Очистка шахтных вод шахты "Житомирская" ш/у "Комсомольское" ГХК "Октябрьуголь"

Опыт эксплуатации установок для обеззараживания воды бактерицидными лучами показывает, что этот метод обеспечивает надежную дезинфикацию воды, однако только при обработке осветленных и бесцветных вод. Расход электроэнергии на обеззараживание воды из подземных источников водоснабжения облучением не превышает 10-15 Вт. ч/м², а из поверхностных источников (после осветления воды) до 30 Вт. ч/м².

Недостатком метода является отсутствие оперативного контроля за эффектом обеззараживания. [9].

Накопление осадка в прудах-отстойниках и илонакопителях является простым, удобным в эксплуатации и дешевым методом его обработки, позволяющем избежать затрат на его обезвоживание. Однако эти сооружения занимают большие площади, а в паводковые периоды представляют потенциальную опасность как источник загрязнения водоемов. Они рассчитываются на длительный срок службы, составляющий не менее 10 лет. По истечении срока службы производится наращивание бортов сооружений для образования дополнительной емкости, или строятся новые сооружения, а территории, занимаемые старыми сооружениями, рекультивируются.

4.2 Выбор и обоснование схемы очистки шахтных вод шахты "Житомирская"

Шахтные воды шахты "Житомирская" ГХК "Октябрьуголь" относятся к слабосолоноватым, сульфатно-хлоридного класса. Имеют низкую минерализацию.

Слабосолоноватые воды могут использоваться в промышленном водоснабжении практически всех потребителей без снижения солесодержания.

Общие требования к технологии очистки и очистным сооружениям, которые сводятся к следующим:

технология очистки должна предусматривать 3 основных стадии: удаление взвешенных веществ (или осветление), обеззараживание воды, обработку (или складирование) осадка;

удаление взвешенных веществ должно производиться в одну или две ступени в зависимости от их концентрации в исходной шахтной воде;

технология очистки должна обеспечивать получение необходимого качества очистки воды при изменении количества и качества исходной шахтной воды по сезонам года, а также в результате вскрытия новых горизонтов и освоения новых участков шахтного поля;

качество очистки шахтных вод должно обеспечивать возможность широкого использования очищенной воды на производственные нужды предприятий и удовлетворять условиям сброса избыточного объема в водоемы;

очистные сооружения должны быть надежны в работе, экономичны, простыв строительстве и эксплуатации, по возможности компактны и не должны занимать больших площадей, пригодных для использования в народном хозяйстве;

технологические процессы очистки воды и обработки осадка должны максимально поддаваться механизации, дистанционному управлению и автоматизации;

совокупность технологических схем очистки должна охватывать весь диапазон изменения притоков, состава и технологических свойств шахтных вод.

На основании анализа результатов выполненных научных исследований, практического опыта применения различных технологических схем очистки шахтных вод и выявления соответствия этих схем перечисленным выше общим требованиям выбраны 6 наиболее современных и эффективных технологических схем. Для условий шахты "Житомирская" наиболее подходит технологическая схема с использованием прудов-отстойников и скорых фильтров на весь приток.

Технологическая схема с применением прудов-отстойников может эффективно использоваться для очистки шахтных вод, в которых взвешенные вещества обладают хорошими седиментационными свойствами, то есть кинетически неустойчивы и способны к коагуляции без введения химических реагентов. При этом содержание взвешенных веществ в исходной воде может быть различным и не оказывает существенного влияния на качество очистки.

Очистные сооружения по данной технологической схеме предназначены для очистки от взвешенных веществ и обеззараживания нейтральной шахтной воды с рН=6,5-8,5 с целью последующего ее использования на производственные нужды шахты и соседних с ней предприятий, а также для предотвращения загрязнения водоемов в результате сброса избыточного объема шахтных вод. Общая концентрация взвешенных веществ в исходной шахтной воде не ограничивается, содержание тонкодисперсных частиц гидравлической крупностью менее 0,05 мм/с не должно превышать 50 мг/л.

В данной технологической схеме шахтная вода по трубопроводу поступает в пруд-отстойник, отстаивается в нем и подается насосом на скорые открытые фильтры. Для повышения качества очистки шахтной воды перед поступлением на фильтры она может обрабатываться раствором флокулянта. Далее фильтрат попадает в бактерицидную установку, где обеззараживается путем облучения и направляется в резервуар очищенной воды.

4.2.1 Расчет основных сооружений технологической схемы

Пруд-отстойник предназначен для удаления взвешенных веществ их шахтных вод и промывной воды фильтров и для длительного хранения и складирования образующегося при этом осадка. Кроме того, он обеспечивает улучшение органолептических, бактериологических и других показателей свойств воды в результате естественного обогащения ее кислородом, частичного разложения органических веществ и других сложных физико-химических процессов самоочищения.

Располагаются отстойники преимущественно в балках, оврагах, на заболоченных участках и других неудобных для промышленного и сельскохозяйственного использования землях и имеют неправильную форму в плане. В некоторых случаях они размещаются на равнинных участках и ограничиваются насыпными дамбами, имеют правильную прямоугольную форму. Очистка прудов-отстойников от осадка обычно не производится в связи с большим объемом и высокой его влажностью, необходимостью иметь специальные сооружения большой емкостью (илонакопители) при гидравлическом способе удаления осадка или дополнительные площади для размещения осадка при механическом способе его удаления после подсушивания. При заполнении пруда-отстойника осадком до расчетного уровня производится наращивание его бортов (дамб) с целью создания дополнительной емкости или строительство нового пруда-отстойника. При благоприятных условиях пруды-отстойники могут рассчитываться с учетом периодической чистки их от осадка. В этом случае количество отстойников принимается не менее двух, из которых один находится в работе, а другой в очистке. Периодичность удаления осадка должна быть не более одного раза в два года.

