в водной фазе отвалов снижается на порядок, если орошать их водой, которой приданы восстановительные свойства путем электрохимической обработки ее в катодной камере мембранного электрокорректора.

3. Установлено, что электрохимическая обработка загрязненных стоков хранилищ техногенного минерального сырья способна увеличивать окислительно-восстановительные и сорбционные способности фильтрующих горных пород. Это проявляется в ускоренном осаждении вредных примесей на них, что целесообразно использовать в системах безреагентной очистки производственных стоков, предусматривающих аэрацию и фильтрование через осадочные породы. Для придания воде свойств переносчика активного атомарного кислорода (образования его) достаточно обработать ее в анодной камере мембранного электрокорректора.

4. Предложен метод прогнозирования снижения производительности нагнетательных и дренажных скважин, применяемых для формирования геохимических барьеров на пути фильтрационных промстоков, отличающийся тем, что текущую производительность предлагается рассчитывать с использованием математической модели, учитывающей динамику закономерных уменьшений проницаемости пород вокруг скважин в процессе осадконакопления гидроксидов железа.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена большим объемом экспериментов, проверкой результатов исследований в реальных производственных условиях, применением методов математического моделирования и обработки результатов экспериментов.

Практическая значимость работы

1. Обоснован состав эколого-защитной технологии снижения загрязнения зоны свободного водообмена в районах хранилищ руд цветных металлов, на основе экологически безопасного безреагентного метода подавления миграций растворимых соединений железа. Технология предусматривает формирование в водно-минеральной среде отвалов и в подстилающих породах, на пути инфильтрационных потоков, последовательно чередующихся искусственных восстановительных и окислительных геохимических барьеров. Барьеры предлагается создавать путем орошения минеральной среды техногенных хранилищ и закачки в подстилающие осадочные породы воды с резко выраженными окислительно-восстановительными свойствами (ОВП и рН), получаемой электрохимическими методами.

S

2. Экспериментально обоснована перспективность применения проточных мембранных электрохимических реакторов в качестве технических средств, с помощью которых создаются условия для безопасного хранения некондиционного минерального сырья: придание воде восстановительных свойств в мембранном электрохимическом реакторе способствует подавлению жизнедеятельности железо-и серо- окисляющих бактерий, а придание ей окислительных свойств усиливает окислительно-сорбционные способности фильтрующих пород. Эффективность электрохимической активации применительно к пластовому обезжелезиванию подземных вод оценивается тем, что при комбинированном - циклическом режиме работы скважины соотношение объемов откачиваемой ОппШ1Ч и закачиваемой £>„,.„,, воды увеличивается на 60%.

3. Предложен алгоритм прогноза уменьшений дебитов нагнетательных и откачных скважин, используемых в предлагаемой технологии обезжелезивания фильтрационных стоков с хранилищ минерального сырья.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных научных конференциях РГГРУ в 2003-2006 г.

Реализация результатов работы.

Разработаны рекомендации по снижения миграций железа и сопутствующих ему металлов для конкретных условий Северного рудоуправления НГМК. В соответствии с договором с ООО «Геохим» общие рекомендации переданы в ОАО «Союзгеопром» для использования: в проектах по восстановлению качества подземных вод; при проведении работ по снижению вредного влияния горнодобывающих и обогатительных предприятий на подземные водные объекты.

Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций по курсам «Гидрофизические процессы геологоразведочных и горных работ», «Комплексное использование водных ресурсов при освоении недр», «Проектирование систем водоснабжения и водоподготовки горных предприятий»

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 11 статьях.

Объем и стру!сгура диссертации. Диссертация изложена на /5 2 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 115 наименований, включает 8 таблиц, рисунков.

Автор благодарит коллектив кафедры Гидравлики и гидрофизических процессов геологоразведочных и горных работ РГГРУ за методическую, а сотрудников НПО Комплексное водоснабжение объектов за техническую и практическую помощь при проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

В настоящее время, в связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды отходами промышленности, в том числе горнодобывающей, разработка эффективных способов очистки окружающей среды и профилактики ее от загрязнения токсичными и избыточными элементами, приобретает огромное значение.

Во всех промышленно развитых странах ведутся разработки специальных эколого-защитных технологий, в том числе, технологий подземной очистки (пмки) промышленных стоков и поверхностных вод, вначале контактирующих с отходами горного производства, а затем с подземными водами. Широкий круг задач в этой области требует новых подходов и технических решений, базирующихся на

исследованиях процессов техногенной миграции элементов в системе «минеральная среда - подземные и поверхностные воды - осаждающие среды».

Горнодобывающие и перерабатывающие предприятия цветной металлургии относятся к крупномасштабным источникам загрязнения водных объектов, в том числе подземных. Многочисленные исследования состава вод, дренирующих сквозь стенки и основания хранилищ минерального сырья на горных предприятиях, показывают, что основными загрязняющими веществами здесь являются ионы тяжелых металлов, Си2*,2п1+ и Ге2+, мигрирующие в растворенном состоянии в подземные водные объекты. В случае выхода подземных вод на поверхность эти элементы аккумулируются водными организмами, что вызывает деструктивные процессы в природной среде.

Научный вклад в решение проблемы техногенного загрязнения природных вод, теоретического обоснования методов инженерно-экологической защиты и профилактики загрязнений подземных вод в горнопромышленных районах внесли: Перельман А.И., Гольдберг В.М, Язвин Л.С., Крайнов С.Р., Швец В.М, Игнатов П.А., Мироненко В.А., Румынии В.Г., Блинов С.М., Максимович Н.Г., Комащенко В.И., Лисенков А.Б., Папичев В.И., Королев В.А., Секисов А.Г. и др.

