Разработка рецептуры сорбента на основе сапропеля для глубокой очистки кислых дренажных вод

Сапропель является природным материалом с высокими сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам, что делает его перспективным сырьем для изготовления сорбента, применимого в очистке кислых дренажных вод. Однако зачастую сапропель в горнопромышленных районах уже имеет исходный уровень загрязнения тяжелыми металлами. Кроме того, сапропель представляет собой мелкодисперсный материал, что затрудняет его использование как в статических, так и в динамических условиях. Поэтому для эффективного использования сапропеля в решении вопросов очистки воды его необходимо гранулировать. Целью данной работы является получение прочного гранулированного сорбента для очистки сточных вод от тяжелых металлов на основе сапропеля, подверженного негативному воздействию со стороны горно-обогатительного комбината, а также оценка эффективности полученного сорбента. В ходе данного исследования была разработана рецептура приготовления гранулированного сорбента для очистки сточных вод от тяжелых металлов на основе сапропеля с использованием жидкого стекла натриевого в качестве связующего. Оптимальное соотношение массовых долей связующего и сапропеля в смеси для гранулирования составило 3:5. Оптимальная температура обжига гранул сорбента составила 400 °C. В ходе анализа проб модельных растворов методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой установлено, что эффективность очистки воды от ионов кадмия, меди, железа и цинка полученным гранулированным сорбентом составляет более 90%.

Яковлев Н. М., Смирнов Ю. Д., Матвеева В. А. Разработка рецептуры сорбента на основе сапропеля для глубокой очистки кислых дренажных вод // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 3. – С. 32–48. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_3_0_32.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (FSRW-2024-0005).

Яковлев Николай Михайлович¹ — магистрант, e-mail: s232309@stud.spmi.ru,
Смирнов Юрий Дмитриевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Smirnov_YuD@pers.spmi.ru,
Матвеева Вера Анатольевна¹ — канд. техн. наук, директор аппарата управления научного центра «Оценка техногенной трансформации экосистем», e-mail: Matveeva_VA2@pers.spmi.ru,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Яковлев Н.М., e-mail: s232309@stud.spmi.ru.

1. Евдокимова М. Е., Пашкевич М. А. Использование осадка нейтрализации отработанных кислых травильных растворов титана в качестве компонента строительной смеси // Управление техносферой. — 2023. — Т. 6. — № 2. — С. 222—233. DOI: 10.34828/UdSU.2023.97.94.008.

2. Иванова Л. А., Беляева О. В., Гора Н. В., Угарова И. М., Голубева Н. С. Анализ эффективности методов очистки сточных вод угольной промышленности от ионов железа и марганца // Уголь. — 2023. — № 11 (1173). — С. 81—87. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-11-81-87.

3. Рыбникова Л. С., Рыбников П. А., Наволокина В. Ю. Оценка эффективности очистки кислых шахтных вод (на примере медноколчеданных рудников Среднего Урала) // Записки Горного института. — 2024. — Т. 267. — С. 388—401.

4. Пашкевич М. А., Алексеенко А. В., Нуреев Р. Р. Формирование экологического ущерба при складировании сульфидсодержащих отходов обогащения полезных ископаемых // Записки Горного института. — 2023. — Т. 260. — С. 155—167. DOI: 10.31897/PMI.2023.32.

5. Рыбникова Л. С., Рыбников П. А., Наволокина В. Ю. Реабилитация техногенных объектов отработанных медноколчеданных месторождений на примере Левихинского рудника (Средний Урал) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2023. — № 8. — С. 137—150. DOI: 10.18799/24131830/2023/8/4089.

6. Shohreh Azizi, Nguegang Beauclair, Malik Maaza, Touhami Mokrani, Abayneh Ataro Ambushe, Mathapelo P. Seopela, Titus Alfred Makudali Msagati Acid mine drainage treatment and metals recovery by means of selective precipitation using magnesium oxide (MgO): An experimental study // Groundwater for Sustainable Development. 2024, vol. 25, article 101151. DOI: 10.1016/j.gsd.2024.101151.

