Оценка эффективности процесса фитоэкстракции при очистке карьерных сточных вод

Разработка залежей полезных ископаемых открытым способом на горнопромышленных предприятиях сопровождается ведением буровзрывных работ. Данные работы проводятся с использованием взрывчатых веществ на основе аммиачной селитры (нитрат аммония). В результате обводнения скважин и вымывания частиц взрывчатого вещества из породы нитрат аммония попадает в образующиеся карьерные сточные воды значительного объема. Для очистки данного вида сточных вод предлагается применять систему сконструированных водно-болотных угодий с использованием различных видов водно-болотной растительности. Системы такого типа являются экологически безопасным и экономичным способом удаления загрязняющих веществ из сточных вод, базируясь на естественных процессах жизнедеятельности растительности, микроорганизмов и бактерий. Помимо аккумуляции поллютантов из карьерных сточных вод водно-болотная растительность участвует в производстве органического вещества и в создании благоприятной среды обитания для микроорганизмов. На базе Центра коллективного пользования Санкт-Петербургского горного университета было проведено экспериментальное исследование по акклиматизации водно-болотной растительности трех видов и дальнейшему снижению концентрации нитратов с их помощью. В ходе проведения эксперимента была получена положительная динамика поглощения нитратов всеми видами растительности с эффективностью до 45%.

Пашкевич М. А., Коротаева А. Э. Оценка эффективности процесса фитоэкстракции при очистке карьерных сточных вод // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6—1. — С. 349—360. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_349.

Пашкевич Мария Анатольевна, докт. техн. наук, зав. каф. Геоэкологии, http://orcid. org/0000-0001-7020-8219, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, СанктПетербург, Васильевский остров, 21 линия, д. 2, Россия, e-mail: mpash@spmi.ru;
Коротаева Анна Эдуардовна — аспирант каф. Геоэкологии, http://orcid.org/0000-00020211-6782, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия, д. 2, Россия, e-mail: s205056@stud.spmi.ru;
Авторы заявляют, что они не имеют конфликта интересов.

1. Боброва З. М., Ильина О. Ю., Студенок Г. А., Цейтлин Е. М. Воздействие предприятий минерально-сырьевого комплекса Урала на водные ресурсы // Известия Уральского государственного горного университета. — 2016. — Т. 1. — № 41. С. 62—66.

2. Серпуховитина Т. Ю., Лазарев Р. А. Логвинова А. Н., Цыцорин И. А. Анализ антропогенных факторов воздействия на гидросферу и пути их снижения в горнодобывающих регионах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 2—1. — С. 263–274. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21—0-263—274.

3. Chukaeva M. A., Matveeva V. A. The present-day hydrochemical state of hydroecosystems suffering the technogenic effect of AO Apatit // Water Resourses. 2018, vol. 45, no. 6, pp. 935—940. DOI: 10.1134/s0097807818060040.

4. Patokin D., Danilov A., Isakov A. Environmental monitoring of natural waters in the zone of impact of an enterprise producing explosives // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020, vol. 578, no. 1, article. 012038. DOI:10.1088/1755— 1315/578/1/012038/.

5. Pat-Espadas A. M., Portales R. L., Amabilis-Sosa L. E., Gómez G., Vidal G. Review of constructed wetlands for acid mine drainage treatment // Water. 2018, vol. 10, article 1685. DOI:10.3390/w10111685.

6. Kharko P. A., Matveeva V. A. Bottom sediments in a river under acid and alkaline wastewater discharge // Ecological Engineering Environmental Technology. 2021, vol. 22, no. 3, pp. 35–41. DOI:10.12912/27197050/134870.

7. Черемисина О. В. Технологические аспекты защиты гидросферы от ионов тяжелых металлов в зоне влияния объектов цветной металлургии // Записки Горного института. — 2013. — Т. 203. — С. 116–119.

8. Куликова А. А., Овчинникова Т. И. К вопросу снижения геоэкологических рисков на горнодобывающих предприятиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 2–1. — С. 251–262. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21—0-251—262.

9. Алейников Н. Н., Вершинин Н. Н., Шведов К. К. Проблемы мониторинга экологической безопасности окружающей среды в местах проведения взрывных работ // Записки Горного института. — 2001. — Т. 148. — № 2. — С. 3–5.

10. Petrov D. S., Kuznecov V. S., Suprun I. K., Zhuravkova M. A., Solnyshkova M. A. Phytoremediation efficiency of duckweed communities for mining enterprises wastewater treatment from nitrogen compounds // Journal of Physics: Conference Series. 2019, vol. 1399, article 055044. DOI:10.1088/1742—6596/1399/5/055044.