В диссертационной работе систематизированы причины проявлений избыточных содержаний железа в подземных водах в районах горнодобывающих работ, предложена модель загрязнения миграционными формами железа лито- и подземной гидросферы в местах хранения переработанного минерального сырья. На основе модели и проведенных экспериментов по электрохимической обработке водной фазы фильтрующих горных пород разработан метод защиты подземных вод от вредных воздействий со стороны хранилищ техногенного минерального сырья. В водно-минеральной среде хранилищ, и подстилающих породах под ними, на пути загрязненных инфильтрационных потоков, предложено создавать искусственные последовательно-чередующиеся восстановительные и окислительные геохимические барьеры. Барьеры формируются путем орошения участков хранения отработанных сульфидсодержащих пород, а также методом закачки в подстилающие породы воды с резко выраженными окислительно-восстановительными свойствами (ОВП и рН), полученной в ходе электрохимической обработки в проточных мембранных реакторах.

Основные задачи исследований заключались в следующем:

1. Анализ вредных воздействий горнодобывающих предприятий на подземные водные объекты, оценка избыточных содержаний железа, как вредного фактора приводящего к неблагоприятным экологическим последствиям.

2. Исследование причин формирования избыточных содержаний железа в районах горно-обогатительных производств и образования растворимых, трудно окисляемых органических форм железа, мигрирующих в подземные воды с объектов складирования минерального сырья.

3. Теоретическое изучение вопроса о влиянии электрохимической обработки водной фазы горных пород на ускорение, или наоборот - замедление, природных процессов окисления, восстановления и сорбции, происходящих в водонасыщенной минеральной среде.

4. Экспериментальное изучение воздействия электрохимического корректирования ОВП и рН воды на интенсивность окисления и осаждения

загрязнителей (на примере растворенного железа) не только в свободном объеме воды, но и на пористой поверхности фильтрующих горных пород.

5. Разработка технологической схемы осаждения и локализации растворенного железа ira геохимических барьерах, искусственно создаваемых на пути фильтрационных потоков в горных породах путем их электрохимической обработки.

6. Теоретическое изучение изменений фильтрационных характеристик водонасыщенных горных пород в процессе осаждения и накопления кольматанта в порах пород.

7. Оценка эффективности эколого-защитных мероприятий с использованием электрохимической активации водопроницаемых горных пород.

Выбор железа в качестве объекта исследований обусловлен тем, что в районах горных работ его избыточные содержания отмечаются повсеместно. Не обладая выраженным токсичным действием, избыточное железо серьезно затрудняет использование подземных вод человеком. При содержаниях железа свыше 1 мг/л вода становится практически непригодной не только для питьевого, но и для технического использования. В районах открытых разработок цветных металлов содержания общего железа в подземных водах отмечаются до нескольких сотен миллиграмм. При попытках использования таких вод, отложения образующегося гидрата окиси железа за короткий срок попросту «забивают» железом водопроводные трубы. Следует также учитывать, что в минеральной среде элемент ¡■'е. как правило, связан с мышьяком ( AsFeS - арсенопирит) и тяжелыми металлами, в связи с чем, локальные переходы железа в другие формы зачастую сопровождаются экстракцией связанных элементов во внешнюю среду.

В первой главе работы рассмотрены причины избыточных содержаний железа в подземных водах. Рассмотрены обстоятельства, вследствие которых без подробной детализации невозможно дать объяснения чрезмерным содержаниям железа в подземных водах в районах проведения открытых горных разработок.

Железо, содержащееся в минеральной среде, в условиях доступа кислорода после вскрытия, согласно химическим расчетам, интенсивно окисляется. При рН > 5 оно на 99,0-^99.9% переходит в малоподвижные, нерастворимые, легко осаждаемые трехвалентные формы Fe(OH)3. По этой причине железо не должно мигрировать в больших количествах в подземные водные объекты. Кроме того, в самих подземных водах присутствие растворенного Fe, обыкновенно в виде гидрокарбоната железа Fe(HCOi)2. прямо связано с количеством растворенного СОг, для повышенных содержаний которого в районах горных разработок также нет особых причин. Избыточные присутствие водно-миграционных форм железа может быть объяснено, результатом взаимодействия производственных горнообогатительных и природных геоэкологических процессов. В этих целях проведена систематизация физико-химических взаимодействий инфильтрационных потоков в сульфидсодержащих отвалах и хвостах обогащения с технологическими и природными окислителями, сорбентами и восстановителями. Обобщенная схема, образования водных миграционных форм железа в водах, дренирующих с поверхности сквозь хранилища минерального сырья в подземные воды, представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема образования вводно-миграционных форм /-е при проведении горнодобывающих работ

В схеме на рис.1 выделены наиболее значимые (по мнению автора) факторы образования водно-миграционных форм железа. Отмечено, что в процессах окисления минералов, обнаженных в результате буро-взрывных работ и выемки полезного ископаемого, основную роль играет кислород окисляющий дисульфид железа (пирит). В результате гидролиза образующейся соли железа карьерные воды приобретают высокую кислотность, их рН может понижаться до значений < 3,5. Такие воды способны растворятся минералы - апатит, карбонаты, сульфиды, алюмосиликаты, бокситы и магнетит. Миграционная способность соединений железа в кислых водах значительна, при рН < 4,5 железо приобретает способность

присутствовать в воде не только в виде ионов /-е2+, но и в виде /-е34" и /7е(ОЯ)2+ .

Следует отметить, что приведенная схема имеет поясняющее назначение и не претендует на роль классификации с обоснованием классификационных признаков. Основное назначение схемы - выделение важной роли бактериальных выщелачивающих систем, формирующихся в верхней части хранилищ (рис. 2), в мелких фракциях пиритизированных пород, что прямо определено технологиями формирования отвалов.

Мелкие

су.н.фщсодержапшс руды

Осадки

I П_| (

Зона бактериального** - ^ выщелачивания^ >

Иифнльтрациопиыс стоки

Область формирования восстанови I слмюго геохимического барьера

Огвал

о о°с>

Почвенным слои

Ор1 аничсские кислоты

К МШ1.,

Водоносный слой г! Окикште.чышй барьер1

ПЦ ^

Восстановительный оарьер

Рис. 2. Формирование и движение сквозь хранилища минерального сырья ионных, гидроксидных и органометаллических форм растворенного железа

Направление выполненных исследований, а также характер практических предложения во многом обусловливаются тезисом о том, что именно степень развитости бактериальных выщелачивающих систем определяет скорость окисления сульфидных минералов в хранилищах минерального сырья, и соответствующую интенсивность образования водно-миграционных форм Ре.

