Полностью безотходный метод производства удобрения струвита, который использует дрожжи для полной очистки от его остатков, сохраняющихся при современной технологии в уже очищенной воде, разработали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 4 сентября сообщает пресс-служба вуза.

Благодаря новой методике, созданной специалистами Пермского Политеха, стало возможным удалять из промышленных стоков производства данного удобрения 100% аммонийного азота и 96,7% фосфора, сохраняя воду абсолютно чистой.

Удобрения, применяемые в сельском хозяйстве, позволяют увеличивать урожай на 30–40%, повышая продовольственную безопасность государства. Особенно они необходимы для сельских хозяйств регионов с неблагоприятными почвенно-климатическими условиями, существующими, например, на Северо-Западе России.

В настоящее время в рамках стратегии развития в России безотходного производства — одной из важнейших задач нацпроекта «Экологическое благополучие» — особенно актуальным удобрением стал именно струвит.

Это удобрение производят из отходов сточных вод — азота и фосфора, что позволяет очистить их. Еще одним важным достоинством струвита является его медленное растворение в почве, что предотвращает его вымывание осадками и сохраняет полезные свойства удобрения на весь сезон, тогда как традиционные удобрения быстро растворяются в воде. Они помогают урожаю, однако после полива или дождя до 50% азота и фосфора вымывается из почвы, загрязняя водоемы.

Азот и фосфор критически необходимы для роста и развития растений. Азот — основной материал для построения растением белков, хлорофилла и нуклеиновых кислот. Он обеспечивает быстрый рост зеленой массы, насыщенный цвет листьев и общее хорошее состояние растений.

Фосфор, играя жизненно важную роль в энергетическом обмене клеток, способствует развитию мощной корневой системы, ускоряет цветение и плодоношение и повышает устойчивость растения к заболеваниям и стрессам.

Студентка кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ Дарья Нестерова рассказала о существующей в настоящее время технологии этого удобрения:

 «Одна из современных технологий позволяет получать струвит почти безотходно. Сперва сточные воды, богатые азотом и фосфором, поступают в специальный реактор, куда добавляют раствор с магнием. Затем эти три компонента (магний, аммоний и фосфат) соединяются и образуют твердые мелкие кристаллы, которые и представляют собой струвит. Они оседают на дно, их отделяют от воды, сушат — и получается готовое удобрение для растений».

Достоинством этой технологии является то, что она не требует избытка компонентов, в результате чего в сточных водах оказывается небольшое количество фосфора и азота. Но очень малая величина кристаллов струвита приводит к тому, что до 1% синтезируемого удобрения всё-таки проходит через фильтры, попадая в очищенную воду.

Хотя 1% может показаться незначительной концентрацией, но ее может оказаться достаточно для того, чтобы вызвать цветение ядовитых водорослей, что приведет к мору рыбы, а вода станет непригодной для питья и купания.

Решить эту проблему ранее пытались, используя зеленые микроводоросли Chlorella sp., Scenedesmus sp, которые питаются фосфором и азотом. Но они не могут переработать высокие концентрации фосфора и справиться с плохо растворимым струвитом.

Исследователи Пермского Политеха решили вместо микроводорослей применить дрожжи Yarrowia lipolytica. Для своего эксперимента они 11 дней выращивали эти дрожжевые грибы в жидкой среде. После этого к ним добавили порошок струвита и следили, как при комнатной температуре 20 °C изменяется кислотность среды, которая показывала, насколько успешно происходит усвоение струвита дрожжами.

«Эксперимент показал, что Yarrowia lipolytica эффективно очищают воду от остатков удобрения. При добавлении 1 г/л их рост ускорялся, но при повышении концентрации до 2 г/л — замедлялся из-за „передозировки“. При добавлении даже такой критически высокой концентрации струвита дрожжи смогли удалить 100% аммонийного азота и 96,7% фосфора. То есть идеально справились со своей задачей», — сообщила кандидат технических наук Юлия Кузнецова, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ.

На следующем этапе исследования ученые проверили возможность повторного использования очищенной дрожжами воды для производства следующих партий удобрения. Проверка инфракрасным спектрометром показала, что эта вода чиста и вполне годится для повторного синтеза струвита.

Таким образом, предложенный учеными ПНИПУ метод очистки воды после синтеза струвита позволяет создать замкнутый цикл производства этого удобрения. Метод политехников сэкономит огромное количество водных ресурсов, а сама технология производства становится безотходной и экологичной.

Результаты проведенного исследования были представлены в статье «Разработка ресурсосберегающей технологии биологической очистки сточных вод производства MgNP-удобрения».

https://rossaprimavera.ru/news/1a5db83f