Анализ эффективности очистки подземных вод от тяжелых металлов

Выполнены лабораторные исследования по определению рентабельного метода фильтрации подземных вод от тяжелых металлов в городе Москве. На первом этапе во время разработки котлована проводится осаждение большей части тяжелых металлов из подземных вод в грунте, который впоследствии вынимается из котлована, а оставшиеся тяжелые металлы в воде удаляются во время обработки для использования ее в питьевых целях. Также обсуждаются различные технологии повторного использования воды, включая механическую и сорбционную очистку, обратный осмос и очистку УФ-излучением. Эксперимент позволил сравнить эффективность использования теплового насоса и обратного осмоса для очистки воды. Система теплового насоса показала себя более эффективной при удалении металлов. Автором предложен модифицированный метод очистки воды для комплексного решения проблемы загрязнения грунта и подземных вод во время освоения подземного пространства, соответствующий стандартам, при котором система «вода–пар–вода» работает на возобновляемых источниках энергии. Оценена возможность использования предложенного метода при строительстве жилых комплексов и бизнес-центров с использованием солнечных батарей и легких вариантов ветрогенераторов. В целом эксперимент показал, что надежная система очистки воды может потребовать дополнительных затрат, и предварительный нагрев воды перед очисткой может снизить потребление энергии. Данный метод эффективно реализовывать в рамках комплексного способа по борьбе с загрязнением подземного пространства тяжелыми металлами. При разработке грунта можно будет изначально применять микроорганизмы для осаждения большей части металлов в грунте, который в дальнейшем будет использован для проведения фиторемидиации, а вода – для питьевых целей.

Сарэу Н. Ю. Анализ эффективности очистки подземных вод от тяжелых металлов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 5. – С. 79–89. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_5_0_79.

Сарэу Николай Юрьевич — аспирант, Университет науки и технологий МИСИС, e-mail: ksareu7777@mail.ru.

1. Mulligan C. N., Yong R. N., Gibbs B. F. An evaluation of technologies for the heavy metal remediation of dredged sediments // Journal of Hazardous Materials. 2001, vol. 85, pp. 145—163.

2. Megharaj M., Ramakrishnan B., Venkateswarlu K., Sethunathan N., Naidu R. Bioremediation approaches for organic pollutants: a critical perspective // Environment International. 2011, vol. 37, pp. 1362—1375.

3. Karataev O. R., Karataeva E. S. Mechanical filtration, based on elective concentration of particles, as an innovative method of water treatment // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018, vol. 412, no. 1, article 012030. DOI: 10.1088/1757-899X/412/1/012030.

4. Kiwoong Kim, Eunseok Seo, Suk-Kyu Chang, Tae Jung Park, Sang Joon Lee Novel water filtration of saline water in the outermost layer of mangrove roots // Scientific Reports. 2016, vol. 6, article 20426. DOI: 10.1038/srep20426.

5. Rolph C. A., Jefferson B., Hassard F., Villa R. Metaldehyde removal from drinking water by adsorption onto filtration media: mechanisms and optimization // Environmental Science: Water Research & Technology. 2018, vol. 4, pp. 1543—1552. DOI: 10.1039/C8EW00056E.

6. Trifonova T. A., Povorov A. A., Shirkin L. A., Selivanova O. G., Ilyina M. E. Efficiency assessment of ultra-filtration pretreatment prior to reverse osmosis separation of contaminated natural water // International Journal of Emerging Trends in Engineering Research. 2020, vol. 8, no. 5, pp. 1535—1538. DOI: 10.30534/ijeter/2020/10852020.

7. Hasan M., Louhi-Kultanen M. Water purification of aqueous nickel sulfate solutions by air cooled natural freezing // Chemical Engineering Journal. 2016, vol. 294, pp. 176—184. DOI: 10.1016/j.cej. 2016.02.114.

8. Kulikova E. Yu., Balovtsev S. V. Risk control system for the construction of urban underground structures // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020, 962, no. 4, article 042020. DOI: 10.1088/1757-899X/962/4/042020.

9. Kulikova E. Yu., Ivannikov A. L. The terms of soils removal from the defects of the underground structures’ lining // Journal of Physics: Conference Series. 2020, vol. 1425, no. 1, article 012062. DOI: 10.1088/1742-6596/1425/1/012062.

10. He X. C., Xu Y. S., Shen S. L., Zhou A. N. Geological environment problems during metro shield tunnelling in Shenzhen, China // Arabian Journal of Geosciences. 2020, vol. 13, no. 2, article 87. DOI: 10.1007/s12517-020-5071-z.

11. Xu Y. S., Shen J. S., Zhou A. N., Arulrajah A. Geological and hydrogeological environment with geohazards during underground construction in Hangzhou: a review // Arabian Journal of Geosciences. 2018, vol. 11, article 544. DOI: 10.1007/s12517-018-3894-7.

12. Kulikova E. Yu. Estimation of factors of aggressive influence and corrosion wear of underground structures // Materials Science Forum. 2018, vol. 931, pp. 385—390. DOI: 10.4028/www. scientific.net/MSF.931.385.

13. Rodinkov O. V., Bugaichenko A. S., Spivakovskyi V., Postnov V. N. Sorption preconcentration of volatile organic compounds in air analysis with a change in the configuration of the sorption layer in a transition from sorption to thermal desorption // Journal of Analytical Chemistry. 2021, vol. 76, no. 6, pp. 707—713. DOI: 10.1134/S1061934821060125.

14. Goncharova E. N.,Statkus M. A., Tsisin G. I., Zolotov Yu. A. Porous graphitized carbon for the separation and preconcentration of hydrophilic substances // Journal of Analytical Chemistry. 2020, vol. 75, no. 4, pp. 423—442. DOI: 10.1134/S1061934820040036.

15. Sayyad S. U., Kamthe N. K., Sarvade S. M. Design and simulation of reverse osmosis process in a hybrid forward osmosis-reverse osmosis system // Chemical Engineering Research and Design. 2022, vol. 183, pp. 210—220. DOI: 10.1016/j.cherd.2022.05.002.

16. Reihaneh Abouei Mehrizi, Seyyed Ahmad Mirbagheri, Amin Shams Development of a generalized mathematical model for two-stage reverse osmosis desalination systems // Computers & Chemical Engineering. 2023, vol. 182, no. 9, article 108562. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2023.108562.

17. Liu Sh., Ma G., Jia X., Xu Sh., Wu G. Simulation research on heat recovery system of heat pump composite pump-driven loop heat pipe // Thermal Science. 2022, vol. 26, no. 5, part B, pp. 4301—4313.

18. Karmaker H. C. Design concepts for a direct drive wind generator using new superconductors // IEEE Electrical Power and Energy Conference (EPEC). 2016, pp. 6—14. DOI: 10.1109/EPEC. 2015.7379921.

19. Sun B., Guo Y., Yang D., Li H. The effect of constant magnetic field on convective heat transfer of Fe3O4 / Water magnetic nanofluid in horizontal circular tubes // Applied Thermal Engineering. 2020, vol. 171, article 114920. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2020.114920.

20. Hatami M. Cross-sectional heat transfer of hot tubes in a wavy porous channel filled by Fe3O4 — water nanofluid under a variable magnetic field // European Physical Journal Plus. 2018, vol. 133, no. 9, pp. 1—14. DOI: 10.1140/epjp/i2018-12170-3.