В отсутствии ферробактерий реакции окисления минералов сульфида железа /• еЛ\, /-6',. протекают с малой скоростью по причине образования слоя продуктов реакции (серы) на поверхности частиц пирита, марказита и др. Наоборот, в присутствии бактерий, для которых железо (II) и сера являются исходными компонентами биологических процессов, реакция существенно ускоряются. Продукты реакции (сера) на поверхности пирита не образуются, они окисляются

бактериями. В присутствии бактерий химические процессы образования растворимых сульфатов железа (II) (III) приобретают вид:

4FeS2 + 1502 + 2Н20 >2Fe2(S04)} + 2H2S04 (1)

образующийся при этом сульфат железа (III) сам начинает выступать в роли окислителя и реагирует с пиритом по уравнению:

FeS2 + Fe2 (S04 )3 Сшктерш > 3FeS04 + 2S (2)

что в отсутствии бактерий не происходит. Сульфат железа (II) и элементарная сера образующиеся в реакции (2), в свою очередь, вновь окисляются бактериями до сульфата железа (III) и серной кислоты. Все это позволяет сделать вывод, что формирование бактериальной выщелачивающей среды в верхней части хранилищ минерального сырья, существенно ускоряет природное окисление сульфидных минералов, создает в хранилищах условия исключительно благоприятные для образования разнообразных миграционных форм железа.

В кислой водной фазе минеральной среды, с низкими рН и высокими ОВП, в больших количествах появляются не только миграционные минеральные формы железа, но также образуются бактериальные растворимые его формы. Негативными последствиями размножения ферробактерий, использующих энергию растворенного железа в процессах своей жизнедеятельности, является формирование легкоподвижных частиц гидрата окиси железа размером менее 1 мкм. В процессе биоокисления FeS, FeS2, FeAsS,CuFeS2 ферробактериями, частицы нерастворимого Fe(OH)3 покрываются органической пленкой, которая препятствует их укрупнению и осаждению в процессах водоочистки.

Миграции растворимых минеральных форм железа через подошвенную часть техногенных отложений (рис. 2), их контакты с гуминовыми и фульво- кислотами, способствуют формированию в водной среде также других органических форм железа, которые имеют коллоидную структуру. Растворенное в воде железо преобразуется в органические комплексы, центральным ионом-комплексообразователем которых оно и становится. Коллоидные частицы из-за малого размера и высокого поверхностного заряда (отталкивающего частицы друг от друга) не осаждаются и постоянно находятся в водной среде во взвешенном состоянии, они трудно удаляются безреагентными методами - аэрированием и фильтрованием.

К числу трудно окисляемых и осаждаемых соединений железа, попадающих в подземные воды, также относятся ферроцианы, сформировавшиеся в минеральной среде на стадии ее химического обогащения (обработки пульпы цианидами).

Анализ техногенных форм миграций железа в подземные водные объекты из минерального сырья на карьерах по добыче руд цветных металлов позволил не только наглядно (рис. 1, 2) обосновывать негативную роль хранилищ в формировании избыточных содержаний железа в подземных водах. Сделан также вывод, что взаимодействие процессов горнодобывающего-обогатительного цикла и геоэкологических природных процессов распространения железа и его соединений в окружающей среде объективно предопределяет высокий уровень поступления железа в подземные воды. При наличии фильтрационных потерь жидкой фазы пульпы через основание и борта хранилищ, поступление в подземные воды растворенного железа происходит не только в виде легко удаляемых гидрозакисей

VY

железа, но и в органно-металлических формах, что является одной из составляющих вредного воздействия горных разработок на подземные водные объекты. Очистка подземных вод становится трудоемкой и сложной, значительно увеличиваются затраты на строительство и эксплуатацию очистных сооружений. Все это в комплексе определяет необходимость совершенствования соответствующих защитных инженерно-экологических технологий.

Во второй главе приведен обзор различных способов обезжелезивания природных вод, изучается возможность применения так называемой электрохимической активации воды с целью совершенствования технологий обезжелезивания воды,

Как понятие электрохимическая активация (ЭХА) впервые появилось в 1974 г. в публикациях ташкентской группы исследователей, работавшей над этой проблемой в системе Мингазпрома СССР. К настоящему моменту исследования ЭХА и технологий созданные на ее основе имеют обширную географию, включающую: Россию. США, Англию, Германию, Японию и ряд других стран. К настоящему времени доказано, что электрохимический метод изменения рН водной среды позволяет создавать оптимальные условия для фазово-дисперсного превращения примесей воды с целью последующего извлечения их из водной фазы в виде нерастворимых примесей; интенсификации процессов очистки, таких как сорбция, флокуляция, коагуляция и др. То, что способ изменения окислительно-восстановительных свойств водной среды является безреагентным, позволяет использовать электрохимическую активацию при разработке разнообразных, эффективных, экологически чистых технологий, в том числе природоохранного назначения.

Электрохимическая обработка в проточных реакторах (активаторах) представляет собой совокупность электрохимических и электрофизических воздействий на воду с содержащимися в ней ионами и молекулами растворенных веществ в области пространственного заряда вблизи поверхности электродов (анода, либо катода). В результате электрохимических и электрофизических воздействий вода переходит в метастабильное (активированное) состояние и в течение нескольких десятков часов проявляет повышенную окислительно-восстановительную способность при участии во всевозможных физико-химических процессах. В электрохимическом реакторе при обработке водных растворов происходят следующие процессы: 1 - окисление воды на аноде с образованием ионов гидроксония Н30+ и активных окислителей в объеме анодной камеры; 2 -

восстановление воды на катоде с образованием гидроксил-ионов 01Г и активных восстановителей с повышенной активностью электронов в катодной камере. Современные проточные электроактиваторы позволяет целенаправленно корректировать состав растворенных газов, кислотно-основные свойства (рНи ОВП) воды в пределах больших, чем при химическом регулировании. В связи с этим электроактиваторы называют еще и электрокорректорами.