7. Naveas N., Pulido R., Graber T., Martin-Palma R., Agullo-Rueda F., Brito I., García M. A., Sevilla M. T., Hernández-Montelongo J., Muñoz-Noval A., Marini C., Soriano L., Sanchez-Marcos J., Manso-Silvan M. Experimental and theoretical investigation of the treatment of Cu-rich Acid Mine Drainage using iron oxide magnetic nanoparticles // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2024, vol. 12, no. 5, article 113822. DOI: 10.1016/j.jece.2024.113822.

8. Тумиалан П. Э., Мартинес Н. Т., Хиностроза К. Б., Руэдас Д. А. Очистка кислотных шахтных сточных вод нейтрализацией с использованием адсорбента // Записки Горного института. — 2024. — Т. 267. — С. 381—387.

9. Фетисова Н. Ф. Исследование форм миграции металлов в реках, подверженных влиянию шахтных вод Кизеловского угольного бассейна // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2021. — № 1. — С. 141—152. DOI: 10.18799/24131830/2021/1/3007.

10. Нуреев Р. Р., Пашкевич М. А., Харько П. А. Оценка воздействия отходов обогащения медных руд на поверхностные и подземные воды // Геология и геофизика Юга России. — 2022. — Т. 12. — № 4. — С. 169—179. DOI: 10.46698/VNC.2022.37.95.013.

11. Асаев М. Т., Петров Д. С. Оценка негативного воздействия промышленной агломерации «Ижорские заводы» на компоненты природной среды // Journal of Agriculture and Environment. — 2023. — № 6 (34). DOI: 10.23649/JAE.2023.34.9.

12. Adetunji A. I., Erasmus M. Biological treatment of acid mine drainage: An eco-sustainable strategy for removal of toxic pollutants // Journal of Hazardous Materials Advances. 2025, vol. 18, article 100659. DOI: 10.1016/j.hazadv.2025.100659.

13. Pocaan J., Turingan C. O. A., Tabelin C. B., Zoleta J. B., Takahiko Arima, Ilhwan Park, Mayumi Ito, Orbecido A. H. A mixed media approach using locally available neutralizing materials for the passive treatment of acid mine drainage // Heliyon. 2025, vol. 11, no. 3, article e41984. DOI: 10.1016/j.heliyon.2025.e41984.

14. Pérez-López R., Millán-Becerro R., Basallote M. D., Carrero S., Parviainen A., Freydier R., Macías F., Cánovas C. R. Effects of estuarine water mixing on the mobility of trace elements in acid mine drainage leachates // Marine Pollution Bulletin. 2023, vol. 187, article 114491. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2022.114491.

15. Чукаева М. А., Пухальский Я. В., Лоскутов С. И., Сидорова В. Р., Воропаева Е. В., Матвеева В. А. Оценка изменения фитоэкстракции тяжелых металлов бархатцами прямостоячими (Tagetes erecta) из загрязненных почв Норильска при использовании гуминовых добавок // Арктика: экология и экономика. — 2024. — Т. 14. — № 1. — С. 90—102. DOI: 10.25283/2223-4594-2024-1-90-102.

16. Пухальский Я. В., Лоскутов С. И., Воробьев Н. И., Чукаева М. А., Нагорнов Д. О., Кожемяков А. П. Динамика роста и аккумуляции тяжелых металлов Pisum sativum L., выращенного на загрязненной почве (вегетационный опыт) // Аграрный научный журнал. — 2023. — № 4. — С. 20—27. DOI: 10.28983/asj.y2023i4pp20-27.

17. Пухальский Я. В., Воробьев Н. И., Лоскутов С. И., Чукаева М. А., Сидорова В. Р., Матвеева В. А. Нейросетевой когнитивный анализ аккумуляции тяжелых металлов растениями бархатцы // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. — 2024. — Т. 515. — № 2. — С. 304—314. DOI: 10.31857/S2686739724040161.

18. Gandy C. J., Gray N. D., Mejeha O. K., Sherry A., Jarvis A. P. Use of propionic acid additions to enhance zinc removal from mine drainage in short residence time, flow-through sulfate-reducing bioreactors // Journal of Environmental Management. 2023, vol. 327, article 116862. DOI: 10.1016/j.jenvman.2022.116862.

19. Коваленко Т. А. Исследование физико-химических закономерностей сорбции органических веществ и ионов металлов на углеродминеральных сорбентах, полученных из сапропелей: Автореф. дис. … канд. хим. наук. — Тюмень: ТюмГУ, 2010. — 23 с.

