Сточные воды Левихинского хвостохранилища: подбор методов переработки для очистки и утилизации

С целью решения проблемы нейтрализации и рекуперации сточных вод Левихинского месторождения рассмотрены альтернативные методы их переработки. Описана недостаточность существующей на сегодняшний день технологии нейтрализации сточных вод Левихинского рудника и основные физико-химические способы переработки сточных вод. Цель исследования: провести обзор предлагаемых методов переработки сточных вод Левихинского хвостохранилища для решения проблемы нейтрализации и рекуперации сточных вод, и при этом определить перспективные технологии, комплексно удовлетворяющие критериям эффективности и применимости. Критерием эффективности очистной технологии с учетом специфики химического состава является возможность достижения предельно допустимой концентрации для сброса в рыбохозяйственный водоем, критерием применимости – утилизация содержащихся в них полезных компонентов, экологическая безопасность, небольшие капиталовложения и экономическая эффективность, непрерывность процесса, достаточная производительность, сочетаемость с существующей инфраструктурой хвостохранилища. По результатам анализа описанных в научной литературе технологий через призму обозначенных критериев эффективности и применимости детально исследуются методы ионной флотации, электрофлотации, ферритизации с точки зрения доведения содержания в очищенной воде вредных примесей до предельно допустимых концентраций рыбохозяйственного значения и дальнейшего использования полученных продуктов переработки. Другие методы переработки сточных вод применительно к ситуации на Левихинском хвостохранилище, такие как ионный обмен, мембранные технологии, экстракция, электродиализ, и т. д. не рассматривались ввиду технологической сложности, периодичности процесса и высоких эксплуатационных расходов. Предложены потенциально перспективные схемы переработки сточных вод Левихинского хвостохранилища.

Юрак В. В., Аксенюшкина М. В., Завьялов С. С., Власов И. А. Сточные воды Левихинского хвостохранилища: подбор методов переработки для очистки и утилизации // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 12-1. – С. 67–86. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_121_0_67.

Юрак Вера Васильевна¹ — д-р экон. наук, доцент, профессор, зав. лабораторией, начальник НИЛЦ; старший научный сотрудник, Институт экономики Уральского отделения РАН; e-mail: vera_yurak@mail.ru, Scopus Author ID: 57190411535, ORCID: 0000-0003-1529-3865, SPIN-код: 6822-2708,
Аксенюшкина Марина Васильевна¹ — лаборант исследователь, зав. лабораторией, e-mail: marakc@yandex.ru, ORCID 0009-0002-9985-0648,
Завьялов Сергей Сергеевич¹ — инженер, младший научный сотрудник, е-mail: Sergey.Zavialov@m.ursmu.ru, Scopus Author ID: 57218648539; ORCID ID: 0000-0002-2947-0458; SPIN-код: 2470-1547,
Власов Игорь Александрович¹ — младший научный сотрудник, e-mail: Vlasovbkpost@bk.ru, Scopus Author ID: 55809613800, ORCID: 0009-0002-1842-8497; SPIN-код: 3294-1908,
¹ Уральский государственный горный университет.

Завьялов С.С., е-mail: Sergey.Zavialov@m.ursmu.ru.

1. 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. —Т. 334. — № 8. — С. 137—150.

2. Осипов В. И., Еремина О. Н. Девятнадцатые Сергеевские чтения. «Геоэкологическая безопасность разработки месторождений полезных ископаемых» // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. — 2017. — № 5. — С. 91—94.

3. Рыбникова Л. С., Рыбников П. А., Наволокина В. Ю. Оценка влияния затопленного Левихинского медноколчеданного рудника на качество поверхностных вод реки Тагил // Проблемы недропользования. — 2019. — № 3. — С. 155—161.

4. Рыбникова Л. С., Рыбников П. А. Эколого-экономическая оценка шахтных вод на примере затопленных медно-колчеданных рудников Урала // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. — 2016. — № 1. — С. 52—65.

5. Табаксблат Л. С. Микроэлементная «нагрузка» рудничных вод колчеданных месторождений // Известия вузов. Горный журнал. — 1995. — № 5. — С. 130—140.

6. Семина Е. И., Савельева А. В., Савельев С. Н. Извлечение ионов тяжелых металлов из промывных сточных вод гальванического производства реагентным методом / Инновационные подходы в решении современных проблем рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Сборник научных статей. — Алушта, 2019. — С. 317—319.