Нами было сделано предположение, что применяя современные средства электрохимической обработки воды возможно, как ускорять химические реакции окисления железа, так и замедлять реакции его восстановления в минеральной среде. В связи с этим исследовались возможности электрохимической обработки водной фазы горных пород с целью: 1 - оценки влияния электрохимического

корректирования рН и ОНИ ¡¡а окисли тел ьн о-носст ановител ьны с и адсорбционные процессы и торных породах и минеральной среде отпадов: 2 - совершенствования Простых и экономичных способов очистки фильтрационных стоков горных предприятий, с использованием упрошенной аэрации и водонасьццениыч проницаемых, пород в качестве фильтрующей среды, применительно к условиям, когда избыточные содержания растворенного железа велики и присутствуют н трудно окисляемых формах.

Изучение производилось путем физического моделирования в лабораторных условиях и технологического моделирования па производственных объектах, Для

электрохимической обработки воды использовались проточные

модульные элементы 1 Г)М-3 разработанные проф. В.М. Ьахиром, Содержащиеся н конСфу книц бытовых медицинских у етановок типа «Изумруд» (рис. 3).

Рис. 3. Устройство для

проточной электрохимической обработки (активации) воды конструкции проф. Ьахира В.М.

Содержанием эксперимепшв являлось: I проведение экспериментов направленных па снижение интенсивности выщелачивания ¡ге. а также сопутствующею из сульфид содержащих отходов го риодОбываю щих

Предприятий; 2 - Экспериментальное изучение влияния ЭХА на интенсивность осаждения железа из аэрированной воды при филировании ее через горные породы.

В третьей главе отражены результаты Экспериментов по исследованию возможности подавления миграций железа, а также сопутствующих ему металлов и мышьяка, из минеральной массы техногенных хранилищ па основе безреигепт пой электрохимической обработки. Интенсивность бактериального выщелачивания и образования миграционных форм железа предлагается снижать путем электрохимической обработки минеральной среды хранилищ на у част ках. где вероятно развитие ферро бактерий. Результаты проведенных экспериментов показали, что формирование восстановительной среды в сульфидсолержащих хранилищах минерального сырья, путем их орошения водой обработанной в катодной камере Проточного мембранного электрохимического реактора, способствует подавлению ацидофильных тиобактерий. участвующих в выщелачивании же;«за,

Наблюдения за экстракцией железа, а также сопутствующего ем\ мышьяка из сульфидных минералов в процессе окисления в водной среде сульфидов до растворимых сульфатов, переходящих и водный раствор, производи.тись в небольших пластиковых емкостях. Образцы пород, согласно договору о творческом содружестве, были предоставлены 11110 «Комплексное водоснабжение объектов» компанией «Акватэк» (г. Москва), проводившей работы но доизвлечению

дисперсного золота из сульфидных и окисленных руд отвалов карьеров «Кокпатакс Южный-1» (г. Учкудук). Эксперименты проводились в пластиковых колонках с засыпкой в них дробленных и измельченных пиритизированных гранитоидов и глинистых сланцев с содержанием по весу /чг = 11,1 -4- 2,9 %, Ля = 2,8 н-3,9% 5 = 1,2 1,7 %. Внутренний диаметр колонок составлял 15 см, высота засыпки 40 см. В двух сериях экспериментов, в общей сложности семнадцать колонок были заполнены водой с содержанием Ре,юЩ= 0,2-0,3 мг/л и выдержаны в теплом складском помещении 2 месяца. При этом восемь колонок изначально были заполнены только аэрированной водой, а девять других - аэрированной водой прошедшей через катодную камеру электрокорректора. Аэрирование производилось в целях инициирования природных процессов окисления, а катодная обработка производилась для формирования в водонасыщенной загрузке восстановительной среды, препятствующей бактериальному окислению серы, восстановлению железа и переходу его в подвижные формы. По окончанию каждой серии, вода из колонок подвергалась химическому анализу в сертифицированной лаборатории на предмет содержания в ней общего железа. Данные представленные в таблице 1 свидетельствуют, что содержание растворенного железа в колонках без электрохимической обработки в среднем поднялось до 25 мг/л. В колонках с водой прошедшей катодную обработку содержание железа составило не более 7 мг/л при среднем квадрате отклонения 1,3 мг/л.

Таблица 1 - Результаты экспериментов по обработке католитом образцов пород из отвалов карьеров «Кокпатакс Южный-1» (Учкудук)

Содержания в растворе,

мг/л рН, ед. ЕЙ, мВ

Ре - 1 отц м

Образцы необработанные католитом (контрольные)

I серия

1 27.8 16,4 3,0 590

2 29,9 15,1 3,3 570

II серая

1 21,4 11,6 3.3 580

2 24.7 14,6 2,9 600

3 19,5 12,3 3,5 560

4 23,1 12,9 4,1 500

5 34,2 16.5 3.2 610

6 20,6 9;4 3.8 540

Средние значения 25,2 13,6 3,4 568

Образцы, обработанные католитом

/ серия

1 9,2 1,9 5,7 220

2 6,9 1,0 7.0 60

3 7.6 1,1 7,2 -40

II серая

1 6,4 1,1 6,6 80

2 6.7 1,4 6.5 40

3 7.1 1,4 6.7 60

4 5,4 1,1 7.1 -40

5 8.1 1,8 6,3 140

6 5,2 0,8 6,8 ПО

Средние значения 7,0 1,3 6,7 70

В результате сформулировано первое защищаемое положение: Орошение сульфидсодержащих пород в хранилищах минерального сырья водой, прошедшей безреагентную электрохимическую обработку, обеспечивает снижение интенсивности миграции в окружающую среду железа и сопутствующего ему мышьяка в 3-4 раза.