20. Сагалакова А. В. Влияние парогазовой активации на сорбционные свойства пористых материалов из озерного сапропеля [Электронный ресурс] / Молодежь и наука: сборник материалов IХ Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. — Красноярск: СФУ, 2013. URL: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2013/section041.html (дата обращения 24.06.2025).

21. Плаксин Г. В., Бакланова О. Н., Левицкий В. А. Сорбенты на основе сапропелей Омской области // Омский научный вестник. — 1998. — № 4. — С. 88—91. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sorbenty-na-osnove-sapropeley-omskoy-oblasti/viewer (дата обращения 24.06.2025).

22. Viravid Na Nagara, Dibyendu Sarkar, Evert J. Elzinga, Rupali Datta Removal of heavy metals from storm water runoff using granulated drinking water treatment residuals // Environmental Technology & Innovation. 2022, vol. 28, article 102636. DOI: 10.1016/j.eti.2022.102636.

23. Бабенко С. А., Семакина О. К., Бокуцова К. П., Лиханова О. В. Разработка технологии гранулирования органоминеральных удобрений на основе озерных сапропелей // Известия Томского политехнического университета. — 2005. — Т. 308. — № 1. — С. 119—122. URL: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/561 (дата обращения: 24.06.2025).

24. Семакина О. К., Якушева Ю. С., Шевченко А. А. Выбор способа гранулирования сорбентов из отходов производства [Электронный ресурс] // Фундаментальные исследования. — 2013. — № 8-3. — С. 720—725. URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31989 (дата обращения: 24.06.2025). 

25. Dibyendu Sarkar, Viravid Na Nagara, Rupali Datta Patent USA No. US20200316556A1, 03.04.2020. Method for generating a granular, green sorbent media for filtration of contaminated water by processing aluminum-based drinking water treatment residuals.

26. Зубкова О. С., Торопчина М. А., Чихачева А. В., Кудинова А. А. Получение гранулированного сорбента на основе активного угля для очистки нефтезагрязненных сточных вод // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. — 2022. — № 4 (216). — С. 77—83. DOI: 10.17213/1560-3644-2022-4-77-84.

27. Лукашевич О. Д., Усова Н. Т. Сорбент из железистого шлама для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов // Вестник ТГАСУ. — 2018. — № 1. — С. 148—159. DOI: 10.31675/1607-1859-2018-20-1-148-159.

28. Дашко Р. Э., Власов Д. Ю., Пушина З. В., Утенкова Т. Г., Иванов С. Л. Многокомпонентный состав сапропелей как основа для совершенствования техники и технологии их дегидратации // Russian Journal of Earth Sciences. — 2023. — Т. 23. — № 2. — С. 1—13. DOI: 10.2205/2023ES000840.

29. Утенкова Т. Г., Кремчеев Э. А., Нагорнов Д. О., Иванов С. Л. Механическое обезвоживание сапропеля в технологии его маломасштабной добычи // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 2 (56). — С. 308—316. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-2-308-316.

30. Kogan V. E., Zgonnik P. V., Shakhparonova T. S., Sobianina D. O., Suvorova Z. V. The physicochemical bases of oil and oil products absorption by glassy sorbents // Rasayan Journal of Chemistry. 2021, vol. 14, no. 3, pp. 2006—2016. DOI: 10.31788/RJC.2021.1435750.

31. Cheremisina O., Litvinova T., Sergeev V., Ponomareva M., Mashukova J. Application of the organic waste-based sorbent for the purification of aqueous solutions // Water. 2021, vol. 13, no. 21, article 3101. DOI: 10.3390/w13213101.

32. Петрова Т. А., Рудзиш Э. Виды мелиорантов для рекультивации техногенно нарушенных территорий горной промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4. — С. 100—112. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_4_0_100.

33. Зубкова О. С., Алексеев А. И., Залилова М. М. Исследования совместного применения углеродсодержащих и алюминийсодержащих соединений для очистки сточных вод // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. — 2020. — Т. 63. — № 4. — С. 86—91. DOI: 10.6060/ivkkt.20206304.6131.

34. Матвеева В. А., Чукаева М. А., Смирнов Ю. Д., Яковлев Н. М. Заявка на изобретение № 2025116626. Дата приоритета 17.06.2025. Способ получения гранулированного сорбента.