XXI век. Техносферная безопасность. 2022; 7: 322-333
Перспективные технологии биоремедиации сточных вод золотодобывающих предприятий Узбекистана
https://doi.org/10.21285/2500-1582-2022-4-322-333Аннотация
Всё возрастающие объемы добычи золота в Республике Узбекистан требуют увеличения расходов водных ресурсов. В то же время подразделения Навоийского ГМК расположены на засушливых, маловодных территориях с высоким (40–80 %) и экстремальным (более 80 %) дефицитом воды. В связи с этим для предприятия остро стоит проблема водоснабжения, водоотведения и совершенствования системы замкнутого водооборота с применением инновационных биотехнологических решений. Целью настоящей работы является обобщение современных данных об использовании на горнодобывающих предприятиях технологий биоремедиации сточных вод и оценка перспектив использования такой технологии на НГМК. В работе обобщены представленные в литературе данные об использовании биоремедиации на горных предприятиях России и других стран, а также данные собственных экспериментальных исследований очистительных функций растений Узбекистана. Указанные исследования проводились в условиях лабораторного моделирования с использованием сточных вод из прудков хвостохранилища ГМЗ-2 и ГМЗ-3 НГМК. Были изучены очистительные функции растений долины реки Заравшан: эйхорнии, пистии, азолы и ряски малой. В результате исследования установлено, что наиболее высокий очистительный потенциал имеет эйхорния: благодаря высокой активности цианидутилизирующего фермента бета-цианаланинсинтазы она накапливает металлы и метаболизирует цианиды. Пистия и азола оказались неустойчивыми к высокому уровню солесодержания, и их необходимо адаптировать путем дополнительного внесения органических веществ, в частности овечьего навоза. Следующим этапом должны стать полупромышленные испытания в условиях хвостохралища и разработка технического регламента.
Список литературы
1. Кулматов Р. А., Нигматов А. Н., Расулов А. Б. Современные экологические проблемы трансграничной реки Зарафшан // География және геоэкология мәселелерi. Вопросы географии и геоэкологии. 2014. № 2. С. 38–49.
2. Соколов В. И. Водное хозяйство Узбекистана – настоящее, прошлое, будущее. Ташкент: Издво «Библиотека Водника», 2015. 57 с. [Электронный ресурс]. URL: http://cawater-info.net/library/rus/watlib/watlib-01-2015.pdf (12.10.2022).
3. Сангирова У. Р. Особенности развития водного хозяйства на территории Узбекистана // Вестник науки и образования. 2019. № 19. С. 16–26.
4. Тимофеева С. С., Ульрих Д. В., Тимофеев С. С. Технологии фиторемедиации на техногенноповрежденных территориях в условиях Восточной Сибири и Южного Урала // Безопасность в техносфере. 2016. № 6. C. 16–23. https://doi.org/10.12737/24721.
5. Ольшанская Л. Н., Собгайда Н. А., Русских М. Л., Валиев Р. Ш., Арефьева О. А. Фиторемедиционные энергосберегающие технологии в решении проблем загрязнения гидросферы // Инноватика и экспертиза. 2012. № 2. C. 166–172.
6. Вдовина И. В., Смирнова Т. П. Доочистка сточных вод горно-обогатительного комбината с использованием элементов природно-техногенных ландшафтов // Безопасность жизнедеятельности. 2014. № 11. С. 17–22.
7. Евдокимова Г. А., Иванова Л. А., Мозгова Л. П., Фокина Н. В. Плавающие биоплато для очистки сточных карьерных вод от минеральных соединений азота в арктических условиях // Экология и промышленность России. 2015. Т. 19. № 9. C. 35–41. https://doi.org/10.18412/1816-0395-20159-35-41.
8. Yan A., Wang Y., Tan S. N., Mohd Y., Ghosh S., Chen Z. Phytoremediation: a promising approach for revegetation of heavy metal-polluted land // Frontiers of Plant Science. 2020. Vol. 11. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00359.
9. Kurade M. B., Ha Y.-H., Xiong J.-Q., Govindwar S. P., Jang M., Jeon B.-H. Phytoremediation as a green biotechnology tool for emerging environmental pollution: a step forward towards sustainable rehabilitation of the environment // Chemical Engineering Journal. 2021. Vol. 415. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129040.
10. Chen L., Beiyuan J., Hu W., Zhang Z., Duan Ch., Cui Q. [et al.] Phytoremediation of potentially toxic elements (PTE`s) contaminated soils using alfalfa (Medicago sativa L.): a comprehensive review // Chemosphere. 2022. Vol. 293. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.133577.
