Проницаемый реактивный барьер удалил из карьерных вод более 97% опасных веществ
Горнодобывающая промышленность ежегодно генерирует миллионы кубометров загрязнений, содержащих токсичные ионы марганца и никеля, которые наносят невосполнимый ущерб окружающей среде. Существующие методы решения проблемы, например, использование микроорганизмов или природных сорбентов, часто слишком дорогие или неэффективные для широкого применения. Ученые Пермского Политеха разработали способ очистки загрязненной воды на промышленных объектах с помощью проницаемого реактивного барьера, удаляющего более 97% опасных веществ.
Добыча полезных ископаемых — это не только экономическое развитие промышленности, но и тяжелые экологические последствия. Предприятия горнорудной отрасли по всему миру — мощные источники загрязнения гидросферы. Ионы тяжелых металлов, высвобождаемые в процессе добычи, поступают в грунтовые и поверхностные воды, даже после прекращения промышленных сбросов они продолжают годами загрязнять реки и озера.
Этот процесс запускает цепную реакцию негативных последствий. Сначала токсичные вещества уничтожают планктон и микроорганизмы, находящиеся в близлежащих реках и озерах. Затем рыбы, которые ими питаются, накапливают опасные металлы в своих тканях, что отравляет всю пищевую цепочку и приводит к сокращению биоразнообразия. И на этом угрозы не заканчиваются, поскольку дальше опасные металлы попадают и в организм человека, создавая реальные риски для здоровья.
Конкретная проблема для предприятий — ионы марганца и никеля. Эти металлы естественным образом присутствуют в железных рудах и переходят в воду в процессе добычи. Накопление марганца в организме может вызывать различные неврологические нарушения, а никель проявляет канцерогенные свойства — нарушает работу ферментов и может провоцировать дерматиты и другие заболевания. Необходимость удаления этих веществ из водоемов становится важнейшей задачей обеспечения экологической безопасности.
Для очистки загрязнений существуют различные способы, но каждый из них имеет свои недостатки. Например, биологические методы с использованием специальных микроорганизмов достаточно эффективны, но требуют поддержания строго определенных условий: температуры, состава воды и других параметров, что делает процесс дорогим и долгим. Другой распространенный подход — применение природных сорбентов, таких как цеолиты. Эти минералы способны поглощать вредные вещества, но их эффективность довольно низкая, так как потребуется огромное количество таких материалов, что экономически невыгодно.
Ученые Пермского Политеха создали фильтр из смеси железной стружки и древесного угля, который эффективно очищает воду от тяжелых металлов. При этом система не требует постоянного контроля или дорогостоящих реагентов, так как работает автономно за счет естественных химических реакций. Статья опубликована в научно-техническом журнале «Горный информационно-аналитический бюллетень».
Способ реализуется в виде фильтрующего реактивного барьера, через который пропускается загрязненная жидкость. При контакте с водой железо постепенно окисляется, и образуется осадок, на котором осаждаются загрязняющие вещества. Уголь усиливает процессы коррозии железа, что помогает очистке проходить более эффективно. В результате карьерная вода эффективно очищается от тяжелых металлов.
Ученые начали исследование с лабораторных тестов, где смоделировали реальные условия. Они подготовили специальные колонны, заполненные смесью железной стружки и древесного угля, через которые пропускали загрязненную воду. Такой подход позволил точно изучить процесс очистки на каждом этапе. Вода поступала в колонны самотеком, имитируя естественное течение, а эксперты контролировали ее состав до и после испытаний.
— Особенность этого метода в том, что фильтр со временем не засоряется, а наоборот, улучшает свои свойства. На поверхности стружки образуется рыхлый слой из соединений железа. Он становится дополнительным фильтром, увеличивая общую эффективность очистки, поэтому система может постоянно обновляться и поддерживать свою работоспособность без вмешательства человека, — рассказывает Елена Бессонова, старший преподаватель кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ.
Другое важное преимущество способа — его доступность. Для создания фильтров используются недорогие и распространенные материалы: отходы металлообработки и обычный древесный уголь, что делает метод экономически выгодным для крупных горнодобывающих предприятий. Он не требует сложного обслуживания и работает по принципу самоподдержания, что значительно снижает эксплуатационные расходы.
— Это открывает два практических пути использования фильтра. Во-первых, его можно применять как готовый и эффективный сорбент для очистки других, более сильно загрязненных мест на промышленных предприятиях. Во-вторых, в этом осадке уже содержатся извлеченные из воды никель и марганец, которые в перспективе можно извлекать и отправлять на переработку, превращая их в полезное сырье. Таким образом, технология работает по принципу безотходного производства, — объясняет Елена Бессонова.
Систему испытали в лабораторных условиях на реальной карьерной воде, в которой исходная концентрация марганца составляла 0,51 миллиграмма на литр, а никеля — 0,18 миллиграмма на литр. В результате, после пропускания через фильтр более 270 литров воды, эффективность очистки достигла более 97%.
Такая технология обеспечивает гарантированное достижение безопасного уровня, так как конечная концентрация обоих металлов составила стабильно менее 0,01 миллиграмма на литр, что строго соответствует установленным экологическим стандартам. При этом система не создает вторичного загрязнения: содержание железа в очищенной воде остается на уровне 0,03 миллиграмма на литр при допустимых 0,1 миллиграмма на литр.
Предложенный метод очистки открывает новые возможности для горнодобывающей отрасли в решении экологических задач, позволяя удалять более 97% опасных металлов. Простота конструкции и использования делает его доступным как для крупных, так и для небольших компаний.
Telegram 
Дзен 
VK Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Переход к оседлой жизни и выращиванию кукурузы на юге Анд оказался историей затяжного кризиса. Международная группа ученых выяснила, как местные сообщества и группы мигрантов сообща пытались пережить последствия этой трансформации.
Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно