gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2024-03-227gscience-672Research ArticleSAFETY IN MINING AND PROCESSING INDUSTRY AND ENVIRONMENTAL PROTECTIONТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОМ КОМПЛЕКСЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫAssessment of the efficiency of wastewater treatment from coal enterprises for suspended solids using various filtering materialsОценка эффективности очистки сточных вод угольных предприятий от взвешенных веществ различными фильтрующими материаламиhttps://orcid.org/0000-0002-4103-8780ИвановаЛ. А.IvanovaL.  A. 

Людмила Анатольевна Иванова – кандидат технических наук, доцент кафедры техносферной безопасности

г. Кемерово

Ludmila A. Ivanova – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Technosphere Safety

Kemerovo

lyuda_ivan@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5630-3196ПросековА. Ю.ProsekovA. Yu. 

Александр Юрьевич Просеков – доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН, ректор

Scopus ID 57194498125, ReseacherID C-7606-2014

г. Кемерово

Alexander Yu. Prosekov – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Rector

Scopus ID 57194498125, ReseacherID C-7606-2014

Kemerovo

rector@kemsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8086-3273ИвановП. П.IvanovP.  P. 

Павел Петрович Иванов – кандидат технических наук, доцент кафедры мехатроники и автоматизации технологических систем

Scopus ID 57214880844

г. Кемерово

Pavel P. Ivanov – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Mechatronics and Automation of Technological Systems

Scopus ID 57214880844

Kemerovo

ipp7@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0673-0747МихайловаЕ. С.MikhaylovaE.  S. 

Екатерина Сергеевна Михайлова – кандидат химических наук, директор Института нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных технологий, доцент кафедры техносферной безопасности

Scopus ID 57189052967

г. Кемерово

Ekaterina S.  Mikhaylova– PhD (Chem.), Director of the Institute of Nano-, Bio-, Information, Cognitive and Socio-Humanitarian Technologies, Department of Technosphere Safety

Scopus ID 57189052967

Kemerovo

e_s_mihaylova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1349-2812ТимощюкИ. В.TimoshchukI.  V. 

Ирина Вадимовна Тимощук – доктор технических наук, профессор кафедры техносферной безопасности

Scopus ID 56646335100, ResearcherID L-4795-2016

г. Кемерово

Irina V. Timoshchuk – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Technosphere Safety

Scopus ID 56646335100, ResearcherID L-4795-2016

Kemerovo

irina_190978@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3782-2521ГорелкинаА. К.GorelkinaA.  K.

Алена Константиновна Горелкина – доктор технических наук, профессор кафедры техносферной безопасности

г. Кемерово

Alena K. Gorelkina – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Technosphere Safety

Kemerovo

alengora@yandex.ruКемеровский государственный университетРоссияKemerovo State UniversityRussian Federation20242009202493263270Copyright © Ivanova L.A., Prosekov A.Y., Ivanov P.P., Mikhaylova E.S., Timoshchuk I.V., Gorelkina A.K., 20242024Иванова Л.А., Просеков А.Ю., Иванов П.П., Михайлова Е.С., Тимощюк И.В., Горелкина А.К.Ivanova L.A., Prosekov A.Y., Ivanov P.P., Mikhaylova E.S., Timoshchuk I.V., Gorelkina A.K.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/672

Suspended solids are the predominant pollutants in the wastewater of coal enterprises. The basic wastewater treatment system regulated in BAT No. 15 ITC-37–2017 does not ensure water quality meets the discharge standards for fishery water bodies. The gravitational sedimentation method used in this technology is effective for coarse particles. However, colloidal systems formed from fine insoluble fractions are challenging to separate in a gravitational field. As an effective method for removing suspended solids from wastewater, we recommend filtering through a stationary layer of granular filtering materials. The study investigates the kinetics and dynamics of filtering suspended particles from the wastewater of coal enterprises using various filtering materials. Sedimentation curves of suspended solids from quarry wastewater have been constructed. The dependence of wastewater treatment efficiency on the size of filtering material fractions has been identified. The study provides an evaluation of the effectiveness of using natural filtering materials for treating wastewater from coal enterprises. The experiments demonstrated that the most efficient and cost-effective granular filtering material is quartzite from the Bobrovskoye deposit, which we recommend using in a combination of fractions 20–50 and 0.7–12 mm (in a ratio of 1 : 2). The optimal flow rate of wash water during the regeneration of the granular filter is also determined.

