Ученые разработали новый биокомпозитный материал для очистки сточных вод
По результатам научной работы получены международные патенты Канады и Китая на изобретение «Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от нитрит-, нитрат- и фосфат-ионов».
Присутствие в сточных водах промышленных предприятий химических загрязнителей в высокой концентрации создает серьезные трудности при их очистке. Одним из способов преодоления этой проблемы является предварительная детоксикация таких вод на установках локальной очистки непосредственно на предприятиях до сброса в городские коллекторы. Использование на установках локальной очистки специальных микроорганизмов-деструкторов, способных к утилизации трудно разлагаемых органических загрязнителей, позволит добиться почти полной их минерализации, без значительных энергозатрат. Наряду с проблемой очистки сточных вод от органических загрязнителей не менее серьезная проблема состоит в удалении неорганических соединений азота, фосфора, серы. Сброс недостаточно очищенных от биогенных соединений сточных вод является причиной эвтрофикации водоемов.
В случае многокомпонентного загрязнения вод необходимая глубина очистки может быть достигнута за счет комбинирования катаболических возможностей в сообществах микроорганизмов, поскольку их способность к биодеградации выше, чем у чистых культур.
Однако микроорганизмы активного ила биологических очистных сооружений, хорошо зарекомендовавшие себя при обезвреживании хозяйственно-бытовых стоков, сталкиваясь с более серьезными загрязнителями – спиртами, нефтепродуктами и другими ксенобиотиками, часто страдают от их токсического воздействия и не способны быстро и полно удалять их из очищаемой воды.
Среди биологических методов для очистки сточных вод одним из наиболее перспективных представляется использование биопрепаратов на основе иммобилизованных микроорганизмов, которые хорошо зарекомендовали себя для очистки сточных вод от загрязнений различного типа.
Правильно подобранный носитель способен поддерживать прикрепленные клетки в жизнеспособном состоянии в течение длительного времени и защищать их, особенно на начальном этапе очистки, от повышенных концентраций токсикантов, что увеличивает эффективность биодеструкции.
Команда ученых Губкинского университета совместно с коллегами из ИНХС РАН, МГУ имени М.В. Ломоносова под руководством академика РАН Алексея Дедова разработали биокомпозитный материал (БКМ) для очистки сточных вод от нитрит-, нитрат- и фосфат-ионов.
Полученный материал состоит из полимерной матрицы, наполнителя и иммобилизованных бактерий. Полимерная матрица – нетканый материал на основе сополимера акрилонитрила и метакрилата, имеющий трехмерную структуру с наполнителями различной природы. В качестве наполнителей использовались активированный уголь и растительные компоненты (мох, ряска). Поверхность волокон БКМ населяли углеводородокисляющими бактериями родов Rhodococcus, Leuocobacter, Pseudomonas, которые были выделены из почв вблизи нефтяных месторождений и подземных газовых хранилищ и затем адаптированы к сточным водам подземных газовых хранилищ. Эти бактерии не являются патогенными и безопасны для человека.
Выбор бактерий родов Rhodococcus, Leuocobacter, Pseudomonas обусловлен их способностью осуществлять деструкцию органических веществ-токсикантов сточных вод газовой отрасли (спиртов, углеводородов) и интенсивно утилизировать неорганические ионы биогенных элементов (нитрит-, нитрат- и фосфат-ионов). Конечными продуктами разложения углеводородов, спиртов являются углекислый газ и вода, соединения азота и фосфора используются микроорганизмами для увеличения биомассы.
В зависимости от задач и условий очистки созданный материал может выпускаться в виде полотна или гранул. БКМ в виде полотна можно помещать в очистную установку в специальные пластиковые кассеты, либо фиксировать на металлических рамках с помощью зажимов. Лиофильно высушенное полотно БКМ в виде рулонов, помещенных в пластиковую упаковку удобно перевозить на любые расстояния любым видом транспорта.
Высокая эффективность БКМ позволяет снизить содержание нитрит-, нитрат-, фосфат-ионов на 81-99% мас. до уровня ниже ПДК для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурного назначения.
Рис. Иммобилизованные бактерии на поверхности волокон полимерной матрицы и в межволоконном пространстве (сканирующая электронная микроскопия)
Комментарий академика РАН А.Г. Дедова:
«Проблема загрязнения окружающей среды является глобальной. Особенно сейчас. Все развитые страны понимают это и на первое место ставят решение задачи сохранения окружающей среды. Поскольку сохранение окружающей среды – это улучшение качества жизни. К сожалению, в настоящее время невозможно полностью избавиться от промышленных токсикантов и создать полностью безотходные производства. Но к этому надо стремиться. В связи с этим поиск новых эффективных методов и материалов для снижения сбросов и выбросов в окружающую среду вредных веществ является очень важной задачей. ПАО «Газпром» финансирует проекты, направленные на уменьшение техногенной нагрузки на окружающую среду, в том числе, на водные объекты. По заказу ПАО «Газпром» для безотходной очистки производственных сточных вод предприятий газовой отрасли нами были разработаны новые биокомпозитные материалы.
Биокомозитные материалы – это результат работы нашего коллектива в течение десяти лет. За этот период был разработан алгоритм создания этих материалов с определёнными функциональными свойствами. Это позволяет получать разные материалы под соответствующие задачи. Варьируя химическую матрицу, наполнитель, ассоциации микроорганизмов можно «собрать» материалы под конкретные объекты и токсиканты, от которых должна быть очищена вода. Так, например, удалось сконструировать биокомпозитный материал, чтобы он очищал сточные воды от неорганических ионов. Другая модификация биокомпозитного материала может использоваться для очистки акваторий от нефти и нефтепродуктов. Поэтому за созданием полифункциональных материалов с заданными свойствами будущее»
