СПОСОБ БЕЗРЕАГЕНТНОЙ ОЧИСТКИ ШАХТНЫХ ВОД Российский патент 2022 года по МПК C02F1/36 C02F1/52 C02F9/08 C02F103/10 

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для: безреагентной очистки шахтных вод (НТВ) от: коллоидных частиц (КЧ) - класс крупности «-0,5 мкм», от взвешенных веществ (ВВ) - класс крупности «+0,5 мкм», от тяжелых металлом (ТМ), от болезнетворных бактерий (ББ); безреагентного обеззараживания - в интересах обеспечения охраны окружающей природной среды (ОПС); безреагентной очистки оборотных вод от ВВ - в интересах обеспечения высокой рентабельности производства; для безреагентной очистки природной воды от КЧ, ВВ, ТМ и ББ - в интересах подготовки питьевой воды, и, как следствие, обеспечения здоровья и качественного (активного) долголетия; для уплотнения тел водоупорных дамб и уменьшения паразитной фильтрации воды через них - в интересах безопасности эксплуатации гидротехнического сооружения. Спп. 10 Илл.

Известен способ безреагентной очистки шахтных (карьерных, отвальных и др.) вод (ШΒ) предприятий горной промышленности, заключающийся: в незначительной - менее 10%, очистке от тонкодисперсных ВВ (ТДВВ) - класс крупности «0,5-5 мкм», существенной - более 50%, очистке от среднедисперсных ВВ (СДВВ) - класс крупности «5-50 мкм», практически полной - более 90%, очистке от крупнодисперсных ВВ (КДВВ) - класс крупности «50-500 мкм» и полной - 100%, очистке от сверхкрупнодисперсных ВВ (СКДВВ) - класс крупности «+500 мкм» - в основном отстойнике; в существенной очистке от ТДВВ, практически полной очистке от СДВВ и полной очистке от КДВВ - в первом дополнительном отстойнике; практически полной очистке от ТДВВ и полной очистке от СДВВ - во втором дополнительном отстойнике; в полной очистке от ТДВВ и незначительной очистке от КЧ - в специальном сооружении, в качестве которого используют акустический фильтр /Акустическая технология в обогащении полезных ископаемых //под ред. B.C. Ямщикова. - М.: Наука, 1987, с. 225-228/.

Основными недостатками данного способа являются:

1. Низкая производительность очистки ШΒ, из-за ограниченной площади фильтрующей перегородки акустического фильтра.

2. Высокая стоимость очистки единицы объема ШВ.

3. Невозможность сгущения осадка в отстойниках, и, как следствие, невозможность увеличения полезных объемов воды в них.

4. Недостаточное качество очистки ШВ от КЧ.

5. Невозможность использования для очистки ШВ от ТМ.

5. Невозможность использования для очистки ШВ от ББ и т.д.

Известен способ безреагентной очистки шахтных (карьерных, оборотных и др.) вод заключающийся в полной очистке от СКДВВ, практически полной очистке от КДВВ, существенной очистке от СДВВ и незначительной очистке от ТДВВ - путем периодического - с чередованием режимов излучения и паузы, а также последовательного по частоте, формирования в главном отстойнике бегущих гидроакустических волн (БГАВ) звукового диапазона частот (ЗДЧ) - в диапазоне частот от 16 Гц до 16 кГц, и ультразвукового диапазона частот (УЗДЧ) - в диапазоне частот выше 16 кГц с амплитудой звукового давления не менее 10 Па на расстоянии 1 м от соответствующего излучателя; в полной очистке от КДВВ, практически полной очистке от СДВВ и существенной очистке от ТДВВ в первом дополнительном отстойнике - путем периодического и последовательного формирования БГАВ ЗДЧ и УЗДЧ частот; в полной очистке от СДВВ, практически полной очистке от ТДВВ, незначительной очистке от КЧ, ТМ и ББ во втором дополнительном отстойнике - путем периодического и последовательного формирования интенсивных стоячих гидроакустических волн (СГАВ) ЗДЧ и УЗДЧ частот с амплитудой звукового давления не менее 10² Па на расстоянии 1 м от соответствующего излучателя; в полной очистке от ТДЧ, практически полной очистке от КЧ, ТМ и ББ в третьем дополнительном отстойнике - путем периодического и последовательного формирования интенсивных СГАВ ЗД и УЗД частот, а также дополнительной очистки от КЧ, ТМ и ББ путем фильтрации воды через фильтрующие валы (дамбы), и прохождения через системы естественной аэрации воды кислородом, находящихся между всеми отстойниками; в полной очистке от КЧ, ТМ и ББ в специальном сооружении - акустическом гидроциклоне (АГЦ) - путем ее перемешивания и дегазации при избыточным статическом давлении 3-5 атм., а также путем ее облучения интенсивными - с амплитудой звукового давления не менее 10⁵ Па на расстоянии 1 м от соответствующего излучателя, СГАВ УЗДЧ на частоте, близкой к резонансной частоте газовых пузырьков /Бахарев С.А. Способ очистки и обеззараживания оборотных и сточных вод. - Патент РФ №2280490, 2005 г., опубл. 27.07.2006, Бюл. №21. Диплом ФИПС в номинации: «100 лучших изобретений России»/.

Основными недостатками данного способа являются:

1. Низкая производительность (по очищенной воде и по уплотненному осадку) из-за ограниченного объема рабочей камеры АГЦ.

2. Высокая стоимость единиц: объема очищенной воды (от КЧ, ВВ, ТМ и ББ) и объема уплотненного (сгущенного) осадка.

3. Недостаточно рациональное использование полезного объема основного и дополнительного отстойников.

4. Невозможность сгущения осадка в отстойниках, и, как следствие, увеличения полезных объемов воды в них и т.д.

Наиболее близким к заявляемому относится способ безреагентной очистки ШВ (карьерных вод), выбранный в качестве способа-прототипа, заключающийся в гидроакустическом (под водой) воздействии на очищаемую (от КЧ, ВВ, ТМ, ББ) ШВ и на уплотняемый (сгущаемый) осадок чередующимися между собой: импульсными - длительностью менее 1 с, квазиимпульсными - длительностью от 1 с до 10 с и непрерывными - длительностью более 10 с, сигналами ЗДЧ и УЗДЧ частот с амплитудой звукового давления не менее 10² Па на расстоянии 1 м от соответствующего гидроакустического излучателя: в первом элементе (переделе) сооружения водоочистки (СВО) - в первом зумпфе с функционально соединенными с ним - не менее двух, водосборными канавами; во втором элементе СВО - во втором зумпфе с водоотливными насосами; в третьем элементе СВО - в отстойнике грубой очистки воды; в четвертом элементе СВО - в отстойнике тонкой очистки воды и в пятом элементе СВО - на полях поверхностной фильтрации; в очистке ШВ от КЧ, ВВ и ТМ - путем их акустической (безреагентной) коагуляции и благодаря сорбционным свойствам ВВ (применительно к очистке от ТМ), акустического (дополнительно к гравитации) осаждения исходных и ранее акустически коагулированных КЧ и ВВ, а также акустического уплотнения (сгущения) осадка с последующим его (осадка) утилизацией на полигоне хранения твердых отходов /Бахарев С.А. Способ безреагентной очистки карьерных вод. - Патент РФ №2560771, опубл. 20.08.2015 г., Бюл. №23/.

К недостаткам способа-прототипа относятся:

1. Невозможность очистки ШВ от ББ (невозможность обеззараживания ШВ) - из-за использования сигналов ЗДЧ и УЗДЧ частот с амплитудой звукового давления всего 10² Па на расстоянии 1 м от соответствующего гидроакустического излучателя

2. Низкая эффективность работы четвертого дополнительного сооружении водоочистки - из-за использования для очистки ШВ только гравитационного осаждения (под действием силы тяжести) ВВ.

3. Недостаточная эффективность работы главного и первого дополнительного сооружении водоочистки - из-за использования для очистки ШВ только акустической коагуляции и гравитационного осаждения (под действием силы тяжести) ВВ.

4. Недостаточное качество очистки НТВ от КЧ и ТМ - из-за использования только гидроакустического воздействия (под водой) и силы гравитации (силы тяжести).

5. Недостаточное качество очистки ШВ при наличии льда на поверхности воды в третьем и в четвертом дополнительных сооружениях водоочистки.

