Сорбция тяжелых металлов и радионуклидов из горных отвалов карьеров
Центр по сапропелю столкнулся с проблемой восстановления нарушенных горными работами земель от радионуклидов и тяжелых металлов еще в 1986-1990 г.г. Свои работы в этом направлении он связывал с использованием сорбционных свойств органического сапропеля и заложенных природой поглощающих радионуклиды и тяжелые металлы свойств некоторых видов тропических растений. Одно из них – это водный гиацинт (эйхорния). В настоящее время Центр продолжил полевые и лабораторные работы ученых из Института цитологии и генетики, действующем при Сибирском отделении РАН, по использованию растений для поглощения радиации, тяжелых металлов и нефтепродуктов в горном деле. В частности, ставились задачи снижения содержания радионуклидов и тяжелых металлов в горных отвалах Маардусского фосфоритного карьера в Эстонии.
За основу был взят водяной гиацинт, который по данным ранее проведенных исследований в значительной мере поглощает радионуклиды и тяжелые металлы, очищая тем самым загрязненные природные водоемы, затопленные отработанные горные карьеры, донные илы прудов и озер. Растение уже хорошо зарекомендовало себя в качестве сорбента загрязнителей. Полевые работы Центра по сапропелю на площадях отвалов и обводненных открытых выработок отрабатанного Маардусского фосфоритного карьера, начатые в 1988 г. в 2012 г. были продолжены и дали положительные результаты.
Фосфоритный карьер под г. Таллинн в Маарду разрабатывался в СССР и накапливал в своей массе вскрышных пород отвалов повышенные концентрации тяжелых металлов и радионуклидов. Загрязнение исходило от диктионемовых сланцев, которые шагающими экскаваторами при вскрыше фосфоритного слоя в дробленном виде сбрасывались в отвалы и интенсивно увлажнялись атмосферными осадками и водой водоносного горизонта. В отвалах образовывались зоны с повышенным содержанием тяжелых металлов и интенсивного радиоактивного накопления. При прекращении разработки фосфоритов карьер был затоплен подземными водами, что привело к вымыванию локализованных зон загрязнителя и попадания его в воду, водоносный горизонт, на поверхностный луговой травяной и растительный покров. Тяжелые металлы и радионуклиды из незначительных по площадям зон в отвалах карьера все больше и больше разносятся водами по территории бывших горных выработок и далеко за его пределы. Опасность создается и потому, что все это примыкает своей границей к столице Эстонии и грозит загрязнению природных питьевых вод города.
Водяной гиацинт был высажен в воды затопленных открытых выработок карьера, которые аккумулируют в себе дренажные дождевые и паводковые стоки из отвалов, включающих в себе обогащенный тяжелыми металлами и радионуклидами диктионемовый сланец. Для эффективности роста и быстрого размножения водяного гиацинта была разработана и апробирована пастообразная сапропеле-торфяная подложка. На ней растения заранее выращивались в теплицах, а после – переносились на подлежащие очистке от загрязнений территории.
Первые результаты работ в лаборатории и в затопленных выработках карьера показали, что в килограмме сухого веса водяного гиацинта может накапливаться до 4,8–5.1 г нерадиоактивного изотопа стронция, который в природе является заменителем кальция для растения. После вегетационного периода водяной гиацинт собирают, высушивают и сжигают. Зола с накопленными тяжелыми и радиоактивными металлами утилизируется.
По данным двух вегетационных периодов из тонны собранного водяного гиацинта удалось выделить 27-30 кг золы. Это не плохой результат выведения загрязнителя из отвальных образований сорбирующими растениями, выращенными на сапропеле-органической подложке.
Новосибирские ученые культивируют водяной гиацинт в оранжереях. Растение выращивается и размножается в том числе и зимой. Возможность ускорить процесс размножения гиацинта на пастообразном и жидком сапропеле предложена к.т.н. Бычеком Н.Д. из Центра по сапропелю. Выращенные растения для очистки водных поверхностей и донных отложений водоемов теперь можно заказывать вместе с технологией проведения работ всеми заинтересованными предприятиями.
