Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали биотехнологию, позволяющую на 100% очистить сточные воды от токсичных остатков азота и фосфора при производстве ценного удобрения — струвита. Решить проблему, с которой не справлялись другие методы, помогли дрожжи вида Yarrowia lipolytica. Это открытие позволяет создать полностью замкнутый цикл производства и предотвратить загрязнение рек и озер, ведущее к цветению воды и гибели рыб.
Струвит — это удобрение, которое получают из переработанных сточных вод, богатых азотом и фосфором. В отличие от традиционных подкормок, он медленно растворяется в почве, отдавая растениям питательные элементы постепенно в течение всего сезона, что повышает их усвоение до 90% и предотвращает вымывание дождями.
Существующая технология получения этого удобрения уже была почти безотходной. Однако микроскопические кристаллы струвита могли проходить через фильтры, и до 1% их массы оставалось в очищенной воде. Даже такая незначительная концентрация азота и фосфора способна вызывать цветение ядовитых водорослей в водоемах, приводя к гибели рыбы и делая воду непригодной для использования.
Ранее для доочистки пробовали использовать микроводоросли, но они не справлялись с высокими концентрациями фосфора и нерастворимыми веществами. Ученые ПНИПУ предложили новое решение — использовать дрожжи Yarrowia lipolytica.
В ходе эксперимента дрожжи выращивали в жидкой среде, а затем добавляли порошок струвита, отслеживая изменения. Результаты превзошли ожидания.
«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», — отметила доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ Юлия Кузнецова.
Очищенная с помощью дрожжей вода пригодна для повторного использования в технологическом цикле производства новых партий струвита, что подтвердил анализ инфракрасным спектрометром. Это позволяет создать замкнутую систему без сброса сточных вод и с минимальным потреблением воды.
Внедрение этой технологии на предприятиях позволит предотвратить попадание питательных элементов в реки и озера, сохраняя экологическое благополучие водоемов, и сделать производство удобрений полностью безотходным. Это значительный шаг в сторону устойчивого и экологически чистого сельского хозяйства.
Результаты исследования опубликованы в статье. Исследование проведено в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
