УДК 581.5:574

М.А.Захарченко (канд.техн.наук), І.А.Рижикова. (УкрНДІЕП)

ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ НИЗЬКОЗАТРАТНИХ ФІТОТЕХНОЛОГІЙ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ШАХТНИХ ВОД.

Значне техногенне навантаження зазнають річки України від скиду до них шахтних вод. У регіонах, де набула значного розвитку гірничодобувна галузь, ця проблема постає з особливою гостротою. Для очищення вод даної категорії за кордоном давно використовуються низько енергозатратні технології на основі заростей очерету, рогозу, комишу - так звані фітотехнології. В статті приводиться розроблена в УкрНДІЕП схема очищення шахтних вод для трьох шахт Західного Донбасу Технологія дозволяє з незначними капітальними та експлуатаційними затратами впровадити систему очищення, яка покращить екологічний стан даного регіону і виключить скид забруднень у р. Дніпро.

Стан проблеми.

Значне негативне техногенне навантаження отримують поверхневі водотоки регіонів з значним розвитком гірничодобувної галузі, так як вони використовуються як приймальники недостатньо очищених шахтних вод. В умовах, що склались, більшість очисних споруд невеликих міст та селищ, розташованих у басейнах річок (особливо малих річок України), знаходяться в незадовільному стані і, фактично, стічні води без необхідного очищення скидаються до річкової мережі.

Системи очищення шахтних вод, як правило, складаються з локальних споруд, але величезні  їх обсяги не дозволяють досягнути необхідної ступені очищення. Тому після попереднього очищення на локальних очисних спорудах шахтні води відводяться у великі ставки-відстійники, що розміщуються у бортах долини ріки в яружно-балочній системі. Технічна експлуатація цих споруд пов’язана з необхідністю постійного корегування режиму скиду вод з гідрологічним режимом річкової системи. Тому шахтні води, як правило, накопичуються у відстійниках протягом року, а потім, у період весняної повені, скидаються у гідрографічну мережу. У процесі інтенсивного скиду величезних обсягів води відбувається різке осушення чаші ставків-відстійників, при цьому значний об’єм осаду вимивається і виноситься у річки.

Все це призводить до виникнення негативних явищ: порушень гідрологічного, бактеріологічного режимів, підтоплення територій.

Така ж сама ситуація спостерігається у Захадному Донбасі у районі м. Павлоград, де шахтні води від трьох шахт накопичуються у ставку-відстійнику, що розташований у балці Косьмінній і скидаються у період повені у гідрографічну мережу р. Самара (ліва притока р. Дніпро).

Історія проблеми.

У багатьох країнах Європи для очищення шахтних і кар'єрних вод перед скиданням у гідрографічну мережу протягом багатьох років широко використовуються фітотехнології. Наприклад, у Західному Йоркширі, Великобританія, споруда площею 1.4 га забезпечує очищення шахтних вод до 5 тис.м3\добу до вимог діючого законодавства перед скиданням у ріку Дирне.

Система простих гідротехнічних конструкцій забезпечує керованість процесом перебування води, що очищується, у спорудах, підтримує необхідний шар води і, саме головне, час, необхідний для роботи біоценозу ВВР для очищення води.

За радянських часів для аналогічних цілей інколи використовували природні зарості очерету, перетворюючи їх на ботанічні площадки, як на деяких шахтах Підмосковного басейну. Але широкого впровадження у системи очищення шахтних вод дані дослідження не набули. Стримуючим фактором, в даному випадку, була неможливість регулювати надходження води до ботанічної площадки, що робило процеси очищення некерованими.

У нашій країні споруди з використанням фітотехнологій розроблені в УкрНДІЕП протягом 1980-2000 р.р. і мають назву біоінженерні очисні споруди (БІС), які об’єднують в собі піщано-гравійні фільтри і біоценоз ВВР. БІС використовуються у різних галузях народного господарства для очищення та доочищення господарсько-побутових, виробничих стічних вод. На даний час в Україні ці споруди впроваджуються більш ніж на 90 об’єктах.

Очищення у таких спорудах відбувається за допомогою вищих водних рослин (ВВР). Вищі водні рослини у природних чи штучних умовах формують біоценоз, який включає різноманітні групи мікроорганізмів, водоростей, грибів та інших організмів, завдяки яким і відбувається очищення забрудненої води.

Такий симбіоз рослин, бактерій, грибів та водоростей забезпечує надійність процесів очищення і їх незалежність від хімічного складу вод, крім того мікрофлора створюється у спорудах природним шляхом: вона вже адаптована до їх умов і не потребує періодичного відновлення та особливої технології для життєдіяльності, як це проходить у спорудах типу аеротенків.

При використанні фітотехнологій поряд з вилученням хімічних сполук відбувається і природне знезараження стічних вод, яке забезпечують вищі рослини та мікрофлора споруд.

На ідею використати біоінженерні очисні споруди для очищення шахтних вод навели існуючі у Донбасі ставки, точніше їхні верхів'я, що збудовані в зоні природної заболоченої ділянки і покриті щільними заростями очерету. Вони  нагадують штучну споруду на річці Дирне. Для перетворення таких ставків на систему, яка б очищувала воду, їм недостає розробок гідротехнічної складової, пристосованої для даних умов.

Методика вирішення проблеми.