Взвешенные вещества являются преобладающими загрязнителями сточных вод угольных предприятий. Базовая система очистки сточных вод, регламентируемая в НДТ № 15 ИТС-37–2017, не обеспечивает качества очистки до нормативных значений сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения. Используемый в данной технологии метод гравитационного осаждения в прудах-отстойниках эффективен для грубодисперсных частиц. Однако формирующиеся коллоидные системы из мелкодисперсных нерастворимых фракций являются сложными для разделения в условиях гравитационного поля. В качестве эффективного метода удаления взвешенных веществ из сточных вод рекомендуем использовать фильтрование через стационарный слой фильтрующих зернистых материалов. В работе проведено исследование кинетики и динамики фильтрования взвешенных частиц из сточных вод угольных предприятий на фильтрующих материалах различной природы. Построены кривые гравитационного осаждения взвешенных веществ из карьерных сточных вод. Выявлена зависимость степени очистки сточных вод от размера фракций фильтрующих материалов. В работе приведены результаты оценки эффективности применения фильтрующих материалов природного происхождения для очистки сточных вод угольных предприятий от взвешенных веществ. Результаты экспериментов показали, что наиболее эффективным и доступным зернистым фильтрующим материалом является кварцит Бобровского месторождения, который мы рекомендуем использовать, комбинируя его фракции 2,0–5,0 и 0,7–1,2 (в соотношении 1 : 2). Определена оптимальная скорость подачи промывочных вод на этапе регенерации фильтра с зернистой загрузкой.

