Загрязнение воды фармацевтическими препаратами, пестицидами и другими органическими загрязнителями становится все более серьезной глобальной проблемой, особенно в регионах с ограниченной инфраструктурой очистки сточных вод. Докторская диссертация из Университета Умео в Швеции предлагает инновационное и устойчивое решение, демонстрируя, как сельскохозяйственные отходы могут быть преобразованы в эффективные материалы для очистки воды.
В своих химических исследованиях Брижит Мукаруньяна демонстрирует, как биоуголь и гидроуголь — углеродсодержащие материалы, получаемые из биомассы, такой как кофейная шелуха, кофейная мякоть, древесина и остатки сахарного тростника, — могут эффективно удалять вредные загрязняющие вещества из сточных вод. Исследование сочетает в себе передовые лабораторные эксперименты и полевые исследования для решения реальных проблем загрязнения воды.
«Сточные воды несут на себе наш след; биомасса восстанавливает. Это исследование показывает, что доступные на местном уровне материалы могут стать частью решения проблемы защиты водных ресурсов и общественного здоровья», — говорит Мукаруньяна. 12 июня она защитит свою диссертацию в Университете Умео.
Исследование посвящено водным системам Руанды, где быстрая урбанизация, сельское хозяйство и ограниченная очистка сточных вод способствуют широкомасштабному загрязнению. Полевые исследования выявили высокие уровни органических загрязнителей как в больничных сточных водах, так и в реках. В больничных сточных водах концентрация фармацевтических препаратов достигала 244 000 нанограммов на литр, а в образцах рек содержалось более 50 различных фармацевтических соединений, а также пестициды и вещества растительного происхождения.
Эти закономерности показали, что городские районы в основном страдают от фармацевтического загрязнения, в то время как сельские и сельскохозяйственные регионы в большей степени подвержены воздействию пестицидов и природных органических соединений.
Для решения этих проблем в диссертации исследуется, как сельскохозяйственные отходы могут быть преобразованы в материалы для очистки воды посредством термохимических процессов, таких как пиролиз и гидротермальная карбонизация. Полученные биоуголь и гидроуголь действуют как адсорбенты, то есть они улавливают и удерживают загрязняющие вещества из воды.
Эксперименты с использованием реальных сточных вод показали, что эти материалы способны удалять от 14% до 66% фармацевтических препаратов, около 75% пестицидов и, в некоторых случаях, обеспечивать полное удаление определенных соединений, таких как полифенолы. В оптимальных условиях некоторые материалы достигали эффективности удаления более 90%.
Ученый подчеркивает, что эффективность этих материалов зависит от нескольких факторов, включая тип используемой биомассы, процесс производства, а также результирующую структуру и химический состав поверхности. Удаление загрязняющих веществ обусловлено не одним фактором, а сочетанием механизмов, таких как химические взаимодействия, гидрофобное притяжение и улавливание в микроскопических порах.
Исследование подчеркивает потенциал преобразования отходов в ценный ресурс, поддерживая циклический подход, при котором сельскохозяйственные побочные продукты повторно используются для обеспечения экологической безопасности. Этот процесс сокращает количество отходов, снижает стоимость очистки воды и создает возможности для местного производства очистных материалов.
Это особенно важно для регионов, где централизованные системы очистки невозможны, поскольку эти материалы могут производиться на месте и использоваться в децентрализованных или мелкомасштабных приложениях.
Исследование, проведенное на кафедре химии Умеоского университета в сотрудничестве с международными партнерами, закладывает основу для дальнейшего развития устойчивых технологий очистки воды. Дальнейшая работа будет сосредоточена на масштабировании производства, тестировании материалов в реальных условиях и их интеграции с существующими методами очистки.
Источник: Umea University. Автор: Анна-Лена Линдског. Автор фото: Брижит Мукаруньяна.