Для ліквідації негативних явищ, що пов’язані зі скидом шахтних вод до р. Самари виникла потреба переорієнтувати системи випуску шахтних вод з залпових на постійний скид з забезпеченням доочищення шахтних вод перед їх скидом до річки. УкрНДІЕП запропоновано схему очищення з використанням фітотехнології «Екофітопотік». Головною умовою у даному випадку було розробка системи очищення до вимог скиду у водні об'єкти рибогосподарського призначення.

«Екофітопотік» - технологія, що дозволяє з мінімальними затратами ліквідувати надходження стічних вод у природні об’єкти і використовується при наявності вже забруднених об’єктів, що вже приймають неочищені стічні води - озера, болота, ставка чи балки, через які стікають стічні води. На основі такого об’єкту, в якому (у заростях вищих водних рослин) вже проходять процеси самоочищення, розробляється система, яка завдяки поєднанню і використанню простих інженерних рішень з елементами очисних споруд робить можливим, при мінімальних витратах, запровадити надійні заходи з охорони водного середовища. У самому забрудненому екотопі ВВР процеси природного самоочищення прискорюються і стають більш ефективними.

Для цього природні зарості ВВР реконструюються шляхом вбудовування по внутрішньому чи зовнішньому контурах забрудненого об’єкту окремих блоків з елементами біоінженерних споруд (БІС), прокладається дренаж, створюються дамби, змінюється напрямок руху стічних вод. В результаті запропонованих рішень забруднений потік перехоплюється і направляється на очищення.

Для даного об’єкту розроблена оригінальна конструкція БІС, яка основана на максимальному використанні природної заболоченої ділянки, повністю покритої заростями очерету чи рогозу на яких проводиться реконструкція шляхом будівництва системи дамб. Дамби спрямовують потік води у необхідному напрямку, виключають застійні зони та формують шар води для підвищення часу контакту води з біоценозом ВВР (схема 1). Таким чином, на місці заболоченої ділянки балки створюється чотири блоки біоінженерних очисних споруд. У ставку-накопичувачі відбувається додаткове очищення шахтної води перед скидом каскаду БІС. По всій площі БІС формуються зарості очерету звичайного (Phragmites australis L.), який є найважливішим конструктивним елементом споруд. Для посилення ефективності знезараження води на виході з кожної споруди (БІС2-БІС4) влаштовуються ділянки з аїром болотним (Acorus calamus L.). Використання у системі очищення аїру обумовлено надзвичайними дезинфікуючими властивостями рослини. Така система відрізняється від ботанічних площадок тим, що стає більш керованою і шахтні води не проходять транзитом крізь зарості рослин. У спорудах створюється шар води, який підвищує час контакту її з біоценозом БІС, завдяки чому і відбувається знезараження і очищення шахтних вод від завислих речовин, нафтопродуктів. Після каскаду БІС вода скидається до заболоченої ділянки балки Косьмінна, де додатково очищується, а далі надходить до р. Самара.

Схема 1

Схема 1. Схема споруд для очищення шахтних вод.

Перевага такої системи полягає в тому, що споруди вписані у рельєф та межі схилів балки, від яких і залежить їх форма, а відмітки поверхонь споруд розраховані на самопливний рух води.

Таким чином, головна вимога розробки – гарантований постійний скид шахтних вод від трьох шахт з необхідним очищенням за допомогою технології «ЕКОФІТОПОТІК» була вирішена. Так як, представлена технологія не залежить від енергопостачання бо не використовує для очищення електрообладнання, то створення такої системи потребує мінімальні капітальними вкладення, а її експлуатація буде забезпечуватись незначними коштами.

Висновки та рекомендації.

Очищення шахтних вод за технологією «Екофітопотік» характеризується відсутністю витрат на хімреактиви, тепло- та електроенергію, не потрібний постійний обслуговуючий персоналу. Тому капітальні та експлуатаційні витрати за розробленою схемою очищення значно менші, ніж з використанням традиційних методів очищення.

Використання різних конструктивних схем фітотехнологій дозволяє пристосувати системи очищення до різноманітних природних умов і в залежності від поставлених вимог вирішувати проблеми очищення стічних вод з використанням низько затратних енергозберігаючих технологій.

Економічна рентабельність, простота та експлуатаційна незалежність систем очищення, що використовують фітотехнології від енергопостачання, робить їх привабливими  в різних галузях господарства.

Використана література:

1.  Захарченко М.А., Бабаев М.В., Улицкий О. Внедрение элементов управляемости в природные процессы самоочистки шахтних вод. Коммунальное хозяйство городов, ХГАКХ, вып. 27, Киев, «Техника, 2001, с.137-141».

2. Комиссаров С.В., Шапошников В.А. Очистка шахтных вод с помощью водных растений. Водные ресурсы, М., Наука, №5, 1976, с. 198-204.

3. Zakharchenko M.,Ryzhykova I. ECOPHYTOFLOW – A system for waste water treatment in regions with complicated ecological and economic situation. Конференція Encuentro internacional en fitodepuracion (Іспанія), липень 2005р.

4.  М.А.Захарченко, І.А. Рижикова. Сучасні фітотехнології очищення стічних вод та забруднених ґрунтів – реальний шлях оздоровлення навколишнього середовища. Материалы международного практического семинара «Интеграция в Европейский союз через экологические форумы общественных инициатив». EFSI 2005, Украина, г. Харьков, 25-28 октября 2005 г., с.100-105.