6. Высокая себестоимость очистки ШВ от КЧ, ТМ и солей и др.

Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от указанных выше недостатков.

Технический результат предложенного способа заключается в эффективной (до уровня требований природоохранного законодательства), безреагентной (без использования химических реагентов) очистке больших объемов ШВ (расход ШВ не менее 2000 м³/ч) от КЧ, ВВ, ТМ и ББ, относительно простым способом, при минимальных финансово-временных затратах и расширении области применения (работа в период ледостава на наземных объектах водоочистки), с обеспечением медицинской безопасности для человека и экологической безопасности для ОПС, в целом.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе безреагентной очистке ШВ, заключающемся в гидроакустическом (под водой) воздействии на очищаемую ШВ и на уплотняемый (сгущаемый) осадок чередующимися между собой: импульсными - длительностью менее 1 с, квазиимпульсными - длительностью от 1 с до 10 с и непрерывными - длительностью более 10 с, волнами ЗДЧ и УЗДЧ частот в последовательно функционально соединенных: первом, втором, третьем, четвертом и пятом элементах (переделах) СВО ШВ; в акустической коагуляции КЧ, ВВ (благодаря увеличению количества столкновений между ними и механического присоединения более подвижных КЧ к менее подвижным ВВ под воздействием акустических волн) и ТМ (благодаря сорбционным свойствам ВВ), в гравитационном (под действием силы тяжести) и гравитационно-акустическом (под действием силы тяжести и гидроакустической волны, распространяемой под водой сверху вниз) осаждении на дно ранее акустически коагулированных КЧ, ВВ и ТМ; в акустическом уплотнении (сгущении) осадка, с последующим его (осадка) извлечением и утилизацией на полигоне хранения твердых отходом, при этом амплитудой звукового давления волн ЗДЧ и УЗДЧ составляет не менее 10⁴ Па на расстоянии 1 м от соответствующего гидроакустического излучателя, в качестве первого элемента используют идентичные друг другу участковые водосборники, расположенные на участках шахты, в качестве второго элемента используют идентичные друг другу главные водосборники, расположенные в околоствольном дворе шахты, в качестве третьего элемента используют идентичные друг другу пруды-отстойники, в качестве четвертого элемента используют идентичные друг другу камеры фильтров, в качестве пятого элемента используют идентичные друг другу фильтры с сорбентами, дополнительно осуществляют электрохимическую коагуляцию КЧ, ВВ, ТМ и ББ в ближнем поле гидроакустических излучателей в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию - сопутствующий эффект, дополнительно осуществляют осаждение ранее коагулированных КЧ, ВВ, ТМ и ББ - под действием акустических волн ЗДЧ и УЗДЧ с амплитудой звукового давления не менее 1 Па на расстоянии 1 м от соответствующего акустического (надводного) излучателя, направляемых из воздуха под воду под углом не более 30 градусов, дополнительно осуществляют очистку от ББ (обеззараживание ШВ) в ближнем поле гидроакустических излучателей - за счет бактерицидного действия на микрофлору пероксида водорода и радикалов ОН°, которые формируют под водой при излучении акустических волн с амплитудой звукового давления не менее 10⁴ Па; дополнительно в пятом элементе осуществляют извлечение на сорбентах фильтров ранее коагулированных (акустически и электрохимически) КЧ, ВВ, ТМ и ББ.

На фиг.1 - фиг.5 представлены структурные схемы устройства, реализующего разработанный способ безреагентной очистки (от КЧ, ВВ, ТМ и ББ) ШВ. При этом: на фиг.1 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к общему принципу реализации разработанного способа безреагентной очистки ШВ; на фиг.2 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к первому элементу (переделу) системы водоочистки (СВО) ШВ и к первому комплексу акустического воздействия (КАВ); на фиг.3 иллюстрируется структурная схема устройства применительно ко второму элементу СВО ШВ и ко второму КАВ; на фиг.4 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к третьему элементу СВО ШВ и к третьему КАВ; на фиг.5 иллюстрируется структурная схема устройства применительно к четвертому элементу СВО ШВ и к четвертому КАВ.

Устройство безреагентной очистки ШВ (например, в процессе добычи рудного золота в Камчатском крае РФ) в простейшем случае содержит (фиг.1): СВО (1) в составе: нескольких - не менее двух, идентичных друг другу по своему назначению первых элементов (2) СВО (1) ШВ - участковых водосборников, расположенных на участках шахты; нескольких - не менее двух, идентичных друг другу по своему назначению вторых элементов (3) СВО (1) ШВ - главных водосборников, расположенных в околоствольном дворе шахты; нескольких - не менее двух, идентичных друг другу по своему назначению третьих элементов (4) СВО (1) ШВ - прудов-отстойников, расположенных на земной поверхности, нескольких - не менее двух, идентичных друг другу по своему назначению четвертых элементов (5) СВО (1) ШВ - рабочих камер, нескольких - не менее двух, идентичных друг другу по своему назначению пятых элементов (6) СВО (1) ШВ - фильтров-сорбентов. При этом: каждый из первых элементов (2) СВО (1) ШВ в простейшем случае содержит функционально соединенные: несколько - не менее двух, идентичных друг другу по своему назначению водоотводных канав (7) и участковый водосборник (8), расположенные на соответствующем участке шахты, выход которого соединен, посредством соответствующего участкового трубопровода (9) с входом соответствующего второго элемента (3) СВО (1) ШВ; каждый из вторых элементов (3) СВО (1) ШВ в простейшем случае содержит функционально соединенные: несколько - не менее двух, горных выработок (10), насосную камеру (11), водяной насос (12), выход которого, посредством соответствующего главного трубопровода (13), соединен с входом соответствующего третьего элемента (4) СВО (1) ШВ; каждый из третьих элементов (4) СВО (1) ШВ в простейшем случае содержит последовательно функционально соединенные первую приемную камеру (14) и первую камеру осветления (15), выход последней, посредством соответствующего первого водовода (16), соединен с входом соответствующего четвертого элемента (5) СВО (1) ШВ; каждый из четвертых элементов (5) СВО (1) ШВ в простейшем случае содержит последовательно функционально соединенные вторую приемную камеру (17) и вторую камеру осветления (18), выход последней контактно соединен с входом соответствующего пятого элемента (6) СВО (1) ШВ; каждый из пятых элементов (6) СВО (1) ШВ в простейшем случае содержит последовательно функционально соединенные: фильтрующий элемент (19) и сорбирующий элемент (20), выход последнего, посредством соответствующего водоотводного трубопровода (21), соединен с природным водотоком - с ручьем.

СВО (1) также содержит несколько - по числу первых элементов (2), идентичных друг другу по своему назначению первых комплексов акустического (ПКАВ) воздействия (22) на ШВ; несколько - по числу вторых элементов (3), идентичных друг другу по своему назначению вторых комплексов акустического (ВКАВ) воздействия (23) на ШВ; несколько - по числу третьих элементов (4), идентичных друг другу по своему назначению третьих комплексов акустического (ТКАВ) воздействия (24) на ШВ; несколько - по числу четвертых элементов (5), идентичных друг другу по своему назначению четвертых комплексов акустического (ЧКАВ) воздействия (25) на ШВ.

При этом каждый ПКАВ (22), в простейшем случае содержит: первый канал гидроакустической (ПКГАК) коагуляции (26) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: первый съемный цифровой носитель (ПСЦНС) сигналов (27) на частоте F¹_ГАК - первая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, первый блок усиления (МПБУС) сигналов (28) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F¹_ГАК и многоканальный - не менее 2-х каналов, первый блок излучения (МПБИС) сигналов (29) на частоте F¹_ГАК - группа ненаправленных, размещенных под водой на разных горизонтах, гидроакустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ; первый канал гравитационно-гидроакустического (ПКГГО) осаждения (30) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: второй съемный цифровой носитель (ВСЦНС) сигналов (31) на частоте F¹_ГГО - вторая флешка, многоканальный - не менее 2-х каналов, второй блок усиления (МВБУС) сигналов (32) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F¹_ГГО и многоканальный - не менее 2-х каналов, второй блок излучения сигналов (МВБИС) на частоте F¹_ГГО - группа направленных и ориентированных вняв, размещенных под водой на одном горизонте в верхнем слое воды, гидроакустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ; первый канал гравитационно-акустического (ПКГАО) осаждения (34) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: третий съемный цифровой носитель (ТСЦНС) сигналов (35) на частоте F¹_ГАО - третья флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, третий блок усиления (МТБУС) сигналов (36) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F¹_ГАО и многоканальный - не менее 2-х каналов, третий блок излучения (МТБИС) сигналов (37) на частоте F¹_ГАО - группа направленных и ориентированных вниз под углом не более 30 градусов, размещенных над водой, акустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ.