Отстойник, имеющийся на шахте соответствует требования.

Скорые открытые фильтры предназначены для глубокой очистки от взвешенных веществ шахтных вод, прошедших предварительную очистку в пруде-отстойнике.

Для загрузки фильтров используется кварцевый песок, удовлетворяющий требованиям по химической стойкости и механической прочности (измельчаемость не более 4%, истираемость на более 0,5%).

Восстановление фильтрующей способности загрузки производится периодически восходящим потоком воды. Параметры промывки следующие.

Для обеспечения эффективной и стабильной работы фильтров, особенно при большом содержании тонкодисперсных примесей, в поступающей на них воде используются флокулянты. Раствор флокулянта вводится непосредственно перед фильтрами с тем, чтобы процесс коагуляции происходил в толще фильтрующей загрузки. Основные параметры работы скорых фильтров определяются на основании технологических исследований подлежащей очистке воды.

Скорые фильтры представляют собой резервуары прямоугольной формы, выполненные из железобетона, нижняя часть которых заполнена загрузкой, состоящей из фильтрующих слоев кварцевого песка и поддерживающего слоя гравия.

Фильтрация воды происходит в направлении сверху вниз под действием гидростатического напора. Высота слоя воды над поверхностью загрузки не должна быть менее 2 м.

Расчет скорых фильтров.

Полезная суточная производительность фильтра должна соответствовать суточному водопритоку, таким образом, полезная суточная производительность фильтра Q =1002,84 м³/сут.

Принятый тип фильтра - скорые однослойные песчаные, плотность зерен загрузки составляет _з =2,5 т/ м³, минимальный диаметр зерен d_min=0,5 мм, максимальный диаметр зерен d_max=1,2 мм, эквивалентный диаметр зерен d_э=0,8 мм, коэффициент неоднородности к_н=1,9, высота фильтрующего слоя L_ф=0,8 м.

Скорость фильтрования при нормальном режиме принимаем равным

v_н=5,0 м/ч.

Допустимая скорость фильтрования при форсированном режиме:

v_ф=6,0 м/ч.

По п.6.97 [11] принимаем 2 промывки в сутки, т.е. n_пр=2.

По табл.23 [11] принимаем следующие параметры промывки:

интенсивность промывки - =14 л/ (с*м²);

относительное расширение загрузки - Е=45%;

По п.6.110,6.114 [11] принимаем продолжительность промывки: t_пр=10 мин.

Удельный расход промывной воды на один фильтр рассчитывается по формуле:

q=0,06*t_пр* (4.5), q=0,06*10*14=8,4 м³/м².

По п.6.98 [11] принимаем время простоя фильтра в связи с промывкой:

_пр=0,33 часа.

По формуле 18 [11] рассчитываем общую площадь всех фильтров, F:

F=Q/ (24*v_н-n_пр*q-n_пр*_пр*v_н) (4.6)

F=1002,84/ (24*5,0-2*8,4-2*0,33*5,0) =10,04 м².

Ориентировочное количество фильтров определяем по формуле:

N₀=0,5* (4.7)

N₀=0,5*=1,6, принимаем 2 шт.

Ориентировочная площадь одного фильтра определяется по формуле:

F₁=F/N₀, (4.8)

F₁=10,04/2=5,02 м².

Принимаем стандартную площадь фильтрования типового фильтра F_ст - ближайшее значение к F₁, F_ст=6,7 м². Принятые размеров фильтра:

а=3 м;

в=2,5 м.

Принятое количество фильтров рассчитывается по формуле:

N=F/F_ст, (4.9)

N=10,04/6,7=1,5, принимаем 2 шт.

По п.6.95 [11] принимаем, что в ремонте будет резервный фильтр.

Действительная скорость фильтрования в форсированном режиме определяется по формуле:

v_ф=v_н*N/ (N-N_р), (4.10)

v_ф=5,0*2/2=5 м/ч.

По таблице 22 [11] определяем состав и высоту поддерживающих слоев: L_п=0,7 м,

крупность: 40-20 мм - толщина: 0,35 м

20-10 мм 0,15 м

10-5 мм 0,1 м

5-2 мм 0,1 м

Итого всего: - 0,7 м

Расчет распределительной системы фильтра.

Выбираем тип распределительной системы с дырчатыми трубами.

Расход воды при промывке одного фильтра определяется по формуле:

Q_пр.1=F_ст*/1000, (4.11)

Q_пр.1=6,7*14/1000=0,094 м³/с.

По п.6.106 [11] принимаем скорость движения воды в коллекторе:

v_к=1,2 м/с.

Площадь сечения коллектора:

f_к=Q_пр.1. /v_к, (4.12), f_к=0,094/1,2=0,075 м².

Диаметр водораспределительного коллектора:

D_к=,

D_к==0,309 м, принимаем D_к=300 мм.

По п.6.105 [11] принимаем расстояние между боковыми ответвлениями:

S=0,35 м.

Количество боковых ответвлений:

n_бо=2* (b/S-1), (4.13)

n_бо=2 (2,5/0,35-1) =12 боковых ответвлений.

Расход промывной воды на одно ответвление:

Q_бо=Q_пр1/n_бо, (4.13)

Q_бо=0,094/12=7,5*10^-3

Диаметр бокового ответвления:

D_бо=,

D_бо==0,069 м, принимаем 75 мм.