11. Zihan Wei, Haiping Gu, Quyet Van Le, Wanxi Peng, Su Shiung Lam, Yafeng Yang Perspectives on phytoremediation of zinc pollution in air, water and soil // Sustainable chemistry and pharmacy. 2021. Vol. 24. https://doi.org/1016/j.scp.2021.100550/.
12. Vergani L., Mapelli F., Zanardini E., Terzaghi E., Raspa G., Borin S. [et al]. Phyto-rhizoremediation of polychlorinated biphenyl contaminated soils: An outlook on plant-microbe beneficial interactions // Science of the total environment. 2017. Vol. 575. P. 1395–1406. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.09.218.
13. Corso Dal G., Fasani E., Manara A., Visioli G., Furini A. Heavy metal pollutions: state of the art and innovation in phytoremediation // International Journal of molecular sciences. 2019. No. 20. https://doi.org/10.3390/ijms20143412.
14. Dhanwal P., Kumar A., Dudeja S., Chhokar V., Beniwal V. Recent advances in phytoremediation technology // Advances in environmental biotechnology. Singapore: Springer, 2017. P. 227–241. https://doi.org/10.1007/978-981-10-4041-2_14.
15. Sakakibara M., Harada A., Sano S., Hori R. S. Heavy metals tolerance and accumulation in Eleocharis acicularis, a heavy metal hyperaccumulating aquatic plant species // Geo-Pollution Science. 2009. No. 5. P. 1–9.
16. Suman J., Uhlik O., Viktorova J., Macek T. Phytoextraction of heavy metals: a promising tool for clean-up of polluted environment? // Frontiers in Plant Science. 2018. Vol. 9. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01476.
17. Dhaliwal S. S., Singh J., Taneja P. K., Mandal A. Remediation techniques for removal of heavy metals from the soil contaminated through different sources: a review // Environmental Science and Pollution Research. 2020. No. 27. P. 1319–1333. https://doi.org/10.1007/s11356-019-06967-1.
18. Ташпулатов Й. Ш. Альгофлора среднего течения реки Заравшан и ее взаимосвязь с индикаторносапробными видами // Самарский научный вестник. 2016. № 2. C. 63–66.
19. Мустафаева З. А., Мирзаев У. Т. Холмурадова Т. Н. Современное состояние водных биоценозов водоемов бассейна реки Зарафшан // Восточно-Европейский научный журнал. 2017. № 3. [Электронный ресурс]. URL: https://eesa-journal.com/biologicheskie-nauki/sovremennoe-sostoyanie-vodnyxbiocenozov-vodoemov-bassejna-reki-zarafshan/ (12.11.2022).
20. Mattila K., Zaitsev G., Langwaldt J. Biological removal of nutrients from mine waters. Final report. Rovaniemi: Finnish Forest Research Institute, 2007. 99 p.
21. Пат. № 189759, Российская Федерация, МПК C02F 3/32 (2006.01). Модуль фитосистемы для биологической очистки промышленных сточных вод от минеральных загрязнителей / Л. А. Иванова, В. А. Мязин, Е. В. Корнейкова, Н. В. Фокина, В. В. Редькина, Г. А. Евдокимова; заявитель и патентообладатель ИППЭС КНЦ РАН. Заявл. 17.09.2018; опубл. 03.06.2019. Бюл. № 2018133048.
22. Пат. № 2560631, Российская Федерация, МПК C02F 3/32 (2006.01). E02B 15/04 (2006.01). Устройство для биологической очистки сточных карьерных вод / Г. А. Евдокимова, Л. А. Иванова, В. А. Мязин; заявитель и патентообладатель ИППЭС КНЦ РАН. Заявл. 30.05.2014; опубл. 20.08. 2015. Бюл. № 2014122204/13.
23. Тимофеева С. С., Краева В. З., Меньшикова О. А. Роль водорослей и высших водных растений в обезвреживании цианидсодержащих сточных вод // Водные ресурсы. 1985. № 6. С. 111–116.
24. Тимофеева С. С., Меньшикова О. А. Использование макрофитов для интенсификации биологической очистки роданидсодержащих сточных вод // Водные ресурсы. 1985. № 6. С. 80–85.
25. Timofeeva S. S., Stom D. J. Present and perspectives of using hydrobotanic treatment for sewage waters // Acta Hydrochimica et Hydrobiologica. 1986. Vol. 16. No. 3. P. 299–312. https://doi.org/10.1002/aheh.19880160310.