При этом каждый ВКАВ (23), в простейшем случае содержит: второй канал гидроакустической (ВКГАК) коагуляции (38) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: четвертый съемный цифровой носитель (ЧСЦНС) сигналов (39) на частоте F²_ГАК - четвертая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, четвертый блок усиления (МЧБУС) сигналов (40) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F²_ГАК и многоканальный - не менее 2-х каналов, четвертый блок излучения (МЧБИС) сигналов (41) на частоте F²_ГАК - группа ненаправленных, размещенных под водой на разных горизонтах, гидроакустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ; второй канал гравитационно-гидроакустического (ВКГГО) осаждения (42) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: пятый съемный цифровой носитель (ПТСЦНС) сигналов (43) на частоте F²_ГГО - пятая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, пятый блок усиления (МПТБУС) сигналов (44) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F²_ГГО и многоканальный - не менее 2-х каналов, пятый блок излучения (МПТБИС) сигналов (45) на частоте F²_ГГО - группа направленных и ориентированных вняв, размещенных под водой на одном горизонте в верхнем слое воды, гидроакустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ; второй канал гравитационно-акустического (ВКГАО) осаждения (46) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: шестой съемный цифровой носитель (ШСЦНС) сигналов (47) на частоте F²_ГАО - шестая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, шестой блок усиления (МШБУС) сигналов (48) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F²_ГАО и многоканальный - не менее 2-х каналов, шестой блок излучения (МШБИС) сигналов (49) на частоте F²_ГАО - группа направленных и ориентированных вниз под углом не более 30 градусов, размещенных над водой, акустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ.

При этом каждый ТКАВ (24), в простейшем случае содержит: третий канал гидроакустической (ТКГАК) коагуляции (50) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: седьмой съемный цифровой носитель (ССЦНС) сигналов (51) на частоте F³_ГАК - седьмая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, седьмой блок усиления (МСБУС) сигналов (52) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F³_ГАК и многоканальный - не менее 2-х каналов, седьмой блок излучения (МТБИС) сигналов (53) на частоте F³_ГАК - группа ненаправленных, размещенных под водой на разных горизонтах, гидроакустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ; третий канал гравитационно-гидроакустического (ТКГГО) осаждения (54) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: восьмой съемный цифровой носитель (ВОСЦНС) сигналов (55) на частоте F³_ГГО - восьмая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, восьмой блок усиления (МВОБУС) сигналов (56)- многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F³_ГГО и многоканальный - не менее 2-х каналов, восьмой блок излучения (МВОБИС) сигналов (57) на частоте F³_ГГО - группа направленных и ориентированных вниз, размещенных под водой на одном горизонте в верхнем слое воды, гидроакустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ; третий канал гравитационно-акустического (ТКГАО) осаждения (58) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: девятый съемный цифровой носитель (ДСЦНС) сигналов (59) на частоте F³_ГАО - девятая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, девятый блок усиления (МДБУС) сигналов (60) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F³_ГАО и многоканальный - не менее 2-х каналов, девятый блок излучения (МДБИС) сигналов (61) на частоте F³_ГАО - группа направленных и ориентированных вниз под углом не более 30 градусов, размещенных над водой, акустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ; первый канал гидроакустического сгущения (ПКГСО) осадка (62) содержащий последовательно функционально соединенные: десятый съемный цифровой носитель (ДЕСЦНС) сигналов (63) на частоте F¹_ГСО - десятая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, десятый блок усиления (МДЕБУС) сигналов (64) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F¹_ГСО и многоканальный - не менее 2-х каналов, десятый блок излучения (МДЕБИС) сигналов (65) на частоте F¹_ГСО, размещенный в герметичном и звукопрозрачном контейнере (66), полностью заполненном чистой водой - группа ненаправленных, размещенных в придонном слое воды на разных горизонтах, гидроакустических излучателей ЗДЧ, помещенных в герметичных и звукопрозрачных контейнерах, полностью заполненных чистой водой.

При этом каждый ЧКАВ (25), в простейшем случае содержит: четвертый канал гидроакустической (ЧКГАК) коагуляции (67) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: одиннадцатый съемный цифровой носитель (ОСЦНС) сигналов (68) на частоте F⁴_ГАК - одиннадцатая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, одиннадцатый блок усиления (МОБУС) сигналов (69) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F⁴_ГАК и многоканальный - не менее 2-х каналов, одиннадцатый блок излучения (МОБИС) сигналов (70) на частоте F⁴_ГАК - группа ненаправленных, размещенных под водой на разных горизонтах, гидроакустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ; четвертый канал гравитационно-гидроакустического (ЧКГГО) осаждения (71) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: двенадцатый съемный цифровой носитель (ДВСЦНС) сигналов (72) на частоте F⁴_ГГО - двенадцатая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, двенадцатый блок усиления (МДВБУС) сигналов (73) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F⁴_ГГО и многоканальный - не менее 2-х каналов, двенадцатый блок излучения (МДВБИС) сигналов (74) на частоте F⁴_ГГО - группа направленных и ориентированных вниз, размещенных под водой на одном горизонте в верхнем слое воды, гидроакустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ; четвертый канал гравитационно-акустического (ЧКГАО) осаждения (75) КЧ, ВВ, ТМ и ББ содержащий последовательно функционально соединенные: тринадцатый съемный цифровой носитель (ТРСЦНС) сигналов (76) на частоте F⁴_ГАО - тринадцатая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, тринадцатый блок усиления (МТРБУС) сигналов (77) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F⁴_ГАО и многоканальный - не менее 2-х каналов, тринадцатый блок излучения (МТРБИС) сигналов (78) на частоте F⁴_ГАО - группа направленных и ориентированных вниз под углом не более 30 градусов, размещенных над водой, акустических излучателей ЗДЧ и УЗДЧ; второй канал гидроакустического сгущения (ВКГСО) осадка (79) содержащий последовательно функционально соединенные: четырнадцатый съемный цифровой носитель (ЧТСЦНС) сигналов (80) на частоте F²_ГСО - четырнадцатая флешка; многоканальный - не менее 2-х каналов, четырнадцатый блок усиления (МЧТБУС) сигналов (81) - многоканальный цифровой усилитель мощности, на частоте F²_ГСО и многоканальный - не менее 2-х каналов, четырнадцатый блок излучения (МЧТБИС) сигналов (82) на частоте F²_ГСО, размещенный в герметичном и звукопрозрачном контейнере (83), полностью заполненном чистой водой - группа ненаправленных, размещенных в придонном слое воды на разных горизонтах, гидроакустических излучателей ЗДЧ, помещенных в герметичных и звукопрозрачных контейнерах, полностью заполненных чистой водой.

Способ безреагентной очистки ШВ реализуют следующим образом (фиг.1 - фиг.5).

В процессе производственной деятельности (например, при добыче рудного золота в Камчатском крае - на «экологически ранимой территории») возникает объективная необходимость в очистке (от КЧ, ВВ, ТМ и ББ) ШВ - вод, образующихся в результате притока подземных вод и поверхностных природных вод в горные выработки, где они подвергаются загрязнению в процессе ведения различных работ по добыче полезных ископаемых (золота и т.д.). «Технологическое загрязнение» ШВ КЧ и ТДВВ происходит при бурении взрывных скважин и шпуров, дроблении пород взрывным способом, работе проходческих комбайнов и т.д. «Природное загрязнение» ШВ происходит подземными водах, которые практически всегда содержат ТМ (ионы ТМ). «Бактерицидное загрязнение» ШВ ББ происходит в результате гниения деревянных крепей и т.д.

Водосбор ШВ, водоотлив ЩВ и отчистку ШВ (от КЧ, ВВ, ТМ и ББ), в процессе реализации разработанного способа, осуществляют следующим образом.