Органический сапропель сам по себе также имеет сорбционные свойства и впитывает в себя из воды и увлажненных вмещающих почв тяжелые металлы и радионуклиды. Возможность поглощения сапропелем радиоактивного загрязнителя, в том числе и ядовитых веществ, доказана на опытном участке того же Маардусского фосфоритного карьера в Эстонии. Работы проводились под руководством к.т.н. Бычека Н.Д. и послужили основанием для подготовки технологии восстановления поверхности рекультивируемых земель после карьерной отработки месторождения. Предложенная технология дала возможность создать по всем подверженным исследованиям площадям рекультивируемого карьера природный фон радиоактивности и снизить до ПДК содержание в приповерхностном слое тяжелых металлов.
При масштабном применении предлагаемой технологии, например, на больших угольных и железорудных разрезах, целесообразно создавать кооперацию с предприятиями Ю-В. Азии в Камбодже, Таиланде, Вьетнаме или Бирме, где в промышленных масштабах в водоемах можно было бы выращивать водный гиацинт, доставлять его на место применения самолетом в считанные часы и на сапропелевой подложке использовать на горнорудных предприятиях.
Технология биосорбции растениями тяжелых металлов и радионуклидов, созданная в Новосибирске и адаптированная Центром по сапропелю для очистки техногенных водоемов и отвальных горных пород карьеров и рудников относительно проста в исполнении, экологична по своей сути, не требует энергозатрат и обладает дешевизной внедрения. Центром по сапропелю удалось очистить отвальные площади карьера и техногенного водоема, с которыми ни природа, ни человек не смог справиться в течении 3 лет, т.е. на протяжении 3 вегетационных периодов. Себестоимость решения данной задачи составила не более 440 тыс. руб./Га
Водный гиацинт способен быстро размножаться в загрязненных водах и на пастообразных сапропеле-органических подложках. Он с фантастической скоростью поглощает не только тяжелые металлы и радионуклиды, но и биогенные загрязнители, нефтепродукты, пестициды и фенолы.
К слову, водяной гиацинт, или эйхорния отличная (Eichhornia crassipes), — красивый плавающий цветок родом из Амазонии. В жарком климате он моментально заселяет все водоемы, вытесняя другие виды растений. При температуре +10*С водяной гиацинт начинает отмирать от корневища, а при минусовой температуре – погибает. Цветок совершенно не выносит соленой воды, поэтому без помощи человека никогда не смог бы выбраться за пределы Америки. В некоторых тропических странах он получил второе название – «зеленая чума», так как вытесняет вокруг себя всю растительность и моментально преобразует водоемы в болото, является опаснейшим сорняком. На его уничтожение страны Восточной Азии и Америки тратят большие финансовые средства.
Использование сочетания эйхорнии (водного гиацинта) на сапропеле-органических подложках позволяет доставлять растение в любые страны для выполнения поставленных задач на горных отвалах и техногенных образованиях с повышенным содержанием тяжелых металлов и радионуклидов. Сапропелевая подложка, так же как и сам цветок служит сорбирующим в себе тяжелые металлы и радионуклиды материалом. При ее использовании достигается наивысший уровень «впитывания» загрязнителя, ускоряется процесс очистки территории в несколько раз. Это связано с высокой сорбционной способностью органических сапропелей по отношению к загрязнителю. Его поглощающая и удерживающая в себе радионуклиды емкость превосходит все известные вещества. Таким образом, выращиваемый на сапропеле гиацинт в несколько раз по емкости превосходит своего природного побратима, быстрее вырастает и созревает к размножению.
Емкостной коэффициент сапропеля по отношению к тяжелым металлам, биозагрязнителям, пестицидам и фенолам более 3-4 единиц своего первоначального объема. Высыхая, сапропелевая подложка вместе с водным гиацинтом утилизируется в виде золы.
При закрытии в 1989-1990 г.г. Маардусского фосфоритного рудника в Таллинне возникла проблема очистки пожарных и технических водоемов промдвора и склада ГСМ от скапливающихся в них утечек нефтепродуктов. Центром по сапропелю была предложена простая схема очистки воды и территории от нефтезагрязнителя путем высадки в прудах на сапропелевой подложке водного гиацинта. Работы проводились в летние месяцы с июля по август. И уже к сентябрю результатом такой работы стала осветленная вода в водоеме. Пробы на содержание в ней нефтепродукта дали 96% степень очистки, а по фенолам она достигала до 98%.
