На Оленегорском горно-обогатительном комбинате внедряется технология естественной биологической очистки карьерных вод

На Оленегорском горно-обогатительном комбинате («Олкон») в Мурманской области более пяти лет применяется технология естественной биологической очистки карьерных вод. Метод, предназначенный для доочистки сточных вод от азота, предполагает использование искусственно созданных очистных сооружений со специфическим составом микроорганизмов, развивающихся в корневой зоне растений и на иных субстратах, находящихся в водной среде. Такие фитоочистные сооружения являются аналогом естественных водно-болотных объектов, которые, будучи дополнены рядом технических элементов и встроены в естественный ландшафт, способны эффективно выполнять роль водоочистных систем.

Об этом рассказывает Татьяна Атавина, инженер по охране окружающей среды Оленегорского горно-обогатительного комбината.

Оленегорский горно-обогатительный комбинат («Олкон») представляет собой производственный комплекс по добыче и обогащению железистых кварцитов с выделением железорудного концентрата (ЖРК). Проектная производительность предприятия по производству ЖРК составляет 5 млн. т/год.

АО «Олкон» осуществляет добычу железных руд в радиусе 10-16,5 км от Оленегорска (Мурманская область). В настоящее время комбинат ведет отработку шести месторождений железных руд. Добыча руды осуществляется открытым способом за исключением Оленегорского карьера, где отработка месторождения ведется комбинированным способом.

В соответствии с требованиями правил безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых для обеспечения устойчивости откосов горных выработок и отвалов, снижения влажности разрабатываемых вскрышных пород, создания безопасных условий работы горного и транспортного оборудования предусматриваются меры по осушению территории производства работ и защите от поверхностных вод и атмосферных осадков. Сточная вода двух карьеров, находящихся вблизи основной промплощадки комбината, сбрасывается в оборотную систему предприятия. В оборотной системе водоснабжения «Олкона» циркулирует 98% воды, необходимой для производства железорудного концентрата. Это означает, что лишь 2% воды, используемой комбинатом на производственные цели, забирается из природных водных объектов.

Вода, поступающая за счет атмосферных осадков (период снеготаяния, дожди) и подземных вод в карьеры, расположенные на значительном расстоянии от основной промплощадки, с помощью водоотливных установок отводится в ближайшие водные объекты. Суммарный объем отводимых сточных вод из карьеров в водные объекты составляет в среднем от 1200 до 1900 тыс. м3/год.

Специфическими особенностями загрязнения сточных вод карьеров являются вещества группы азота (нитрат-ионы, нитрит-ионы и ионы аммониевых соединений), образующиеся вследствие использования аммиачной селитры в производстве массовых взрывов.

Cточная вода карьеров перед сбросом в водные объекты проходит очистку на очистных сооружениях механической очистки.

Решение о внедрении технологии естественной биологической очистки карьерных вод на предприятии было принято в рамках осуществления последовательно проводимой экологической политики. «Север-сталь» целенаправленно развивает программы по снижению техногенной нагрузки на окружающую среду, что способствует улучшению качества жизни людей в регионах присутствия. В 2016 году затраты на природоохранную деятельность предприятий компании составили 3,14 млрд. руб.

Для проведения патентно-информационного исследования и выбора наилучшего технического решения по очистке сточных вод на «Олконе» было подготовлено техническое задание для предоставления специализированными организациями технико-коммерческих предложений.

Однако предложенные фирмами технологические решения представляли сложный комплекс превращений с использованием большого количества химических реагентов, коагулянтов, фильтров, т.е. предлагались традиционные очистные сооружения с большими затратами на строительство и эксплуатацию, а также образованием большого количества отходов, которым требовалась утилизация.

Сегодня новыми перспективными и привлекательными технологиями очистки сточных вод являются методы биоремедиации, в частности, метод фиторемедации, позволяющий использовать водные растения и микроорганизмы как биофильтры и гипераккумуляторы загрязняющих веществ для очистки стоков.

Комбинат, учитывая научную направленность организации, обратился к Институту проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра Российской академии наук (ИППЭС КНЦ РАН) с просьбой рассмотреть возможность проработки применения данных методов очистки для карьерных вод нашего предприятия.

В информационно-техническом справочнике по наилучшим доступным технологиям ИТС8-2015 «Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях», утвержденном приказом Росстандарта 15.12.2015 г.