Отверстия располагаются в 2 ряда в шахматном прядке под углом 45 к низу от вертикали, и по п.6.105 [11] принимаем диаметр отверстий d₀=12 мм.

Площадь одного отверстия рассчитывается по формуле:

f₀=*d₀²/4, (4.14)

f₀=3,14*12²/4=113 мм².

По п.6.106 [11] коэффициент перфорации изменяется в пределах от 0,0025 до 0,005, принимаем коэффициент перфорации К_п=0,0025.

Суммарная площадь отверстий определяется по формуле:

f₀=К_п*F_ст,

f₀=0,0025*6,7=0,017 м².

Общее количество отверстий:

N₀=f₀/f₀*10^-6,N₀=0,017/113*10^-3=150 шт.

Количество отверстий на одном ответвлении рассчитывается по формуле:

n₀=N₀/n_бо, (4.15)

n₀=150/12=12,5, принимаем 13 отверстий.

Шаг отверстий должен находиться в пределах от 0,15 до 0, 20, шаг отверстий рассчитывается по формуле:

е=b/ (n₀+1), (4.16)

е=2,5/ (13+1) =0,178 м, что соответствует п.6.105 [1].

По п.6.109. [11] предусматриваем стояки воздушники с установкой на них запорной арматуры или автоматического устройства для выпуска воздуха в качестве устройства для удаления воды из распределительной системы.

Скорые фильтры оборудованы устройством для сбора и отвода воды - желоба.

Расстояние между осями желобов по п.6.111 [11] должно быть не более 2,2 м, поэтому принимаем расстояние между осями желобов равное 1,0 м.

Для отвода промывной воды принимаем количество желобов равное:

n_ж=а/С_ж, (4.17)

n_ж=3/1,0=3 желоба.

Через один желоб расходуется воды:

q_ж=Q_пр.1/n_ж, (4.18)

q_ж=0,094/3=0,031 м³/с.

По формуле (23) [11] рассчитываем ширину желоба:

В_ж=2*, (4.19)

В_ж=2*=0,33 м.

Высота желоба равна:

h_ж=0,6*В_ж, (4.20)

h_ж=0,6*0,33=0,2 м.

Высота кромки желоба над поверхностью фильтрующей загрузки рассчитывается по формуле (25) [11]:

Н_кр=L_ф*Е/100 +0,3, (4.21)

Н_кр=0,8*45/100 +0,3=0,66 м.

Ширина бокового канала равна 0,3 м.

Расстояние от дна желоба до дна сборного канала рассчитывается по формуле (24) [11]:

Н_к=1,73*, (4.22), Н_к=1,73*=0,4 м.

Скорость течения промывной воды в конце сборного канала определяется по формуле:

V_к=Q_пр.1/ (Н_к-0,2) *В_к, (4.23), V_к=0,094/ (0,4-0,2) *0,3=1,57 м/с.

Принятая система промывки фильтров - от насосов, поэтому при промывке происходят потери напора, рассчитаем потери напора при промывке фильтров от насосов.

Суммарная площадь отверстий на одно боковое ответвление рассчитывается по формуле:

f_o1=f₀/n₀, (4.24), f₀₁=0,017/12=0,00142 м².

Коэффициент перфорации бокового ответвления рассчитывается по формуле:

k_бо=4*f₀₁/*D_бо², (4.25), k_бо=4*0,00142/3,14*0,075²=0,32.

Коэффициент местного сопротивления бокового ответвления определяется по формуле:

_бо=2,2/k_бо²+1,_бо=2.2/0,32²+1=23.

Суммарная площадь сечений всех боковых ответвлений определяется по формуле:

f_бо=*D_бо²*n_бо/4, (4.26), f_бо=3,14*0,075²*12/4=0,05 м².

Коэффициент перфорации коллектора:

k_к=4*f_бо/*D_к². (4.27)

k_к=4*0,05/3,14*0,3²=0,7.

Коэффициент гидравлического сопротивления коллектора определяется по формуле:

_к=2,2/k_к²+1, (4.28)

_к=2,2/0,7²+1=5,5.

Потери напора в распределительных трубах определяется по формуле (22) [11]:

h_р=_к*v_к²/2g+_бо*v_бо²/2g+v_к²/2g, (4.29)

h_р=5,5*1,2²/2*9,81+23*2²/2*9,81+1,2²/2*9,81=5,25 м.

Потери напора в фильтрующем слое при промывке определяется по формуле:

Н_ф=1,5*L_ф, (4.30), Н_ф=1,5*0,8=1,2 м.

Потери напора в гравийных поддерживающих слоях:

h_{п. с.} =0,022*L_n*, (4.31)

h_{п. с.} =0,022*0,7*14=0,215 м, принимаем 0,22 м.

Сумма потерь напора в загрузке определяется по формуле:

Н_з=Н_ф+h_n, (4.32)

Н_з=1,2+0,22=1,42 м.

Длину подводящего трубопровода принимаем равной l=50 м.

Скорость движения воды в подводящем трубопроводе принимаем по таблице Шевелева для пропуска Q_пр.1 =0,094 м³/с, она равна 1,77 м/с.

По таблице Шевелева принимаем диаметр проводящего трубопровода для пропуска Q_пр.1=0,094, диаметр равен 250 мм.

Гидравлический уклон подводящего трубопровода принимаем по таблице Шевелева для пропуска Q_пр.1=0,094 м³/с, он равен i=19,3/1000=0,019.

