Submit an Article
Become a reviewer
Vol 267
Pages:
421-432
Download volume:

Rationale for a possibility of using humic preparations production waste for wastewater purification from metals (Cd2+, Zn2+, Mg2+, Cu2+) aimed at developing efficient measures on environmental rehabilitation

Authors:
Natalya Yu. Antoninova1
Artem V. Sobenin2
Albert I. Usmanov3
Aleksey A. Gorbunov4
About authors
  • 1 — Ph.D. Head of Laboratory Institute of Mining of the Ural Branch of RAS ▪ Orcid
  • 2 — Researcher Institute of Mining of the Ural Branch of RAS ▪ Orcid
  • 3 — Researcher Institute of Mining of the Ural Branch of RAS ▪ Orcid
  • 4 — Junior Researcher Institute of Mining of the Ural Branch of RAS ▪ Orcid
Date submitted:
2024-01-31
Date accepted:
2024-06-03
Date published:
2024-07-04

Abstract

Results of studying optimal conditions and parameters for afterpurification of underspoil waters from metal ions using humic acids production waste are presented with a view to develop the efficient measures on environmental rehabilitation of ecosystems disturbed by the development of copper pyrite deposits. The influence of contact time and waste dosage on the purification process was analysed, changes in the pH of wastewater and its impact on the growth and development of plants were studied. The key factors were identified allowing to achieve the efficiency of the purification process – the optimal contact time in the range from 120 to 180 min and waste dosage of 10 g/l. The study showed that the use of waste resulted in a neutral pH value of 7.03 compared to the initial pH value of 5.95. It was ascertained that the use of iron-magnesium production waste in combination with waste from humic preparations production made it possible to achieve the MPC of commercial fishing importance (with the exception of magnesium). Wastewater after the afterpurification process with high magnesium concentrations did not have a stimulating effect on the growth and development of Lepidium sativum L . plants. From biotesting results it can also be stated that there is no negative impact on the growth and development of Lepidium sativum L . The results obtained indicate a potentiality of using afterpurified wastewater for watering plants in the process of initiating the environmental rehabilitation of the disturbed ecosystems.

Keywords:
heavy metals wastewater removal of ions from solution waste environmental rehabilitation biotesting
Go to volume 267

