Эксперт предлагает экологически безопасное решение для удаления фосфатов и аммония из сточных вод

Сара Абу-Обейд считает, что всей отрасли управления сточными водами предстоит смена парадигмы. Кандидат химических наук и прикладной химии на факультете прикладных наук и инженерии Университета Торонто специализируется на изготовлении мембран для очистки сточных вод, уделяя особое внимание повторному использованию воды и восстановлению ресурсов. признавая его потенциал 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». Абу-Обейд, которым руководит Рамин Фарнуд, заместитель декана факультета по исследованиям и профессор кафедры химической инженерии и прикладной химии, является ведущим автором новой статьи, опубликованной в журнале Chemical Engineering Journal. Исследование предлагает устойчивое решение по удалению фосфатов и аммония из сточных вод таким образом, чтобы восстанавливать питательные вещества для будущего использования. 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 на очистные сооружения, где она очищается и может быть безопасно сброшена 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, а также экскрементов – отходов, выбрасываемых из организма. Среди этих питательных веществ — фосфат и аммоний, два важнейших ингредиента сельскохозяйственных удобрений. Хотя фосфор необходим для процветания растений, слишком большое его количество может вызвать эвтрофикацию – сложный процесс, который начинается, когда окружающая среда становится чрезмерно обогащенной питательными веществами, что приводит к взрывному росту водорослей. Эти вредные цветения водорослей истощают 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 дорогостоящих 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 крошечные частицы, состоящие из минералов акаганеита и цеолита 13X (разновидность молекулярного сита) с высоким сродством к адсорбции фосфата и аммония (когда твердое вещество удерживает молекулы растворенного вещества в виде тонкой пленки). вещи, которые мы хотим удалить путем исключения размера или применения большого давления», — говорит Абу-Обейд. «Скорее, это частицы внутри мембраны, которые удаляют, и задача мембраны — удерживать их на месте». Хотя частицы могут выполнять свою работу сами по себе, Абу-Обейд говорит, что трудность будет заключаться в их удалении из сточных вод и страхе перед их выщелачиванием. Использование мембраны для их удержания открывает возможность двухфазной работы: сначала частицы адсорбируют аммоний и фосфат из сточных вод, затем мембраны промываются раствором гидроксида натрия для одновременного восстановления питательных веществ и регенерации частиц. В ходе исследования мембраны смогли улавливать ионы фосфата и аммония в условиях динамического потока воды, что привело к удалению 84 процентов аммония и 100 процентов фосфатов из синтетических сточных вод – даже в присутствии других конкурирующих ионов. Хотя Абу-Обейд считает, что ее эксперименты показали, что этот метод имеет большой потенциал для этого применения, она видит необходимость дальнейших исследований для изучения конструктивных соображений для крупномасштабного применения таких систем. «Это нетрадиционное использование мембранной технологии, которая чаще используется для фильтрации по размеру», — говорит она. «Кроме того, может быть сложно обосновать, почему мы используем эту технологию для восстановления питательных веществ, которые еще не настолько дефицитны, чтобы существующие цепочки поставок оказались под угрозой. будущее." А пока Абу-Обейд надеется, что это новое решение, наряду с другими инновационными технологиями извлечения питательных веществ из сточных вод, сможет получить большую поддержку. «Нам нужны дальнейшие технико-экономические исследования, долгосрочная стабильность и пилотные исследования, чтобы продемонстрировать полезность этой технологии для создания более устойчивого будущего в области управления сточными водами», - говорит она.