Потери воды в трубопроводе, подающем промывную воду к общему коллектору распределительной системы определяется по формуле:

h_{п. т.} =2*i*l, (4.33)

h_{п. т.} =2*0,019*50=1,93.

Коэффициент 2 учитывает потери напора на местных сопротивлениях.

Полная величина потерь при промывке фильтра определяется по формуле:

Н_пр=Н_з+h_р+h_{п. т.,} (4.34)

Н_пр=1,42+5,25+1,93=8,6 м.

Следующим действием выбирается тип промывного насоса. Необходимый напор насоса определяется как Н_н=Н_пр+7=15,6 м.

Необходимая производительность насоса рассчитывается по формуле:

Q_н=3600*Q_пр.1, (4.35), Q_н=3600*0,094=338,4 м³/ч.

Количество рабочих агрегатов принимаем равным N_раб=1 шт.

Количество резервных агрегатов принимаем также равным N_рез=1 шт.

Общее количество насосных агрегатов составляет:

N=N_раб+N_рез, (4.36)

N=1+1=2 шт.

Выбираем насос типа Д-500-36.

Реагентное хозяйство включает растворный бак коагулянта с механической мешалкой для приготовления концентрированного раствора (0,5 - 1% по активному продукту), расходные баки рабочего раствора коагулянта (0,1 - 0,5%), насос для перекачки раствора коагулянта из растворного бака в расходные баки, дозирующее устройство и расходный склад коагулянта. Число устройств и их размеры определяются расчетом, исходя из максимального притока шахтных вод, принятой дозы и концентрации раствора коагулянта. Количество расходных баков должно быть не менее двух, за исключением случаев, когда рабочий раствор коагулянта готовится непосредственно в растворном баке.

В качестве дозирующих устройств используются поплавковые дозаторы или насосы-дозаторы, количество их должно быть не менее двух, их которых один является резервным. Допускаемая точность дозировки 5%. Ёмкость расходного склада рассчитывается из условия хранения 15-30 суточного расхода коагулянта в период максимальной его потребности.

Расчет реагентного хозяйства.

Принятый тип реагента -сернокислый алюминий (Al₂ (SO₄) ₃).

Доза реагента принимается равной D=6 г/м³.

Содержание активного продукта в реагенте равна А=40%.

Концентрация раствора реагента равна С=0,1%, при этом должно соблюдаться условие, что концентрация раствора реагента должна быть в пределах от 0,1 до 0,25%.

Плотность раствора реагента такая же как и у воды, т.е. =1000 кг/м³. Суточный расход технического продукта рассчитывается по формуле:

G=D*Q/10A, (4.37)

G=6*1002,84/10*40=15,04 кг.

Запас реагента допускается сроком на 30-90 суток, поэтому срок запаса реагента принимаем Т=90 сут.

Плотность технического продукта - р=1400 кг/м³.

Высота складирования принимается равной Н=0,5 м. При этом площадь склада рассчитывается по формуле:

F=G*T/р*Н, (4.48), F=15,04*90/1400*0,5=1,93 м².

Реагент заготавливается на период от 12 до 36 часов, принимаем период времени, на которое заготавливается реагент t=24 часа.

Емкость растворно-расходных баков реагента определяется по формуле:

W=D*Q*t/10*С*, (4.49), W=6*41,78*24/10*0,1*1000=6,0 м³.

Количество баков принимаем равным N=2 шт.

Емкость одного бака рассчитывается по формуле:

W₁=W/N, (4.50)

W₁=6,0/2=3 м³.

Баки бывают обычно кубической формы, его размеры:

a х b x h=1,5х1,5х1,3 м.

Для приготовления раствора реагента необходимо перемешивать воду с концентрированным раствором реагента, для перемешивания используется сжатый воздух, интенсивность подачи сжатого воздуха для раствора по п.6.23 [11] принимается в пределах от 8 до 10л/с. м². Принимаем интенсивность подачи сжатого воздуха =10 л/с. м².

Расход сжатого воздуха для перемешивания раствора определяется по формуле:

=60аb, (4.51)

=60*10*1,5*1,5=1350 л/мин.

Расход раствора реагентаопределяется по формуле:

q=100*D*Q/С*, (4.52)

q=100*6*41,78/0,1*1000=250,68 л/час.

По данным, полученным выше, принимаем тип дозатора - НД-100/40.

Резервуар очищенной воды предназначен для очищенной от взвешенных веществ шахтной воды и для создания запасов воды на собственные нужды очистных сооружений и производственные нужды предприятий. Ёмкость его определяется из расчета запаса воды на одну промывку всех фильтров и 2-часового запаса воды на производственные нужды предприятия.

Представляет собой заглубленную железобетонную емкость, оснащенную системой подачи воды и переливным трубопроводом для сброса избыточного объема воды в водоемы.

Насосная станция оборудована следующими основными группами насосов:

для подачи осветленной шахтной воды из пруда-отстойника на скорые фильтры;

для промывки фильтров;

для подачи очищенной воды на нужды очистных сооружений;

для подачи очищенной воды потребителям;

для подачи загрязненной промывной воды фильтров в пруд-отстойник;

для подачи концентрированного раствора флокулянта из растворного бака в расходный.

Каждая группа должна иметь не менее 2 насосов, из которых один является резервным.

4.2.2 Потребители очищенной шахтной воды

В основном шахтную воду на производстве используют на технологические нужды, на нужды вспомогательного производства, на хозяйственно-бытовые и питьевые нужды.

