Чили является одной из стран с наибольшим количеством хвостохранилищ в мире, в которых хранятся огромные запасы воды. На фоне сильной засухи и растущей конкуренции за воду в горнодобывающей промышленности исследовательская группа Чилийского университета разработала инновационную систему очистки воды, объединяющую нанофильтрацию, нанотехнологии и биореакторы, что позволило безопасно извлекать и повторно использовать воду из хвостохранилищ, предлагая новое решение для устойчивого управления водными ресурсами в засушливых горнодобывающих регионах.

«Водный банк» в хвостохранилищах ждет своего освоения

Чили является крупнейшим в мире производителем медной руды и одной из стран с наибольшим количеством хвостохранилищ. В хвостохранилищах хранятся огромные объемы воды — эти воды подобны спящему «водному банку», который долгое время не использовался эффективно. Из-за содержания в воде хвостохранилищ сульфатов, мышьяка и различных тяжелых металлов, прямой сброс или повторное использование без очистки представляет серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья человека.

В то же время Чили сталкивается с серьезным кризисом нехватки водных ресурсов. Конкуренция за воду между горнодобывающей промышленностью, сельским хозяйством и городским водоснабжением становится все более острой, и поиск новых источников воды стал ключевой задачей для устойчивого развития горнодобывающей отрасли. В этом контексте исследовательская группа Чилийского университета обратила внимание на хвостохранилища как на «забытый источник воды».

Трехэтапная интегрированная система очистки

Этот исследовательский проект под названием «Прототип новой устойчивой интегрированной системы очистки и извлечения воды из хвостохранилищ для сельскохозяйственного орошения и/или сброса в водоносные горизонты» получил финансирование от ANID (Национальное агентство по исследованиям и разработкам Чили) по программе FONDEF IDeA I+D 2024. Руководит проектом Андрейна Гарсия, профессор кафедры горного дела Чилийского университета и исследователь Центра передовых горных технологий (AMTC).

Исследовательская группа разработала трехэтапную интегрированную систему очистки, которая позволяет поэтапно удалять различные загрязнители из воды хвостохранилищ:

Первый этап — нанофильтрация: в качестве предварительной обработки вода хвостохранилищ подвергается первичной очистке для удаления взвешенных веществ и крупных молекул загрязнителей.

Второй этап — нанотехнология SolArsenic: это одна из ключевых технологий системы. Данный наноматериал обладает высокой адсорбционной способностью, позволяя селективно удалять мышьяк из воды, одновременно адсорбируя ценные металлы из сточных вод хвостохранилищ, создавая условия для последующего извлечения ресурсов.

Третий этап — биореактор: модуль биореактора, возглавляемый исследователем AMTC и ученым сельскохозяйственного факультета Чилийского университета Ясной Тапиа, отвечает за удаление остаточных сульфатов и тяжелых металлов, обеспечивая соответствие качества очищенной воды стандартам безопасности для сельскохозяйственного орошения или пополнения водоносных горизонтов.

Циркулярная экономика: переоценка ценности от «сточных вод» к «ресурсам»

Ключевая инновация проекта заключается не только в самой очистке воды, но и в концепции циркулярной экономики — система не только очищает воду хвостохранилищ, но и обеспечивает ресурсное использование различных побочных продуктов:

Биокомпост: биомасса, образующаяся в процессе работы биореактора, может быть преобразована в биокомпост для фиторемедиации хвостохранилищ, обеспечивая материал для улучшения почвы при экологическом восстановлении хвостохранилищ.

Извлечение ценных металлов: часть металлов, адсорбированных наноматериалом SolArsenic, имеет экономическую ценность и может быть извлечена с помощью последующих процессов, создавая дополнительный экономический эффект для горнодобывающих предприятий.

Эта триединая модель «извлечение воды — извлечение металлов — биокомпост» превращает традиционную «очистку воды хвостохранилищ» в «комплексное использование ресурсов хвостохранилищ», предлагая новую ценностную парадигму для управления отходами горнодобывающей промышленности.

Совместное продвижение Codelco Innovation и Glauben Ecology

Проект рассчитан на два года, в нем в качестве партнеров активно участвуют инновационный центр Codelco и компания Glauben Ecology. Исследователи AMTC Сантьяго Монтсеррат, Родриго Кесада и Айлин Селедон также участвовали в технической разработке проекта.

Участие Codelco, крупнейшего в мире производителя меди, предоставило канал для промышленной апробации технологии и ввод реальных потребностей. Glauben Ecology, в свою очередь, оказывает профессиональную поддержку в области экологического восстановления и экологических технологий. Такая модель сотрудничества «академические исследования — разработка технологий — промышленная апробация» значительно сокращает сроки перехода от лаборатории к руднику.

Открытие новых источников воды для засушливых горнодобывающих районов

Смягчение конкуренции за воду между горнодобывающей промышленностью и сельским хозяйством

В засушливых горнодобывающих районах, таких как Чили, горнодобывающая промышленность и сельское хозяйство долгое время конкурируют за ограниченные водные ресурсы. Данная технология позволяет после очистки воды хвостохранилищ безопасно использовать ее для сельскохозяйственного орошения или пополнения водоносных горизонтов, обеспечивая горнодобывающее производство и одновременно открывая новые источники воды для окружающих сельскохозяйственных сообществ.

Снижение водного следа горнодобывающей промышленности в ответ на более строгие экологические требования

С ростом глобальных требований к экологической безопасности горнодобывающей отрасли управление хвостохранилищами стало одной из ключевых проблем для горнодобывающих компаний. Данная технология может помочь горнодобывающим предприятиям значительно снизить водный след и соответствовать все более строгим экологическим нормам.

Поддержка Национальной программы устойчивого управления хвостохранилищами Чили

Данный исследовательский проект полностью соответствует целям Национальной программы устойчивого управления хвостохранилищами Чили — извлечение водных ресурсов, снижение воздействия на окружающую среду и продвижение утилизации отходов с помощью технологических инноваций. Его результаты могут обеспечить ключевую технологическую поддержку для реализации этой программы.

Распространение на засушливые горнодобывающие районы по всему миру

Чили, как страна с наибольшим количеством хвостохранилищ в мире, имеет глобальное демонстрационное значение в области управления хвостохранилищами. Данная технологическая платформа может быть распространена на горнодобывающие регионы, такие как Перу, Австралия, западный Китай, которые также сталкиваются с засухой и конкуренцией за водные ресурсы, предлагая «чилийское решение» для устойчивого управления водными ресурсами в мировой горнодобывающей промышленности.

От «экологического долга» к «ресурсному активу»

Глубинная ценность этого исследования Чилийского университета заключается в переосмыслении роли хвостохранилищ. Долгое время хвостохранилища рассматривались как «экологический долг» горнодобывающей промышленности — занимают землю, несут риск загрязнения, требуют высоких затрат на управление. Однако эта технология доказывает, что хвостохранилища могут стать «ресурсным активом» в виде водных ресурсов, ценных металлов и материалов для экологического восстановления.

Как сказала руководитель проекта Андрейна Гарсия: «Извлечение воды из хвостохранилищ и ее очистка по соответствующим стандартам может снизить нагрузку на водные источники и направить горнодобывающую промышленность на более устойчивый путь развития».