Способы снижения воздействия горнодобывающей отрасли на водные экосистемы

Экологическая обстановка, сложившаяся в Кузбассе, определяется антропогенной нагрузкой, характерной для ресурсоориентированных регионов. Горнодобывающая промышленность, в частности добыча каменного угля открытым способом, вносит весомый вклад в загрязнение экосистем угольного региона. Проблема снижения уровня загрязнения водных объектов стоит для предприятий достаточно остро, так как существующие технологические принципы и решения в очистке образующихся на угольных предприятиях стоках в полной мере не отработаны, а подходы, применяемые для очистки других видов сточных вод, не оптимизированы под специфику сточных вод горнодобывающих предприятий. Одним из способов, нашедших широкое применение для очистки стоков различного состава, является адсорбционное извлечение. Для выбора сорбирующего материала, определения механизмов процесса извлечения и других характеристик необходим комплексный подход, позволяющий на основе соответствующих моделей оптимизировать и моделировать процесс очистки. Одним из загрязнителей, характерных для карьерных сточных вод, является железо, пути миграции которого в стоки прослеживаются из различных источников. Показана эффективность применения адсорбции на углеродных сорбентах, изучен механизм массопереноса на основании моделей псевдо-первого порядка Лагергрена, псевдо-второго порядка и методом Р.М. Марутовского, определены лимитирующие стадии извлечения.

Горелкина А. К., Тимощук И. В., Голубева Н. С., Беляева О. В., Михайлова Е. С. Способы снижения воздействия горнодобывающей отрасли на водные экосистемы // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 7. – С. 64–75. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_7_0_64.

Работа выполнена в рамках комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла «Разработка и внедрение комплекса технологий в областях разведки и добычи полезных ископаемых, обеспечения промышленной безопасности, биоремедиации, создания новых продуктов глубокой переработки из угольного сырья при последовательном снижении экологической нагрузки на окружающую среду и рисков для жизни населения», утвержденной Распоряжением Правительства Российской Федерации от 11.05.2022 г. № 1144-р, № соглашения 075-15-2022-1201 от 30.09.2022 г., при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

Горелкина Алена Константиновна¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: alengora@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-3782-2521,
Тимощук Ирина Вадимовна¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: irina190978@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-1349-2812,
Голубева Надежда Сергеевна¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: golnadya@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-2188-8331,
Беляева Оксана Владимировна¹ — канд. хим. наук, доцент, e-mail: beljaeva1@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0003-3030-9140,
Михайлова Екатерина Сергеевна¹ — канд. хим. наук, старший научный сотрудник, e-mail: e_s_mihaylova@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-0673-0747,
¹ Кемеровский государственный университет.

Горелкина А.К., e-mail: alengora@yandex.ru.

1. Корчагина Т. В., Степанов Ю. А., Бурмин Л. Н. Метод оценки экологических показателей воздействия на окружающую среду в районах размещения угольных предприятий // Уголь. — 2018. — № 8. — С. 119—123. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-8-119-123.

2. Левакова И. В., Арустамов Э. А. Некоторые аспекты оценки экологического состояния Кемеровской области // Вестник евразийской науки. — 2019. — № 6. — С. 1—8.

3. Иванова Л. А., Голубева Н. С., Тимощук И. В., Горелкина А. К., Просеков А. Ю., Сапурин З. П., Медведев А. В. Оценка эффективности очистки сточных вод угледобывающего предприятия и ее влияние на загрязнение малых рек // Экология и промышленность России. — 2023. — Т. 27. — № 1. — С. 60—65. DOI: 10.18412/1816-0395-2023-1-60-65.

4. Тюленев М. А., Лукьянова С. Ю., Папин А. В., Макаревич Е. А. Перенос загрязняющих веществ при фильтрации сточных карьерных вод во вскрышных породах // Вестник КузГТУ. — 2011. — № 2. — С. 22—30.

5. Антонинова Н. Ю., Шубина Л. А., Шепель К. В., Собенин А. В., Усманов А. И. Оценка возможности использования отходов производства при разработке мероприятий по иммобилизации тяжелых металлов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5-1. — С. 46—55. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_51_0_46.

