Очистка от тяжелых и токсичных металлов проходит в два этапа
Простую, эффективную и недорогую технологию очистки вод путем извлечения металлов из естественных и искусственных водоемов разработали в Уральском федеральном университете (УрФУ, Екатеринбург). Совместный проект химико-технологического института и института естественных наук и математики УрФУ возник благодаря гранту Российского фонда фундаментальных исследований на изучение природного минерала галлуазита в качестве катализатора и сорбента.
Технология состоит из двух этапов. На первом в главной роли выступает галлуазит, состоящий из оксидов алюминия и кремния, безопасный, глинистый на ощупь, матового белого цвета или с оттенками. Модифицируя минерал различными органическими группировками, такими как силаны, химики УрФУ наделили галлуазит свойствами высококачественного сорбента: в водной среде он схватывает и держит частицы металлов прочной ковалентной связью.
«Сорбент на основе галлуазита в виде мелкодисперсного порошка упаковывается в коробки из водопроницаемого материала. Как неживой адсорбент, галлуазит не боится токсического воздействия агрессивной водной среды, насыщенной тяжелыми металлами. Поэтому из кирпичей галлуазита складывается дамба, которая перегораживает водоем и фильтрует воду. Затем кирпичи с адсорбированными металлами идут на дезактивацию. Металлы, поглощенные катализатором, снимаются с поверхности модифицированного галлуазита различными методами», — раскрывает детали соавтор технологии, инженер-исследователь инновационного центра химико-фармацевтических технологий УрФУ Дарья Тамбасова.
Вода, прошедшая через дамбу из галлуазита, становится прозрачной, а концентрация тяжелых и токсичных металлов в ней существенно уменьшается — до уровня, приемлемого для биоремедиации. Поэтому на втором этапе технологии функция очистки воды переходит водным и околоводным растениям, например, тростнику и рогозу, которые произрастают в уральских водоемах.
«Растение, которое высаживается в том же водоеме, в течение двух-трех лет наращивает биомассу и поглощает из воды оставшиеся металлы, очищает ее до биологически безопасного уровня. Растения накапливают и удерживают металлы в тканях и органах. После двух-трех лет растения можно извлечь из прибрежной зоны, сжечь, а из золы извлечь накопленные металлы», — описывает соразработчик технологии заведующая кафедрой экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Ирина Киселева.
Таким образом, в результате применения созданной в университете технологии отравленные и безжизненные водоемы получают вторую жизнь, восстанавливаются экосистемы, а отходы промышленного производства превращаются в ценные продукты — алюминий, барий, ванадий, кобальт, магний, марганец, медь, никель, титан, цинк и другие тяжелые, редкие и цветные металлы. Ученые УрФУ убеждены, что подобным образом возможно будет провести биоремедиацию и твердых отходов, например, шлаков, сконцентрированных в городе Карабаше Челябинской области — всемирно известной зоне экологического бедствия, решить экологические проблемы других городов металлургического профиля.
«Существующие технологии переработки отходов металлургии и очистки вод настолько дороги, что предприятиям дешевле оплачивать экологические штрафы. Цена запуска нашей технологии на порядок меньше, чем у аналогов. Галлуазит, тростник и рогоз широко распространены на Урале, их не нужно завозить в регион, неся заметные транспортные расходы», — подчеркивает заместитель директора центра УрФУ по работе с предприятиями Александр Черепанов.
По его словам, эксперименты показывают, что галлуазит является катализатором многоразового использования, в качестве фильтра он может служить на протяжении пяти-семи циклов.
«Технология не требует строительства больших и дорогостоящих производственных мощностей, привлечения многочисленного штата специалистов. Перечисленные преимущества делают ее реально окупаемой. Кроме того, благодаря способности галлуазита притягивать и держать частицы металлов, присутствующих в воде, его использование продуктивно в золотодобыче», — добавляет Александр Черепанов.
В УрФУ всерьез рассчитывают на внимание отечественной промышленности. Тем более что подобные технологии биометаллургии успешно используются зарубежными конкурентами.
За 300 лет промышленного металлургического производства на Урале накоплены миллиарды тонн техногенных отходов. Нанося колоссальный вред окружающей среде и здоровью людей, они в то же время являются потенциальным источником редких, ценных и полезных материалов.
Добавим, что отработка и усовершенствование представленной технологии проходят в рамках Уральского межрегионального научно-образовательного центра (НОЦ) мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы» и Центра биотрансформационных технологий УрФУ. Общая идеология биотрансформационных технологий — в использовании сил природы для получения из отходов полезных и ценных материалов.
УрФУ — один из ведущих университетов России, участник проекта 5-100, расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных университетских игр 2023 года. Вуз выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука».
