В.В. Кульченко1, Ю.Н. Резников1, В.И. Полтавец2, О.А. Улицкий3 ОАО "УкрНТЭК"1, ГОАО "Луганскгипрошахт"2, г. Луганск; ГК "Укруглереструктуризация"3
Наведені данні про стан та основні напрямки po6im no очищенню та використанню шахтних вод у Донецькій та Луганській областях.
Проблема использования шахтных вод наиболее остро стоит в Донецкой и Луганской областях. Это обусловлено как ограниченностью водных ресурсов, так и определяющим влиянием сбрасываемых шахтных вод на загрязнение водоёмов региона. Острота проблемы обусловлена также массовым закрытием шахт и ограниченностью средств для решения вопросов, связанных с их закрытием.
Угледобывающими предприятиями Донецкой и Луганской областей сбрасывается в гидрологическую сеть более 700 млн. м3/год шахтных вод (в среднем около 10 м на тонну угля). Закрытие нерентабельных шахт не приведёт к существенному снижению притока шахтных вод.
Основное количество шахтных вод сульфатно-хлоридного типа. Химический состав и другие показатели качества шахтных вод на различных шахтах существенно отличаются. Так, общая концентрация солей в их составе в основном изменяется от 1,3 до 7,0 кг/м3, бикарбонатная щелочность от 3,0 до 28,0 г-экв/м3, а жесткость от 2,5 до 50 г-экв/м3. Существенно изменяется также соотношение сульфат и хлорид ионов в их составе. На некоторых шахтах (преимущественно в западном регионе Донбасса) концентрация солей в шахтных водах достигает 22 кг/м3. Кроме минеральных солей с шахтньми водами сбрасывается значительное количество взвешенных веществ, нефтепродуктов, фенолов и других загрязнений.
Донецкая и Луганская области относятся к числу маловодных регионов. Основным источником хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения региона является канал Северский Донец - Донбасс. По нему подается около миллиарда кубических метров воды в год. Используется также артезианская вода, а также вода из поверхностных водоемов, однако качество воды из местных источников, как правило, не соответствует гигиеническим требованиям к питьевой воде. В ряде районов предприятия и население испытывают острый дефицит воды.
В последние годы в регионе резко увеличились цены на питьевую и техническую воду. В настоящее время в Донецкой области техническая вода отпускается предприятиям по цене ~0,5 грн/м3. Стоимость питьевой воды для предприятий составляет более 3,0 грн/м3.
Шахтные воды можно условно разделить на три группы:
Шахтные воды первой группы в основном откачиваются на шахтах восточной и северо-восточной частей Донецкой и юге Луганской областей. Качественные показатели этих вод позволяют рассматривать их в качестве источника получения питьевой воды и ликвидации ее дефицита в таких городах как Харцызск, Шахтерск, Торез, Снежное, Кировское, Красный Луч, Антрацит, Свердловск, Ровеньки и других населенных пунктах региона.
Очистка шахтных вод первой группы с получением питьевой воды может быть осуществлена на основе традиционных технологий, без деминерализации или с опреснением части воды. Основными операциями в технологиях водоподготовки являются декарбонизация, глубокая очистка от взвешенных веществ и обеззараживание. Указанные процессы широко используются для очистки поверхностных и подземных вод с использованием отечественного оборудования. Опреснение части шахтной воды целесообразно проводить методом обратного осмоса.
Себестоимость обработки шахтной воды этого типа, в зависимости от доли опресняемой воды и других факторов, может изменяться от 0,4 до 0,8 грн/м3 . Из числа уже закрытых шахт и находящихся на балансе компании "Укруглереструктуризация" к первой группе могут быть отнесены шахтные воды -20 шахт с общим притоком около 6 тыс. м3/ч. Эти шахты могут рассматриваться в качестве потенциальных источников получения питьевой воды для -600 тыс. человек. Среди намечаемых к закрытию в 2001 году к этой группе могут быть отнесены 8 шахт с притоком около 3 тыс. м3 /ч.
Несмотря на острый дефицит питьевой воды и экономическую целесообразность использования шахтных вод для устранения этого дефицита, проблема решается крайне медленно, что в основном связано с отсутствием в местных бюджетах средств для строительства объектов водного хозяйства.
Одной из серьезных проблем представляется необходимость соблюдения требований действующей нормативной документации для водозаборов централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, что при использовании в качестве источника подземных вод, откачиваемых на действующих и закрытых шахтах, технически сложно или связано с неоправданно большими затратами. С учетом изложенного, одной из актуальных задан является пересмотр действующей нормативной документации с целью обоснованной регламентации требований к водозаборам подземных вод на действующих и закрытых шахтах.
