Очистка сточных вод горнопромышленных предприятий от фенолов

Одной из важных проблем, с которой сталкиваются предприятия горной промышленности, является загрязнение сточных вод фенолами. Рассмотрен метод адсорбционной очистки, в качестве сорбционного материала используется шлам. Исследованы сорбционные свойства шлама химической водоподготовки. Получены сорбционные материалы, в том числе порошкообразный и гранулированный варианты. Определены технологические характеристики порошкового материала и детализирован механизм адсорбции фенола. Предложена общая схема и последовательность операций по очистке сточных вод горнодобывающих предприятий от фенолов. Рассмотрена возможность утилизации продуктов очистки. Показано, что это последовательный ступенчатый процесс, состоящий из нескольких операций. В результате такого процесса получается гранулированный модифицированный карбонатный шлам. Этот карбонатный шлам пригоден в качестве энергетического ресурса для водогрейных котлов и их аналогов. Показано, что проникающие в поры сорбента молекулы обладают энергией активации, величина которой определяется графически решением уравнения Аррениуса. Описаны возможности получения гранулированного сорбента – карбонатного шлама с различной величиной пор. Определен класс опасности отходов очистки и показана возможность снижения техногенной нагрузки на экосистемы окружающей среды за счет вовлечения использованного шлама в процесс водоочистки с последующим сжиганием.

Панфилова Т. A., Кукарцев В. А., Тынченко В. С., Михалев А. С., Сяоган Ву. Очистка сточных вод горнопромышленных предприятий от фенолов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 7-1. – С. 72–82. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_71_0_72.

Панфилова Татьяна Александровна¹ — канд. техн. наук, доцент, Институт нефти и газа; МГТУ им. Н.Э. Баумана, e-mail: t_pan80@mail.ru, ORCID ID: 0009-0003-9537-8128,
Кукарцев Виктор Алексеевич¹ — канд. техн. наук, доцент, Политехнический институт,
Тынченко Вадим Сергеевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: vadimond@mail.ru, Институт нефти и газа; НОЦ Технологии искусственного интеллекта, МГТУ им. Н.Э. Баумана; Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнёва,
Михалев Антон Сергеевич¹ — старший преподаватель, Институт космических и информационных технологий;
Центр искусственного интеллекта, e-mail: asmikhalev@sfu-kras.ru,
Сяоган Ву — Школа электротехники, Хэбэйский технологический университет, Тяньцзинь, Китай, e-mail: xgwu@hrbust.edu.cn, ORCID ID: 0000-0002-1830-0437,
¹ Сибирский федеральный университет.

Тынченко В.С., e-mail: vadimond@mail.ru.

1. Michałowicz J., Duda W. Phenols — sources and toxicity // Polish Journal of Environmental Studies. 2007, vol. 16, no. 3, pp. 347—362.

2. Kulkarni S. J., Kaware J. P. Review on research for removal of phenol from wastewater // International Journal of Scientific and Research Publications. 2013, no. 3, pp. 1—4.

3. Yang Y. Solvent extraction process development and on-site trial-plant for phenol removal from industrial coal-gasification wastewater // Chemical Engineering Journal. 2006, vol. 117, no. 2, pp. 179—185. DOI: 10.1016/j.cej.2005.12.011.

4. Sun X. Treatment of phenolic wastewater by combined UF and NF/RO processes // Desalination. 2015, vol. 355, pp. 68—74. DOI: 10.1016/j.desal.2014.10.018.

5. Mukherjee R., De S. Adsorptive removal of phenolic compounds using cellulose acetate phthalate—alumina nanoparticle mixed matrix membrane // Journal of Hazardous Materials. 2014, vol. 265, pp. 8—19. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2013.11.012.

6. Куликова Е. Ю., Баловцев С. В., Скопинцева О. В. Комплексная оценка геоэкологических рисков при ведении открытых и подземных горных работ // Устойчивое развитие горных территорий. — 2024. — Т. 16. — № 1. — С. 205—216. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-1-205-216.