В четвертой главе представлены результаты экспериментов, по проверке предположения о том, что появление в воде атомарного кислорода, в результате электрохимической обработки воды в анодной камере проточного мембранного электрохимического реактора, ускоряет осаждение металл-гидратных комплексов в горных породах фильтрующих воду с большими концентрациями растворенного железа.

Предложено использовать, что скорость химических реакций в значительной мере определяется состоянием так называемого активного комплекса. Известно, что в активном комплексе прежние связи между реагирующими молекулами и соединениями еще не разорваны, но уже ослаблены, новые связи наметились, но еще не образовались. При распаде комплекса образуются либо продукты реакции, либо исходные вещества. Для образования активного комплекса требуется энергия, т.к. в переходном состоянии система имеет более высокую энергию, чем в исходном или конечном состоянии. Энергия необходимая для перехода вещества в состоянии активного комплекса является так называемой энергией активации.

Для лабораторных экспериментов была изготовлена фильтровальная установка (рис. 4.). Электрохимическая обработка в ней ожелезненной воды осуществляется с помощью проточного электрохимического реактора одновременно с се барботированием, перед фильтрованием через фильтрующую загрузку - песок из водоносного горизонта. Путем совместного аэрирования и электрохимического корректирования рН и £/; фильтруемой воды изменялись до значений рН < 5 и ЕИ > +400 700 мВ.

Влияние электроактивации воды на обезжелезивание оценивалось по «контрасту» результатов получаемых на выходе из двух фильтровальных колонок при одинаковых условиях на входе. Сравнивались содержания железа в фильтрате при фильтровании через колонки с одинаковой высотой (0.8 м) загрузки, одинаковой фильтрующей средой (песок водоносного горизонта), при равных входных напорах раствора, содержащего в различных опытах от 10 до 160 мг/л закисного (недоокисленного) железа в виде /ге(504). Скорость фильтрации составляла в среднем 5 м/сут. Перед фильтрованием через первую колонку вода, содержащая растворенное сернокислое железо (//) подвергалась только аэрированию (левая колонка, рис. 4), через вторую - электроактивации и аэрированию (правая колонка, рис. 4). С целью первоначальной «зарядки» фильтрующей загрузки - песка из водоносного горизонта, в течение двух суток

загрузка подвергалась фильтрованию с предварительной аэрацией воды из скважииЫ с содержанием ¡-е"~'~ Сш-т - i .96 ф 2.12 мг! л.

Рис. Схема и внешний вид лабораторной фильтровальной установки

Эксперименты производились в закрытом помещении па производственно-технической базе <<НПО Комплексное водоснабжение объектов» в сентябре 2005 г. Содержание растворенного в ноле железа на входе в фильтровальный колонки измерялось цифровым титратором фирмы IIACII со сменными картриджами. Данное устройство представляет собой современна ю замену бюреточных методов и позволяет оперативного определять содержания растворенного железа в диапазоне от 10 до 1000 мг/л, Для определения содержаний железа в фильтрате в диапазоне с малыми содержаниями 0-10 мг/л использовался компаратор той же фирмы НАСН IR-18B. Регистрация содержаний кислорода. рП и ОВП (/ih, чВ) производилась с помощью рН- метра-ион ом ера-йЛ/С-термоокеиметра «Эксперт-001-4.01» отвечающего. Для обеспечения достоверности регистрации данных перед проведением экспериментов прибор прошел тарификацию у производителя - в фирме «Эконикс-Эксперт».

Обобщенные результаты Экспериментов по фильтрованию аэрированной воды, содержащей закненое железо в форме FeSOA, через фильтровальные колонки, с анодной обработкой ее и без нее, представлены на рис. 5. Представленные на графиках данные свидетельству ют о заметном ускорении интенсивности осаждения железа л порах водонасыщенных проницаемых пород в экспериментах, и которых вода, содержащая значительные концентрации растворенного железа, подвергалась предварительной обработке в анодной камере электрохимического реактора.

Следует вывод, что предварительная электрохимическая активация подпой фазы, способствует повышению активности окислительных процессов в водонасыщенной горной породе, ускоряет формирование адсорбционной пленки из ионов и оксидов двух- и трех валентного железа пи поровой фильтрующей поверхности.

ISO

!

140 III) 101»

152

■ 124

о 5

« g ЯП

.59

fjll i ■

4-49 .

w - » 4 .м

* ^ > ___. y . 24

2® 4 -, --.. .17

IS

«

.'.5 0,7 0.4

I 23456789

№ серии измерений ■ Содержание Fe в исходном растворе, мг/л —» -Содержание Fe в фчль-грате (без ЭХА), мг/п - ■ -Содержание Fe в фльтрате (ЭХА), мг/л

Рис. 5. Результаты экспериментов по фи.плрованит полы содержащей Закисиое железо FeSOt в больших концентрациях через фильтровальные колонки с применением эл е ктрохи м и ч ее кой обработки и без нее

Д-'!и проверки эффективности применения электрохимической обработки па практике в августе 2005 г. в Одинцовском р-не Московской области проведен технологический эксперимент по подземному обезжелези на п и ю воды с применением обработки аэрированной волы в проточном мембранном

электрокорректоре.

Эксперимент проводился па скважине глубиной 1К м. пробуренной на «песок» с общим Содержанием железа в

откачиваемой воде

с,«щ = 2.03 ^ 2.42 мг! я. Дебит

скважины, оборудованной под циклическую закачк> -откачку (рис, (i), составлял около 0.5 м /час.

1'ис, 6. Скважина, оборудованная для проведения экспериментов по подземному обезжелезииапию.

В скважину, с целью «зарядки» прифильтровой зоны, попеременно закачивалась то просто аэрированная вода, то аэрированная вода с дополнительной электрохимической (анодной) обработкой. Аэрирование (барботированием) и электрохимическая обработка (путем циркуляции через проточный электрокорректор) производились в емкости (на заднем плане рис. 6) объемом 3,5 м3. После «закачки-зарядки» скважина выдерживалась в течение 8 час, затем производилась откачка с измерением содержаний растворенного в воде железа.