References

  1. Макаров А.Б., Талалай А.Г., Гуман О.М., Хасанова Г.Г. Техногенные месторождения и особенности их воздействия на природную окружающую среду // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2022. № 3. С. 120-129. DOI: 10.21440/0536-1028-2022-3-120-129
  2. Соколов И.В., Антипин Ю.Г., Рожков А.А., Соломеин Ю.М. Экогеотехнология добычи бедных руд с созданием условий для попутной утилизации отходов горного производства // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 289-296. DOI: 10.31897/PMI.2023.21
  3. Литвинова Т.Е., Сучков Д.В. Комплексный подход к утилизации техногенных отходов минерально-сырьевого комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 6-1. С. 331-348. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_331
  4. Рыбникова Л.С., Рыбников П.А. Проблемы самореабилитации гидросферы и очистки шахтных вод на постэксплуатационном этапе (на примере Левихинского рудника, Средний Урал) // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 3-1. С. 488-500. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-488-500
  5. Маковозова З.Э., Соколов А.А., Фоменко В.А., Сарбаева М.Т. Влияние гидрогеологических особенностей Унальского хвостохранилища на загрязнение экосистемы тяжелыми металлами // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 6. С. 126-138. DOI: 10.25018/0236-1493-2023-6-0-126
  6. Семячков А.И., Почечун В.А., Семячков К.А. Гидрогеоэкологические условия техногенных подземных вод в объектах размещения отходов // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 168-179. DOI: 10.31897/PMI.2023.24
  7. Мочалова Л.А., Соколова О.Г., Подкорытов В.Н., Еремеева О.С. Организация циркулярного промышленного кластера в условиях минерально-сырьевого комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 11-1. С. 374-387. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_374
  8. Антонинова Н.Ю., Собенин А.В., Усманов А.И., Шепель К.В. Оценка возможности использования отходов железо-магниевого производства для очистки сточных вод от тяжелых металлов (Cd2+, Zn2+, Co2+, Cu2+) // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 257-265. DOI: 10.31897/PMI.2023.34
  9. Ляшенко В.И., Воробьев А.Е., Хоменко О.Е., Дудар Т.В. Развитие технологий и технических средств для снижения воздействия на окружающую среду в зоне влияния хвостохранилища // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2022. Т. 20. № 1. С. 25-41. DOI: 10.18503/1995-2732-2022-20-1-25-41
  10. Пашкевич М.А., Коротаева А.Э., Матвеева В.А. Экспериментальное моделирование системы болотных биогеоценозов для повышения эффективности очистки карьерных вод // Записки Горного института. 2023. Т. 263. С. 785-794.
  11. Xianshang Bai, Jianwei Lin, Zhibin Zhang, Yanhui Zhan. Immobilization of lead, copper, cadmium, nickel, and zinc in sediment by red mud: adsorption characteristics, mechanism, and effect of dosage on immobilization efficiency // Environmental Science and Pollution Research. 2022. Vol. 29. Iss. 34. P. 51793-51814. DOI: 10.1007/s11356-022-19506-2
  12. Ang Liu, Yingchen Bai, Chao Wang et al. Study on the removal of iron (II) and manganese (II) in acidic mine drainage by red mud: Performance and mechanism // Environmental Science and Pollution Research. 2023. Vol. 30. Iss. 55. P. 117970-117980. DOI: 10.1007/s11356-023-30378-y
  13. Фоменко А.И., Соколов Л.И. Применение зол тепловых электростанций для очистки сточных вод // Экология и промышленность России. 2022. Т. 26. № 1. С. 14-18. DOI: 10.18412/1816-0395-2022-1-14-18
  14. Guifang Wang, Jie Xiang, Guangchuan Liang et al. Application of common industrial solid waste in water treatment: a review // Environmental Science and Pollution Research. 2023. Vol. 30. Iss. 52. P. 111766-111801. DOI: 10.1007/s11356-023-30142-2
  15. Собенин А.В., Антонинова Н.Ю., Усманов А.И., Шепель К.В. Оценка влияния вещественного состава ложа биологических прудков на очистку сточных вод предприятий горнометаллургического комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 5-2. С. 273-282. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_52_0_273
  16. Теран А.И. Кинетика извлечения из водных растворов ионов Fe3+, Cu2+ и Pb2+ фильтрующими загрузками, полученными на основе сталеплавильных шлаков // Литье и металлургия. 2019. № 4. С. 76-80. DOI: 10.21122/1683-6065-2019-4-76-80
  17. Sizirici B., Fseha Y.H., Yildiz I. et al. The effect of pyrolysis temperature and feedstock on date palm waste derived biochar to remove single and multi-metals in aqueous solutions // Sustainable Environment Research. 2021. Vol. 31. № 9. DOI: 10.1186/s42834-021-00083-x
  18. Runjuan Zhou, Ming Zhang, Shuai Shao. Optimization of target biochar for the adsorption of target heavy metal ion // Scientific reports. 2022. Vol. 12. № 13662. DOI: 10.1038/s41598-022-17901-w
  19. Madzin Z., Zahidi I., Raghunandan M.E., Talei A. Potential application of spent mushroom compost (SMC) biochar as low-cost filtration media in heavy metal removal from abandoned mining water: a review // International Journal of Environmental Science and Technology. 2023. Vol. 20. Iss. 6. P. 6989-7006. DOI: 10.1007/s13762-022-04617-7
  20. Бахирева О.И., Соколова М.М., Маньковская О.Ю., Пан Л.С. Получение биосорбента на основе вермикулита для доочистки сточных вод от ионов никеля // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2021. № 4. С. 5-15. DOI: 10.15593/2224-9400/2021.4.01
  21. Мосендз И.А., Кременецкая И.П., Дрогобужская С.В., Алексеева С.А. Сорбция тяжелых металлов фильтрующими модулями с вермикулит-сунгулитовыми продуктами // Вестник МГТУ. Труды Мурманского государственного технического университета. 2020. Т. 23. № 2. С. 182-189. DOI: 10.21443/1560-9278-2020-23-2-182-189
  22. Afolabi F.O., Musonge P., Bakare B.F. Bio-sorption of a bi-solute system of copper and lead ions onto banana peels: characterization and optimization // Journal of Environmental Health Science and Engineering. 2021. Vol. 19. Iss. 1. P. 613-624. DOI: 10.1007/s40201-021-00632-x