7. Смирнова В. С., Худорожкова С. А., Ручкинова О. И. Обоснование оптимальных условий реагентной очистки промывных вод от ионов тяжелых цветных металлов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. — 2019. — Т. 10. — № 2. — С. 106—118. DOI: 10.15593/2224-9826/2019.2.09.

8. Виноградов С. С. Экологически безопасное гальваническое производство. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Глобус, 2002. — 352 с.

9. Аксенов В. И., Царев Н. С., Вараева Е. А. Проблема нейтрализации кислых сульфатсодержащих сточных вод // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. — 2020. — № 3(147). — С. 26—32.

10. Аетов А. У., Мельник Ю. Д., Гаврилов Н. С. Исследование процесса утилизации сточных вод участка нейтрализации, пылеулавливания и газоочистки аффинажного производства ОАО «Красцветмет» с использованием сверхкритических флюидных сред // Вестник Технологического университета. — 2023. — Т. 26. — № 4. — С. 24—28. — DOI: 10.55421/19987072_2023_26_4_24.

11. Матвеева В. И. Обоснование возможности использования металлургических шлаков в процессах нейтрализации промышленных сточных вод / Современные тенденции развития химической технологии, промышленной экологии и экологической безопасности. Сборник научных статей. — СПб., 2023. — С. 18—20.

12. Смирнова К. А. Нейтрализация кислых сточных вод / Приоритетные направления развития науки в современном мире. Сборник научных статей. — Уфа, 2022. — С. 353—356.

13. Хилюк А. В., Шестаков И. Я. Адсорбционная очистка воды от ионов металлов с применением электрохимического воздействия // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. — 2020. — Т. 2. — С. 508—510.

14. Гузенко М. В. Химические методы очистки сточных вод / Непрерывная система образования. Инновации и перспективы. Сборник научных статей. — Воронеж, 2020. — С. 238—240.

15. Соковнина О. В., Микрюкова Е. М. Возможные схемы и методы очистки и утилизации рудничных и дренажных сточных вод. Проектная схема очистки и утилизации рудничных сточных вод // Общество. — 2020. — № 3(18). — С. 16—20.

16. Кузьмина Е. А. Анализ методов очистки сточных вод горных предприятий от механических примесей // Инновации в технологиях и образовании. Сборник научных статей. — Белово, 2022. — С. 33—37.

17. Pervov A. G., Tikhonov K. V. A new technique to purify biologically treated wastewater by reverse osmosis: utilization of concentrate // Вестник МГСУ. — 2020. — Т. 15. — № 5. — С. 688— 700. — DOI: 10.22227/1997-0935.2020.5.688-700.

18. Вертинский А. П. Современные методы очистки сточных вод: особенности применения и проблематика // Инновации и инвестиции. — 2019. — № 1. — С. 175—182.

19. Мухамедов К. Г., Насирова Н. К., Мухамедов Ж. К., Абдурахманов О. Х. Очистка сточных вод гальванических производств реагентным методом // Universum: технические науки. — 2023. — № 7-3(112). — С. 51—56.

20. Маннанова Г. В. Методы очистки промышленных сточных вод. — М.: РГГУ, 2019. — 815 c.

21. Naef A. A. Qasem, Ramy H. Mohammed, Dahiru Lawal Removal of heavy metal ions from wastewater: a comprehensive and critical review // Clean Water. 2021, vol. 4, no. 36, pp. 1—16. — DOI: 10.1038/ s41545-021-00127-0.

22. Смирнова В. С., Худорожкова С. А., Ручкинова О. И. Обоснование оптимальных условий реагентной очистки промывных вод от ионов тяжелых цветных металлов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. — 2019. — Т. 10. — № 2. — С. 106—118. DOI: 10.15593/2224-9826/2019.2.09.

23. Шадрунова И. В., Зелинская Е. В., Орехова Н. Н., Горлова О. Е., Чекушина Т. В. ESGтрансформации в сфере переработки техногенного минерального сырья // Горная промышленность. — 2023. — № 1. — С. 71—78.

24. Зидан О. Д. Методы извлечения ионов тяжелых металлов из сточных вод / Развитие современной науки и образования: актуальные вопросы, достижения и инновации. Сборник статей VIII Международной научно-практической конференции. — Пенза, 2023. — С. 21—23.

25. Зубарева Г. И. Флотация в технологических схемах очистки промышленных сточных вод // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. — 2019. — Т. 10. — № 4. — С. 67—77. DOI: 10.15593/2224.