6. Алексеев Е. В. Теоретические аспекты технологии очистки сточных вод с использованием осадка // Вестник МГСУ. — 2011. — № 8. — С. 270—273.

7. Филатова Е. Г. Обзор технологий очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, основанных на физико-химических процессах // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. — 2015. — № 2(13). — С. 97—109.

8. Краснова Т., Горелкина А., Кирсанов М. Использование адсорбции для снижения загрязнения водных ресурсов // Экология и промышленность России. — 2018. — Т. 22. — № 1. — С. 44—49. DOI: 10.18412/1816-0395-2018-1-44-49.

9. Быков В. В. Обезжелезивание артезианской воды на мелкозернистых фильтрующих загрузках // Сантехника. — 2018. — № 4. — С. 56—62.

10. Azizian S. Kinetic models of sorption: a theoretical analysis // Journal of Colloid and Interface Science. 2004, vol. 276, pp. 47—62. DOI: 10.1016/j.jcis.2004.03.048.

11. Анурова С. А. Кинетика адсорбции автомобильных расходных жидкостей из водной среды // Вода: химия и экология. — 2012. — № 6. — С. 70—75.

12. Radovic L. R., Silva I. F., Ume J. I. An experimental and theoretical study of the adsorption of aromatic possesing electron-withdrawing and electron-donating functional groups by chemicaly modified activated carbons // Carbon. 1997, vol. 35, no. 9, pp. 1339—1348. DOI: 10.1016/S0008-6223(97)00072-9.

13. Podkościelny P., Nieszpore K. Adsorption of phenols from aqueous solutions: Equilibria, calorimetry and kinetics of adsorption // Journal of Colloid and Interface Science. 2011, vol. 354, no. 1, pp. 282—291. DOI: 10.1016/j.jcis.2010.10.034.

14. Gnanaselvan Gnanasekaran, Arthanareeswaran Gangasalam, Young Sun Mok A high-flux metal-organic framework membrane (PSF/MIL-100 (Fe)) for the removal of microplastics adsorbing dye contaminants from textile wastewater // Separation and Purification Technology. 2021, vol. 277, article 119655. DOI: 10.1016/j.seppur.2021.119655.

15. Xiaoling Ma, Wenlong Wang, Chenggong Sun, Hui Li, Jing Sun, Xin Liu Adsorption performance and kinetic study of hierarchical porous Fe-based MOFs for toluene removal // Science of The Total Environment. 2021, vol. 793, no. 1, article 148622. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.148622.

16. Маслова М. В., Иваненко В. И., Герасимова Л. Г. Влияние температуры на кинетику сорбции катионов стронция сорбентом на основе фосфата титана // Журнал физической химии. — 2019. — T. 93. — № 7. — С. 1002—1008. DOI: 10.1134/S0044453719060219.

17. Antuña-Nieto C., Rodríguez E., López-Antón M. A., García R., Martínez-Tarazona M. R. Mercury adsorption in the gas phase by regenerable Au-loaded activated carbon foams: a kinetic and reaction mechanism study // New Journal of Chemistry. 2020, vol. 44, no. 28, pp. 12009— 12018. DOI: 10.1039/D0NJ00898B.

18. Корж Е. А., Клименко Н. А. Моделирование кинетики адсорбции фармацевтических веществ на активных углях // Проблемы науки. — 2017. — № 5(87). DOI: 10.20861/23042338-2017-87-004.

19. Trobajo J. R., Antuña-Nieto C., Rodríguez E. Carbon-based sorbents impregnated with iron oxides for removing mercury in energy generation processes // Energy. 2018, vol. 159. DOI: 10.1016/j.energy.2018.06.18920.

20. Krasnova T. A., Timoshchuk I. V., Gorelkina A. K., Belyaeva O. V. Effect of priority drinking water contaminants on the quality indicators of beverages during their production and storage // Foods and Raw Materials. 2018, no. 1, рр. 230—241. DOI: 10.21603/2308-40572018-1-230-241.