Следует отметить, что до настоящего времени в проектах закрытия шахт вопросы использования шахтных вод практически не находили своего отражения. В тоже время решение такой задачи может существенно отразиться как на величине затрат, так и на способе и технологии закрытия шахт.
В ноябре 2000 г. вопрос использования шахтных вод при ликвидации угледобывающих предприятий рассмотрен на технико-экономическом совете ГК "Укруглереструктуризация". Советом предложено проектным институтам при разработке проектов ликвидации шахт обратить внимание на экономическую целесообразность использования шахтных вод. Предложено также институтам "УкрНИИпроект" и "Донгипрошахт" с привлечением ОАО "УкрНТЭК" и гидрогеологических организаций разработать нормативную документацию по использованию шахтных вод ликвидируемых угольных шахт в качестве альтернативного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения. Однако эта работа до настоящего времени не начата, т.к. средства на её выполнение не выделены.
Украинским научным центром технической экологии направлены предложения о проведении комплекса работ по очистке и использованию шахтных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения в городские советы городов Кировское, Снежное, Торез, Ровеньки, Антрацит, Свердловск. Состоялись встречи и технические совещания по этому вопросу с руководителями городов Ровеньки, Кировское, Антрацит и Свердловск.
По результатам рассмотрения этого вопроса в городском совете г. Свердловска УкрНТЭК с привлечением соисполнителей выполнил комплекс предпроектных работ по использованию шахтных вод шахты им. Войкова ГХК "Свердловскантрацит" для хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Свердловска.
В объёме изыскательского этапа работы выполнены исследования состава и показателей качества шахтных вод, гидрогеологических и санитарных условий их формирования, разработаны технологии очистки и кондиционирования воды. Получено заключение Главного государственного санитарного врача г. Свердловска о возможности использования подземных вод закрываемой шахты в качестве источника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.
В 2001 году институтом "Луганскгипрошахт" при участии ОАО "УкрНТЭК" выполнен проект закрытия шахты им Войкова, в составе которого предусмотрено строительство установки очистки и кондиционирования подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Свердловска. В настоящее время за счёт средств городского совета и областного экологического фонда заканчивается выполнение проектной документации (стадия Проект) "Улучшение водоснабжения г. Свердловска с использованием шахтной воды шахты им. Войкова".
Шахтные воды второй группы после очистки и кондиционирования могут использоваться для технического водоснабжения промышленных и коммунальных предприятий. Как показывает анализ химического состава шахтных вод, а также требований к качеству воды, используемой в системах водоснабжения предприятий, около 80 процентов карьерных и шахтных вод этой группы после очистки и кондиционирования могут быть использованы для технического водоснабжения предприятий и на собственные нужды шахт вместо воды питьевого качества. Наиболее емкими потребителями кондиционированной шахтной воды на промышленных предприятиях могут быть системы охлаждения конденсаторов турбин ТЭЦ и ГРЭС, компрессоров кислородных станций, металлургических и других тепловыделяющих агрегатов. Возможно также использование этого типа воды для подпитки закрытых систем отопления населенных пунктов.
Имеющиеся разработки позволяют заменить на шахтах питьевую воду кондиционированной шахтной в котельных, компрессорных станциях, вакуумных системах дегазации. Основными операциями технологии подготовки этого типа шахтных вод являются очистка от взвешенных веществ, а также умягчение иди стабилизационная обработка.
Учитывая высокую стоимость питьевой воды, экономически оправданным также является строительство на шахтах установок по производству питьевой воды, основанных на обратноосмотическом опреснении шахтной воды. Себестоимость производства питьевой воды составит не более 1,5 грн./м3.
Одним из возможных потребителей кондиционированной шахтной воды являются закрытые системы отопления населенных пунктов. Технологии водоподготовки шахтной и повсеместно используемой в настоящее время питьевой воды практически не отличаются. Имеется опыт использования шахтной воды для подпитки закрытых систем отопления в городах Красный Луч и Свердловск Луганской области.