Технологические нужды включают в себя следующие направления водопотребления: пылеподавление и противопожарная защита.

В расчетах норм потребления воды на пылеподавление учитывается ее расход: на орошение в процессе выемки угля, при проходке подготовительных выработок, при транспортировке горной массы на пунктах пересыпа и перегрузки, для нагнетания воды в пласт, на устройство водяных завес, а также на осуществление целого ряда вспомогательных производственных операций с использованием воды в незначительных количествах.

Водопотребление при пылеподавлении организовано по прямоточной системе. Значения нормативов, а также объемные показатели, определяющие расчетную величину водопотребления по каждому процессу, представлены в таблице 4.3

Таблица 4.3 - Нормативы и объемные показатели, определяющие величину водопотребления, на пылеподавление шахт

Потребляющие процессы	Ед. изм.	Нор-матив	Объемный показатель
1	2	3	4
1. Нагнетание воды в пласт 2. Орошение при выемке угля из очистных забоев (включает орошение при работе механизмами и ручной навалке угля) 3. Устройство водяных завес при выемке угля (проходке выработок) взрыванием: одинарных двойных 4. Устройство водяных завес при выемке угля (проходке выработок) взрыванием: одинарных двойных 5. Орошение при ведении подготовительных работ (включает орошение взорванной массы при погрузке и орошение при работе проходческих комбайнов) 6. Орошение при конвейерной транспортировке угля (перегрузка с конвейера на конвейер) 7. Орошение на погрузочных пунктах 8. Орошение при перегрузке угля и породы с конвейера в вагонетки или из вагонеток в скип 9. Пылеподавление на поверхностном комплексе на пунктах пересыпа	л/т л/т л/мин л/мин л/мин л/мин м3/м л/т л/т л/т л/т	25 30 30 60 30 60 0,6 10 10 15 8	V1 - объем добычи с нагнетанием воды в пласт, тыс. т. V2 - объем добычи угля из очистных забоев, тыс. т. V3 - годовой фонд времени работы завес, тыс. мин. V4 - годовой фонд времени работы завес, тыс. мин. V5 - объем проведения выработок, тыс. м. V6 - объем пересыпаемой с конвейера на конвейер массы угля, т. V7-объем угля, поступающего на транспортировку, т. V8-объем угля и породы, выдаваемой на поверхность, тыс. т. V9 - объем угля, орошаемого на поверхности в пунктах пересыпа.

Потребность в воде для неучтенных процессов (противопожарные водяные заслоны, водяная забойка и водораспылительные завесы при взрывании, промывка шпуров при бурении бурильными молотками, обмывка выработок перед взрыванием, ежедневная обмывка и орошение в подготовительных выработках, проверка трубопроводов и др.) принимается дополнительно в размере 15% от расчетной потребности на пылеподавление.

Согласно действующим санитарным нормам и правилам по содержанию угольной и сланцевой промышленности для целей орошения должна использоваться вода питьевого качества. В то же время, по согласованию с санитарными органами наряду с питьевой водой может быть использована очищенная и обеззараженная шахтная вода [15].

В расчетах норм потребности в воде на производство теплоэнергии в котельных учитывается ее расход на выпуск теплоэнергии, продувку котла, на водоподготовку и другие собственные нужды котельной.

Водоснабжение основного процесса (выработки теплоэнергии) организованно по оборотной системе с возвратом конденсата, вспомогательных процессов - по прямоточной системе. Расчет норм потребности в воде на нужды котельной производится при учете того, что на нужды котельной рекомендуется применять воду, очищенную до требований санитарных органов, на нужды гидрозолоудаления - техническую и шахтных водоотливов.

При расчетах следует учитывать, что используется оборотная вода в размере 1,32 м³/гкал и свежая вода на восполнение потерь в сети (при возврате конденсата в размере 80%) - 0,35 м³/гкал.

В расчете норм потребности в воде для прочих неучтенных потребителей учитывается ее расход на: геологоразведочные работы, тушение породных отвалов, на капитальное строительство, капитальный и текущий ремонт зданий и сооружений шахт, технологические нужды механических цехов, противопожарные мероприятия (пополнение противопожарных резервуаров, полив лесных складов в летнее время), на биологическую рекультивацию земель, мойку полов конторских и производственных помещений, собственные нужды водопровода и др.

Потребность в воде, при расчете норм для прочих потребителей, в соответствии с практикой проектирования водоснабжения, учитывается совместно с расходом воды на плановые потери и утечки в сетях водоснабжения и принимается в размере 15% от суммарного расхода по учтенным процессам водопотребления.

При расчете норм потребления воды для хозяйственно - бытовых нужд работающих на производстве учитывается ее расход на хозяйственно-питьевые нужды и на приготовление напитков, мытье фляг, душевых, обуви, стирку спецодежды (при наличии собственной прачечной), на полив территории и приготовление пищи в столовых и буфетах, размещенных на территории предприятия.

Водоснабжение процессов организовано по прямоточной системе. Значение нормативов для расчета норм и рекомендуемые объемные показатели, определяющие величину водопотребления по процессам представлены в таблице 4.4

Таблица 4.4 - Нормативы и объемные показатели, определяющие водопотребление на хозяйственно-бытовые нужды работающих на предприятии

Направление расходования	Ед. имз.	Нор-матив	Объемный показатель
1	2	3	4
1. Хозяйственно-питьевые нужды: трудящихся, работающих непосредственно в шахтах другие категории трудящихся 2. Приготовление пищи в столовых и буфетах 3. Поливка зеленых насаждений, газонов и цветников на территории предприятия	л/чел. - см. л/блюдо л/м2 на 1 поливку	15 25 12 5,0	V1,2-среднегодовое количество чел. - смен контингента, пользующегося соответствующими услугами. V3-количество блюд, приготовляемых за год. V4 - расчетная годовая площадь поливки.

