Мурманская область — один из наиболее урбанизированных и промышленно развитых регионов российской Арктики. Главные загрязнители области — горнодобывающие предприятия. Они «производят» огромное количество отходов: вскрышные породы и некондиционные бедные руды, «хвосты», образующиеся при обогащении руды, а еще сточные и шахтные воды. Общий объем твердых отходов составляет около восьми миллиардов тонн, при этом ежегодно добавляется более 200 миллионов тонн. На долю горной промышленности в Мурманской области в 2019 году пришлось 192,74 миллиона кубометров загрязненных сточных вод. Ученые из Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН и Университета Оулу предложили новую схему очистки сточных вод предприятия, которое разрабатывает месторождение полиметаллических руд в Мурманской области.
Сочетание сорбентов позволит сделать сточные воды горнодобывающего предприятия пригодными для рыбного хозяйства / ©Getty images
Элементный состав загрязнителей этих вод довольно разнообразен, поскольку большинство месторождений полезных ископаемых в регионе относится к комплексным. Практически для каждого предприятия необходимо разрабатывать свою технологию очистки, максимизируя ее эффективность и минимизируя расходы реагентов и энергии.
В междисциплинарном журнале MineWaterandtheEnvironment опубликована статья исследователей из Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН и Университета Оулу. Коллектив предложил схему очистки сточных вод предприятия, которое разрабатывает месторождение полиметаллических руд в Мурманской области.
Предприятие разрабатывает сложное месторождение руды с высоким содержанием сульфатов, марганца и стронция. Сейчас сточные воды очищаются самым примитивным методом — гравитационного осаждения взвесей в системе отстойников, но результаты не удовлетворяют ни руководителей предприятия, ни контролирующие органы. Планируются более совершенные очистные сооружения, и в качестве варианта очистки сточных вод рассматривается адсорбция. В России предельно допустимые концентрации (ПДК) для водных объектов делятся на категории в зависимости от назначения водоема: рыбохозяйственного, культурно-бытового и питьевого назначения. ПДК сульфатов для водных объектов рыбохозяйственного назначения составляет всего 100 миллиграммов на литр, тогда как ПДК для водных объектов питьевого назначения составляет 500 миллиграммов на литр.
Для очистки сточных вод применяют разные методы. Это химическое осаждение, ионный обмен, адсорбция, мембранная фильтрация, коагуляция-флокуляция, флотация и электрохимические методы. В последнее время активно развиваются схемы очистки сточных вод на основе биоплато. Однако использование большинства этих методов не рассчитано на огромные объемы воды, образующиеся на горнодобывающих предприятиях. Сорбция – самый эффективный и недорогой метод очистки – пока используется недостаточно. Существует необходимость в разработке недорогих и экологически чистых сорбентов из местного сырья. Эффективны для некоторых загрязнений биологические материалы, например, опилки и торф. В других случаях хорошо может показать себя легкодоступный сорбент на основе гидроксида магния – брусит. Получить его можно из отходов техногенного происхождения, которых в Мурманской области достаточно.
Для очистки сточных вод от сульфатов выбрали биосорбент, полученный модификацией сырого торфа с использованием уникальной комбинации двух химических веществ: разветвленного полиэтиленимина и хлорида глицидилтриметиламмония. Полученный сорбент имеет на поверхности четвертичные аммониевые группы и группы N–H и получил название PG-торф. Для очистки от ионов металлов использовали мелкодисперсный порошок гидроксида магния, полученный из природного гидроксида магния (брусита) путем измельчения и сортировки. Для улучшения сорбционных свойств брусит обжигали в муфельной печи.
Интересно, что эти сорбенты «работают» при разных значениях pH: органический показывает лучшие значения в более кислой среде, неорганический – в более щелочной. Поэтому была предложена двухступенчатая схема: сначала сульфаты удаляются с помощью биосорбента, затем минеральный сорбент очищает воду от металлов. Достаточной температурой обжига брусита для достижения удовлетворительных результатов выбрана 450 градусов, поскольку расходы на дальнейший нагрев в данном случае не оправдываются активизацией сорбции реагента.
Удалось добиться содержания сульфата и ионов марганца и стронция, не превышающих ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. В ходе экспериментов были определены оптимальные условия для каждого этапа очистки и создания сорбентов. Следующим этапом должны стать опытно-промышленные испытания с более широким перечнем загрязняющих веществ, чтобы оценить возможности промышленного производства PG-торфа и перспективы регенерации отработанных сорбентов.
