Не используемая на технологические нужды шахтная вода с добавлением 70 м3/год хозяйственно-бытовых стоков шахты "Житомирская" сбрасывается в общем объеме 5869 тыс. м3/год по двум выпускам: в реку Кленовая (выпуск №1 в объеме 3504,0 тыс. м3/год) и балка Харцызская (выпуск №2 в объеме 2365,0 тыс. м3/год). Последующая схема сброса: р. Харцызская, р. Ольховая, р. Крынка.
Физико-химический состав шахтных вод весьма разнообразен, что обусловлено различием состава подземных водоносных горизонтов в пределах угольных бассейнов и месторождений, которые в большинстве случаев играют решающую роль в формировании шахтных вод. Состав шахтных вод до и после пруда-осветлителя представлен в следующей таблице.
Таблица 4.1 - Результаты анализа проб шахтной воды шахты "Житомирская"
| Наименование показателя | Ед. Измерения | До пруда | После пруда | Факт | ПДК | |
| 1 | Температура | °С | 20 | 21 | - | - |
| 2 | Прозрачность | См | 8,0 | 15,5 | - | - |
| 3 | Взвешенные вещества | Мг/дм3 | 77,0 | 98,0 | 60,8 | 25,0 |
| 4 | РН | - | 7,36 | 7,8 | - | - |
| 5 | Гидрокарбонаты | Мг/дм3 | 10,72 | 10,98 | - | - |
| 6 | Жесткость | Мг-экв/дм3 | 6,624 | 6,624 | - | - |
| 7 | Кальций | Мг/дм3 | 53,47 | 20,28 | - | - |
| 8 | Магний | - * - | 48,1 | 68,24 | - | - |
| 9 | ХПК | - | - | - | - | - |
| 10 | БПК5 | -*- | 76,8 | 10,1 | 2,80 | 2,80 |
| 11 | Нефтепродукты | -*- | 0,35 | 0,25 | 0,55 | 0,30 |
| 12 | Фенолы | -*- | 0,003 | 0,002 | 0,0089 | 0,001 |
| 13 | Хлориды | -*- | 97,0 | 95, 20 | 71,50 | 121,5 |
| 14 | Сульфаты | -*- | 714,33 | 716,80 | 600,60 | 500,0 |
| 15 | Сухой остаток | -*- | 1849,5 | 1768,5 | 1617,70 | 1500,0 |
| 16 | Железо общее | -*- | 1,6 | 0,86 | 0,288 | 0,29 |
| 17 | Азот аммиака | -*- | 2,8 | 0,28 | 0,40 | - |
| 18 | Нитриты | -*- | 0,04 | 0,036 | - | 3,3 |
| 19 | Нитраты | -*- | 10,9 | 7,9 | - | 45 |
| 20 | Растворенный кислород | -*- | 6,24 | 5,28 | - | 0,31 |
| 21 | Аммоний | -*- | - | - | - | 0,31 |
| 22 | Ртуть | -*- | - | - | - | 0,0005 |
| 23 | Свинец | -*- | 0,30 | |||
| 24 | Никель | 1 | ||||
| 25 | Цинк | 1 | ||||
| 26 | Кобальт | 1 | ||||
| 27 | Хром | 0,1 | ||||
| 28 | Медь | 5 | ||||
| 29 | Марганец | 1 | ||||
| 30 | Кадмий | 0,001 |
Шахтные воды отличаются большим разнообразием химического состава, непригодны для питья и обладают свойствами, исключающими их использование в технических целях без предварительной очистки. Загрязнения шахтных вод делятся на минеральные, органические и бактериальные. К минеральным загрязнениям относятся песчаные и глинистые частицы, минеральные включения углей (кварц, пирит, карбонаты), инертная пыль, а также содержащиеся в шахтных водах растворенные соли, щелочи и кислоты. Преобладающими ионами являются кальций, магний, натрий, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты, карбонаты.
Степень кислотности шахтных вод обуславливается присутствием свободной серной кислоты и характеризуется концентрацией свободных ионов (рН). По величине рН шахтные воды условно делятся на 3 класса:
нейтральные (рН=6,5 - 8,5);
кислые (рН менее 6,5);
щелочные (рН более 8,5). [10].
Шахтные воды шахты “Житомирская” относятся к нейтральным.
Рассмотренные ранее физико-химические показатели состава шахтных вод обусловлены природой тех подземных или поверхностных вод, которые имеют решающее значение в формировании водопритоков; на величину этих показателей горные работы влияния практически не оказывают.
К числу основных загрязнений, наличие которых в шахтных водах непосредственно связаны с горными работами, относятся взвешенные вещества (ВЗВ), нефтепродукты, бактериальные примеси. Обогащение этими загрязняющими веществами происходит в процессе движения их по горным выработкам и выработанному пространству шахты. [9].
Органические загрязнения представлены частицами чистого угля, минеральными маслами, применяемыми для смазки горных машин и механизмов, продуктами жизнедеятельности живых организмов, разложения древесины и др., основной составляющей частью которых является углерод органический.
Бактериальные загрязнения шахтных вод представлены различными микроорганизмами, среди которых наиболее распространены плесневые грибы, микробы кишечной группы.
Шахтные воды обычно не имеют запаха, однако иногда затхлый, неприятный запах придает ей растворенный сероводород или разлагающиеся органические вещества.
Цвет воде придают растворенные и взвешенные вещества. Например, железистые соединения придают воде бурую окраску, если же твердая фаза представлена преимущественно дисперсными частицами угля - шахтные воды приобретают черный цвет. При значительном количестве породных включений цвет воды становится серым.
Привкус шахтной воде придают в основном растворенные минеральные соединения, газы и другие вещества. Распространенный солоноватый привкус объясняется присутствием хлористого натрия. При наличии в воде сульфатов натрия и кальция она приобретает горький привкус, ионы железа придают воде неприятный вкус, а органические вещества - сладковатый.
Органические загрязнения шахтных вод можно охарактеризовать пермангонатом бихроматной окисляемостью (ХПК), а также биохимической потребностью в кислороде (БПК).
Окисляемость является показателем загрязненности воды органическими веществами и выражается количеством кислорода в миллиграммах, затрачиваемого на окисление этих веществ в 1 л воды в определенных условиях [9].
Биохимическая потребность в кислороде (БПК) шахтных вод определяется количеством кислорода, расходуемым на окисление нестойких органических веществ за определенный промежуток времени и выражается в мг/л О2. Обычно определяют БПК5, БПК20 (пяти - и двадцати суточную).
Наличие азота аммонийных, нитритных и нитратных ионов в шахтной воде указывает на загрязнение воды продуктами распада растительного и животного происхождения. При биохимическом распаде азоторганических соединений регенерирует в минеральные формы. Конечным продуктом распада являются ионы аммония, которые могут быть окислены в нитриты и нитраты. Наличие нитратов в очищенной воде указывает на достаточно полную ее очистку от органических загрязнений.
Бактериальные загрязнения шахтных вод обусловлено наличием в них большого количества микроорганизмов, что является следствием попадания в воду продуктов гниения древесины и живых организмов. Это создает благоприятную среду для развития бактерий, среди которых могут быть патогенные - вредные для человека, - возбуждающие различные желудочно-кишечные заболевания (брюшной тиф, дизентерия). Особенно следует выделить бактерии кишечной палочки Eschericia Colli, количество которых служит показателем фекального загрязнения воды [13].
Степень загрязнения шахтных вод оценивается микробиологическими показателями:
1. Коли-титром - количеством воды (в миллилитрах), в котором обнаружена одна кишечная палочка (определяется согласно ГОСТ 18963-73).
2. Коли-индексом - количеством кишечных палочек в 1 л исследуемой воды.
3. Микробным числом - общим числом микробов в 1 мл воды.
Степень загрязнения взвешенными веществами зависит от гидрогеологических условий шахтного поля, физико-механических свойств угля и вмещающих пород, технологии и интенсивности ведения очистных работ и подготовительных работ и др. факторов.
Наиболее крупные фракции взвешенных веществ оседают в подземных водосборниках. Крупность и количество осевших частиц определяются размерами и емкостью подземных водосборников, степенью заполнения их осадком и режимом работы водоотлива. В зависимости от этих факторов концентрация взвешенных веществ в выдаваемых на поверхность шахтных водах варьирует по отдельным шахтам от 30 до 2000 мг/л. Однако на большинстве шахт средняя концентрация взвешенных веществ не превышает 1000 мг/л. Относительно меньшей степенью загрязненности характеризуются шахты, разрабатывающие высокометаморфизованные угли (антрациты и полуантрациты).
Взвешенные вещества в шахтных водах представлены частицами угля и вмещающих пород различной крупности. Обычно в воде преобладают угольные частицы, реже породные, однако их соотношение непостоянно и может меняется с изменением условий разработки.
С точки зрения дисперсного состава взвешенные вещества представляют собой полидисперсную систему.
Содержание нефтепродуктов в шахтных водах определяется в основном уровнем механизации горных работ.
Во многих угольных бассейнах страны и за рубежом снижение расхода дефицитной и дорогостоящей питьевой воды для нужд, связанных с питьевым и бытовым водоснабжением, осуществляется за счет использования шахтных вод. Очищенные шахтные воды используются в процессе угледобычи для нужд комплексного обеспыливания, включающее нагнетание воды в пласт с целью дегазации и предотвращения внезапных выбросов газа и пыли, а также интенсивного пылеподавления в процессе разработки; устройства водяных заслонов на входящей и исходящей струях забоев, пластов или крыльев шахт; для орошения забоя при работе очистных и подготовительных комбайнов, а также транспортных средств; при бурении дегазационных скважин и шпуров с промывкой; на обмывку стенок основных и вспомогательных выработок для предупреждения и локализации взрыва угольной и породной пыли. Кроме того, значительный объем шахтной воды необходим поверхностным комплексам шахт и обогатительным фабрикам [9].