№ 1578, в разделе 6 «Перспективные технологии» включена технология ПТ-1. Фитотехнологии очистки сточных вод. Технологии заключаются в использовании искусственно созданных очистных сооружений со специфическим составом микроорганизмов, развивающихся в корневой зоне растений и на иных субстратах, находящихся в водной среде. Фитоочистные системы являются аналогом естественных водно-болотных объектов, которые, будучи дополнены рядом технических элементов и встроены в естественный ландшафт, способны эффективно выполнять роль водоочистных систем.

Работы по созданию биоплато выполняются на договорной основе специалистами ИППЭС. Для отработки технологии очистки сточных вод от загрязняющих веществ группы азота был выбран вторичный отстойник Кировогорского карьера, на первичном отстойнике происходит механическое осаждение взвешенных веществ и нефтепродуктов. Технология разрабатывается совместно Институтом проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН и Полярно-альпийским ботанический садом-институтом им. Н.А. Аврорина Кольского научного центра РАН (ПАБСИ КНЦ РАН).

Сотрудники ИППЭС КНЦ РАН и ПАБСИ КНЦ РАН проводят на пруду-отстойнике Кировогорского карьера исследования, направленные на разработку и внедрение технологии био- логической очистки сточных карьерных вод от минеральных соединений азота.

Механизм биологической очистки воды основан на естественных процессах поглощения растениями соединений азота в процессе своей жизнедеятельности. Известно, что около 80% загрязняющих примесей изымается за счет биохимических преобразований в процессе жизнедеятельности микроорганизмов: бактерий, грибов, актиномицетов, которые находятся в водной толще и в толще фильтрующей дамбы, а также на перифитоне высших водных растений. Преобладающее большинство биогенных элементов перерабатываются за счет биохимических процессов в клетках высших водных растений, водорослей и микроорганизмов. Значительная часть биогенных элементов, попадая в корневую систему растений, накапливаются и используются растениями для самовосстановления фитоценозов в следующем вегетационном цикле. За счет фиторемедиации происходит изъятие из сточных вод до 40-80% общего азота (в зависимости от сезона - наиболее эффективно сооружения работают летом).

Очистные сооружения, основанные на данной биотехнологии, имеют вид искусственно созданных заболоченных участков, болот или мелких озер, поверхность которых полностью или частично покрыта высшей водной растительностью (закрепленной или плавающей).

Для очистки рудничных вод от минеральных соединений азота было предложено четыре метода:

1. создание плавающего биоплато для выращивания растений на поверхности водоема;
2. создание фитоматов для вы-ращивания растений на мелководных участках, в прибрежной полосе пруда-отстойника и плавающих био- плато;
3. посев травосмеси аборигенных видов растений для задернения прибрежной полосы пруда-отстойника;
4. заболачивание заводей и постепенное расширение их границ по направлению к центру пруда.

Плавающее биоплато состоит из отдельных элементов - плавающего пластикового каркаса (2 м2) и травяно-дернового покрытия для формирования фитоценозов. В дернину высаживаются растения-гидрофиты, хорошо развивающиеся в воде и дающие большую биомассу в условиях Севера. Основу фитосообществ био-плато составляют различные виды осок, хвощей, ив, а также сабельник болотный, вахта трехлистная, калужница болотная и др.

Отдельные элементы биоплато объединяются в кластеры по 19 штук. Между собой плотики скрепляются пластиковыми стяжками или нейлоновыми шнурами. По периметру каждая конструкция кластеров скрепляется стальным тросом в нейлоновой оболочке, что придает прочность и предотвращает разрушение биоплато в результате воздействия ветра и волн летом и льда зимой. Стальной трос имеет разъемное соединение, что позволяет получить доступ ко всем плотикам для проведения технического обслуживания и подсадки растений. Также в центральной части конструкции можно разместить, например, плавающие водные растения.

Каждый кластер, состоящий из 19 элементов, удерживается на месте с помощью четырех якорей. Длина нейлоновых шнуров, соединяющих плотики и якоря, должна соответствовать максимальному уровню воды в пруду, что позволит компенсировать колебания ее уровня.

Однако при использовании только плавающих биоплато совершенно не задействованными оказываются прибрежная полоса и мелководье пруда. Поэтому для увеличения фитомассы растений-гидрофитов и ускорения процессов заболачивания водоема необходимо создание искусственных фитоценозов на откосах дамбы пруда-отстойника. Данный подход позволяет растениям прибрежных местообитаний заселить песчано-гравийные откосы дамбы, ранее не пригодные для произрастания. Для этой цели была разработана технология производства и использования специальных фитоматов.