Шахтные воды (с КЧ и с ВВ: ТДВВ, СДВВ, КДВВ и СКДВВ, а также с ТМ и с ББ) с участка шахты собирают с помощью нескольких - не менее 2-х, идентичных друг другу по своему назначению, водоотводных канав (7) и направляют в несколько - не менее 2-х, идентичных друг другу по своему назначению, участковых водосборников (8), в которых, благодаря силе гравитации (силе тяжести), осуществляют: практически полную (более 90%) очистку ШВ от СКДВВ, существенную (более 50%) очистку ШВ от КДВВ, несущественную (менее 50%) очистку ШВ от СДВВ и незначительную (менее 10%) очистку ШВ от ТДВВ. Однако все (100%) КЧ, ТМ и ББ, а также практически полная часть (более 90%) ТДВВ, существенная часть (более 50%) СДВВ, несущественная часть (менее 59%) КДВВ и незначительная часть (менее 10%) СКДВВ остаются в ШВ.

Для повышения эффективности (качества) гравитационной очистки ШВ в первых элементах (2) СВО (1), в процессе реализации разработанного способа, применяют ПКАВ (22). При этом: с помощью последовательно функционально соединенных: ПСЦНС (27), МПБУС (28) и МПБИС (29) ПКГАК (26) осуществляют воспроизведение (проигрывание ранее записанных специально синтезированных сигналов - с высокими градиентами частоты и уровня и т.д.), усиление (до необходимого уровня) и ненаправленное (во все стороны) излучение сигналов (гидроакустических волн) на частоте F¹_ГАК, и, как следствие, гидроакустическую коагуляцию КЧ и разно дисперсных ВВ на большом удалении (десятки метров) от МПБИС (29). Одновременно с этим, в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию, в непосредственной близости (десятки см) от МПБИС (29) осуществляют электрохимическую (благодаря наведенной электродвижущей силе) коагуляцию КЧ и разно дисперсных ВВ. Одновременно с этим, благодаря сорбционным свойствам ВВ, осуществляют (в процессе акустической и электрохимической коагуляции) извлечение из ШВ ТМ и ББ путем их акустико-сорбционной коагуляции с ВВ. Благодаря возросшей массе новых (коагулированных) ВВ (агрегоров), и (как следствие) возросшей силе тяжести, вновь образованные (коагулированные) частицы (агрегоры) более интенсивно (с более высокой скоростью) осаждают в нижние горизонты ШВ (ниже горизонта водозабора) и на дно. Одновременно с этим при помощи последовательно функционально соединенных: ВСЦНС (31), МВБУС (32) и МВБИС (33) ПКГГО (30) осуществляют воспроизведение, усиление и направленное (с верхнего слоя ШВ в сторону дна) излучение сигналов (гидроакустических волн) на частоте F¹_ГГО, под воздействием которых осуществляют принудительное (дополнительно к силе тяжести) и ускоренное (с повышенной скоростью) гравитационно-гидроакустического осаждение в нижние слои ШВ и на дно исходных КЧ и ВВ, а также ранее коагулированных (различными способами) разно дисперсных ВВ. Одновременно с этим при помощи последовательно функционально соединенных: ТСЦНС (35), МТБУС (36) и МТБИС (33) ПКГАО (34) осуществляют воспроизведение, усиление и направленное (с над поверхностного слоя ШВ - из воздуха, в сторону дна под углом не более 30 градусов - для обеспечения максимального проникновения под воду акустической энергии) излучение сигналов (акустических волн) на частоте F¹_ГАО, под воздействием которых осуществляют принудительное (дополнительно к силе тяжести) и ускоренное (с повышенной скоростью) гравитационно-акустическое осаждение в нижние слои ШВ исходных КЧ и ВВ, а также ранее коагулированных (различными способами) разно дисперсных ВВ. В результате осуществляют: полную очистку ШВ от СКДВВ, практически полную очистку ШВ от КДВВ, существенную очистку ШВ от СДВВ, несущественную очистку ШВ от ТДВВ и незначительную очистку ШВ: от КЧ, ТМ и ББ.

В дальнейшем «предварительно очищенную» в соответствующем первом элементе (2) СВО (1) ШВ по соответствующему участковому трубопроводу (9) направляют в соответствующую горную выработку (10) вторичного элемента (3) СВО (1), и осуществляют «грубую очистку» ШВ по аналогии с «предварительной очисткой» ШВ в первом элементе (2) СВО (1).

При этом в нескольких - не менее 2-х, идентичных друг другу по своему назначению, вторых элементах (3) СВО (1) применяют ВКАВ (22), в котором: с помощью последовательно функционально соединенных: ЧСЦНС (39), МЧБУС (40) и МЧБИС (41) ВКГАК (38) осуществляют воспроизведение (проигрывание ранее записанных специально синтезированных сигналов), усиление (до необходимого уровня) и ненаправленное (во все стороны) излучение сигналов (гидроакустических волн) на частоте F²_ГАК, и, как следствие, гидроакустическую коагуляцию КЧ и разно дисперсных ВВ на большом удалении (десятки метров) от МЧБИС (41). Одновременно с этим, в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию, в непосредственной близости (десятки см) от МЧБИС (41) осуществляют электрохимическую (благодаря наведенной электродвижущей силе) коагуляцию КЧ и разно дисперсных ВВ. Одновременно с этим, благодаря сорбционным свойствам ВВ, осуществляют (в процессе акустической и электрохимической коагуляции) извлечение из ШВ ТМ и ББ путем их акустико-сорбционной коагуляции с ВВ. Благодаря возросшей массе новых (коагулированных) ВВ (агрегоров), и (как следствие) возросшей силе тяжести, вновь образованные (коагулированные) частицы (агрегоры) более интенсивно (с более высокой скоростью) осаждают в нижние горизонты ШВ (ниже горизонта водозабора) и на дно. Одновременно с этим при помощи последовательно функционально соединенных: ПТСЦНС (43), МПТБУС (44) и МПТБИС (45) ВКГГО (42) осуществляют воспроизведение, усиление и направленное (с верхнего слоя воды в сторону дна) излучение сигналов (гидроакустических волн) на частоте F²_ГГО, под воздействием которых осуществляют принудительное (дополнительно к силе тяжести) и ускоренное (с повышенной скоростью) гравитационно-гидроакустического осаждение в нижние слои ШВ и на дно исходных КЧ и ВВ, а также ранее коагулированных (различными способами) разно дисперсных ВВ. Одновременно с этим при помощи последовательно функционально соединенных: ШСЦНС (47), МШБУС (48) и МШБИС (49) ВКГАО (46) осуществляют воспроизведение, усиление и направленное (с над поверхностного слоя ШВ - из воздуха, в сторону дна под углом не более 30 градусов - для обеспечения максимального проникновения под воду акустической энергии) излучение сигналов (акустических волн) на частоте F²_ГАО, под воздействием которых осуществляют принудительное (дополнительно к силе тяжести) и ускоренное (с повышенной скоростью) гравитационно-акустическое осаждение в нижние слои ШВ исходных КЧ и ВВ, а также ранее коагулированных (различными способами) разно дисперсных ВВ. В результате осуществляют: полную очистку ШВ от КДВВ, практически полную очистку ШВ от СДВВ, существенную очистку ШВ от ТДВВ, существенную очистку ШВ от ТДВВ и существенную очистку ШВ: от КЧ, ТМ и ББ.

В дальнейшем «грубо очищенную» в соответствующем втором элементе (3) СВО (1) ШВ, при помощи водяного насоса (12) по соответствующему главному трубопроводу (9) шахты последовательно направляют на поверхность земли - в соответствующую первую приемную камеру (14), в первую камеру осветления третьего элемента (4) СВО (1), и осуществляют «тонкую очистку» ШВ - по аналогии: с «предварительной очисткой» ШВ в первом элементе (2) СВО (1) и с «грубой очисткой» ШВ во втором элементе (3) СВО (1), а также (дополнительно) осуществляют первое гидроакустическое сгущение осадка.