Заметных результатов по обезжелезиванию откачиваемой воды удалось достичь только на 5-6 циклы, поэтому на рис. 7. представлены результаты с 5 по 8 циклов «закачки-откачки»

2,5

2,0

с £

1,5

Н 1,0 -

0,5

---------{—! "

; ! //• //

I 'У/ -т/

'.А

0,0

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 Объем откаченной из скважины воды, мЗ

- V цикл, с применением ЭХА • VII цикл с применением ЭХА ■

-VI цикл, без ЭХА -VIII цикл, без ЭХА

Рис. 7. Результаты экспериментов по применению электрохимической обработки на скважине в целях обезжелезивания фильтрационных вод в пласте

Из графиков (рис 7) следует, что применение анодной электрохимической обработки (сплошные линии) заметно сказывается на процессах осаждения в пласте растворенного в подземных водах железа. Сравнение объемов откаченной и закаченной воды при применении ЭХА позволило увеличить коэффициент извлечения воды £}„„ш,ч/Омтч (с допустимыми содержаниями железа по ПДЬС) с 1,4 * 1,5 до 2,3 2,4, т.е. на 60%.

Ограниченные возможности эксперимента (отсутствие мощного напорного оборудования для закачки аэрированной воды в скважину) не позволили исследовать сорбцисшные свойства прифильтровых зон скважин при больших радиусах закачки. При этом вполне очевидно, что большие зоны «зарядки» вокруг скважин в состоянии существенно повысить эффективность предлагаемой технологии подземной очистки загрязненных вод.

Применение электрохимической активации на практике открывает возможности совершенствования технологий водоочистки, основанных на упрощенной аэрации и фильтровании. В сложных условиях это позволит избежать сооружения дополнительных аэрационных систем.

С учетом экспериментально установленных различий в физико-химическом воздействии на горные породы воды, раздельно обработанной в анодной или катодной камерах электрокорректора, для практического применения в производственных условиях предлагается схема удаления железа из подземных фильтрационных стоков хвосто- и шламохранилищ, изображенная на рис. 8.

В качестве научного результата предлагается второе защищаемое положение: Эффективность обезжелезивапия стоков из отвалов и хвостохранилищ, определяемая количеством удаленного из воды железа, при фильтровании через песчаные породы, как в наземных сооружениях, так и в пласте, увеличивается на 40-60%, если очищаемые воды наряду с аэрацией подвергать обработке в анодной камере мембранного электрокорректора.

Однако необходимо учитывать, что кольматаж прифильтровых зон скважин (нагнетательных и откачных) в системах in-situ может явиться причиной значительного падения их работоспособности. Это касается и предлагаемой системы (рис. 8)

Известно, что непосредственно контролировать накопление кольматанта непосредственно в прифильтровых зонах скважин технически сложно, поэтому уровень кольматажа на производстве оценивается косвенно - по измерениям производительности скважин. В связи с изучением данного вопроса в пятой главе работы предложена теоретическая модель расчета на ЭВМ изменений производительности скважин, определяемых текущими параметрами пористой среды, размерами зоны осадконакопления. Модель позволяет оценить снижения производительности, вызываемые уменьшением проницаемости зон в результате осаждения нерастворимого железа (III) в породах вокруг скважин. Следует особо отметить, что предлагаемая модель основывается на фундаментальных представлениях о кольматации, сформированных известными учеными, работавшими в области использования подземных вод в целях питьевого водоснабжения: Алексеевым B.C., Клячко В.А., Гаврилко В.М., Башкатовым А.Д.

Отличием предлагаемой расчетной модели является то, что она рассматривает кольматацию больших зон вокруг скважин. Обычно же рассматривается небольшой радиус кольматажа скважин. Непосредственным вскрытием гидрогеологических скважин установлено (Гаврилко В.М.), что в типичных гидрогеологических скважинах кольматаж имеет место в относительно небольшой по размерам зоне, непосредственно прилегающей к фильтру. Заметное изменение проницаемости отмечается на расстояниях до 0,3-0,5 м от внешних стенок фильтра, реже до 1 м. Отметим, что этими же расстояниями, как правило, ограничен радиус эффективного воздействия существующих технологий регенерации гидрогеологических скважин.

При применении технологий формирования геохимических барьеров вокруг скважин с целью интенсивного отложения веществ содержащихся в откачиваемой из скважины жидкости на барьерах вокруг фильтров, размеры и характер зоны кольматации существенно увеличиваются, также меняется характер распределения кольматанта. Именно недостаточная изученность закономерностей кольматации и отсутствие оценок изменений проницаемости в больших зонах вокруг скважин, по мнению специалистов-практиков, сдерживает широкое внедрение на производстве систем пластовой очистки подземных вод.

к> о

Область формирования окислительного барьера

Область формирования восстановительного барьера

Рис. 8, Схема подземной очистки фильтрационных вод

Понижение производительности скважины по причине кольматации и уменьшения пористости пород продуктивного пласта было оценено нами с использованием, в качестве первоосновы, соотношения Клячко В.А.:

и = к--Р----,-, м/с (3)

О -Р)

где: V - скорость движения воды в пласте на расстоянии г от скважины, м/ч; к - коэффициент пропорциональности, м/ч; р- пористость, в долях единицы

Согласно законам фильтрации, производительность скважины прямо пропорциональна скорости движения воды в пласте, поэтому текущая производительность скважины на основании соотношения (3):

О = Г ■ и = Г - к ■ - ^ м3/ч (4)

0-/0"

где: F - общая площадь поверхности фильтрации, соответствующая текущему г, м2.