  23. Rahman D.Z., Vijayaraghavan J., Thivya J. A comprehensive review on zinc(II) sequestration from wastewater using various natural/modified low-cost agro-waste sorbents // Biomass Conversion and Biorefinery. 2023. Vol. 13. Iss. 7. P. 5469-5499. DOI: 10.1007/s13399-021-01822-1
  24. Duwiejuah A.B., Amadu Y., Gameli B.H.R. et al. Spent Chinese Green Tea as an Adsorbent for Simultaneous Removal of Potentially Toxic Metals from Aqueous Solution // Chemistry Africa. 2022. Vol. 5. Iss. 6. P. 2107-2114. DOI: 10.1007/s42250-022-00459-5
  25. Ahmed M., Mavukkandy M.O., Giwa A. et al. Recent developments in hazardous pollutants removal from wastewater and water reuse within a circular economy // Clean Water. 2022. Vol. 5. № 12. DOI: 10.1038/s41545-022-00154-5
  26. Thakur A., Sharma N., Singh J. Synthesis of copper oxide (CuO) nanoparticles for the efficient removal of fluoride from an aqueous solution // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2024. Vol. 333. Iss. 6. P. 2857-2865. DOI: 10.1007/s10967-023-09066-1
  27. Barragán-Peña P., Macedo-Miranda M.G., Olguin M.T. Cadmium removal from wastewater in a fixed-bed column system with modified-natural clinoptilolite-rich tuff // Chemical Papers. 2021. Vol. 75. Iss. 2. P. 485-491. DOI: 10.1007/s11696-020-01314-y
  28. Chang Y.S., Au P.I., Mubarak N.M. et al. Adsorption of Cu(II) and Ni(II) ions from wastewater onto bentonite and bentonite/GO composite // Environmental Science and Pollution Research. 2020. Vol. 27. Iss. 26. P. 33270-33296. DOI: 10.1007/s11356-020-09423-7
  29. Wong S., Ghafar N.A., Ngadi N. et al. Effective removal of anionic textile dyes using adsorbent synthesized from coffee waste // Scientific reports. 2020. Vol. 10. № 2928. DOI: 10.1038/s41598-020-60021-6
  30. Khadem M., Husni Ibrahim A., Mokashi I. et al. Removal of heavy metals from wastewater using low-cost biochar prepared from jackfruit seed waste // Biomass Conversion and Biorefinery. 2023. Vol. 13. Iss. 16. P. 14447-14456. DOI: 10.1007/s13399-022-02748-y
  31. Mladenović N., Kljajević L., Nenadović S. et al. The Applications of New Inorganic Polymer for Adsorption Cadmium from Waste Water // Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2020. Vol. 30. Iss. 2. P. 554-563. DOI: 10.1007/s10904-019-01215-y
  32. Ambaye T.G., Vaccari M., van Hullebusch E.D. et al. Mechanisms and adsorption capacities of biochar for the removal of organic and inorganic pollutants from industrial wastewater // International Journal of Environmental Science and Technology. 2021. Vol. 18. Iss. 10. P. 3273-3294. DOI: 10.1007/s13762-020-03060-w
  33. Mathabatha T.I.K., Matheri A.N., Belaid M. Peanut Shell-Derived Biochar as a Low-Cost Adsorbent to Extract Cadmium, Chromium, Lead, Copper, and Zinc (Heavy Metals) from Wastewater: Circular Economy Approach // Circular Economy and Sustainability. 2023. Vol. 3. Iss. 2. P. 1045-1064. DOI: 10.1007/s43615-022-00207-4
  34. Филиппов Д.В., Фуфаева В.А., Шепелев М.В. Сорбция ионов тяжелых металлов из водных растворов мезопористым 2-этилимидазолатом никеля // Журнал неорганической химии. 2022. Т. 67. № 3. С. 397-402. DOI: 10.31857/S0044457X22030084
  35. Faisal A.A.H., Nassir Z.S., Rashid H.M. et al. Neural network for modeling the capture of lead and cadmium ions from wastewater using date palm stones // International Journal of Environmental Science and Technology. 2022. Vol. 19. Iss. 11. P. 10563-10576. DOI: 10.1007/s13762-021-03883-1
  36. Saranya S., Gandhi A.D., Suriyakala G. et al. A biotechnological approach of Pb(II) sequestration from synthetic wastewater using floral wastes // SN Applied Sciences. 2020. Vol. 2. Iss. 8. № 1357. DOI: 10.1007/s42452-020-3172-7
  37. Elguera J.C.T., Barrientos E.Y., Wrobel K., Wrobel K. Effect of cadmium (Cd(II)), selenium (Se(IV)) and their mixtures on phenolic compounds and antioxidant capacity in Lepidium sativum // Acta Physiologiae Plantarum. 2013. Vol. 35. Iss. 2. P. 431-441. DOI: 10.1007/s11738-012-1086-8
  38. Bożym M., Król A., Mizerna K. Leachate and contact test with Lepidium sativum L. to assess the phytotoxicity of waste // International Journal of Environmental Science and Technology. 2021. Vol. 18. Iss. 7. P. 1975-1990. DOI: 10.1007/s13762-020-02980-x
  39. Журова В.Г., Светличная М.С. Изучение влияния ионов калия, кальция и магния на рост и развитие растений // Достижения науки и образования. 2018. № 14 (36). С. 13-15.
  40. Аканова Н.И., Козлова А.В., Мухина М.Т. Роль магния в системе питания растений // Агрохимический вестник. 2021. № 6. С. 66-72. DOI: 10.24412/1029-2551-2021-6-014
  41. Иванищев В.В. Доступность железа в почве и его влияние на рост и развитие растений // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. 2019. Вып. 3. С. 127-138.
  42. Riseh R.S., Vazvani M.G., Hajabdollahi N., Thakur V.K. Bioremediation of Heavy Metals by Rhizobacteria // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2023. Vol. 195. Iss. 8. P. 4689-4711. DOI: 10.1007/s12010-022-04177-z
  43. Пухальский Я.В., Лоскутов С.И., Воробьев Н.И. и др. Изменение биохимического профиля корневых экзометаболитов гороха посевного под воздействием тяжелых металлов // Российская сельскохозяйственная наука. 2023. № 1. С. 53-63. DOI: 10.31857/S2500262723010106
  44. El-Moustaqim K., Tallou A., Mabrouki J. et al. Phytoremediation Processes for the Removal of Heavy Metals / Integrated Solutions for Smart and Sustainable Environmental Conservation. Cham: Springer, 2024. P. 33-46. DOI: 10.1007/978-3-031-55787-3_3
  45. Ferrarezi R.S., Lin X., Gonzalez Neira A.C. et al. Substrate pH Influences the Nutrient Absorption and Rhizosphere Microbiome of Huanglongbing-Affected Grapefruit Plants // Frontiers in Plant Science. 2022. Vol. 13. № 856937. DOI: 10.3389/fpls.2022.856937
  46. Çalişkan B., Çalişkan A.C. Potassium Nutrition in Plants and Its Interactions with Other Nutrients in Hydroponic Culture / Improvement of Quality in Fruits and Vegetables Through Hydroponic Nutrient Management. InTechOpen, 2018. P. 9-21. DOI: 10.5772/intechopen.71951
  47. Kailiu Xie, Ismail Cakmak, Shiyu Wang et al. Synergistic and antagonistic interactions between potassium and magnesium in higher plants // The Crop Journal. 2020. Vol. 9. Iss. 2. P. 249-256. DOI: 10.1016/j.cj.2020.10.005

