Ученые разработали фильтр для очистки воды из отходов
Проблема доступа к чистой питьевой воде остаётся одной из наиболее острых в мире, особенно в удалённых регионах и в условиях чрезвычайных ситуаций. Ситуацию усугубляют промышленные отходы, в том числе образующиеся при лесопереработке и производстве мебели. Их утилизация часто приводит к дополнительному загрязнению окружающей среды. При этом традиционные методы очистки воды — угольные фильтры, химические таблетки и мембранные системы — имеют ряд ограничений: высокую стоимость сырья, значительные энергозатраты, риск засорения и ухудшение вкуса воды. Эти технологии устраняют последствия загрязнения, но не решают проблему его источников.
Учёные Пермского Политеха предложили альтернативный подход, который объединяет очистку воды и переработку промышленных отходов. Исследователи разработали технологию получения высокоэффективных сорбентов из многотоннажных отходов — лигносульфонатов и отслуживших древесностружечных плит. По результатам испытаний такие материалы показали эффективность, в три раза превышающую показатели коммерческих аналогов.
По данным Всемирной организации здравоохранения, около 2,1 миллиарда человек в мире не имеют доступа к безопасной питьевой воде, а более 100 миллионов вынуждены использовать неочищенные поверхностные источники. Особенно уязвимыми остаются отдалённые территории и зоны стихийных бедствий, где отсутствует централизованное водоснабжение.
Одновременно с этим предприятия лесной и мебельной промышленности ежегодно производят миллионы тонн трудноутилизируемых отходов. Лигносульфонаты — побочный продукт целлюлозного производства — и старые древесностружечные плиты при захоронении или сжигании загрязняют почву, воздух и водоёмы.
Традиционные сорбенты для очистки воды, такие как активированный уголь, эффективны, но их производство связано с использованием дефицитного и дорогостоящего сырья, например кокосовой скорлупы или каменного угля, а также с высокими энергозатратами. Альтернативные методы, включая хлорсодержащие таблетки и мембранные фильтры, имеют свои ограничения — от неприятного привкуса до быстрого износа и необходимости обслуживания.
Разработанная в ПНИПУ технология основана на термохимическом пиролизе — нагреве сырья без доступа кислорода. В результате отходы превращаются в пористый углеродный материал, по структуре близкий к активированному углю. Он содержит множество микропор, способных эффективно связывать органические загрязнения.
Эффективность новых сорбентов проверяли в лабораторных условиях, имитирующих работу простых полевых фильтров. В природную воду объёмом от трёх до пяти литров добавляли определённое количество сорбента и выдерживали контакт в течение 60 минут — времени, необходимого для достижения адсорбционного равновесия.
Полученные материалы сравнили с тремя распространёнными промышленными активными углями: на основе берёзовой древесины, кокосовой скорлупы и каменного угля. Оценка проводилась по показателям мутности, цветности и перманганатной окисляемости — ключевым параметрам качества питьевой воды согласно требованиям СанПиН.
Испытания показали, что при минимальной дозе 20 мг на литр воды коммерческие сорбенты демонстрировали низкую эффективность, снижая содержание органических примесей не более чем на 5–10 процентов. Даже при увеличении дозировки до 40 мг нормативы по качеству воды достигались не всегда, а для соответствия стандартам требовалось увеличение концентрации до 60 мг.
В то же время новые сорбенты уже при минимальном расходе показали высокие результаты. Материал из лигносульфонатов удалял более 64 процентов органических загрязнений, а сорбент из древесностружечных плит снижал цветность воды на 70 процентов. По ряду показателей эффективность новых материалов оказалась в 6–12 раз выше, чем у промышленных аналогов при одинаковом расходе, а по осветлению воды — в 3,5 раза выше.
Таким образом, разработка пермских учёных позволяет получать сорбенты, которые обеспечивают сопоставимый или лучший результат при втрое меньшем расходе материала. Это открывает возможности для создания недорогих, компактных и лёгких фильтров, пригодных для использования в полевых условиях и чрезвычайных ситуациях.
Авторы подчёркивают, что предложенная технология соответствует принципам экономики замкнутого цикла: опасные промышленные отходы превращаются в полезный продукт. Старую мебель и побочные продукты целлюлозных заводов можно использовать для производства материалов, обеспечивающих доступ к чистой воде в регионах с ограниченными ресурсами.
Источник: Naked Science
Рекомендуем также:
