Changes of inorganic nitrogen compounds concentration in a mining enterprise wastewater by the microalgae Chlorella vulgaris

Abstract

Wastewater contamination by nitrogen compounds is a serious problem for the mining, industrial and utility companies. Nitrogen can enter quarry effluent when explosives containing ammonium nitrate are used in blasting operations. This nitrogen pollution of water leads to environmental damage and human disease, companies that exceed the legal limits for nitrogen pollution are subject to fines. Nitrogen is removed from wastewater by biological methods, but their efficiency is low in the Northern regions of Russia due to climatic factors that hinder the vital activity of organisms. Therefore, it is essential to develop wastewater treatment technologies for the removal of nitrogen compounds. This study focuses on the ability of the microalgae Chlorella vulgaris to absorb and utilize various inorganic nitrogen compounds in mining effluents using the example of effluents from the "Karelsky Okatysh" mine and tailings dam (Kostomuksha, Republic of Karelia). Concentrations of ammonium, nitrate and nitrite in water and microalgal biomass in water samples have been investigated. A novelty of the study is the evaluation of pollutant concentrations in parallel experiments with different cultivation conditions. It has been found that when Chlorella vulgaris is cultivated at 26 °C, aeration and artificial light, the concentration of ammonium decreases. These results show the promising application of bioreactor technologies for the treatment of ammonium polluted wastewater.

Загрязнение сточных вод соединениями неорганического азота является серьезной проблемой для горнодобывающей отрасли, промышленных и коммунальных предприятий. Азот может попадать в сточные воды карьеров, когда для взрывных работ используются взрывчатые вещества, содержащие нитрат аммония. Такое загрязнение воды азотом приводит к экологическому ущербу и заболеваниям людей, компании, превышающие установленные законом пределы загрязнения азотом, облагаются штрафами. Утилизация азота из сточных вод осуществляется биологическими методами, однако эффективность биологических методов в северных регионах России низка в силу климатических факторов, затрудняющих жизнедеятельность организмов. Поэтому важно разработать технологии очистки сточных вод для удаления соединений азота. В работе анализируется способность микроводоросли Chlorella vulgaris поглощать и использовать разные формы неорганических соединений азота в сточных водах горнодобывающей промышленности на примере сточных вод отстойника карьера и хвостохранилища предприятия "Карельский окатыш" (Костомукша, Республика Карелия). Изучены концентрации аммония, нитратов, нитритов в воде и биомасса микроводорослей в образцах воды. Новизной исследования является оценка концентраций загрязняющих веществ в параллельно идущих опытах с различными условиями культивирования. Установлено, что при культивировании Chlorella vulgaris при температуре 26 °C, аэрации и искусственном освещении концентрация аммония снижалась. Эти результаты свидетельствуют о перспективности биореакторных технологий очистки сточных вод от аммония.