Городские стоки предложили очищать отходами горной промышленности

Большинство очистных сооружений в российской Арктике построено в 1970-х годах. Тогда главной задачей очистки городских сточных вод считалось удаление органических соединений и твердых частиц, а незначительное количество биогенных элементов (азота и фосфора) покидали воду в ходе побочных процессов – в результате деятельности микроорганизмов или осаждаясь вместе со взвешенными частицами.

Сейчас подобные технологии устарели, и качество очистки не соответствует современным стандартам. Так, среднее остаточное содержание фосфора в виде фосфат-ионов в воде, прошедшей через очистные сооружения города Апатиты в Мурманской области, составляет 2,4 мг/л, а верхний предел, установленный для сброса очищенных сточных вод в водоемы Российской Арктики, почти в 150 раз ниже: 0,0163 мг/л.

Для достижения требуемой чистоты воды апатитские ученые предложили добавить в технологический процесс доочистку с использованием сорбентов. В международном научном журнале Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects опубликована статья сотрудников Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья и Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра.

Они активно исследуют материалы, которые можно использовать для удаления фосфора из сточных вод, а затем вносить в техногенный грунт без регенерации в качестве мелиоранта, постепенно высвобождающего питательные элементы: фосфор, азот и калий. Большие перспективы здесь открываются у материалов, обладающих мезопористой структурой, например, аморфного кремнезема, состоящего из диоксида кремния.

Аморфный кремнезем лучше поглощает фосфаты, чем местные почвы. Традиционные легкорастворимые фосфорные удобрения либо быстро вымываются из техногенного грунта, либо прочно связываются с его минеральной основой и становятся недоступны для растений. В таких условиях мелиоранты с медленным высвобождением фосфора применять целесообразнее.

Сам диоксид кремния – нетоксичный и экологически чистый материал. Его можно получать не только из кремнеземсодержащего минерального сырья Мурманской области при его кислотной переработке, но и из других природных и техногенных материалов с высоким остаточным содержанием кремния: глины, золы растений и тепловых электростанций, отходов электронной промышленности и обогащения полезных ископаемых.

При обогащении апатит-нефелиновой руды на местных горнообогатительных предприятиях в больших количествах образуются мелкодисперсные минеральные отходы – «хвосты», большую часть которых составляет алюмокремниевый минерал нефелин. Пыление «хвостов» – серьезная экологическая проблема для городов, расположенных вблизи апатит-нефелиновых месторождений. Для снижения негативного влияния производства на регион и более комплексной переработки минерального сырья разрабатывают различные способы применения продуктов переработки нефелина.

Ученые разложили нефелиновый концентрат с помощью серной кислоты и провели серию экспериментов с получившимся аморфным кремнеземом. Выяснилось, что при его использовании для очистки городских сточных вод отработанный реагент, содержащий не только фосфор, но и кремний, а также другие биогенные элементы, может с успехом использоваться в качестве удобрения при рекультивации грунтов. Почвенные ресурсы в Арктике очень медленно возобновляются, поэтому такой подход рекомендуют именно для высоких широт при восстановлении нарушенных территорий.

В свою очередь, оптимизация очистки сточных вод имеет особое значение для снижения безвозвратных потерь фосфора при сбросе в водоемы. Исследователи предложили также вариант технологической схемы очистки воды для снижения уровня фосфат-ионов до значения, установленного современными экологическими стандартами.

Получаемый на основе нефелина алюмо-кремниевый коагулянт-флокулянт также успешно прошел испытания в качестве реагента для очистки промышленных сточных вод. Внесение в цикл переработки апатит-нефелиновых руд производства аморфного кремнезема из нефелина и использование его для очистки городских сточных вод позволит снизить техногенную и антропогенную нагрузку на водоемы и поможет создавать искусственные насыпные грунты для восстановления нарушенных территорий.