11. Коротаева А. Э., Пашкевич М. А. Применение данных спектральной съемки для экологического мониторинга водной растительности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 5–2. — C. 231–244. DOI:10.25018/0236.

12. Colares G. S. Dell’Osbel N., Wiesel P. G., Oliveira G. A., Lemos P. H. Z., da Silva F. P., Lutterbeck C. A., Kist L. T., Machado Ê. L. Floating treatment wetlands: A review and bibliometric analysis // Science of Total Environmental. 2020, vol. 714, article 136776. DOI:10.1016/j.scitotenv.2020.136776.

13. Dong Y., Yuan H., Zhang R., Zhu N. Removal of ammonia nitrogen from wastewater: A rewiew // Transactions of the ASABE. 2019, vol. 62, no. 6, pp. 1767–1778. DOI:10.13031/ trans.13671.

14. Marchand L., Mench M., Jacob D. L., Otte M. L. Metal and metalloid removal in constructed wetlands, with emphasis on the importance of plants and standardized measurements: A review // Environmental Pollution. 2010, vol. 158, pp. 3447–3461. DOI:10.1016/j.envpol.2010.08.018.

15. Strizhenok A. V., Ivanov A. V. Ecological assessment of the current state of environmental components on the territory of the impact of cement production industry // Journal of Ecological Engineering. 2017, vol. 18, no. 6, pp. 160–165. DOI:10.12911/22998993/76850.

16. Пашкевич М. А., Коротаева А. Э. Анализ биологических методов для очистки карьерных сточных вод от азотных соединений // Геология и геофизика Юга России. — 2021. — Т. 11. — № 4. С. 170–182. DOI:10.46698/VNC.2021.87.18.014.

17. Рыбка К. Ю., Щеголькова Н. М. Механизмы очистки сточных вод от биогенных элементов (азота и фосфора) в фито-очистных системах // Экосистемы экология и динамика. — 2018. — Т. 2. № 4. — С. 144–171. DOI:10.1017/CBO9781107415324.004.

18. Тимофеева С. С., Ульрих Д. В., Тимофеев С. С. Фитофильтры для очистки сточных вод // Вестник технологического университета. — 2016. — Т. 19. — № 16. — С. 162–165.

19. Borne K. E., Fassman E. A., Tanner C. C. Floating treatment wetland retrofit to improve stormwater pond performance for suspended solids, copper and zinc // Ecological Engineering. 2013, vol. 54, pp. 173–182. DOI:10.1016/j.ecoleng.2013.01.031.

20. Куликова А. А., Стельмахов А. А., Бачева Т. А., Цымбал М. Н. Очистка вод, поступающих из затопленных шахт и рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6. — С. 38–47. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-6-0—38—47.

21. Vymazal J. Constructed wetlands for treatment of industrial wastewaters: A review // Ecological Engineering. 2014, vol. 73, pp. 724–751. DOI:10.1016/j.ecoleng.2014.09.034.

22. Евдокимова Г. А., Иванова Л. А., Мозгова Н. П., Мязин В. А., Фокина Н. В. Плавающие биоплато для очистки сточных карьерных вод от минеральных соединений азота в арктичских условиях // Экология и промышленность России. — 2015. — T. 19. — № 9. — C. 35–41. DOI:10.18412/1816-0395-2015-9-35—41.

23. Rozema E. R., VanderZaag A. C., Wood J. D., Drizo A., Zheng Y., Madani A., Gordon R. J. Constructed wetlands for agricultural wastewater treatment in northeastern North America: A review // Water. 2016, vol. 8, no. 5, article 173. DOI:10.3390/w8050173.

24. Shelef O., Gross A., Rachmilevitch S. Role of plants in a constructed Wetland: Current and new perspectives // Water. 2013, vol. 5, no. 2, pp. 405–419. DOI:10.3390/w5020405.

25. Vymazal J. The use of hybrid constructed wetlands for wastewater treatment with special attention to nitrogen removal : A review of a recent development // Water Research. 2013, vol. 47, no. 14, pp. 4795–4811. DOI:10.1016/j.watres.2013.05.029.

26. Dashko R., Shidlovskaya A. Impact of microbial activity on soil properties // Canadian Geotechnical Journal. 2016, vol. 53, no. 9, pp. 1386–1397. DOI:10.1139/cgj-2015—0649.