Для этого в третьем элементе (4) СВО (1) применяют ТКАВ (24), в котором: с помощью последовательно функционально соединенных: ССЦНС (51), МСЧУС (52) и МСБИС (53) ТКГАК (50) осуществляют воспроизведение, усиление и ненаправленное излучение сигналов на частоте F³_ГАК, и, как следствие, гидроакустическую коагуляцию КЧ и разно дисперсных ВВ на большом удалении от МСБИС (53). Одновременно с этим, в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию, в непосредственной близости от МСБИС (53) осуществляют электро-химическую коагуляцию КЧ и разно дисперсных ВВ. Одновременно с этим, благодаря сорбционным свойствам ВВ, осуществляют извлечение из ШВ ТМ и ББ путем их акустико-сорбционной коагуляции с ВВ. Благодаря возросшей массе новых (коагулированных) ВВ, и возросшей силе тяжести, вновь образованные частицы более интенсивно осаждают в нижние горизонты ШВ и на дно. Одновременно с этим при помощи последовательно функционально соединенных: ВОСЦНС (55), МВОБУС (56)и МВОБИС (57) ТКГГО (54) осуществляют воспроизведение, усиление и направленное излучение сигналов на частоте F³_ГГО, под воздействием которых осуществляют принудительное и ускоренное гравитационно-гидроакустического осаждение в нижние слои ШВ и на дно исходных КЧ и ВВ, а также ранее коагулированных разно дисперсных ВВ. Одновременно с этим при помощи последовательно функционально соединенных: ДСЦНС (59), МДБУС (69) и МДБИС (70) ТКГАО (58) осуществляют воспроизведение, усиление и направленное излучение сигналов на частоте F³_ГАО, под воздействием которых осуществляют принудительное и ускоренное гравитационно-акустическое осаждение в нижние слои воды исходных КЧ и ВВ, а также ранее коагулированных разно дисперсных ВВ. В результате осуществляют: полную очистку ШВ от ТДВВ и практически полную очистку ШВ от: КЧ, ТМ и ББ.

Одновременно с этим, при помощи последовательно функционально соединенных: ДЕСЦНС (63), МДЕБУС (64) и МДЕБИС (65), размещенном в герметичном и звукопрозрачном контейнере (66), полностью заполненном чистой водой, ПКГСО (62) осуществляют воспроизведение, усиление и ненаправленное (во все стороны в придонном слое) излучение сигналов (гидроакустических волн) на частоте F¹_ГСО, и, как следствие, гидроакустическое сгущение осадка (путем акустической коагуляции частиц осадка, путем акустического вытеснения воды из микро пространств между частицами осадка и т.д.) на большом удалении от МДЕБИС (65), без заиливания (и последующего снижения эффективности работы) МДЕБИС (65). При этом на гидроакустически сгущенном осадке в первых приемных камерах (14) - при вертикальной турбулентности (формируемой при сбросе ШВ), третьего элемента (4) СВО (1) осуществляют гидравлическое осаждение частиц. В дальнейшем, периодически (по мере необходимости) гидроакустически сгущенный осадок (насыщенный ТМ и ББ) извлекают (механическим или гидравлическим методом) со дна на поверхность, и направляют на полигон хранения твердых отходов, или на глубокую переработку. В дальнейшем «тонко очищенную» в соответствующем третьем элементе (4) СВО (1) ШВ по соответствующему первому водоводу (16) последовательно направляют в соответствующую вторую приемную камеру (17) и во вторую камеру (18) осветления четвертого (5) СВО (1), и осуществляют «полную очистку» (100%) ШВ и гидроакустическое сгущение осадка - по аналогии с «тонкой очисткой» ШВ в третьем элементе (4) СВО (1).

Для этого в четвертом элементе (5) СВО (1) применяют ЧКАВ (25), в котором: с помощью последовательно функционально соединенных: ОСЦНС (68), МОЧУС (69) и МОБИС (70) ЧКГАК (67) осуществляют воспроизведение, усиление и ненаправленное излучение сигналов на частоте F⁴_ГАК, и, как следствие, гидроакустическую коагуляцию КЧ и разно дисперсных ВВ на большом удалении от МОБИС (70). Одновременно с этим, в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию, в непосредственной близости от МОБИС (70) осуществляют электрохимическую коагуляцию КЧ и разно дисперсных ВВ. Одновременно с этим, благодаря сорбционным свойствам ВВ, осуществляют извлечение из ШВ ТМ и ББ путем их акустико-сорбционной коагуляции с ВВ. Благодаря возросшей массе новых (коагулированных) ВВ, и возросшей силе тяжести, вновь образованные частицы более интенсивно осаждают в нижние горизонты ШВ и на дно. Одновременно с этим при помощи последовательно функционально соединенных: ДВСЦНС (72), МДВБУС (73) и МДВБИС (74) ЧКГГО (71) осуществляют воспроизведение, усиление и направленное излучение сигналов на частоте F⁴_ГГО, под воздействием которых осуществляют принудительное и ускоренное гравитационно-гидроакустического осаждение в нижние слои ШВ и на дно исходных КЧ и ВВ, а также ранее коагулированных разно дисперсных ВВ. Одновременно с этим при помощи последовательно функционально соединенных: ТРСЦНС (76), МТРБУС (77) и МТРБИС (78) ЧКГАО (75) осуществляют воспроизведение, усиление и направленное излучение сигналов на частоте F⁴_ГАО, под воздействием которых осуществляют принудительное и ускоренное гравитационно-акустическое осаждение в нижние слои ШВ исходных КЧ и ВВ, а также ранее коагулированных разно дисперсных ВВ. В результате осуществляют: полную (100%) очистку ШВ от КЧ, ВВ, ТМ и ББ.

Одновременно с этим, при помощи последовательно функционально соединенных: ЧТСЦНС (80), МЧТБУС (81) и МЧТБИС (82), размещенном в герметичном и звукопрозрачном контейнере (83), полностью заполненном чистой водой, ПКГСО (62) осуществляют воспроизведение, усиление и ненаправленное излучение сигналов на частоте F²_ГСО, и, как следствие, гидроакустическое сгущение осадка на большом удалении от МДЕБИС (82) и без заиливания МДЕБИС (82). При этом на гидроакустически сгущенном осадке во вторых приемных камерах (17) - при вертикальной турбулентности (формируемой при сбросе ШВ), четвертого элемента (5) СВО (1) осуществляют гидравлическое осаждение частиц. В дальнейшем, периодически гидроакустически сгущенный осадок извлекают со дна на поверхность, и направляют на полигон хранения твердых отходов, или на глубокую переработку.

Однако в периоды весеннего паводка и интенсивных дождей (циклоны, тайфуны и т.д.) может возникнуть ситуация с резким (в течение нескольких часов) и многократным (в 2 раза и более) увеличением расхода ШВ, и, как следствие, с возможным уменьшением качества безреагентной очистки ШВ.

Для исключения этого, ШВ из четвертого элемента (5) СВО (1) направляют в пятый (6) элемент СВО, в котором, благодаря фильтрующим элементам (19), с помощью которых дополнительно улавливают УЧ и ТДВВ, и сорбирующим элементам (20), с помощью которых дополнительно извлекают ТМ и ББ, ШВ полностью очищают от КЧ, ВВ, ТМ и ББ. При этом благодаря предварительной акустической коагуляции (КЧ и ВВ), предварительной акустической сорбции (ВВ и ТМ) и предварительного акустического обеззараживания (уничтожения ББ), фильтрующие элементы (19) и сорбирующие элементы (20) пятого элемента (6) СВО (1). В дальнейшем полностью очищенную ШВ (в том числе, при ее повышенных расходах) по водоотводному трубопроводу (21) направляют в природный поверхностный водоток - в ручей (или в реку). При этом:

1. Эффективную (до требований ПДК_{рыб.хоз.}), очистку ШВ (от КЧ, ВВ, ТМ и ББ) обеспечивают за счет того, что:

- очистку ШВ осуществляют на 5-ти этапах (в пяти элементах СВО) и с использованием различных физических механизмов (отстаивание, фильтрование, сорбирование и т.д.);

- осуществляют (в большом объеме ШВ) акустическую коагуляцию (за счет многократного увеличения количества столкновений между частицами, механического присоединения менее массивных и более подвижных КЧ и ТДВВ к более массивным и менее подвижным СДВВ, КДВВ и т.д.);

- осуществляют (в непосредственной близости от гидроакустических излучателей) электрохимическую коагуляции в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию (сопутствующий эффект от электродвижущей силы);

- осуществляют акустико-сорбционную (благодаря физико-химическим свойствам ВВ) коагуляцию;

- осуществляют гравитационное осаждение исходных и ранее коагулированных частиц;

- осуществляют гравитационно-акустическое осаждение исходных и ранее акустически коагулированных частиц;

- осуществляют акустическое сгущение осадка, и, тем самым, увеличивают рабочий объем соответствующего отстойника;

- осуществляют механическую задержку примесей в фильтрующих элементах;

- осуществляют физико-химическую задержку примесей сорбирующих элементах;

- осуществляют периодическое (по мере необходимости) удаление осадка из элементов (переделов) СВО и т.д.