Similar articles

Analysis of the geochemical barriers effectiveness as the basis for the use of nature-like water purification technologies
2024 Anatolii Yu Opekunov, Dariya V. Korshunova, Marina G. Opekunova, Vsevolod V. Somov, Daniil A. Akulov
Preparation and use of complex titanium-containing coagulant from quartz-leucoxene concentrate
2024 Evgeniy N. Kuzin
Comprehensive utilization of urban wastewater sludge with production of technogenic soil
2024 Marina V. Bykova, Dmitrii M. Malyukhin, Dmitrii O. Nagornov, Arina A. Duka
Organotin pollutants in emerging coastal-marine sediments of the Kaliningrad shelf, Baltic Sea
2024 Zoya A. Zhakovskaya, Galina I. Kukhareva, Polina V. Bash, Daria V. Ryabchuk, Alexander Yu. Sergeev
Acid mine water treatment using neutralizer with adsorbent material
2024 Pablo Espinoza Tumialán, Nelida Tantavilca Martinez, Clara Barreto Hinostroza, Del Piero R. Arana Ruedas
Natural carbon matrices based on brown coal, humic acids and humine extracted from it for purification of aqueous solutions from low molecular weight organic impurities
2024 Sultan O. Karabaev, Aleksandr V. Kharchenko, Irina P. Gainullina, Valentina A. Kudryavtseva, Tatyana D. Shigaeva