XXI Century. Technosphere Safety. 2022; 7: 322-333
Promising technologies for bioremediation of wastewater from gold mining enterprises in Uzbekistan
https://doi.org/10.21285/2500-1582-2022-4-322-333Abstract
The ever-increasing volumes of gold mining in the Republic of Uzbekistan requires an increase in the cost of water resources. However, the subdivisions of the Navoi MMC are located in the arid, lowwater areas with high (40–80 %) and extreme (more than 80 %) water shortages. Therefore, the problem of water supply, water disposal and improvement of the closed water circulation system with the use of innovative biotechnological solutions is acute for the enterprise. The purpose of this work is to summarize current data on the use of wastewater bioremediation technologies at mining enterprises and to assess the prospects for using this technology by Navoi Mining and Metallurgical Company. The article summarizes the data on the use of bioremediation at mining enterprises in Russia and other countries and data obtained from our own experimental studies of the cleansing functions of plants in Uzbekistan. These studies were carried out under the laboratory modeling conditions using wastewater from tailing ponds GMZ-2 and GMZ-3 NMMC. The cleansing functions of the plants of the Zarafshan river valley were studied: eichornia, pistia, azoles and duckweed. It was found that eichornia has the highest cleansing potential: due to the high activity of the cyanidutilizing enzyme beta-cyanoalanine synthase, it accumulates metals and metabolizes cyanides. Pistia and azola have proven to be tolerant to high salinity levels and need to be adapted by adding organic matter, including sheep manure. The next stage is semi-industrial testing in a tailing dump and development of technical regulations.
References
1. Kulmatov R. A., Nigmatov A. N., Rasulov A. B. Sovremennye ekologicheskie problemy transgranichnoi reki Zarafshan // Geografiya zhәne geoekologiya mәseleleri. Voprosy geografii i geoekologii. 2014. № 2. S. 38–49.
2. Sokolov V. I. Vodnoe khozyaistvo Uzbekistana – nastoyashchee, proshloe, budushchee. Tashkent: Izdvo «Biblioteka Vodnika», 2015. 57 s. [Elektronnyi resurs]. URL: http://cawater-info.net/library/rus/watlib/watlib-01-2015.pdf (12.10.2022).
3. Sangirova U. R. Osobennosti razvitiya vodnogo khozyaistva na territorii Uzbekistana // Vestnik nauki i obrazovaniya. 2019. № 19. S. 16–26.
4. Timofeeva S. S., Ul'rikh D. V., Timofeev S. S. Tekhnologii fitoremediatsii na tekhnogennopovrezhdennykh territoriyakh v usloviyakh Vostochnoi Sibiri i Yuzhnogo Urala // Bezopasnost' v tekhnosfere. 2016. № 6. C. 16–23. https://doi.org/10.12737/24721.
5. Ol'shanskaya L. N., Sobgaida N. A., Russkikh M. L., Valiev R. Sh., Aref'eva O. A. Fitoremeditsionnye energosberegayushchie tekhnologii v reshenii problem zagryazneniya gidrosfery // Innovatika i ekspertiza. 2012. № 2. C. 166–172.
6. Vdovina I. V., Smirnova T. P. Doochistka stochnykh vod gorno-obogatitel'nogo kombinata s ispol'zovaniem elementov prirodno-tekhnogennykh landshaftov // Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti. 2014. № 11. S. 17–22.
7. Evdokimova G. A., Ivanova L. A., Mozgova L. P., Fokina N. V. Plavayushchie bioplato dlya ochistki stochnykh kar'ernykh vod ot mineral'nykh soedinenii azota v arkticheskikh usloviyakh // Ekologiya i promyshlennost' Rossii. 2015. T. 19. № 9. C. 35–41. https://doi.org/10.18412/1816-0395-20159-35-41.
8. Yan A., Wang Y., Tan S. N., Mohd Y., Ghosh S., Chen Z. Phytoremediation: a promising approach for revegetation of heavy metal-polluted land // Frontiers of Plant Science. 2020. Vol. 11. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00359.
9. Kurade M. B., Ha Y.-H., Xiong J.-Q., Govindwar S. P., Jang M., Jeon B.-H. Phytoremediation as a green biotechnology tool for emerging environmental pollution: a step forward towards sustainable rehabilitation of the environment // Chemical Engineering Journal. 2021. Vol. 415. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129040.
10. Chen L., Beiyuan J., Hu W., Zhang Z., Duan Ch., Cui Q. [et al.] Phytoremediation of potentially toxic elements (PTE`s) contaminated soils using alfalfa (Medicago sativa L.): a comprehensive review // Chemosphere. 2022. Vol. 293. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.133577.
