В России создали технологию очистки сточных вод с помощью дрожжей

Результаты исследования опубликованы в статье. Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

Для роста и развития растениям критически необходимы два ключевых элемента: азот и фосфор. Азот является основным строительным материалом для белков, хлорофилла и нуклеиновых кислот. Он отвечает за быстрый рост зеленой массы, насыщенный цвет листьев и общее состояние растений. Фосфор же играет жизненно важную роль в энергетическом обмене клеток, способствует развитию мощной корневой системы, ускоряет цветение и плодоношение, а также повышает устойчивость к заболеваниям и стрессам.

Обычно растения получают азот и фосфор из природных источников: из воздуха и разложения органических остатков (навоз, компост). Однако в интенсивном земледелии или на бедных кислых и песчаных почвах естественных запасов часто недостаточно — элементы вымываются дождями или поглощаются микроорганизмами. Поэтому без дополнительных удобрений достичь высокой урожайности невозможно, особенно в регионах с неблагоприятными почвенно-климатическими условиями, например, на Северо-Западе России.

Проблема традиционных удобрений тоже заключается в их быстрой растворимости. Они помогают урожаю, но до 50% азота и фосфора все равно вымывается из почвы после полива или дождя, при этом загрязняя водоемы. Поэтому все чаще используют «умное» удобрение – струвит, который получают из переработанных сточных вод. В отличие от обычных подкормок он отдает растениям азот и фосфор постепенно, медленно растворяясь в почве в течение всего сезона, что повышает усвоение элементов до 90%. Кроме того, он снижает нагрузку на экосистемы и экономически выгоден в долгосрочной перспективе.

– Одна из современных технологий позволяет получать струвит почти безотходно. Сперва сточные воды, богатые азотом и фосфором, поступают в специальный реактор, куда добавляют раствор с магнием. Затем эти три компонента (магний, аммоний и фосфат) соединяются и образуют твердые мелкие кристаллы, которые и представляют собой струвит. Они оседают на дно, их отделяют от воды, сушат — и получается готовое удобрение для растений, – рассказывает Дарья Нестерова, студентка кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ.

Технология хороша тем, что для синтеза не требуется избыток компонентов и в сточные воды не попадает большое количество фосфора и азота. Однако получаемые кристаллы очень малы, поэтому до 1% их массы все же может проходить через фильтры и попадать в уже очищенную воду. Концентрация в 1%, может показаться незначительной, но это может запустить цветение ядовитых водорослей, привести к гибели рыбы и сделать воду непригодной для питья и купания.

Чтобы снизить эти риски, важно до конца очищать воду от проскочивших частиц струвита. В настоящее время для этого пробовали использовать микроорганизмы, которые питаются этими элементами – зеленые микроводоросли Chlorella sp., Scenedesmus sp. Однако они не справляются с высокими концентрациями фосфора и не могут перерабатывать нерастворимые вещества.

Ученые ПНИПУ предложили использовать дрожжи Yarrowia lipolytica. Они исследовали процесс очистки стоков от производства струвита с их помощью. На первом этапе выращивали дрожжи в жидкой среде 11 дней. На втором этапе эксперимента к ним добавили порошок струвита и отслеживали, как меняется кислотность среды при комнатной температуре 20°C. Это позволяет понять, насколько успешно происходит растворение струвита дрожжами.

– Эксперимент показал, что Yarrowia lipolytica эффективно очищают воду от остатков удобрения. При добавлении 1 г/л их рост ускорялся, но при повышении концентрации до 2 г/л – замедлялся из-за «передозировки». При добавлении даже такой критически высокой концентрации струвита дрожжи смогли удалить 100% аммонийного азота и 96,7% фосфора. То есть, идеально справились со своей задачей, – комментирует Юлия Кузнецова, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ, кандидат технических наук.

После эксперимента требовалось узнать, можно ли такую очищенную воду повторно использовать для производства новых партий удобрения. После проверки инфракрасным спектрометром выяснилось, что она оказалась чистой и пригодной для повторного синтеза струвита.

Так, методика ученых Пермского Политеха помогает на 100% очистить сточную воду от азота и на 96.7% от фосфора. Это позволяет создать замкнутый цикл на производстве удобрений и сэкономить огромное количество водных ресурсов.

Внедрение такой технологии на предприятиях позволит предотвратить попадание азота и фосфора в реки и озера, сохраняя водоемы чистыми. Технология делает производство струвита полностью безотходным. Это шаг к более устойчивому и зеленому сельскому хозяйству.

ПНИПУ

1423 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram