JHazMat: Дизайнерский биочар вычистил из воды фармпрепараты и нутриенты

Ибупрофен, как и многие другие лекарства, может оставаться в организме после снятия головной боли. Это проблема, так как очистные сооружения не предназначены для удаления фармацевтических препаратов.

Поэтому антибиотики, гормоны и другие лекарства через канализацию попадают обратно в окружающую среду.

Учёные из Иллинойсского университета в Урбана-Шампейн разработали систему с использованием древесных стружек и опилок, которая может значительно снизить содержание азота, фосфора и некоторых лекарств в сточных водах.

Даже в низкой концентрации, фармацевтические препараты и средства личной гигиены (PPCPs) могут загрязнять воду, вредить экосистеме, способствовать устойчивости к антибиотикам и накапливаться в природе.

Хунсу Чжоу, проводивший исследование на кафедре сельскохозяйственной и биологической инженерии университета, подчёркивает необходимость более эффективного управления сточными водами.

Чжоу и его соавторы выяснили, что биореакторы на древесных опилках эффективно удаляют избыток азота из воды. Это происходит благодаря микробам, которые «поедают» нитрат, превращая его в азот.

Команда разработала новый вид древесных опилок — дизайнерский биочар. Его обрабатывают известковым осадком и медленно обжигают, чтобы он стал похож на уголь. Благодаря большой площади поверхности и составу дизайнерские опилки связывают фосфор и некоторые химические соединения.

Исследователи попробовали применить подход в лаборатории. Они взяли воду из местного ручья, добавили в неё азот, фосфор, ибупрофен, напроксен, ситаглиптин и производное эстрогена.

Вода поступала в небольшие биореакторы из древесной стружки, а затем проходила по трубкам с биочаром. На другом конце системы учёные измеряли количество оставшихся в воде соединений.

Система B² (bioreactor-biochar) удаляла из загрязнённой воды:

• 77% нитратов;
• 99% фосфора;
• около 70% ибупрофена;
• 74% напроксена;
• 91% ситаглиптина;
• 97% эстрона.

Соавтор исследования Вэй Чжэн, главный научный сотрудник Иллинойского центра устойчивых технологий (ISTC), входящего в состав Исследовательского института прерий, пояснил, что биочар действовал как активированный уголь.

Когда исследовательская группа изменила скорость движения воды через систему, результаты немного изменились: более медленная скорость привела к большему удалению азота. Также было обнаружено, что гранулы биочара забирают больше фармацевтических препаратов и фосфора, чем таблетки.

Микробы отвечают за удаление азота в биореакторах на древесных опилках. Исследователи хотели узнать, могут ли фармацевтические препараты повлиять на микробное сообщество.

Оказалось, что численность некоторых бактерий изменилась, но это не повлияло на основную функцию сообщества.

Чжоу считает самым интересным то, что эффективность производства нитратов в биоректоре остаётся неизменной под воздействием PPCP, несмотря на изменения в составе микроорганизмов. Это говорит о надёжности системы биоректора, которая сохраняет свою производительность даже в сложных условиях.

Исследование проводилось на лабораторном стенде, но учёные показали, что систему B2 можно использовать в промышленности.

Соавтор Рабин Бхаттараи, доцент кафедры ABE, считает, что обслуживание и оптимизация конструкции помогут избежать проблем при масштабировании. Например, засорение может снизить производительность и долговечность системы, поэтому нужно периодически заменять биочар.

Эти меры важны для обеспечения эффективности систем B² в решении экологических проблем.

Результаты опубликованы в издании Journal of Hazardous Materials.

21.10.2024