Учитывая приведенные выше нормативы, составлен расчет водопотребления шахты ”Житомирская". Количество водопотребления в м³/год по процессам составляет: на пылеподавление всего необходимо 70,2 тыс. м³/год, на нужды вспомогательного производства всего 29,7 тыс. м³/год, на хозяйственно-питьевые нужды всего используется 200,8 тыс. м³/год питьевой воды.

Всего по шахте используется 300 тыс. м³/год питьевой воды.

Применение данной установки позволит сократить расходы на покупку 300 тыс. м³/год питьевой воды путем замены ее очищенной шахтной водой. Дополнительный экономический эффект достигается путем уменьшения убытков от выброса в природу высокомутных шахтных вод. Экономическая эффективность применения данной установки рассчитывается в экономической части проекта.

4.2.3 Автоматизация

Современные системы водоснабжения городов и прилегающих предприятий состоит из ряда сложных производственных объектов. К ним относятся водоприемные сооружения, станции очистки воды, сети водоснабжения, насосные станции. В этих объектах осуществляются различные механические, гидравлические, физико-химические процессы. Оперативный контроль за протеканием этих процессов затруднен их сложностью и произвольными внешними воздействиями. Наряду к указанным системам водоснабжения предъявляются требования экономичности как их сооружений, таки последующей их эксплуатации.

Приведенные особенности работы систем водоснабжения и канализации оказывают, что для оптимального управления ими недостаточно наличие квалифицированного эксплуатационного персонала. Поэтому необходимо использование современных средств автоматизации контроля и управления.

Автоматизация процесса фильтрования воды является одним из важнейших вопросов автоматизации водопроводных очистных станций.

Автоматизация фильтров позволяет достичь безаварийной работы, увеличить на 8-10% производительность фильтров и улучшить качество фильтруемой воды, снизить расход промывной воды и электроэнергии. На фильтрующих установках осуществляется автоматическое регулирование и автоматическая промывка фильтров.

Часто бывает необходимо наряду с поддержанием постоянной скорости фильтрации изменить ее в заданных пределах в зависимости от поступления воды на очистные сооружения или при отключении части фильтров для промывки и ремонта.

Для этой цели в данном проекте разработана схема автоматического регулирования работы станции (рисунок 4.2).

В канале, подающем воду на фильтры, устанавливается уровнемер с электрическими датчиками и регулятор открытия фильтратной задвижки.

Датчики уровнемера служат задатчиком для регуляторов скорости фильтрования всех фильтров. При нарушении равновесия между подачей воды от насосов первого подъема и отводом отфильтрованной воды, например при отключении одного фильтра на промывку, уровень воды в канале начинает увеличиваться. При этом датчик уровнемера задает новую увеличенную скорость фильтрования всем остальным фильтрам.

По истечении некоторого времени нарушенное равновесие восстановится на новом уровне воды в канале. Таким образом автоматически устанавливается скорость фильтрования, соответствующая числу работающих фильтров и притоку воды от насосов первого подъема.

Электрическая схема регулирования представлена на рисунке 4.3 Для измерения скорости фильтрования принят расходомер с ДМ-6 и вторичным прибором ЭПВ-2, имеющий реостатный задатчик со стопроцентной зоной пропорциональности. Уровень воды в канале измеряется таким же количеством приборов с двадцати процентной зоной пропорциональности. В качестве регуляторов приняты ЭГ-III-59. Цепи питания регуляторов и управление задвижками на электрической схеме не показаны. Реостатные задатчики вторичных приборов питаются от сети переменного ток, через трансформатор и добавочное сопротивление СД.

Пределы допустимого изменения уровня в канале устанавливается задатчиком измерения уровня ИУ. Максимально допустимая скорость фильтрации устанавливается реостатом R₁, при верхнем уровне воды в канале, минимальная - реостатом R₂ при нижнем уровне воды.

Может возникнуть необходимость создания для отдельных фильтров пониженной и повышенной скорости фильтрования. Для этой цели в схеме предусмотрены переключатели ПУ₁ и ПУ₂.

При переводе переключателя ПУ какого-то фильтра в положение местного управления, регулятор этого фильтра переместится с автоматического задатчика на реостат задатчика УСФ.

Тогда скорость фильтрования этого фильтра будет задаваться передвижением направляющей стрелки по шкале УСФ. В схеме предусмотрена аварийная сигнализация, когда скорость фильтрования или уровень в канале выходит за установленные пределы. На рисунке 1 показаны только два фильтра, другие фильтры присоединяются аналогично.

Таким образом, автоматизация регулирования режима работы фильтров обеспечивает оптимальный технологический режим работы фильтров без дополнительных затрат.

Достоинствами технологической схемы:

может применятся в широком диапазоне притоков шахтных вод;

обеспечивает высокое качество очищенной шахтной воды независимо от начальной концентрации взвешенных веществ, что позволяет широко использовать ее на технологические нужды предприятий;

для достижения высокого качества очистки достаточно применения одного реагента, что упрощает реагентное хозяйство;

обеззараживание и складирование осадка совмещаются в одном сооружении с осветлением исходной шахтной воды и не требуют больших эксплуатационных затрат;

очистные сооружения просты в строительстве и эксплуатации, характеризуются наиболее низкими удельными капитальными затратами.