угольные предприятиякварцитвзвешенные веществасточные водыфильтрованиемеханическая очисткаcoal enterprisesquartzitesuspended solidswastewaterfiltrationmechanical treatmentИсследование выполнено в рамках комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла «Разработка и внедрение комплекса технологий в областях разведки и добычи полезных ископаемых, обеспечения промышленной безопасности, биоремедиации, создания новых продуктов глубокой переработки из угольного сырья при последовательном снижении экологической нагрузки на окружающую среду и рисков для жизни населения», утвержденной Распоряжением Правительства Российской Федерации от 11.05.2022 г. №1144-р, при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, № соглашения 075-15–2022-1201 от 30.09.2022 г.This research was conducted within the framework of the comprehensive scientific and technical program for the full innovation cycle “Development and Implementation of a Complex of Technologies in the Fields of Exploration and Mining of Mineral Resources, Ensuring Industrial Safety, Bioremediation, and Creating New Deep Processing Products from Coal Raw Materials while Sequentially Reducing Environmental Impact and Risks to Population Life” approved by the Government of the Russian Federation Decree No. 1144-r dated 11.05.2022, with financial support from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation under Agreement No. 075-15–2022-1201 dated 30.09.2022.ReferencesIvanova L. A., Salishcheva O. V., Timoshchuk I. V. et al. Major wastewater pollutants in coal mining. Coke and Chemistry. 2023;66(4):227–231. https://doi.org/10.3103/S1068364X23700722Ivanova L. A., Salishcheva O. V., Timoshchuk I. V. et al. Major wastewater pollutants in coal mining. Coke and Chemistry. 2023;66(4):227–231. https://doi.org/10.3103/S1068364X23700722Иванова Л. А., Голубева Н. С., Тимощук И. В. и др. Оценка эффективности очистки сточных вод угледобывающего предприятия и ее влияние на загрязнение малых рек. Экология и промышленность России. 2023;27(1):60–65. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2023-1-60-65Ivanova L., Golubevа N., Timoshchuk I. et al. Evaluation of the efficiency of wastewater treatment of a coal mining enterprise and its impact on the pollution of small rivers. Ecology and Industry of Russia. 2023;27(1):60–65. (In Russ.) https://doi.org/10.18412/1816-0395-2023-1-60-65Красавцева Е. А., Максимова В. В., Макаров Д. В., Маслобоев В. А. Методы очистки сточных вод горнопромышленных предприятий от взвешенных веществ. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2022;(3):136–146. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20220314 (Перев. вер.: Krasavtseva E. A., Maksimova V. V., Makarov D. V., Masloboev V. A. Removal of suspended solids from industrial wastewater. Journal of Mining Science. 202;58(3):466–475. https://doi.org/10.1134/s1062739122030140)Krasavtseva E. A., Maksimova V. V., Makarov D. V., Masloboev V. A. Removal of suspended solids from industrial wastewater. Journal of Mining Science. 202;58(3):466–475. https://doi.org/10.1134/s1062739122030140 (Orig. ver.: Krasavtseva E. A., Maksimova V. V., Makarov D. V., Masloboev V. A. Removal of suspended solids from industrial wastewater. Fiziko-Tekhnicheskiye Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopayemykh. 2022;(3):136–146. (In Russ.) https://doi.org/10.15372/FTPRPI20220314)Блинов С. М., Караваева Т. И., Боков Д. А. Способ очистки воды от взвешенных веществ с использованием дражных отвалов. Вестник Пермского университета. Геология. 2012;(2):86–91.Blinov S. M., Karavaeva T. I., Bokov D. A. Method of water clearing from suspended substances with use of drag’s dumps. Bulletin of Perm University. Geology. 2012;(2):86–91. (In Russ.)Чайковский Д. Я., Чайковская А. А., Арканова И. А. Целесообразность применения кварцевого песка в качестве фильтрующего зернистого материала для очистки воды от взвешенных веществ. Вестник научных конференций. 2016;(3–7):218–219.Tchaikovsky D. Ya., Tchaikovsky A. A., Arkanova I. A. Expediency of using quartz sand as a filtering granular material for water purification from suspended solids. Vestnik Nauchnykh Konferentsiy. 2016;(3–7):218–219. (In Russ.)Гронь В. А., Будник Е. В., Шахрай С. Г., Кондратьев В. В. Новые возможности для очистки сточных вод угольных месторождений. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2012;(9):183–189.Gron V. A., Budnik E. V., Shakhrai S. G., Kondratyev V. V. New opportunities for coal deposit wastewater treatmen. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2012;(9):183–189. (In Russ.)Das A., Saha A. K., Sarkar Sh. et al. A multidimensional study of wastewater treatment. International Journal of Experimental Research and Review. 2022;28:30–37. https://doi.org/10.52756/ijerr.2022.v28.005Das A., Saha A. K., Sarkar Sh. et al. A multidimensional study of wastewater treatment. International Journal of Experimental Research and Review. 2022;28:30–37. https://doi.org/10.52756/ijerr.2022.v28.005He L., Gao Z., Fan L., Tan T. The shock effect of inorganic suspended solids in surface runoff on wastewater treatment plant performance. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2019;16(3):453. https://doi.org/10.3390/ijerph16030453He L., Gao Z., Fan L., Tan T. The shock effect of inorganic suspended solids in surface runoff on wastewater treatment plant performance. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2019;16(3):453. https://doi.org/10.3390/ijerph16030453Shi J., Huang W., Han H., Xu C. Pollution control of wastewater from the coal chemical industry in China: Environmental management policy and technical standards. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021;143:110883. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110883Shi J., Huang W., Han H., Xu C. Pollution control of wastewater from the coal chemical industry in China: Environmental management policy and technical standards. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021;143:110883. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110883Zhang Sh., Wu Q., Ji H. Research on zero discharge treatment technology of mine wastewater. Energy Reports. 2022;8(2):275–280. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.01.014Zhang Sh., Wu Q., Ji H. Research on zero discharge treatment technology of mine wastewater. Energy Reports. 2022;8(2):275–280. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.01.014Yuan N., Zhao A., Hu Z. et al. Preparation and application of porous materials from coal gasification slag for wastewater treatment: A review. Chemosphere. 2022;287(2):132227. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132227Yuan N., Zhao A., Hu Z. et al. Preparation and application of porous materials from coal gasification slag for wastewater treatment: A review. Chemosphere. 2022;287(2):132227. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132227Mao G., Han Y., Liu X. et al. Technology status and trends of industrial wastewater treatment: A patent analysis. Chemosphere. 2022;288(2):132483. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132483Mao G., Han Y., Liu X. et al. Technology status and trends of industrial wastewater treatment: A patent analysis. Chemosphere. 2022;288(2):132483. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.132483Горелкина А. К., Тимощук И. В., Голубева Н. С. и др. Способы снижения воздействия горнодобывающей отрасли на водные экосистемы. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(7):64–75. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_7_0_64Gorelkina A. K., Timoshchuk I. V., Golubeva N. S. et al. Reduction of impact of mining on water ecosystems. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(7):64–75. (In Russ.). https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_7_0_64Иванова Л. А., Тимощук И. В., Горелкина А. К. и др. Выбор сорбента для элиминации ионов железа из сточных и природных вод. Техника и технология пищевых производств. 2024;54(2):398–411. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-2-2516Ivanova L., Timoshchuk I. Gorelkina A. et al. Removing excess iron from sewage and natural waters: selecting optimal sorbent. Food Processing: Techniques and Technology. 2024;54(2):398–411. (In Russ.) https://doi.org/10.21603/2074-9414-2024-2-2516Михайлова Е. С., Иванова Л. А. Технологии полного цикла очистки карьерных и поверхностных сточных вод для предприятий по добыче угля открытым способом: тенденции и перспективы. Уголь. 2023;(9):63–69. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2023-9-63-69Mikhaylova E. S., Ivanova L. A. Technologies of full-cycle treatment of pit and surface wastewater for open-pit coal mining operations: trends and prospects. Ugol’. 2023;(9):63–69. (In Russ.). https://doi.org/10.18796/0041-5790-2023-9-63-69Mkilima T., Meiramkulova K., Zandybay A. et al. Investigating the influence of column depth on the treatment of textile wastewater using natural zeolite. Molecules. 2021;26(22):7030. https://doi.org/10.3390/molecules26227030Mkilima T., Meiramkulova K., Zandybay A. et al. Investigating the influence of column depth on the treatment of textile wastewater using natural zeolite. Molecules. 2021;26(22):7030. https://doi.org/10.3390/molecules26227030Nikitin A. P., Dudnikova Y. N., Mikhaylova E. S., Ismagilov Z. R. Raman characteristics of Kuznetsk basin coal and coal-based sorbents. Coke and Chemistry. 2019;62(9):379–384. https://doi.org/10.3103/S1068364X19090059Nikitin A. P., Dudnikova Y. N., Mikhaylova E. S., Ismagilov Z. R. Raman characteristics of Kuznetsk basin coal and coal-based sorbents. Coke and Chemistry. 2019;62(9):379–384. https://doi.org/10.3103/S1068364X19090059Zvekov A. A., Zykov I. Y., Dudnikova Y. N. et al. Sorption of organic compounds by carbon sorbents from Kuzbass coals. Coke and Chemistry. 2019;62(6):240–244. https://doi.org/10.3103/S1068364X19060103Zvekov A. A., Zykov I. Y., Dudnikova Y. N. et al. Sorption of organic compounds by carbon sorbents from Kuzbass coals. Coke and Chemistry. 2019;62(6):240–244. https://doi.org/10.3103/S1068364X19060103

The authors declare that there are no conflicts of interest present.