Стоки производства — неотъемлемые спутники технологического цикла. Часто внимание сосредоточено на наиболее острых угрозах, например на тяжёлых металлах; тем временем сульфаты, формирующиеся в том числе во время добычи и переработки руды, существенно ухудшают качество водной среды и нередко оказываются вне зоны наблюдения.
Исследование сотрудников Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН — Владимира Мязина и Надежды Фокиной — посвящено решению распространённой экологической проблемы: очистке промышленных и сельскохозяйственных сточных вод от избыточного содержания сульфатов и калия.
Сульфаты — не просто минеральные примеси: при концентрациях выше 200 мг/л они меняют вкусовые и ароматические свойства воды, разрушают трубопроводы и оказывают токсичное влияние на водные организмы. В России нормативы для вод рыбохозяйственного значения устанавливаются на уровне 100 мг/л, однако реальные промышленные сбросы нередко содержат сотни миллиграммов сульфатов на литр. Калий традиционно считается безобидным биогенным элементом, но избыток его в воде может нарушать экологическое равновесие. Для питьевой воды содержание калия не нормируется, тогда как для водоёмов рыбохозяйственного значения допустимый предел ограничен 50 мг/л.
Традиционные методы очистки — это применение химических реагентов или мембранных систем, которые требуют значительных энергетических и материальных затрат. Помимо этого они часто оказываются излишне селективными: часть примесей удаляют, но, например, избыток калия не устраняют эффективно. В северных регионах очистка сточных вод должна учитывать суровые климатические условия и повышенную уязвимость экосистем.
Теперь учёные выявили, что местные сообщества сульфатредуцирующих бактерий и растений могут совместно выполнять эту задачу: на первом этапе в биореакторе с фиксированной биоплёнкой снижается содержание сульфатов (с 456 до 19 мг/л при наличии органических доноров для бактерий), а на втором этапе — ризофильтрации — избирательно удаляется калий (с 188 до 78 мг/л и ниже) за счёт его поглощения растениями. Все это достигается без значительных добавок реагентов, за счёт биологического потенциала природных экосистем.
Для очистки применяли местные микроорганизмы, выделенные из сточных вод северо-западного региона России. В их числе идентифицированы сульфатредуцирующие бактерии рода Desulfotomaculum, ответственные за снижение концентрации сульфатов в анаэробном биореакторе.
Исследователи отмечают, что основное преимущество технологии состоит в локальных биологических сообществах и растительности: они адаптированы к местному химическому составу и климату, поэтому работают в очистных сооружениях более устойчиво, что повышает надёжность процессов и снижает вероятность повторных экологических нарушений.
Настоящее исследование предлагает путь к всесторонней и экономически выгодной очистке сточных вод, приводя их состав в соответствие с нормами для водоемов, используемых в рыбном хозяйстве. Это способствует защите рек и озёр от постепенного накопления скрытых загрязнителей, сохранению биоразнообразия и снижению затрат на очистку и подготовку воды.
Исследование Владимира Мязина совместно с сотрудниками ИППЭС КНЦ РАН демонстрирует перспективность решения проблемы очистки сточных вод через внедрение природных механизмов в технологический цикл. Применение автохтонных сульфатредуцирующих бактерий и местных растений позволяет снизить содержание сульфатов и калия до экологически безопасных уровней, что делает предлагаемую схему альтернативой или дополнением к традиционным реагентным и физико‑химическим методам. Полученные данные подчеркивают потенциал биотехнологических решений для охраны водных экосистем и открывают реальные возможности их внедрения в промышленную и сельскохозяйственную очистку сточных вод.
Источник: пресс-служба Минобрнауки России. На графике изображена схема лабораторной установки.
Источник: Российская академия наук.