Одним из примеров, показывающих возможность крупномасштабного использования шахтных вод для водоснабжения промышленных предприятий, является предложение "УкрНТЭК" по кондиционированию и использованию шахтных вод (около 500 кубических метров в час) закрытой шахты "Красный Октябрь" для технического водоснабжения Енакиевского металлургического завода. Себестоимость кондиционирования и подачи шахтных вод на завод составит 15-20 коп/м3, а стоимость свежей технической воды, используемой в настоящее время на заводе, составляет 52 коп/м3 Окупаемость капитальных вложений на кондиционирование и транспортировку шахтных вод менее двух лет. Предложение рассмотрено и одобрено на техническом совете облгосадминистрации в марте 1997 г., однако несмотря на экономическую целесообразность, а также то, что реализация предложения позволяет сберечь ресурсы воды питьевого качества в количестве, эквивалентном потребности ~50 тысяч человек и уменьшить затраты связанные с эксплуатацией шахтного водоотлива, предложение не реализовано. Весной этого года ОАО "Данко" были предприняты шаги к осуществлению проекта, однако разработка проектной документации до настоящего времени не начата. Затянулся процесс согласования цены на шахтную воду с ГХК "Орджоникидзеуголь". Аналогичная ситуация складывается по намеченной к закрытию шахте "Украина" ГХК "Луганскуголь", шахтные воды которой (более 1000 м /ч) могут быть использованы для технического водоснабжения Алчевского меткомбината, а также на получение питьевой воды.
Одновременно с уменьшением дефицита воды для технического и хозяйственно-питьевого водоснабжения за счет использования шахтных вод, будет в значительной степени решаться и экологическая проблема, так как при этом предотвращается сброс в водоемы взвешенных, эфирорастворимых веществ и других загрязнений, содержащихся в этих водах.
Шахтные воды третьей группы, а также воды второй группы, использование которых не представляется возможным необходимо подвергать комплексной переработке, включающей опреснение-концентрирование мембранными методами и переработку концентрата на утилизируемые продукты.
Имеющийся в УкрНТЭК опыт разработки, проектирования и освоения установок и сооружений для очистки, кондиционирования, опреснения карьерных, шахтных и других типов вод с переработкой концентрата на утилизируемые продукты, а также систем водоснабжения и водоотведения предприятий, показывает, что кондиционирование и использование шахтных вод первой и второй групп может решить проблему обеспечения водой для хозяйственно-питьевых и технических целей ряда населенных пунктов и предприятий, уменьшить затраты, связанные с закрытием неперспективных шахт и существенно уменьшить влияние шахтных вод на загрязнение водоемов.
Для этого необходимо:
С существенно большими капитальными затратами и эксплуатационными расходами может быть решена проблема опреснения и комплексной переработки шахтных вод, использование которых невозможно. Для этого необходимо строительство относительно дорогостоящих установок переработки шахтных вод на опресненную воду и утилизируемые солепродукты.
При всем разнообразии возможных технических решений технологии переработки шахтных вод должны включать следующие основные стадии:
Для реализации технологий переработки шахтных вод значительная часть оборудования может быть изготовлена на заводах Украины. Исключение составляет оборудование и элементы для обратноосмотического опреснения, которые в Украине не изготавливаются, и могут комплектно поставляться инофирмами. Изготовление и комплектация обратноосмотических установок могут быть осуществлены и на заводах Украины на основе использования обратноосмотических фильтрующих рулонных элементов, изготавливаемых в России или в странах дальнего зарубежья. Для комплектации установок необходимы также арматура и некоторое оборудование, не выпускаемые в Украине.
Удельные капитальные затраты на строительство установок комплексной переработки шахтных вод сульфатно-хлоридного типа в случае комплектной поставки обратноосмотического оборудования инофирмами составят 8-9 тыс. USD на м3ч. В случае комплектации и изготовления оборудования на заводах Украины удельные капитальные затраты могут быть снижены до ~6 тыс. USD на м3/ч.
Удельные эксплуатационные расходы на переработку шахтных вод (себестоимость) при современном уровне цен и курсе гривни составят 1,5-2,0 грн./м3.
Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что реализация проектов комплексной переработки шахтных вод экономически целесообразна, так как позволяет получить высококачественную питьевую воду при себестоимости более низкой, чем действующая цена, а также предотвратить загрязнение водоемов. Однако это связано с необходимостью значительных капитальных вложений.
Учитывая экономическое положение Украины, по нашему мнению, проблему деминерализации шахтных вод целесообразно решать поэтапно. При этом на первом этапе наиболее целесообразны разработка и строительство установок для очистки и опреснения шахтных вод в регионах, испытывающих острый недостаток воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения с последующей реализацией стадии упаривания и разделения концентрата.
Как следует из приведенных данных, экономически целесообразно организовать в Украине производство установок обратного осмоса. Целесообразно также строительство на одной из шахт полномасштабной опытно-промышленной установки опреснения и комплексной переработки шахтных вод.