26. Luping Chang, Yijun Cao, Guixia Fan, Chao Li, Weijun Peng A review of the applications of ion floatation: wastewater treatment, mineral beneficiation and hydrometallurgy // RSC Advances. 2019, vol. 4, no. 35, pp. 20226—20239. DOI: 10.1039/C9RA02905B.

27. Алиакберова Э. Р., Джевага Н. В. Извлечение редкоземельных элементов из отходов техногенного производства как один из способов улучшения экологической ситуации // Химия и химическое образование XXI века. Сборник научных статей. — СПб., 2019. — С. 92—93.

28. Холикулов Д. Б., Элчибоев К. З., Минаковский А. Ф. Извлечение металлов из технологических растворов АО «Алмалыкский ГМК» методом ионной флотации / Химическая технология и техника. Материалы 88-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов (с международным участием). — Минск: БГТУ, 2024. — С. 485—488.

29. Медяник Н. Л., Шевелин И. Ю., Вафин В. Р. Математическое моделирование механизма действия реагента глипет при ионной флотации тяжелых и цветных металлов из техногенных вод горных предприятий / Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. Т. 2. — Магнитогорск, 2019. — С. 24.

30. Алехина Е. Н., Бариева Э. Р. Повышение эффективности сточных вод на предприятии химической промышленности с использованием электрофлотации // Современные инновации. — 2019. — № 3(31). — С. 11—12.

31. Тхан З. Х., Хейн Т. А. Электрофлотационное извлечение цветных металлов в присутствии солей жесткости / Фундаментальные и прикладные исследования в науке и образовании. Сборник научных статей. — Магнитогорск, 2022. — С. 135—138.

32. Хейн, Т. А., Аунг П., Тхан З. Х., Колесников В. А. Электрофлотация и седиментация в очистке сточных вод от смеси гидроксидов тяжелых и цветных металлов // Успехи в химии и химической технологии. — 2019. — Т. 33. — № 8(218). — С. 93—95.

33. Стоянова А. Д. Колесников В. А., Владимирская З. С. Электрофлотационное извлечение смеси металлов Cu, Ni, Zn, Cr, Fe из водного раствора в присутствии сырых талловых масел // Успехи в химии и химической технологии. — 2020. — Т. 34. — № 4(227). — С. 125—127.

34. Смит Я., Вейн Х. Ферриты / пер. с англ. Елкина Т. А., Залесского А. В., Стеценко П. Н. — М.: Изд-во иностранной литературы, 1962. — 504 с.

35. Rady K. E., Elsad R. A. Improvement the physical properties of nanocrystalline Ni-Zn ferrite using the substitution by (Mg-Ti) ions // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2020, vol. 498, article 166195. DOI: 10.1016/j.jmmm.2019.166195.

36. Narang S. B., Pubby K. Nickel spinel ferrites. A review // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2020, vol. 519, article 16763. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.167163.

37. Валов М. В., Ячменников П. Д., Полянскова Е. А., Ефремова С. Ю. Совершенствование системы очистки сточных вод предприятия приборостроения с ферритизацией гальваношлама / Экологический форсайт. Сборник научных статей, Саратов. — 2021. — С. 292—297.

38. Татаринцева Е. А., Ольшанская Л. Н., Бухарова Е. А. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов и технологии утилизации металлосодержащих гальваношламов // Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. — 2021. — № 3. — С. 53—64.

39. Волков Д. А., Чириков А. Ю., Буравлев И. Ю., Юдаков А. А. Очистка многокомпонентных неорганических сточных вод от катионов Cu2+, Zn2+, Ni2+, Cr3+, Pb2+ и Fe2+, включающая утилизацию осадка // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. — 2019. — № 6(208). — С. 113—123. — DOI: 10.25808/08697698.2019.208.6.012.

40. Хайдаров Р. М. Снижение класса опасности гальванического шлама для поиска возможных путей утилизации // Академическая публицистика. — 2019. — № 4. — С. 15—22.

41. Шерстюк Д. П., Стариков А. Ю., Живулин В. Е., Жеребцов Д. А., Винник Д. А. Синтез, структура и свойства Zn0,3Ni0,7–xCoxFe2O4 (x = 0–0,6) феррита // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия. — 2020. — Т. 12. — № 4. — С. 92—100. — DOI: 10.14529/chem200406.

42. Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения. Утверждены приказом Министерства сельского хозяйства Российской Федерации от 13 декабря 2016 года № 552 (с изменениями на 12 октября 2018 года) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/420389120.