5. Экономическая часть

Проблема минимизации экологического ущерба в условиях промышленного производства может, в принципе, решаться в двух направлениях за счет:

повышения эффективности существующих методов очистки промышленных выбросов в окружающую среду;

внедрение новых альтернативных технологий (экологически чистых, безотходных).

На практике прослеживается в последнее время тенденция сочетаний этих направлений едином комплексном подходе к решению экологических проблем. Вопросы сокращения опасных выбросов в окружающую среду реализуется на всех стадиях производства - от подготовки сырья, выпуска полупродуктов и до конечных этапов технологического процесса, вплоть до ликвидации (обезвреживания и утилизации отходов).

При этом упор делается на поиск альтернативных технологий, не загрязняющих окружающую среду, а также централизацию процессов очистки водной среды.

Методы. применяемые в промышленном производстве в целях обеспечения экологической безопасности, отличается большим разнообразием по эффективности, надежности, экономичности и другим показателям. При выборе оптимального варианта для конкретного производства (технологического процесса) руководствуются, как правило, следующими критериями:

эффективность очистки загрязнителей, характерных для данного вида производства;

токсичность (ядовитость загрязнителей, характерных для данного вида производства);

область рационального применения каждого метода (или группы методов, их возможное сочетание;

экономические показатели.

Экологическая политика может способствовать оптимизации управления ресурсами, создания общественного доверия и развитию рыночных возможностей.

Многие новые чистые и низкоотходные технологии не только снижают загрязнения, но и экономят расход сырых материалов и энергии до такой степени, что снижение издержек может более чем возместить исходные, более высокие, инвестиционные затраты и таким образом снизить себестоимость единицы продукции.

Широкие возможности скрыты в использовании генетической инженерии и биотехнологии для сельского хозяйства, для пищевой промышленности, химии, очистки окружающей среды и получение новых материалов и энергетических источников.

Соединение передового технологического общества с сильной творческой и приспособленной производственной базой может принести большой личный выбор и должно, в конечном счете, гарантировать лучшее здоровье и улучшенное качество жизни.

Конфликт между защитой окружающей среды и экономической международной конкурентоспособностью происходит от узкого рассмотрения источников благосостояния. Строгие экологические требования могут стимулировать улучшения и нововведения. Страны, которые имеют наиболее суровые требования, обычно лидируют в экспортировании продуктов и технологий.

Влияние технологического решения на окружающую среду проявляется по девяти направлениям:

использование сырья и энергии;

выбросы в атмосферу и воду;

отчуждение земли;

шумовое, тепловое и радиационное воздействия;

связывание ресурсов в оборудовании.

При оценке простых решений достаточно решить изменения по отдельным направлениям, а для сложных и комплексных необходим анализ по всем отмеченным направлениям.

Для технических и хозяйственно-бытовых нужд шахта использует воду питьевого качества. В связи с этим экономический эффект использования технологии очистки шахтных вод определяется исходя из возможности замены определенного количества питьевой воды очищенной шахтной водой.

Рассчитаю возможный годовой объем замены питьевой воды очищенной шахтной водой по формуле:

Q_очищ. =Q_уст. *t*n_дн., тыс. м³, (5.1)

где Q_уст. - производительность установки, м³/ч;

t - число часов работы установки в сутки, часы;

n_дн. - число дней работы в году;

Q_очищ. =300*24*365=2628 тыс. м³

Факторами экономической эффективности от применения установки очистки шахтных вод является экономия по себестоимости С, при использовании очищенной шахтной воды вместо питьевой воды, а также ликвидация убытка от сброса шахтных вод в поверхностные водоемы.

Капитальные вложения на строительство установки очистки шахтных вод подсчитывается на основании годового объема заменяемой питьевой воды (А₂) на производственные нужды очищаемой шахтной водой, а также расчетов капитальных вложений на строительство установки.

К₂= (А₂/Q_уст) *К₂, тыс. грн. (5.2)

Расчет капитальных вложений на строительство установки (К₂) выполняется на основании данных о стоимости, объеме и виде работ при внедрении и эксплуатации установки очистки шахтных вод. Капитальные затраты включают в себя затраты на строительство зданий и сооружений, монтаж и наладку оборудования.

По предварительным подсчетам капитальные затраты составят К₂=63,154 тыс. грн.

Годовой объем заменяемой питьевой воды составит А₂=300 тыс. м³/год

Исходя из вышеприведенных данных, можно рассчитать капитальные вложения:

К₂=300/2628*63,154= 7,2 тыс. грн.

Удельные капитальные затраты на установку очистки шахтных вод рассчитываются по формуле:

К_2у=К₂/Q_уст., (5.3)

К_2у=7200/300=24 грн. / м³

Затраты на ремонт и восстановление установки подсчитываются по формуле:

С_ам. = (n/100) *К_2, грн/м³, (5.4)

где n=15% - средняя норма амортизационных отчислений на ремонт и восстановление установки по очистке шахтных вод.

С_ам= (15/100) *7,2=1,08 тыс. грн.

Технология очистки шахтных вод предусматривает непрерывный график работ. В целом процесс очистки шахтных вод безопасный и невредный, за исключением хлораторной, где возникает опасность отравления хлором и возможна взрывоопасность. Поэтому, основным условием безопасности труда является обеспечение полной герметичности оборудования и трубопроводов, по которым проходит хлор.

Численность персонала в сутки для обслуживания данной очистной установки составит 10 человек, в том числе: слесари, рабочие.

