Российские ученые разработали новый биокомпозитный материал для очистки сточных вод

Команда ученых Российского государственного университета (РГУ) нефти и газа им. И.М. Губкина совместно с коллегами разработала биокомпозитный материал для очистки сточных вод от нитрит-, нитрат- и фосфат-ионов. Он позволяет снизить содержание загрязняющих веществ на 81–99%, до уровня ниже предельно допустимой концентрации для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурного назначения. В проекте под руководством академика РАН Алексея Дедова участвовали ученые из Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева (ИНХС) РАН и МГУ имени М.В. Ломоносова.

Присутствие в сточных водах промышленных предприятий химических загрязнителей в высокой концентрации создает серьезные трудности при их очистке. Один из способов решения этой проблемы ― предварительная детоксикация вод на установках локальной очистки непосредственно на предприятиях до сброса в городские коллекторы.

Среди биологических методов очистки одним из наиболее перспективных стало использование биопрепаратов на основе иммобилизованных микроорганизмов, которые хорошо зарекомендовали себя. 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 ― это повышает эффективность биодеструкции.

Команда ученых РГУ им. И. М. Губкина совместно с коллегами из ИНХС РАН и МГУ имени М.В. Ломоносова под руководством академика РАН Алексея Дедова разработали биокомпозитный материал для очистки сточных вод от нитрит-, нитрат- и фосфат-ионов. Он состоит из полимерной матрицы, наполнителя и иммобилизованных бактерий. Полимерная матрица ― это 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 материала 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 патогенны и безопасны для человека, они были выбраны из-за их способности осуществлять деструкцию органических веществ ― токсикантов сточных вод газовой отрасли (спиртов, углеводородов) и интенсивно утилизировать неорганические ионы биогенных элементов (нитрит-, нитрат- и фосфат-ионы).

«Проблема загрязнения окружающей среды глобальна, особенно сейчас. Все развитые страны понимают это и на первое место ставят решение задачи сохранения окружающей среды, поскольку сохранение окружающей среды означает улучшение качества жизни. К сожалению, в настоящее время невозможно полностью избавиться от промышленных токсикантов и создать совершенно 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 представляет собой очень важную задачу. По заказу ПАО «Газпром» для безотходной очистки производственных сточных вод предприятий газовой отрасли мы разработали новые биокомпозитные материалы», ― рассказывает академик РАН Алексей Дедов.

По словам ученого, биокомозитные материалы ― это результат работы научного коллектива в течение десяти лет. За этот период был разработан алгоритм создания этих материалов с определенными 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 материала может использоваться для очистки акваторий от нефти и нефтепродуктов. Поэтому за созданием полифункциональных материалов с заданными свойствами будущее», ― добавляет Алексей Дедов.

В зависимости от задач и условий очистки созданный материал может выпускаться в виде полотна или гранул. В виде полотна материал можно помещать в очистную установку в специальные пластиковые кассеты либо фиксировать на металлических рамках с помощью зажимов.

Высокая эффективность данных материалов позволяет снизить содержание загрязнителей до уровня ниже предельно допустимых концентраций для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурного назначения. По результатам научной работы на изобретение «Биокомпозитный материал для очистки сточных вод от нитрит-, нитрат- и фосфат-ионов» получены патенты России, Канады и Китая.