7. Nadavala S. K., Che M. H., Woo H. S. Biosorption of phenolic compounds from aqueous solutions using pine (PinusdensifloraSieb) bark powder // Bio Resources. 2014, vol. 9, no. 3, pp. 5155—5174.

8. Khusnutdinova E. M., Nikolaeva L. A., Khusnutdinov A. N. An adsorption technique applied by plants and factories for purifying gas emissions using modified wastes available at power plants // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020, vol. 941, no. 1, article 012006. DOI: 10.1088/1757-899X/941/1/012006.

9. Семячков А. И., Семячков К. А. Цифровая модель техногенеза подземных вод как элемент устойчивого развития городской среды // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 3. — С. 362—369. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-3-362-369.

10. Nikolaeva L. A., Aikenova N. E. The study of adsorption processes of wastewater treatment of industrial enterprises from phenols / IV Всероссийский научный симпозиум с международным участием «Актуальные проблемы теории и практики гетерогенных катализаторов и адсорбентов». — Иваново-Суздаль, 2019. — С. 122—124.

11. Nikolaeva L. A., Aikenova N. E. Purification of industrial wastewater from phenols with modified sludge / Safety, protection and environmental protection: fundamental and applied research. — Belgorod. 2019, pp. 88—91.

12. Айкенова Н. Е. Использование модифицированного карбонатного шлама для очистки сточных вод от фенолов на промышленных предприятиях / XXV Всероссийский аспирантскомагистерский научный семинар, посвященный дню энергетика. Материалы конференции. — Казань, 2021. — С. 447—449.

13. Накусов А. Т., Хайманов С. А., Wei Wang, Цидаева Н. И. Очистка промышленных сточных вод адсорбционными материалами на основе редкоземельных ферритов-гранатов Sm3Fe5O12 // Устойчивое развитие горных территорий. — 2021. — Т. 13. — № 4. — С. 629—636. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-4-629-636.

14. Vaiano V. Influence of the photoreactor configuration and of different light sources in the photocatalytic treatment of highly polluted wastewater // International Journal of Chemical Reactor Engineering. 2014, vol. 12, no. 1, pp. 63—75. DOI: 10.1515/ijcre-2013-0090.

15. Jin X. Coking wastewater treatment for industrial reuse purpose: combining biological processes with ultrafiltration, nanofiltration and reverse osmosis // Journal of Environmental Sciences. 2013, vol. 25, no. 8, pp. 1565—1574. DOI: 10.1016/S1001-0742(12)60212-5.

16. Shirazi M. A, Kargari A. A review on application of membrane distillation (MD) process for wastewater treatment // Journal of Membrane Science and Research. 2015, no. 1, pp. 101—112.

17. Mohammadi T., Kazemi P. Taguchi optimization approach for phenolic wastewater treatment by vacuum membrane distillation // Desalination and Water Treatment. 2015, no. 52, pp. 1341—1349.

18. Yates B. J., Zboril R., Sharma V. K. Engineering aspects of ferrate in water and wastewater treatment-a review // Journal of Environmental Science and Health Part AToxic / Hazardous Substances & Environmental Engineering. 2014, vol. 49, no. 14, pp. 1603—1614. DOI: 10.1080/10934529.2014.950924.

19. Sulyman M., Namiesnik J., Gierak A. Low-cost adsorbents derived from agricultura by-products/wastes for enhancing contaminant uptakes from wastewater: A review // Polish Journal of Environmental Studies. 2017, vol. 26, no. 2, pp. 479—510. DOI: 10.15244/pjoes/66769.

20. Zwain H. M., Vakili M., Dahlan I. Waste material adsorbents for zinc removal from wastewater: A comprehensive review // International Journal of Chemical Engineering. 2014, article 347912, pp. 1—13. DOI: 10.1155/2014/347912.