Затраты на заработную плату с начислениями находим по формуле:

С_{з. п.} =n_сп*С_тар. *t*n_г. *К_доп. *К_{соц. стр.} *10^-3, тыс. грн., (5.5)

где n_сп. - списочный состав обслуживающего персонала в сутки, чел.;

С_тар. - тарифная (почасовая) ставка обслуживающего персонала, грн.;

t - длительность рабочей смены, t=8 часов;

n_г - число дней работы в году, n_г=260 дней;

К_доп. - коэффициент доплат для определения полной заработной платы, К_доп. =1,35;

К_{соц. стр.} - коэффициент, учитывающий отчисления на социальное страхование, К_{соц. стр.} =1,09.

С_{з. п.} =10*1,2*260*1,35*1,09*10^-3=36,73 тыс. грн.

Затраты на материалы подсчитываются исходя из норм расходов материалов и их прейскурантной стоимости по формуле:

С_м. = (V_м*С_м) *К_неуч. *К_{буд. пер.} *10^-3, тыс. грн., (5.6)

где V_м - расход материалов на очистку шахтных вод;

С_м - стоимость единицы расходуемых материалов, грн.;

К_неуч. =1,7 - коэффициент подсчета затрат по неучтенным материалам;

К_{буд. пер.} =1,08 - коэффициент подсчета затрат на материалы по статье "Расходы будущих периодов".

В данной технологической схеме очистки шахтных вод применяются следующие материалы: кварцевый песок для загрузки фильтров, реагент - сернокислый алюминий (Al₂ (SO₄) _3.

Затраты на материалы составляют:

С_м=235,2*1,7*1,08*10^-3=0,46 тыс. грн.

Затраты на электроэнергию определяются исходя из мощности потребителей электроэнергии на установке очистки шахтных вод, числа часов работы установки t, тарифа за 1 кВт. - час потребляемой электроэнергии (С_{1 эл)} по формуле:

С_эл=N_i*C_{1 эл.} *t*n_дн, грн., (5.7)

где N_i - суммарная мощность работающих двигателей, кВт для данной установки она составляет 48 кВт;

С_{1 эл.} - тариф за 1 кВт-час израсходованной электроэнергии, С_{1 эл}=13,76 коп;

t - время работы установки за сутки, принимаем равным 24 часа;

n_д=365 дней - число дней работы установки за год;

С_эл. =48*0,1376*24*365=57,85 тыс. грн.

Годовые эксплуатационные расходы на станцию очистки шахтных вод рассчитываются по формуле:

С_{ш. в.} =С_ам. +С_эл. +С_м. +С_{з. п.,} грн. (5.8)

С_{ш. в.} =1,08+57,85+0,46+36,73=96,12 тыс. грн.

Себестоимость одного м³ очищаемой шахтной воды определяем по формуле:

С₂=С_{ш. в.} /А_2,С₂=96,12/300=0,32 грн.

Косвенный экономический эффект (Э_косв) достигается за счет ликвидации убытка от сброса шахтных вод повышенной мутности и определяется в зависимости от объема сбрасываемых загрязнений:

Э_косв. =З_взв. *К_кат., грн., (5.9)

где З_взв. - возможный убыток от сброса взвешенных веществ с шахтной водой в поверхностные водоемы, определяется по таблице в зависимости от объема сбрасываемых загрязнений - Р_взв.:

Р_взв. =Q* (С_{исх. -} С) *t*n_дн. *10^-6, т (5.10)

Р_взв. =235* (276-30) *24*365*10^-6=508,06 тонн.

К_кат. =1,1 - коэффициент, учитывающий категорию водного объекта. Штраф за выброс 1 т взвешенных веществ в водные объекты для условий бассейна реки Нижняя Крынка составляет 5 грн за тонну

Э_косв. =2540,3*1,1=2794,33 грн.

Экономический эффект, согласно методике составит:

Э= (С_{п. в.} *Q_{п. в. -} С_{ш. в)} - Е_н*К+Э_косв., грн., (5.11)

где С_{п. в.} =0,35 грн. - стоимость 1 м³ питьевой воды;

Q_{п. в.} - объем питьевой воды, используемый на предприятии, м³/час;

С_{ш. в.} - годовые эксплуатационнные расходы, грн.;

Е_н =0,15 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;

К - капитальные затраты на ввод в эксплуатацию очистной установки,

К=К₂-К₁; К₁=0, тогда К=К₂=7,2 тыс. грн.

Э= (300*0,35-96,12) - 0,15*7,2+2,79=10,51 тыс. грн. /год

Таким образом, от применения денной технологической схемы очистки получается экономический эффект в размере 10,51 тыс. грн/год.

Выводы

В дипломном проекте были рассмотрены следующие разделы: характеристика природных ресурсов горного предприятия, границы и размеры шахтного поля, анализ “узких” мест в работе горного предприятия и пути их устранения, очистные работы, подготовительные работы, вскрытие шахтного поля, подземный транспорт, шахтный водоотлив, проветривание шахты, охрана труда и очистка шахтных вод.

В разделе “Границы и размеры шахтного поля” были описаны эксплуатационные, общешахтные и промышленные потери, а также посчитан коэффициент извлечения угля.

В разделе “Анализ узких мест в работе горного предприятия" были проанализированы основные звенья горного производства и их влияние на окружающую природную среду, так же произведен анализ узких мест шахты и предложены пути их устранения.

В разделе “Очистные работы” посчитана нормативная нагрузка на очистной забой и нагрузка по газовому фактору, составлена норма выработки по процессам в очистном забое.