Основываясь на соотношении (4) мы определяем влияние текущих изменений пористости йр на уменьшение производительности скважины dQ, с учетом начальной пористости пласта и размеров геохимического барьера:

«-г./ " '

с1р

3 '''.,-2. ''

м3/ч (5)

О -Р? О -РУ

Далее выполняется интегрирование (5) в переделах изменения пористости р от ее начальных риач до текущих значений рпККпг Соответствующие изменения

дебита скважины при этом:

,2 3

д ст., (О

/V

Изменения дебита удобнее выразить в относительных единицах, что позволяет исключить из (6) коэффициенты ^ и к\

'7 и Ф

О /0 0-/03

АО = = 1 + ''""" - - 4 —' '--------4 - г ' ■ • —- (7)

относит ^ ' ' 3 ' V' /

Унач Рш

иач___

0 -Р„У

Выражение (7) рассчитывается на ЭВМ численными методами и применимо для моделирования влияния начальной пористости горных пород (в которых происходит кольматация) на интенсивность понижения производительности скважины.

Для определения верхнего предела интегрирования в (7) рассматривался вопрос о влиянии размеров геохимических барьеров Я, на интенсивность уменьшения пористости Ар водоносных пород. При допущении что: 1) удаление из воды нежелательных примесей на созданных электрохимическими методами геохимических барьерах происходит максимально эффективно, 2) объем выделившихся на них осадков со прямо зависит от суммарного объема V

2Г

прошедшей через барьер воды и снижения концентрации удаляемого из воды вещества Ас, 3) уменьшение объема лор Ар происходит по причине отложения кольматанта объемом (ú; изменения пористости Ар представляются, как:

VAca

Ф= t (8)

Ж-R- т р \Ъа

где: Дс - снижение концентрации, мг/л: R - ра чку с геохимического барьера, м; m - мощность пласта. \v, V - суммарный объем прошедшей через барьер воды, м': р - пористость, в долях единицы: а - етехиометрн чески й коэффициент, используемый для перевода единиц веса осаждаемого вещества в единицы объема, i 1ри расчетах учитывалось, что I г окисного железа обрадует при коагуляции 1 »83 г осадка Fe(OH )3. занимает объем 5 мл.

С у четом (8) текущая пористость пласта определяется как:

V ■Ас■а

Ртекут ~ Ра

АР ~ Рнт z с

л • R ■ т - р-10

11рн расчетах снижения про из водитель кости скважины

пористости р„

(9) под стрелялись в (7) в качестве

(9)

значение текущей верхнего предела

Интегрирования. Приведенные формулы позволяют проводить численные расчеты изменений пористости пород пласта на различной удалении от скважины при различных объемах прошедшей через геохимический барьер воды и при различной начальной пористости пород продуктивного пласта.

По результатам расчетов достроено множество графиков; В обобщенном виде их характеризует диаграмм!-,!, одна из которых в качестве примера представлена на

рис. 9. Значения От,кущ (рис.9)

I

i ^

рассчитывается при различных радиусах геохимических барьеров и начальных значениях пористости пород njiacra с \ четом заданной величины снижения концентраций железа.

1'ис, 9, Расчетные значения О,„„-,„,

скважин после прохождения через зои\ ¿зарядки» вокруг и их 100 тыс. м воды

С точки зрения практического применения, выполненные расчеты дают основание утверждать, что при прочих равных условия^, продолжительность эффективной работы скважин в предлагаемой системе очистки фильтрационных вод отвалов и хвостохрани.шщ существенно зависит от размеров зон. и которых протекают процессы осадконакоп.тения удаляемых из фильтрационных потоков нежелательных примесей. Чем меньше размеры зон «зарядки», тем при меньших объемах закачки окислителя (электрохимически активированной аэрированной воды) в пласт может быть

обеспечена его «зарядка». Но в этом случае, по причине более интенсивного кольматажа пор водонасыщенных пород пласта и быстрого снижения дебита скважин, продолжительная работоспособность скважины не может быть обеспечена.

Как результат представляется третье защищаемое положение: Метод прогнозирования снижения производительности скважин на основе математической модели, в динамике рассматривающей закономерные уменьшения проницаемости электрохимически активированных пород вокруг скважин, используемых в целях формирования окислительных геохимических барьеров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной геоэкологической задачи -научно обоснован способ снижения вредного воздействия на подземные водные объекты со стороны хранилищ минерального сырья горных предприятий. Рассмотрена возможность интенсификации процессов естественного очищения в подземных условиях загрязненных фильтрационных стоков дренирующих с отвалов и хвостохранилищ. Для этого электрохимическими методами предлагается производить корректирование рН и ОВП водной фазы минеральной среды, что, как установлено, сопровождается электрохимической активацией не только водной фазы, но непосредственно горных пород - повышается их сорбционная активность.

Основные научные и практические результаты сводятся к следующему:

1) Выполнен анализ процессов горно-обогатительного производства, являющихся причиной загрязнения подземных вод избыточными содержания железа в районах разработки месторождений руд цветных металлов открытым способом. Исследованы технологические процессы горно-обогатительного производства, инициирующие комплекс физико-химических и биохимических процессов взаимодействия железа, содержащегося в минеральной среде, с технологическими и природными окислителями, сорбентами и восстановителями, приводящих к образованию растворимых, но трудно окисляемых форм железа, способных в больших количествах мигрировать в подземные воды в составе фильтрационных стоков из хранилищ минерального сырья.

2) Предложена систематизация техногенных форм миграции железа в подземные водные объекты с хранилищ минерального сырья в районах горных разработок, отличающаяся тем, что миграции железа рассматриваются в единой системе горно-обогатительных и геоэкологических процессов распространения железа и его соединений в окружающей среде.

