Восстановление азота и фосфора из отходов промышленности и сельского хозяйства приобрело внимание из-за необходимости реализации концепции устойчивого развития общества, основанной на экономике замкнутого цикла. Эти элементы являются биогенными, жизненно необходимыми для роста растений. Запасы фосфора ограничены, а процесс получения азота энергозатратен. Потенциальными источниками вторичного сырья становятся водные отходы многих производств, в том числе водные отходы индустрии удобрений, фармацевтической продукции, производства полупроводников, сельского хозяйства. Рецикл азота и фосфора позволяет не только уменьшить расходование невозобновляемых минеральных ресурсов, но и ослабить насыщение природных водоемов биогенными элементами, переизбыток которых приводит к заболачиванию водоемов и уменьшению количества питьевой воды. Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха разработали новый подход, который повысил эффективность извлечения аммония — одной из форм азота — и фосфата — одной из форм фосфора — из водных отходов производства до 98-99 %. Традиционный метод не позволяет достичь таких результатов. Кроме этого, технология пермских ученых позволит производить отечественное удобрение пролонгированного действия на основе струвита — фосфатного минерала — и поспособствует импортозамещению зарубежных аналогов.
Исследование опубликовано в «Журнал прикладной химии», 2022. Работа выполнена в рамках Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030».
Модифицированная учеными Пермского Политеха технология проста в реализации, отличается высокой скоростью процесса, позволяет одновременно извлекать аммоний и фосфат из стоков без использования избытка реагентов.
— Поскольку традиционные стоки имеют в своем составе преимущественно аммоний и в меньшей доле фосфат, недостающее для осаждения струвита количество фосфата и в полном объеме магний необходимо вводить в сток дополнительно. Мы предложили модифицировать смесь солей магния и фосфата, которые предназначены для использования в качестве реагентов для приготовления струвита, предварительно переработав их в жидкоподобную форму активного аморфного промежуточного продукта. Это позволило провести глубокую очистку водных отходов от аммония и фосфатов, — рассказала кандидат технических наук, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ Ирина Пермякова.
Проведя серию экспериментов, ученые смогли заменить реагенты реактивной квалификации на более доступные сырьевые источники магния и фосфора, что позволит в перспективе снизить стоимость получаемого удобрения на основе струвита.
При использовании активного промежуточного продукта пермским ученым удалось повысить степень извлечения аммония и фосфата из водных растворов до 98-99 %. Результаты исследования будут полезны для предприятий, имеющих водные отходы с примесями фосфатов и аммония. Из этих отходов предприятия смогут сделать струвит и продавать его как минеральное удобрение.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.