11. Zihan Wei, Haiping Gu, Quyet Van Le, Wanxi Peng, Su Shiung Lam, Yafeng Yang Perspectives on phytoremediation of zinc pollution in air, water and soil // Sustainable chemistry and pharmacy. 2021. Vol. 24. https://doi.org/1016/j.scp.2021.100550/.
12. Vergani L., Mapelli F., Zanardini E., Terzaghi E., Raspa G., Borin S. [et al]. Phyto-rhizoremediation of polychlorinated biphenyl contaminated soils: An outlook on plant-microbe beneficial interactions // Science of the total environment. 2017. Vol. 575. P. 1395–1406. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.09.218.
13. Corso Dal G., Fasani E., Manara A., Visioli G., Furini A. Heavy metal pollutions: state of the art and innovation in phytoremediation // International Journal of molecular sciences. 2019. No. 20. https://doi.org/10.3390/ijms20143412.
14. Dhanwal P., Kumar A., Dudeja S., Chhokar V., Beniwal V. Recent advances in phytoremediation technology // Advances in environmental biotechnology. Singapore: Springer, 2017. P. 227–241. https://doi.org/10.1007/978-981-10-4041-2_14.
15. Sakakibara M., Harada A., Sano S., Hori R. S. Heavy metals tolerance and accumulation in Eleocharis acicularis, a heavy metal hyperaccumulating aquatic plant species // Geo-Pollution Science. 2009. No. 5. P. 1–9.
16. Suman J., Uhlik O., Viktorova J., Macek T. Phytoextraction of heavy metals: a promising tool for clean-up of polluted environment? // Frontiers in Plant Science. 2018. Vol. 9. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01476.
17. Dhaliwal S. S., Singh J., Taneja P. K., Mandal A. Remediation techniques for removal of heavy metals from the soil contaminated through different sources: a review // Environmental Science and Pollution Research. 2020. No. 27. P. 1319–1333. https://doi.org/10.1007/s11356-019-06967-1.
18. Tashpulatov I. Sh. Al'goflora srednego techeniya reki Zaravshan i ee vzaimosvyaz' s indikatornosaprobnymi vidami // Samarskii nauchnyi vestnik. 2016. № 2. C. 63–66.
19. Mustafaeva Z. A., Mirzaev U. T. Kholmuradova T. N. Sovremennoe sostoyanie vodnykh biotsenozov vodoemov basseina reki Zarafshan // Vostochno-Evropeiskii nauchnyi zhurnal. 2017. № 3. [Elektronnyi resurs]. URL: https://eesa-journal.com/biologicheskie-nauki/sovremennoe-sostoyanie-vodnyxbiocenozov-vodoemov-bassejna-reki-zarafshan/ (12.11.2022).
20. Mattila K., Zaitsev G., Langwaldt J. Biological removal of nutrients from mine waters. Final report. Rovaniemi: Finnish Forest Research Institute, 2007. 99 p.
21. Pat. № 189759, Rossiiskaya Federatsiya, MPK C02F 3/32 (2006.01). Modul' fitosistemy dlya biologicheskoi ochistki promyshlennykh stochnykh vod ot mineral'nykh zagryaznitelei / L. A. Ivanova, V. A. Myazin, E. V. Korneikova, N. V. Fokina, V. V. Red'kina, G. A. Evdokimova; zayavitel' i patentoobladatel' IPPES KNTs RAN. Zayavl. 17.09.2018; opubl. 03.06.2019. Byul. № 2018133048.
22. Pat. № 2560631, Rossiiskaya Federatsiya, MPK C02F 3/32 (2006.01). E02B 15/04 (2006.01). Ustroistvo dlya biologicheskoi ochistki stochnykh kar'ernykh vod / G. A. Evdokimova, L. A. Ivanova, V. A. Myazin; zayavitel' i patentoobladatel' IPPES KNTs RAN. Zayavl. 30.05.2014; opubl. 20.08. 2015. Byul. № 2014122204/13.
23. Timofeeva S. S., Kraeva V. Z., Men'shikova O. A. Rol' vodoroslei i vysshikh vodnykh rastenii v obezvrezhivanii tsianidsoderzhashchikh stochnykh vod // Vodnye resursy. 1985. № 6. S. 111–116.
24. Timofeeva S. S., Men'shikova O. A. Ispol'zovanie makrofitov dlya intensifikatsii biologicheskoi ochistki rodanidsoderzhashchikh stochnykh vod // Vodnye resursy. 1985. № 6. S. 80–85.
25. Timofeeva S. S., Stom D. J. Present and perspectives of using hydrobotanic treatment for sewage waters // Acta Hydrochimica et Hydrobiologica. 1986. Vol. 16. No. 3. P. 299–312. https://doi.org/10.1002/aheh.19880160310.