Фитомат представляет собой сетчатый мешок, в который помещена органо-минерально-растительная смесь. В состав данной смеси входит влагоемкий гидропонный субстрат из крупнофракционированного термовермикулита и древесных опилок и семена различных многолетних злаков (пырей ползучий, овсяница луговая, разные виды осок, пушиц и др.). Состав травосмеси может быть подобран индивидуально в зависимости от целей, климатических условий региона, состояния, типа почвы и пр.

Возможны два способа производства фитоматов: формирование непосредственно на месте проведения работ из завезенных ранее материалов и использование фитоматов, подготовленных заранее.

Фитоматы можно использовать как для создания искусственных фитоценозов на откосах дамбы и других открытых песчано-гравийных или каменистых участках, лишенных почвенного слоя, так и для заболачивания мелководных участков.

Посев травосмеси аборигенных видов растений для задернения прибрежной полосы пруда-отстойника также является важным элементом в создании полноценно функционирующего биотехнологического очистного сооружения. В настоящее время работа ведется не только в воде, но и по береговой линии. Высадка растений в пруду-отстойнике - это одно из мероприятий экологической программы «Олкона», стоимость которой в 2017 году составляет более 60 млн. руб.

Применение биологической очистки имеет высокую экономиче-скую и экологическую выгоду: эффективность очистки сточных вод Кировогорского карьера в 2017 году составила 23%.

В своих рекомендациях и перспективах развития биоплато, выданных в 2017 году, ИПППЭС КНЦ РАН отмечает, что в дальнейшем для повышения эффективности биоплато и поддержания его работоспособно-сти необходимо придерживаться разработанных направлений в его развитии.

Для заселения акватории рекомендуются относительно толерантные к техногенному загрязнению (в том числе биогенными элементами) виды: рдест пронзеннолистный, ежеголовники, лютик стелющийся, в меньшей степени - рдест длиннейший. Прибрежно-водные пушицево-осоковые заросли в настоящее время находятся в благополучном состоянии, для поддержания которого достаточно соблюдать гидрологический режим, близкий к естественному (не допускать катастрофических залповых сбросов воды или резкого обмеления водоема).

Для полного прохождения всех этапов трансформации минеральных соединений азота необходимо увеличивать время задержки воды в водоеме. Этого можно добиться путем создания искусственных препятствий по ходу движения воды в пруду-отстойнике (насыпные дамбы, плавающие сетки с растениями и др.). В планах - продолжать увеличивать фитомассу уже имеющихся на биоплато растений и интродуцировать новые виды-гидрофиты, например рдесты.

Комплексное применение всех этих методов позволяет добиться максимальной эффективности биологической очистки воды, а также сводит к минимуму затраты на обслуживание подобных очистных сооружений за счет преобладания естественных экосистемных процессов в сформированных фитоценозах.

За пять лет работы затраты на создание технологии очистки сточных вод методом биоремедиации составили более 5 млн. руб.

Данный метод экономически более эффективен по сравнению с другими технологиями очистки сточных вод, так как он не требует капитальных вложений.

Технология предназначена для доочистки сточных вод от азота и предполагает использование искусственно созданных очистных сооружений со специфическим составом микроорганизмов, развивающихся в корневой зоне растений и на иных субстратах, находящихся в водной среде.

Достоинствами технологий являются очень низкие эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание, а также отсутствие необходимости вывоза осадка, малая численность персонала, отсутствие необходимости в реагентах. Недостатками технологий являются сезонность, длительность процесса и относительно невысокая эффективность очистки.

На комбинате с 1955 года функционирует система оборотного водоснабжения комбината: гидротранспортом хвосты обогащения железных руд направляются в хвосто-хранилище, хвосты осаждаются, осветленная вода повторно направляется в производство. Годовой объем воды в системе оборотного водоснабжения составляет в среднем 128-133 млн. м3. Текущие затраты на содержание системы оборотного водоснабжения составляют около 480 млн. руб. в год.

Для поддержания в работоспособном состоянии оборотного цикла предприятие инвестирует в среднем в год от 40 до 70 млн. руб. Хвосты обогащения очень абразивны, поэтому со временем стенки пульповодов истираются, пульповоды необходимо менять. В год демонтируется и монтируется до 2,5 км труб пульповодов.

В планах предприятия - проведение мероприятий, направленных на поддержку в работоспособном состоянии водооборотного цикла.

Источник: Вода Magazine, № 1(125) январь 2018 г.