27. Pavlineri N., Skoulikidis N. T., Tsihrintzis V. A. Constructed Floating Wetlands: A review of research, design, operation and management aspects, and data metaanalysis // Chemical Engineering Journal. 2017, vol. 308, pp. 1120–1132. DOI:10.1016/j. cej.2016.09.140.

28. Zhu G., Peng Y., Li B., Guo J., Yang Q., Wang S. Biological removal of nitrogen from wastewater // Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. 2008, vol 192, pp 159–195. DOI:10.1007/978—0-387—71724—1_5.

29. Rahimi S., Modin O., Mijakovic I. Technologies for biological removal and recovery of nitrogen from wastewater // Biotechnology Advances. 2020, vol. 43. Article 107570. DOI:10.1016/j.biotechadv.2020.107570.

30. Rajan R. J., Sudarsan J. S., Nithiyanantham S. Microbial population dynamics in constructed wetlands: Review of recent advancements for wastewater treatment // Environmental Engineering Research. 2019, vol. 24, no. 2, pp. 181–190. DOI:10.4491/ EER.2018.127.

31. Sudarsan J. S., Roy R. L., Baskar G., Deeptha V. T., Nithiyanantham S. Domestic wastewater treatment performance using constructed wetland // Sustainable Water Resources Management. 2015, vol. 1, no. 2, pp. 89–96. DOI:10.1007/s40899-015-0008-5.

32. De La Varga D., Soto M., Arias C. A., van Oirschot D., Kilian R., Pascual A., Álvarez J. A. Constructed wetlands for industrial wastewater treatment and removal of nutrients. PA: IGI Global, 2017. ch.8, pp. 202–230. DOI:10.4018/978—1-5225—1037—6.ch008.

33. Shahid M. J., Arslan M., Ali S., Siddique M., Afzal M. l. Floating Wetlands: A Sustainable Tool for Wastewater Treatment // Clean — Soil, Air, Water. 2018, vol. 46, no. 10. DOI:10.1002/clen.201800120.

34. Alekseenko V. A., Shvydkaya N. V., Alekseenko A. V., Machevariani M. M., Bech J., Pashkevich M. A., Puzanov A. V., Nastavkin A. V., Roca N. Element accumulation patterns of native plant species under the natural geochemical stress. // Plants. 2021, vol. 10, no. 1. Article 33. DOI: 10.3390/plants10010033.

35. Петрова Т. А., Рудзиш Э. Виды мелиорантов для рекультивации техногенно нарушенных территорий горной промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4. — C. 100–112. DOI:10.25018/0236_1493_2021_ 4_0_100.

36. Гусев А. И. Биогеохимические индикаторы техногенного загрязнения экосистем горно-рудными предприятими рудного и Горного Алтая // Записки Горного института. — 2013. — T. 203. — C. 155–159.

37. Matveeva V. A., Smirnov Y. D., Suchkov D. V. Industrial processing of phosphogypsum into organomineral fertilizer // Environmental Geochemistry and Health. 2021, no. 2, pp. 2–13. DOI:10.1007/s10653—021—00988-x.

38. Chang N. B., Xuan Z., Marimon Z., Islam K., Wanielista M. P. Exploring hydrobiogeochemical processes of floating treatment wetlands in a subtropical stormwater wet detention pond // Ecological Engineering. 2013, vol. 54, pp. 66–76. DOI:10.1016/j. ecoleng.2013.01.019.

39. Lucke T., Walker C., Beecham S. Experimental designs of field-based constructed floating wetland studies: A review // Science of the Total Environmental. 2019, vol. 660, pp. 199–208. DOI:10.1016/J.SCITOTENV.2019.01.018.

40. Wang K., Hu Q., Wei Y., Yin H., Sun C., Liu G. Uptake Kinetics of NH+4 , NO−3 and H2PO−4 by Typha orientalis, Acorus calamus L., Lythrum salicaria L., Sagittaria trifolia L. and Alisma plantago-aquatica Linn // Sustainability. 2021, vol. 13, no 434. DOI:10.3390/ su13010434.

41. Vymazal J. Emergent plants used in free water surface constructed wetlands: A review // Ecological Engineering 2013, vol. 61. DOI:10.1016/j.ecoleng.2013.06.023.

42. Vymazal J. Plants used in constructed wetlands with horizontal subsurface flow: A review // Hydrobiologia. 2011, vol. 674, no. 1, pp. 133–156. DOI:10.1007/s10750-011-0738-9