2. Физическую очистку ШВ (от КЧ, ВВ, ТМ и ББ):

- не используют химические реагенты (коагулянты и флокулянты) для коагуляции КЧ и ТДВВ;

- не используют химические препараты на основе хлора для обеззараживания ШВ;

- используют акустическую, электрохимическую и акустико-сорбционную коагуляцию КЧ и ВВ между собой, а также с ТМ и ББ;

- используют сорбционные свойства ВВ для извлечения ТМ и ББ;

- используют нелинейные эффекты (акустическая кавитация и т.д.) для обеззараживания ШВ;

- используют гравитационное осаждение исходных и ранее коагурированных частиц;

- используют гравитационно-акустическое осаждение исходных и ранее коагулированных частиц;

- используют гидравлическое осаждение частиц на гравитационно-гидроакустически сгущенном осадке и т.д.

3. Очистку больших (при расходе ШВ 2000 м³/час и более) объемов ШВ обеспечивают за счет того, что:

- очистку ШВ осуществляют на 5-ти этапах и с использованием различных физических механизмов (отстаивание, фильтрование и т.д.);

- осуществляют (в большом объеме ШВ) акустическую коагуляцию (за счет многократного увеличения количества столкновений между частицами, механического присоединения менее массивных и более подвижных КЧ и ТДВВ к более массивным и менее подвижным СДВВ, КДВВ и т.д.);

- осуществляют (в непосредственной близости от гидроакустических излучателей) электрохимическую коагуляции в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию (сопутствующий эффект от электродвижущей силы);

- осуществляют акустико-сорбционную (благодаря физико-химическим свойствам ВВ) коагуляцию;

- осуществляют гравитационное осаждение исходных и ранее коагулированных частиц;

- осуществляют гравитационно-акустическое осаждение исходных и ранее акустически коагулированных частиц;

- осуществляют акустическое сгущение осадка, и, тем самым, увеличивают рабочий объем соответствующего отстойника;

- осуществляют механическую задержку примесей в фильтрующих элементах;

- осуществляют физико-химическую задержку примесей сорбирующих элементах;

- осуществляют периодическое (по мере необходимости) удаление осадка из элементов (переделов) СВО и т.д.

4. Относительную простоту способа обеспечивают за счет того, что:

- формирование и излучение гидроакустических волн ЗДЧ и УЗДЧ осуществляют с помощью серийно выпускаемых электронных приборов, а также гидроакустических излучателей (в том числе снятых с вооружения, что дополнительно способствует конверсии предприятий военно-промышленного комплекса);

- управление работой устройства, реализующего разработанный способ, осуществляют автоматически и полуавтоматически (без постоянного присутствия обслуживающего персонала);

- техническое обслуживание оборудования осуществляют с большой дискретностью (раз в 7 суток) и непосредственно в процессе работы СВО, поэтому не требуется специального времени для прекращения водоочистки и технического обслуживания устройства и т.д.

5. Минимальные финансово-временные затраты обеспечивают за счет того, что:

- уменьшают (как минимум на 30%) площадь, отводимую под строительство наземных элементов СВО;

- очистку ШВ осуществляют в пять этапов;

- формирование и излучение гидроакустических волн осуществляют с помощью серийно выпускаемых электронных и акустических приборов;

- энергопотребление электронных приборов устройства, реализующего разработанный способ, относительно небольшое (менее 0,5 Вт/м³);

- время на монтаж всего оборудования не превышает 5 суток;

- техническое обслуживание оборудования осуществляют с большой дискретность и непосредственно в процессе работы очистного сооружения и т.д.

6. Расширение области применения (работа в период ледостава на наземных объектах водоочистки) обеспечивают за счет того, что:

- очистку ШВ осуществляют на 5-ти этапах и с использованием различных физических механизмов;

- осуществляют гравитационно-акустическое осаждение исходных и ранее акустически коагулированных частиц;

- осуществляют акустическое сгущение осадка, и, тем самым, увеличивают рабочий объем соответствующего отстойника;

- осуществляют механическую задержку примесей в фильтрующих элементах;

- осуществляют физико-химическую задержку примесей сорбирующих элементах;

- используют средства конверсионной гидроакустики и т.д.

7. Медицинскую безопасность для человека обеспечивают за счет того, что:

- полностью исключают использование химических реагентов для очистки ШВ;

- гравитационно-акустически уплотненный осадок, содержащий в большом количестве ТМ и ББ, утилизируют;

- формирование и излучение гидроакустических волн осуществляют с помощью серийно выпускаемых и санитарно сертифицированных приборов;

- управление работой устройства, реализующего разработанный способ, осуществляют автоматически и полуавтоматически (без постоянного присутствия обслуживающего персонала);

- параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) гидроакустических волн являются медицински безопасными для человека и т.д.

8. Экологическую безопасность для окружающей природной среды (ОПС) обеспечивают за счет того, что:

- полностью исключают использование химических реагентов (для очистки ШВ) и химических препаратов (для обеззараживания ШВ);

- гравитационно-акустическим методом уплотняют осадок и тела водоупорных дамб прудов-отстойников, что исключает паразитное дренирование загрязненных ШВ;

- гравитационно-акустически сгущенный осадок, содержащий в большом количестве ТМ и ББ, утилизируют;

- параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) гидроакустических волн являются экологически безопасными для ОПС в целом и т.д.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

1. Амплитуда звукового давления волн ЗДЧ и УЗДЧ составляет не менее 10⁴ Па на расстоянии 1 м от соответствующего гидроакустического излучателя.

2. В качестве первого элемента используют идентичные друг другу участковые водосборники, расположенные на участках шахты,

3. В качестве второго элемента используют идентичные друг другу главные водосборники, расположенные в околоствольном дворе шахты,

4. В качестве третьего элемента используют идентичные друг другу пруды-отстойники.

5. В качестве четвертого элемента используют идентичные друг другу камеры фильтров.

6. В качестве пятого элемента используют идентичные друг другу фильтры с сорбентами (с фильтрующими и с сорбирующими элементами).

7. Дополнительно осуществляют электрохимическую коагуляцию КЧ, ВВ, ТМ и ББ в ближнем поле гидроакустических излучателей в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию.

8. Дополнительно осуществляют осаждение ранее коагулированных КЧ, ВВ, ТМ и ББ - под действием акустических волн ЗДЧ и УЗДЧ с амплитудой звукового давления не менее 1 Па на расстоянии 1 м от соответствующего акустического (надводного) излучателя, направляемых из воздуха под воду под углом не более 30 градусов,

9. Дополнительно осуществляют очистку НТВ от ББ (обеззараживание ШВ) в ближнем поле гидроакустических излучателей - за счет бактерицидного действия на микрофлору пероксида водорода и радикалов ОН°, которые формируют под водой при излучении акустических волн с амплитудой звукового давления не менее 10⁴ Па;

10. Дополнительно в пятом элементе осуществляют извлечение на сорбентах фильтров ранее коагулированных (акустически и электрохимически) КЧ, ВВ, ТМ и ББ.

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".

Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков, показал следующее.

Признаки: 2, 3, 5, 7 и 8 являются новыми, и неизвестно их использование для безреагентной очистки ШВ (от КЧ, ВВ, ТМ и ББ).

Признаки: 1 и 4 являются новыми и неизвестно их использование для безреагентной очистки ШВ. В то же время известно: для признака 1 - использование акустических волн с амплитуда звукового давления не менее 10⁴ Па (на расстоянии 1 м от соответствующего гидроакустического излучателя) для обеспечения работы параметрических излучающих антенн в нелинейной гидроакустике; для признака 4 - использование прудов-отстойников для осветления воды.

Признаки: 6, 9 и 10 являются известными.

Таким образом, наличие новых существенных признаков, в совокупности с известными, обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений - эффективно (качественно - до уровня требований природоохранного законодательства), безреагентно (без использования химических реагентов) очищать большие объемы ШВ (расход ШВ не менее 2000 м³/ч) от КЧ, ВВ, ТМ и ББ, относительно простым способом, при минимальных финансово-временных затратах и расширении области применения (работа в период ледостава на наземных объектах водоочистки, в период весеннего паводка, в периоды интенсивных дождей, тайфунов и т.д.), с обеспечением медицинской безопасности для человека и экологической безопасности для ОПС, в целом. В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных, а именно выполнение операций в предложенной последовательности и приводит к качественно новому эффекту. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию "существенные отличия".

Пример реализации способа.

Промышленные испытания разработанного способа производились: в период с 2002 г. по 2006 г. - на месторождении платины в Камчатском крае; в период с 2006 по 2008 г. - на месторождении угля в Южной Корее; в период с 2009 г. по 2011 гг. - на месторождении меди во Вьетнаме; в период с 2912 г. по 2020 г. - на месторождении алмазов в Архангельской области и т.д.

На фиг.6 - фиг.10 иллюстрируются результаты испытаний разработанного способа безреагентной очистки ШВ.

При этом на фиг.6 представлены результаты 4-х этапной безреагентной очистки ШВ (исходное содержание ВВ в ШВ - 1017 г/л) для разработанного способа (гистограммы со сплошной линий) и способа-прототипа (гистограммы с пунктирной линией). При этом: индексом I обозначено содержание ВВ (мг/л) в ШВ на выходе первого элемента (2) СВО (1); индексом II - содержание ВВ в ШВ на выходе второго элемента (3) СВО (1); индексом III - содержание ВВ в ШВ на выходе третьего элемента (4) СВО; индексом IV - содержание ВВ в ШВ на выходе четвертого элемента (5) СВО (1).

Как видно из фиг.6, в процессе реализации способа-прототипа (гистограммы, обозначенные пунктирной линией) содержание ВВ в ШВ (SS, мг/л) было последовательно уменьшено с 1017 мг/л - исходное содержание ВВ в ШВ на входе первого элемента (2) СВО (1), до 10 мг/л (частная эффективность очистки 99,0%). В то время как (при ПДК_{рыб.хоз.}=4,5 мг/л) в процессе реализации разработанного способа (гистограммы, обозначенные сплошной линией) содержание ВВ в ШВ (SS, мг/л) было последовательно уменьшено с 1017 мг/л - исходное содержание ВВ в ШВ на входе первого элемента (2) СВО (1), до 3 мг/л (частная эффективность очистки 99,7%). То есть показатели качества ШВ (SS, мг/л) на выходе СВО (1) только в процессе реализации разработанного способа соответствовали требованиям природоохранного законодательства (ПДК_{рыб.xоз.}=4,5 мг/л), а частная эффективность (выигрыш) разработанного метода оставила 79,0% (СВВ=10 мг/л и СВВ=3 мг/л).

На фиг.7 представлены результаты (в виде плотности, т/м³) безреагентного сгущения осадка в третьем (индекс III) элементе (4) СВО (1) и в четвертом (индекс IV) элементе (5) СВО (1) для разработанного способа (гистограммы со сплошной линией) и для способа-прототипа (гистограммы с пунктирной линией). Как видно из фиг.7 в процессе реализации способа-прототипа (гистограммы, обозначенные пунктирной линией) плотность осадка в третьем элементе (4) СВО (1) и в четвертом элементе (5) СВО (1) составила 1,4 т/м³ и 0,7 т/м³, соответственно. В то время как для разработанного способа (гистограммы, обозначенные сплошной линией) - 2,1 т/м³ (эффект разработанного способа 33,3%) и 1,2 т/м³ (эффект разработанного способа 41,6%), соответственно.

На фиг.8 иллюстрируются значения первого показателя бактерицидного качества ШВ (ОМЧ КОЕ в 1 мл) для способа-прототипа (гистограммы с пунктирными линиями) и для разработанного способа (гистограммы со сплошными линиями) на входе (индекс I) и на выходе (индекс II) третьего элемента (4) СВО (1). Как видно из фиг.8 данный показатель качества ШВ для способа-прототипа улучшился (уменьшился) с 73 до 44 (на 39,7%) в то время как для разработанного способа - улучшился (уменьшился) с 73 до 0 (на 100%). То есть, частная эффективность (выигрыш) разработанного способа составила 60,3%.

На фиг.9 иллюстрируются значения второго показателя бактерицидного качества воды (ОКБ КОЕ в 100 мл) для способа-прототипа (гистограммы с пунктирными линиями) и для разработанного способа (гистограммы со сплошными линиями) на входе (индекс I) и на выходе (индекс II) третьего элемента (4) СВО (1). Как видно из фиг.9 данный показатель качества ШВ для способа-прототипа улучшился (уменьшился) с 12 до 2 (на 83,3%) в то время как для разработанного способа улучшился (уменьшился) с 12 до 0 (на 100%). То есть, частная эффективность разработанного способа составила 16,7%.

На фиг.10 представлены (в виде таблицы) результаты извлечения ТМ из ШВ (и последующего осаждения их в осадок под воздействием акустических волн) в третьем элементе (4) СВО (1), как непосредственно после акустического воздействия на ШВ, так и через сутки гравитационного отстаивания ШВ (в пруду-отстойнике) после акустического воздействия на ШВ. Как видно из фиг.10, после акустического воздействия на ШВ содержание ТМ в них многократно сократилось. В частности, содержание меди в ШВ было уменьшено в 36 раз, содержание никеля в ШВ было уменьшено в 23 раза, содержание цинка в ШВ было уменьшено в 10 раз и т.д.

Таким образом:

1. Эффективную (до требований ПДК_{рыб.хоз.}), очистку ШВ (от КЧ, ВВ, ТМ и ББ) обеспечили за счет того, что:

- очистку ШВ осуществляли на 5-ти этапах и с использованием различных физических механизмов (отстаивание, фильтрование и т.д.);

- осуществляли акустическую коагуляцию;

- осуществляли электрохимическую коагуляции в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию;

- осуществляли акустико-сорбционную коагуляцию;

- осуществляли гравитационное осаждение исходных и ранее коагулированных частиц;

- осуществляли гравитационно-акустическое осаждение исходных и ранее акустически коагулированных частиц;

- осуществляли акустическое сгущение осадка, и, тем самым, увеличивали рабочий объем соответствующего отстойника;

- осуществляли механическую задержку примесей в фильтрующих элементах;

- осуществляли физико-химическую задержку примесей сорбирующих элементах;

- осуществляли периодическое (по мере необходимости) удаление осадка из элементов (переделов) СВО и т.д.

2. Физическую очистку ШВ обеспечили за счет того, что:

- не использовали химические реагенты (коагулянты и флокулянты) для коагуляции КЧ и ТДВВ;

- не использовали химические препараты на основе хлора для обеззараживания ШВ;

- использовали акустическую, электрохимическую и акустико-сорбционную коагуляцию КЧ и ВВ между собой, а также с ТМ и ББ;

- использовали сорбционные свойства ВВ для извлечения ТМ и ББ;

- использовали нелинейные акустические эффекты (акустическая кавитация и т.д.) для обеззараживания ШВ;

- использовали гравитационное осаждение исходных и ранее коагурированных частиц;

- использовали гравитационно-акустическое осаждение исходных и ранее коагулированных частиц;

- использовали гидравлическое осаждение частиц на гравитационно-гидроакустически сгущенном осадке и т.д.

3. Очистку больших (при расходе ШВ 2000 м³/час и более) объемов ШВ обеспечили за счет того, что:

- очистку ШВ осуществляли на 5-ти этапах и с использованием различных физических механизмов (отстаивание, фильтрование и т.д.);

- осуществляли (в большом объеме ШВ) акустическую коагуляцию;

- осуществляли электрохимическую коагуляции в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию;

- осуществляли акустико-сорбционную коагуляцию;

- осуществляли гравитационное осаждение исходных и ранее коагулированных частиц;

- осуществляли гравитационно-акустическое осаждение исходных и ранее акустически коагулированных частиц;

- осуществляли акустическое сгущение осадка, и, тем самым, увеличивали рабочий объем соответствующего отстойника;

- осуществляли механическую задержку примесей в фильтрующих элементах;

- осуществляли физико-химическую задержку примесей сорбирующих элементах;

- осуществляли периодическое (по мере необходимости) удаление осадка из элементов (переделов) СВО и т.д.

4. Относительную простоту способа обеспечили за счет того, что:

- формирование и излучение гидроакустических волн ЗДЧ и УЗДЧ осуществляли с помощью серийно выпускаемых электронных приборов, а также гидроакустических излучателей;

- управление работой устройства, реализующего разработанный способ, осуществляли автоматически и полуавтоматически (без постоянного присутствия обслуживающего персонала);

- техническое обслуживание оборудования осуществляли с большой дискретностью (раз в 7 суток) и непосредственно в процессе работы СВО, поэтому не требовалось специального времени для прекращения водоочистки и технического обслуживания оборудования и т.д.

5. Минимальные финансово-временные затраты обеспечили за счет того, что:

- уменьшили (как минимум на 30%) площадь, отводимую под строительство наземных элементов СВО;

- очистку ШВ осуществляли в пять этапов;

- формирование и излучение гидроакустических волн осуществляли с помощью серийно выпускаемых электронных и акустических приборов;

- энергопотребление электронных приборов устройства, реализующего разработанный способ, обеспечили небольшим (менее 0,5 Вт/м³);

- время на монтаж всего оборудования не превышало 5 суток;

- техническое обслуживание оборудования осуществляли с большой дискретность и непосредственно в процессе работы очистного сооружения и т.д.

6. Расширение области применения (работа в период ледостава на наземных объектах водоочистки) обеспечили за счет того, что:

- очистку ШВ осуществляли на 5-ти этапах и с использованием различных физических механизмов;

- осуществляли гравитационно-акустическое осаждение исходных и ранее акустически коагулированных частиц;

- осуществляли акустическое сгущение осадка, и, тем самым, увеличили рабочий объем соответствующего отстойника;

- осуществляли механическую задержку примесей в фильтрующих элементах;

- осуществляли физико-химическую задержку примесей сорбирующих элементах;

- использовали средства конверсионной гидроакустики и т.д.

7. Медицинскую безопасность для человека обеспечили за счет того, что:

- полностью исключили использование химических реагентов для очистки ШВ;

- полностью исключили использование химических препаратов для обеззараживания ШВ;

- гравитационно-акустически уплотненный осадок, содержащий в большом количестве ТМ и ББ, утилизировали;

- формирование и излучение гидроакустических волн осуществляли с помощью серийно выпускаемых и санитарно сертифицированных приборов;

- управление работой устройства, реализующего разработанный способ, осуществляли автоматически и полуавтоматически (без постоянного присутствия обслуживающего персонала);

- использовали медицински безопасные для человека параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) гидроакустических волн и т.д.

8. Экологическую безопасность для ОПС обеспечили за счет того, что:

- полностью исключили использование химических реагентов (для очистки ШВ) и химических препаратов (для обеззараживания ШВ);

- гравитационно-акустическим методом уплотняли осадок и тела водоупорных дамб прудов-отстойников, что исключало паразитное дренирование загрязненных ШВ;

- гравитационно-акустически сгущенный осадок, содержащий в большом количестве ТМ и ББ, утилизировали;

- использовали медицински безопасные для человека параметры (частота, амплитуда, форма сигналов) гидроакустических волн и т.д.

Изобретение относится к способу безреагентной очистки шахтных вод, заключающемуся в гидроакустическом воздействии на очищаемую шахтную воду и на уплотняемый осадок чередующимися между собой: импульсными - длительностью менее 1 с, квазиимпульсными - длительностью от 1 с до 10 с и непрерывными - длительностью более 10 с, волнами звукового и ультразвукового диапазонов частот в последовательно функционально соединенных: в первом, во втором, в третьем, в четвертом и в пятом, элементах системы водоочистки шахтных вод, в акустической коагуляции коллоидных частиц, взвешенных веществ и тяжелых металлов, в гравитационном и гравитационно-акустическом осаждении на дно ранее акустически коагулированных коллоидных частиц, взвешенных веществ и тяжелых металлов, в акустическом уплотнении осадка с последующим его периодическим извлечением и утилизацией на полигоне хранения твердых отходов, причем амплитуда звукового давления волн звукового и ультразвукового диапазонов частот составляет не менее 10⁴ Па на расстоянии 1 м от соответствующего гидроакустического излучателя, в качестве первого элемента используют идентичные друг другу участковые водосборники, расположенные на участках шахты, в качестве второго элемента используют идентичные друг другу главные водосборники, расположенные в околоствольном дворе шахты, в качестве третьего элемента используют идентичные друг другу пруды-отстойники, в качестве четвертого элемента используют идентичные друг другу камеры фильтров, в качестве пятого элемента используют идентичные друг другу фильтры, дополнительно осуществляют электрохимическую коагуляцию коллоидных частиц, взвешенных веществ, тяжелых металлов и болезнетворных бактерий в ближнем поле гидроакустических излучателей в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию, дополнительно осуществляют осаждение ранее коагулированных коллоидных частиц, взвешенных веществ, тяжелых металлов и болезнетворных бактерий под действием акустических волн звукового и ультразвукового диапазонов частот с амплитудой звукового давления 1 Па на расстоянии 1 м от соответствующего акустического излучателя, направляемых из воздуха под воду под углом 25 градусов, дополнительно осуществляют очистку от болезнетворных бактерий в ближнем поле гидроакустических излучателей при излучении акустических волн с амплитудой звукового давления 10⁴ Па, дополнительно в пятом элементе осуществляют извлечение на фильтрах ранее коагулированных коллоидных частиц, взвешенных веществ, тяжелых металлов и болезнетворных бактерий. 10 ил., 1 пр.

Способ безреагентной очистки шахтных вод, заключающийся в гидроакустическом воздействии на очищаемую шахтную воду и на уплотняемый осадок чередующимися между собой: импульсными - длительностью менее 1 с, квазиимпульсными - длительностью от 1 с до 10 с и непрерывными - длительностью более 10 с, волнами звукового и ультразвукового диапазонов частот в последовательно функционально соединенных: в первом, во втором, в третьем, в четвертом и в пятом, элементах системы водоочистки шахтных вод, в акустической коагуляции коллоидных частиц, взвешенных веществ и тяжелых металлов, в гравитационном и гравитационно-акустическом осаждении на дно ранее акустически коагулированных коллоидных частиц, взвешенных веществ и тяжелых металлов, в акустическом уплотнении осадка с последующим его периодическим извлечением и утилизацией на полигоне хранения твердых отходов, отличающийся тем, что амплитуда звукового давления волн звукового и ультразвукового диапазонов частот составляет не менее 10⁴ Па на расстоянии 1 м от соответствующего гидроакустического излучателя, в качестве первого элемента используют идентичные друг другу участковые водосборники, расположенные на участках шахты, в качестве второго элемента используют идентичные друг другу главные водосборники, расположенные в околоствольном дворе шахты, в качестве третьего элемента используют идентичные друг другу пруды-отстойники, в качестве четвертого элемента используют идентичные друг другу камеры фильтров, в качестве пятого элемента используют идентичные друг другу фильтры, дополнительно осуществляют электрохимическую коагуляцию коллоидных частиц, взвешенных веществ, тяжелых металлов и болезнетворных бактерий в ближнем поле гидроакустических излучателей в процессе преобразования электрической энергии в акустическую энергию, дополнительно осуществляют осаждение ранее коагулированных коллоидных частиц, взвешенных веществ, тяжелых металлов и болезнетворных бактерий под действием акустических волн звукового и ультразвукового диапазонов частот с амплитудой звукового давления 1 Па на расстоянии 1 м от соответствующего акустического излучателя, направляемых из воздуха под воду под углом 25 градусов, дополнительно осуществляют очистку от болезнетворных бактерий в ближнем поле гидроакустических излучателей при излучении акустических волн с амплитудой звукового давления 10⁴ Па, дополнительно в пятом элементе осуществляют извлечение на фильтрах ранее коагулированных коллоидных частиц, взвешенных веществ, тяжелых металлов и болезнетворных бактерий.