Устойчивое решение

Университет Торонто, 3 июня 2023 г.

Исследователи разработали метод извлечения и восстановления ценных питательных веществ, таких как фосфат и аммоний, из сточных вод с помощью специально разработанной мембраны, содержащей неорганические частицы. Исследование, в котором сточные воды рассматриваются как ресурс, а не помеха, потенциально может способствовать развитию экономики замкнутого цикла, предоставляя материалы для производства сельскохозяйственных удобрений и смягчая надвигающуюся нехватку этих питательных веществ, которая может поставить под угрозу глобальное снабжение продовольствием.

Доктор инженерных наук Университета Торонто. Кандидат Сара Абу-Обейд (ChemE) считает, что фундаментальные изменения в секторе управления сточными водами назрели.

«Нам необходимо перейти от рассмотрения сточных вод как помехи к признанию их потенциала как ресурса», - говорит она. «Оно может обеспечить нас водой, питательными веществами, энергией и другими ценными вещами, которые можно собирать и использовать для перехода к экономике замкнутого цикла».

Под руководством профессора Рамина Фарнуда (ChemE) Абу-Обейд является ведущим автором исследования, недавно опубликованного в журнале Chemical Engineering. Это исследование представляет экологически чистый метод извлечения фосфатов и аммония из сточных вод, а также позволяет повторно использовать эти питательные вещества в будущем.

В ее новом методе используются усовершенствованные мембраны, включающие неорганические частицы для поглощения фосфатов и аммония из сточных вод. Благодаря рентабельному восстановлению этих веществ этот метод создает новый источник материалов, которые могут использоваться производителями сельскохозяйственных удобрений.

Использованная вода из ванн, туалетов, прачечной и других источников стекает в канализацию, ведущую к очистным сооружениям, где она очищается, чтобы ее можно было безопасно сбросить в природу, не нанося вреда окружающей среде.

Ключевые цели процесса очистки включают удаление твердых частиц, органических веществ, патогенов и питательных веществ, например, тех, которые поступают из бытовых продуктов и экскрементов — отходов, выбрасываемых из организма. Среди этих питательных веществ — фосфат и аммоний, два важнейших ингредиента сельскохозяйственных удобрений.

Сара Абу-Обейд (кандидат химических наук) разработала новое решение, в котором используются мембраны с неорганическими частицами для извлечения ценных питательных веществ из сточных вод. 1 кредит

Хотя фосфор необходим для процветания растений, слишком большое его количество может вызвать эвтрофикацию. Этот сложный процесс начинается, когда окружающая среда становится чрезмерно обогащенной питательными веществами, что приводит к взрывному росту водорослей. Это вредоносное цветение водорослей истощает доступность кислорода в воде, создавая «мертвые зоны», в которых задыхаются водные организмы. Длительное воздействие аммония также может быть токсичным для водной флоры и фауны.

На современных предприятиях по очистке сточных вод установлены процессы удаления фосфатов и аммония в процессе очистки. Обычно химическая обработка переводит фосфат в твердую форму, которая оседает на дне воды, где затем собирается в виде осадка и отправляется на свалку. Аммоний традиционно удаляется с помощью биологической очистки, при которой бактерии поглощают его и превращают в нитрат, а затем в газообразный азот.

«Это два ценных продукта, которые являются ключевыми ингредиентами удобрений, но современные процессы очистки сточных вод рассматривают эти питательные вещества как отходы», — говорит Абу-Обейд.

«Мое решение состоит в том, чтобы полностью извлечь питательные вещества из воды, чтобы ее можно было использовать в качестве источника для производства удобрений».

Многие ученые предупреждают, что нынешние темпы потребления фосфора в сельском хозяйстве могут привести к критической нехватке, что приведет к нарушению поставок продовольствия во всем мире. Новый метод Абу-Обейда может помочь увеличить поставки, превратив сточные воды в жизнеспособный источник этих питательных веществ.

Хотя многие мембраны, используемые для фильтрации воды, используют тщательно спроектированные поры для фильтрации целевых веществ из воды, подход Абу-Обейда иной. Ее мембрана содержит мельчайшие частицы из акаганеита и цеолита 13Х с высоким сродством к адсорбции фосфатов и аммония.