3) Впервые предложен метод подавления миграций железа, а также сопутствующих ему металлов и мышьяка, из минеральной массы техногенных хранилищ на основе безреагентной электрохимической обработки. Содержание миграционных форм железа в водной фазе отвалов снижается на порядок, если орошать их водой, которой приданы восстановительные свойства, путем ее электрохимической обработки в катодной камере мембранного электрокорректора;

4) Установлено, что электрохимическая обработка загрязненных стоков хранилищ техногенного минерального сырья способна увеличивать окислительно-восстановительные и сорбционные способности фильтрующих горных пород, что проявляется в ускоренном осаждении вредных примесей на них, и это

целесообразно использовать в системах безреагентной очистки производственных стоков, предусматривающих аэрацию и фильтрование через осадочные породы. Для придания воде свойств переносчика активного атомарного кислорода необходимо обрабатывать ее в анодной камере мембранного электрокорректора.

5) Созданы фильтровальные установки, на которых экспериментально определено, что предварительная обработка водной фазы фильтрующей среды в анодной камере электрохимического реактора, существенно повышает эффективность окислительно-восстановительных процессов определяющих удаление загрязнителей из сточных и дренажных вод горных предприятий.

6) На основании обобщения результатов лабораторных экспериментов электрохимическое корректирование ЕЙ и рН водной фазы фильтрующей среды предложено применять не только в традиционных наземных технологиях очистки, использующих методы наземного фильтрования и упрощенную аэрацию, но и в технологиях осаждения загрязнителей на искусственно создаваемых подземных геохимических барьерах, путем чередования восстановительных и окислительных барьеров. Предложена технологическая схема очистки фильтрационных вод хвосто-и шламохранилищ,

7) На практике проверена возможность технологического совершенствования экологически безопасного безреагентпого метода обезжелезивания фильтрационных вод предусматривающего локализацию образующихся осадков в подземных породах (непосредственно на месте обработки), основанного на закачке под землю аэрированной воды, отличающегося предварительным усилением электрохимическими методами окислительно-восстановительных свойств (ЕИ и рН) аэрированной воды;

8) Усовершенствован метод прогноза изменений производительности нагнетательных и дренажных скважин, входящих в предложенную систему очистки фильтрационных вод. Метод предназначен для расчета численными методами на ЭВМ. Изменения производительности скважин в нем оцениваются традиционно -через изменения проницаемости пород пласта, но с применением интегральной формулы, в которую введен переменный верхний предел интегрирования, определяемый пористостью пласта и размерами электрохимически активируемой зоны осадконакопления.

9) Расчетным путем установлено, что эффективная работа предлагаемой системы очистки фильтрационных стоков хвосто- и шламохранилищ на основе применения электрохимической активации подземной водонасыщенной среды возможна при условии обеспечения равномерного осадконакопления вредных примесей вокруг одной скважины на площади порядка 100-500 м2 (радиус «заряжаемой» зоны 10-25 метров).

10) Полученные результаты позволяют утверждать, что применение электрохимических методов при создании искусственных геохимических барьеров обеспечивает не только повышение эффективности обезвреживания фильтрационных стоков с хранилищ минерального сырья горно-обогатительного производства. Современные технические средства электрохимической обработки водных сред открывают перспективы для последующего совершенствования безреагентных технологий ш-эки с накопление и сохранением вредных загрязнителей в малорастворимых и неподвижных формах в подземных условиях.

Основные положения диссертации содержатся в следующих публикациях:

1. Сауков И.В., Сердюк Н.И., Ганин И.П. Опытно-экспериментальные работы по обезжелезиванию подземных вод в пласте с применением электрофизической активации водной среды // Материалы V международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поиске, разведке и разработке полезных ископаемых». Москва. РГГРУ, 2006 г.

2. Сауков И.В.. Сердюк Н.И., Ганин И.П. Эффективность технологий обезжелезивания подземных вод в водоносном пласте // Материалы V международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поиске, разведке и разработке полезных ископаемых». Москва, РГГРУ, 2006 г.

3. Брюховецкий О.С., Ганин И.П., Сауков И.В., Секисов А.Г. Применение электрохимической активации в технологиях очистки фильтрационных стоков с хранилищ минерального сырья. // Сборник избранных научных трудов V международной научно-практической конференции « Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых». -Москва, РГГРУ, 2006 г.

4. Брюховецкий О.С., Гаиин И.П., Сауков И.В. Лабораторные эксперименты по обезжелезиванию природных подземных вод методом фильтрации с применением электрофизической активации водной среды // Материалы V международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поиске, разведке и разработке полезных ископаемых». Москва, РГГРУ, 2006 г.

5. Брюховецкий О.С., Ганин И.П., Сауков И.В. Расчеты изменений проницаемости пород водоносного пласта в условиях обезжелезивания подземных вод в пласте // Материалы V международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поиске, разведке и разработке полезных ископаемых». Москва, РГГРУ. 2006 г.

6. Сердюк Н.И., Ганин И.П.. Сауков И.В. Результаты технологического моделирования обезжелезивания природных подземных вод с применением электрофизической активации водной среды на действующем водозаборе // Материалы V международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поиске, разведке и разработке полезных ископаемых». Москва, РГГРУ, 2006 г.

7. Сауков И.В., Сердюк Н.И. Обоснование эффективных методов раскольматации водозаборных горизонтов // Материалы VII Международной научно-практической конференции: Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых. -М.: МГГРУ, 2005. - с. 293.

8. Гуляк C.B., Осика И.В., Сауков И.В., Сердюк Н.И., Шибанов Б.В. Оптимизация процессов при комплексном водоснабжении объектов // Автоматизация и современные технологии. -2005, №1. - с. 41-43.

9. Гуляк C.B., Осика И.В., Сауков И.В., Сердюк Н.И., Шибанов Б.В. Проблемы качества поверхностных вод и механизмы экологического контроля // Экологические приборы и системы. -2005, №4. - с. 24-26.

10. Сауков И.В. Мудрак A.B., Ганин И.П. Современные технологии обезжелезивания откачиваемых подземных вод // VI Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». Материалы конференции, т. 3. Москва, МГГРУ, 2003 г.

11. Брюховецкий О.С., Сауков И.В., Ганин И.П. Совершенствование технологии деферризации откачиваемых подземных вод // VI Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». Материалы конференции, т.З. Москва, МГГРУ, 2003 г.